【正文】 （ 33） 附錄 （ 35） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 4 課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目：苯 甲苯二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計 設(shè)計條件：常壓 atmP1? （絕壓） 處理量： 185kmol/h 進料組成 餾出液組成 釜液組成 （以上均為摩爾分率） 加料熱狀況 q= 塔頂全凝器 泡點回流 回流比 m in)( RR ?? 單板壓降 ≤ 設(shè)計任務(wù)： 1． 精餾塔的工藝設(shè)計，包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的 設(shè)計計算。 2． 繪制帶控制點的工藝流程圖、精餾塔設(shè)備條件圖 ， 撰寫精 餾塔的設(shè)計說明書 。 本設(shè)計首先確定設(shè)計方案， 再進行主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算 —— 物料衡算、熱量衡算、工藝 參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容，然后通過篩板的流體力學(xué)驗算檢驗本設(shè)計的合理性。 通過本次設(shè)計使自己掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，并且知道化工設(shè)計的格式，在設(shè)計過程中掌握了圖表表達設(shè)計，論文排版，電腦制圖等能力。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 6 第一章 緒論 精餾是分離液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)得到廣泛應(yīng)用。 根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)或間歇的 。 精餾過程其核心為精餾塔， 板式塔類型：氣－液傳質(zhì)設(shè) 備主要分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔 (1813年 )、篩板塔 (1832 年 )，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如 S 型板、浮閥塔板 、 多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。 精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔等。 本設(shè)計采用篩板精餾塔，進行苯 甲苯二元物系的分離，精餾塔，原料預(yù)熱器，蒸餾釜，再沸器及泵等附屬設(shè)備。 ? 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 ? 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 ? 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 7 第二章 流程的設(shè)計及說明 一 加料方式 加料分兩種方式，泵的加料和高位槽加料。本實驗加料用泵加料，泵和自動調(diào)節(jié)裝置配合控制進料。 由于泡點進料時塔的制造比較方便，而其他進料方式對設(shè)備的要求高，設(shè)計起來難度相對大，所以采用泡點進料。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，且本次分離苯和甲苯，制造設(shè)備較為簡單，為節(jié)省資金，選全凝器。 五 加熱方式 采用間接加熱，因為對同一種進料組成，熱狀況及回流比得到相同的鎦出液組成及回收率時，間接加熱所需理論板數(shù)比直接加熱要少一些，本次分離苯和甲苯混合液，所以采用間接加熱。只用在工藝物料的特性或工藝條件特殊時才考慮其他型式。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)鏟平冷卻后送至儲罐。本課程設(shè)計的主要內(nèi)容是過程的物料衡算，熱量衡算，工藝計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核。 ① Ft : 9 8 . 6 1 0 2 . 2 1 0 2 . 23 0 . 0 2 0 . 0 4 5 . 0 2 0 . 0FF tt ???? 得 ? ℃ ② Dt : 8 0 .2 8 1 .2 8 1 .21 0 0 .0 9 5 .0 9 8 .0 9 5DD tt ???? 得 ? ℃ ③ Wt ： 1 1 0 . 6 1 0 6 . 1 1 1 0 . 60 8 . 8 3 0WW tt ???? 得 ? ℃ ④精餾段平均溫度：1 ???℃ ⑤提溜段平均溫度：2 52Fwttt ???℃ ? 相對揮發(fā)度的求取 由 Fx = Fy = FFFFx = 9411xFyy? ? Dx ＝ y D= DDDDDx =11xyy? ? Wx ＝ yW= WWWWWx =11xyy? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 10 精餾段相對揮發(fā)度： FD+= = ??? 提餾段相對揮發(fā)度： FW+= =??? ? 黏度的求取 由 1 ? ℃時查 書“液體黏度共線圖”可得 5 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當 ? ℃時， 6 .aamp s? ? 2 .bamp s? ? 當 Ft =℃時 ， 9 .mp s? ? 8 .mp s? ? 當 ? ℃時， .aamp s? ? .bamp s? ? 根據(jù)液相平均黏度公式 Lm i ilg x lg? ? ? ?? 塔頂液相平均黏度計算 當 Dt ? ℃時 ? ? ? ?L D m L F ml g 0 . 9 8 l g ( 0 . 3 1 ) 1 0 . 9 8 l g 0 . 3 3 0 . 3 0 4 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 進料板液相平均黏度的計算 當 Ft =℃時 ? ? ? ? ? ?L F m L F ml g 0 . 