【導讀】混合物中含有乙醇45%。現(xiàn)欲用常壓精餾塔對上述混合。物進行分離，要求分離后乙醇和異丁醇的純度均不小于95%。塔釜采用外置再沸器，冷公用工程為循環(huán)水，熱公。用工程為（表壓）的飽和水蒸汽，環(huán)境溫度為20℃。接近但不超過進料的飽和溫度。，測精餾段填料層高度為3mZ???由所給圖查數據計算進口物料性質（?殼徑/mm600管子尺寸/mmφ25×

　　

【正文】 得到橫坐標為 ( ) VLww ?? ? Vww ? 進一步解得 ? 根據物料衡算式 41 /SV m h? 帶入 4 02SVDu??? 基本符合題目給的條件 由于精餾塔僅有 9 塊理論板 ,且進料位置偏下， 根據對塔的計算將會 導致的結果是提餾段板數減少 ,泡點下的物料全部進入提流段，導致分離不徹底 。 如上圖所示，本在實線處進料組成為 Fx ，有較好的分離效果。但如果在物料組成應小于 Fx 的虛線處進料則無法較好的分離。 可以采取的方法有： 22/26 調節(jié)回流比 ,使回流比增大。由于全回流時的分離效果是最好的，因此適當提高回流比的數值可以提高效率。 氣液進料 增大塔底再沸器的熱負荷 ,使得下來的進料可以與更多的蒸汽進行傳質傳熱 . 為了判斷塔頂底的物料是否符合要求可根據以下參數 ： ① 全塔壓降 可通過塔頂底的壓強表測得，若壓降偏大，即氣相通過兩板間壓降增大，有可能使液體不能正常流下而發(fā)生液泛現(xiàn)象致使分離效果不好。 ② 塔頂或塔底的溫度和壓強 溫度結合壓強可求得該溫度下物料組成。 ③靈敏板流量和濃度 因為靈敏板 物料的物性對于塔的微小變化有較大波動，所以可以用其作為 實時監(jiān)測的方法。 塔的不正?，F(xiàn)象和消除方法可由塔板的負荷性能圖分析判斷。 1漏液線 氣相低于此線將發(fā)生嚴重 的漏液現(xiàn)象。 2霧沫夾帶線 氣相負荷超過此線產生霧沫夾帶現(xiàn)象。 3液相負荷 下 限線 液相低于此線時液體將不能均勻分布，導致板效率下降。 4液相負荷上限線 液體超過此線將發(fā)生氣相返混現(xiàn)象。 5液泛 適宜操作條件應在此線以下。 不正?，F(xiàn)象 液泛 霧沫夾帶 漏液 氣相返混 定義 若塔內氣液兩相之一的流量增大使液體 不能順利下流層板產生積液并以此上升產生液泛。 上升氣流穿過塔板液層之時將板上液體帶入上層塔板，造成液相返混，使得效率嚴重降低。 當塔板在操作之時上升氣體流速減小，氣體通過升氣孔道的動壓不足以阻止板上液體流下。 液相流速過大，使得液體在板上停留時間過短，將氣相帶入下層塔板，造成氣相返混。 消除方法 適當增大液相流量或減小氣相流減小空塔氣速，減小氣相流速，增加氣體流速，適當減小篩板孔增加氣相流速，使用雙溢流或階23/26 量、增加塔板間距。 增加塔板間距。 徑。 梯雙溢流塔板。 四、創(chuàng)新 ? 充分利用了塔頂和塔底 出料的熱量， 用以加熱原料液，并且自身冷卻到了 40℃，滿足了題目的要求。 ? 將塔頂的料液引下來，利用了自身的勢能， 可節(jié)約泵的成本。 ? 換熱器選取經軟件核算較準確。 ? 鑒于查圖存在誤差，我們的數據通過純物質化學性質查詢軟件校核。 五、 誤差分析 塔計算的誤差 ① 物性計算時塔內溫度與壓強的對應有誤差 。 ② 由于題目未告訴塔內的壓強，因此默認塔頂的壓強為一個大氣壓，但可能與實際的 情況有所偏離。 換熱器產生的誤差 ① 按理想溶液且完全湍流，與真實存在偏差 ② 物性多為進出口平均溫度的數值，因此與實際情況有不符 ③ 冷凝器只 進行了軟件模擬，再沸器沒有具體的計算 泵的誤差 ① 塔頂塔底產品預熱原料液所使用的換熱器局部阻力系數有誤差。 ② 流速與實際情況可能存在誤差。 24/26 工藝流程圖 下水道圖例產品泵進料泵再沸器預熱器預熱器進料預熱器冷凝器釜液貯槽產品貯槽原料貯槽流量計溫度計流量閥用來供熱 25/26 實驗中遇到的問題 和解決 、進料組成、要求塔頂底純度的情況下應該如何確定回流比和進料量從而保證在產品達標的情況下獲得最大的產量。 因為實驗過程中不提供產品分析，因此實驗開始時回流比 R 和進料量 F 的合理設定非常重要。 