【正文】 塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對(duì)揮發(fā)度液會(huì)下降。 對(duì)于熱敏性和高沸點(diǎn)的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對(duì)揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。 本次任務(wù)分離的是甲醇和水體系，綜合考慮各個(gè)因素， 決定采用常壓（ 1atm） 下進(jìn)行操作。 11 物料的進(jìn)料熱狀態(tài) 采用 冷液進(jìn)料 的方式，進(jìn)料溫度為 ℃ ,該溫度為南京市全年平均溫度，冷液進(jìn)料無需在進(jìn)料前進(jìn)行預(yù)熱，所以節(jié)省了操作費(fèi)用，簡單方便。 回流比的確定 對(duì)于一定的分離任務(wù)，采用較大的回流比時(shí)，操作線的位置遠(yuǎn)離平衡線向下向?qū)蔷€靠攏，在平衡線和操作線之間的直角階梯的跨度增大 ,每層塔板的分離效率提高了，所以增大回流比所需的理論塔板數(shù)減少，反之理論塔板數(shù)增加。但是隨著回流比的增加，塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加，操作費(fèi)用增加，所以操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用總和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比為最佳回流比。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，綜合考慮各個(gè)因素，一般我 們采取 倍的最小回流比，故取中間， 采用回流比為最小回流比的 倍。 塔釜的加熱方式 本次分離任務(wù)采設(shè)置再沸器，采用 間接蒸汽加熱 ，以提供做夠的熱量。 回流方式選定 重力回流 12 2 精餾的工藝流程圖 3 精餾塔塔板數(shù)的確定 物料衡算 已 知 條 件 ： F=330kmol/h ?xf ?XD ,f???? F xD D? 已知 ?XD ， ?xf F=330kmol/h，可以求出 D=W=FD=330kmol/ 求出為X 13 物系相平衡數(shù)據(jù) 1) 基本物性數(shù)據(jù) 組分 分子式 分子量 沸點(diǎn) 熔點(diǎn) 水 H2O 甲醇 CH3OH 2） 甲醇 水汽液平衡組成 常壓下甲醇和水的氣液平衡表 (t— x— y) t x y t x y 100 0 0 100 100 根據(jù)汽液平衡表 ,由內(nèi)插法求得 ()/()=( )/() 塔釜溫度 ?tW ℃ (10099)/()=( )/() 塔頂溫度 ?tD ℃ 進(jìn)料溫度 ?tf ℃ ????? ttt DWm定性溫度 ℃ 14 3） 甲醇 水各溫度下的粘度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度tW 定性溫度 tm 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度tD 甲醇 410?? 410?? 410? 410?? 水 410?? 410?? 310?? 410?? 4） 甲醇 水各溫度下的表面張力 (內(nèi)插法求得 ) 5） 甲醇 水在各溫度下的密度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇3kgm 水3kgm 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度tD 甲醇 N/m 水 N/m 15 6）甲醇 水在各溫度下地比熱容（內(nèi)插法求得） 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 泡點(diǎn)溫度tb 定性溫度 T= 2bf tt ? 甲醇 J/ 水 J/ 7）甲醇和水在各溫度下的汽化潛熱（內(nèi)插法求的） 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 泡點(diǎn)溫度 tb 甲醇 kJ/mol 水 kJ/mol 解：當(dāng) T C?? m o l . k/ 21 JCCC PPP ????????? 當(dāng) tb =℃ 21 ????????? kJ/mol 解得：)t ????? r Ctrq Pfb（ 16 回流比確定 xyxxyyxyxy??????11? 甲醇摩爾分?jǐn)?shù) /% 溫度 X/100 Y/100 YXY XXY α 液相 X 氣相 Y 85 78 70 68 8 3 5 . ..19 194321 ?? ?????? m 17 11 ???? qxxq qy f q=，所以 q 線方程為 ?? xy 平衡線方程為xxy mm )1(1 ??? ?? ??? 聯(lián)立 q 線方程與平衡線方程得： 7 3 0 3 5 8 3 ??qqyX i n ???????qqD xy yXR 1 2 0 0 m in ???? RR 逐板法計(jì)算理論塔板數(shù) 精餾段操作線方程為： y=+ 提餾段操作線方程為： hk m o lFqDRL /39。 ????????? hk mo lFqDRV /8 6 5 73 3 01 0 0 51 2 )1()1(39。 ???????????39。39。39。39。39。39。 ????? xV xWxVLy w 平衡線方程為： xxxxymm 83 83 )1(1 ????? ?? ?? 18 yyx ?? 