【正文】 屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管，預(yù)熱器采用管殼式換熱器。用 ℃飽和水蒸氣加熱，飽 和水蒸氣走殼程，進料液走管程。 關(guān)鍵詞：苯 — 甲苯 浮閥精餾 物料衡算 緒論 設(shè)計流程 本設(shè)計任務(wù)為分離苯 —— 甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 設(shè)計流程框圖如下： 任務(wù)書上規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)長期固定，適宜采用連續(xù)精流流程。貯罐中的原料液用機泵加入精餾塔；塔釜再沸器用低壓蒸汽作為熱源加熱料液；精餾塔塔頂設(shè)有全凝器，冷凝液部分利用重力泡點回流；部分連續(xù)采出到產(chǎn)品罐。簡易流程如下，具體流程見附圖。 熱量衡算 塔的附屬設(shè)備及主要附件的選型 繪制工藝流程圖和工藝條件圖 精餾塔的工藝設(shè)計 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 2 1原料罐， 2進料罐， 3苯、甲苯精餾塔， 4塔頂全凝器， 5再沸器 設(shè)計思路 本次課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計苯 — 甲苯精餾塔，塔型為浮閥式板塔，進料為兩組份進料，且苯與甲苯的揮發(fā)度有明顯差別，可用一個塔進行精餾分離。 要分離 的組分在常壓下均是液體，因此操作在常壓下即可進行，進料為泡點進料，需預(yù)熱器。同時在塔頂設(shè)置冷凝器，在塔底設(shè)置再沸器，由于塔頂不許汽相出料，故采用全凝，又因所設(shè)計的塔較高，應(yīng)用泵強制回流。 加熱方式 本設(shè)計的加熱方式為塔底間接加熱。 回流比的選擇 選擇操作回流比為最小回流比的 2倍。 塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇 冷凝方式為全凝 ,冷卻介質(zhì)為冷水。 精餾塔的工藝設(shè)計 產(chǎn)品濃度的計算 M 苯 = ， M 甲苯 = 摩爾分數(shù) XF= XD= XW= 摩爾質(zhì)量 MF=XFM 苯 +（ 1XF） M 甲苯 = )( ????? kg/kmol k m o lkgMXMXM DDD / 6 6 ????????? ）（）（ 甲苯苯 k m o lkgMXMXM WWW / ????????? ）（）（ 甲苯苯 平均相對揮發(fā)度的計算 溫度計算 表 苯 — 甲苯的氣液平衡與溫度的關(guān)系表 [1] 溫度 /0C 苯 /%(mol 分率 ) 溫度 /0C 苯 /%(mol 分率 ) 溫度 /0C 苯 /%(mol 分率 ) F D W 1 F 2 2 3 4 5 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 3 液相 氣相 液相 氣相 液相 氣相 0 0 用內(nèi)插法求得 Ft 、 Dt 、 Wt Ft : Ctt FF ???????? Dt : Ctt DD ???????? 0 0 0 Wt : Ctt WW ???????? 0 1 0 0 1 0 故由上塔頂溫度 CtD ?? 氣相組成 % : ??????? DDD yyy 進料溫度 CtF ?? 氣相組成 %1 0 : ??????? FFF yyy 塔底溫度 CtW ?? 氣相組成 %1000 : ??? ??? ? WWW yyy 由上溫度和氣相組成來計算相對揮發(fā)度 2 0 3 )()6 2 8 ( , ???????? FFF yX 2 9 2 )9 6 ()9 8 3 ( 9 6 ,9 6 ???????? DDD yX 9 9 7 )0 3 ()0 2 8 ( 0 3 ,0 3 ???????? WWW yX 則精餾段平均相對揮發(fā)度 7 4 7 1 ?????? DF 提餾段平均相對揮發(fā)度 1 4 4 2 ?????? WD 最小回流比的計算和適宜回流比的確定 最小回流比的計算 由 Antonie 方 程 ， CT BAp ????ln ?p —— 溫度 T時的飽和蒸汽壓 T—— 溫度， K A,B,C—— Antonie 常數(shù) 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 4 表 常數(shù)下 AntonietF [1] A B C 苯 甲苯 則 ： 7 7 8 89 0 0 ????? ）（苯p mmHgp 1 6 4??苯 0 9 60 1 3 ?????? ）（甲苯p mmHgp ??甲苯 故 3 64 ?????? 甲苯 苯pp 最 小 回 流 比 即 為] )( [ 1]1 )1([11m i n ?? ?????????????? F DFD XXXXR 適宜回流比的確定 設(shè)計中令回流比 m in ???? RR 物料衡算 F : 進料量（ Kmol/s） FX = 原料組成（摩爾分數(shù)，下同） D ：塔頂產(chǎn)品流量（ Kmol/s） DX = 塔頂組成 W ：塔底殘夜流量（ Kmol/s） WX = 塔底組成 進料量 ： sk m o lhk m o lF /0 2 ?? 物料衡算式為 ： sK m o lWsK m o lDWDWDWXDXFXWDFWDF/,/5 ??????????????????????????? 因 R= sK m olDRL / 3 ?????? ? sK m olFqLL / ???????? sk m olFqVV sK m olDRV /)1(39。 /)()1(3???? ???????? 表 物料衡算結(jié)果表 1 物料 流量（ kmol/s） 組成 進料 F 苯 甲苯 塔頂產(chǎn)品 D ?? 苯 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 5 甲苯 塔底殘夜 W 苯 甲苯 表 物料衡算結(jié)果表 2 物料 物流（ kmol/s） 精餾段上升蒸汽量 V 提餾段上升蒸汽量 V? 