苯甲苯精餾塔工藝設(shè)計(jì).doc

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1、2015 屆 題 目 苯—甲苯精餾塔設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 小組成員 指導(dǎo)教師 完成日期 2012 年 3 月 28 日 化工原理課程設(shè)計(jì) 班級(jí) 專(zhuān)業(yè) 姓名 日期 2015-12-26 1、設(shè)計(jì)題目： 苯—甲苯填料精餾塔工藝設(shè)計(jì) 2、設(shè)計(jì)要求： （1）學(xué)生應(yīng)在教師指導(dǎo)下按時(shí)完成所規(guī)定的內(nèi)容和工作量，最好是獨(dú)立 完成。 （2）選題有一定的理論意義與實(shí)踐價(jià)值，必須與所學(xué)專(zhuān)業(yè)相關(guān)。 （3）主題明確，思路清晰。 （4）文獻(xiàn)工作扎實(shí)，能夠較為全面地反映論文研究領(lǐng)

2、域內(nèi)的成果及其最 新進(jìn)展。 （5）格式規(guī)范，嚴(yán)格按系部制定的論文格式模板調(diào)整格式。 （6）所有學(xué)生必須在 月 日之前交論文初稿。 3、論文（設(shè)計(jì)）日期：任務(wù)下達(dá)日期 2012-2-20 完成日期 2012-3-28 4、指導(dǎo)教師簽字： 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）成 績(jī) 評(píng) 定 報(bào) 告 序 號(hào) 評(píng)分指標(biāo) 具 體 要 求 分?jǐn)?shù)范圍 得 分 1 學(xué)習(xí)態(tài)度 努力學(xué)習(xí)，遵守紀(jì)律，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)，按期完成規(guī)定的任務(wù)。 0—10分 調(diào)研論 證 能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及從事其它形式的調(diào)研，能 較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整 理各類(lèi)信息并從

3、中獲取新知識(shí)的能力。 0—15分 綜合能 力 論文能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，有一定見(jiàn)解和實(shí)用 價(jià)值。 0—25分 2 能 力 與 質(zhì) 量 論文 （設(shè)計(jì)） 質(zhì)量 論證、分析邏輯清晰、正確合理， 0—20分 3 工作量 內(nèi)容充實(shí)，工作飽滿(mǎn)，符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求。繪圖(表 )符合要求。 0— 15分 4 撰寫(xiě)質(zhì)量 結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語(yǔ)符合技術(shù)規(guī)范，圖表清楚，字跡工整，書(shū)寫(xiě)格式規(guī)范， 0— 15分 合計(jì) 0—100分 評(píng)語(yǔ)： 成 績(jī)： 評(píng)閱人（簽名）： 日 期： 畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 自 述 情 況 清 晰 、 完 整

4、流 利 簡(jiǎn) 練 清 晰 完 整 完 整 熟 悉 內(nèi) 容 基 本 完 整 熟 悉 內(nèi) 容 不 熟 悉 內(nèi) 容 回 答 問(wèn) 題 提 出 問(wèn) 題 正 確 基 本 正 確 有 一 般 性 錯(cuò) 誤 有 原 則 性 錯(cuò) 誤 沒(méi) 有 回 答 答辯小組評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)： 答辯委員會(huì)綜合成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 題目:苯-甲苯精餾塔設(shè)計(jì) （一）設(shè)計(jì)題目 某化工廠(chǎng)擬采用一板式塔分離苯－甲苯混合液。已知：生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 9000 噸 99%的苯產(chǎn)品；進(jìn)精餾塔的料液含苯 70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為甲苯；塔頂?shù)?苯含量至少為 99%；殘

5、液中苯含量不高于 0.2%；料液初始溫度為 30℃ 試根據(jù)工藝要求進(jìn)行： 板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì)； （二）操作條件 1.塔頂壓力 4kPa（表壓） 2.進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料 3.回流比 1.8 倍最小回流比 4.單板壓降 ≤0.7kPa。 （三）塔板類(lèi)型 板式塔 （四）工作日 每年工作日為 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 （五）主要物性數(shù)據(jù) 1.苯和甲苯體系可按理想液體混合物 2.安托萬(wàn) InPi0=Ai- Antoine 公iCTB? 表 苯和甲苯的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58 苯-甲苯精餾

6、塔工藝設(shè)計(jì) 摘要：本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯—甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè) 計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷 凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物 系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 1.8 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng) 冷卻后送至儲(chǔ)罐。通過(guò)對(duì)精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)和物料衡算等方面的計(jì)算，進(jìn)一步加深了對(duì)化工原理、石 油加工單元過(guò)程原理等的理解深度，開(kāi)闊了視野，提高了計(jì)算、繪圖、計(jì)算機(jī)的使用等方面的知識(shí) 和能力，為今后在工作中進(jìn)一步發(fā)揮作用打下了良好的基礎(chǔ)。 關(guān)

7、鍵詞：二元混合物，分離物系，連續(xù)精餾 目錄 1 精餾方案的說(shuō)明 ..............................................1 1.1 操作壓力 .............................................................1 1.2 進(jìn)料狀態(tài) .............................................................1 1.3 采用強(qiáng)制回流（冷回流） ...............................................1 1.4 塔釜加熱方式、

8、加熱介質(zhì) ...............................................1 1.5 塔頂冷凝方式、冷卻介質(zhì) ...............................................1 1.6 流程說(shuō)明 .............................................................1 1.7 篩板塔的特性 ........................................................2 1.8 生產(chǎn)性質(zhì)及用途 ............................

