【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 從發(fā)生了世界性的能源危機(jī)以來(lái)，精餾過(guò)程的節(jié)能問(wèn)題已引起了人們的廣泛重視。降低精餾過(guò)程的能耗，對(duì)于節(jié)約能源，減少產(chǎn)品成本至關(guān)重要 [5]。 精餾是目前應(yīng)用最廣、占總能耗 最大的化工分離過(guò)程。會(huì)議中（注：美國(guó)化學(xué)工程師 學(xué)會(huì) 1999 年年會(huì)），學(xué)者一再認(rèn)為在很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)精餾不可能為一些新興分離過(guò)程所代替。各國(guó)均有精餾的專門(mén)研究機(jī)構(gòu)或基地，其規(guī)模與配備人力均勝于我國(guó) [6]。 與國(guó)外相比，我們?cè)诰s理論若干方面確有先進(jìn)之處，在改造工業(yè)生產(chǎn)的精餾方面亦有獨(dú)到之處并取得顯著成效，但在試驗(yàn)設(shè)備規(guī)模與測(cè)量?jī)x器等方面的差距很大，由于研究力量不足，研究課題的多樣性 也 落后于國(guó)外 [7]。 設(shè)計(jì)任務(wù) 及操作條件 設(shè)計(jì)任務(wù) 表 11 設(shè)計(jì)任務(wù)表 生產(chǎn)能力（進(jìn)料量） 25 萬(wàn)噸 /年 操 作周期 330 天 進(jìn)料組成 苯： 55%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） 甲苯： 45% 塔頂產(chǎn)品組成 苯： ? 98% 塔底產(chǎn)品組成 苯： %2? 操作條件 表 12 操作條件表 操作溫度 常壓 操作壓力 常壓 進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料 主要型式 篩板 式 全塔的熱損失取塔釜熱負(fù)荷的 7% 本科畢業(yè)論文 設(shè)計(jì)方案 工藝流程示意圖 圖 13 工藝流程圖 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 苯和甲苯混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。 第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì) 精餾塔的全塔物料衡算 原料液摩爾分率 和摩爾流量 苯的進(jìn)料摩爾流量 : hk m olnA / ??? ???? 原料 原料罐 原料預(yù)熱器 精餾塔 冷凝器 冷卻器 再沸器 苯 冷卻器 甲苯儲(chǔ)罐 甲苯 苯儲(chǔ)罐 本科畢業(yè)論文 甲苯的進(jìn)料摩爾流量 : hk m olnB / ??? ???? 總物料摩爾流量 ： hk o mlnnF BA / ????? 甲苯的進(jìn)料 摩爾分率 : ??Ax 苯的進(jìn)料摩爾分率 : 5 9 0 0 9 ????? BA xx 塔頂產(chǎn)品流量及摩爾分率 : 總物料質(zhì)量流量： hkgMF / 10001000025 ???? 總物料質(zhì)量守衡 ： WDF MMM ?? 苯的質(zhì)量守衡： AWADA MMM , ?? 聯(lián)立求解得： hkgMW /14138? hkgMMM WFD / 7 4 2 4 1 3 1 5 6 5 ????? 苯的摩爾流量： hk m olnAD / , ??? 甲苯的摩爾流量： hk m oinBD / , ??? 塔頂產(chǎn)品流量： hk m o lnnDBDAD /, ????? 苯的摩爾分率： , ??ADx 甲苯的進(jìn)料摩爾分率： 0 1 7 8 3 , ????? ADBD xx 塔底產(chǎn)品的流量及分率 ： 苯的 摩爾流量： hk m olnAW / , ??? 塔底產(chǎn)品的流量： hk mo lDFW / ????? 