分離苯（1）甲苯（2）乙苯（3）混合物

1、化工原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：分離苯（1）-甲苯（2）-乙苯（3）混合物班級(jí)：化工06-2班姓名：畢勝指導(dǎo)教師：馬慶蘭設(shè)計(jì)成績(jī)：日期：2009.6.8-2009.7.4設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄工藝流程簡(jiǎn)圖第一部分 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量的確定一、清晰分割法二、質(zhì)量分率轉(zhuǎn)換成摩爾分率三、物料平衡表第二節(jié) 操作溫度與壓力的確定一、回流罐溫度二、回流罐壓力三、塔頂壓力四、塔頂溫度五、塔底壓力六、塔底溫度七、進(jìn)料壓力八、進(jìn)料溫度第三節(jié) 最小回流比的確定第四節(jié) 最少理論板數(shù)的確定第五節(jié) 適宜回流比的確定一、作n-r/rmin圖二、作n（r+1）-r/rmin圖三、選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)第六節(jié) 理論塔板數(shù)

2、的確定第七節(jié) 實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料板位置的確定附表：溫度壓力匯總表第八節(jié) 塔徑計(jì)算一、精餾段塔徑二、提餾段塔徑第九節(jié) 熱力學(xué)衡算附表：全塔熱量衡算總表第二部分 塔板設(shè)計(jì)第一節(jié) 溢流裝置設(shè)計(jì)第二節(jié) 浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定第三節(jié) 浮閥水力學(xué)計(jì)算第四節(jié) 負(fù)荷性能圖第三部分 板式塔結(jié)構(gòu)第一節(jié) 塔體的設(shè)計(jì)一、筒體設(shè)計(jì)二、封頭設(shè)計(jì)三、人孔選用四、裙座設(shè)計(jì)第二節(jié) 接管的設(shè)計(jì)第四部分 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)第一節(jié) 全凝器設(shè)計(jì)第二節(jié) 再沸器選擇第三節(jié) 回流泵選擇第五部分 計(jì)算結(jié)果匯總第六部分 負(fù)荷性能圖第七部分 分析討論附錄 參考資料第一部分 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 產(chǎn)品組成及產(chǎn)品量的確定一、清晰分割法（p492）重關(guān)鍵

3、組分為甲苯，輕關(guān)鍵組分為苯，分離要求較高，而且與相鄰組分的相對(duì)揮發(fā)度都較大，于是可以認(rèn)為是清晰分割，假定乙苯在塔頂產(chǎn)品中的含量為零。現(xiàn)將已知數(shù)和未知數(shù)列入下表中：a1a2a3備注進(jìn)料（f）0.280.420.3給定塔頂產(chǎn)品（d）0.990.010給定x1,d，估計(jì)x3，d=0，算得x1,d塔頂產(chǎn)品（w）0.013未知未知注：表中f、d、w為質(zhì)量流率，a1、a2、a3為質(zhì)量分率列全塔總物料衡算及組分a、b、c的全塔物料衡算得，由（1）、（2）兩式， 將式（5）代入式（4）解得，由式（1），由式（3），解得，說明計(jì)算結(jié)果合理已知，解得，二、質(zhì)量分率換算成摩爾分率（p411）物性參數(shù) 化工熱力學(xué) p

4、189名稱相對(duì)分子質(zhì)量 g/mol臨界溫度tc 臨界壓力pc 苯78.114562.2 48.9 甲苯92.141591.8 41.0 乙苯106.168617.2 36.0 注：溫度單位k，壓力單位0.1mpa換算關(guān)系式：同理，解得進(jìn)料、塔頂、塔底各組分的摩爾分率解得，三、物料平衡表將以上的結(jié)果列入下表中：物料平衡表項(xiàng)目進(jìn)料塔頂塔底流率kmol/hkg/hkmol/hkg/hkmol/hkg/h苯31.54 2464 30.48 2381 1.06 83 甲苯40.11 3696 0.26 24 39.85 3672 乙苯24.87 2640 0 0 24.87 2640 合計(jì)96.52 8