精餾段下降液體量 L 提餾段下降液體量 L? 精餾段和提餾段操作線方程 精餾段操作線方程 ： 3 9 6 3 0 2 3 ????????? ? xyxXVDxVLy D（ 1） 提餾段操作線方程 ： 0 1 3 3 0 1 3 0 4 ??????????????? xyxXVWxVLy W（ 2） 逐板法確定理論板數(shù)及進料位置（編程） 因 ?? ，得出相平衡方程xxxxy )1(1 ????? ??或yyx ??（ 3） 又因為塔頂有全凝器，所以 ?? DXy 代入相平衡方程得 ?x 代入（ 1）式得 ?y 再代入（ 3）式得 ?x 反復(fù)計算得 7 ,5 9 4 7 ,6 9 6 0 ,7 8 7 2 ,8 7 66554433??????????qXxyxyxyxy 將 6x 代入（ 2）式得 ?y 代入（ 3）得 ?x 反復(fù)計算得 0 3 1 ,0 5 0 3 ,0 8 0 7 ,1 6 1 2 ,2 6 1 9 ,3 8 12121111101091888????????????WXxyxyxyxyxy 總理論板數(shù)為 12 塊（包括再沸器），第 6 塊板加料，精餾段需 5塊板，提餾段需7 塊。 全塔效率、實際板數(shù)及實際加料位置 板效率用奧康奈爾公式 2 4 )( ??? LTE ? 計算 塔頂與塔釜平均溫度為 Cttt WDm ?????? 0 )( t= C? 時 ， 由 《 化 學(xué) 化 工 物 性 數(shù) 據(jù) 手 冊 》 查 得吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 6 sm P asm P a BA ???? , ?? 則sm P a XXLD DDLD ?? ???????? )()1(? ?sm P a gXXLW WWLW ?? ???????? )()1(? ?sm P aLWLDL ?????? 2 2 )( ??? 故 5 3 )2 6 ( ??? ?TE 即全塔效率 ?TE 則精餾段實際板數(shù) 塊精 105 3 8..0/5 ??N 提餾段實際板數(shù) 塊提 135 3 )111( ???N 故實際板數(shù)為 塊提精實 231310 ????? NNN ，實際加料位置為第 11塊塔板。 第 2 章 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算 物性數(shù)據(jù)計算 操作壓強的計算 塔頂操作壓力 K P aa tmP D 3 2 0 ?? 取每層塔板壓降為 KPaP ?? 進料板壓力 K P aP F 3 2 0 2 0 1 ???? 塔底壓力 K P aP W 4 2 1 2 0 8 ???? 精餾段平均壓力 K P aP )(1 ??? 提餾段平均壓力 K P aP )(2 ??? 操作溫度的計算 因 CtCtCt WFD ?????? 0 9, 則精餾段平均溫度 Ct ???? )(1 提餾段平均溫度 Ct ???? 0 22/) 0 (2 平均摩爾質(zhì)量的計算 塔 頂平均摩爾質(zhì)量計算 ?? DXy 由相平衡方程得 ?X ，則 k m olkgM k m olkgM LDVD /)( /)( ?????? ?????? 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 k m olkgM k m olkgM LFVF /)( /)( ?????? ?????? 塔底平均摩爾質(zhì)量計算 k m olkgM k m olkgM LWVW /)( /)( ?????? ?????? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 7 精餾段平均摩爾質(zhì)量計算 k m olkgM k m olkgM LV /)( /)( ??? ??? 提餾段平均摩爾質(zhì)量計算 k m o lkgMk m o lkgMLV/)(/)(???????? 液體平均粘度的計算 液體平均粘度依 iii x ?? lglg ?? 計算 CtD ?? 時，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得 sm P asm P asm P a LDLD LBLA ???????? ???? )( , ?? ?? 進料板液體平均粘度的計算 CtF ?? 時，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得 sm P asm P asm P a LFLF LBLA ???????? ???? )( , ?? ?? 塔底液體粘度計算 CtW ?? 時，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得 sm P asm P asm P a LWLW LBLA ??????? ???? , ?? ?? 精餾段液相平均粘度為： sm P aL ???? )(1? 提餾段液相平均粘度為： sm P aL ???? )(2? 平均密度的計算 （ 1）氣相平均密度的計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，即 精餾段 311 /)( mkgRTMP VV ??? ???? 提餾段 322 /) 7 0 2(3 1 7 1 2 mkgRTMP VV ??? ?????? （ 2）液相平均密度的計算 液相平均密度依 ???iiLM ??1 又 )(1 為質(zhì)量分數(shù)aaaLBBLAALM ??? ?? CtD ?? 時，查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》 得 333/ /,/mkgmkgmkgLDLDLBLA??????????? 進料板，由加料板液相組成， ?Ax 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 8 則 3 3 )3 7 ( 7 7 ????? ??Aa C