苯的摩爾分率： 023 , ??AWx 甲苯的進(jìn)料摩爾分率： , ????? AWBW xx 本科畢業(yè)論文 表 21 物料衡算表 物理量名稱 物料組分 摩爾流量（ kmol/h） 摩爾分率 進(jìn)料 苯 甲苯 總計(jì) 塔頂 苯 甲苯 總計(jì) 塔底 苯 甲苯 總計(jì) 相關(guān)物性參數(shù)的計(jì)算 相對(duì)揮發(fā)度 表 22 常壓下苯 — 甲苯的氣液平衡與溫度關(guān)系 溫度 T/（℃ ） 液相中苯的摩爾分?jǐn)?shù) /x 氣相中苯的摩爾分?jǐn)?shù) /y 110． 6 0． 00 0． 00 106． 1 0． 088 0． 212 102． 2 0． 200 0． 370 98． 6 0． 300 0． 500 95． 2 0． 397 0． 618 92． 1 0． 489 0． 710 89． 4 0． 592 0． 789 86． 8 0． 700 0． 853 84． 4 0． 803 0． 914 82． 3 0． 903 0． 957 81． 2 0． 950 0． 979 80． 2 1． 00 1． 00 由于泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，由氣液平衡相數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求進(jìn)料溫度 ： ? ???? Ft 解得： CtF ?? 6 8 安托尼方程： CT BAp ????lg 本科畢業(yè)論文 注： po 是物質(zhì)的飽和蒸氣壓， kPa。 A、 B、 C 是安托尼常數(shù)。 T 是物質(zhì)的溫度，℃。 表 23 苯與甲苯的安托尼常數(shù) 組分 A B C 苯 1211 甲苯 1345 由安托尼方程求得： kPap A ?? kPap B ?? 相對(duì)揮發(fā)度： 525..2 ????? BApp? 最小回流比及回流比 由于是飽和液體進(jìn)料，有 q=1， q 線為一垂直線，在 xy 圖上交于一點(diǎn) d，故點(diǎn) d： ?? Fd xx ，根據(jù)相平衡方程有： )(1 )1(1 ???? ????? FFd xxy ?? 最小回流比： 59 78 i n ??????? dddD xy yxR 回流比： in2 ???? RR 全塔平均溫度 由苯與甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)作出 txy 圖 21， 根據(jù)塔頂、塔釜的氣液相組成在 txy 圖上查得： CtD ?? CtW ?? 全塔平均溫度 : ?????? WD ttT 本科畢業(yè)論文 x( 或 y)溫度 圖 21 苯 甲苯混合液的 txy 圖 平均黏度 表 35 苯與甲苯的液體黏度 溫度 C? 80 90 100 110 120 L? ,苯 /( smPa? ) L? ,甲苯 /( smPa? ) 在全塔平均溫度下的苯與甲苯的黏度： 679m P a., ?苯L? s0 .2 7 5 9 m P a ., ?甲苯L? 全塔溫度下的平均黏度： sm P am ???? 2 7 1 0 9 9 0 甲苯苯 ??? 相平均黏度依下式計(jì)算，即： ?? iiLm x ?? lglg 進(jìn)料板 物料的 平均黏度： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊(cè)得： PA ?? smP aB .?? 2 8 1 1 7 8 8 ??L F m? 解得： smP aL F m ?? 2 8 0 ? 塔釜液相平均黏度： 由 C?? 查手冊(cè)得： PA ?? smP aB .?? 本科畢業(yè)論文 再由 : 2 5 6 1 3 3 8 ??L W m? 解得： smP aL W m ?? 2 5 4 ? 提餾段液相平均黏度： sm P aLm ???? ? 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 進(jìn)料板物料的平均摩爾質(zhì)量： 由理論塔板數(shù)計(jì)算得： ?F ?F k m o l/)7 2 2 ( 2 2 ??????VFM k m o l/)5 0 7 ( 0 7 ??????LDM 塔釜平均摩爾質(zhì)量： 由理論塔板的計(jì)算過(guò)程可得 ： ?y ?x k m o l/)0 9 6 ( 9 6 ??????VWM k m o lkgM LW /)( ?????? 