5、800 30.74 2405 65.78 6395 組成mol%kg%mol%kg%mol%kg%苯0.3268 0.28 0.9915 0.99 0.0162 0.0130 甲苯0.4156 0.42 0.0085 0.01 0.6058 0.5742 乙苯0.2576 0.30 0 0 0.3780 0.4128 合計(jì)111111第二節(jié) 操作溫度與壓力的確定一、回流罐溫度一般應(yīng)保證塔頂冷凝液與冷卻介質(zhì)之間的傳熱溫差：已知，冷卻劑溫度：則，二、回流罐壓力純物質(zhì)飽和蒸氣壓關(guān)聯(lián)式（化工熱力學(xué) p199）： 飽和蒸氣壓關(guān)聯(lián)式 化工熱力學(xué) p199名稱abcd苯-6.982731.33213-2.6

6、2863-3.33399甲苯-7.286071.38091-2.83433-2.79168乙苯-7.486451.45488-3.37538-2.23048以苯為例，同理，解得取三、塔頂壓力塔頂管線及冷凝器的阻力可以近似取作0.15atm則，四、塔頂溫度露點(diǎn)方程：試差法求塔頂溫度t45.0 80.0 85.0 85.2 pa00.2974 1.0080 1.1729 1.1799 pb00.0985 0.3871 0.4587 0.4618 等式左邊3.4203 1.0056 0.8639 0.8587 等式右邊0.8582 0.8582 0.8582 0.8582 五、塔底壓力六、塔底溫度泡

7、點(diǎn)方程：試差法求塔底溫度t90.0 120.0 128.0 128.7 pa01.3581 2.9912 3.6092 3.6675 pb00.5406 1.3086 1.6143 1.6435 pc00.2419 0.6409 0.8074 0.8234 等式左邊0.4409 1.0834 1.3415 1.3662 等式右邊1.3652 1.3652 1.3652 1.3652 七、進(jìn)料壓力設(shè)計(jì)中可近似?。喊恕⑦M(jìn)料溫度（p498）物料衡算和相平衡方程：（質(zhì)量分率）試差法求進(jìn)料溫度t106.95110.0 112.9pa02.1595 2.3356 2.5131 pb00.9088 0.99

8、22 1.0770 pc00.4290 0.4726 0.5172 ka1.7067 1.8460 1.9863 kb0.7183 0.7842 0.8512 kc0.3391 0.3735 0.4088 等式左邊1.0149 1.0075 1.0001 等式右邊111將代入方程式的結(jié)果列如下表中：進(jìn)料組成苯甲苯乙苯液相摩爾分率0.29950.42480.2757質(zhì)量分率0.25490.42630.3189氣相摩爾分率0.55640.33820.1054質(zhì)量分率0.50620.36290.1303（摩爾分率）第三節(jié) 最小回流比的確定（p502）pa02.1595 ka1.7067 122.37

9、60 pb00.9088 kb0.7183 221pc00.4290 kc0.3391 320.4720 試差法求1.213 1.550 1.563 等式左邊-1.5583 -0.0344 -0.0006 等式右邊0.0050.0050.005第四節(jié) 最少理論板數(shù)的確定（p503）（不包括再沸器）第五節(jié) 適宜回流比的確定（不包括再沸器）r2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 x0.130.15 0.18 0.20 0.22 0.24 0.260.28 0.20 0.31 0.33 y0.520.490.47 0.450.430.410.40 0

10、.390.370.36 0.35 n20.0 18.9 18.0 17.3 16.7 16.2 15.7 15.3 15.0 14.6 14.4 n(r+1)66.1 64.4 63.1 62.3 61.8 61.5 61.3 61.3 61.3 61.5 61.8 r/rmin1.22 1.27 1.33 1.38 1.43 1.49 1.54 1.59 1.65 1.70 1.75 一、作n-r/rmin圖二、作n（r+1）-r/rmin圖三、選取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)第六節(jié) 理論塔板數(shù)的確定（p504）聯(lián)立解得，第七節(jié) 實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料板位置的確定（p465）液體粘度由查圖確定（p375），（不包

