【文章內容簡介】 重要。 第 二 章 確定設計方案 本設計任務為分離苯一甲苯混合物。由于對物料沒有特殊的要求，可以在常壓 下操作。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用 80℃ 進料，將原料液通 過預熱器加熱至泡點后送人精餾塔內。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，其余部分經產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，故操作回流比取最小回流比的 倍。塔底設置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。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，但塔頂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，在本次設計中設計把其熱量作為低溫熱源產生低壓蒸汽作為原料預熱器的熱源之一，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。 篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有： (１ ) 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。 (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。 圖 1板式塔的簡略圖 第 三 章 工藝計算 物料衡算 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率 苯的摩爾質量 甲苯的摩爾質量 4 /BM kg mol? 78 .11= = 4 78 .11 + 92 .14 6 78 .11 7 6 78 .11 4 92 .14 2 78 .11 24 2 78 .11 8 92 .14WX FX DX?????? 全塔物料衡算 原料處理量： 36 .9 4 1 0 / 8 0 .2 1 /8 6 .5 2 8F k m o l h k m o l h??? 總物料 F = D + W 易揮發(fā)組分 Fχ F = Dχ D + Wχ W 式中 F、 D、 W—— 分別為原料液、餾出液和釜殘液流量， kmol/h； χ F、χ D、χ W—— 分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。 解得： WDWF xx xxFD ??? 代入數(shù)據(jù)可得： D= kmol/h W= kmol/h 確定回流比 q 線方程 表 1 常壓下苯 —— 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 圖 2 苯跟甲苯常壓下氣化平衡組成相圖 可得 3109 .21FbDDWwX t CX t CX t C??????平均溫度（ 80+） ℃ =℃ 下 ， 參照《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷》第一版 318 頁芳烴熱容 表 2苯 — 甲苯的比熱容 溫度（℃） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 苯的比熱容（ KJ/（ kmol K）） 甲苯的比熱容（ KJ/（ kmol K）） 參照《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷》 327頁芳烴汽化 表 3 苯 — 甲苯的汽化熱 溫度（℃） 0 20 40 60 80 100 120 140 苯的汽化熱（ KJ/Kg） 41 甲苯的汽化熱（ KJ/Kg） 391 苯的比熱 容 .pAC = KJ/() 汽化潛熱 Ar = 甲苯的比熱容 .pBC = KJ/() 汽化潛熱 Br = KJ/kg pC= . . . .(1 )p A A f p B A fC X C X? ? ? ? ?? +? (1— )=() 同理： r= Ar ..(1 )A f B A fX r X? ? ? ? ?? +? ()= KJ/k () 1 . 9 2 ( 9 3 . 8 7 8 0 )1 1 1 . 0 73 7 6 . 5 7p b fC t tq r ? ??? ? ? ? ? 所以 q 線方程為 1 5 . 2 9 6 . 2 911fxqy x xqq? ? ? ??? Rmin和 R 的確定 由 q 線方程和平衡線方程相交確定 Xe= Ye= m in 0 .9 7 0 .6 8R 1 .3 20 .6 8 0 .4 6DeeeXYYX? ?? ? ??? R== = 確定理論塔板數(shù)和實際塔板數(shù) 精餾段操作線方程的確定 精餾段操作線方程：1 DnnDXLYXVV? ?? L=RD V=(R+1)D 1 1 . 9 8 0 . 9 7 0 0 . 6 6 0 . 3 31 1 1 . 9 8 1 1 . 9 8 1Dn n n nXRY X X XRR? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 精餾段和提餾段氣液流量的確定 已知 D＝ ＝ 精餾段 ： L＝ RD＝ V＝ (R+1)D＝ 提餾段 ： L′＝ L+qF＝ += V′＝ V(q1)F＝ () ＝ 提餾段操作線方程的確定 39。1 qF 1 . 4 1 0 . 0 1( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )n n W nR D F DY X X XR D q F R D q F? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ? 塔板數(shù)的確定 提餾段 方程 39。n1 1 1nYX? ?? 精餾段 方程 1 ? ?? 