化工原理課程設(shè)計設(shè)計說明書(已修改)
2025-06-10 22:27 本頁面
【正文】 化工原理課程設(shè)計設(shè)計說明書 設(shè)計方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集本設(shè)計任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。由于塔內(nèi)壓力接近常壓（實際上略高于常壓），因操作壓力偏離常壓很小，可以近似看做在常壓下操作。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品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，故可由操作總費用等核算出最佳操作回流比。塔底設(shè)置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。其中由于蒸餾過程的原理是多次進行部分汽化和冷凝，熱效率比較低，但塔釜液溫度較高，故可直接用其預(yù)熱進料液至泡點溫度，充分利用了能量。冷凝器放出的熱量很多，但其能量品位較低，不能直接用于塔釜的熱源，在本次設(shè)計中設(shè)計把其熱量作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預(yù)熱器的熱源之一，充分利用了能量。塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為3～8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有： (１) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。 (２) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。 (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 (４) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。 篩板塔的缺點是： (１) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 (２) 操作彈性較小(約2～3)。(３) 小孔篩板容易堵塞。下圖是板式塔的簡略圖： 苯和甲苯的物理性質(zhì)項目分子式分子量M沸點（℃）臨界溫度tC（℃）臨界壓強PC（kPa）苯AC6H6甲苯BC6H5—CH3 苯和甲苯的飽和蒸汽壓溫度859095100105,kPa，kPa 常壓下苯—甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)溫度859095100105液相中苯的摩爾分率汽相中苯的摩爾分率 純組分的表面張力溫度8090100110120苯，mN/m甲苯，Mn/m20 組分的液相密度溫度(℃)8090100110120苯,kg/814805791778763甲苯,kg/809801791780768 液體粘度181。溫度(℃)8090100110120苯（）甲苯（）——甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度t℃液相中苯的摩爾分率x氣相中苯的摩爾分率y Antoine 常數(shù)值組分ABC苯甲苯、塔底產(chǎn)品的摩爾分率物料衡算式:苯的摩爾質(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)量 、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 原料處理量總物料衡算 苯物料衡算 聯(lián)立解得 式中 F原料液流量 D塔頂產(chǎn)品量 W塔底產(chǎn)品量 塔板數(shù)的確定（1）求最小回流比由表1 苯和甲苯的物理性質(zhì)查得，苯和甲苯的沸點分別為tA =℃和tB=℃在tA =℃下，由安托因方程 lgPA0=AB/(t﹢c)及表 得PA0= PB0=則相對揮發(fā)度α1= PA0/ PB0=同理，在tB=℃下，相對揮發(fā)度α2=由于（α1α2）／α1100％＝％﹤30％則α=α1＋﹙α2α1﹚ ① 相平衡方程 ②聯(lián)立，得y=()x/1+()x③又由== 可解得0535∴Rmin===（2）最佳回流比的確定 R=（~2）Rmin=~ 取不同的R值，可以求出相應(yīng)的理論板數(shù)，作N*（R+1）—R圖，找出N*（R+1）最小時對應(yīng)的R值，運用MATLAB軟件作圖如下 N*(R+1)與R的關(guān)系通過程序求得R=， 當(dāng)R=，精餾段操作線方程，提餾段操作線方程。逐板法求解Noxy12345678910進料板1112131415161718 逐板法求解表 理論板數(shù)圖解法即取R=，=18，第10塊為進料板 塔頂溫度 =℃ 進料板溫度 塔釜溫度 （A表示苯，B表示甲苯）在td=℃下，=s，= mps在tf=℃下，= mps，=s在tw=℃下， = mps，=s由平均黏度公式（其中i為D,F,W）,可得=s，= mps，=s故精餾段提餾段平均黏度分別為（1表示精餾
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