我們利用 pr C tq r??? 和 q 線方程1qq?求得 ( , )qqxy ，進而求得了 min ?然后取系數 得到了 3R? （其中很多參數是設定的，如塔的效率定為 45％，回流比的系數取得 ，因此我們在回流比設定的理論計算上遇到了困難） 時取出的溫度很低 取塔釜液 時 的時候應當先往料槽中放一會，否則取出分析的液體可能是殘存在管子中的。 ，回流比，塔釜 加熱電壓，冷凝水流量都不穩(wěn)定。 對進料量和冷凝水用量應適時觀察（流量會變?。?，發(fā)生改變時進行調整 實驗參數記錄 塔頂溫度 ℃ 塔釜溫度 ℃ 加熱電壓 全塔壓降 進料溫度 ℃ 結果：塔頂產品 比賽感想 為了解決這個題目，我們廣泛的查閱資料， 相互 討論，正是這個比賽給了我們一個動力和方向，我們既學會了怎樣去查閱 資料，知道了使用化工軟件進行模擬，知道了如何對設備選型和校核，如 何進行工藝設計，了解了許多設備及窗口的國家標準，還有很多工業(yè)實際精餾操作中所面臨的問題，這些讓我們對精餾、換熱、泵等單元操作有了更系統(tǒng)的認識，同時加深了我們在化工原理中所學知識的理解，更重要的是讓我們知道了工業(yè)生產中這些設備，流程是如何確定的，我們所學的知識究竟是如何去應用的。 三個人共同完成一個課題，分工協(xié)作是非常重要的一部分，只在任務分配合理，才能在規(guī)定的時間 內高效的完成。在實際的工程設計中應當了是如此，一個工藝流程的確定不會由一個人去完成，劃分成各個單元操作，應當由擅長這方面的人去設計，但同時每個人都 要對其他單元操作了解，因為各個單元之間是密切關聯(lián)的，整個流程將各個操作聯(lián)系起來。 比賽前我們設計了兩套流程，本想對兩套流程分別進行計算比較后再進行選擇，但由于時間的限制，我們僅考慮了一套 。復賽只有三天準備時間，大部分學生白天有課，同時我們對比賽的要求不太 了解，準備比較盲目，希望以后的比賽中能夠考慮到這些。 在我們的工藝流程中，將塔頂冷凝器冷凝后的液體 、塔釜產26/26 品利用通過加熱原料冷卻到要求的溫度，從而實現(xiàn)了熱量的充分利用，但存在兩個問題，一是塔頂冷凝為液體后再用來加熱原料，則其中的潛熱沒有得到利用；利用塔頂產品的 勢能由于涉及的管路計算太繁瑣復雜，工業(yè)生產難以實現(xiàn)。如果采用熱泵將塔頂蒸汽打入換熱器用來加熱原料，則比現(xiàn)在的流程要好一些，但我們關于熱泵的計算了解的比較少。 二是流程中使用了 3 臺換熱器，相對較多，但當時考慮泵的使用可以減少一些。由于實際生產中換熱器在價格，耗能是相對更大的設備，并且由于泵少，一些可控流速減少，這樣設計有些不太經濟。 在另一套流程中，我們將原料用泵打到塔頂，將塔頂產品冷凝后，再將原料通入塔底 一個 換熱器將塔釜產品冷凝，最后根據溫度選用換熱器，使進料達到泡點，然且進料。這樣實現(xiàn)了熱量的充分利用 ，并且 比第一套流程省去了一個換熱器，經濟性更好一些。 在計算的過程中我們感到了理論學習上的不足，如涉及復雜管路的計算，冷凝器、再沸器等的計算，混合氣體、液體的物性數據的計算 ； 還有對化工行業(yè)標準的不了解，如相關容器和設備都有國家標準 ；同時還感到對實際工廠精餾操作經驗的缺乏， 如管路的鋪設及長度問題， 一些理論計算的問題我們可以查閱資料和思考來解決，但我們設計的流程理想化程度太高，很多設想可能工業(yè)上根本無法實現(xiàn)，還有一些看似計算根本無法解決的問題，可能實際生產中憑借一些操作經驗很簡單的解決了，這些知識是我們缺乏的。 比賽 中我們認識了很多化工軟件，如 PRO/II,換熱器大量，物性查尋軟件等，在設計中，我們還體會到了 這些 軟件的具大作用，一些純物質的數據通過查表誤差較大，而且費時費力， 有些混合物質物性的計算非常復雜，但通過軟件查尋會很容易解決；很多設想如果只用實驗檢驗，會很不經濟，比較費時，但通過軟件模擬可對一些流程可行性檢驗，最后再通過實驗檢查問題，投入會大大減少。 如在我們的設計中，泵和換熱器的選型和校核上可通過軟件初選，然后再去對該型號設備計算校核會省去一開始反復試算的復雜。 感謝比賽中老師對我們的指導和點評，學校給我 們一個這樣難得的機會