【正文】 化學化工學院 課程設計任務書 課程名稱 化工原理課程設計 設計題目 苯 甲苯體系精餾浮閥塔 學生姓名 沈麗 專業(yè) 化學工程與工藝 班級學 號 050906 設計日期 2021 年 6 月 16 日至 2021 年 6 月 27 日 設計條件及任務： 在常壓連續(xù)浮閥精餾塔中精餾苯 —— 甲苯溶液，要求料液進料量 F=180kmol/h 濃度 xf=25%，產品濃度 xD=99%，易揮發(fā)組分 回收率 ?=99%。 操作條件：①間接蒸汽加熱 ②塔頂壓強： （絕對壓強） ③進料熱狀況：泡點進料 指導老師： 馮暉 黃莉 2021 年 6 月 17 日 1 目錄 一、概述 ?????????????????????? 2 ?????????????????? 2 ?????????????????? 2 二、工藝計算 ??????????????????? 3 ???????????????? 3 ???????????????????? 4 ?????????????????? 5 ????????????????? 7 ????????????????? 9 ????????????? 9 ??????????????? 16 的確定 ????????? 19 ?????????????? ? 22 ?????????????????? 27 三、結論和評解 ?????????????????? 28 四、致謝 ????????????????????? 29 五、參考書目 ??????????????????? 29 2 化工原理課程設計（工藝設計）說明說編寫內容 姓名：沈麗 學號： P1001050906 專業(yè)：化學工程與工藝 一、概述 浮閥塔的特點 浮閥 塔是廿世 紀 五十 年代初 開發(fā) 的一 種 新塔型。其特點是在 篩 板塔基 礎 上，在每個篩 孔 處 安置一 個 可上下移 動 的 閥 片。 當篩 孔 氣 速高 時 ， 閥 片被 頂 起、上升，孔速低 時 ， 閥 片因自重而下降。 閥 片升降位置 隨氣 流量大小作自 動調節(jié) ， 從 而使 進入液 層 的 氣 速基本 穩(wěn) 定。又因 氣 體在 閥 片下 測 水平方向 進 入液 層 ， 既減 少液沫 夾帶 量，又延 長氣 液接 觸時間 ，故收到很好的 傳質 效果。 生 產 上 對 塔器在工 藝 上及 結構 上提出的要求有下列幾方面： 1． 分離效率高 達 到一定分離程度所需塔的高度低。 2． 生 產 能力大 單 位塔截面 積處 理量大。 3． 操作 彈 性（ flexibility）大 對 一定的塔器，操作 時氣 液流量（亦 稱氣 液 負 荷）的 變 化 會 影 響 分離效率。若分離效率最高 時 的 氣 液 負 荷作 為 最佳 負 荷點，可把分離效率比最高效率下降 15%的最大 負 荷 與 最小 負 荷之比 稱為 操作 彈性。工程上常用的，是液， 氣負 荷比 L/V 為 某一定 值時 ， 氣 相 與 液相的操作 彈 性。操作 彈 性大的塔必然適 應 性強，易于 穩(wěn) 定操作。 4． 氣 體阻力小 氣 體阻力小可使 氣 體 輸 送的功率消耗小。 對真 空精 餾來說 ，降低塔器 對氣 流的阻力可 減 小塔 頂 ，底 間 的 壓 差，降低塔的操作 壓 強， 從 而可降低塔底溶液泡點，降低 對 塔釜加 熱劑 的要求， 還 可防 止塔底物料的分解。 5． 結構簡單 ， 設備 取材面廣 便于加工制造 與維 修，價格低廉，使用面廣 。 浮閥閥型介紹 浮閥 的形 狀 如右 圖所示。浮閥 有三 條帶鉤 的腿。 將 浮 閥 放 進篩 孔后， 將 其腿上的 鉤 扳 轉，可 防止操作時氣 速 過 大 將 浮 閥 吹 脫 。此外，浮 閥邊 沿沖 壓 出三 塊 向下微 彎 的“腳”。當篩 孔 氣 速降低浮 閥 降至塔板 時 ，靠 這 三只“腳”使 閥 片 與 塔板 間 保持 左右的間 3 隙；在浮 閥 再次升起 時 ，浮 閥 不 會 被粘住，可平 穩(wěn) 上升。 