4 5 l g 0 . 2 5 9 1 0 . 4 5 l g 0 . 2 7 8 0 . 2 6 6 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 塔底液相平均黏度的計算 當 ? ℃時 ? ? ? ? ? ?L W m L F m0 . 0 3 l g 0 . 2 1 6 1 0 . 0 3 l g 0 . 2 5 2 0 . 2 5 1 m P a s? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 則液相平均黏度為 Lm (0 . 3 0 4 0 . 2 6 6 0 . 2 5 1 ) / 3 0 . 2 7 3 m P a s? ? ? ? ? ? ? 塔板數(shù)的確定 ? 理論塔層數(shù) NT 的求取 （ 1）相對揮發(fā)度的計算 根據(jù)化學(xué)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＜ ℃。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 11 當 t=81℃時，將 A、 B、 C分別代得：苯 0A 1 2 1 1 . 0 3 3l o g 6 . 0 3 0 5 5 8 1 2 2 0 . 7 9 0p ?? ? 甲苯： 0B 1 3 4 4 . 8l o g 6 . 0 7 9 5 4 8 1 2 1 9 . 4 8 2p ?? ? 則① 0Ap = akp 0Bp = akp ② 0Ap = akp 0Bp = akp ③ 0Ap = akp 0Bp = akp ④ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑤ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑥ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑦ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑧ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑨ 0Ap = akp 0Bp = akp ⑩ 0Ap = akp 0Bp = akp 因為苯 甲苯屬于理想物系所以烏拉爾定律代入 ? = 0Ap / 0Bp 則 1? =同理 α 2= α 3= α 4= α 5= α6= α 7= α 8= α 9= α 10= 則 10 1023 2 .5 1? ? ? ?? ??? ? 本設(shè)計為泡點進料 q= ? ?? ? ?2 . 5 11 1 1 1 . 5 12 4 1 1 . 2 511 FXyXXXqy X Xqq?? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ??? 所以， ??? ?? m i n 0 . 9 8 0 . 6 6 5 1 . 4 10 . 6 6 5 0 . 4 4 1DeeexyR yx? ?? ? ??? 本設(shè)計回流比選?。?minR=2R = 精餾段操作線方程： Dn + 1 n nxRy = x + = 0 . 7 3 8 x + 0 . 2 5 6 5R + 1 R + 1 提餾段操作線方程： 1 0. 01 02nnyx? ?? 相平衡方程： xn=nn yy )1( ?? ?? = ny y? 由逐板法可以求 : 由 1 ? ?? ? ?? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 12 ? ? 第一塊塔板上升氣相組成為 1Dy =x = 從第一塊塔板下降的液體組成 1x = 1y / 1y =? = 由第二塊塔板上升氣相組成為 210. 73 82 0. 25 65 0. 73 82 0. 95 13 0. 25 65 0. 95 87yx? ? ? ? ? ? 同理 2 ? 3 ? 3 ? 4 ? 4 ? 5 ? y6= x6= y7= x7= ＜ qx 因 7x ＜ 9x 所以第 8塊塔板上升氣相組成由提餾段操作線方程計算 則 1. 33 8387 0. 01 02 0. 56 46yx? ? ? 同理 x8= y9= x9= y10= x10= 11y = 11x = 12 ? 12x = 13 ? 13 15 Wxx?? ? 所需總理論板數(shù) : 13 塊 (包括再沸器 ) 精餾段需 6 塊板 提餾段需 7塊板 (2)全塔效率的計算 0 .2 4 50 .4 9 ( ) 0 .5 3 8TLE ?? ??? ? 實際 塔層數(shù)的求取 因此： 精餾段實際板數(shù) 6 1 1 .1 5 1 20 .5 3 8TTNN E? ? ? ? 提餾段實際板數(shù) 7 1 3 .0 1 1 40 .5 3 8TTNN E? ? ? ?（包括塔釜） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計 13 第 四 章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 ? 操作壓強 P 的計算 取每層塔板壓降為 P=,? 則 塔頂壓強 ? 進料板壓強 12 kP aFP ? ? ? ? 塔底壓強 10 1. 3 26 0. 7 11 9. 5k P aWP ? ? ? ? 精餾段平均壓強 1 1 0 1 . 3 1 0 9 . 7 1 0 5 . 522DFmappp k p? ?? ? ? 提餾段平均壓強 2 1 0 9 . 7 1 1 9 . 5 1 1 4 . 622FWppp k p? ?? ? ? ? 操作溫度 塔頂溫度： Dt =℃ 進料溫度： Ft =℃ 塔底溫度： ? ℃ 精餾段平均溫度： 176。2 1 0 4 .1 5 C2FWm ttt ??? ? 物性數(shù)據(jù)計算 ? 平均摩爾質(zhì)量計算 （ 1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由 1 ?? 代入平衡線方程得 1 ? 氣相 0 . 9 8 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 8 ) 9 2 . 1 3 7 8 . 3 9 /V D mM k g k m o l? ? ? ? ? ? 液相 , 0 .