9、...........................2 1.8.1 苯的性質(zhì)及用途 ...................................................2 2 精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................4 2.1 精餾塔物料衡算 .......................................................4 2.1.1 計(jì)算 、 、 ..................................................4DxWF 2.1.2 原料液

10、及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ..............................4 2.1.3 進(jìn)料量 F 塔頂餾出液 D 塔底殘留液 W 的計(jì)算 .........................4 2.2 相對(duì)揮發(fā)度及 X-Y關(guān)系 .................................................5 2.3 氣液相密度計(jì)算 .......................................................6 2.4 回流比的確定 .............................................

11、............7 2.5 操作線(xiàn)方程 ...........................................................8 2.5.1 精餾段操作線(xiàn)方程 ..................................................8 2.5.2 提留段操作線(xiàn)方程 ..................................................8 2.6 理論塔板數(shù)的確定 .....................................................8 2.6.1 物料流量 ..

12、........................................................8 2.6.2 塔板數(shù)的計(jì)算 ......................................................9 3 精餾塔塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...................................11 3.1 精餾段工藝尺寸的計(jì)算 ................................................11 3.1.1 塔徑、塔高的計(jì)算 .................................

13、................11 3.1.2 溢流裝置的設(shè)計(jì) ...................................................11 3.1.3 塔板板面布置 .....................................................12 3.2 提餾段工藝尺寸的計(jì)算 ................................................13 3.2.1 塔徑、塔高的計(jì)算 .................................................13 3.2.2 溢流裝置的

14、設(shè)計(jì) ...................................................14 3.2.3 塔板板面布置 .....................................................14 4 塔的流體力學(xué)驗(yàn)算 .......................................................15 4.1 精餾段塔板校核 ......................................................15 4.1.1 降液管液泛 ........................

15、...............................15 4.1.2 降液管液體停留時(shí)間 .............................................16? 4.1.3 液沫夾帶 .........................................................16 4.1.4 漏夜 .............................................................16 4.2 提餾段塔板校核 .............................................

16、.........17 4.2.1 降液管液泛 .......................................................17 4.2.2 降液管液體停留時(shí)間 .............................................18? 4.2.3 液沫夾帶 .........................................................18 4.2.4 漏夜 .............................................................18 第 5 章 負(fù)荷性

17、能圖計(jì)算 .........................................................................................................19 5.1 精餾段氣液流量的流體力學(xué)上下限線(xiàn) ....................................19 5.1.1 漏液線(xiàn) ...........................................................19 5.1.2 液體流量下限線(xiàn) .........................................

18、..........19 5.1.3 液體流量上限線(xiàn) ...................................................20 5.1.4 過(guò)量霧沫夾帶線(xiàn) ...................................................20 5.1.5 液泛線(xiàn) ...........................................................20 5.1.6 塔板工作線(xiàn) .......................................................22 5.2 提餾段氣液

19、流量的流體力學(xué)上下限線(xiàn) ....................................22 5.2.1 漏液線(xiàn) ...........................................................22 5.2.2 液體流量下限線(xiàn) ...................................................23 5.2.3 液體流量上限線(xiàn) ...................................................23 5.2.4 過(guò)量霧沫夾帶線(xiàn) ...........................

20、........................23 5.2.5 液泛線(xiàn) ...........................................................24 5.2.6 塔板工作線(xiàn) .......................................................25 6 主要 設(shè)計(jì)結(jié)果總匯 ............................................27 7 總結(jié) ...................................................................

21、28 參考文獻(xiàn) .................................................................29 符號(hào)說(shuō)明 .................................................................30 致謝 .....................................................................31 附錄 精餾塔裝配圖 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 精餾方案的說(shuō)明 本精餾方案適用于工業(yè)生產(chǎn)中苯-甲苯溶液二元物系中進(jìn)行苯的提純。精餾塔苯塔 的產(chǎn)品要求

22、純度很高，達(dá) 99.9％以上，而且要求塔頂、塔底產(chǎn)品同時(shí)合格，以及兩塔 頂溫度變化很窄(0.02℃)，普通的精餾溫度控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)要求。故在實(shí)際生產(chǎn)過(guò) 程控制中只有采用靈敏板控制才能達(dá)到要求。故苯塔采用溫差控制。 1.1 操作壓力 精餾操作在常壓下進(jìn)行，因?yàn)楸椒悬c(diǎn)低，適合于在常壓下操作而不需要進(jìn)行減壓 操作或加壓操作。同時(shí)苯物系在高溫下不易發(fā)生分解、聚合等變質(zhì)反應(yīng)且為液體（不 是混合氣體） 。所以，不必要用加壓或減壓精餾。另一方面，加壓或減壓精餾能量消耗 大，在常壓下能操作的物系一般不用加壓或減壓精餾。 1.2 進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)直接影響到進(jìn)料線(xiàn)（q 線(xiàn)） 、操作線(xiàn)和平衡關(guān)系的相對(duì)位置，對(duì)

23、整個(gè)塔的 熱量衡算也有很大的影響。和泡點(diǎn)進(jìn)料相比：若采用冷進(jìn)料，在分離要求一定的條件 下所需理論板數(shù)少，不需預(yù)熱器，但塔釜熱負(fù)荷（一般需采用直接蒸汽加熱）從總熱 量看基本平衡，但進(jìn)料溫度波動(dòng)較大，操作不易控制；若采用露點(diǎn)進(jìn)料，則在分離要 求一定的條件下，所需理論板數(shù)多，進(jìn)料前預(yù)熱器負(fù)荷大，能耗大，同時(shí)精餾段與提 餾段上升蒸汽量變化較大，操作不易控制，受外界條件影響大。 泡點(diǎn)進(jìn)料介于二者之間，最大的優(yōu)點(diǎn)在于受外界干擾小，塔內(nèi)精餾段、提餾段上 升蒸汽量變化較小，便于設(shè)計(jì)、制造和操作控制。故，此設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。 1.3 采用強(qiáng)制回流（冷回流） 采用冷回流的目的是為了便于控制回流比，回流方式對(duì)回流溫

