【正文】 ? ??? ? ? 1 0 1 0 .0 4 6 6 0 .0 2 8 0 .0 1 8 6 m 0 .0 0 6 mWhh? ? ? ? ? 故 降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 進(jìn)料線方程為1 11Fnnqxyxqq? ???? 當(dāng) q= Fx = 時(shí) 32 15eeyx?? ? 相平衡方程為 1 ( 1 ) 1 xx????? ? ?兩式聯(lián)立 即 32 15eeyx?? ? e exy x? ? 得 ? ? 故最小回流比為： Rmin= Deeexyyx?? = 0 .9 8 5 0 .6 6 7 2 1 .4 50 .6 6 7 2 0 .4 4 7 9? ?? 取操作回流比為： R=2Rmin=2 ? = 求精餾塔氣液相負(fù)荷 精餾段： 2 . 9 0 4 4 . 8 5 1 3 9 . 0 6 5 k m o l / h( 1 ) ( 2 . 9 0 1 ) 4 4 . 8 5 1 7 4 . 9 1 5 k m o l / hL R DV R D? ? ? ?? ? ? ? ? ? 提餾段： 130 .065 100 227 .065 km ol /h( 1 ) 171 .915 km ol /hL L qFV V q F? ? ? ? ? ?? ? ? ? 操作線方程的確定 精餾段操作線方程：1 0 . 7 4 3 5 0 . 2 5 6 4DnnnLDy x x xVV? ? ? ? ? 提餾段操作線方程：1 0 . 0 4 8 1n n W nLWy x x xVV? ? ? ?= 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置 采用相平衡方程與操作線方程式利用逐板計(jì)算法 由1 ( 1)xy x??? ??知nnn yyx )1( ??? ?? 聯(lián)立精提餾段操作線方程 得 1 ? ?? 1 0. 04 81nnyx? ?? ? ? 第一塊塔板上升氣相組成為 1y = Dx = 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ８ 從第一塊塔板下降的液體組成 1x = 1y / 1y =? = 由第二塊塔板上升氣相組成為 210. 74 35 0. 25 64 0. 74 35 0. 96 32 0. 25 64 0. 97 25yx? ? ? ? ? ? 同理 2 ? 3 ? 3 ? 4 ? 4 ? 5 ? 5 ? y6= x6= y7= x7= 8 ? 8 ? ﹤ qx 所以 第 9 塊 塔板上升氣相組成由提餾段操作線方程計(jì)算 則 98 0 .0 4 8 0 .5 0 0 9yx? ? ? 同理 9x = y10= x10= y11= x11= 12y = 12x = 13 ? 13x = 14 ? 14 ? 15 ? 15 ? ﹤ wx ? 所需 總理論板數(shù) : 15 塊 (包括再沸器 ) 進(jìn)料位置：第 8 塊 精餾段需 7塊板 全塔效率的計(jì)算 （ 1）查苯 甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)，由內(nèi)差法求得 9 5 .2 9 2 .1 9 2 .13 9 .7 4 8 .9 4 5 .0 4 8 .9FF tt ???? 得 Ft =℃ 8 1 . 2 8 0 . 2 8 0 . 29 5 . 0 1 0 0 . 0 9 8 . 5 1 0 0 . 0DD tt ???? 得 =℃ 1 1 0 . 6 1 0 6 . 1 1 1 0 . 60 8 . 8 1 . 5 0WW tt ???? 得 ? ℃ 精餾段平均溫度 1 ? ℃ 提餾段平均溫度 2 1 0 2 .1 22FWm ttt ???℃ (2)液相平均黏度的計(jì)算 由 1 ? ℃時(shí)查書“液體黏度共線圖”可得 5 .aamp s? ? 5 .bamp s? ? 當(dāng) ? ℃時(shí)， 2 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當(dāng) Ft =℃時(shí) ， .mp s? ? 0 .mp s? ? 當(dāng) ? ℃時(shí)， 0 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 根據(jù)液相平均黏度公式 Lm i ilg x lg? ? ? ?? 塔頂液相平均黏度計(jì)算 當(dāng) Dt ? ℃時(shí) ? ? ? ?L D m L F ml g 0 . 9 8 5 l g ( 0 . 3 1 ) 1 0 . 9 8 5 l g 0 . 3 3 0 . 3 1 0 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)料板液相平均黏度的計(jì)算 當(dāng) Ft =℃時(shí) ? ? ? ? ? ?L F m L F ml g 0 . 4 5 l g 0 . 2 7 1 1 0 . 4 5 l g 0 . 2 9 0 0 . 2 8 1 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 塔底液相平均黏度的計(jì)算 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ９ 當(dāng) ? ℃時(shí) ? ? ? ? ? ?L W m L F m0 . 