目 录 1 课程设计的目的……………………………………………3 2 课程设计题目描述和要求…………………………………3 3 课程设计报告内容…………………………………………4 4 对设计的评述和有关问题的讨论…………………………22 5 参考书目……………………………………………………22 1苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计 1.课程设计的目的 2 课程设计题目描述和要求 本设计的题目是苯-甲苯连续精馏浮阀塔的设计,即需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯,采用连续操作方式,需设计一板式塔,板空上安装浮阀,具体工艺参数如下: 原料苯含量:质量分率= (30+0.5*学号)% 原料处理量:质量流量=(10-0.1*学号) t/h [单号] (10+0.1*学号) t/h [双号] 产品要求:质量分率:xd=98%,xw=2% [单号] xd=96%,xw=1% [双号] 工艺操作条件如下: 常压精馏,塔顶全凝,塔底间接加热,泡点进料,泡点回流,R=(1.2~2)Rmin。 3.课程设计报告内容 3.1 流程示意图 冷凝器→塔顶产品冷却器→苯的储罐→苯 ↑↓回流 原料→原料罐→原料预热器→精馏塔 ↑回流↓ 再沸器← → 塔底产品冷却器→甲苯的储罐→甲苯 3.2 流程和方案的说明及论证 max.book118.com 流程的说明 首先,苯和甲苯的原料混合物进入原料罐,在里面停留一定的时间之后,通过泵进入原料预热器,在原料预热器中加热到泡点温度,然后,原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点,混合物中既有气相混合物,又有液相混合物,这时候原料混合物就分开了,气相混合物在精馏塔中上升,而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方的冷凝器中,这些气相混合物被降温到泡点,其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中,停留一定的时间然后进入苯的储罐,而其中的气态部分重新回到精馏塔中,这个过程就叫做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中,一部分进入再沸器,在再沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程,而进料口不断有新鲜原料的加入。最终,完成苯与甲苯的分离。 max.book118.com 方案的说明和论证 本方案主要是采用浮阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系,总称为精馏装置,其核心为精馏塔。常用的精馏塔有板式塔和填料塔两类,通称塔设备,和其他传质过程一样,精馏塔对塔设备的要求大致如下: 3 一:生产能力大:即单位塔截面大的气液相流率,不会产生液泛等不正常流 动。 二:效率高:气液两相在塔内保持充分的密切接触,具有较高的塔板效率或传质效率。 三:流体阻力小:流体通过塔设备时阻力降小,可以节省动力费用,在减压操作是时,易于达到所要求的真空度。 四:有一定的操作弹性:当气液相流率有一定波动时,两相均能维持正常的流动,而且不会使效率发生较大的变化。 五:结构简单,造价低,安装检修方便。 六:能满足某些工艺的特性:腐蚀性,热敏性,起泡性等。 而浮阀塔的优点正是: 而浮阀塔的优点正是: 1.生产能力大,由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡罩塔板大 20%~40%,与筛板塔接近。 2.操作弹性大,由于阀片可以自由升降以适应气量的变化,因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔,泡罩塔都大。 3.塔板效率高,由于上升气体从水平方向吹入液层,故气液接触时间较长,而雾沫夹带量小,塔板效率高。 4.气体压降及液面落差小,因气液流过浮阀塔板时阻力较小,使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5.塔的造价较低,浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%~80%,但是比筛板塔高 20%~30。 但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高(防止浮阀锈死在塔板上),所以一般采用不锈钢作成,致使浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高效率塔板的不断被研制出来,浮阀塔的推广并不是越来越广。 近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比较完整,因此设计浮阀塔比较合适。 3.3 设计的计算与说明 max.book118.com 全塔物料衡算 根据工艺的操作条件可知: 料液流量 F=(10-0.5*19)t/h=2.25Kg/s =94.285Kmol/h 料液中易挥发组分的质量分数 xf =(30+0.5*19)%=39.5%; 塔顶产品质量分数 xd = 98%,摩尔分数为 97.6%; 塔底产品质量分数 xw= 2%,摩尔分数为 1.7%; 由公式: F=D+W F*xf=D*xd+W*xw 代入数值解方程组得: 塔顶产品(馏出液)流量 D=41.067 Kmol/h=0.89Kg/s; 塔底产品(釜液)流量 W=53.218Kmol/h=1.360 Kg/s。 max.book118.com.分段物料衡算 lgPa*=6.02232-1206.350/(t+220.237) 安托尼方程 lgPb*=6.07826-1343.943/(t+219.377) 安托尼方程 xa=(P 总-Pb*)/(Pa*-Pb*) 泡点方程 根据xa从《化工原理》P204表6—1查出相应的温度 根据以上三个方程,运用试差法可求出 Pa*,Pb* 当 xa=0.395 时,假设t=92 Pa*=144.544P,Pb*=57.809P, 当 xa=0.98 时,假设t=80.1 Pa*=100.432P,Pb*=38.904P, 当 xa=0.02 时,假设t=108 Pa*=222.331P,Pb*=93.973P, t=92,既是进料口的温度, t=80.1是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度, t=108是釜液需被加热的温度。 根据衡摩尔流假设,全塔的流率一致,相对挥发度也一致。 a=Pa*/Pb*=144.544P/57.809P =2.500(t=80.1) 所以平衡方程为 y=ax/[1+(a-1)x]=2.500x/(1+1.500x), 最小回流比 Rmin 为 Rmin=[xd/xf-a(1-xd)/(1-xf)]/(a-1)=1.426, 所以 R=1.5Rmin=2.139, 所以精馏段液相质量流量 L(Kg/s)=RD=2.139*0.89=1.904
精馏塔.doc
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