【正文】 工原理課程設計 5 摘 要 根據(jù)化工原理課程設計任務書的要求對苯 甲苯二元精餾塔的主要工藝流程進行設計，并畫出了精餾塔的工藝流程圖和設備條件圖，此設計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設計過程。 關鍵詞：苯 — 甲苯、篩板精餾、物料衡算、熱量衡算、流體力學驗算，實際板數(shù)，塔高。有些特殊的物系，還可以采用恒沸精餾或萃取精餾等特殊方法進行分離。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要 的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： ? 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 篩板塔的缺點是： ? 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。高位槽加料時通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭 建塔臺，增加基礎建設費用；泵加料屬于強制進料方式，泵加料易受溫度影響，流量不穩(wěn)定。 三 冷凝方式 選全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。 六 加熱器 選用管殼式換熱器。設計中采用過泡點進料，將原 料通過預熱器加熱至泡點溫度后送入精餾塔內(nèi)。 ? 精餾塔物料衡算 有設計要求數(shù)據(jù)： 加料量 185F Kmol h? 苯的摩爾質(zhì)量 AM = Kg/Kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 BM = Kg/Kmol 進料組成摩爾分數(shù)： FX = 餾出液組成摩爾分數(shù)： DX = 釜液組成摩爾分數(shù)： WX = ? 原料液及塔頂、塔底的平均摩爾質(zhì)量 苯的摩爾質(zhì)量 7 8 .1 1AM Kg Kmol? 甲苯的摩爾質(zhì)量 9 2 .1 4BM Kg Km ol? 進料組成摩爾分數(shù)： ? 餾出液組成摩爾分數(shù)： ? 釜液組成摩爾分數(shù)： ? 平均摩爾質(zhì)量： 0. 45 78 .1 1 ( 1 0. 45 ) 92 .1 3 85 .8 2 /0. 98 78 .1 1 ( 1 0. 98 ) 92 .1 3 78 .3 9 /0. 03 78 .1 1 ( 1 0. 03 ) 92 .1 3 91 .7 1 /DWM k g k m olM k g k m olM k g k m ol? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?F 原料的處理量： 185F Kmol h? 總物料衡算： WDF ?? 即 185DW?? 易揮發(fā)組分 的物料衡算： FwD FxWxDx ?? 即 0 .9 8 0 .0 3 1 8 5 0 .4 5DW? ? ? ? ? 由上述二式解得： Kmol h? 1 0 3 .2 1W K m ol h? 吉林化工學院化工原理課程設計 9 ? 溫度計算 1．溫度的計算 由苯 —— 甲苯的氣液平衡關系表可知：（ ） 溫度 t/℃ 苯的摩爾分數(shù) 溫度 t/℃ 苯的摩爾分數(shù) 液相 x/％ 氣相 y/％ 液相 x/％ 氣相 y/％ 利用表中數(shù)據(jù)用插值法可求的 tF， tD， tW。1 8 9 .9 C2DFm ttt ??? 提餾段平均溫度： 176。 選用凹形受液盤 深度 39。 （ 3）開孔區(qū)面積計算 2 2 2 12 ( s in )180a xA x r x r r? ?? ? ? ? ? 其中： ? ? 2 . 0 ( 0 . 2 9 6 0 . 0 7 ) 0 . 6 3 4 m22dSDx W W? ? ? ? ? ? ? 2 . 0 0 . 0 4 0 . 9 6 m22CDrW? ? ? ? ? 故 22 2 1 4 6 342 [ 34 6 34 sin ( ) ] 43 m18 0 6aA ??? ? ? ? ? ? （ 4）篩孔數(shù) n 與開孔率 φ 本設計所處理的物系無腐蝕性，可選用 ?? 碳鋼板，取篩孔直徑5mmd? ? 。 ? 泡沫夾帶量 ve 的驗算 塔板上鼓泡層的高度 吉林化工學院化工原理課程設計 20 2 .5 2 .5 0 .0 3 0 .0 7 5 mfLhh? ? ? ? 663 . 2 3 . 235 . 7 1 0 5 . 7 1 0 0 . 8 6 4( ) ( ) 0 . 0 0 6 5 41 9 . 9 1 1 0 0 . 4 0 . 0 7 5av L T fue Hh??????? ? ?? ? ?kg 液/kg 氣 kg 液 /kg 氣 ∴ ev在本設計中在允許范圍內(nèi)，精餾段在設計負荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶。 ? 液相負荷上限線 取 4s?? 作為液體在降液管中的停留時間的下限 則 4fTsAHL? ?? 3, m a x m /s44fTs AHL ?? ? ? 據(jù)此可作出與氣體流量 VS無關的垂直線，液相負荷上限線 4。 ，按生產(chǎn)任務規(guī)定的氣相和液相流量所得到的操作點 P在適宜操作區(qū)的適中位置，說明塔板設計合理。除一般塔板按設計間距安裝外，其它處根據(jù)需要決定 其間距。 （ 2）、塔底液面至下層塔板之間要有 的間距。 塔高 實際塔板數(shù) N=26 人孔 PN3? 塔板間距 TH ? 進料板處間距 FH ? 人孔處板間距 PH ? 桾座高度 2H 3m? 封頭高度 1H ? 塔 空間高度 HD= 塔底空間高度 HB= F P T F F P P D B 1 2( 1 ) H + H + H + HH N N N H N H N H? ? ? ? ? ? ? 所以總高度 H=(26131)? +1? +3? ++++3= ? 塔板結構 塔徑為 ，超過 800mm，故采用整塊式；由于鋼度、安裝、檢修等要求，多將塔板分成數(shù)塊送入塔內(nèi)。6( 1 ) ( )3 .5 1 6 4 1 1 .5 2 3 8 6 .9 18 .7 1 1 0 /C V D L DQ R D I IkJ kg? ? ? ? ?? ? ??? ? 塔底熱量 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I? ? ? ? ? 其中 (1 )VD LD D VA D VBI I X H X H? ? ? ? ? ? ? ? 