【正文】 性物質時，使用結晶法更有利。2 設計內容112 設計內容 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計。 該工藝是將煤焦油中各種流程含萘較高的餾分作為原料，該設計采用已洗酚萘洗三混餾分作為原料，在初餾塔內加熱經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加熱在塔頂分出萘產品，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。單爐雙塔操作工藝要求進料量穩(wěn)定，%，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%。②由于以三混餾分制取萘的質量指標范圍為 95～98%（工業(yè)產品） ，該工藝取精餾塔蒸出萘的回收率大于 95%。因此，原料處理量： %????河北聯(lián)合大學化學工程學院12 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 計算各組分的質量處理量與摩爾處理量。表 21 已洗三混餾分的組成組分 分子式 沸點 /℃ 相對分子質量 質量分 數(shù)% 摩爾分 數(shù)% 質量處理 量 kg/h 摩爾處理量 kmol/h1,2,4三甲苯 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：塔頂餾出物的流量為 D，釜液為 W。表 23 精餾塔原料組成組分 分子式 沸點/℃ 相對分子質量 質量分 數(shù) % 質量處理 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 查相關資料知相對揮發(fā)度數(shù)據(jù)為：451??、=， =1， =， =， = =， =， =。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 * *河北聯(lián)合大學化學工程學院14二甲酚 * *喹啉 * *β甲基萘 二甲基萘 ― 苊 ― 合計 D W物料衡算式為：………………①?????…………②?解得： ，.7Dkmolh?.7kmolh?由此得， ， ，5126d5014w，根據(jù)芬斯克方程知： ..lldwN??????????????????????????????????由 值求中間組分的餾出量的釜液量：m ..???????????????????????? .????????????????????????2 設計內容15 . kmolh????????????????????????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 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。塔底氣相壓為2 設計內容17（絕壓） 。對于這幾種組分設塔頂蒸汽組成。0021P?、 P根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關系式為： 0001211yxyPxyx???、由于相平衡常數(shù) ，故 ，因此，對任一組分而言 。35124NyK???表 27 塔頂組成河北聯(lián)合大學化學工程學院18組分 0iP?yy?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190~200℃。在 190℃下對應的塔頂個組分的飽和蒸汽壓分別為 ， ， ， ，????。y?由于萘在 190℃下相平衡常數(shù) ，而 ，???，且 偏高因此設塔頂溫度為 195℃，則用同樣的方法進行試差iNyK???iy?結果見表 28。%.6??②塔底溫度根據(jù)；液相等溫線方程來確定塔底溫度，設塔底壓力為 P，由于， 000121.niPxPx???2 設計內容19選萘為基準，設萘在塔底溫度下的蒸汽壓力為 ，則用 除上式即可得：??將液相視為理想溶液、氣相為理想氣體，則： 。設塔底溫度為 235℃即： 。x?表 29 塔底組成組分名稱 x0iP?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) 而 ，????誤差為： %?重設塔底溫度為 240℃，則個 及 值列于表 ?表 210 塔底組成組分名稱 x0iP?x四氫化萘 萘 河北聯(lián)合大學化學工程學院20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) ，而170..238NK?，誤差為 ，???.%5??圍因此塔底溫度為 240℃。(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：輕關鍵組分在餾出物和釜液的濃度為：，?Ⅰ ?Ⅰ重關鍵組分在餾出物和釜液的濃度為： ，?Ⅱ ?Ⅱ設 ——四氫化萘在塔頂、塔底相對揮發(fā)度平均值。?② 最小回流比 mR根據(jù)物料數(shù)據(jù)可知： ， ， ，.3DX?Ⅰ .49%fⅠ ?Ⅱ %f?Ⅱ根據(jù)柯爾本法計算公式，計算最小回流比 ????????????????????????????????平 均平 均（3）實際板數(shù)的確定2 設計內容21操作回流比取為： ???則， ???查吉利蘭圖得： .42mN解得： ，?39?取塔板效率 ，則初餾塔實際塔板數(shù)為 。 ???????????????Ⅱ ⅠⅠ Ⅱ1nN???代入數(shù)據(jù)即得：??????????????????1???將上式聯(lián)立解得： ，精餾段實際塔板數(shù)為 ，加料板位置為從上往下數(shù) 37 層塔板。因此設塔頂壓力為 ，（絕壓） 。對于這幾種組分設塔頂蒸汽組成，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 ，與 成平衡的液相組成為 。00451P?、 P根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關系式為：河北聯(lián)合大學化學工程學院220001211PyxyPxyPx???