苏州科技学院化工原理课程设计-1-一、概述化工生产中所处理的原料,中间产物,粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物,而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存,运输,加工和使用的需求,时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质.芳香族化合物是化工生产中的重要的原材料,而苯和甲苯是各有其重要作用。苯是化工工业和医药工业的重要基本原料,可用来制备染料,树脂,农药,合成药物,合成橡胶,合成纤维和洗涤剂等等;甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂,而且可以合成异氰酸酯,甲酚等化工产品,同时也可以用来制造三硝基甲苯,苯甲酸,对苯二甲酸,防腐剂,染料,泡沫塑料,合成纤维等。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作,在化工,炼油,石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下,使气,液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各相分挥发度的不同,使挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔,实现苯——甲苯的分离。苯——甲苯体系比较容易分离,待处理料液清洁。因此用筛板塔。筛板塔也是很早出现的一种板式塔,20世纪50年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究,逐步掌握了筛板塔的性能,并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比,筛板塔具有下列优点:生产能力(20%——40%)塔板效率(10%——50%)而且结构简单,塔盘造价减少40%左右,安装,维修都较容易。苏州科技学院化工原理课程设计-2-二、设计方案的确定本设计任务为分苯—甲苯的混合物,对于二元混合物的分离,应采用连续常压精馏流程。设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷凝器冷却后送至贮罐。该物系属于易分离物系,故操作回流比取为2.7。塔底采用直接蒸气加热,塔底产品经冷却后送至贮罐。三、精馏塔的物料衡算⒈原料液及其塔顶、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量为:78.11/kgkmol甲苯的摩尔质量为:92.13/kgkmol0.55/78.110.590.55/78.110.45/92.13Fx0.995Dx0.01Wx⒉原料液及其塔顶与塔底产品的平均摩尔质量0.5978.11(10.59)92.1383.86/FMkgkmol0.99578.11(10.995)92.1378.18/DMkgkmol苏州科技学院化工原理课程设计-3-0.0178.11(10.01)92.1391.99/WMkgkmol⒊物料平衡原料处理量600071.55/83.86Fkmolh总物料衡算71.55DW苯物料衡算71.550.590.9950.01DW联立解得42.13/Dkmolh29.42/Wkmolh四、塔板数的确定⒈理论板层数NT的求取①因为苯—甲苯属于理想物系,可采用图解法求解理论板层数②操作回流比1.8R③求精馏塔的气、液相负荷1.842.1375.83/LRDkmolh(1)2.842.13117.96/VRDkmolh75.8371.55147.38/LLqFLFkmolh117.96/VVkmolh④求操作线方程精馏段操作线方程为75.8342.130.9950.6430.357117.96117.96DLDyxxxxVV提馏段操作线方程为147.3829.420.011.2490.0025117.96117.96WLWyxxxxVV⑤图解法求理论塔板层数采用图解法求理论板层数,求解结果为苏州科技学院化工原理课程设计-4-总理论板层数18.5TN(包括再沸器)进料板位置10FN⒉理论板层数TN的求取精馏段实际板层数9/70%12.8613N精提馏段实际板层数9.5/70%13.6714N提五、精馏塔的工艺条件及有关物性数据数据的计算⒈操作压力的计算操作为常压操作,所以101.3PKPa⒉操作温度的计算依据安托因方程苯1206.35log6.023220.24oAPt甲苯1343.94log6.078219.58oBPt又ooAABBPPxPx所以塔顶温度80.3Dt℃苏州科技学院化工原理课程设计-5-进料板温度91.0Ft℃塔底温度110.2Wt℃精馏段平均温度80.391.085.652mt℃提馏段平均温度91.110.2'100.62mt℃⒊平均摩尔质量的计算塔顶平均摩尔质量计算由10.995Dxy查平衡曲线得10.985x0.99578.11(10.995)92.1378.18/VDmMkgkmol0.98578.11(10.985)92.1378.32/LDmMkgkmol进料板平均摩尔质量计算由0.742Fy查平衡曲线得0.535Fx0.74278.11(10.742)92.1381.73/VFmMkgkmol0.53578.11(10.535)92.1384.63/LFmMkgkmol塔底平均摩尔质量计算由20.01Wxy查平衡曲线得20.004x0.0178.11(10.01)92.1391.99/VWmMkgkmol0.00478.11(10.004)92.1392.07/LWmMkgkmol精馏段平均摩尔质量78.1881.7