浮閥 塔的生 產 能力比泡 罩 塔 約 大 20%～ 40%，操作彈 性可 達 7～ 9，板效率比泡罩塔 約 高 15%，制造費 用 為 泡 罩 塔的 60%～ 80%，為篩 板塔的 120%～ 130%。 圖 2 浮 閥 （ a） V4 型，（ b） T型 浮閥 一般都用不 銹鋼 制成。 國內 常用的浮 閥 有三 種 ，即 圖 1 所示的 F1 型及圖 2所示的 V4型與 T 型。 V4 型的特點是閥 孔被沖 壓 成向下 彎 的 噴 咀形， 氣 體通 過閥 孔 時 因流道形 狀漸變 可 減 小阻力。 T型閥則 借助固定于塔板的支架限制 閥 片移動 范 圍 。三 類 浮 閥 中， F1 型浮閥 最 簡單 ， 該類 型浮 閥 已被廣泛使用。我 國 已有部 頒標 準（ JB1118— 68）。 F1 型閥 又分重 閥與輕閥兩 種 ，重 閥 用厚度 2mm 的鋼板沖成， 閥質 量 約 33克，輕閥 用厚度 的鋼 板沖成， 質 量 約 25克。閥 重 則閥 的 慣 性大，操作 穩(wěn) 定性好，但 氣 體阻力大。一般采用重 罰 。只有要求 壓 降很小的 場 合，如 真 空精 餾時 才使用 輕閥 。 二、工藝計算 流程的設計及說明 工藝流程：如圖下 圖所示。原料液由高位槽經過預熱器預熱后進入精餾塔內。操作時連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產品（釜殘液）再沸器中原料液部分汽化，產生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進入貯槽再經過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用 送回塔頂作為回流液體，其余部分經過冷凝器后被送出作為塔頂產品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設置原料槽。產品槽和相應的泵 ,有時還要設置高位槽。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現問題和采取相應的措施，常在流程中的適當位置設置必要的儀表。比如流量計、溫度計和壓力表等，以測量物流的各項參數。 4 圖 1 浮閥塔的工藝流程簡圖 查閱文獻，整 理有關物性數據 ⑵常壓下苯和甲苯的氣液平衡數據，見表 常壓下苯 — 甲苯系統 t— x— y數據如表 1— 6所示。 5 表 1— 6 苯 — 甲苯系統 t— x— y數據 沸點 t/℃ 苯摩爾分數 /% α 氣相 液相 0 0 0 1 1 苯相對分子質量： 78；甲苯相對分子質量： 92 由上表可求得： ?==10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0? ? ? ? ? ? ? ? ? ?= 全塔物料衡算 根據工藝的操作條件可知 : 料液流量 F=180Kmol/h=。 料液中易揮發(fā)組分的質量分數 xf=。 塔頂產品摩爾分數 xD=。 回收率 ?=； 由公式： F=D+W f D wFx Dx Wx?? ?= **DfDxFx 代入數值解方程組得： 6 塔頂產品流量 : D=45kmol/h=。 塔底產品流量 W=135kmol/h=。 塔底產品摩爾分數 xw= 根據衡摩爾流假設 ，全塔流率一致，相對揮發(fā)度也一致： 由附錄一知： ?= 所以，平衡方程為： y= ( 1) 1xx??? ?= 1xx? ① ?x= y?(a) 由于泡點進料，所以 q=1,則 q線方程為： q=xf=。 ② 由方程①②得： xe=, ye= 最小回流比 Rmin 為： Rmin= Deeexyyx?? = ? ? =。 R==*=。 所以精餾段液相質量流量 : L=RD=*=精餾段氣相質量流量 : V=(R+1)D=*=所以，精餾段操作線方程： y= 1R xR? + 1DxR? = (b) 7 提餾段液相質量流量 : 39。L L qF?? =+=提餾段氣相質量流量 : 39。 (1 )V V q F? ? ? =V=所以，提餾段操作線方程： y= 39。39。39。wLWxxVV?= (c) 理論塔板數的計算 由上而下逐板