0 .3 8221 11()1 rVV rTHH T?? ? ? ? ? 則 : ? 0C 苯 : 21(1 0 9 . 1 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 3 2( 8 0 . 1 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 2 2rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 3 2( ) 3 9 4 ( ) 4 5 4 . 2 9 /1 1 1 . 2 2rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 甲苯 : 21(1 0 9 . 1 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 1 9 9 9(1 1 0 . 6 3 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 2 0 4 7rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 1 9 9 9( ) 3 6 3 ( ) 3 5 9 . 7 4 /1 1 1 . 2 0 4 7rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 39。進料管內(nèi)的適宜流速為：重力回流取 ~ ，強制回流取 ~ 。 ? 進料管 當塔徑 800D mm? ，且物料清潔不易聚合時，一般采用簡單的進料管，如圖 當塔徑 800D mm? 時，人不能進入塔內(nèi)檢修，為了檢修方便，進料管應 采用帶外套的可拆結構，如圖 吉林化工學院化工原理課程設計 28 ? 塔釜出料管 當塔支座直徑小于 800mm 時，塔底出料管一般采用如圖 a 所示，當塔支座直徑大于 800mm 時，出料管可采用如圖 b 所示，為了安裝方便，引出管通道直徑應大于管法蘭外徑。當進氣管安裝在液面以上時，小孔是朝上方或斜上方的。 小型再沸器可直接安裝在塔底部，但再沸器的橫截面積要略大于塔體的截面，對于較大型的塔，再沸器一般安裝在塔外。對易起泡系統(tǒng)尤為有利。 凱爾特式再沸器一次通過蒸發(fā)的氣液比可達 80%，相當于一塊理論板。冷凝的優(yōu)點是未凝的產(chǎn)品富集了輕組分，冷凝器為分離提供了一塊理論板。冷凝器距塔頂回流口的高度，可根據(jù)管道阻力損失進行估算。幫助我們更加深入的理解了化工生產(chǎn)單元操作以及設計要求，使我們所學的知識不局限于書本，鍛煉了我們工程設計思維能力。采用泵進行強制回流時，回流屬冷回流，其回流比容易控制，且對安放冷凝器的支座要求不高，安裝與檢修都比較 方便。 在小型精餾塔中，冷凝器可采用蛇形式；對大型設備一般采用列管式。 當塔底產(chǎn)品是廢水時，通常采用直接水蒸氣加熱，這樣可節(jié)省再沸器的投資成本。因此不適宜用于蒸發(fā)對熱不穩(wěn)定的產(chǎn)品。在立式再沸器中，被蒸發(fā)的液體在管內(nèi)通過；在臥式再沸器中，被蒸發(fā)液體在管外通過。再沸器是熱交換設備，根據(jù)加熱面安排的需要，再沸器的構造可以是夾套式、蛇管式或列管式；加熱方式可以是間接加熱或直接加熱。當蒸汽直接加熱 釜液時，蒸汽進入管安裝在液 面以下 ，管上小孔是朝下方或斜下方的，小孔直徑通常為 5~10mm ，各孔中心相聚 5~10 倍孔徑。塔釜出料管內(nèi)適宜流速一般取 ~。7( 1 ) ( )3 .5 1 9 4 6 5 .3 9 3 3 5 .2 71 .1 1 1 0 /C V W L WQ R W I IkJ kg? ? ? ? ?? ? ??? 吉林化工學院化工原理課程設計 27 第六章 附屬設備設計 ? 接管尺寸與結構 接管的合適尺寸與在操作條件下管內(nèi)的適宜流速的選擇密切相關。 吉林化工學院化工原理課程設計 25 第五 章 熱量衡算 ? 熱量衡算 表 4— 1 苯 — 甲苯的蒸發(fā)潛熱與臨界溫度 ? 塔頂熱量 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I? ? ? ? ? 其中 (1 )VD LD D VA D VBI I X H X H? ? ? ? ? ? ? ? 0 .3 8221 11()1 rVV rTHH T?? ? ? ? ? 則 : ? 0C 時 苯 : 21( 8 0 . 6 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 2 3( 8 0 . 1 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 2 2rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 2 3( ) 3 9 4 ( ) 4 0 0 . 7 1 /1 1 1 . 2 2rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 甲苯 : 21( 8 0 . 5 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 1 1(1 1 0 . 6 3 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 2 0rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 1 1( ) 3 6 3 ( ) 2 8 9 . 2 3 /1 1 1 . 2rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 39。提餾段開 2個人孔精餾段開 1個。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠高于板間距，取 。 ，從負荷性能圖中可查得氣相負荷上限 3, m ax m s? ,氣相負荷下限 3, min m s? ，所以可得 故操作彈性為 m axm in sVV ?? 塔板的這一操作彈性在合理的范圍 (3～ 5)之內(nèi)，由此也可表明塔板設計是合理的。d P L d P c L L W O WH h h h h h h h h h h h h? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?； ； 聯(lián) 立 得 T W O W c dH h h h h h ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?（ 1 ） （ 1 ） ,O W d c Sh