【正文】 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??????、 。因此設(shè)塔頂壓力為 ，塔底氣相壓力為 （絕壓）。 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。 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。 (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。 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)合大學化學工程學院 20 因此塔底溫度為 240℃ 。設(shè)塔底溫度為 235℃ 即： 。 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，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? 。 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℃ ，則用同樣的方法進行試差結(jié)果見表 28。在 190℃ 下對應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? 。 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?，由于對于雙塔工藝塔頂蒸汽溫度控制在河北聯(lián)合大學化學工程學院 18 190~200℃ 。 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? 。對于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成。塔底氣相壓為（絕壓）。 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。 表 24 物料衡算表 組分 進料 餾出液 di 釜液 wi 四氫化萘 ― 萘 硫雜茚 * * 二甲酚 * * 喹啉 * * β甲基萘 二甲基萘 ― 苊 ― 合計 D W 河北聯(lián)合大學化學工程學院 14 物料衡算式為： 2 12 .82 2 5 8 1 03W D D? ? ? ? ? ? ?……………… ① 2 4 2 9 5 .56 03 2 .17 1W D W? ? ? ? ? ? ? ?………… ② 解得： 9D kmol h? ， kmol h? 由此得， 5 6d kmol h? ， 5 kmol h? ， 9 6d kmol h? ， 9 kmol h? 根據(jù)芬斯克方程知： 5959m5912 .64 6 62 6lg lg 74 97 15 .11 0lglg 6ddwwN????? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ????? ???? 由 mN 值求中間組分的餾出量的釜液量： 15 .11966996 15 .119699 26 7 26 7 ????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?mmNNdfwd k m ol hdw 6 9 79 11w k m ol h? ? ? 15 .11977997 15 .119799 26 7 26 7 mmNNdfwd k m ol hdw????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 7 5 44 06w k m ol h? ? ? 15 .11988998 15 .119899 26 7 26 7 mmNNdfwd k m ol hdw????? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 8 4 6w k m ol h? ? ? 由于與初定值偏差較大，故直接迭代重做物料衡算 見表 25。 表 23 精餾塔原料組成 組分 分子式 沸點 /℃ 相對分子質(zhì)量 質(zhì)量分 數(shù) % 質(zhì)量處理 量 kg/h 摩爾處理量 kmol/h 摩爾分 數(shù) % 四氫化萘 C10H12 207 132 萘 C10H8 218 128 硫雜茚 C8H6S 134 二甲酚 C8H10O 225 122 喹啉 C9H7N 129 β甲基萘 C11H10 142 二甲基萘 C12H12 156 苊 C12H10 278 154 合計 ― ― ― 100 令萘原 料組成相對揮發(fā)度分別為 4 5 11? ? ???????、 查相關(guān)資料知相對揮發(fā)度數(shù)據(jù)為： 4? =， 5? =1， 6? =， 7? =， 8? = 9? =， 10? =， 11? =。 表 21 已洗三混餾分的組成 組分 分子式 沸點 /℃ 相對分子質(zhì)量 質(zhì)量分 數(shù) % 摩爾分 數(shù) % 質(zhì)量處理 量 kg/h 摩爾處理量 kmol/h 1,2,4三甲苯 C9H12 120 茚 C9H8 116 對甲酚 C7H8O 202 108 四氫化萘 C10H12 207 132 萘 C10H8 218 128 硫雜茚 C8H6S 134 二甲酚 C8H10O 225 122 喹啉 C9H7N 129 β甲基萘 C11H10 142 二甲基萘 C12H12 156 苊 C12H10 278 154 合計 ― ― ― 100 設(shè)：塔頂餾出物的流量為 D，釜液為 W。 因此，原料處理量： 81 . 2 2 1 % 3 1 8 1 . 8 23 3 0 2 4 kg h? ?? ? ?? 初餾塔物料衡算 原料組成見表 1，其中已洗酚萘洗三混餾分中萘含量 %，按照表 1 計算各組分的質(zhì)量處理量與摩爾處理量。 ② 由于以三混餾分制取萘的質(zhì)量指標范圍為 95～ 98%（工業(yè)產(chǎn)品），該工藝取精餾塔蒸出萘的回收率大于 95%。 單爐雙塔操作工藝要求進料量穩(wěn)定，且原料水分不大于 %，要嚴格控制塔頂塔底溫度，塔頂采出的萘含量不小于 95%，塔底洗油中含萘量不大于 2%。 該工藝是將煤焦油中各種流程含萘較高的餾分作為原料，該設(shè)計采用已洗酚萘洗三混餾分作為原料，在初餾塔內(nèi)加熱經(jīng)過精餾在塔頂分出酚油，塔頂溫度控制在 190℃左右，然后將塔底的萘洗混合餾分在精餾塔內(nèi)加熱在塔頂分出萘產(chǎn)品，塔底的洗油作為管式爐的一部分熱源，管式爐的其余熱量由該廠的煤氣供給。 2 設(shè)計內(nèi)容 11 2 設(shè)計內(nèi)容 工藝流程的選擇 本課題為年處理 12 萬噸焦油加工廠工業(yè)萘制取工段的初步設(shè)計。 物質(zhì)結(jié)晶分離法在許多場合下比其它化學工藝的分離方法優(yōu)越，此外當需要高純度的最終產(chǎn)品或當凈化熱不穩(wěn)定性物質(zhì)時，使用結(jié)晶法更有利。但該溫度下油