【正文】 y7= x7= ＜xF= y8= x8= y9= x9= y10= x10= y11= x11= y12= x12= y13= x13= = = = = y16= x16= y17= x17=*104 y18=*104 x18=*104＜xw=*104由此可得:y1=xD= , x1= 。塔頂：lgP0 甲醇=A= lgP0 水=A=由此可知，塔頂?shù)南鄬]發(fā)度為αD=P0甲醇/P0水=（其中t=）塔釜： lgP0 甲醇=A=lgP0 水=A= 由此可得塔釜的相對揮發(fā)度αw=P0甲醇/P0水=（其中t=）加料處： lgP0 甲醇=A=lgP0 水=A=由此可得進(jìn)料處的相對揮發(fā)度αF= lgP0 甲醇/ lgP0 水=（其中t=）故==精餾段的平均相對揮發(fā)度：提餾段的平均相對揮發(fā)度： 求最小回流比因飽和液體進(jìn)料，所以其q線方程為：x=，其與平衡線（全塔的α=）的交點(diǎn)為（YP=,xp=)此即最小回流比時操作線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)。s 表24 甲醇、水的液相汽化熱γ溫度，℃60708090100γ甲醇，kJ/kg700775800850885γ水，kJ/kg12451300141014851520因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料，q=1，q線方程：x=xF=，塔釜及進(jìn)料版的溫度塔頂：（xD1）/（）=（）/（） = 解得 =℃進(jìn)料：（）/（）=（）/（） = 解得 =℃塔釜：（xw0）/（）=（tw100）/（） xw= *104 解得 =℃精餾段的平均溫度：t==℃提餾段的平均溫度：t==℃（一）理論塔板數(shù)的求取計算法（逐板計算法、簡捷算法）求平均相對揮發(fā)度l 全塔平均相對揮發(fā)度：取塔頂及塔釜α的平均值。 表23 甲醇、水的液體黏度μ溫度，℃60708090100μL甲醇，mPa篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。操作時，液體由塔頂進(jìn)入，經(jīng)溢流管（一部分經(jīng)篩孔）逐板下降，并在板上積存液層。苯甲苯體系比較容易分離，待處理料液清潔，此次設(shè)計選用篩板塔。圖12全凝器物流流程圖(4)再沸器內(nèi)物流的走向圖注：再沸器內(nèi)加熱蒸汽走殼程，物料走管程。 工藝流程示意圖(1)精餾流程總圖圖11精餾流程總圖(2)原料液的物流走向圖注：F為進(jìn)料液物流；D為塔頂溜出液物流；W為塔底釜液物流。當(dāng)然，塔頂蒸氣可用作低溫系統(tǒng)的熱源，或通入廢熱鍋爐產(chǎn)生低壓蒸汽，供別處使用。采用熱泵技術(shù)可使塔頂蒸氣溫度提高，提高了溫度的蒸氣再用于加熱釜液，使釜液蒸發(fā)的同時，塔頂蒸氣冷凝。上述考慮的是一般原則，實(shí)際回流比還應(yīng)視具體情況選定。當(dāng)R= Rmin時，塔板數(shù)為∞；R＞Rmin后，塔板數(shù)從無限多減至有限數(shù)；R繼續(xù)增大，塔板數(shù)雖然可以減少，但減少速率變得緩慢。但作為課程設(shè)計，要進(jìn)行這種核算是困難的，通常根據(jù)下面3 種方法之一來確定回流比。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸餾釜和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個很重要的問題。對于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量D 一定時，V 的大小取決于回流比。本次設(shè)計以冷夜進(jìn)料方式進(jìn)料。如果實(shí)際操作條件與上述要求不符，是否應(yīng)對進(jìn)料進(jìn)行加熱或冷卻可依據(jù)下列原則定性判斷：(1) 進(jìn)料預(yù)熱的熱源溫度低于再沸器的熱源溫度，可節(jié)省高溫?zé)嵩磿r，對進(jìn)料預(yù)熱有利，但會增加提餾段的塔板數(shù)；(2) 當(dāng)塔頂冷凝器采用冷凍劑進(jìn)行冷卻，又有比較低的冷量可利用時，對進(jìn)料預(yù)冷有利。進(jìn)料為過冷液體：q＞1；飽和液體（泡點(diǎn)）：q＝1；氣、液混合物：0＜q＜1；飽和蒸氣（露點(diǎn)）：q＝0；過熱蒸氣：q＜0。本次設(shè)計采用間接加熱。但由于直接蒸汽加入，對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。 加熱方式塔釜一般采用間接蒸汽加熱，但對塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時的相對揮發(fā)度較大的體系，也可采用直接蒸汽加熱。(3) 真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。 才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸氣時，應(yīng)對低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進(jìn)行比較后，確定適宜的操作方式。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來綜合考慮，一般有下列原則：(1) 壓力增加可提高塔的處理能力，但會增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。限于篇幅，僅對其中一些內(nèi)容作些闡述，其他內(nèi)容可見參考文獻(xiàn)。 設(shè)計方案的內(nèi)容設(shè)計方案包括精餾流程、設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型和操作參數(shù)等的確定。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。因此，設(shè)計時應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些?；亓鞅葘Σ僮髻M(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產(chǎn)過程。 確定設(shè)計方案原則總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)：(1) 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。當(dāng)混合物中各組分的揮發(fā)度相差不大，而又有較高的分離要求時，宜采用精餾。 基本原理在化工、輕工、石油等生產(chǎn)過程中，混合物的分離是生產(chǎn)過程中的重要過程。塔底設(shè)置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。