379.96/2VmMkgkmol78.3284.6381.48/2LmMkgkmol提馏段平均摩尔质量81.7391.99'86.86/2VmMkgkmol84.6392.07'88.35/2LmMkgkmol⒋平均密度的计算⑴气相平均密度计算由理想气体状态方程计算,即苏州科技学院化工原理课程设计-6-精馏段气相平均密度3101.379.962.72/8.3145(85.65273.15)mVmVmmPMkgmRT提馏段气相平均密度3'101.386.86'2.83/'8.314(100.6273.15)mVmVmmPMkgmRT⑵液相平均密度计算液相平均密度依下式计算,即1iLmia塔顶液相平均密度的计算由80.3Dt℃,查手册得3814.7/Akgm3809.7/Bkgm31814.67/(0.995/814.80.005/809.7)LDmkgm进料板液相平均密度的计算由91.0Ft℃,查手册得3802.8/Akgm3799.2/Bkgm进料板液相的质量分率0.53578.110.4940.53578.110.46592.13Aa31800.97/(0.494/802.80.506/799.2)LFmkgm塔底液相平均密度的计算由110.2Wt℃,查手册得3780.1/Akgm3780.1/Bkgm塔底液相的质量分率0.00478.110.00340.00478.110.99692.13AWa31780.1/(0.0034/780.10.9966/780.1)LWmkgm苏州科技学院化工原理课程设计-7-精馏段液相平均密度为3814.67800.97807.82/2Lmkgm提馏段液相平均密度为3800.97780.1'790.54/2Lmkgm⒌液体平均表面张力的计算液相平均表面张力依下式计算即Lmiix塔顶液相平均表面张力的计算由80.3Dt℃,查手册得21.23/AmNm21.66/BmNm0.99521.230.00521.6621.23/LDmmNm进料板液相平均表面张力的计算由91.0Ft℃,查手册得19.94/AmNm20.53/BmNm0.53519.940.46520.5320.21/LFmmNm塔底液相平均表面张力的计算由110.2Wt℃,查手册得17.65/AmNm18.4/BmNm0.0117.650.9918.418.39/LWmmNm精馏段液相平均表面张力21.2320.2120.72/2LmmNm提馏段液相平均表面张力20.2118.39'19.30/2LmmNm⒍液体平均粘度的计算液相平均粘度依下式计算即lglgLmiix塔顶液相平均粘度的计算苏州科技学院化工原理课程设计-8-由80.3Dt℃,查手册得0.307AmPas0.310BmPaslg0.995lg0.3070.005lg0.310LDm解出0.307LDmmPas进料板平均粘度的计算由91.0Ft℃,查手册得0.277AmPas0.284BmPaslg0.494lg0.2770.506lg0.284LFm解出0.280LFmmPas由110.2Wt℃,查手册得0.232AmPas0.252BmPaslg0.01lg0.2330.99lg0.252LWm解出0.252LWmmPas精馏段平均粘度0.3070.2800.2942LmmPas提馏段平均粘度0.2800.252'0.2662LmmPas六、精馏塔的塔体工艺尺寸计算由上面可知精馏段75.83/Lkmolh117.96/Vkmolh⒈塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为3117.9679.960.963/360036002.72VmsVmVMVms375.8381.480.00212/36003600807.82LmsLmLMLms苏州科技学院化工原理课程设计-9-由maxLVVuC式中,负荷因子0.220()20LCC由史密斯关联图查得20C,图的横坐标为1/21/20.002123600807.82()()0.03790.96336002.72sLsVLV取板间距0.40THm,板上清液层高度取0.06Lhm,则0.34TLHhm由史密斯关联图,得知200.072C气体负荷因子0.20.22020.72()0.072()0.07252020LCCmax807.822.720.07251.250/2.72ums取安全系数为0.7,则空塔气速为max0.70.71.2500.875/uums440.9631.1840.875SVDmu按标准塔径圆整后为1.2Dm塔截面积为221.134TADm实际空塔气速为0.9630.852/1.13ums提馏段的气、液相体积流率为3117.9686.86'1.006/360036002.83VmsVmVMVms3147.3888.35'0.00458/36003600790.54LmsLmLMLms由maxLVVuC式中,负荷因子0.220()20LCC由史密斯关联图查得20C,图的横坐标为苏州科技学院化工原理课程设计-10-1/21/2'0.004583600790.54()()0.0761'1.00636002.83sLsVLV取板间距0.45THm,板上清液层高度取0.06Lhm,则0.39TLHhm由史密斯关联图,得知200.081C气体负荷因子0.20.22019.30()0.081()0.08042020LCCmax790.542.830.08041.34/2.83ums取安全系数为0.7,则空塔气速为max0.70.71.340.938/uums440.9381.170.875SVDmu按标准塔径圆整后为1.2Dm塔截面积为221.134TADm实际空塔气速为1.0060.89/
本文标题:苯与甲苯
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