【導(dǎo)讀】在常壓連續(xù)精餾塔中精餾分離含苯35%的苯-甲苯混合液，要求塔頂流出液中苯的回收率為97%，塔底釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%。流程圖和精餾塔裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。塔體工藝尺寸的計(jì)算；塔板負(fù)荷性能圖。內(nèi)經(jīng)過多次部分汽化與多次部分冷凝，使各組分得以完全分離的過程。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。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。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2倍。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。(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。由苯物料衡算×＝×＋Wx×

　　

【正文】 l ???? ? ????? 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3。 4. 液相負(fù)荷上限線 以θ＝ 4s 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限 3, m a x40 .4 0 .0 3 6 3 0 .0 0 3 6 34fTSSAHLL m s? ????? 據(jù)此可作出與氣體流量元關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線 4。 5. 液 泛線 令 由 聯(lián)立得 忽略 hσ，將 hOW與 Ls， hd與 Ls， hc 與 Vs 的關(guān)系式代人上式， 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入整理，得 2 2 2 / 30 .4 3 8 2 4 2 0 4 .6 5S s sV L L? ? ? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) Ls 值，依上式計(jì)算出 Vs 值，計(jì)算結(jié)果列于 下表。 Ls /(m3/s) Vs /(m3/s) 22 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5。 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖所示。 提 餾段塔負(fù)荷性能圖 由此得出 , 3,min /sV m s? ， 3,max /sV m s? 故操作彈性為： ,m ax,m in0 .5 6 2 .6 70 .2 1ssVV ?? 23 八、 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表。 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) 精餾段 提留段 各段平均壓強(qiáng) Pm kPa 各段平均溫度 tm ℃ 平均流量 氣相 VS m3/s 液相 LS m3/s 實(shí)際塔板數(shù) N 塊 10 14 板間距 HT m 塔的有效高度 Z m 塔徑 D m 空塔氣速 u m/s 塔板液流形式 單流型 單流型 溢流管型式 弓形 弓形 堰長 lw m 堰高 hw m 溢流堰寬度 Wd m 管底與受業(yè)盤距離 ho m 板上清液層高度 hL m 孔徑 do mm 孔間距 t mm 孔數(shù) n 個(gè) 1638 1638 開孔面積 m2 篩孔氣速 uo m/s 塔板壓降 hP kPa 液體在降液管中停留時(shí)間 τ s 堰上 清液層高度 h m 負(fù)荷上限 液泛 控制 液泛 控制 負(fù)荷下限 漏液控制 漏液控制 操作彈性 24 （四） 輔助設(shè)備的設(shè)定 1. 再沸器設(shè)計(jì)計(jì)算 1） 確定流體通入的空間 利用水蒸汽作為熱源，根據(jù)換熱器流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則，水蒸汽走殼程，便于排出，甲苯走管程。 2） 流 體基本物性數(shù)據(jù) 甲苯的溫度為 ℃ ,γ 甲苯 =。 水蒸汽的絕壓為 ， 溫度為 ℃ ， γ 水 =2204kJ/kg。 平均溫度差為 mt ==℃ 3） 熱負(fù)荷及加熱劑用量 熱負(fù)荷為 39。 = 0 . 3 7 3 5 7 . 6 4 = 1 3 2 . 3 3 k J / smQV ???甲 苯 水蒸汽的用量 1 3 2 .3 3= = 0 .0 6 / s2204m Qq kg?? 水 4） 換熱器的面積及設(shè)備選型 查 表可知， 2( 58 0 ~ 11 50 ) W / ( m K)K ? ，選擇 2600 W / (m K)K ? 。 所以 3 21 3 2 . 3 3 1 0= = 4 0 . 1 m6 0 0 5 . 5mQA Kt ?? ? 選擇浮頭式換熱器， 其規(guī)格如下： 公稱直徑（ mm） 公稱面積（ m2） 管長（ m） 管程數(shù) 管數(shù) 500 2 124 2. 原料預(yù)熱器的選型 1） 確定流體通入的空間 利用水蒸汽作為熱源，根據(jù)換熱器流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則，水蒸汽走殼程，便于排出，物料走管程。 2） 確定流體的定性溫度及平均溫度差 熱源采用低壓飽和水蒸汽，表壓為 kPa，在絕壓 P= ，水蒸汽的溫度為 t?℃ 。 物料進(jìn)口溫度為 t=20℃ ，出口溫度達(dá)到泡點(diǎn)溫度，即 tF??????℃ 。 1 2 2 . 5 3 2 0 1 2 2 . 5 3 9 8 . 8 5 8 6 . 1 21 2 2 . 5 3 2 0ln1 2 2 . 5 3 9 8 . 8 5t ? ? ???????????℃， ??3） 熱負(fù)荷及加熱劑用量 11( t t ) = 0 .6 7 5 1 .8 5 ( 9 8 .8 5 2 0 ) = 9 8 .4 9 k J/sPFQ F c? ? ? ? 