【正文】 處接管尺寸的計算并選型，冷凝器和再沸器的設計與選型等。 吉林化工學 院化工原理課程設計 3 第一章 設計方案的確定 設計思路 精餾方式的選定 本設計采用連續(xù)精餾操作方式，其特點是：連續(xù)精餾過程是一個連續(xù)定態(tài)過程，耗能小于間歇精餾過程，易得純度高的產品。 操作壓力的選取 本設計采用常壓操作，一般除了敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實現分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)都應采用常 壓蒸餾。 加料狀態(tài)的選擇 為氣液混合物泡點進料 加熱方式 本設計采用直接蒸汽加熱。因為直接蒸汽的加入，對釜內溶液起一定稀釋作用，在進料條件和產品純度，輕組分收率一定前提下，釜液濃度相應降低，故需在提餾段增加塔板以達到生產要求，從而又增加了生產的費用，但也減少了間接加熱設備費用。 回流比的選擇 選擇回流比，主要從經濟觀點出發(fā)，力求使設備費用和操作費用之和最低。一般經驗值為R=()Rmin. 塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質的選擇 塔頂 選用全凝器，因為后繼工段產品以液相出料，但所得產品的純度低于分凝器，因為分凝器的第一個分凝器相當于一塊理論板。 塔頂冷卻介質采用自來水，方便、實惠、經濟。 浮閥塔的選擇 在本設計中我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點是結構簡單造價低。合理的設計和適當的操作浮閥塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用浮閥可解決堵塞問題適當控制漏夜。 浮閥塔是最早應用于工業(yè)生產的設備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實踐逐步改進了設計方法和結構近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質設備為減少對傳質的不利影響可將塔板的液體進入區(qū)制突起的斜臺狀這樣可以降低進口處的速度使塔板上氣流分布均勻。浮閥塔多用不銹鋼板或合金制成使用碳剛的比較少。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態(tài)下操作使其板效率明顯下降其操作的負荷范圍較袍罩塔為窄，單設計良好的塔其操作彈性仍可達到 23。 表 11 設計參數統(tǒng)計 項目 方式 壓力 加料狀態(tài) 加熱 方式 回流比 冷凝器 冷卻 介質 浮閥塔 選取 連續(xù) 精餾 常壓 氣液混合 蒸汽 加熱 R=()Rmin 全凝器 自來水 浮閥塔 吉林化工學 院化工原理課程設計 4 設計流程 乙醇 —— 水汽液混合先經過原 料預熱器加熱到一定的溫度后 ,自塔的某適當位置連續(xù)地送入精餾塔。塔頂設有全凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體，冷凝液的一部分回入塔頂 ,稱為回流液 ,另一部分作為塔頂產品 (餾出液 )連續(xù)排出，經冷卻器冷卻后送至貯槽，在塔內上半部 (加料位置以上 )上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質傳遞 ,塔釜采用直接蒸汽加熱 ,并連續(xù)排除部分液體作為塔底產品流入儲罐 . 飽和蒸汽產品采出塔底物料采出進料 圖 11精餾設計流程示意圖 吉林化工學 院化工原理課程設計 5 第二章 精餾塔的工藝設計 精餾段進料、塔頂和塔釜產品摩爾分數的計算 乙醇： MA=質量分率： xF=， xD=， xW= 摩爾分率： ???x f ???x d ???x w 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量 k m o lkgM F /*)(* ???? k m o lkgM D /*)(* ???? k m o lkgM W /*)(* ???? 物料衡算 進料量： F==物料衡算式： F = D + W * * *f d wF x D x W x?? 聯(lián)立代入求解： D = ， W = kmol/h 理論板數和進料位置的確定 由 常壓下乙醇和水的氣液平衡數據作出乙醇和水的氣液平衡組成圖 表 21 氣液平衡數據表（見參考文獻 【 1】 ） 溫度 t℃ 液相中乙醇的摩爾分率 % 氣相中乙醇的摩爾分 率 % 100 吉林化工學 院化工原理課程設計 6 過（ ， ）點做與平衡線相切 ,截距為 則 最小回流比 minR = 選最適宜回流比 R=2 minR =2*= （ 1）采用程序一求理論板數，求解結果為 圖 2— 1 乙醇 —— 水物系的氣液平衡 總理論板層數： TN =10 塊，精餾段 7塊，提餾段 3塊， 進料板位置： FN =8 塊 溫度 利用表中的數據插值法可求得 ： （ 1） tf : ????? t f， tf =℃ （ 2）: 7 8 . 