11、括再沸器）np與假設(shè)實(shí)際塔板數(shù)n=30近似，可認(rèn)為計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。附：溫度壓力匯總表項(xiàng)目單位數(shù)值備注回流罐溫度45壓力kpa101.33塔頂溫度85.2壓力kpa116.53流量kmol/h30.7404進(jìn)料溫度112.9壓力kpa126.53流量kmol/h96.5223塔底溫度128.7壓力kpa136.52流量kmol/h65.7820最小回流比1.882實(shí)際回流比2.974最少理論板數(shù)8.6不包括再沸器實(shí)際理論板數(shù)15.4實(shí)際塔板數(shù)總數(shù)28精餾段18提餾段10實(shí)際加料板位置19第八節(jié) 塔徑計(jì)算（課程設(shè)計(jì)p65）一、精餾段塔徑查圖得，查圖得（課程設(shè)計(jì)p66 smith氣相負(fù)荷因數(shù)關(guān)聯(lián)圖），

12、查圖得，液體表面張力氣相負(fù)荷因數(shù)最大容許氣速二、提餾段塔徑t128.7p136.52kpax10.0162x20.6085x30.3780k12.868k21.204k30.603y10.044y20.729y30.228試差法得,查圖得,查圖得,選擇塔徑1000mm第九節(jié) 熱力學(xué)衡算回流罐：查圖得，第一塊板：查圖得，塔頂：查圖得，進(jìn)料：同理，查圖得，塔底：查圖得，塔頂冷凝器熱負(fù)荷：再沸器熱負(fù)荷：所需冷卻水熱量：所需加熱蒸汽用量：附表：全塔熱量衡算總表組分fixfihfidixdihdiwixwihwi131.54 0.33 6622 30.48 0.99 44449 1.06 0.02 20

13、590 240.11 0.42 13698 0.26 0.01 62068 39.85 0.61 35082 324.87 0.26 -160 0.00 0.00 29762 24.87 0.38 444 96.52 1.00 20160 30.74 1.00 44598 65.78 1.00 21754 入方（單位）出方（單位）進(jìn)料1945893 塔頂產(chǎn)品帶出137330 再沸器供熱3798540 塔底產(chǎn)品帶出1431031 冷凝器取熱3986144 熱損失189927 總計(jì)5744433 總計(jì)5744433 第二部分 塔板設(shè)計(jì)第一節(jié) 溢流裝置設(shè)計(jì)精餾段設(shè)計(jì)流型選擇：塔徑1000mm，塔頂液

14、相流量根據(jù)p70，表2-5，選擇單溢流塔板。降液管、堰尺寸的確定：選用弓形降液管和平口堰，由經(jīng)驗(yàn)值確定，不設(shè)進(jìn)口堰，降液管下口至塔板距離降液管停留時(shí)間降液管寬度b及面積ad的確定：由，p135附錄七，則降液管受液盤：由經(jīng)驗(yàn)得，本塔采用凹形受液盤，盤深50mm進(jìn)口堰：在用凹形受液盤時(shí)不必設(shè)進(jìn)口堰降液管高度：底隙高度等于盤深提餾段設(shè)計(jì)：流型選擇、降液管、堰尺寸的確定、降液管停留時(shí)間、降液管寬度及面積、受液盤、進(jìn)口堰、降液管高度均與提鎦段相同。第二節(jié) 浮閥塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定浮閥型式選擇：普通采用f-1型浮閥，浮閥開度2.58.5mm，選用標(biāo)準(zhǔn)化的f-1型浮閥，閥重34g，直徑48mm，閥孔直徑39m

15、m浮閥的排列：采用等腰三角形叉排，三角形底邊長(zhǎng)度s取75mm浮閥數(shù)及開孔率計(jì)算：初設(shè)取閥孔動(dòng)能因數(shù)精餾段：保證閥孔氣速應(yīng)排列的浮閥數(shù)則以塔板總面積為基準(zhǔn)的塔板開孔率p142附錄十，查得，選擇f1010型浮閥塔板。提餾段：保證閥孔氣速應(yīng)排列的浮閥數(shù)則以塔板總面積為基準(zhǔn)的塔板開孔率p142附錄十，查得，選擇f1010型浮閥塔板。塔板布置圖，見附圖第三節(jié) 浮閥水力學(xué)計(jì)算精餾段：干板壓力降計(jì)算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取54.4mm通過液層壓力降堰上液面高度p76，查圖得，當(dāng)時(shí)，得霧沫夾帶量（p76）泛點(diǎn)率取降液管內(nèi)液面高度h忽略不計(jì)，淹塔不會(huì)發(fā)生漏液檢驗(yàn)：降液管內(nèi)液體停留時(shí)間及流速：

