【正文】 tillation.Keywords：Distillation；Sieve tower；Benzene III引 言化工生產(chǎn)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。蒸餾是一種常用的化工單元的操作，是工業(yè)上分離液相混合物常用的手段。蒸餾操作可以是板式塔，也可以采用填料塔。板式塔為逐步接觸型，按汽液接觸原件不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、舌形塔、浮動噴射塔等多種。目前，從國內(nèi)外實際情況來看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，前兩種應(yīng)用尤為廣泛。作為氣液兩用傳質(zhì)用的塔的設(shè)備，首先必須保證氣液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，塔設(shè)備還得具備下列的基本要求：塔內(nèi)滯留量小。耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，創(chuàng)造，安裝，維修方便。流體流動阻力小。即流體經(jīng)塔設(shè)備的壓降小，可節(jié)省動力消耗，降低操作的費用。氣液處理量大，即生產(chǎn)能力大時不至于發(fā)生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。操作穩(wěn)定，彈性大。即當(dāng)塔設(shè)備的氣液負(fù)荷在一定范圍內(nèi)變化時，仍能夠在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。40第一章 概述化工生產(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲存，運輸，加工和使用的需求，時常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過程是同時進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過程。本次設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一定處理量的分離苯和甲苯混合物精餾塔。板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，20世紀(jì)50年代起對板式精餾塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力（20%—40%）塔板效率（10%—50%）而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝，維修都較容易。[1]在本設(shè)計中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低。合理的設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高。采用篩板可解決堵塞問題，適當(dāng)控制漏液。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后，通過大量的工業(yè)實踐逐步改進(jìn)了設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)。近年來與浮閥塔一起成為化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺狀，這樣可以降低進(jìn)口處的速度，使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比較少。實際操作表明，篩板在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下操作使其板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍比泡罩塔窄，但設(shè)計良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到23。化工原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們初步掌握化工設(shè)計的基礎(chǔ)知識、設(shè)計原則及方法；學(xué)會各種手冊的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟合理性。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮到設(shè)計的業(yè)精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。節(jié)省能源，綜合利用余熱。經(jīng)濟合理，冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。另一方面影響到所需傳熱面積的大小。即對操作費用和設(shè)備費用均有影響，因此設(shè)計是否合理的利用熱能等直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟問題。[2]本課程設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計過程的物料衡算，塔工藝計算，塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核。在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯甲苯混合液。已知原料液的年處理量為4萬噸，(甲苯的摩爾分率)，（質(zhì)量分率）。 表11 設(shè)計條件操作壓力進(jìn)料熱狀態(tài)回流比單板壓降全塔效率建廠地址塔頂常壓Q=0自選ET=70%武漢地區(qū)試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計本設(shè)計任務(wù)為分離苯甲苯混合物。對于二元混合物的分離，采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。第二章 精餾塔設(shè)計計算，塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)原料：苯——甲苯混合物 XF=（摩爾分?jǐn)?shù)）產(chǎn)品：XD=（摩爾分?jǐn)?shù)） XW=（摩爾分?jǐn)?shù)）原料溫度：50℃ 處理量：4萬噸／每年 生產(chǎn)時間：300天／每年冷卻水進(jìn)口溫度：25℃ 加熱劑：平均摩爾質(zhì)量：苯的摩爾質(zhì)量： MA=甲苯的摩爾質(zhì)量：MB=（其中A、B分別代表苯和甲苯）原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：ML,F=+()=ML,D=+0()=ML,W=+()=總物料衡算 F = D + W （31）易揮發(fā)組分（苯）物料衡算 F XF = D XD + W XW （32）式中 F、D、W——分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；XF、XD、XW——分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。結(jié)合（31）、（32）得：F=63kmol/hD= 18kmol/hW=45kmol/h逐板法法求取塔板數(shù)：相對揮發(fā)度a= R==Y=+Y=Y1= x1=Y2= x2=Y3= x3=Y4= x4=Y5= x5=Y6= x6=Y7= x7=Y7Y8= x8=Y9= x9=Y10= x10=Y11= x11=Y12= x12=Y13= x13=Y14= x14=Y15= x15=Y16= x16=Y17= x17=0,046Y18=