【文章內(nèi)容簡介】 塞。 第二 章 工藝條件的使用和說明 操作壓力的確定 蒸餾操作通常在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)， 應(yīng)該 根據(jù)所處理 的 物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。由于對于正己烷 — 正庚烷物系并沒有什么特殊要求，故本設(shè)計(jì)采用的是常壓進(jìn)化工原理課程設(shè)計(jì) ４ 料。 進(jìn)料狀態(tài)的確定 進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。 本設(shè)計(jì)中采用 40℃進(jìn)料。 加熱劑和加熱方式的確定 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 當(dāng)然 有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱 時(shí) ，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起 到 了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù) 會 稍有增加。 本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內(nèi)氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不易清洗，因此不適宜用于高粘度的液體或較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，因而，增加了塔的裙座高度。 冷凝器和冷卻劑的確定 本設(shè)計(jì)用水作為冷卻劑。冷凝器將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行 。 精餾塔選用篩板塔，配合使用 螺紋管式 換熱器。 因?yàn)榇藫Q熱器承受的壓力在 ，振動幅度小，噪音小，使用壽命長 ， 熱效率高，更加節(jié)省能量 ， 全不銹鋼焊接，耐高溫高壓 ， 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占地面積小 ，結(jié)垢傾向低，維護(hù)費(fèi)用低 ，而且節(jié)能環(huán)保。 化工原理課程設(shè)計(jì) ５ 第 三 章 塔的工藝 設(shè)計(jì) 計(jì)算 精餾塔的物料衡算 、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 正己烷 的摩爾質(zhì)量 ol8 6 .1 7 2 Kg /mM A ? 正庚烷的摩爾質(zhì)量 ol1 0 0 .2 1 Kg /mM B ? 原料處理量為： hk m olF / 100 0300 00 ??? ?? 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含正己烷摩爾分?jǐn)?shù)和平均 摩爾 質(zhì)量 4 7 7 0 0/)(1 7 ????Fx 9 9 1 )991(?????Dx 0 0 2 0 0/)(1 7 ????Wx mo lkgM F /)( ?????? k m o lkgk m o lkgMMWD /)( /)( ?????? ?????? 物料衡 算 總物料衡算 D+W＝ F 正己烷物料衡算 ????? WD 聯(lián)立解得 K m o lkgD /? 化工原理課程設(shè)計(jì) ６ K m olkgW /? 正庚烷的回收率： ( 1 ) 1 0 0 % 9 9 . 2 %( 1 )WB FWxFx? ?? ? ?? 正己烷的回收率： 9 9 7 7 7 5 9 9 1 ????? FDA FxDx? 式中： F— 原料液流量， hKmol/ D— 流出液流量， hkmol/ W— 釜?dú)堃毫髁浚?hKmol/ XF— 原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) XD— 餾 出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) XW— 釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) 理論板數(shù)的計(jì)算 正己烷正庚烷的平衡線 Antoine 常數(shù)值 組分 A B C PS 正己烷 KPa 正庚烷 mmHg 常壓下正己烷 正庚烷氣液平衡組成與溫度的關(guān)系 氣液平衡數(shù)據(jù) ： PA/KPa PB/KPa 液相中正己烷的摩爾分率x 氣相中正庚烷的摩爾分率 y 溫度 t/℃ 化工原理課程設(shè)計(jì) ７ 正己烷正庚烷 txy圖如下： 化工原理課程設(shè)計(jì) ８ 利用表一中數(shù)據(jù)由內(nèi)差可求得當(dāng) ?FX ，溶液的泡點(diǎn)溫度 Ft CtF ???????? )4 5 9 2 5 7 7 (4 5 9 2 5 2 5 6 2 求 q 值及 q 線方程 表二：正己烷和正庚烷的汽化熱 (求 ℃ ) 內(nèi)插法可得mo lKJr /)( ??????? mo lKJr /33)( 2 ??????? m olJm olKJxrxrr FFm /30 74 1/74 )47 (3347 )1(21 ??????????? 平均溫度 Ct ???? 溫度 T/K 正己烷r1(KJ/mol) 正庚烷 r2(KJ/mol) 化工原理課程設(shè)計(jì) ９ 表三：正己烷和正庚烷的比熱容 (求 ℃ 下 ) 溫度 T/K 330 340 正庚烷 Cp2(J/(mol/K)) 內(nèi)插法： )//(2 3 9)3 3 07 3 3 3(3 3 03 4 0 3 4 3 72 Kmo lJC P ??????? 正己烷用 32 DTCTBTAC P ???? 