24、度直接影響。 1.4 塔釜加熱方式、加熱介質(zhì) 塔釜采用列管式換熱器作為再沸器間接加熱方式，加熱介質(zhì)為水蒸汽。 1.5 塔頂冷凝方式、冷卻介質(zhì) 塔頂采用列管式冷凝冷卻器，冷卻介質(zhì)用冷卻水。 1.6 流程說(shuō)明 本精餾方案采用節(jié)能型強(qiáng)制回流進(jìn)行流程設(shè)計(jì)，并附有在恒定進(jìn)料量、進(jìn)料組成 和一定分離要求下的自動(dòng)控制系統(tǒng)以保證正常操作。 精餾過(guò)程：30℃原料液從原料罐經(jīng)進(jìn)料泵進(jìn)入原料換熱器 E102 再經(jīng)原料預(yù)熱器進(jìn) 行預(yù)熱進(jìn)一步預(yù)熱至泡點(diǎn)（97.65℃，加熱介質(zhì)為水蒸汽） ，溫度升至約 97.65℃,從進(jìn)料 口進(jìn)入精餾塔 T101 進(jìn)行精餾，塔頂氣溫度為 81.52℃部分冷凝后的氣液混合物進(jìn)入塔 頂冷卻器

25、（冷卻介質(zhì)為冷卻水） ，冷凝后的物料進(jìn)入回流罐 V102，然后再通過(guò)回流泵， 將料液一部分作為回流也打入塔頂，另一部分作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)品冷卻器進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ) 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 罐 V103，再經(jīng)產(chǎn)品泵 P104/AB 輸送產(chǎn)品。塔釜內(nèi)液體一部分進(jìn)入再沸器 E103，經(jīng)水蒸 汽加熱后，回流至塔釜，另一部分與原料換熱器換熱后排入甲苯儲(chǔ)罐。在整個(gè)流程中， 所有的泵出口都裝有壓力表，所有的儲(chǔ)槽都裝有放空閥，以保證儲(chǔ)槽內(nèi)保持常壓。 1.7 篩板塔的特性 篩板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的 60%左右，為浮閥塔的 80%左右； （2）在相同條件下，

26、生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%-40%； （3）塔板效率較高，比泡罩塔高 15%左右，但稍低于浮閥塔； （4）氣體壓力降較小，每板壓力降比泡罩塔約低 30%左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是：小孔篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的 料液。 1.8 生產(chǎn)性質(zhì)及用途 1.8.1 苯的性質(zhì)及用途 苯是一種易燃、易揮發(fā)、有毒的無(wú)色透明液體，易燃帶有特殊芳香氣味的液體。 分子式 C6H6，相對(duì)分子量 78.11，相對(duì)密度 0.8794(20℃)，熔點(diǎn) 5.51℃，沸點(diǎn) 80.1℃， 閃點(diǎn)-10.11 ℃( 閉杯)，自燃點(diǎn) 562.22℃，蒸氣密度 2.77kg/m3，蒸氣壓 13.33kPa(26.1

27、℃)， 標(biāo)準(zhǔn)比重為 0.829。蒸氣與空氣混合物爆炸限 1.4%～8.0%。不溶于水，與乙醇、氯仿、 乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇熱、明火易燃燒、爆炸。能 與氧化劑，如五氟化溴、氯氣、三氧化鉻、高氯酸、硝酰、氧氣、臭氧、過(guò)氯酸鹽、 (三氯化鋁+過(guò)氯酸氟)、(硫酸+高錳酸鹽)、過(guò)氧化鉀、(高氯酸鋁+乙酸)、過(guò)氧化鈉發(fā) 生劇烈反應(yīng)，不能與乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成樹(shù)脂、合 成纖維、藥物和農(nóng)藥等的重要原料，也可用作動(dòng)力燃料及涂料、橡膠、膠水等溶劑。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：見(jiàn)表 1－1。 表 1-1 純苯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2283-93） 指標(biāo)項(xiàng)目 特級(jí) 一級(jí) 二級(jí) 三

28、級(jí) 外觀(guān) 室溫（18~25 ℃）下透明液體，不深于每 1000mL 水中含有 0.003g 重鉻酸鉀溶液的顏色 密度（20℃） /kg/m3 沸程/℃ 大氣壓下（80.1℃） 酸洗比色 876~880 <0.7 <0.15 5.2 876~880 <0.8 <0.20 5.0 875~880 <0.9 <0.30 4.9 874~880 <1.0 <0.40 <0.40 - 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 1.8.2 甲苯 的性質(zhì) 甲苯有強(qiáng)烈的芳香氣味，無(wú)色有折射力的易揮發(fā)液體,氣味似苯。分子式 C7H8，相 對(duì)分子質(zhì)量 92.130，相對(duì)密度 0.866(20℃/4℃)，熔點(diǎn) -

