【正文】 ……………………………………………………………… 29 接管的計算 ………………………………………………………………………………… 29 進料管的選擇 ……………………………………………………………………………… 29 回流管的選擇 ……………………………………………………………………………… 29 釜底出口管路的選擇 ……………………………………………………………………… 30 塔頂蒸汽管 ………………………………………………………………………………… 30 加料蒸汽管的選擇 ………………………………………………………………………… 30 封頭的設(shè)計 ………………………………………………………………………………… 31 人孔的設(shè)計 ………………………………………………………………………………… 31 法蘭的設(shè)計 ………………………………………………………………………………… 31 裙座的計算 ………………………………………………………………………………… 31 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 3 塔釜設(shè)計 ………………………………………………………………………………… 31 第四章 塔高的設(shè)計 …………………………………………………………… ………………… 32 塔總高度的計算 …………………………………………………………………………… 32 第五章 附屬設(shè)備計算 …………………………………………………………………………… 33 冷凝器的選擇 ……………………………………………………………………………… 33 再沸器的選擇 ……………………………………………………………………………… 33 總結(jié)語 …………………………………………………………………………………………… 35 主要符號說明 ……………………………………………………………… …………………… 36 參考文獻 ………………………………………………………………………………………… 38 化工原理課程設(shè)計教師評分表 ………………………………………………………………… 39吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 1 摘 要 本次設(shè)計的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進行分析、計算、核算、繪圖，是較完整的精餾設(shè)計過程，該設(shè)計方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。按逐 板計算理論板數(shù)為 15。實際加料位置在第 15 塊板。且經(jīng)過液泛線，漏液線，液相負荷上限，液相負荷下限的校核，確定了操作點符合操作要求 。 關(guān)鍵詞： 苯 甲苯 精餾塔 浮閥 操作彈性 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 2 緒 論 精餾塔 （ fractionating column）是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。 ⑴ 泡罩塔板 泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構(gòu)成的。這種結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，制造成本高，而且氣體通道曲折多變、干板壓降達、液泛氣速低、生產(chǎn)能力 小。氣量較小時可避 免過多的漏液，氣量較大時可使氣速不致過高，降低了壓降。 ⑷ 舌形塔板 舌形塔板是為了防止過量液沫夾帶而設(shè)計的一種塔型，由舌孔噴出的氣流方向近于水平，產(chǎn)生的液滴幾乎不具有向上的初速度。 ⑸ 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開孔的薄板制造，具有舌形塔板的特點，并易于加工。氣流噴射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度為零，液沫夾帶量很小。 ⑻ 林德浮閥 林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計的高效低 壓降塔板，在整個浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔，并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進裝置。 篩板精餾塔是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的汽液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。 篩板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低 ，生產(chǎn)能力較大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。 篩板塔制造維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高10%— 15%，板效率亦約高 10%— 15%，而每板壓力降則低 30%左右，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于浮閥塔。其缺點是小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。按過程按操作方式的不同，分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。間歇蒸餾具有操作靈活，適應(yīng)性強等優(yōu)點，適合于小規(guī)模，多品種或多組分物系的初步分離。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時應(yīng)考慮余熱的利用。 另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波動的影響。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。 總之，確定流程時要較全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費用，操作控制及安全諸因素。一般地，除熱明性物系，凡通過常壓蒸餾能夠?qū)崿F(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物系，都能采用常壓蒸餾；對熱敏性物系或者混合物泡點過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物冷凝溫度過低的物系，需提高塔壓或者采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。 進 料 狀況 的 選擇 進料狀況一般有冷液進料，泡點進 料。采用泡點進料不僅對穩(wěn)定操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。