0 1 5 l g 0 . 2 3 2 1 0 . 0 1 5 l g 0 . 2 6 2 0 . 2 6 2 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 則液相平均黏度為 Lm (0 . 3 1 0 0 . 2 8 1 0 . 2 6 2 ) / 3 0 . 2 6 2m P a s? ? ? ? ? ? (3)全塔效率的計(jì)算 0 .2 4 50 .4 9 ( ) 0 .5 3 2TLE ?? ??? ∴精餾段實(shí)際板數(shù) 7 1 3 .1 6 1 40 .5 3 2TTNN E? ? ? ? 提餾段實(shí)際板數(shù) 8 1 5 .0 4 1 60 .5 3 2TTNN E? ? ? ?（包括塔釜） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) １０ 第三章 精餾塔的 工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓強(qiáng) P 的計(jì)算 取每層塔板壓降為 P=,? 則 塔頂壓強(qiáng) ? 進(jìn)料板壓強(qiáng) 14 kP aFP ? ? ? ? 塔底壓強(qiáng) 30 kP aWP ? ? ? ? 精餾段平均壓強(qiáng) 1 1 0 1 . 3 1 1 1 . 1 1 0 6 . 222DFmappp k p? ?? ? ? 提餾段平均壓強(qiáng) 2 1 1 1 . 1 1 2 2 . 3 1 1 6 . 722FWppp k p? ?? ? ? 操作溫度 塔頂溫度： Dt =℃ 進(jìn)料溫度 ： Ft =℃ 塔底溫度： ? ℃ 精餾段平均溫度： 176。塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進(jìn)料段高度以及開人孔數(shù)目的取值有關(guān)，可查資料 [2]。其設(shè)計(jì)計(jì)算方法可查閱有關(guān)資料。而適宜回流比 R的確定，應(yīng)體現(xiàn)最佳回流比選定原則即裝置設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)之和最低，我們推薦以下簡化方法計(jì)算各項(xiàng)費(fèi)用，從而確定最佳回流比。本設(shè)計(jì)不易利用直接蒸汽加熱，因?yàn)橹苯诱羝募尤耄瑢?duì)釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度，輕組分收率一定前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求，從而又增加了生產(chǎn)的費(fèi)用，但也增加了間接加熱設(shè)備。選擇的原則是使設(shè)備和操作費(fèi)用之和最低。熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。 設(shè)計(jì)思路 在本次設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行的是苯和甲苯二元物系的精餾分離，簡單蒸餾和平衡蒸餾只能達(dá)到組分的部分增濃，如何利用兩組分的揮發(fā)度的差異實(shí)現(xiàn)高純度分離，是精餾塔的基本原理。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分作為塔頂產(chǎn)品冷卻后送至儲(chǔ)罐。其后因急于尋找一種簡單而價(jià)廉的塔型，對(duì)其性能的研究不斷深入，已能作出比較有把握的設(shè)計(jì)，使得篩板塔又成為應(yīng)用最廣的一種類型。通過板壓降、漏液、液泛、液沫夾帶的流體力學(xué)驗(yàn)算，均在安全操作范圍內(nèi)。精餾段實(shí)際板數(shù)為 14，提餾段實(shí)際板數(shù)為 16。本文是精餾塔及其進(jìn)料預(yù)熱的設(shè)計(jì)，分離摩爾分?jǐn)?shù)為 的苯 — 甲苯溶液，使塔頂產(chǎn)品苯的摩爾含量達(dá)到 %，塔底釜液摩爾分?jǐn)?shù)為 %。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ２ 摘 要 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程。通過課程設(shè)計(jì)能使我們進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí) ，還能培養(yǎng)我們獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過程。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能夠滿足要求的操作彈性而且效率高。精餾塔的分離程度不僅與精餾塔的塔板數(shù)及其設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，還與物料的性質(zhì)、操作條件、氣液流動(dòng)情況等有關(guān)。 