29、95～-94.5℃，沸點(diǎn) 110.4℃，閃 點(diǎn) 4.44℃(閉杯)，自燃點(diǎn) 480℃，蒸氣密度 3.14 kg/m3，蒸氣壓 4.89kPa(30℃) 比重 D 4℃ 20℃ 、0.866， ，蒸氣與空氣混合物的爆炸極限為 1.27%～7%。幾乎不溶于水，與乙醇、 氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇熱、明火或氧化劑易著火。遇明火或 與(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸銀、三氟化溴、六氟化鈾等物質(zhì)反應(yīng)能引起爆炸。 流速過(guò)快(超過(guò) 3m/s)有產(chǎn)生和積聚靜電危險(xiǎn)。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及還 原等方法之前染料、醫(yī)藥、香料等中間體及炸藥、精糖。由于甲苯的結(jié)晶點(diǎn)很低，故 可用作航空燃料及

30、內(nèi)燃機(jī)燃料的添加劑。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：見(jiàn)表 1－2。 表 1-2 甲苯質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T2284-93） 溴價(jià)/(g/100mL) 結(jié)晶點(diǎn)/℃ 二硫化碳 /(gBr/100mL) 噻吩/(g/100mL) <0.005 <0.04 <0.006 <0.04 - - - - 中性實(shí)驗(yàn) 中性 水分 室溫（18~20℃）下目測(cè)無(wú)可見(jiàn)不溶水 指標(biāo)項(xiàng)目 特級(jí) 一級(jí) 二級(jí) 外觀(guān) 室溫（18~25 ℃）下透明液體，不深于每 1000mL 水中含有 0.003g 重鉻酸鉀溶液的顏色 密度（20℃）/(kg/m 3) 沸程/℃ 大氣壓下（110.6℃） 酸洗比色 溴價(jià)/（gBr/100mL） 863~8

31、68 <0.7 <0.15 <0.1 861~868 <0.9 <0.20 <0.2 860~870 <2.0 <0.30 <0.3 中性實(shí)驗(yàn) 中性 水分 室溫（18~20 ℃）下目測(cè)無(wú)可見(jiàn)不溶水 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 2 精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 精餾塔物料衡算 操作物質(zhì)為苯—甲苯混合物，計(jì)算各個(gè)物性常數(shù)見(jiàn)表 2-1 表 2-1 苯-甲苯物性常數(shù) 物質(zhì) 摩爾質(zhì)量 (Kg/mol) 臨界溫度 (k) 進(jìn)口質(zhì)量組 成(%) 塔釜出口組 成(%) 塔頂出口組 成(%) 苯 78 562.16 70 0.2 99 甲苯 92 591.79 30 99.8 1 已知: D=9

32、000 噸/年 7.0?F?9.D02.?W? 2.1.1 計(jì)算 、 、DxW 根據(jù)公式 ABAM??? 9780.152Dxkmol?? ..360987Wxkl .53892Fxkmol?? 2.1.2 原料液及塔頂、塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 +-0.7358+(1-0.735)92=81.7FFMxxMkgmol???苯 甲 苯（ 1） D9/D????苯 甲 苯（ ） W-.26(.6)Wxx kl苯 甲 苯（ ） 2.1.3 進(jìn)料量 F 塔頂餾出液 D 塔底殘留液 W 的計(jì)算 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 3

33、9016/7824Dkgh??? ()16(0.95.236)1.73 FWDFx kgh????? 則: 2../kgh?? 2.2 相對(duì)揮發(fā)度及 x-y 關(guān)系 因純苯塔操作屬于常壓操作，兩組分的物理化學(xué)性質(zhì)特別是兩組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)比 較接近，所以該混合物為完全理想體系。 由 ， 且相對(duì)揮發(fā)度BApx???Apxy?? ABp??? 根據(jù) Antoine 公式0lniiiPTC? 查得：苯和甲苯的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2-2 表 2-2 苯和甲苯的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) A B C 苯 6.898 1206.35 220.24 甲苯 6.953 1343.94 219.58 所以在

34、101.3Kpa 下, ,80.1ATC??0.6B? 由手冊(cè)[1]查的苯-甲苯系的氣液平衡數(shù)據(jù)： 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 表 2-3 苯—甲苯氣液平衡[苯（101.3KPa）/%（mol）] 溫度 TC?飽和蒸汽壓 Ap飽和蒸汽壓 Bpxy相對(duì)揮發(fā)度 ? 80.1 101.3 38.9 1.000 1.000 2.60 84 114.1 44.5 0.816 0.919 2.56 88 128.4 50.8 0.651 0.825 2.53 92 144.1 57.7 0.504 0.717 2.49 96 161.3 65.6 0.373 0.514 2.46 100 180.0 74

35、.1 0.257 0.457 2.43 104 200.2 83.6 0.152 0.300 2.40 108 222.3 94.0 0.057 0.125 2.34 110.6 237.7 101.3 0 0 2.35 由上數(shù)據(jù)可繪出和 t-x-y 圖。 圖 2-1 苯甲苯體系 t-x-y 圖 所以 12.46mn??? 運(yùn)用內(nèi)差法可求得 ， ，80.6DTC??10.5WT?8FTC? 2.3 氣液相密度計(jì)算 （1）塔頂 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 ①氣相 310.3782.698.4(25.)gDPMkgmRT????? ②液相 已知 下20C? 表 2-4 苯-甲苯物

36、性數(shù)據(jù) 密度 0?體積膨脹系數(shù) ? 苯 3879kgm4112.0C??? 甲苯 69? 3041817.61()12.0(.620)LDA kgmtC???? ????? 304187.4().9(.)LBt?? 3817.65605D kg?????? （2）塔底 ①氣相 31.3782.488.4(250)gWPMkmRT ②液相 30419790.().(.5)LA kgtC???? ????? 30418678.21()1.0(.)LWB mt???? 378.32679(.239kg????? （3）進(jìn)料板

