化工原理課程設(shè)計(jì)----分離苯-甲苯混合物的精餾塔設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-12 09:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 塔底再沸器 物性數(shù)據(jù) 傳熱面積的估算 工藝尺寸結(jié)構(gòu) 接管與法蘭 塔頂蒸汽出口管徑 回流液管徑 進(jìn)料管直徑 釜液排出管徑 筒體與封頭 筒體 封頭 人孔 第一章 方案選定根據(jù)生產(chǎn)要求，本設(shè)計(jì)選擇常壓下的連續(xù)蒸餾。常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于苯甲苯這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫（工業(yè)低溫段）物系分離，連續(xù)蒸餾集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 進(jìn)料狀態(tài)本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)。在29攝氏度時(shí)苯與甲苯的狀態(tài)均為油狀液體，所以采用q1。在進(jìn)料前將冷液體加熱到泡點(diǎn)再進(jìn)料。由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。用飽和水蒸汽作為加熱劑，選用較高的蒸汽壓力，可以提高傳熱溫度差，從而提高傳熱效率。冷卻劑選用經(jīng)濟(jì)的常溫水。 采用泡點(diǎn)回流。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般最適宜回流比的范圍為R＝（~2）Rmin，該物系屬易分離物系，最小回流比較小。 精餾操作課選用的塔設(shè)備有很多。在實(shí)際的生產(chǎn)操作中，由于浮閥塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)能力和操作彈性大、板效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而是一種綜合性能較優(yōu)異的板型，所以本實(shí)驗(yàn)采用浮閥塔。，冷凝器等附屬設(shè)備的安排 塔底設(shè)置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至回流入塔。冷凝冷卻器安裝在較低的框架上，通過(guò)回流比控制期分流后，用回流泵打回塔內(nèi)，餾出產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)罐。塔釜產(chǎn)品接近純水，一部分用來(lái)補(bǔ)充加熱蒸汽，其余儲(chǔ)槽備稀釋其他工段污水排放。在流程中應(yīng)設(shè)置原料槽、產(chǎn)品槽以及離心泵。原料可有泵直接送入塔內(nèi)，也可以通過(guò)高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。衛(wèi)士過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，產(chǎn)品還需用泵送入下一個(gè)工序。 參數(shù)的檢測(cè)和調(diào)控 流量、壓力和溫度等是生產(chǎn)中的重要參數(shù)，必須在流程中的適當(dāng)位置裝設(shè)儀表，以測(cè)量這些參數(shù)。 同時(shí)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，物流的狀態(tài)（流率、溫度、壓力）、加熱劑和冷卻劑的狀態(tài)都不可能避免地會(huì)有一定程度的波動(dòng)，因此必須在流程中設(shè)置一定的閥門（手動(dòng)或自動(dòng)）進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)這種波動(dòng)，保證產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的要求。 熱能的利用 精餾過(guò)程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過(guò)程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過(guò)程本身的熱能是十分重要的。 選取適宜的回流比，使過(guò)程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。與此同時(shí)，合理利用精餾過(guò)程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。 若不計(jì)進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級(jí)低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。 此外，通過(guò)蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可以取得節(jié)能的效果。例如，采用中間再沸器和中間冷凝器的流程[1]，可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。因?yàn)樵O(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器則可回收溫度比塔頂高的熱量。 第二章 總體工藝設(shè)計(jì)計(jì)算以下設(shè)計(jì)計(jì)算中，A代表苯，B代表甲苯，苯、甲苯可視為理想溶液。苯的摩爾質(zhì)量 MA=78 kg/kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 MB=92 kg/kmol進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量 原料及產(chǎn)品組成 (xF, xD, xW, F)= = = kmol/h 全塔總物料衡算 總物料 易揮發(fā)組分 解方程 解得 由上述操作條件知，在進(jìn)料處采用泡點(diǎn)進(jìn)料，蒸餾塔頂采用泡點(diǎn)回流。所以根據(jù)物料組成，結(jié)合苯甲苯的物系相圖中的壓強(qiáng)一定下（P=）的溫度組成圖[tx(y)圖]， 可以查得： 冷液體進(jìn)料溫度 =29oC 塔頂 xD = =81oC 塔板 xF = =98oC 塔底 xW = =109oC 精餾段平均溫度 = 提餾段平均溫度 = 使進(jìn)料達(dá)到泡點(diǎn)，預(yù)熱原料液所需熱泡點(diǎn)下的飽和液體進(jìn)料則：q=1其中，苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： 則甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：苯的比熱容=（kgK)甲苯的比熱容=（kgk）進(jìn)料板xF = ,，=98oC 所以所需熱量為 相對(duì)揮發(fā)度(a) 用安托因方程計(jì)算:苯的安托因常數(shù)為： 甲苯的安托因常熟為： 苯與甲苯的飽和蒸汽壓 塔頂 =81oC 則代入數(shù)值得 進(jìn)料板 =98oC 塔底 =109oC 最小回流比(Rmin) 平衡方程 ———— A式q=1 則q線方程為 ————B式聯(lián)立A、B兩式的 由此可得最小回流比為 ，則 精餾塔的氣、液相負(fù)荷及操作線方程 kmol/h kmol/h由于泡點(diǎn)進(jìn)料q=1 所以 kmol/h kmol/h精餾段操作線方程 帶入數(shù)值的 提餾段操作線方程 帶入數(shù)值得 塔板數(shù)的確定苯—甲苯屬于理想體系，可采用逐板計(jì)算法來(lái)計(jì)算理論塔板數(shù)，由精餾段和提餾段的操作線方
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