【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重要。 第 二 章 確定設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。由于對(duì)物料沒有特殊的要求，可以在常壓 下操作。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用 80℃ 進(jìn)料，將原料液通 過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送人精餾塔內(nèi)。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)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)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(shè)置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。其中由于蒸餾過程的原理是多次進(jìn)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(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)把其熱量作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預(yù)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(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： (１ ) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)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(diǎn)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(jiǎn)略圖 第 三 章 工藝計(jì)算 物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 甲苯的摩爾質(zhì)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?dú)堃毫髁浚?kmol/h； χ F、χ D、χ W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]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(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)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(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)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(shí)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(jí)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(shí)際塔板數(shù) PN ○ 1 全塔效率 TE 經(jīng)查表 Dt =℃時(shí) 0AP = 0BP = Wt =℃時(shí) 0AP = 0BP = bt = ℃時(shí) 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(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)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(shí) m paMDL s? ??苯 0 .3 1 3 m p a sLM D? ??甲 苯 Wt =℃ 時(shí) = 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(shí)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(fù)荷計(jì)算 操作壓力 塔頂 104 .36DP atm K Pa?? 每層塔板壓降 P=? 進(jìn)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(jìn)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(zhì)量計(jì)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(jìn)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(zhì)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(zhì)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(jì)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(jì)算 參照《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)有機(jī)卷》第一版 299 頁芳烴密度