37、 3041881.51()12.0(620)LFA kmtC????? 30417.().9()LFB gt?????? 3812.57380.358.k?? 2.4 回流比的確定 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 精餾塔操作是在某一適宜回流比下進(jìn)行的，適宜回流比的數(shù)值在全回流與最小回 流比的數(shù)值之間，一般取 ，此處取min(1.2)R?:min1.8R? 已知： 2.46m?? 泡點(diǎn)進(jìn)料， 1q0.735qFxkol????2.4607350.871311.mqyx????????? 最小回流比： in0.95.8.273DqyR min1.8.21.??? 2

38、.5 操作線(xiàn)方程 2.5.1 精餾段操作線(xiàn)方程 11.570.915.60.38DnnnnxRyxx??????? 已知 1.57R?95.0Dx2.46m? L.7051kol/h? ???1..2/VRml??? 334.289.0.6DgMs? 2.5.2 提留段操作線(xiàn)方程 1mwLWyxV??? 泡點(diǎn)進(jìn)料 q /25.1.604.72/4/LFkmolhVkolh??? 1 .5.1.360.124mwmmWyxxx???? 2.6 理論塔板數(shù)的確定 2.6.1 物料流量 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 78.1+==02DFMkgm

39、ol??精 96.W提 （1）精餾段 3341.280=0.469+5gVhs????精精 343.=2.76.91817sLMms??精精 （2）提餾段 3341.286.9=0.9+5gVhs?????提提 33.7.71.48921sLMms?? ?精精 2.6.2 塔板數(shù)的計(jì)算 （1）因全回流操作所需的理論塔板數(shù)最少，故可用芬斯克方程求解： （不包括再沸器）min 10.9150.236lglg1l l.4WDmxN???????????????????????????????????? 根據(jù)吉利蘭關(guān)聯(lián)圖（《化工原理》下冊(cè) 圖

40、 7-45） min0.271R???min0.372N??? 可知 N=19（不包括再沸器） 由表 2-3 可繪出 x-y 圖 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 圖 2-2 理論板數(shù)圖解法示意圖 如圖所示,塔內(nèi)理論板數(shù)為 12 塊,精餾段 3 塊,提餾段為 8 塊,第 4 塊為進(jìn)料板。 查資料： 0.45.291+0.375.22iiMpasxMpas????????????塔 頂進(jìn) 料 板塔 底精 餾提 餾 （ .4）（ 29） 所以 10.348Lixpas?全 塔 （ 0.375） 查圖精餾塔全塔效率關(guān)聯(lián)圖（《化工原理》下冊(cè) 8-10 圖） ，2.468.L??

41、?? 所以全塔效率 0.5E 可知實(shí)際塔板數(shù) PN0124.5T? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 3 精餾塔塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 精餾段工藝尺寸的計(jì)算 3.1.1 塔徑、塔高的計(jì)算 已知條件計(jì)算兩相流動(dòng)參數(shù) 2.4781.50336slLVgF??? 取 ， ，則分離空間為40.THm?0.hm4.4TL?? 查液體表面張力共線(xiàn)圖得： 0.2391+0.237iNmx Nm?????塔 頂進(jìn) 料 板精 餾 （ 0.234.9） 查史密斯關(guān)聯(lián)圖（《化工原理》下冊(cè) 8-13 圖）： ，因表面張力的差異，氣20.C 體負(fù)荷因子的矯正為 20. 0.273.()()C??? 最

42、大允許速率為 max 814.52670.731./LgCms??????? 取空塔速率為最大允許速率的 0.7 倍，則空塔速率為max0.7.12.9us? 則塔徑 D 為 4.340.719gVmu??? 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 0.8m 當(dāng)塔徑為 1m 時(shí)，其板間距可取 400mm。因此，所設(shè)板間距可用。 3.1.2 溢流裝置的設(shè)計(jì) 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 對(duì)平直堰，選堰長(zhǎng)與塔徑之比為 0.70，于是堰長(zhǎng)為0.7.08.56WlDm???2.52.5416LVl 查液流收縮系數(shù)圖（《化工原理》下冊(cè) 8-15 圖） ，得 ，1.0E?? 即 2323.470.840.865L

43、OWWh ml??????????????? 于是 .6..L? 取 05214hm223.08.54TADm???? 根據(jù) ，查弓形降液管的寬度與面積圖（《化工原理》下冊(cè) 8-17 圖）確定降液.7WlD 管橫截面積 ，f 0.9fTA? 即 2..054.fTm?? 3.1.3 塔板板面布置 取 0.7,.05scWm? 查弓形降液管的寬度與面積圖（《化工原理》下冊(cè) 8-17 圖）確定 ，即0.15dWD?.10.58.12dWDm???()(0.5).232dsx????..3cr 即 22(arcsin)a XAXr??2222 0

44、.230.3.5)(0.3(.5arcsin)185m???? 篩孔按正三角形排列，取孔徑 ， ，得.od?/.7otDd? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 開(kāi)孔率 2210.97()0.97()0.1.odt????? 篩孔率 2231.5.6(.)aAnt 篩孔總面積 0.0am???? 3.2 提餾段工藝尺寸的計(jì)算 3.2.1 塔徑、塔高的計(jì)算 已知條件計(jì)算兩相流動(dòng)參數(shù) 5.078.4061392slLVgF??? 取 ， ，則分離空間為40.THm?.6hm040.4TL?? 查液體表面張力共線(xiàn)圖得： .215039+0.27iNmx Nm?????塔 底進(jìn)

