【正文】 D=℃ 1 ? / ( )kJ kmol K? 2 ? / ( )kJ kmol K? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 14 12 (1 )pD p D p DC C x C x? ? ? ? ?/ ( )kJ kmol K? = / ( )kJ kmol K? ： tW=℃ 1 ? / ( )kJ kmol K? ； 2 ? / ( )kJ kmol K? 12 (1 )pW p W p WC C x C x? ? ? ? ? = / ( )kJ kmol K? Ft =℃： 1 ? / ( )kJ kmol K? 2 ? / ( )kJ kmol K? 12(1 )P P F P FC C x C x? ? ? ? = / ( )kJ kmol K? Dt =℃ : 1 39 3. 77 6 /r KJ Kg? 2 3 7 9 .6 2 5 /r KJ Kg? 12 (1 )DDr r x r x? ? ? ? ? = 3 9 3 . 7 7 6 0 . 9 8 3 7 9 . 6 2 5 (1 0 . 9 8 )? ? ? ? = 塔頂 12(1 )D DDM M x M x? ? ? ? = 7 8 .1 1 0 .9 8 9 2 .1 4 (1 0 .9 8 )? ? ? ? /kg kmol? （ 1） 0℃時(shí)塔頂氣體上升的焓 VQ 塔頂以 0℃為基準(zhǔn)， DpDVDQ V C t V M?? ? ? ? ? ? 1 6 8 . 5 4 9 9 . 7 9 8 0 . 4 1 6 8 . 5 4 3 9 3 . 4 9 7 8 . 3 9? ? ? ? ? ? 6550974. 063 /KJ h? （ 2）回流液的焓 RQ 此為泡點(diǎn)回流，據(jù) t x y?? 圖查得此時(shí)組成下的泡點(diǎn) Dt ，用內(nèi)插法求得回流液組成下的 39。x15=xw 所以總理論板數(shù)為 15塊（包含再沸器） 精餾段理論板數(shù)為 7，第 8 塊為進(jìn)料板，提餾段理論板數(shù)為 8（含再沸器） 板效率的計(jì)算 對于進(jìn)料， Ft =℃，由安托因方程可得： 1 2 0 6 . 3 5l g 6 . 0 3 2 1 4 4 . 8 99 2 . 6 9 2 2 0 . 2 4ooAAP P K p a? ? ? ?? 1 3 4 3 . 9 4l g 6 . 0 7 8 5 7 . 0 69 2 . 6 9 2 1 9 . 5 8BBP P K p a? ? ? ?? 1 4 4 .8 9 2 .5 3 95 7 .0 6oAF oBpa p? ? ? ? ?又 ， ? ? 精 餾 段 的 平 均 相 對 揮 發(fā) 度1 2 . 6 4 2 2 . 5 3 9 2 . 5 9 0 522DFaaa ? ?? ? ? 提 餾 段 的 平 均 相 對 揮 發(fā) 度2 2 .4 0 4 2 .5 3 9 2 .4 7 1 522WFaaa ? ?? ? ? 又 ? ℃， ? ℃ 精餾段平均溫度：1 9 1 . 4 8 0 . 4 8 5 . 922FDttt ??? ? ? ℃ 提餾段平均溫度：2 9 1 . 4 1 0 8 . 7 9 1 0 0 . 0 9 522FWttt ? ???? ℃ 根據(jù)液體平均粘度公式： lg 2 7 3 .1 5L AAtB? ??? 可求得不同溫度下苯和甲苯的粘度。x11= y12=。x7= y8=。x3= y4=。 ? 125= kmol/h 精餾段操作線方程為： 1 ??????? xRxxR Ry Dnn 提餾段操作線方程為： 0 1 39。F =F FM = ㎏／ h 質(zhì)量分率： 39。本設(shè)計(jì)物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比卻最小回流比的 倍。如果需要較高的塔頂處理或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。本設(shè)計(jì)塔釡采用間接加熱蒸汽，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。由于重組分是水，故省略加熱裝置。綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。甲苯和苯在常壓下就能夠分離出來，所以本實(shí)驗(yàn)在常壓下操作就可以。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需進(jìn)一步冷卻，此次分離也是希望得到甲醇，選用全凝器符合要求。譬如，用余料作為塔頂產(chǎn)品（或釜液產(chǎn)品）冷卻器的冷卻介質(zhì)，既可以將原料預(yù)熱，又可以節(jié)約冷卻質(zhì)。連續(xù)蒸餾有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔 。工業(yè)上以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離難度大、易結(jié)焦的物系）。 ⑼ 無溢流塔板 無溢流塔板是一種簡易塔板，只是一塊均勻開有一定縫隙或篩孔的圓形平吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 板，無降液管，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉。 ⑹ 垂直浮閥 垂直浮閥是在塔板上開有若干直徑為 100200mm 的大圓孔，孔上設(shè)置圓柱形泡罩，泡罩下緣于塔板有一定的間隙，泡罩側(cè)壁開有許多篩孔。 ⑶ 篩孔塔板 篩孔塔板是最簡單的塔板，造價(jià)低廉，只要設(shè)計(jì)合理，其操作彈性是可以滿足生產(chǎn)需要的 ，目前已成為應(yīng)用最為廣泛的一種板型。升氣管是泡罩塔區(qū)別于其它塔板的主要結(jié)構(gòu)特征。有板式塔與填料塔兩種主要類型。 確定了塔的主要工藝尺寸，塔板采用單溢流弓型降液管齒型堰如塔徑 。 本文設(shè)計(jì)了浮閥精餾塔及其附屬元件的尺寸、管線路線的鋪設(shè)，并對摩爾分?jǐn)?shù)為 的苯 — 甲苯二元溶液進(jìn)行精餾過程，其中塔頂使用全凝器，部分回流。此設(shè)計(jì)針對二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪 圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。實(shí)際加料位置在第 15 塊板。 關(guān)鍵詞： 苯 甲苯 精餾塔 浮閥 操作彈性 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 緒 論 精餾塔（ fractionating column）是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。 ⑴ 泡罩塔板 泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構(gòu)成的。氣量較小時(shí)可避 免過多的漏液，氣量較大時(shí)可使氣速不致過高，降低了壓降。 ⑸ 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開孔的薄板制造，具有舌形塔板的特點(diǎn)，并易于加工。 ⑻ 林德浮閥 林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計(jì)的高效低壓降塔板，在整個(gè)浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔，并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進(jìn)裝置。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。 篩板塔制造維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高10%— 15%，板效率亦約高 10%— 15%，而每板壓力降則低 30%左右，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于浮閥塔。按過程按操作方式的不同，分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器，用水 冷凝。一般地，除熱明性物系，凡通過常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的物系，都能采用常壓蒸餾；對熱敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物冷凝溫度過低的物系，需提 高塔壓或者采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。采用泡點(diǎn)進(jìn)料不僅對穩(wěn)定操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。直接蒸汽加熱直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。上升蒸汽回流下來的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，其缺點(diǎn)是增加加熱裝置。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器 無需支持結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較。由于本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。W =W WM = ㎏／ h 39。 +? 125=???? FqVV )1(39。1 ????? nwnn xVWxxVLy 由于塔頂是全凝器所以有 1 ?? 111 0 .9 5 1 12 .5 2 1 .5 2yx y??? 由精餾段操作線方程 y=+ 得 y2= 由平衡線方程可得 8 9 8 222 ??? yyx 同理可算出如下值： y3=。x6= y7=。x10= y11=。x14= y15=。 熱量衡算： 由上面知道塔頂溫 Dt =℃， Wt =℃， Ft =℃ 由不同溫度下苯和甲苯的摩爾汽化熱公式： Cp=a+bT+cT2 查表得，對于苯， a=,b=,c= 對于甲苯， a=,b=,c= 求得在 Dt 、 Ft 、 wt 下的苯和甲苯的汽化熱（單位： / ( )kJ kmol K? ）， 1 pC 和 2pC 分別代表苯和甲苯的汽化熱。 Dt =℃ 118 0 9 0 8 0 8 0 . 4 8 1 4 . 5 4 4 98 1 5 8 0 3 . 9 8 1 5 LL ????? ? ?3/kg m 228 0 9 0 8 0 8 0 . 4 8 0 9 . 5 9 8 28 1 0 8 0 0 . 2 8 1 0 LL ????? ? ?3/kg m 121 0 . 9 7 5 6 1 0 . 9 7 5 6 8 1 4 . 4 2 8 0DD L L ?? ? ??? ? ? ?3/kg m 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 17 ? ℃ 111 0 0 9 0 9 5 . 4 0 9 1 . 4 8 0 2 . 3 0 4 17 9 2 . 5 8 0 3 . 9 8 0 3 . 9 LL ????? ? ?3/kg m 221 0 0 9 0 9 2 . 6 9 1 . 4 7 9 7 . 5 3 6 97 9 0 . 3 8 0 0 . 2 8 0 0 . 2 LL ??? ? ???3/kg m 21 ????? FLLF ???? 3/kg m Wt =℃ 111 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 8 . 7 9 7 8 1 . 7 7 67 9 2 . 5 7 8 0 . 3 7 9 2 . 5 LL ????? ? ?3/kg m 221 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 8 . 7 9 7 8 0 . 3 0 2 47 9 0 . 3 7 8 0 . 3 7 9 0 . 3 LL ????? ? ?3/kg m 121 0 . 0 2 5 5 1 0 . 0 2 5 5 7 8 1 . 5 1 6 8WW L L ?? ? ??? ? ? ?3/kg m 所以精餾段 : 2 7 4 2 521 ??? DFL ??? 3/kg m 提餾段 : 8 1 9 ??? WFL ??? 3/kg m 氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算 ,即 精餾段 ? ? 31 0 6 . 5 5 1 8 0 . 7 9 2 . 8 8 /8 . 3 1 4 8 5 . 9 0 5 2 7 3 . 1 5m V mVm mM k g mR? ? ?? ? ?? ? ? 提餾段 ? ? 31 1 7 . 0 5 8 2 . 7 7 5 3 . 1 2 /8 . 3 1 4 1 0 0 . 0 9 5 2 7 3 . 1 5m V mVm mM k g mR? ? ?? ? ?? ? ? （ 1）精餾段的氣液體積流率： 由精餾段的氣液 負(fù)荷： V=， L=：吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 18 331 6 8 .5 4 8 0 .7 9 1 .3 1 3 3 0 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 2 .8 84 9 .7 9 8 1 .9 6 5 0 .0 0 3 1 9 4 /3 6 0 0 3 6 0 0 8 0 7 .4 1 9 6VmLmMsvmMsLmVV m sLL m s???? ? ???? ? ?? （ 2）提餾段的氣液體積流率： 由提餾段的氣液負(fù)荷 V= Kmol/h L= 331 6 7 .2 9 8 2 .7 7 5 1 .2 3 3 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 .1