1 5 7 8 . 4 18 9 . 4 3 7 4 . 7 2 8 1 . 8 2 8 9 . 4 37 8 . 1 5dd tt ? ???? ， dt =℃ 吉林化工學 院化工原理課程設計 7 （ 3）: 1 0 0 9 5 .50 1 .9 0 1 .4 0 0100ww tt ? ???? ， wt =℃ （ 4）精餾段平均溫度 ： ℃ 1 ????? ttt DF （ 5）提餾段平均溫度： ℃ 2 ????? ttt Fw 密度 已知：混合液密度： 混合氣密度： 塔頂溫度： tD = C? 氣相組成： yD： ? ???? y D ， yD= 進料溫度： tF =℃ 氣相組成： yF： ? ???? y F ， yF= 塔底溫度： wt =℃ 氣相組成：wy： yw????? 0 ， wy = （ 1）精餾段 液相組成 1x ：1 ( ) 2dfx x x?? ， 1x = 氣相組成1y：1 ( ) 2dfy y y?? ， 1y= 所以 1ML =*+*()= 1MV =*+*()=(2)提餾段 液相組成 2x ：2 ( ) 2wfx x x?? ， 2x = 吉林化工學 院化工原理課程設計 8 氣相組成2y： 36 56 2 ????? yyy FW ， 2y= 所以 2ML =*+*()= kg/kmol 2MV =* +*()= kg/kmol 平均密度 由不同溫度下乙醇和水的密度求得 D W Ft,t,t 下的乙醇和水的密度（單位： kg? 3m? ） 表 31 不同溫度下乙醇和水的密度 溫度 /℃ c? /（ kg? 3m? ） w? /(kg 3m?? ) 80 735 85 730 90 724 95 720 100 716 ft=℃ ? f0730 8085 ????? ， ?f0= 8 5 8 0 8 5 8 2 .0 59 6 8 .6 9 7 1 .8 9 6 8 .6 wf???? ， wf? = ???? f , f?= dt = C? ? d0730 8085 ????? , ?d0 = ? wd????? 8085 , wd?= ???? d , d?= wt =℃ ? w0730 8085 ????? , ?w0 = ?ww????? 8085 , ww? = 吉林化工學 院化工原理課程設計 9 ???? w , w?= 所以， 1 2fdl??? ??? 2 2fwl??? ??? 平均摩爾質量 * 4 6 .0 7 (1 ) * 1 8 .0 2LD ddM xx? ? ? ?* 4 6 .0 7 (1 ) * 1 8 .0 2LF ffM xx? ? ? ? kg/kmol * 4 6 .0 7 (1 ) * 1 8 .0 2LM wwM xx? ? ? ? kg/kmol 1LM = 2LD LFMM? = kg/kmol 2LM = 2LW LFMM? = kg/kmol * 4 6 .0 7 (1 ) * 1 8 .0 2VD ddM yy? ? ? ?*+(10. 8075)*= kg/kmol VFM = * 4 6 . 0 7 (1 ) * 1 8 . 0 2ffyy? ? ? *+()*= kg/kmol * 4 6 .0 7 (1 ) * 1 8 .0 2VW WWM yy? ? ? ? *+()*= kg/kmol )(* * ??? VF=)(* * ??? VD= kg/m3 )(* * ??? VW= kg/m3 21 ??? VFVDV ?? = kg/m3 22 ??? VFVWV ?? = kg/m3 液體表面張力 吉林化工學 院化工原理課程設計 10 依式 ?? ? ??nLm i ii1x 由不同溫度下乙醇和水的表面張力，求得 Ft ， Dt ， Wt 下乙醇和水的表面張力 . 表 32 不同溫度下乙醇和水的表面張力 溫度 /℃ 80 90 100 110 乙醇表面張力 /102N/m2 水表面張力 /102N/m2 水表面張力 /102N/m2 00 ?? ? DD mV= 00 ?? ? WW mV= ml 00 ?? ? FF mV= ml ?? ? wDwWD mV= ml ?? ? wWwWW mV= ml ?? ? WFwWF mV= ml 乙醇表面張力： ? 8090 ???? ? ， ?F0 = ? 7080 ???? ? ， ?D0 = ? 90100 ???? ? ， ?W0 = 水表面張力 ： 9 0 8 0 6 0 . 7 6 2 . 69 0 8 2 . 0 5 6 0 . 7wf???? ， wf?= ?wd???? ? 7080 ， wd? = ?ww???? ? 90100 ， ww? = 經推導： ? ?? ?? ?? ?VxVx Vx DDWD WDWD 00 011222 ?? ??? 吉林化工學 院化工原理課程設計 11 ? ? VxVx VxDDWDDDDD000 1 ???? 塔頂表面張力： ? ?? ?? ?? ?VxVxVx VxDDWDDDDDWD WD002021 01?????? = ? ?? ?? ?? ?**** *2???= B=lg（ ??D