【正文】 附錄 （ 35） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 4 課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目：苯 甲苯二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計 設(shè)計條件：常壓 atmP1? （絕壓） 處理量： 185kmol/h 進料組成 餾出液組成 釜液組成 （以上均為摩爾分率） 加料熱狀況 q= 塔頂全凝器 泡點回流 回流比 m in)( RR ?? 單板壓降 ≤ 設(shè)計任務(wù)： 1． 精餾塔的工藝設(shè)計，包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的 設(shè)計計算。 本設(shè)計首先確定設(shè)計方案， 再進行主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 —— 物料衡算、熱量衡算、工藝 參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容，然后通過篩板的流體力學(xué)驗算檢驗本設(shè)計的合理性。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 6 第一章 緒論 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 精餾過程其核心為精餾塔， 板式塔類型：氣－液傳質(zhì)設(shè) 備主要分為板式塔和填料塔兩大類。 精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔等。 ? 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 ? 操作彈性較小 (約 2～ 3)。本實驗加料用泵加料，泵和自動調(diào)節(jié)裝置配合控制進料。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離苯和甲苯，制造設(shè)備較為簡單，為節(jié)省資金，選全凝器。只用在工藝物料的特性或工藝條件特殊時才考慮其他型式。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)鏟平冷卻后送至儲罐。 ① Ft : 9 8 . 6 1 0 2 . 2 1 0 2 . 23 0 . 0 2 0 . 0 4 5 . 0 2 0 . 0FF tt ???? 得 ? ℃ ② Dt : 8 0 .2 8 1 .2 8 1 .21 0 0 .0 9 5 .0 9 8 .0 9 5DD tt ???? 得 ? ℃ ③ Wt ： 1 1 0 . 6 1 0 6 . 1 1 1 0 . 60 8 . 8 3 0WW tt ???? 得 ? ℃ ④精餾段平均溫度：1 ???℃ ⑤提溜段平均溫度：2 52Fwttt ???℃ ? 相對揮發(fā)度的求取 由 Fx = Fy = FFFFx = 9411xFyy? ? Dx ＝ y D= DDDDDx =11xyy? ? Wx ＝ yW= WWWWWx =11xyy? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 10 精餾段相對揮發(fā)度： FD+= = ??? 提餾段相對揮發(fā)度： FW+= =??? ? 黏度的求取 由 1 ? ℃時查 書“液體黏度共線圖”可得 5 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當(dāng) ? ℃時， 6 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當(dāng) Ft =℃時 ， 9 .mp s? ? 8 .mp s? ? 當(dāng) ? ℃時， .aamp s? ? .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算 當(dāng) Dt ? ℃時 ? ? ? ?L D m L F ml g 0 . 9 8 l g ( 0 . 3 1 ) 1 0 . 9 8 l g 0 . 3 3 0 . 3 0 4 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 進料板液相平均黏度的計算 當(dāng) Ft =℃時 ? ? ? ? ? ?L F m L F ml g 0 . 4 5 l g 0 . 2 5 9 1 0 . 4 5 l g 0 . 2 7 8 0 . 2 6 6 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 塔底液相平均黏度的計算 當(dāng) ? ℃時 ? ? ? ? ? ?L W m L F m0 . 0 3 l g 0 . 2 1 6 1 0 . 0 3 l g 0 . 2 5 2 0 . 2 5 1 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 則液相平均黏度為 Lm (0 . 3 0 4 0 . 2 6 6 0 . 2 5 1 ) / 3 0 . 2 7 3 m P a s? ? ? ? ? ? ? 塔板數(shù)的確定 ? 理論塔層數(shù) NT 的求取 （ 1）相對揮發(fā)度的計算 根據(jù)化學(xué)工程手冊 109頁 Antoine 方程常數(shù)（有機物值）得 化合物 A B C 溫度范圍℃ 苯 6— 137 甲苯 16— 104 由表可知 t的共用區(qū)間為 6＜ t＜ 104℃又因為甲苯的正常沸點為 ℃，苯的沸點為 ℃ 所以 ℃＜ t＜ ℃。2 1 0 4 .1 5 C2FWm ttt ??? ? 物性數(shù)據(jù)計算 ? 平均摩爾質(zhì)量計算 （ 1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由 1 ?? 代入平衡線方程得 1 ? 氣相 0 . 9 8 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 8 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 3 9 /V D mM k g k m o l? ? ? ? ? ? 液相 , 0 . 9 5 1 3 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 5 1 3 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 7 9 /L D mM k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 2）進料板平均摩爾質(zhì)量計算 由逐板法，可得第 7塊板為進料板 29 5 , 0. 65 39x y? ? 氣相 0 . 