【文章內(nèi)容簡介】 力回流，對于小型塔，冷凝液由重力作用回流入塔。 優(yōu)點(diǎn)：回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)； 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 缺點(diǎn)：回流控制較難安裝，但強(qiáng)制回流需用泵，安裝費(fèi)用，點(diǎn)好費(fèi)用大，故不用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝器以冷凝回流如塔內(nèi)。 第 加熱方式 采用間接加熱，因?yàn)閷ν环N進(jìn)料組成，熱狀況及回流比得到相同的流出 液組成及回收率時(shí)，利用直接蒸汽加熱時(shí)，所需理論塔板數(shù)比用間接加熱蒸汽時(shí)多一些，若待分離的混合為水溶液，且水是難揮發(fā)組分，釜液近于純水，這是可采用直接加熱方式。由于本次分離的是苯 — 甲苯混合液，故采用 間接加熱。 加熱器 選用管殼式換熱器。只有在工藝物料的特征性或工藝條件特殊時(shí)才考慮選用其他形式。例如，熱敏性物料加熱多采用降膜式或者波紋管式換熱器或者換熱器流路均勻，加熱效率高的加熱 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 第 節(jié) 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)用于甲醇 水溶液混合液分離的常壓篩板精餾塔，年產(chǎn)量為 ， 其中 甲醇 的含量為 40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔 頂中 甲醇 的含量不低于 95%。 塔釜 殘液中 甲醇 的含量不高于 %. 設(shè)計(jì)條件 操作壓力 （塔頂表壓） 進(jìn)料熱狀況 采用泡點(diǎn)進(jìn)料 回流比 R= 單板壓降 ≤ 全塔效率 ET=52% 設(shè)計(jì)方案確定 本設(shè)計(jì)中進(jìn)行二元混合物系甲醇 水的分離 ,采用連續(xù)操作方式的篩板精餾塔 ,進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)溫度 .將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi) ,用飽和水蒸氣加熱 .塔頂蒸汽采用全凝器冷凝 ,用循環(huán)水進(jìn)行冷卻 ,然后將冷凝液在泡點(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罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 第 節(jié) 精餾塔的工藝計(jì)算 物料衡算 甲醇摩爾質(zhì)量 MA=水的摩爾質(zhì)量 MB=4 0 3 2 .0 4 0 .2 7 2 74 0 3 2 .0 4 6 0 1 8 .0 2Fx ??? 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 9 5 3 2 . 0 4 0 . 9 1 4 39 5 3 2 . 0 4 5 1 8 . 0 2Dx ??? 3 . 5 3 2 . 0 4 0 . 0 2 0 43 . 5 3 2 . 0 4 9 6 . 5 1 8 . 0 2Wx ??? ⑵原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 0. 27 27 32 .0 4 ( 1 0. 27 27 ) 18 .0 2 21 .8 4 /FM k g k m ol? ? ? ? ? ? 0. 91 43 32 .0 4 ( 1 0. 91 43 ) 18 .0 2 30 .8 3 /DM k g k m ol? ? ? ? ? ? 0. 02 04 32 .0 4 ( 1 0. 02 04 ) 18 .0 2 18 .3 1 /WM k g k m ol? ? ? ? ? ? 年操作時(shí)間為 8000h 計(jì)算 原料量為： 710 / 8000 /k m ol h? ? ? 總物料衡算： F=D+W （ ） /kmol h =D+W F D Wx F x D x W?? （ ） ? =D? +W? 聯(lián)立解得 W= /kmol h D= /kmol h 第 節(jié) 精餾裝置的熱量衡算 冷凝器 冷凝器熱負(fù) 荷為： ( 1 ) ( ) ( )C V L V LQ R D I I V I I? ? ? ? ? ? （ ） 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 由于塔頂流出液幾乎為甲醇，可按純甲醇的摩爾焓計(jì)算，若回流在飽和溫度下進(jìn) 入塔內(nèi)， 則 , VLI I r?? （ ） 查 XY 圖，當(dāng) DX = 時(shí)，泡點(diǎn)溫度為 65℃，查的該溫度下汽化潛熱為 610 /kJ kmol 故 r=610? = /kJ kmol 所以 CQ? V r （ ） CQ? V r = ? =? 610 /kJh 由于冷卻水進(jìn)出冷凝器的溫度分別為 25℃及 35℃，所以冷卻水消耗量為： 21()CCPCQW t t C? ? （ ） 6218 . 6 3 1 0( ) 4 . 1 8 7 ( 3 5 2 5 )CCPCQW t t C ?? ? ?? ? ? 510? /kgh 再沸器 再沸器熱負(fù)荷為： 39。 39。 39。()B V LQ V I I?? （ ） 同樣，釜液為甲醇溶液，古其焓可以按甲醇的摩爾焓計(jì)算 39。 39。 39。VLI I r?? 查圖， WX = 時(shí)，泡點(diǎn)溫度為 ℃，查的該溫度下得汽化潛熱為： 39。r =675? =21627 /kJ kmol 所以， 39。39。Vr=? 21627=? 