提餾段平均摩爾質(zhì)量： k m olkgM Vm / ??? k m olkgM Lm / ??? 平均密度的計(jì)算 氣相平均密度的計(jì)算 : 由理想氣態(tài)方程計(jì)算 : m/)( vmp 3mvm ??? ???? RT M? 液相平均密度的計(jì)算 : 塔釜液相平均密度的計(jì)算： 由 CtW ?? ，查手冊(cè)得： m/ 3A ?? m/ 3?B? 塔釜的液相平均密度： m/ 1 3m ???LD? 進(jìn)料板液相的摩爾質(zhì)量： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊(cè)得： ｍ＝ ／ ３Ａ kg5 1 0 3? ｍ／＝ ３Ｂ ? 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 本科畢業(yè)論文 )( ????? ??A? 進(jìn)料板的液相密度： mkgL F M 3/( 1 ???? ）? 提餾段液相平均密度： mkgLM 3/ ???? 液相平均張力 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即： ??? ni iiLm x1 ?? 進(jìn)料板液相平均表面張力： 由 Ｃ＝Ｆ ? 查手冊(cè)得： m/ NA ?? m/m5 6 7 NB ?? m/ NLF ???? 塔釜液相平均表面張力： 由 C?? 查手冊(cè)得： m/ NA ?? m/ NB ?? m/ NLW ???? 提餾段液相平均表面張力： m/ NL ???? 提餾段的氣液相體積流率 提餾段氣液相負(fù)荷： h/k m o l8 6 2 39。 ??? FRDL h/k m o l8 4 6 7 4)139。 ??? DRV （ 提餾段的氣液相體積流率： SVMV / vms 3vm ?? ??? ? SLML LL / 3mm ?? ??? ? 本科畢業(yè)論文 塔板數(shù)的計(jì)算 理論塔板數(shù)的求取 精餾段的操作線方程： ???????????? nnDnn xxxRxR Ry提餾段操作線方程 ： )1()1(_)1()1(1 ????? ???? ??? nwnn xxFqDR DFxFqDR qFRDy 相平衡方程； (1 xy ????? ）?? 聯(lián)立精餾段操作線方程與進(jìn)料線 q 線方程求解得 ： ?qx ?qy 下面用相平衡方程和精餾段操作線方程進(jìn)行逐板計(jì)算，直到 qn xx ? 時(shí) ,改用提餾段操作線方程與相平衡方程繼續(xù)逐板計(jì)算，直至 wn xx ? 為止。 因?yàn)樗斎? ?? Dxy 1x 由相平衡方程計(jì)算，得 1x = 2y 由精餾段操作線方程求得，即 ???y = 繼續(xù)用相平衡方程和精餾段操作線方程逐板計(jì)算 ，當(dāng) 5 9 0 0 7 ??x（加料板），改用提餾段操作線方程，當(dāng) 0 2 3 1 8 ??? wxx 時(shí)， 第 13 平衡級(jí)為再沸器，即塔內(nèi)安裝 12 層理論板即可滿足分離要求。計(jì)算結(jié)果列于下 24： 表 24 理論板層數(shù)計(jì)算表 序號(hào) y x 備注 序號(hào) y x 備注 1 8 改用提餾段操作線方程 2 3 9 4 10 5 11 6 12 7 進(jìn)料板 13 本科畢業(yè)論文 全塔效率： )( 2 5 ?? ?LE t ?? 實(shí)際塔板數(shù) 的求取 精餾段實(shí)際塔板數(shù) : 13 7 ???? TETNN 精精 精餾段實(shí)際塔板數(shù) : 10 5 ??? TTENN 提提 全塔實(shí)際塔板數(shù) : 23 ??? TTENN 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算 由VVLCu ? ?? ???m ax ，式中 C 由 )20( LCC ?? 求取， 其中 20C 由篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖查取，圖橫坐標(biāo)為 ) () ()( 2121 ???