水蒸汽的汽化熱為 ??????kJ/kg 25 水蒸汽的用量為 = = =2204m Qq ? 4） 換熱器的面積及設(shè)備選型 查 表知， 2( 58 0 ~ 11 50 ) W / ( m K)K ? ，在這里，選擇 2600 W / (m K)K ? 。 所以 3 29 8 . 4 9 1 0= = 1 . 9 1 m6 0 0 8 6 . 1 2mQA Kt ?? ? 選擇 固定管板式 換熱器，其規(guī)格如下： 公稱直徑（ mm） 公稱面積（ m2） 管長（ m） 管程數(shù) 管數(shù) 159 3 1 11 （五） 設(shè)計(jì)評(píng)述心得 經(jīng)過兩周的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)和計(jì)算，我完成了這次的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。從中我學(xué)到了很多，收獲很多。 本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)苯 甲苯分離塔設(shè)計(jì)，我通過查閱資料，學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)范本，獨(dú)立完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。經(jīng)過 熱力學(xué)驗(yàn)算，其各項(xiàng)操作性能指標(biāo)均能符合工藝生產(chǎn)技術(shù)要求， 達(dá)到預(yù)期的目的。 設(shè)計(jì)過程包括物料衡算，計(jì)算理論塔 板數(shù)，計(jì)算物料不同溫度、不同操作段的物性參數(shù)，由此進(jìn)一步設(shè)計(jì)塔的參數(shù)，確定塔徑、塔高，以及塔板各項(xiàng)參數(shù)。最后進(jìn)行篩板流體力學(xué)驗(yàn)算、塔板負(fù)荷性能圖計(jì)算 等設(shè)計(jì)工作 ， 對(duì)塔的附屬設(shè)備（再沸器和預(yù)熱器）進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而完成了整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。 這次歷時(shí)近兩周的的課程設(shè)計(jì)使我將平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，使我對(duì)書本上所學(xué)理論知識(shí)有了進(jìn)一步的理解，也使我自主學(xué)習(xí)了新的知識(shí)并在設(shè)計(jì)中加以應(yīng)用 。 此次課程設(shè)計(jì)也 促使 我獨(dú)立地去通過書籍、網(wǎng)絡(luò)等各種途徑查閱資料、查找數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，確定設(shè)計(jì)方案。 較為突出的是我運(yùn)用 EXCEL處理數(shù) 據(jù)能力有所提高，如運(yùn)用 EXCEL計(jì)算理論塔板數(shù)、溫度計(jì)算等，都鍛煉了我的數(shù)據(jù)處理能力。 通過這次課程設(shè)計(jì)提高了我的認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題的能力?？傊@次課程設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來分析解決問題的能力，也提高了自學(xué)、檢索資料的技能。 （六） 參考書目 及附表 26 1. 姚玉英等 .化工原理（下冊(cè)），天津：天津大學(xué)出版社， 1999 2. 侯麗新 . 板式精餾塔，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 3. 柴誠敬，劉國維，李阿娜 . 化工原理課程設(shè)計(jì)，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1998 4. 化學(xué)工程編寫組 . 化學(xué)工程手冊(cè) . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 5. 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院 . 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社 附表 表 1 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項(xiàng)目 分子式 分子量 M 沸點(diǎn)（℃） 臨界溫度 tC（℃） 臨界壓強(qiáng) PC（ kPa） 苯 A 甲苯 B C6H6 C6H5— CH3 表 2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓 溫度 C0 85 90 95 100 105 0AP ,kPa 0BP ， kPa 表 3 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)（ [2]： 8P 例 1— 1 附表 2） 溫度 C0 85 90 95 100 105 液相中苯的摩爾分率 汽相中苯的摩 爾分率 0 0 0 0 1 7 2 0 8 6 0 2 0 0 表 4 純組分的表面張力 ([1]： 378P 附錄圖 7) 溫度 80 90 100 110 120 苯， mN/m 甲苯，Mn/m 20 表 5 組分的液相密度 ([1]： 382P 附錄圖 8) 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯 ,kg/ 3m 甲苯 ,kg/ 3m 814 809 805 801 791 791 778 780 763 768 表 6 液體粘度 181。L （ [1]： 365P ） 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 27 苯（ mPa .s） 甲苯（ mPa .s） 表 7 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