作梯板 圖 3 苯 甲苯梯級圖 作圖得 理論塔板數(shù) TN =151=14，其中 =6 =9TTN 提精 ， N 加料板 為第 7 塊 實際塔板數(shù) PN ○ 1 全塔效率 TE 經查表 Dt =℃時 0AP = 0BP = Wt =℃時 0AP = 0BP = bt = ℃時 0AP = 0BP = 則： D? =W? =F? = 故 ? = 33 2 . 5 9 2 . 3 4 2 . 4 6 2 . 4 6D W F? ? ? ? ? ? ? 參照《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷》第一版 302 頁芳烴粘度 表 4苯 甲苯的黏度 溫度（℃） 0 20 40 60 80 100 120 140 苯的粘度（ mPa s） 甲苯的粘度（ mPa s） 查 得 Dt =℃時 m paMDL s? ??苯 0 .3 1 3 m p a sLM D? ??甲 苯 Wt =℃ 時 = 4 m pa s = 5m pa sLM D LM D?? ??苯 甲 苯 1 7 13 ( 1 7 ) 1 .mDL m Pa S? ? ? ? ? ? ? 0 .2 4 0 .0 2 4 0 .2 5 ( 1 0 .0 2 4 ) 0 .2 5 .mWL m P a S? ? ? ? ? ? ? 0 . 3 1 0 . 2 5 0 . 2 8 .2mL m P a S???? 全塔效率 TE = 0 . 2 4 5 1 0 . 2 4 5 1( ) 0. 49 ( 2. 46 0. 28 ) 0. 53 7mL?? ??? ? ? ? ○ 2 實際塔板數(shù) PN 及 加料板位置的確定 14 2 6 . 0 7 2 70 . 5 3 7TPTNN E? ? ? ?塊 6 1 1 . 3 6 1 20 . 5 3 7TPTNN E? ? ? ?精精 塊 PN 1 5PPNN? ? ?提 塊 第 13 塊 板開始加料 , 7 ? 塔的氣液負荷計算 操作壓力 塔頂 104 .36DP atm K Pa?? 每層塔板壓降 P=? 進料板壓力 FP = 104 .36 + 0. 7 12 = 112 .76 K P a? 塔底操作壓力 104 .36 26 122 .56WP K Pa? ? ? ? 精餾段 平均壓力1 1 0 4 .3 6 1 1 2 .7 6 1 0 8 .5 62MP K P a??? 提餾段 平均壓力2 1 2 2 . 5 6 1 1 2 . 7 6 1 1 7 . 6 62MP K P a??? 操作溫度 塔頂 Dt =℃ 塔底 Wt =℃ 進料板 7 ? ℃ 精餾段 平均溫度 7m1 () 8 0 . 9 3 9 3 .8 0t = = 8 7 . 3 6 522Dtt? ?? ℃ 提餾段 平均溫度 w7m2 t + t 1 0 9 . 2 1 + 9 3 . 8 0t = = = 1 0 1 . 5 0 522 ℃ 平均摩爾質量計算 a) 塔頂 ： D1x =y = 由汽液平衡曲線得 1 ? 11+ 1 x ) = 3 78 .11 (1 3 ) 92 .14 79 .09 /L DmM x M Mk g k m o l? ? ?? ? ? ??苯 甲 苯（ D+ 1 x ) = 7 78 .11 (1 7 ) 92 .14 7 8 .5 3 1 /V Dm DM x M Mk g k m o l? ? ?? ? ? ??苯 甲 苯（ b) 進料板 ： 7 ? 代入 汽液平衡曲線方程 7 ? 77+ 1 y )0 . 6 6 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 6 6 ) 9 2 . 1 4 8 2 . 8 8 /V qmM y M Mk g k m o l? ? ?? ? ? ? ? ?苯 甲 苯（ 77+ 1 x )0 . 4 4 7 8 . 1 1 ( 1 0 4 4 ) 9 2 . 1 4 8 5 . 9 6 /L qmM x M Mk g k m o l? ? ?? ? ? ? ? ?苯 甲 苯（ c) 塔底 ： ? 代入 汽液平衡曲線方程 得 ? w+ 1 y )0 . 0 7 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 7 ) 9 2 . 1 4 9 1 . 1 6 /V W M wM y M M k g k m o l? ? ?? ? ? ? ? ?苯 甲 苯（ w+ 1 x )0 . 0 2 4 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 2 4 ) 9 2 . 1 4 9 1 . 8 0 /L Wm wM x M M k g k m o l? ? ?? ? ? ? ? ?苯 甲 苯（ d) 精餾段 平均摩爾質量 7 9 . 0 9 8 5 . 9 6 8 2 . 5 2 /2LMM k g k m o l??? 7 8 . 5 3 1 8 2 . 8 8 8 0 . 7 1 /2VMM k g k m o l??? 提餾段 平均摩爾質量 9 1 . 1 6 8 2 . 8 8 8 7 . 0 2 /2VmM k g k m o l?? ?? 9 1 . 8 0 8 5 . 9 6 8 8 . 8 8 /2LmM k g k m o l?? ?? 平均密度計算 ○ 1 氣相平均密度 精餾段： 3111 0 8 . 5 6 8 0 . 7 1 2 . 9 2 /8 . 3 1 4 ( 8 7 . 3 6 5 2 7 3 . 1 5 )m V mVmmPM k g mRT? ?? ? ??? 提餾段： 3221 1 7 . 6 6 8 7 . 0 2 3 . 2 9 /8 . 3 1 4 ( 1 0 1 . 5 0 5 2 7 3 . 1 5 )m V mVmmPM k g mRT? ? ?? ? ? ??? ○ 2 液相平均密度計算 參照《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷》第一版 299 頁芳烴密度