610 /kJ h 查的水的汽化潛熱為： 11785 /kJkg BQWh r? () BQWh r? = 6 39 .5 5 1 0 0 .8 1 1 011785? ??/kJh 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 3 章 塔板數(shù)的確定 第 節(jié) 最小回流比及操作回流比 揮發(fā)度計(jì)算 由于甲醇 水溶液屬于理想物系，則甲醇 水溶液的 txy 表得： 表 甲醇 水物系的氣液平衡相圖數(shù)據(jù)如下 ： 溫度 /℃ Ax Ay 甲醇 水的 取 t=℃時(shí)計(jì)算相對揮發(fā)度 AAAypp x? ? () 0 .8 0 2 1 0 1 .3 1 4 7 .70 .5 5AAAypp x? ?? ? ?akP AAp y p? () 0 .8 0 2 1 0 1 .3 8 1 .2 4A A ap y p k P? ? ? ? 1 AAB Ap x pp x?? ??? () 1 0 1 . 3 0 . 5 5 1 4 . 7 7 4 4 . 5 81 1 0 . 5 5AABaAp x pp k Px ?? ? ??? ? ??? (1 )B B AP P x??? () 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 ( 1 ) 44 .58 ( 1 5 ) 20 .06B B AP P x?? ? ? ? ? ?akP (1 )BAxx?? () (1 ) 1 ? ? ? ? ? A BABBAp xa Px? () 8 1 . 2 4 0 . 4 5 3 . 3 1 52 0 . 0 6 0 . 5 5A BABBAp xa Px ?? ? ?? 求最小回流比及操作回流比 ?? 1 ( 1)qq qaxy ax? ?? () 3 . 3 1 5 0 . 2 7 2 7 0 . 5 5 4 31 ( 1 ) 1 ( 3 . 3 1 5 1 ) 0 . 2 7 2 7qqqaxy ax ?? ? ?? ? ? ? ? 故最小回流比為： min DqqqxyR yx?? ? () m i n 0 . 9 1 3 4 0 . 5 5 4 3 1 . 2 7 80 . 5 5 3 4 0 . 2 7 2 7DqqqxyR yx? ?? ? ??? m 78 89RR? ? ? ? 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 L=R? D=? = /kmol h 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 V=(R+1)? D=(1+)? = /kmol h 39。L L Fq?? =+1? = /kmol h 39。V =V = /kmol h 求操作線方程 精餾段操作線方程 DLDy x xVV?? () 39。 2 8 3 . 4 1 5 8 . 4 0 . 9 1 4 3 0 . 6 4 5 0 . 3 1 7 84 4 1 . 8 4 4 1 . 8DLDy x x x xVV ?? ? ? ? ? ? 提留段操作線方程 39。39。39。39。39。WLWy x xVV?? () 39。39。 39。 39。 39。39。39。 8 4 4 . 3 4 0 . 2 5 0 . 0 2 0 4 1 . 9 1 1 0 . 0 1 8 5 94 4 1 . 8 4 4 1 . 8WLWy x x x xVV ?? ? ? ? ? ? 第 節(jié) 逐板法求理論塔板層數(shù) 由于進(jìn)料采用 泡點(diǎn)進(jìn)料，則： 1y = Dx (1 )yx y a y? ?? () 1 ?? 代入 1111(1 )yx y a y? ?? 2 15(1 )yyy? ?? 解得： 1x = 代入 2 15 78yx?? 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 解得： 2y = 代入 2222(1 )yx y a y? ?? 2 15(1 )yyy? ?? 解得 2x = 同理解得， 3y = 。 3x = 4y = 。 4x = 5y = 。 5x = 5 Fxx? 39。5x = 代入 39。39。6 ?? 解得， 39。6y = 代入 39。66 39。39。66(1 )yx y a y? ??39。639。39。 15(1 )yyy? ?? 解得， 39。6x = 同理解得， 39。7y = 。 39。7x = 39。8y = 。 39。8x = 39。9y = 。 39。9x = 39。10y = 。 39。10x = 39。11y = 。 39。11x = 39。11x Wx 求解的結(jié)果為： 總理論塔板數(shù)： TN =11 塊 （包括再沸器） 理論進(jìn)料板數(shù) ： FN =5 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 節(jié) 實(shí)際板層數(shù)的求解 精餾段實(shí)際板層數(shù)： 4 852%N ??精 塊 提留段實(shí)際板層數(shù)： 7 1452%N ??提 塊 TTPNE N? （ ） 實(shí)際塔板數(shù)： 11 2252%TP TNN E? ? ? 塊 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 4 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算 第 節(jié) 精餾段的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力： DP = 每層塔板壓降： △ P= 進(jìn)料板壓力： FP =+? 9= 精餾段平均壓力： ( ) / 2m D FP P P?? = (+)/2= 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中甲醇 水溶液的飽 和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程略。計(jì)算結(jié)果如下