1、化工原料课程设计任务书一、题目设计一连续精馏塔装置，用以分离： 苯-甲苯混合物 混合物二、原始数据1、原料：处理量： 17 吨/小时 进料状态： 饱和液体 组成： xF=0.43（质量） 2、产品要求： xD=0.97（摩尔） ，xW=0.03（摩尔） 3、冷凝器形式： 全凝器 冷却剂温度： 30 三、计算说明书内容1、流程简图2、工艺计算（包括物料衡算及热量衡算总表）3、塔板计算4、塔体初步设计5、辅助设别的选用6、计算结果汇总表7、分析与讨论四、绘图要求1、塔体总图2、塔板总图一、工艺流程简图如图 1，塔顶设全凝器，轻组分经全凝器冷凝后，部分作为回流返回塔内；塔底设有再沸器。二、工艺计算1
2、、全塔物料衡算原料组成： （质量） 塔顶组成： （摩尔）0.43Fx0.97Dx塔底组成： （摩尔）W摩尔衡算原料摩尔组成： 0.43/78.10.471./()/92.3Fx进料量： 317/0.4/78.1(0.4)/.8.6/Fth Kmolh摩尔衡算方程： ，DWFDWxx联立求得： ，9.2/Kmolh5./olh质量衡算由摩尔衡算结果，可得塔顶产品质量流率 3.078.1(0.97)2.130./DKg塔底产品质量流率 15.967./Wh由塔顶、塔底产品组成，也可分别求得苯、甲苯的摩尔流量和质量流量。物料衡算结果如表 1.表 1 全塔物料衡算结果（Kmol/h 或 Kg/h）质量
3、流量 摩尔流量 组成 总流量摩尔 质量 摩尔流量 质量流量进料 苯 7310 93.59 0.471 0.43 198.76 17000甲苯 9690 105.18 0.529 0.57 塔顶产品 苯 7062.67 90.42 0.97 0.965 93.22 7320.31甲苯 257.64 2.80 0.03 0.035 塔底产品 苯 247.33 3.17 0.03 0.026 105.55 9679.69甲苯 9439.36 102.38 0.97 0.974 2、确定冷凝罐、塔顶及塔底的操作压力和温度（1 ）冷凝罐的压力和温度冷却剂的温度为 30，为保证一定的传热温差，通常产品冷却
4、后的温度比冷却剂高 10-20，取t=15，则冷凝罐的温度为 45。假定凝液罐的压力为 1atm，则查图1得KA=0.32,KB=0.13，此时，有 0.3297.130.14iABxKx压力选高了。观察图表可以发现，当压力取为 0.5atm 时，仍不能满足的要求，图中低于 0.5atm 的相平衡数据难以获得，此时，不宜采用|1|0.iKx泡点方程。考虑到低压时，安托因方程 01206.35lg6.89747Apt95.B由低压下的泡点方程 0ABpxp将t=45代入安托因方程，得 ， ，得 。查029.7AKa019.8BKpa27.43Kpa饱和蒸汽压图2，可得 45时， ， ，得 ，与安
5、3p9托因方程的计算结果一致。从冷凝罐的压力出发，对本蒸馏体系有两种方案：采取常压蒸馏，冷凝罐中的液体为过冷液体，回流为过冷回流；采取减压蒸馏。常压蒸馏会引起塔内各处温度相应提高，而塔底温度的提高可能会引起塔内物料的结焦、聚合、变质或腐蚀设备。本体系为苯、甲苯，相对较轻，温度升高不是很大时不会引起结焦问题；减压蒸馏不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积的增加，将增大蒸馏塔的塔径。综合考虑，采用常压蒸馏，此时，冷凝罐的压力为 1atm，温度为 45。（2）塔顶操作压力和温度的确定冷凝罐内压力为 1atm，塔顶蒸汽通过塔顶馏出管线及冷凝器的阻力一般为 0.01-0.02Mpa
6、，取阻力为 0.01Mpa，则塔顶压力为 101.325+10=111.325Kpa。假定塔顶温度为 80，查图3，得 KA=0.84，KB=0.36，由露点方程，得 ，0.97.31.09654iAByK不满足误差小于 0.01 的要求。另取塔顶温度为 84，则 KA=1.05，KB=0.42，此时， ，满足误差要求，故塔顶压0.97.30.951542iyK|1|0.5.1iy力为 111.325Kpa，塔顶温度为 84。（3 ）塔底操作压力和温度的确定塔顶压力加上全塔压降即为塔底操作压力。由经验知，塔的实际板数一般为 20-30，分离度高时，取的大些；每层板的压降一般为 3-6mmHg。