由上而下逐板計(jì)算，自 X0= 開始到 Xi首次超過 X= 時(shí)止 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn) 1 （ X0=,Y1=） (X1=, Y1=) 2 （ X1=,Y2=） （ X2=,Y2=） 3 （ X2=,Y3=） （ X3=,Y3=） 4 （ X3=,Y4=） （ X4=,Y4=） 5 （ X4=,Y5=） （ X5=,Y5=） 6 （ X6=,Y7=） （ X6=,Y6=） 因?yàn)?X6 時(shí)首次出現(xiàn) Xi Xq 故第 6 塊理論版為加料版，精餾段共有 5塊理論板。 提餾段理論板數(shù) 提餾段操作線方程： y= 已知 X5=, 由上而下計(jì)算，直到 Xi 首次越過 Xw=。 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn) 7（ X6=,Y7=） （ X7=,Y7=） 8（ X7=,Y7=） （ X8=,Y8=） 9（ X8=,Y9=） （ X9=,Y9=） 10（ X9=,Y10=） （ X10=,Y10=） 11（ X10=,Y11=） （ X11=,Y11=） 12（ X11=,Y12=） （ X12=,Y12=） 19 由于到 X12首次出現(xiàn) Xi X w ，故總理論板數(shù)不足 12 塊 ∴總的理論板數(shù) NT=11+（ X11Xw） /（ X11X12） =( 包括塔釜 ) 實(shí)際塔板數(shù)的確定 1）總板效率 ET的計(jì)算 塔頂溫度 ?tD ℃ 塔釜溫度 ?tW℃ 進(jìn)料溫度 ?tf℃ 溫度℃ 塔釜溫度 tW 定性溫度 tm 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 410?? 410?? 410? 410?? 水 410?? 410?? 310?? 410?? 定性溫度 ?tm ℃ 此溫度下組成為甲醇摩爾分率由內(nèi)插法求得 X= sPa ??? ? 4104 6 7 ? sPa ??? ? 4107 1 3 ? ? ?? iiL x?? 44 107 1 3 9 1 6 5 )1 9 1 ( ?? ??????? sPa ??? ?410325. smPa ??? ? 當(dāng) t=℃ 時(shí)由內(nèi)插法求得α = 由奧克梅爾公式 ： 2 4 )( ???? LTE ?? X 20 )( ?????? ? 2）實(shí)際塔板層數(shù) ∵算得 ET= 其中： 精餾段： 5/=≈ 13 塊 提餾段 : ≈ 16 塊 ∴ 實(shí)際塔板數(shù) Np=精餾段板數(shù) +提餾段板數(shù) +塔釜 =30 塊 4 塔 徑塔板工藝尺寸的確定 各設(shè)計(jì)參數(shù) 操作壓力 精mp 塔頂壓強(qiáng) kPa? ，∵△ p≤ ∴取每層踏板壓強(qiáng)△p=， 則進(jìn)料板的壓力為： ????Fp kPa 塔底壓力為： 8 8 1 ???? FW pp kPa， 故精餾段平均 操作壓力為： pm 精 2 ??? kPa 故提餾段平均操作壓力為： p 提 ??? kPa 溫度 精mT 塔頂溫度 tD =℃ 進(jìn)料溫度 tf =℃ 塔釜溫度 tW =℃ 則精餾段的平均溫度： ???精mT℃ 提餾段的平均溫度： ???提mT℃ 塔平均溫度為： 9 ??? 提精 mmmTTT ℃ 21 1）精餾塔的汽、液相負(fù) 荷 : L=RD= =V=(R+1)D=(+1) = kmol/h L’ =L+F q=+330 =V’ =V（ 1q） F=() 330=2）塔頂平均分子量 : X1=, Y1= MVDM= +() =MLDM= +() =3)加料板上一塊塔板平均摩爾質(zhì)量： X4=, Y4= MVFM = +() = g/mol MLFM = +() =4）加料板平均分子量： Xf= , yf= MVFM= +( =MLFM= +() =5）塔底平均分子量： xw=, yw= MVWM= +() =MLWM= +() =∴精餾段平均摩爾質(zhì)量： 22 MVm=(MVDm+MVFm)/2=(+)/2=MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(+)/2= 提餾段平均摩爾質(zhì)量： MVm=(MVDm+MVFm)/2=(+)/2=MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(+)/2= 平均密度 m? 1）氣相密度 Vm? 3/)( mkgTR MPmVmV ??? ?????精精精精?3/)( mkgTR MPmVmV ??? ?????提提提提? 2)液相密度 Lm? 甲醇 水在各溫度下的密度 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇3kgm 水3kgm 已知： 混合液密度 : 1 ABL A Baa? ? ??? XF= )1( ???? ?????? ??水甲醇甲醇 MXMX MXWffff 23 XD= .994 ???? ?????? ??水甲醇甲醇 ）（ MXMX MXWDDDD XW= ???? ?????? ??水甲醇甲醇 ）（ MXMX MXWWWWW3/ mkgL D mL D m ???? ?? 3/ mkgL f mL f m???? ?? 3/ mkgL f mL D mL ????? ??? 精 3/ mkgL W mL W m ???? ?? 3/ mkgL f mL W mL ????? ??? 提 液體表 面張力 m? 1nm i ii x????? 甲醇 水各溫度下的表面張力 (內(nèi)插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進(jìn)料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇 N/m 水 N/m 24 tf=℃ mNf /, ?甲醇? mNf /0 7 3 1 , ?水? mNfm