此次化工原理設(shè)計(jì)是精餾塔的設(shè)計(jì)。 3．撰寫精餾塔的設(shè)計(jì)說明書 。 2． 繪制帶 控制點(diǎn)的工藝流程圖、精餾塔設(shè)備條件圖。健全合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)可發(fā)揮應(yīng)有的作用。在精餾塔中，塔釜產(chǎn)生的蒸汽沿塔板之間上升，來自塔頂冷凝器的回流液從塔頂逐漸下降，氣液兩相在塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次接觸，進(jìn)行傳質(zhì)傳熱過程，輕組分上升，重組分下降，使混合物達(dá)到一定程度的分離。篩板塔是最早應(yīng)于手工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一。精餾過程在 能量劑驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(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(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分的分離。 課程設(shè)計(jì)是讓同學(xué)們理論聯(lián)系實(shí)踐的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)我們進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練。更為將來打下一個(gè)穩(wěn)固的基礎(chǔ)。 此設(shè)計(jì)的精餾裝置包括精餾塔，再沸器，冷凝器等設(shè)備，熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由塔頂產(chǎn)品冷凝器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。塔頂使用全凝器，部分回流。塔徑為 。它 的出現(xiàn)僅遲于泡罩塔 20年左右，當(dāng)初它長期被認(rèn)為操作不易穩(wěn)定，在本世 紀(jì) 50年代以前，它的使用遠(yuǎn)不如泡罩塔普遍。設(shè)計(jì)中采用氣液混合物進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至溫度后送入精餾塔內(nèi)。流程參見附圖。蒸餾是物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝所 實(shí)現(xiàn)分離的。回流比是精餾操作的重要工藝條件。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ４ 加熱方式 本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱，加熱設(shè)備為再 沸器。 回流比的選擇 對(duì)于一般體系最小回流比的確定可按常規(guī) 方法處理，但對(duì)于某些特殊體系，如乙醇水體系則要特殊處理，該體系最小回流比 Rmin 的求取應(yīng)通過精餾段操作線與平衡線相切得到。 板式塔的選擇 板式塔工藝尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容包括：板間距、塔徑、塔板型式、溢流裝置、塔板布置、流體力學(xué)性能校核、負(fù)荷性能圖以及塔高等。最后給制出負(fù)荷性能圖，以確定適宜操作區(qū)和操作彈性。 當(dāng) t=81℃時(shí)，將 A、 B、 C 分別代得：苯 0A 1 2 0 6 .3 5lo g 6 .0 2 3 8 1 2 2 0 .2 4p ?? ? 甲苯： 0B 1 3 4 3 .9 4lo g 6 .0 7 8 8 1 2 1 9 .5 8p ?? ? 則 0Ap = akp 0Bp = akp 2） 0Ap = akp 0Bp = akp 3） 0Ap = akp 0Bp = akp 4） 0Ap = akp 0Bp = akp 5） 0Ap = akp 0Bp = akp 6） 0Ap = akp 0Bp = akp 7） 0Ap = akp 0Bp = akp 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ７ 8) 0Ap = akp 0Bp = akp 9 ） 0Ap = akp 0Bp = akp 10） 0Ap = akp 0Bp = akp 因?yàn)楸?甲苯屬于理想物系 所以烏拉爾定律代入 ? = 0Ap / 0Bp 則 1? =同理 α 2= α 3= α 4= α 5= α 6= α 7= α 8= α 9= α 10= 則 10 1023 2 .5 1? ? ? ?? ??? ? （ 2）求最小回流比及操作回流比。 ①塔頂平均密度的計(jì)算： Dt =℃時(shí) ,查《化工原理》 (上 )得 338 1 4 . 4 / 8 0 9 . 5 /ABk g m k g m???? ? ?0 . 9 8 5 7 8 . 1 1 0 . 9 8 2 40 . 9 8 5 7 8 . 1 1 1 0 . 9 8 5 9 2 . 1 3Aa ???? ? ? ?