分离乙醛和甲苯的混合物的精馏塔设计.doc

1前言
1.1课程设计的目的
化工原理课程设计是一个综合性和实践性较强的教学环节，也是理论联系实际的有效手段。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。
课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。
通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：
1.查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；
2.树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；
3.迅速准确的进行工程计算的能力；
4.用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
1.2课程设计题目描述和要求：
精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易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，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。
本设计的题目是乙醛-甲苯连续精馏的设计，即需设计一个精馏塔用来分离苯和甲苯，采用连续操作方式，需设计一筛板塔，具体工艺参数如下：
料液处理量:2000kg/h进料组成:40%(mol)
塔顶流出液组成:XD>0.96
塔底釜液组成:XW<0.03
操作压力：塔顶压强为常压
进料状况：泡点进料
回流比：R=2Rmin
单板压降：
1.3课程设计内容简述：
1.3.1流程示意图

1.3.2流程过程
首先，乙醛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。
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：
①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。
②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。
③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。
④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。
⑤结构简单，造价低，安装检修方便。
⑥能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

2具体计算过程
2.1设计方案的确定
本设计任务为分离乙醛—甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。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。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，取操作回流比为最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。
2.2精馏塔的物料衡算
2.2.1原料业及塔顶、塔底产品的摩尔分率
乙醛的摩尔质量MA=44.05kg/mol
甲苯的摩尔质量MB=92.13kg/mol
XF=0.40
XD=0.96
XW=0.03
2.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.4×44.05＋(1-0.4)×92.13＝72.90kg/mol
MD=0.96×44.05＋(1－0.96)×92.13=45.97kg/mol
MW=0.03×44.05＋(1－0.03)×92.13＝90.69kg/mol
2.2.3