6 5 3 9 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 6 5 3 9 ) 9 2 . 1 3 8 2 . 9 6 /VFmM k g k m o l? ? ? ? ? ? 液相 0 . 4 2 9 5 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 4 2 9 5 ) 9 2 . 1 3 8 6 . 1 1 /L F mM k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 3）塔底 平均摩爾質(zhì)量計算 : 0. 03 0. 07 2WWxy?? 氣相 10 . 0 7 2 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 7 2 ) 9 2 . 1 3 9 1 . 1 2 k g m o lV W mM ? ? ? ? ? ? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 14 液相 10 . 0 3 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 3 ) 9 2 . 1 3 9 1 . 7 1 k g m o lL W mM ? ? ? ? ? ? ? （ 4）精餾段平均摩爾質(zhì)量： 氣相 ： 11 7 8 . 3 9 8 2 . 9 6 8 0 . 6 8 k g m o l2VmM ?? ? ? 液相 ： 11 7 8 . 7 9 8 6 . 1 1 8 2 . 4 5 k g m o l2LmM ?? ? ? （ 5）提餾段平均摩爾質(zhì)量： 氣相 ： 12 9 1 . 1 2 8 2 . 9 6 8 7 . 0 4 k g m o l2VmM ?? ? ? 液相 ： 12 9 1 . 7 1 8 6 . 1 1 8 8 . 9 1 k g m o l2LmM ?? ? ? ? 平均密度的計算 （ 1）氣相平均密度 Vm? 的計算 因為 m VmVm mpMRT? ?? 則： 精餾段平均 氣相 密度 : 1 10 80 .68 2 / 14 ( 89 .9 27 5 )Vm k g m? ????? 提餾段平 均 氣相 密度 : 2 / ( )Vm k g m? ????? （ 2）液相平均密度 Lm? 的計算 由式 1 i ABL M i L A L B? ??? ? ? ?? ? ?? 求相應(yīng)的液相密度。 50wh mm? ? 塔板布置 （ 1）塔般的分塊 因 800mm D? ，故塔板采 用分塊式。 篩孔按正三角形排列，取 孔中心距為 3 3 5 1 5 m mtd?? ? ? ? 取篩孔的孔徑 d0=5mm 塔板上篩孔數(shù)目為 21 . 1 5 5 1 . 1 5 5 2 . 2 4 3 115150 . 0 1 5 0 . 0 1 5An t ? ?? ? ??個 塔板開孔區(qū)的開孔率φ 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 19 220 0 . 0 0 50 . 9 0 7 ( ) 0 . 9 0 7 ( ) 1 0 0 % 1 0 . 1 %0 . 0 1 5dt? ? ? ? ? 開孔率在 515%范圍內(nèi)，符合要求。 ? 漏液計算 對篩板塔，漏夜點氣速為 0 , m in 04 .4 ( 0 .0 0 5 6 0 .1 3 )8 0 1 .64 .4 0 .7 7 2 ( 0 .0 0 5 6 0 .1 3 0 .0 6 0 .0 0 2 0 3 ) 6 .1 0 6 7 /2 .8 2LLVu C h hms?? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? 實際孔速 0 0 ,m in1 0 .9 6 /u m s u?? 篩板的穩(wěn)定性系數(shù) 00 , m i n1 0 . 9 6 1 . 7 9 5 1 . 56 . 1 0 6 7uK u? ? ? ? ? 液泛計算 為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度 )( WTd hHH ??? 甲醇 — 水物系屬一般物系，取 ?? ，則 ( ) ( ) mTWHh? ? ? ? ? 而 d p L dH h h h? ? ? 板上不設(shè)進口堰，則 0. 07 57 3 0. 06 0. 00 15 0. 20 31 3 md P L dH h h h? ? ? ? ? ? ?液柱 ()d T WH H h??? 故在本 設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。 ? 液泛線 令 ()d T WH H h??? 由 11 。 ，所以塔板 的氣相負荷上限由液沫夾帶控制，操作下限由漏液線控制。 塔頂空間 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。 人孔 對于 mmD 1000? 的板式塔，為安裝、檢修的要求，每隔 8層塔板設(shè)一人孔，本塔共開 3個人孔。為了檢修方便，取一塊作為通道板，通 道板的寬度取 400mm。9 1 . 7 1 / 9 1 . 7 1 1 0 3 . 2 1 9 4 6 5 . 3 9 /WWM k g m o lW M W k J k g?? ? ? ? ? ( 1 )( 1 0 .0 3 ) 3 5 9 .7 4 0 .0 3 4 5 4 .2 93 3 5 .2 7 /LW V W W V B W V AI I X H X Hk J k g? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 39。 進料管內(nèi)適宜流速為：由高 位槽入塔時取 ~ ，由泵 輸送時取 ~ 。 ? 進氣管 當(dāng)對氣體分布要求不高時，采用如圖 a 所示結(jié)構(gòu)的進氣管；當(dāng)塔徑較大且進氣要求均勻時，可采用如圖 b 所示結(jié)構(gòu)的進氣管，管上開有 3 排小孔，管徑及小孔直徑與數(shù)量由工藝條件決定。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 29 ? 再沸器 再沸器的任務(wù)是將部分塔底的液體蒸發(fā)以便進行徑流分離。工業(yè)上使用最多的形式有：強制循環(huán)式、臥式熱虹吸式、立式熱虹吸式和凱爾特式。采用臥式再沸器，可以使塔和建筑物的總高度降低；由于產(chǎn)品在臥式再沸器中 的停留時間較長。再沸器的傳熱面積可任意選用，釜液結(jié)焦時清洗方便，但金屬消耗量和占地面積都大。當(dāng)全凝時，部分冷凝凝液作為回流返回，冷凝沒 有分離作用。工業(yè)上常用的幾種回流形式 對于大型精餾塔，往往講冷凝器安裝在離地面約 5m 的支架上，以保證泵在輸送回流液時，不會出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。通過對這次化工原理的課程設(shè)計使我增長了許多實際的知識，也在大腦中確立了