【正文】 省資金，選全凝器。 四 回流方式 本設(shè)計(jì)采用泵泡點(diǎn)回流 。 五 加熱方式 采用間接加熱，因?yàn)閷ν环N進(jìn)料組成，熱狀況及回流比得到相同的鎦出液組成及回收率時(shí)，間接加熱所需理論板數(shù)比直接加熱要少一些，本次分離苯和甲苯混合液，所以采用間接加熱。 六 加熱器 選用管殼式換熱器。只用在工藝物料的特性或工藝條件特殊時(shí)才考慮其他型式。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 8 第三 章 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 — 甲苯二元物系。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用過泡點(diǎn)進(jìn)料，將原 料通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)鏟平冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2倍。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過程的物料衡算，熱量衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。 ? 精餾塔物料衡算 有設(shè)計(jì)要求數(shù)據(jù)： 加料量 185F Kmol h? 苯的摩爾質(zhì)量 AM = Kg/Kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 BM = Kg/Kmol 進(jìn)料組成摩爾分?jǐn)?shù)： FX = 餾出液組成摩爾分?jǐn)?shù)： DX = 釜液組成摩爾分?jǐn)?shù)： WX = ? 原料液及塔頂、塔底的平均摩爾質(zhì)量 苯的摩爾質(zhì)量 7 8 .1 1AM Kg Kmol? 甲苯的摩爾質(zhì)量 9 2 .1 4BM Kg Km ol? 進(jìn)料組成摩爾分?jǐn)?shù)： ? 餾出液組成摩爾分?jǐn)?shù)： ? 釜液組成摩爾分?jǐn)?shù)： ? 平均摩爾質(zhì)量： 0. 45 78 .1 1 ( 1 0. 45 ) 92 .1 3 85 .8 2 /0. 98 78 .1 1 ( 1 0. 98 ) 92 .1 3 78 .3 9 /0. 03 78 .1 1 ( 1 0. 03 ) 92 .1 3 91 .7 1 /DWM k g k m olM k g k m olM k g k m ol? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?F 原料的處理量： 185F Kmol h? 總物料衡算： WDF ?? 即 185DW?? 易揮發(fā)組分 的物料衡算： FwD FxWxDx ?? 即 0 .9 8 0 .0 3 1 8 5 0 .4 5DW? ? ? ? ? 由上述二式解得： Kmol h? 1 0 3 .2 1W K m ol h? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 9 ? 溫度計(jì)算 1．溫度的計(jì)算 由苯 —— 甲苯的氣液平衡關(guān)系表可知：（ ） 溫度 t/℃ 苯的摩爾分?jǐn)?shù) 溫度 t/℃ 苯的摩爾分?jǐn)?shù) 液相 x/％ 氣相 y/％ 液相 x/％ 氣相 y/％ 利用表中數(shù)據(jù)用插值法可求的 tF， tD， tW。 ① Ft : 9 8 . 6 1 0 2 . 2 1 0 2 . 23 0 . 0 2 0 . 0 4 5 . 0 2 0 . 0FF tt ???? 得 ? ℃ ② Dt : 8 0 .2 8 1 .2 8 1 .21 0 0 .0 9 5 .0 9 8 .0 9 5DD tt ???? 得 ? ℃ ③ Wt ： 1 1 0 . 6 1 0 6 . 1 1 1 0 . 60 8 . 8 3 0WW tt ???? 得 ? ℃ ④精餾段平均溫度：1 ???℃ ⑤提溜段平均溫度：2 52Fwttt ???℃ ? 相對揮發(fā)度的求取 由 Fx = Fy = FFFFx = 9411xFyy? ? Dx ＝ y D= DDDDDx =11xyy? ? Wx ＝ yW= WWWWWx =11xyy? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 10 精餾段相對揮發(fā)度： FD+= = ??? 提餾段相對揮發(fā)度： FW+= =??? ? 黏度的求取 由 1 ? ℃時(shí)查 書“液體黏度共線圖”可得 5 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當(dāng) ? ℃時(shí)， 6 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當(dāng) Ft =℃時(shí) ， 9 .mp s? ? 8 .mp s? ? 當(dāng) ? ℃時(shí)， .aamp s? ? .bamp s? ? 根據(jù)液相平均黏度公式 Lm i ilg x lg? ? ? ?? 塔頂液相平均黏度計(jì)算 當(dāng) Dt ? ℃時(shí) ? ? ? ?L D m L F ml g 0 . 9 8 l g ( 0 . 3 1 ) 1 0 . 9 8 l g 0 . 3 3 0 . 3 0 4 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)料板液相平均黏度的計(jì)算 當(dāng) Ft =℃時(shí) ? ? ? ? ? ?L F m L F ml g 0 . 4 5 l g 0 . 2 5 9 1 0 . 4 5 l g 0 . 2 7 8 0 . 2 6 6 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 塔底液相平均黏度的計(jì)算 當(dāng) ? ℃時(shí) ? ? ? ? ? ?L W m L F m0 . 0 3 l g 0 . 2 1 6 1 0 . 0 3 l g 0 . 2 5 2 0 . 2 5 1 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 則液相平均黏度為 Lm (0 . 3 0 4 0 . 2 6 6 0 . 2 5 1 ) / 3 0 . 2 7 3 m P a s? ? ? ? ? ? ? 塔板數(shù)的確定 ? 理論塔層數(shù) NT 的求取 （ 1）相對揮發(fā)度的計(jì)算 根據(jù)化學(xué)工程手冊 109頁 Antoine 方程常數(shù)（有機(jī)物值）得 化合物 A B C 溫度范圍℃ 苯 6— 137 甲苯 16— 104 由表可知 t的共用區(qū)間為 6＜ t＜ 104℃又因?yàn)榧妆降恼７悬c(diǎn)為 ℃，苯的沸點(diǎn)為 ℃ 所以 ℃＜ t＜ ℃。 