16、提餾段：干板壓力降計(jì)算表明，浮閥在所取閥孔氣速下處于剛剛?cè)_，應(yīng)取35.2mm通過液層壓力降堰上液面高度p76，查圖得，當(dāng)時(shí)，得霧沫夾帶量（p76）泛點(diǎn)率取降液管內(nèi)液面高度h忽略不計(jì)，淹塔不會(huì)發(fā)生漏液檢驗(yàn)：降液管內(nèi)液體停留時(shí)間及流速：第四節(jié) 負(fù)荷性能圖（1）過量霧沫夾帶線：（2）淹塔線：（3）過量漏液線：（4）降液管超負(fù)荷線：（5）液相負(fù)荷下限線：負(fù)荷性能圖，見附圖第三部分 板式塔結(jié)構(gòu)第一節(jié) 塔體的設(shè)計(jì)一、筒體設(shè)計(jì)塔頂空間高度塔底空間高度進(jìn)料空間高度筒體總高度1000mm塔徑的筒體壁厚選q235鋼的5mm二、封頭設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，基本尺寸：公稱直徑曲面高度直邊高度三、人孔選用取圓形人孔規(guī)

17、格dg450，塔底、塔頂、進(jìn)料處各設(shè)一人孔，精餾段、提餾段再各加一人孔四、裙座設(shè)計(jì)塔高徑比17<30，采用圓筒形裙座塔徑為1m，裙座上需開2個(gè)dg450的人孔塔底有再沸器，裙座的座圈高度取4m基礎(chǔ)內(nèi)環(huán)直徑基礎(chǔ)外環(huán)直徑第二節(jié) 接管的設(shè)計(jì)塔頂蒸氣出口管管徑dd：p104，表3-5，p109，表3-8，選取公稱直徑dg250接管回流管管徑dr：選用泵輸送，取冷凝液45，p106,表3-6，選取進(jìn)料管管徑df：取p106,表3-6，選取塔底出料管徑dw：取p106,表3-6，選取公稱直徑dg50塔底再沸器管徑dl：循環(huán)比5（質(zhì)量比），取接管內(nèi)液體流速1.3m/sp106,表3-6，選取公稱直徑d

18、g125再沸器返塔管徑db：選取公稱直徑dg400第四部分 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)第一節(jié) 全凝器設(shè)計(jì)p10，查表1-5，初選錯(cuò)流傳熱溫差總傳熱面積油走殼程，水走管程選擇fla-600-130-16-2核算：誤差小于1%第二節(jié) 再沸器選擇選擇fla400-25-25-2第三節(jié) 回流泵選擇絕對(duì)粗糙度取0.3mm化工原理p50，查得，塔高根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取標(biāo)準(zhǔn)彎頭90，壓力損失化工原理p395，選擇65ay-60a第五部分 計(jì)算結(jié)果匯總工藝計(jì)算結(jié)果匯總表名稱單位組成塔頂苯mol%0.9915 甲苯mol%0.0085 乙苯mol%0 進(jìn)料苯mol%0.3268 甲苯mol%0.4156 乙苯mol%0.2576 塔底苯mol%0.0162 甲苯mol%0.6058 乙苯mol%0.3780 壓力塔頂kpa85.2進(jìn)料kpa126.53塔底kpa136.52回流罐kpa101.33溫度塔頂116.53進(jìn)料112.9塔底128.7回流罐45流量塔頂產(chǎn)品kg/h2405塔底產(chǎn)品kg/h6395進(jìn)料kg/h8800第一板氣相kg/h8163第一板液相kg/h6081最后一板氣相kg/h12624最后一板液相kg/h19019冷卻水kg/h98400加熱蒸汽kg/h19500設(shè)備計(jì)算結(jié)果匯總表名稱單位備注塔徑m1板間距mm450堰高mm50堰長(zhǎng)m0.