45、料 板提 餾 （ 0.215.39） 查史密斯關(guān)聯(lián)圖（《化工原理》下冊(cè) 8-13 圖）： ，因表面張力的差異，氣20.C 體負(fù)荷因子的矯正為 20. 0.274.()()C??? 最大允許速率為 max 80.4257.71.3/LgCms??????? 取空塔速率為最大允許速率的 0.7 倍，則空塔速率為max0.7.130.9us? 則塔徑 D 為 4..743109gVmu??? 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 0.8Dm? 當(dāng)塔徑為 1m 時(shí)，其板間距可取 400mm。因此，所設(shè)板間距可用。 3.2.2 溢流裝置的設(shè)計(jì) 對(duì)平直堰，選堰長(zhǎng)與塔徑之比為 0.65，于是堰長(zhǎng)

46、為0.65.08.52Wl m???2.52.57LVl 查液流收縮系數(shù)圖（《化工原理》下冊(cè) 8-15 圖） ，得 ，1.04E?? 即 23235.70.840.84LOWWh ml??????????????? 于是 .6.1.L? 取 0471235hm22.408.54TADm???? 根據(jù) ，查弓形降液管的寬度與面積圖（《化工原理》下冊(cè) 8-17 圖）確定降.65WlD 液管橫截面積 ，f0.15fTA? 即 2..054.7fTm?? 3.2.3 塔板板面布置 取 0.7,.05scWm? 查弓形降液管的寬度與面積圖（《化工原理》下冊(cè)

47、 8-17 圖）確定 ，即0.13dWD?.130.8.10dWDm???()(.7).2522dsx????.5.3cr 即 22(arcsin)a XAXr??2222 0.250.5.3)(0.5(.3arcsin)183m???? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 篩孔按正三角形排列，取孔徑 ， ，得2.5odm?/3.06otDd? 開(kāi)孔率 210.97()097()97.0.t?? 篩孔率 221.5.654(.)aAnt 篩孔總面積 0.9703a m???? 塔高 (1)(24).0.92PTZNH? 4 塔的流體力學(xué)驗(yàn) 4.

48、1 節(jié) 精餾段塔板校核 4.1.1 降液管液泛 取板厚 ，查干板孔流系數(shù)圖6.0/?od?0.72oC?0.349.5/6goVumsA 干板壓降 2 20112.679.50.32.84VdLuh mC?????????????????? 30..524.gaTfu sA?? 故氣相動(dòng)能因子 ??0.50. .5.8671agFkg????: 查充氣系數(shù) 和動(dòng)能因子 間之關(guān)系圖（《化工原理》下冊(cè) 8-19 圖）確定充氣系數(shù)?0.62? 計(jì)算氣體通過(guò)塔板的壓降 Ph0.362.0.7dL m?????液 注 計(jì)算液體通過(guò)塔板的壓降 r 2450.91.153.538.10072L

49、rWVhlh???????????????????? 液 注 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 計(jì)算降液管內(nèi)清液層高度 ，并取泡沫相對(duì)密度 ，dH0.5?? 0.76841.3PLrh m????? 而 .45232TW 可見(jiàn) ＜ ，滿(mǎn)足要求。dH??1 降液管內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛。 4.1.2 降液管液體停留時(shí)間 ?0.45.139.6fdLAHsV??? 即： ，可見(jiàn)停留時(shí)間足夠，不會(huì)發(fā)生氣泡夾帶現(xiàn)象。9.65s??? 4.1.3 液沫夾帶 63.25.710()vTfueHh???? 63.25.710()5gTfLVAh? 3.26.4.02376???????

50、??? ./0.1/kgkg?液 體 干 氣 體 液 體 干 氣 體 可見(jiàn)液沫夾帶量可以允許。 4.1.4 漏夜 計(jì)算克服液體表面張力的作用引起的壓降 h? 440.2370.69.819.815Loh md???????液 注 計(jì)算漏夜點(diǎn)氣速 OWu ??0.6.34. LLoVhC?????? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 ??0.56.130.6807.4214.722ms?????? 9.01.5~47owuK?（ ） 可見(jiàn)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象。 4.2 節(jié) 提餾段塔板校核 4.2.1 降液管液泛 取板厚 ，查干板孔流系數(shù)

51、圖6.0/?od?0.81oC?0.392./goVumsA 干板壓降 2011.571.0.3729.8048VdLuh mC?????????????????? 3..524.gaTfu sA?? 故氣相動(dòng)能因子 ??0.50.0.5.1716agFkgm????: 查充氣系數(shù) 和動(dòng)能因子 間之關(guān)系圖（《化工原理》下冊(cè) 8-19 圖）確定充氣系數(shù)?0.62? 計(jì)算氣體通過(guò)塔板的壓降 Ph0.37.620.74dL m?????液 注 計(jì)算液體通過(guò)塔板的壓降 r23401..153.539.01025LrWVhlh???????????????????? 液 注 計(jì)算降液管內(nèi)清液

52、層高度 ，并取泡沫相對(duì)密度 ，dH.?4.74.69139dPLr m??? 而 00.22TWh? 可見(jiàn) ＜ ，滿(mǎn)足要求。dH??12TWh 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 降液管內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛。 4.2.2 降液管液體停留時(shí)間 ? 0.75.13497.2()fdsAHsL??? 即： ，可見(jiàn)停留時(shí)間足夠，不會(huì)發(fā)生氣泡夾帶現(xiàn)象。7.23(~5)s??? 4.2.3 液沫夾帶 63.2.710()vTfueHh???? 63.2.65.()50.9.7147026./.1/gTfLVAkgkg??????????