已知： 1063 102 3 2 9106 3 1 0,104 1 8 27 3 ??? ????????? DCBA ， 所以 )//( KmolJC P ? )//()1(21 Km olJxCxCC FPFPP m ????? )( ????? mPm rCrq m q 線方程為11 ???? qxxq qy F 所以 ?? xy 由圖可看出 q 線與平衡線的交點(diǎn)（ ,） 所以 2 7 5 6 8 5 4 7 5 4 9 1 i n ??????? qqqD xy yxR 取 7 m in ???? RR 故精餾段操作線方程 3 4 5 6 ?????? xR xxR Ry D 提餾段： 1 . 9 1 2 1 . 4 1 4 0 . 8 9 /L R D k g m o l? ? ? ? qFy x xL qF W L qF W?? ? ? ? ?? ? ? ? 所以作下圖。 化工原理課程設(shè)計(jì) １０ 圖解法求 理論塔板數(shù)： 利用 origin 作圖，可知 Y X B 第 十 塊板進(jìn)料，總理論板層數(shù)為 21 塊（不含再沸器），精餾段 9塊，提餾段12塊 全塔效率 ET )( LTE ??? 化工原理課程設(shè)計(jì) １１ 塔頂與塔底平均溫度 Cttt 021 2 ????? 正己烷：2 2 3 35 4 5 52 4 2 2 3 3 1 ? ??? L? smP aL 1 76 3 ?? 正庚烷： smP aL 2 3 7 2 4 )(3 5 3 . 23 7 3 . 2 0 . 2 4 10 . 2 0 ?????? sm P axx LLL 21 06 )43 (23 72 )1( 22 21 ????????? ??? t PA PB 由直線內(nèi)插法： 8 2 . 3 9 5 8 1 . 7 8 2 . 7 8 1 . 71 4 9 . 5 7 2 6 1 5 3 . 9 2 7 9 1 4 9 . 5 7 2 6AP????? KPa? 8 2 . 3 9 5 8 1 . 7 8 2 . 7 8 1 . 76 0 . 3 0 3 1 3 6 6 2 . 3 0 2 0 4 6 0 . 3 0 1 3 66 1 . 6 9 2BBPP K P a?????? 1 5 2 .6 2 .4 7 3 66 1 .6 9 2ABPP? ? ? ? 5 7 4 )4 7 3 1 0 6 ()( ????? ?LTE ?? 實(shí)際板層數(shù)求解 ET= 精餾段： N1=9/=16 提餾 段 ： N2=12/=21 實(shí)際總 板 數(shù)： 37 塊 化工原理課程設(shè)計(jì) １２ 精餾塔正己烷 正庚烷物性參數(shù)的計(jì)算 操作溫度 利用表 一數(shù) 據(jù)內(nèi)插法 可求得 Dt 、 Wt Ct D )( ???? ??? Ct W )0 0 0 0 2 (0 0 0 3 8 8 ??????? 精餾段平均溫度 Cttt DF 01 0 4 ??? 提餾段平均溫度 Cttt WF 02 ??? 平均摩爾質(zhì)量 精餾段（ ℃ ） 液相組成： 7 3 8 )( 7 2 4 4 6 8 3 0 2 4 4 6 1 ???????x 氣相組成： 8 6 1 )( 8 7 0 2 9 4 5 6 2 7 0 2 9 1 ???????y K m o lKgM L /)7 3 8 ( 0 07 3 8 7 ?????? K m o lKgM V /)8 6 1 ( 0 08 6 1 7 ?????? 提餾段 (℃ ) 液相組成： 2 1 3 ) 4 ( 2 1 4 5 6 8 7 5 1 1 4 5 6 2 ???????x 氣相組成： 3 9 4 ) 4 ( 3 9 6 5 5 5 6 1 4 9 6 5 5 2 ???????y K m o lKgM L /)2 1 3 ( 0 02 1 3 7 ?????? K m o lKgM V /)3 9 4 ( 0 03 9 4 ?????? 化工原理課程設(shè)計(jì) １３ 液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 iiniLm x ?? ??? ?1 表四：正己烷 1? 和正庚烷 2? 液相表面張力 精餾段液相平均表面張力 ( KT ? ) 正己烷 mmN /) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 1 3 . 2 01 2 . 2 41 3 . 2 01 ?????? 正庚烷 mmN /) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 1 5 . 3 81 4 . 3 51 5 . 3 82 ?????? mmNxxm /)()1( 12111 ????????? ??? 提餾段液相平均表面張力（ KT ? ） 正己烷 mmN / ??? 正庚烷 mmN / ??? mmNxxm /)()1( 22212 ??????????? ??? 液相平均黏度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算 ：iiniLm x?? 1??? 表五：正己烷 1? 和正庚烷 2? 液相黏度 T/K )(1 smPa? )(2 smPa? T/K 1? /( mmN/ ) 2? /( mmN/ ) 化工原理課程設(shè)計(jì) １４ 精餾段液相 平均黏度 ( KT ? ) 正己烷2 2 3 4 82 4 2 2 3 3 1 ? ??? ? smP a1 9 1 0 201?? 正庚烷 smP a 2 5 1 0 ) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 0 . 2 6 10 . 2 4 12 6 ?????? sm P axxm 20 6 )73 8 (25 1 8 1 )1( 12111 ????????? ??? 提餾段液相平均黏度（ KT ? ） 正己烷2 2 3 38 9 6 22 4 2 2 3 3 1 ?? ??? ? smP a1 61 6 ??? 正庚烷 smP a 2 2 5 4 8 )(3 5 3 . 23 7 3 . 2 0 . 2 4 10 . 2 0 2 ??????? sm P axxm 21 18 )21 (22 54 16 )1( 22212 ??????????? ??? 操作壓力計(jì)算 塔 頂操作壓力 KPaPD ? 每層塔板壓降 KPaP ?? ，一般 ~ 進(jìn)料板壓力 K P aP F 1 0 1 ???? 塔底操作壓力 K P aP F 1 1 1 ????