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，精馏段气相质量流量?V(Kg/s)＝(R+1)D＝3.139*0.89=2.794，?所以，精馏段操作线方程??yn+1=R*xn/(R+1)+xd/(R+1)?=0.681xn+0.311?因为泡点进料，所以进料热状态??q=1?所以，提馏段液相质量流量?L'(Kg/s)＝L+qF＝1.904+1*2.25=4.154，?提馏段气相质量流量?V'(Kg/s)＝V-(1-q)F＝2.794。????所以，提馏段操作线方程?ym+1=?L'xm/?V'-
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