【正文】 ...........................................................................................30 ....................................................................................................................30 .......................................................................................................................31 .......................................................................................................................31 ..................................................................................................31 ........................................................................................31 ........................................................................................31 ..................................................................................................32 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 .................................................................................................................. 33 設(shè)計(jì)總結(jié) .......................................................................................................................... 34 致謝 .................................................................................................................................. 35 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................... 36 主要符號說明 .................................................................................................................. 37 附 錄 ................................................................................................................................ 1 1 摘 要 化工生產(chǎn)常需進(jìn)行二元液相混合物的分離以達(dá)到提純 或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝達(dá)到輕重組分分離目的的方法。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。 塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。 本設(shè)計(jì) 書對苯和甲苯的分離設(shè)備─浮閥精餾塔做了較詳細(xì)的敘述，主要包括：工藝計(jì)算，輔助設(shè)備計(jì)算 ,塔設(shè)備等的附圖 。 采用浮閥精餾塔，塔高 ，塔徑 ，按逐板計(jì)算理論板數(shù)為 29。算得全塔效率為 。塔頂使用全凝器，部分回流。精餾段實(shí)際板數(shù)為 12，提餾段實(shí)際板數(shù)為 17。實(shí)際加料位置在第 13塊板 (從上往下數(shù) )，操作彈性為 。通過板壓降、漏液、液泛、霧沫夾帶的流體力學(xué)驗(yàn)算，均在安全操作范圍內(nèi)。 塔的附屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管。再沸器采用臥式浮頭式換熱器。用 140℃ 飽和蒸汽加熱，用 20℃循水作冷 凝劑。飽和蒸汽走管程，釜液走殼程。 關(guān)鍵詞 ：苯 __甲苯、精餾、圖解法、負(fù)荷性能圖、精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu) 2 緒 論 化工生產(chǎn)中常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的?；ト芤后w混合物的分離有多種方法，蒸餾及精餾是其中最常用的一種。蒸餾是分離均相混合物的單元操作之一，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。為實(shí)現(xiàn)高純度的分離已成為蒸餾方法能否廣泛應(yīng)用的核心問題，為此而提出了精餾過程。精餾的核心是回流，精餾操作的實(shí)質(zhì)是塔底供熱產(chǎn)生蒸汽回流，塔頂冷凝造成液體回流。 我們工科大學(xué)生應(yīng)具有較高的綜合能力、解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力和創(chuàng)新的能力。課程設(shè)計(jì)是一次讓我們接觸并了解實(shí)際生產(chǎn)的大好機(jī)會(huì)，我們應(yīng)充分利用這樣的機(jī)會(huì)去認(rèn)真去對待。而新穎的設(shè)計(jì)思想、科學(xué)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品是我們所應(yīng)堅(jiān)持努力的方向和追求的目標(biāo)。 浮閥塔盤自 20 世紀(jì) 50 年代初期開發(fā)以來，由于制造方便及其性能上的優(yōu)點(diǎn)，很多場合已取代了泡罩塔盤。這類塔盤的塔盤板開有閥孔，安置了能在適當(dāng)范圍內(nèi)上下浮動(dòng)的閥片，其形狀有圓形、條形及方形等。由于浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體負(fù)荷的變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負(fù) 荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體在塔盤板上以水平方向吹出，氣液接觸時(shí)間長，霧沫夾帶量少，液面落差也較小。與泡罩塔盤相比，處理能力較大，壓力降較低，而塔板效率較高，缺點(diǎn)是閥孔易磨損，閥片易脫落。操作氣速不可能會(huì)很高，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫夾帶，這就限制了生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提高。 具有代表性的浮閥塔有 F1 型（ V1 型）浮閥塔板、 重盤式浮閥塔、盤式浮閥、條形浮閥及錐心形浮閥等。 