因此取 10 個(gè)溫度點(diǎn)： 81℃、 82℃、 85℃、 87℃、89℃、 90℃、 92℃、 93℃、 95℃、 100℃ 由于純組分的飽和蒸氣壓與溫度的關(guān)系通常可表示成如下的經(jīng)驗(yàn)式 log A CBp t?? ?。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 11 當(dāng) t=81℃時(shí)，將 A、 B、 C分別代得：苯 0A 1 2 1 1 . 0 3 3l o g 6 . 0 3 0 5 5 8 1 2 2 0 . 7 9 0p ?? ? 甲苯： 0B 1 3 4 4 . 8l o g 6 . 0 7 9 5 4 8 1 2 1 9 . 4 8 2p ?? ? 則① 0Ap = akp 0Bp = akp ② 0Ap = akp 0Bp = akp ③ 0Ap = akp 0Bp = akp ④ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑤ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑥ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑦ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑧ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑨ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑩ 0Ap = akp 0Bp = akp 因?yàn)楸?甲苯屬于理想物系所以烏拉爾定律代入 ? = 0Ap / 0Bp 則 1? =同理 α 2= α 3= α 4= α 5= α6= α 7= α 8= α 9= α 10= 則 10 1023 2 .5 1? ? ? ?? ??? ? 本設(shè)計(jì)為泡點(diǎn)進(jìn)料 q= ? ?? ? ?2 . 5 11 1 1 1 . 5 12 4 1 1 . 2 511 FXyXXXqy X Xqq?? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ??? 所以， ??? ?? m i n 0 . 9 8 0 . 6 6 5 1 . 4 10 . 6 6 5 0 . 4 4 1DeeexyR yx? ?? ? ??? 本設(shè)計(jì)回流比選?。?minR=2R = 精餾段操作線方程： Dn + 1 n nxRy = x + = 0 . 7 3 8 x + 0 . 2 5 6 5R + 1 R + 1 提餾段操作線方程： 1 0. 01 02nnyx? ?? 相平衡方程： xn=nn yy )1( ?? ?? = ny y? 由逐板法可以求 : 由 1 ? ?? ? ?? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 12 ? ? 第一塊塔板上升氣相組成為 1Dy =x = 從第一塊塔板下降的液體組成 1x = 1y / 1y =? = 由第二塊塔板上升氣相組成為 210. 73 82 0. 25 65 0. 73 82 0. 95 13 0. 25 65 0. 95 87yx? ? ? ? ? ? 同理 2 ? 3 ? 3 ? 4 ? 4 ? 5 ? y6= x6= y7= x7= ＜ qx 因 7x ＜ 9x 所以第 8塊塔板上升氣相組成由提餾段操作線方程計(jì)算 則 1. 33 8387 0. 01 02 0. 56 46yx? ? ? 同理 x8= y9= x9= y10= x10= 11y = 11x = 12 ? 12x = 13 ? 13 15 Wxx?? ? 所需總理論板數(shù) : 13 塊 (包括再沸器 ) 精餾段需 6 塊板 提餾段需 7塊板 (2)全塔效率的計(jì)算 0 .2 4 50 .4 9 ( ) 0 .5 3 8TLE ?? ??? ? 實(shí)際 塔層數(shù)的求取 因此： 精餾段實(shí)際板數(shù) 6 1 1 .1 5 1 20 .5 3 8TTNN E? ? ? ? 提餾段實(shí)際板數(shù) 7 1 3 .0 1 1 40 .5 3 8TTNN E? ? ? ?（包括塔釜） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 13 第 四 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 ? 操作壓強(qiáng) P 的計(jì)算 取每層塔板壓降為 P=,? 則 塔頂壓強(qiáng) ? 進(jìn)料板壓強(qiáng) 12 kP aFP ? ? ? ? 塔底壓強(qiáng) 10 1. 3 26 0. 7 11 9. 5k P aWP ? ? ? ? 精餾段平均壓強(qiáng) 1 1 0 1 . 3 1 0 9 . 7 1 0 5 . 522DFmappp k p? ?? ? ? 提餾段平均壓強(qiáng) 2 1 0 9 . 7 1 1 9 . 5 1 1 4 . 622FWppp k p? ?? ? ? ? 操作溫度 塔頂溫度： Dt =℃ 進(jìn)料溫度： Ft =℃ 塔底溫度： ? ℃ 精餾段平均溫度： 176。1 8 9 .9 C2DFm ttt ??? 提餾段平均溫度： 176。2 1 0 4 .1 5 C2FWm ttt ??? ? 物性數(shù)據(jù)計(jì)算 ? 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 （ 1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由 1 ?? 代入平衡線方程得 1 ? 氣相 0 . 9 8 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 8 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 3 9 /V D mM k g k m o l? ? ? ? ? ? 液相 , 0 . 9 5 1 3 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 5 1 3 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 7 9 /L D mM k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由逐板法，可得第 7塊板為進(jìn)料板 29 5 , 0. 65 39x y?