53、??液 體 干 氣 體 液 體 干 氣 體 可見(jiàn)液沫夾帶量可以允許。 4.2.4 漏夜 計(jì)算克服液體表面張力的作用引起的壓降 h? 440.270.59.819.81Loh md???????液 注 計(jì)算漏夜點(diǎn)氣速 OWu ??0.56.34. LLoVhC?????? ?.0.16.058.4.81275ms?? 2..5~8owuK?（ ） 可見(jiàn)不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液現(xiàn)象。 5 負(fù)荷性能圖計(jì)算 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 5.1 精餾段氣液流量的流體力學(xué)上下限線(xiàn) 5.1.1 漏液線(xiàn) 第一點(diǎn)取設(shè)計(jì)點(diǎn)的液體流量 ,故 ,于是,相應(yīng)漏夜點(diǎn)的氣32.47LVmh?4.7O

54、Wums? 體體積流量為 2.0569gOWouAh?? 第二點(diǎn)取液體流量為 ,31LVh? 由液流收縮系數(shù)圖(《化工原理》下冊(cè) 8-15 圖)得 ,1.04E? 23 230.840.8.0.56LOWWhEml????????????? 于是 .5..7L m?? 對(duì)應(yīng)的漏夜點(diǎn)氣速為 ??0.6.134. LLOWoVhuC???? ?.50.720.6814.5.72.5ms??? 故 2.36gOWoVuAmh?? 根據(jù)(2.47,618) 和(10,654)兩點(diǎn),作直線(xiàn)①即為漏夜線(xiàn). 5.1.2 液體流量下限線(xiàn) 令：

55、 06.1084.2 3/23??????????wLowlVEh 又： E=1.04 .7l 則： 32.15/LVmh 在負(fù)荷性能圖 處作垂直線(xiàn)，即為液體流量下限線(xiàn)②。3./L? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 20 5.1.3 液體流量上限線(xiàn) 取降液管內(nèi)液體停留時(shí)間為 3s， 則： 3360.45.6021./3fTLAHVmh???? 在負(fù)荷性能圖 處作垂直線(xiàn)，即為液體流量上限線(xiàn)③。21./mh 5.1.4 過(guò)量霧沫夾帶線(xiàn) 第一點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)， 3.47LV? 由 3.265.1001vTfueHh???????????

56、 ?? 13.26.7fu????????? 13.260.04.62551.ms???? 于是 3().(5.)3064gTfVuAmh? ? 第二點(diǎn)取液體流量為 ，30Lh072Lm? 2.5..18fh?? ?? 13.26.70TfuHh????????? ? 13.26.04.72.551.ms???? 3().(.)36047gTfVuAmh? ?? 根據(jù)(2.47,2634)和(10,2470)兩點(diǎn),在負(fù)荷性能涂上作出液沫夾帶線(xiàn)④. 5.1.5 液泛線(xiàn) 第一點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn) ， ， ，32.47Lmh?0

57、.6L?0.2? 01.62gPdLuC??????????? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 21 已求得 24506.910.153.538.1072LrWVh mlh??????????????????? 液 注 dpLrH? 2 501.60.68410gLuC???????????? 令 1()(.452).22dTWh?? 可見(jiàn) 501.60.6810.26gLuC??????????? 已知 ，由上式解出 ，得0.72C?02.5ms? 3.036257gVuAmh? 第二

58、點(diǎn)取液體流量為 ，31Lh.7L .Pdd???? 2201036.153.5.014.7LrWVh mlh??????????????液 注 20.620...25gdLuHC?????????? 由上式解出 為0u 018.9ums 3.036249gVAmh??? 根據(jù)(2.47,2657)和(10,2449)兩點(diǎn),在負(fù)荷性能涂上作出液泛線(xiàn)⑤。 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 22 圖 5-1 苯-甲苯精餾段負(fù)荷性能圖 5.1.6 塔板工作線(xiàn) 在負(fù)荷性能圖 4-1 上做出斜率為 123498..7gLV?

59、 的直線(xiàn) ,既為塔板工作線(xiàn)。此線(xiàn)與流體力學(xué)上下限線(xiàn)相較于 A，B 兩點(diǎn)，讀出 A，BOAB 兩點(diǎn)的縱坐標(biāo)值既為 和 ，并求出操作彈性：min()gVax()g 操作彈性= min2570.9()1g? 由此可見(jiàn)，該精餾塔的操作彈性大，其操作范圍也相應(yīng)變大，即允許的氣液負(fù)荷 變化范圍就大，說(shuō)明塔的適應(yīng)能力強(qiáng)。 5.2 提餾段氣液流量的流體力學(xué)上下限線(xiàn) 5.2.1 漏液線(xiàn) 第一點(diǎn)取設(shè)計(jì)點(diǎn)的液體流量 ,故 ,于是,相應(yīng)漏夜點(diǎn)的氣35.07LVmh?5.8OWums? 體體積流量為 2.826074gOWouAh?? 第二點(diǎn)取液體流量為 ,310LVh? 由液流收縮系數(shù)圖(《化工原理》

60、下冊(cè) 8-15 圖)得 ,1.E? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 23 23 23100.840.84..5LOWWVhEml???????????????? 于是 .7..67L m? 對(duì)應(yīng)的漏夜點(diǎn)氣速為 ??0.56.134. LLOWoVhuC????? ?.0.670.58.4.72.61ms??? 故 2.318gOWoVuAmh?? 根據(jù)(5.07,674)和(10,680)兩點(diǎn),作直線(xiàn)①即為漏夜線(xiàn). 5.2.2 液體流量下限線(xiàn) 令： 06.1084.2 3/23??????????wLowlVEh 又：