3 設(shè)計(jì)方案的選擇和論證 1 設(shè)計(jì)流程 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 __甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì) 中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)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)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)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。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 2 設(shè)計(jì)思路 在本次設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行的是苯和甲苯二元物系的精餾分離，簡單蒸餾和平衡蒸餾只能達(dá)到組分的部分增濃，如何利用兩組分的揮發(fā)度的差異實(shí)現(xiàn)高純度分離，是精餾塔的基本原理。實(shí)際上，蒸餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、蒸餾釜、冷凝器、釜液冷卻 器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸餾過程按操作方式不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾，我們這次所用的就是浮閥式連續(xù)精餾塔。蒸餾是物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝所實(shí)現(xiàn)分離的。熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，有時(shí)后可以考慮將余熱再利用，在此就不敘述。要保持塔的穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。 塔頂冷凝器可采用全凝器、分凝器 全能器連種不同的設(shè)置。在這里準(zhǔn)備用全凝器，因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確的控制回流比。此次設(shè)計(jì)是在常壓下操作。 因?yàn)檫@次設(shè)計(jì)采用間接加熱，所以 需要再沸器?；亓鞅仁蔷s操作的重要工藝條件。選擇的原則是使設(shè)備和操作費(fèi)用之和最低。在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選定回流比。 本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾操作方式。 常壓操作。 20℃進(jìn)料。 間接蒸汽加熱。 選 R=2Rmin。 塔頂選用全凝器。 選用浮閥塔。 在此使用浮閥塔，浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，其突出優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)氣體的流量自行調(diào)節(jié)開度，這樣就可以避免過多的漏液。另外還具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，制造方便，塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。浮閥塔一直成為化工生中主要 的傳質(zhì)設(shè)備，其多用不銹鋼板或合金 。近年來所研究開發(fā)出的新型浮閥進(jìn)一步加強(qiáng)了流體的導(dǎo)向作用和氣體的分散作用，使氣液兩相的流動(dòng)接觸更加有效，可顯著提高操作彈性和效率。 從苯 — 甲苯的相關(guān)物性中可看出它們可近似地看作理想物系。而且浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體負(fù)荷的變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。氣體在塔盤板上以水平方向吹出，氣液接觸時(shí)間長，霧沫夾帶量少，液面落差也較小。 4 第一章 塔板的工藝設(shè)計(jì) 物料衡算 （ 1） 苯的摩爾質(zhì)量： ? /kg kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量： BM = /kg kmol （ 2） 原料液平均摩爾質(zhì)量： Fx =（ +） = Dx =（ +） = MF=?78+() ?92= /kg kmol 4 78 ( 1 4) 92 85. 8 /M k g k m ol? ? ? ? ? ?F （ 3） 物料衡算 原料液流量： F=20210?1000/（ 7920?） = /kg kmol 總物料衡算： WDF ?? 即 D+W= FwD FxWxDx ?? 即 + =? 解得： D= /kmol h ， W= /kmol h 平衡線方程的確定 由文獻(xiàn) [1]中苯與甲苯的汽 液平衡組成可以找出 10 1021 ???? ??m 算出。如 表 16 苯 — 甲苯 （ ）的 txy 相平衡數(shù)據(jù) 苯摩爾分?jǐn)?shù) 溫度℃ 苯摩爾分?jǐn)?shù) 溫度℃ 液相 氣相 液相 氣相 5 1? =BABA yy xx // = )( )( ?? = 同理可算出其它的 ? 從而推出 ? ? 所以平衡線方程 2 .4 61 ( 1 ) 1 1 .4 6xxy xx????? ? ? 因?yàn)?pC t rq r?? ?? ，查表知：苯和甲苯的熱熔均為 ， 39 /r kJ kg?苯 ，363 /r kJ kg?甲 苯 ； 0 .4 4 0 1 .8 3 7 8 0 .5 6 0 1 .8 3 9 2 1 5 7 / ( C )pC k J k m o l? ? ? ? ? ? ? 。 pC t rq r?? ?? = 1 5 7 ( 9 3 2 0 ) 3 2 2 2 0 . 4 1 . 3 63 2 2 2 0 . 4? ? ? ? 所以 q 線方程為： y=。和平衡線方程聯(lián)立求得： q 0 .5 1 3 y 0 .7 2 0qx ??， qm i nqq0 .9 6 6 0 .7 2 1 .20 .7 2 0 .5 1 3DxyR yx? ?? ? ??? 2? 3? 4? 5? 6? 7? 8? 9? 10? 6 取操作回流比 min2 ??。 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 L=R?D =?= /kmol h V=(R+1)D=(+1) ? /kmol h L =L+qF =+ ? = 39。 51 .5 0 1. 36 48 .5 6 11 7. 54 /L L qF k m ol h? ? ? ? ? ? 39。 ( 1 ) 72. 96 6 48. 56 90. 44 /V V q F k m ol h? ? ? ? ? ? ? 操作線方程 精餾段操作線方程為： 1 2 . 4 0 . 9 6 61 1 2 . 4 1 2 . 7 8 1Dn n nxRy x xRR? ? ? ? ?? ? ? ? 1 6 4nnyx? ?? 提餾段操作線方程為： 1 39。 1 1 7 . 5 4 2 7 . 1 0 0 . 0 2 3 5 1 . 3 0 . 0 0 7 0 839。 39。 9 0 . 4 4 8 9 . 9 6wm m m mWxLy x x xVV? ? ? ? ? ? ? ? 用逐板法算理論板數(shù) 11 1 111110 .9 6 62 .4 6 0 .9 6 6 0 .9 2 01 ( 1 ) 1 1 .4 6 ( 1 ) 2 .5 1 .4 6 0 .9 6 6DDyxx x yx x x?? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 2222 06 20 84 34