7、取 N=25，每层板的压降为 5mmHg，则塔底压力为 1.32513.0127.9812p Kpa假设塔底温度为 110，查图，得 KA=1.73，KB=0.80，此时，由泡点方程，不满足误差要求。另假定1.730.8970.28iABKxx塔底温度为 120，则 KA=2.20，KB=0.96，此时， ，满足误差2.0.96.i|1|.70.1iKx要求。故塔底温度为 120，塔底压力为 128Kpa。3、确定进料状态进料为饱和液体进料，故 q=1；由常压下 T-x-y相图，可读得进料温度约为 93.图 2 常压下苯-甲苯体系 T-x-y 相图4、做出 y-x 想平衡曲线塔顶、塔底的平均压
8、力为 ，与常压相差不大，可近似用常(1.3257.98)/210Kpa压下的相平衡数据，得相平衡曲线如图 3.图 3 苯- 甲苯体系的 y-x 相图5、确定最小回流比及最小理论板数最小回流比在图 3 中由 做垂线，交相平衡曲线于（ 0.471,0.690） ，即 ，0.471Fx 0.471ex，可得最小回流比为.69eymin0.9761.27.4DexRy最小理论板数塔顶的相对挥发度为 ，塔底的相对挥发度为 ，1.05=2.4ABK顶 .20.96底可得全塔的平均相对挥发度为 。由芬斯克公式，.5029.3m顶 底得 。minlg()()lg(.97/3)(/)7.l l.ABDAWxxN
9、6、确定适宜回流比取不同的 ，由捷算法分别求出 、 ，可得 图和min/RN(1)Rmin/RN图，如图 4 和图 5。i(1)N下面以 为例进行计算。min/.R，故 ，采用吉利兰i1.1278.40min1.4027.530RX关联式 ，可得 ，据此，可得.551exp()(.Y min6NY， 。2.N)6RN计算结果如表 2。表 2 不同的 R/Rmin 与 N、 （R+1）NR/Rmin R (R-Rmin)/(R+1) (N-Nmin)/(N+1) N (R+1)N1.1 1.4 0.0530 0.60 21.72 52.06 1.2 1.527272 0.1006 0.55 19
10、.09 48.19 1.3 1.654545 0.1437 0.51 17.36 46.03 1.4 1.781818 0.1829 0.48 16.12 44.77 1.5 1.909091 0.2186 0.44 15.17 44.08 1.6 2.036363 0.2513 0.42 14.43 43.77 1.64 2.087272 0.2637 0.41 14.18 43.72 1.7 2.163636 0.2814 0.39 13.84 43.72 1.8 2.290909 0.3092 0.37 13.35 43.86 1.9 2.418181 0.3349 0.36 12.94
11、 44.15 2 2.545454 0.3588 0.34 12.59 44.56 2.1 2.672727 0.3810 0.32 12.28 45.04 2.2 2.799999 0.4017 0.31 12.02 45.60 2.3 2.927272 0.4211 0.30 11.79 46.22 2.4 3.054545 0.4392 0.29 11.58 46.88 2.5 3.181818 0.4563 0.28 11.40 47.58 2.6 3.30909 0.4723 0.27 11.23 48.31 2.7 3.436363 0.4875 0.26 11.08 49.07 2.8 3.563636 0.5018 0.25 10.94 49.85 2.9 3.690908 0.5153 0.24 10.82 50.66 3 3.818181 0.5281 0.23 10.70 51.48
