【導(dǎo)讀】組分,廣泛用于生產(chǎn)染料、增塑劑、合成纖維、橡膠、樹脂和各種化學(xué)助劑等。設(shè)計，首先由泡點法確定初餾塔和精餾塔的塔頂、塔底的操作壓力和溫度。塔的工藝負(fù)荷，確定塔的塔板數(shù)，有效高度和直徑。初餾塔塔徑為1600mm，塔。精餾塔塔徑為1200mm，塔高為27900mm。浮閥型塔板并對其進(jìn)行流體力學(xué)驗算，塔板均選用V-Ⅰ型浮閥塔板。塔進(jìn)行機(jī)械校核塔的設(shè)計，使其滿足當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和設(shè)計條件。酚油冷凝器選用S=4m2換熱器即可，工業(yè)萘冷凝器選用。S=25m2換熱器即可，管式爐的型號為152/152??。并在此基礎(chǔ)上畫出主。要設(shè)備裝配圖、工藝流程圖及車間設(shè)備平面布置圖。

　　

【正文】 ????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 6 9 78 12w k m ol h? ? ? 15 .926977997 15 .9269799 97 03 97 03 mmNNdfwd k m ol hdw????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 16 7 5 43 07w k m ol h? ? ? 15 .926988998 15 .9269899 97 03 97 03 mmNNdfwd k m ol hdw????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 8 6 4w k m ol h? ? ? 偏差較小故最終物料衡算得到的物料平衡列于表 26。 表 26 精餾塔的物料平衡 原料 餾出物 殘液 組分 數(shù)量kmol/h 摩爾分 數(shù) % 數(shù)量kmol/h 摩爾分 數(shù) % 數(shù)量kmol/h 摩爾分 數(shù) % 四氫化萘 ― ― 萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 二甲基萘 ― ― 苊 ― ― 合計 塔的工藝計算 初餾塔的工藝計算 1). 塔操作條件的確定 (1) 操作壓力的確定 由于初餾塔為近常壓操作。因此設(shè)塔頂壓力為 。塔底氣相壓為（絕壓）。 (2) 操作溫度的確定 ① 塔頂溫度： 塔頂溫度的確定采用泡點法。對于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成。 1， 2， 4三甲苯 (1)、茚 (2)、對甲酚 (3)、四氫化萘 (4)、萘 (5)、硫雜茚 (6)、二甲酚 (7)、喹啉 (8)、 β甲基萘 (9)、二甲基萘 (10)、苊 (11)分別為 1 2 11y y y??????、 ，與 1 2 11y y y??????、成平衡的液相組成 為 1 2 11x x x??????、 ，各組分在塔頂下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為2 設(shè)計內(nèi)容 17 0 0 01 2 11P P P??????、 ，塔頂操作總壓力 P 。 根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關(guān)系式為： 0 0 01 1 1 2 2 2 11 11 11P y P x P y P x P y P x? ? ?????? ?、 由于相平衡常數(shù) iiyK x? ，故 0iiiypK xP?? ，因此，對任一組分而言 0iiiyxpP? 。 對于 11 種組分： 11 1 2 1111010111......ii iii iy x x x Pyp P P P Pp? ?? ? ? ? ? ? ?? ? 選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔頂溫度下的蒸汽壓為 NP 即得： 1101N i Ni iP y PPp??? 根據(jù)相平衡常數(shù)定義： ? ?200 e xps iii i i iiiPPyPKx P RT????????????? 對于本工藝視氣相為理想氣體，液相為理想溶液，則 0ii pK P?而相對揮發(fā)度的定義： 0iiNNKpKP? ?? 令 NNP KP?，則 0iiNPP ??，因此 111iNi iyK ????