、由于相平衡常數(shù) ，故 ，因此，對任一組分而言 。由于雙塔工藝塔頂蒸汽溫度控制在 左右，設塔頂溫度為 ，在20℃ 20℃下對應的塔頂各物質組成 及 （取以萘為基準，取其 ） ，則各組分20℃ y?1??的 及其 值列于表 211。..615%???2℃② 塔底溫度根據(jù)液相等溫線方程來確定塔底溫度，設塔底壓力為 ，P由于, 000454.niPxPx???選萘為基準，設萘在塔底溫度下的蒸汽壓為 ，則用 除上式即可得：?將液相視為理想溶液、氣相視為理想氣體。1NK?根據(jù)相對揮發(fā)度的定義 。270℃ ℃ x?表 212 塔底組成組分名稱 0iP?x萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 二甲基萘 苊 合計 ― ― 河北聯(lián)合大學化學工程學院24下萘的相平衡常數(shù) ，而 ，270℃ ????誤差為: ，%.???為 。根據(jù)物料衡算平衡數(shù)據(jù)知：輕關鍵組分在餾出物和釜液的濃度為：， 。.?② 最小回流比 mR選 β甲基萘為基準時萘在塔頂、塔底相對揮發(fā)度平均值分別為 ，因此， ==??平 均根據(jù)物料數(shù)據(jù)可知 ， ， ，96DX?Ⅰ %f?Ⅰ ?Ⅱ5.%fX?Ⅱ根據(jù)柯爾本法計算公式，計算最小回流比 ????????????????????????????????平 均平 均（3）實際板數(shù)的確定操作回流比取為： 2 設計內容25則： ?????查吉利蘭圖知 ，則解得： ?8取塔板效率 ，則初餾塔實際塔板數(shù)為0.?.?實（4）進料板位置的確定設精餾段和提留塔板數(shù)分別為 n 和 m，則按 kirkbride 提出的經驗公式求得和 。 塔的工藝負荷計算 初餾塔工藝負荷計算1). 精餾段氣相、液相負荷① 精餾段氣相負荷由于無側線采出按式 計算，而 。 39。?2 設計內容27已洗酚萘洗混合餾分的平均分子量為： ?????式中：112157—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的平均分子量、—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的產率，%根據(jù)平均分子量由平均沸點 與混合物平均分子量的關系圖查得已洗酚萘kt洗混合餾分的平均沸點 ，該工藝的進料溫度取 210℃。39。139。???rct式中：—入塔原料的平均汽化熱 ，39。1t39。39。 kcalg故， 39。 ，39。?℃????39。2139。 .?????????rt提餾段的氣相負荷為： 39。N進——總塔板數(shù)。 ??????氣相重度為： ????39。 339。 39。2???dt查手冊知己進料混合餾分在20℃的比重 ，式中，系數(shù) ?故， ??39。 331..?精餾段、提餾段的氣液相負荷見下表213。 氣相重度 、?39。 . 液相重度 、?39。故RsR2 設計內容29回流狀態(tài)參數(shù)： ??21????rtc式中：—工業(yè)萘汽化勢 ，rkcalg—塔頂氣相溫度，℃，2t—工業(yè)萘回流溫度，℃，1， —工業(yè)萘分別在 0～ ℃和 0～ ℃的平均比熱c2 1t2tkcalg?℃查手冊知r=84kcal/kg。 39。?已洗酚萘洗混合餾分的平均分子量為： ?????式中：1312157—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的平均分子量、—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的產率,%根據(jù)平均分子量由平均沸點 與混合物平均分子量的關系圖查得已洗酚萘kt洗混合餾分的平均沸點 ，該工藝的進料溫度取 235℃。39。139。???rct式中：—入塔原料的平均汽化熱 ，39。1t39。39。 kcalg?℃故， 39。?℃ 39。39。 39。..2 設計內容31進料層氣相壓力： ?????進頂?shù)?底 實NP式中：——進料板層數(shù)。實因此 ??.=???PkPa在進料塔板狀態(tài)下氣相流量為： 39。39。..6856??????????ssMF kgm② 提餾段液相負荷液相負荷按下式計算： 39。?????液相重度： ，??39。 ?????L kgm提餾段液相體積流量： 39。表214 不同區(qū)域的液相、氣相計算值名稱 精餾段 提餾段氣相流量 、sV39。 4kgkgm液相流量 、sL39。 86km52k河北聯(lián)合大學化學工程學院32 塔尺寸的計算 初餾塔尺寸的計算1). 塔徑的計算① 精餾段塔徑計算按Smith 法計算最大空塔速度： ，其中maxLVWC????????????C式中——計算物料的負荷系數(shù)，C?——液體表面張力為 時物系的Smith 系數(shù)。?酚油在塔頂溫度195℃下的表面張力，按下式計算，??11????ttt其中， —校正系數(shù)查手冊知，酚油在100℃下表面張力 ，??????????則，. ?????????????最大空塔速度為： max ???????設計采用空塔氣速為： ，??~精餾塔徑： ????2 設計內容33② 提餾段塔徑計算按Smith 法求最大空速 ,39。39。max39。39。.67C?100℃下查得酚油、工業(yè)萘、洗油的表面張力分別為： ,， ,。????? ?39。 64C?????????????最大空塔速度為： max39。39。39。表215 不同區(qū)域的液相、氣相計算值計算值項目精餾段 提餾段塔徑/m 板間距/m 空塔速度 m/s 2). 初餾塔有效高度的計算板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計算 1????????TNZHEZ——板式塔的有效高度，mNT——塔內所需的理論板層數(shù)ET——總板效率HT——塔板間距，m則： ??????????Z 精餾塔尺寸的計算1. 塔徑的計算① 精餾段塔徑計算按 Smith 法計算最大空塔速度： ，maxLVWC????式中： ????????——