2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  化工原理課程</b></p><p><b>  設(shè)計書</b></p><p>  專 業(yè): 化學(xué)工程與工藝 </p><p>  班 級: </p><p>  學(xué) 生: </p><p>  

2、學(xué) 號: </p><p>  完成時間: 2012年1月1日</p><p>  指導(dǎo)老師: </p><p>  化工原理課程設(shè)計任務(wù)書</p><p>  設(shè)計題目:苯-甲苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計</p><p><b>  一、設(shè)計任務(wù):</b></p>

3、<p>  試設(shè)計一連續(xù)浮閥精餾塔以分離苯-甲苯混合物。具體工藝參數(shù)如下:</p><p>  1、原料處理量:年處理 76000 噸苯-甲苯混合液體。</p><p>  2、原料液中苯含量: 27.5 %(質(zhì)量)。</p><p>  3、產(chǎn)品要求:餾出液中的苯含量為 97 %(質(zhì)量)。&l

4、t;/p><p>  釜液中的苯含量不高于 2 %(質(zhì)量)。</p><p>  設(shè)備的年運(yùn)行時間平均為300天。</p><p><b>  二、設(shè)計條件:</b></p><p>  1、加熱方式:間接蒸汽加熱,蒸汽壓力為1.0~2.5kg/cm2。</p><p>  2

5、、操作壓力:常壓。</p><p>  3、進(jìn)料狀況: 泡點進(jìn)料 。</p><p>  4、冷卻水進(jìn)口溫度: 25 ℃,出口溫度自定。</p><p>  5、塔板形式:浮閥塔板。</p><p>  三、應(yīng)完成的工作量:</p><p>  1、確定全套精餾裝置的流程,繪制工藝流程示意

6、圖,標(biāo)明所需的設(shè)備、管線及有關(guān)控制或觀測所需的主要儀表與裝置。</p><p>  2、精餾塔的工藝設(shè)計,塔的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計。</p><p>  3、輔助裝置的設(shè)計和選型;估算冷卻水用量和冷凝器的換熱面積、水蒸氣用量和再沸器換熱面積;。</p><p>  4、編寫設(shè)計說明書一份。</p><p>  5、繪制精餾塔的裝配圖一張(一號圖紙)。

7、</p><p><b>  目錄</b></p><p>  前言·························&

8、#183;···················4</p><p>  設(shè)計說明············&

9、#183;····························7</p><p>  設(shè)計方案的確定··

10、3;··························10</p><p>  1.操作壓力(加壓、常壓、減壓)···

11、83;······················10</p><p>  2.進(jìn)料方式(熱狀況)········&

12、#183;·························10</p><p>  3.加熱方式(直接或間接)····

13、83;··························10</p><p>  4.熱能利用·····

14、··································· 11</p&

15、gt;<p>  5.靈敏板位置的確定································&#

16、183;· 11</p><p>  6.精餾流程的確定·····························&

17、#183;······11</p><p>  7.設(shè)計思路························

18、3;···············13</p><p>  精餾塔的工藝設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計·············14</p&g

19、t;<p>  1.原始液:苯——甲苯的混合物···························14</p><p>  2.塔

20、的物料衡算····································

21、;· 14</p><p>  3.塔板數(shù)的確定······························

22、;·······15</p><p>  4.塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算·······················

23、;····20</p><p>  5.氣液負(fù)荷計算···························

24、·········· 23</p><p>  6.塔和塔板主要工藝尺寸計算····················

25、········ 24</p><p>  7.塔板負(fù)荷性能圖·······················

26、;·············35</p><p>  8.塔的附屬設(shè)備計算·················

27、3;················39</p><p>  9.塔總體構(gòu)型···············

28、························43</p><p><b>  前言</b></p><p>  精餾的基本原理

29、是根據(jù)各液體在混合液中的揮發(fā)度不同,采用多次部分汽化</p><p>  和多次部分冷凝的原理來實現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于物系的分離、提純、制備等領(lǐng)域,并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔,而板式塔的塔板類型主要有泡罩塔板、浮閥塔板、篩板塔板、</p><p>  舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、垂直塔板等等,</p><p>  精餾過