由于沸點高于萘的組分全部蒸出，因此， 351 2 41 2 3 4 5Nyyy y yK ? ? ? ? ?? ? ? ? ?。 表 27 塔頂組成 組分 0iP ? y y? 1,2,4三甲苯 茚 對甲酚 四氫化萘 萘 合計 ― ― 采用試差法確定塔頂?shù)臏囟龋捎趯τ陔p塔工藝塔頂蒸汽溫度控制在河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 18 190~200℃ 。初塔頂溫度為 190℃ 。在 190℃ 下對應(yīng)的塔頂個組分的飽和蒸汽壓分別為 01 kPa? ， 02 kPa? ， 03 kPa? ， 04 kPa? ，05 kPa? 。個組分的 ? （取以萘為基準(zhǔn)，去其 1?? ）則各組分的 ? 及其 y?值列于表 7。 由于萘在 190℃ 下相平衡常數(shù) 5 1 .4 3 0 .5 0 1 31 0 2 .6NK ??， 而 iy? ?? ，i Niy K? ?? ，且 iiy?? 偏高因此設(shè)塔頂溫度為 195℃ ，則用同樣的方法進(jìn)行試差結(jié)果見表 28。 表 28 塔頂組成 組分 0iP ? y y? 1,2,4三甲苯 茚 對甲酚 四氫化萘 萘 合計 ― ― 而萘在 195℃ 下相平衡常數(shù) 5 8 .8 5 0 .5 7 3 61 0 2 .6NK ??， iy? ?? ，誤差為0 . 5 7 3 6 0 . 5 6 9 9 1 0 0 % 0 . 6 5 %0 . 5 7 3 6? ?? ，在允許范圍內(nèi)，因此塔頂溫度為 195℃ 。 ② 塔底溫度 根據(jù)；液相等溫線方程來確定塔底溫度，設(shè)塔底壓力為 P， 由于， 0 0 0 01 1 2 2 1......nn n i iiP P x P x P x P x?? ? ? ? ? ? 選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔底溫度下的蒸汽壓力為 NP ，則用 NP 除上式即可得： 0001 1 2 2 ...... nnN N N NPxP x P xPP P P P? ? ? ? 將液相視為理想溶液、氣 相為理想氣體，則： 1NNPKP? 。 根據(jù)相對揮發(fā)度的定義 0iiNPP ??， 2 設(shè)計內(nèi)容 19 因此上式可簡化為：1 1 2 21 ...... nnN x x xK ? ? ?? ? ? ? 對于該工藝確定塔底溫度時，4 4 5 5 1 1 1 11 ......N x x xK ? ? ?? ? ? ? 同樣采用試差法確定塔底溫度。設(shè)塔底溫度為 235℃ 即： 。將 235℃下的 x 及 x? 值列于表 29。 表 29 塔底組成 組分名稱 x 0iP ? x? 四氫化萘 萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 二甲基萘 苊 合計 ― ― 235℃ 下萘的相平衡常數(shù) 1 4 7 .5 2 1 .0 7 41 3 7 .3NK ??而 11 1 .2 6 10 .7 9 2 8x? ???， 誤差為： 1 .2 6 1 1 .0 7 4 1 4 .8 3 %1 .2 6 1? ? 重設(shè)塔底溫度為 240℃ ，則個 x 及 x? 值列于表 210. 表 210 塔底組成 組分名稱 x 0iP ? x? 四氫化萘 萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 二甲基萘 苊 合計 ― ― 240 ℃ 下 的 萘 的 相 平 衡 常 數(shù) 1 7 0 .0 0 1 .2 3 8 21 3 7 .3NK ??，而11 1 .2 7 6 50 .7 8 3 4x? ??? ，誤差為 1 . 2 7 6 5 1 . 2 3 8 2 3 . 0 0 % 5 %1 . 2 7 6 5? ??，在允許誤差范圍河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 20 因此塔底溫度為 240℃ 。以上求得的溫度同雙塔流程初餾塔的實際操作溫度基本相符，滿足要求。 (2) 所需塔板層數(shù)及回流比的確定 ① 最小理論板數(shù)的確定 根據(jù)物料衡算平衡數(shù)據(jù)知：輕關(guān)鍵組分在餾出物和釜液的濃度為： ?Ⅰ ， ?Ⅰ 重關(guān)鍵組分在餾出物和釜液的濃度為： ?Ⅱ ， ?Ⅱ 設(shè) ?平 均——四氫化萘在塔頂、塔底相對揮發(fā)度平均值。 