設(shè)計中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送人精餾塔內(nèi)。本設(shè)計任務(wù)為分離苯一甲苯混合物，由于對物料沒有特殊的要求，可以在常壓下操作。使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。第一部分 工藝流程的選擇及示意圖 工藝概述精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。為精餾塔的設(shè)計計算提供了技術(shù)支持和保證。相關(guān)管道尺寸及儲罐等進(jìn)行了計算和選型。同時對精餾的基本結(jié)構(gòu)包括塔的主要尺寸進(jìn)行了計算和選型，對塔頂冷凝器。本設(shè)計是針對工業(yè)生產(chǎn)中的苯—甲苯溶液這一二元物質(zhì)中進(jìn)行苯的提純精餾方案，根據(jù)給出的原料性質(zhì)及組成、產(chǎn)品性質(zhì)及組成，對精餾塔進(jìn)行設(shè)計和物料衡算。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔形的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離中的各種參數(shù)是非常重要的。化工生產(chǎn)常需進(jìn)行二元液相混合物的分離以達(dá)到提純或回收有利用價值組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分液化或多次部分冷凝達(dá)到輕重組分分離目的的方法。同時，通過課程設(shè)計，還可以是學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的科學(xué)作風(fēng)。通過化工原理課程設(shè)計，學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識，進(jìn)行融會貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓(xùn)練。對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計和選型，編寫設(shè)計說明書一份。三、應(yīng)完成的工作量：確定全套精餾裝置的流程，繪制工藝流程示意圖。冷卻水進(jìn)口溫度： 30 ℃，出口溫度自定。操作壓力：常壓。 塔頂易揮發(fā)組分的回收率 %設(shè)備的年實(shí)際生產(chǎn)時間為7200h。原料液中苯含量： 30 %（質(zhì)量）?；ぴ碓O(shè)計概述作者：日期：廣州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院《化工原理》課程設(shè)計精餾塔設(shè)計 設(shè)計項(xiàng)目：甲醇—水混合溶液精餾塔設(shè)計姓名：班級： 學(xué)號：指導(dǎo)教師：鄒漢波設(shè)計日期：2017年1月9日1月20日目錄化工原課程設(shè)計任務(wù)書 …………………………………………………5前言 ………………………………………………………………………7第一部分 工藝流程的選擇及示意圖 ……………………………………8 工藝概述 …………………………………………………………8 ………………………………………………………………8 …………………………………………………………8 設(shè)計步驟 ………………………………………………………………9 ………………………………………………………9 ………………………………………………………………9 …………………………………………………………… 10 ………………………………………………………………10 …………………………………………………………………11 ……………………………………………………………11 ……………………………………………………12第二部分 精餾塔全塔物料衡算 ……………………………………………1塔底產(chǎn)品的摩爾質(zhì)量 ……………………………… 1塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ……………………… 14 ………………………………………………………… 15 ……………………………………………………………… 22第三部分 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 …………………… 24 ……………………………………………………… 24 ……………………………………………………… 25 …………………………………………………… 25 ………………………………………………………… 26 …………………………………………………… 27 …………………………………………………… 28 ………………………………………… 28第四部分 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 ……………………………………… 29 ……………………………………………………29 ……………………………………………………29第五部分 溢流裝置的計算 ……………………………………………………32 溢流堰 …………………………………………………………………34 …………………………………………………………………34 弓形降液管的寬度和橫截面積 ………………………………………34 …………………………………………………35 …………………………………………36第六部分 塔板的流體力學(xué)計算 ……………………………………………43 氣體通過浮閥塔板的壓降 ……………………………………………43 液泛 ……………………………………………………………………46 霧沫夾帶 ………………………………………………………………47 漏液校核 ………………………………………………………………51 塔的負(fù)荷性能圖 ………………………………………………………51第七部分 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………58 …………………………………………………………58 裙座 ……………………………………………………………………58 ……………………………………………………………………59 ……………………………………………………………………60 …………………………………………………………………61 ……………………………………………………………………62 ……………………………………………………………64 ……………………………………………………66 ……………………………………………………………68 …………………………………………………………… 70 ………………………………………………………………70第八部分設(shè)計結(jié)果總結(jié) ……… ……………………………………70參考文獻(xiàn) ………………………………………………………72化工原理課程設(shè)計說明書以及個人總結(jié) …………………………………………………73