61、 E=1.04 .5l 則： 31.4/LVmh 在負(fù)荷性能圖 處作垂直線(xiàn)，即為液體流量下限線(xiàn) ②。3./L? 5.2.3 液體流量上限線(xiàn) 取降液管內(nèi)液體停留時(shí)間為 3s， 則： 3360.75.460/3fTLAHVmh???? 在負(fù)荷性能圖 處作垂直線(xiàn)，即為液體流量上限線(xiàn)③。/mh 5.2.4 過(guò)量霧沫夾帶線(xiàn) 第一點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn)， 35.07LV? 由 3.26.101vTfueHh??????????? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 ?? 13.260.57TfuHh??????????? 13.26.04.6251.

62、ms??? 于是 3().(5.7)30462gTfVuAmh??? 第二點(diǎn)取液體流量為 ，30Lh06Lm? 2.5..1fh? ?? 13.26.70TfuHh?????????? ? 13.26.04.672.551.ms??? 3().(.)308gTfVuAmh? ?? 根據(jù)(5.07,2462)和(10,2308)兩點(diǎn),在負(fù)荷性能涂上作出液沫夾帶線(xiàn)④ 5.2.5 液泛線(xiàn) 第一點(diǎn)為設(shè)計(jì)點(diǎn) ， ， ，35.07Lmh?0.6L?0.2? 01.62gPdLuC??????????? 已求得 3401.4.5

63、3.539.0125rWVh mlh??????????????? 液 注 dpLrH? 2 401.60.6910gLuC???????????? 令 1()(.47).222dTWh?? 可見(jiàn) 401.60.6910.gLu??????????? 已知 ，由上式解出 ，得0.81C?02.5ms? 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 302.50316251gVuAmh??? 第二點(diǎn)取液體流量為 ，31Lmh.7L .Pdd?? 2201036.153.5.03.5LrWVh

64、 mlh?????????????????液 注 20.670.6.2.4gdLuHC????????? 由上式解出 為0u 021ums? 3.36024gVAmh?? 根據(jù)(5.07,2511)和(10,2343)兩點(diǎn),在負(fù)荷性能涂上作出液泛線(xiàn)⑤。 圖 5-2 苯-甲苯提餾段負(fù)荷性能圖 5.2.6 塔板工作線(xiàn) 在負(fù)荷性能圖 5-2 上做出斜率為 的直線(xiàn)139274.85.0gLV?OAB 既為塔板工作線(xiàn)。此線(xiàn)與流體力學(xué)上下限線(xiàn)相較于 A，B 兩點(diǎn)，讀出 A，B 兩點(diǎn)的縱坐 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 標(biāo)值既為 和 ，并求出操作彈性

65、：min()gVax()g 操作彈性= maxin()2350.741gV? 由此可見(jiàn)，該精餾塔的操作彈性大，其操作范圍也相應(yīng)變大，即允許的氣液負(fù)荷 變化范圍就大，說(shuō)明塔的適應(yīng)能力強(qiáng)。 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 6 主要設(shè)計(jì)結(jié)果總匯 符號(hào) 代表參數(shù) 數(shù)值 符號(hào) 代表參數(shù) 數(shù)值mt 平均溫度 86 ℃ aA塔橫截面積 20.54mP 平均壓力 105.15 kp鼓泡區(qū)面積 3gV 氣相流量 30.4ms0d篩孔直徑 0.025 mL 液相流量 691??n篩孔數(shù)目 9600PN 實(shí)際塔板數(shù) 24 21 孔中心距 0.012 mZ 有效段高度 2.0?開(kāi)孔率 12.1％D 精餾塔塔徑 m 8u

66、 空塔氣速 0.91 m/sTH 板間距 0.40 m OW氣體速率 0.824m/sR 回流比 1.57 K 穩(wěn)定系數(shù) 2.16Wl 堰長(zhǎng) 0.56m ve液液沫夾帶 0.007(kg 液/kg 氣)h 堰高 0.52 m LV氣相負(fù)荷上限 21.6 13 板上液層高度 0.060 m 氣相負(fù)荷下限 2.15Ph 氣體通過(guò)塔板壓 降 0.07m 液注 操作彈性 2.29o 降液管底隙高度 0.42 m sW安定區(qū)寬度 0.07 m 化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 28 7 總結(jié) 本精餾設(shè)計(jì)方案從整體上看，設(shè)計(jì)趨于準(zhǔn)確，一般情況下操作安全，操作彈性也 比較大，可以完成生產(chǎn)任務(wù)的要求。流程中設(shè)有自動(dòng)控制系統(tǒng)可以保證一定的塔效率， 輔助設(shè)備充分滿(mǎn)足要求，并且在設(shè)計(jì)中選用了節(jié)能型工藝流程，具有一定的優(yōu)越性。 在計(jì)算過(guò)程中，數(shù)據(jù)比較精確，大多數(shù)據(jù)采用 Excel 計(jì)算，其中以精餾塔塔頂、 塔釜、進(jìn)料板及進(jìn)料溫度為代表的試差計(jì)算以及第一塊板、塔釜物料流量等重要數(shù)據(jù) 的求取。 在本設(shè)計(jì)中考慮了能量的綜合利用和能量合理的利用，用塔頂蒸汽預(yù)熱原料，一 方面為原料的預(yù)熱提供了熱量，節(jié)約了水蒸汽的