則： = 1. 28 9 1. 27 1 = 1. 28? ?平 均 根據(jù)芬斯克方程計算最小理論板數(shù)（不包括再沸器）： m0 .3 2 0 .0 8 2lg lg0 .0 1 0 .5 8 9 2+ 1 2 2 .0 2 7 8l g l g 1 .2 8ABddwwN??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?平 均 所以最小理論塔板數(shù) m 78 1 78N ? ? ?。 ② 最 小回流比 mR 根據(jù)物料數(shù)據(jù)可知： ?Ⅰ ， %fX ?Ⅰ ， ?Ⅱ ， %fX ?Ⅱ 根據(jù)柯爾本法計算公式，計算最小回流比 1 1 0 . 3 2 0 . 0 8 21 . 2 8 3 2 . 0 5 91 1 . 2 8 1 0 . 0 3 4 9 0 . 5 4 5mABddR ff?? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ??? ? ? ??? 平 均平 均 （ 3）實際板數(shù)的確定 操作回流比取為： 9 67mRR? ? ? ? 則， 4 1 .6 7 6 7 3 2 .0 5 9 0 .2 2 51 1 4 1 .6 7 6 7mRR R? ????? 查吉利蘭圖得： ? ?? 解得： ? ，取 39N? 取塔板效率 ?? ，則初餾塔實際塔板數(shù)為 39= ?實。 （ 4）進(jìn)料板位置的確定 采用沸點進(jìn)料，設(shè)精餾段和提餾段塔板數(shù)分別為 n 和 m，則按 kirkbride 提出的經(jīng)驗公式求得 n 和 m。 2 設(shè)計內(nèi)容 21 2l g 06 l g f WfDX XnWm D X X???? ????? ???? ?????? ??????Ⅱ ⅠⅠ Ⅱ 1n m N? ? ? 代入數(shù)據(jù)即得： 22 1 . 8 0 7 0 . 5 4 5 0 . 0 1l g 0 . 2 0 6 l g1 . 9 0 3 0 . 0 3 4 9 0 . 0 8 2nm ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? 1 39nm? ? ? 將上式聯(lián)立解得： 22n? ， 18m? 精餾段實際塔板數(shù)為 22 37 ??，加料板位置為從上往下數(shù) 37 層塔板。 精餾塔的工藝計算 1).塔操作條件的確定 （ 1） 操作壓力的確定 由于初餾塔為近常壓 操作。因此設(shè)塔頂壓力為 ，塔底氣相壓力為 （絕壓）。 （ 2） 操作溫度的確定 ① 塔頂溫度： 塔頂溫度的確定采用泡點法。對于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成，四氫化萘(4)、萘 (5)、硫雜茚 (6)、二甲酚 (7)、喹啉 (8)、 β甲基萘 (9)、二甲基萘 (10)、苊 (11)分別為 4 5 11y y y??????、 ，與 4 5 11y y y??????、 成平衡的液相組成為 4 5 11x x x??????、 。各組分在塔頂溫度下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為 0 0 04 5 11P P P??????、 ，塔頂操作總壓力 P 。 根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關(guān)系式為： 0 0 01 1 1 2 2 2 11 11 11P y P x P y P x P y P x? ? ?????? ?、 由于相平衡常數(shù) iiyK x? ，故 0iiiypK xP?? ，因此，對任一組分而言 0iiiyxpP? 。 對于 8 種組分： 11 54 1111040411......ii iii iyxxx Pyp P P P Pp? ?? ? ? ? ? ? ?? ? 選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔頂溫度下的蒸汽壓為 NP 即得： 河北聯(lián)合大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院 22 1104N i Ni iP y PPp??? 根據(jù)相平衡常數(shù)定義： ? ?200 e xp ?????????????s iii i i iiiPPyPKx P RT 對于本