【正文】 吉林化工學院化工原理課程設計 20 第四章 熱量衡算 4． 1 熱量衡算 表 4— 1 苯 — 甲苯的蒸發(fā)潛熱與臨界溫度 塔頂熱量 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I? ? ? ? ? 其中 (1 )VD LD D VA D VBI I X H X H? ? ? ? ? ? ? ? 0 .3 8221 11()1 rVV rTHH T?? ? ? ? ? 則 : ? 0C 時 苯 : 21( 8 0 . 5 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 2 3( 8 0 . 1 2 7 3 . 1 5 ) / 2 8 8 . 5 1 . 2 2rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 2 3( ) 3 9 4 ( ) 4 0 0 . 7 1 /1 1 1 . 2 2rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 甲苯 : 21( 8 0 . 5 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 1 1(1 1 0 . 6 3 2 7 3 . 1 5 ) / 3 1 8 . 5 7 1 . 2 0rrTT ? ? ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 8 0 . 3 8221 11 1 1 . 1 1( ) 3 6 3 ( ) 2 8 9 . 2 3 /1 1 1 . 2rVV rTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 39。提餾段開 2 個人孔精餾段開 1 個。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠高于板間距，取 。 ，從負荷性能圖中可查得氣相負荷上限 Vsmax= m3/s,氣相負荷下限Vsmin= m3/s，所以可得 故操作彈性為 m axm in sVV ?? 塔板的這一操作彈性在合理的范圍 (3～ 5)之內(nèi)，由此也可表明塔板設計是合理的。d P L d P c L L W O WH h h h h h h h h h h h h? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?； ； 聯(lián) 立 得 T W O W c dH h h h h h ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?（ 1 ） （ 1 ） ,O W d c Sh h h h V? SS忽 略 ， 將 與 L 與 L ， 與 的 關 系 式 代 入 上 式 ， 并 整 理 得 22Sa V b c d? ? ? ?? ? ?SS2/3LL ? ? ? ?22020 .0 5 1 0 .0 5 1 2 .8 5 0 .0 2 88 0 6 .10 .1 0 1 1 .0 3 4 4 0 .7 7 2VLa Ac ???? ??? ? ? ??? ???????? ? ? ? ?0 . 5 0 . 4TWb H h? ? ?? ? ? ? ? ? ? 1 0 . 5 0 . 6 3 1 0 . 0 4 6 6 = 0 . 1 4 7 ? ? ? ?2200 . 1 5 3 0 . 1 5 3 1751 . 0 5 6 0 . 0 2 8Wc lh? ? ? ?? 333 6 0 0 3 6 0 02 .8 4 1 0 ( ) 2 .8 4 1 0 1 ( 0 .6 3 ) 1 .0 4 91 .0 5 6WdE l????? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? 2/3 2/311 故 220 . 0 2 8 0 . 1 4 7 1 7 5 1 . 0 4 9SV ? ? ?SS 2/3LL 即 225 .2 5 6 2 5 0 3 7 .4 6SV ? ? ?SS2/3LL 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上 式計算出 Vs 的值，計算結果見下表 33 表 表 33 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5 根據(jù)以上方程可作出篩板塔的負荷性能圖。 塔板負荷性能圖 漏液線 由 0 , m in ( )LL Vu C h h? ? ?? ? ? 0 . m i n2, m i n 302 . 8 4 ()1000S hL w o w o w wV Lu h h h h EAl? ? ? ? 得 2 34 . 4 0 . 7 7 2 0 . 1 0 1 1 . 0 5 0 436002 . 8 4 8 0 6 . 1{ 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 [ 0 . 0 4 6 6 1 ( ) ] 0 . 0 0 2 3 } 2 . 8 51 0 0 0 1 . 0 5 6 sL? ? ? ?? ? ? ? ? ? 則 2 3, m i n 0 . 3 6 2 . 7 4 4 2 0 . 6 5SsVL?? 2 3, m i n 0 02 . 8 44 . 4 ( 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 [ ( ) ] )1000 h LSW VWLV C h E h Al ? ? ?? ? ? ? ?吉林化工學院化工原理課程設計 １７ 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算 出 Vs 的值，計算結果見下表 31 表 31 由上表數(shù)據(jù)可做出漏液線 1 液沫夾帶線 取霧沫夾帶極限值 kg /kgve ? 液 氣 依式 5 3 .25 .7 1 0 ()av Tfue Hh????? 式中 0 . 5 3 62 . 0 1 1 0 . 1 4 5SSaSTfVVuVAA? ? ??? ( )f w OWh h h?? Wh = 即 223336002 . 8 4 1 ( ) 0 . 6 41 0 0 0 1 . 0 5 6 so w sLhL? ? ? 故 ? ?22332 . 5 0 . 0 4 6 6 0 . 6 4 0 . 1 1 7 1 . 6f s sh L L? ? ? ? 22330 . 4 0 . 1 1 7 1 . 6 0 . 2 8 3 1 . 6T f s sH h L L? ? ? ? ? ? 3 . 2663 . 22330 . 5 3 65 . 7 1 0 5 . 7 1 0 ( ) 0 . 11 9 . 2 6 1 00 . 2 8 3 1 . 6aSv L T f SuVe HhL????????? ? ????? ??? 