【正文】 ……………… 26 液相負(fù)荷的上限線的繪制 …………………………………… …………………………… 27 小結(jié) ………………………………………………………………………………………… 28 第三章 輔助設(shè)備及選型 ………………………………………………………………………… 29 接管的計(jì)算 ………………………………………………………………………………… 29 進(jìn)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(jì) ………………………………………………………………………………… 31 人孔的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 法蘭的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 裙座的計(jì)算 ……………… ………………………………………………………………… 31 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 塔釜設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 第四章 塔高的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………… 32 塔總高度的計(jì)算 …………………………………………………………………………… 32 第五章 附屬設(shè)備計(jì)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(hào)說明 …………………………………………………………………………………… 36 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………… 38 化工原理課程設(shè)計(jì)教師評(píng)分表 ………………………………………………………………… 39吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 1 摘 要 本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪 圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。按逐板計(jì)算理論板數(shù)為 15。實(shí)際加料位置在第 15 塊板。且經(jīng)過液泛線，漏液線，液相負(fù)荷上限，液相負(fù)荷下限的校核，確定了操作點(diǎn)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(jì) 2 緒 論 精餾塔（ fractionating column）是進(jìn)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(dá)、液泛氣速低、生產(chǎn)能力小。氣量較小時(shí)可避 免過多的漏液，氣量較大時(shí)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(jì)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(diǎn)，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(jì)的高效低壓降塔板，在整個(gè)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(jìn)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)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(diǎn)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(dòng)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(shí)要較全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費(fèi)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(duì)熱敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對(duì)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(jìn) 料 狀況 的 選擇 進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn)料。采用泡點(diǎn)進(jìn)料不僅對(duì)穩(wěn)定操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，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(jìn)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(fèi)用增加。上升蒸汽回流下來的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)制回流。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器 無需支持結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較。因?yàn)樗斃淠鞑灰寻惭b，檢修和清理。由于本次設(shè)計(jì)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(jì) 6 第一章 塔板的工藝的計(jì)算 表 1— 1 苯和甲苯的物理性 質(zhì) 項(xiàng)目 分子式 分子量 沸點(diǎn) 臨界溫度 臨界壓強(qiáng) 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(jì) 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(duì)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(jìn)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(jì) 10 y13=。x14= y15=。 對(duì)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(shí)， ,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(shí)， , 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(duì)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(shí)， 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 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(shí)， , 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(shí)際板數(shù)的計(jì)算 （塊）（塊），提提精精 8 7N2T1,P??????ENNENTPTT ?全塔所需實(shí)際塔板數(shù)： )(291514 塊提精 ????? PPP NNN ，實(shí)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(jì) 12 第二章 精餾塔主要工藝尺寸 的設(shè)計(jì) 操作壓力計(jì)算 塔頂壓強(qiáng) DP =， 每層塔板壓降 Δ P=， 進(jìn)料板壓力 FP =+150 .7=， 塔底壓力 WP =+290 .7= 精餾段平均操 作壓強(qiáng) Pm=(+)/2= 提餾段平均操作壓強(qiáng) pm’ =(+)/2= 全塔平均操作壓力 K P ap ??? 液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力計(jì)算依公式 Lm? = ii???? 計(jì)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 m