中国石油大学化工原理课程设计毕胜苯-甲苯-乙苯

化工原理课程设计

说明书

设计题目：分离苯（1）-甲苯（2）-乙苯（3）混合物

班级：化工06-2班

姓名：毕胜

指导教师：马庆兰

设计成绩：

设计任务书

目录

工艺流程简图

第一部分精馏塔的工艺设计

第一节产品组成及产品量的确定

一、清晰分割法

二、质量分率转换成摩尔分率

三、物料平衡表

第二节操作温度与压力的确定

一、回流罐温度

二、回流罐压力

三、塔顶压力

四、塔顶温度

五、塔底压力

六、塔底温度

七、进料压力

八、进料温度

第三节最小回流比的确定

第四节最少理论板数的确定

第五节适宜回流比的确定

一、作N-R/R

图

min

二、作N（R+1）-R/R

图

min

三、选取经验数据

第六节理论塔板数的确定

第七节实际塔板数及实际加料板位置的确定附表：温度压力汇总表

一、精馏段塔径

二、提馏段塔径

第九节热力学衡算

附表：全塔热量衡算总表

第二部分塔板设计

第一节溢流装置设计

第二节浮阀塔板结构参数的确定第三节浮阀水力学计算

第四节负荷性能图

第三部分板式塔结构

第一节塔体的设计

一、筒体设计

二、封头设计

三、人孔选用

四、裙座设计

第四部分辅助设备设计

第一节全凝器设计

第二节再沸器选择

第三节回流泵选择

第五部分计算结果汇总

第六部分负荷性能图

第七部分分析讨论

附录参考资料

第一部分精馏塔的工艺设计

第一节产品组成及产品量的确定

一、清晰分割法（P492）

重关键组分为甲苯，轻关键组分为苯，分离要求较高，而且与相邻组分的相对挥发度都较大，于是可以认为是清晰分割，假定乙苯在塔顶产品中的含量为零。现将已知数和未知数列入下表中：

注：表中F 、D 、W 为质量流率，a 1、a 2、a 3为质量分率

列全塔总物料衡算及组分A 、B 、C 的全塔物料衡算得，

W

a 0.3F W a 0.01D 0.42F 0.013W 0.99D 0.28F W

D F W ,3W 2＝＋＝＋＝＋＝，

由（1）、（2）两式，F F W 7267.0013

.099.028

.099.0＝＝--?

将式（5）代入式（4）解得，4123.07276.03.0,3＝＝

F

F

a W

由式（1），0.2724F 0.7276)F (1W F D ＝－＝－＝

由式（3），0.7276F 0.2724F 0.010.42F W ,2??a ＋＝

解得，0.5735 W ,2＝a

说明计算结果合理

已知，h t 8.8F ＝

解得，h

t 2.48.80.2724D h

t 6.48.80.7267W ＝＝＝＝??

二、质量分率换算成摩尔分率（P411）

物性参数 化工热力学 P189

注：温度单位K ，压力单位0.1MPa

换算关系式：()

∑=N

i i i

j

j j M a

M a x 1

＝

同理，解得进料、塔顶、塔底各组分的摩尔分率

解得，h

kmol 65.78h kmol 30.74h

kmol 6.529==W D F ＝

三、物料平衡表

将以上的结果列入下表中：

物料平衡表

第二节 操作温度与压力的确定

一、回流罐温度

一般应保证塔顶冷凝液与冷却介质之间的传热温差：℃＝△20t

已知，冷却剂温度：℃25=i t

则，℃△回45=+=t t t i

二、回流罐压力

纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）：

饱和蒸气压关联式 化工热力学 P199

以苯为例，434.02.562/15.3181/1=-=-=C T T x

同理，解得MPa P b 1.00985.00?=

∵atm P 1<回∴取MPa atm P 1.00133.11?==回

三、塔顶压力

塔顶管线及冷凝器的阻力可以近似取作0.15atm

则，MPa P P 1.01653.1atm 15.115.0?==+=回顶

四、塔顶温度

露点方程：∑

==n

i i

i p p y 1

1 试差法求塔顶温度

五、塔底压力

六、塔底温度

泡点方程：p x p n

i i i =∑=1

试差法求塔底温度

七、进料压力

设计中可近似取：MPa P P P 1.02653.12

?=+=

底

顶进

八、进料温度（P498）

物料衡算和相平衡方程：1)1(11

1

,==-+∑

∑==C

i C

i i i F

i x e

K x

1.0=e （质量分率）

试差法求进料温度

将代入方程式的结果列如下表中：

106.02995

.05564.02995

.03268.0,=--=

--=

i

i i F i x y x x e （摩尔分率）

第三节 最小回流比的确定（P502）

试差法求θ

第四节 最少理论板数的确定（P503）

6.813879

.2lg )0162.06058.00085.09915.0lg(1lg ))()lg((min =-?=-=

m W l h D h l x x x x N α（不包括再沸器）

第五节 适宜回流比的确定

2

1)

1(75.0min

min

567.0+-=

+-=

-=N N N Y R R R X X Y （不包括再沸器）

一、作N-R/R min 图

二、作N （R+1）-R/R min 图

三、选取经验数据

第六节 理论塔板数的确定（P504）

联立解得，

3

.61.10==S R N N

第七节 实际塔板数及实际加料板位置的确定（P465）

液体粘度由查图确定（P375），s

mPa s mPa s

mPa c b a ?=?=?=29.025.023.0μμμ

19

1185547

.01

.10285547

.04

.15=+====

===RP T R RP T T P N N E N N E N N 进（不包括再沸器） N P 与假设实际塔板数N=30近似，可认为计算结果准确。

附：温度压力汇总表

第八节塔径计算（《课程设计》P65）

一、精馏段塔径

查图得，

3

23

1323

1/4.3/9.2/800/807m kg m

kg m kg m kg v v l l ====ρρρρ

查图得（《课程设计》P66 Smith 气相负荷因数关联图），09.020=C

查图得，液体表面张力

m

N m

N /0212.0/0209.021==σσ

气相负荷因数0908.0)02

.0(

2.020==σ

C C

最大容许气速s m C

u V

V

L /152.1max =-=ρρρ 二、提馏段塔径