則 2 33 .2 6 1 8 .4 1 6ssVL? ? ? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 的值，計算結果見表 32： 表 32 由上表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線 2 液 相負荷下限線 對于平直堰，取堰上層高度 ? 作為最小液體負荷標準。 液沫夾帶量 ev的驗算 塔板上鼓泡層的高度 吉林化工學院化工原理課程設計 １６ 2 .5 2 .5 0 .0 6 0 .1 5 mfLhh? ? ? ? 663 . 2 3 . 235 . 7 1 0 5 . 7 1 0 0 . 7 4( ) ( ) 0 . 0 11 9 . 2 6 1 0 0 . 4 0 . 1 5av L T fue Hh??????? ? ?? ? ?kg液 /kg氣 kg液/kg 氣 ∴ ev在本設計中在允許范圍內(nèi)，精餾段在設計負荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶。 （ 3）開孔區(qū)面積計算 2 2 2 12 ( s in )180a xA x r x r r? ?? ? ? ? ? 其中： ? ? 1 . 4 ( 0 . 2 3 7 0 . 0 7 ) 0 . 4 5 6 m22dSDx W W? ? ? ? ? ? ? 1 . 4 0 . 0 4 0 . 6 6 m22CDrW? ? ? ? ? 故 22 2 1 4 6 562 [ 56 6 56 si n ( ) ] 50 4 m18 0 6aA ??? ? ? ? ? ? （ 4）篩孔數(shù) n 與開孔率 φ 本設計所處理的物系無腐蝕性，可選用 ?? 碳鋼板，取篩孔直徑 5mmd? ? 。 選用凹形受液盤 深度 39。1 8 6 .9 6 C2DFm ttt ??? 提餾段平均溫度： 176。 表 11 參數(shù)選取 項目 方式 壓力 加料狀態(tài) 加熱方式 回流比 冷凝器 冷卻介質(zhì) 板式塔 選 取 連續(xù)精餾 常壓 氣液混合 間接蒸汽 R=()Rmin 全凝器 自來水 篩板塔 關于附屬設備的設計 附屬設備的設計主要有： 1）熱量衡算求取塔頂冷凝器、冷卻器的熱負荷和所需的冷卻水用量 ；再沸器的熱負荷和所需的加熱蒸氣用量； 吉林化工學院化工原理課程設計 ５ 2）選定冷凝器和再沸器的型式求取所需的換熱面積并查閱換熱器標準，提出合適的換熱器型號； 吉林化工學院化工原理課程設計 ６ 第二章 精餾塔工藝設計計算 物料衡算 塔的物料衡算 （ 1）苯的摩爾質(zhì)量： ? /kg kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量： BM = /kg kmol （ 2）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： 0 . 4 5 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 4 5 ) 9 2 . 1 3 8 5 . 8 3 /0 . 9 8 5 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 8 5 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 3 2 /0 . 0 1 5 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 0 1 5 ) 9 2 . 1 3 9 1 . 9 3 /DWM k g k m o lM k g k m o lM k g k m o l? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?F （ 3）物料衡算 總物料衡算： F D W?? 即 100DW?? ???????????????? （ 1） 易揮發(fā)組分物料衡算： FwD FxWxDx ?? 即 0 .9 8 5 0 .0 1 5 8 5 0 .4 5DW? ? ? ? ? ????????????? （ 2） 由 (1)和 (2)解得 = 4 4 . 8 5 k m o l / h = 5 5 . 1 5 k m o l / h 板數(shù)的確定 操作回流比的求取 （ 1）相對揮發(fā)度的計算 根據(jù)化學工程手冊 109 頁 Antoine 方程常數(shù)（有機物值）得 化合物 A B C 溫 度 范圍℃ 苯 6— 137 甲苯 16— 104 由表可知 t 的共用區(qū)間為 6＜ t＜ 104℃又因為甲苯的正常沸點為 ℃，苯的沸點為℃ 所以 ℃＜ t＜ ℃。著重應注意的是：塔板設計的任務是以流經(jīng)塔內(nèi)氣液的物流量、操作條件和系統(tǒng)物性為依據(jù)，確定具有良好性能（壓降小、彈性大、效率高）的塔板結構與尺寸。一般經(jīng)驗值為R=()Rmin. 塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇 塔頂選用全凝器，因為后繼工段產(chǎn)品以液相出料，但所得產(chǎn)品的純度低于分凝器，因為分凝器的第一個分凝器相當于一塊理論板。 操作壓力的選取 本設計采用常壓操作，一般，除了熱敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)都應采用常壓蒸餾。在設計時要根據(jù)實際需要選定回流比。在此過程中，熱能利用率很低，有時后可以考慮將余熱再利用，在此就不敘述。實際上，蒸餾裝置包括精餾塔、原料預熱器、蒸餾釜、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設備。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。 精餾流程設計方案的確定 本設計任務為分離苯 甲苯混合物。確定了操作點符合操作要求。實際加料位置在第 13 塊板。 綜合工藝操作方便、經(jīng)濟及安全等多方面考慮，本設計采用了篩板塔對苯 甲苯進行分離提純，塔板為碳鋼材料，按照逐板計算求得理論板數(shù)為 15。我們 對此塔進行了工藝設計，包括它的輔助設備及進出口管路的計算，畫出了塔板負荷性能圖，并對設計結果進行了 匯總。更能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識、嚴謹認真的學習態(tài)度。為實現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的貯存、輸送、 傳熱、分離、控制等的設備、儀表。采用篩板塔可解決堵塞問題適當控制漏夜 實際操作表明，篩板在一定程度的漏液狀態(tài)下，操作是板效率明顯降低，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設