泡點進料時，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。直接蒸汽加熱直接由塔底進入塔內(nèi)。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽回流液有稀釋作用，使理論板數(shù)增加，費用增加。上升蒸汽回流下來的冷液進行傳質(zhì)，其優(yōu)點是釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，其缺點是增加加熱裝置。 回流比的 選擇 回流方式可分為重力回流和強制回流。其優(yōu)點是回流冷凝器無需支持結(jié)構(gòu)，其缺點是回流冷凝器回流控制較。因為塔頂冷凝器不已安裝，檢修和清理。由于本次設(shè)計為小型塔，故采用重力回流。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 6 第一章 塔板的工藝的計算 表 1— 1 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項目 分子式 分子量 沸點 臨界溫度 臨界壓強 苯 A C6H6 甲苯 B C6H5－ CH3 表 1— 2 液相密度ρ kg/m3 溫度 80 90 100 110 120 A 815 B 810 表 1— 3 表面張力σ mN/m 溫度 80 90 100 110 120 A B 表 1— 4 粘度μ LmPa 溫度 80 90 100 110 120 A B 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 7 表 1— 5 汽化熱γ kJ/kg 溫度 80 90 100 110 120 A B 精餾塔物料衡算 加料量： F=125Kmol/h 原料組成 :XF= 塔頂組成： XD= 塔底組成 :XW= 總物料衡算 D+W=125 輕組分 (苯 )物料衡算 125? =+ 聯(lián)立兩式可解得 D= W=平均相對分子質(zhì)量 : FM = +﹙ ﹚ = ㎏／ kmol DM = ﹢ （ ） = ㎏／ kmol WM = +﹙ )= ㎏／ kmol 故質(zhì)量流量： 39。W =W WM = ㎏／ h 39。Dx = 9 7 6 ???? ? 39。 +? 125=???? FqVV )1(39。39。1 ????? nwnn xVWxxVLy 由于塔頂是全凝器所以有 1 ?? 111 0 .9 5 1 12 .5 2 1 .5 2yx y??? 由精餾段操作線方程 y=+ 得 y2= 由平衡線方程可得 8 9 8 222 ??? yyx 同理可算出如下值： y3=。x4= y5=。x6= y7=。x8=x 所以第八塊為進料板，以下交替使用提留操作線方程與相平衡方程 y9=。x10= y11=。x12= 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 10 y13=。x14= y15=。 對于苯 (A)，其中 ? ， ? 即： 5 4 5 .6 4 5 4 5 .6 4lg 2 7 3 .1 5 2 6 5 .3 4LA t? ??? 1 ?當(dāng) ℃時， ,1 ,15 4 5 . 6 4 5 4 5 . 6 4l g 0 . 2 5 4 /8 5 . 9 2 7 3 . 1 5 2 6 5 . 3 4L A L A m p a s??? ? ? ?? 2 ?當(dāng) ℃時， , 2 , 25 4 5 . 6 4 5 4 5 . 6 4l g 0 . 2 9 1 m /1 0 0 . 0 9 5 2 7 3 . 1 5 2 6 5 . 3 4L A L A p a s??? ? ? ?? 對于甲苯 (B)，其中 ?? ， ?? 即： 4 6 7 .3 3 4 6 7 .3 3lg 2 7 3 .1 5 2 5 5 .2 4L t? ? ??? 1 ?當(dāng) ℃時， 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 11 ,1 ,14 6 7 . 3 3 4 6 7 . 3 3l g 0 . 2 9 5 5 /8 5 . 9 2 7 3 . 1 5 2 5 5 . 2 4LL m p a s????? ? ? ?? 2 ?當(dāng) ℃時， , 2 , 24 6 7 . 3 3 4 6 7 . 3 3l g 0 . 2 6 3 7 /1 0 0 . 0 9 5 2 7 3 . 1 5 2 5 5 . 2 4LL m p a s????? ? ? ?? 又精餾段的液相組成： 1 ????? FD xxx 提餾段的液相組成： 2 0 . 4 5 0 . 0 3 0 . 2 422FWxxx ? ?? ? ? ?精餾段的平均液相粘度： ? ? ? ?, 1 , 1 1 , 1 11 0 . 7 1 0 . 2 5 4 1 0 . 7 1 0 . 2 9 5 5 0 . 2 6 4 8 m /L L A L Bx x p a s? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 提餾段的平均液相粘度： ? ? ? ?, 2 , 2 1 , 2 21 0 . 2 4 0 . 2 6 5 0 . 2 6 3 7 1 0 . 2 4 0 . 2 7 0 9 m /L L A L Bx x p a s? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?精餾段的板效率 ? ? ? ?0 . 2 4 5 0 . 2 4 5,1 1 10 . 4 9 0 . 4 9 2 . 5 9 0 5 0 . 2 6 4 8 0 . 5 3 7TLEa ? ??? ? ? ? ? ? ? 提餾段的板效率 ? ? ? ?0 . 2 4 5 0 . 2 4 5, 2 2 20 . 4 9 0 . 4 9 2 . 4 7 0 . 2 7 0 9 0 . 5 4 1TLEa ?? ? ? ? ? ? ? 實際板數(shù)的計算 （塊）（塊），提提精精 8 7N2T1,P??????ENNENTPTT ?全塔所需實際塔板數(shù)： )(291514 塊提精 ????? PPP NNN ，實際加料板為第15塊板 . 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 12 第二章 精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計 操作壓力計算 塔頂壓強 DP =， 每層塔板壓降 Δ P=， 進料板壓力 FP =+150 .7=， 塔底壓力 WP =+290 .7= 精餾段平均操作壓強 Pm=(+)/2= 提餾段平均操作壓強 pm’ =(+)/2= 全塔平均操作壓力 K P ap ??? 液相平均表面張力計算 液相平均表面張力計算依公式 Lm? = ii???? 計算 表 28 液體表面張力 ? [1] 溫度t ，℃ 80 90 100 110 120 A?苯 mN/m B?甲 苯 mN/m 用內(nèi)插法求 D F Wt t t、 、 下苯，甲苯的表面張力。 熱量衡算： 由上面知道塔頂溫 Dt =℃， Wt =℃， Ft =℃ 由不同溫度下苯和甲苯的摩爾汽 化熱公式： Cp=a+bT+c