30、程與其他蒸餾過程最大的區(qū)別,是在塔兩端同時提供純度較高的液相</p><p>  和氣相回流,為精餾過程提供了傳質(zhì)的必要條件。提供高純度的回流,使在相同</p><p>  理論板的條件下,為精餾實現(xiàn)高純度的分離時,始終能保證一定的傳質(zhì)推動力。</p><p>  所以,只要理論板足夠多,回流足夠大時,在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品,</p><

31、;p>  而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。精餾廣泛應(yīng)用于石油,化工,輕工等工業(yè)生產(chǎn)</p><p>  中,是液體混合物分離中首選分離方法。</p><p>  板式塔(浮閥塔板)的設(shè)計,包括設(shè)計方案的確定及流程說明(確定全套精餾裝置的流程,繪出流程示意圖),塔的工藝計算(物料衡算確定理論塔板數(shù)和實際塔板數(shù)),塔和塔板主要設(shè)備的工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算,輔助設(shè)備的選型與計算,設(shè)計結(jié)果概

32、要或設(shè)計參數(shù)一覽表,對本設(shè)計的評述或有關(guān)問題的分析討論等六個內(nèi)容。</p><p>  苯的沸點為80.1℃,熔點為5.5℃,在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣</p><p>  味的透明液體,易揮發(fā)。苯比水密度低,密度為0.88g/ml,但其分子質(zhì)量比水</p><p>  重。苯難溶于水,1升水中最多溶解1.7g苯;但苯是一種良好的有機(jī)溶劑,溶</p&g

33、t;<p>  解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng)。 </p><p>  甲苯是最簡單,最重要的芳烴化合物之一。在空氣中,甲苯只能不完全燃</p><p>  燒,火焰呈黃色。甲苯的熔點為-95 ℃,沸點為111 ℃。甲苯帶有一種特殊的芳香味(與苯的氣味類似),在常溫常壓下是一種無色透明,清澈如水的液體,密度為0.866克/厘米3,對光有很強(qiáng)的折射作用(折射率:1,

34、4961)。甲苯幾乎不溶于水(0,52 g/l),但可以和二硫化碳,酒精,乙醚以任意比例混溶,在氯仿,丙酮和大多數(shù)其他常用有機(jī)溶劑中也有很好的溶解性。甲苯的粘性為0,6 </p><p>  mPa s,也就是說它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為40.940 kJ/kg,閃點為4 ℃,燃點為535 ℃。 </p><p>  由于在常壓下,苯和甲苯的相對揮發(fā)度有很大的差異,故可以通過精餾的方式

35、分離苯和甲苯的混合溶液,達(dá)到要求的分離目的。</p><p>  精餾設(shè)備所用的設(shè)備及其相互聯(lián)系,總稱為精餾裝置,其核心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類,通稱塔設(shè)備,和其他傳質(zhì)過程一樣,精餾塔對塔設(shè)備的要求大致如下:</p><p>  1:生產(chǎn)能力大:即單位塔截面大的氣液相流率,不會產(chǎn)生液泛等不正常流動。</p><p>  2:效率高:氣液兩相在塔內(nèi)保

36、持充分的密切接觸,具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。</p><p>  3:流體阻力小:流體通過塔設(shè)備時阻力降小,可以節(jié)省動力費(fèi)用,在減壓操作是時,易于達(dá)到所要求的真空度。</p><p>  4:有一定的操作彈性:當(dāng)氣液相流率有一定波動時,兩相均能維持正常的流動,而且不會使效率發(fā)生較大的變化。</p><p>  5:結(jié)構(gòu)簡單,造價低,安裝檢修方便。</p&g

37、t;<p>  6:能滿足某些工藝的特性:腐蝕性,熱敏性,起泡性等。</p><p>  本方案主要是采用浮閥塔。</p><p>  浮閥塔是在塔盤上開閥孔,安裝能上下浮動的閥件(固定閥除外)。由于浮閥塔板的氣體流通面積能隨氣體負(fù)荷變動自動調(diào)節(jié),因而能在較寬的氣體負(fù)荷下保持穩(wěn)定操作,同時氣體在浮閥上由水平方向吹出,汽液接觸時間長,霧沫夾帶少,具有良好的操作彈性和較高的塔板效

38、率,在工業(yè)中得到較為廣泛的應(yīng)用。而浮閥塔的優(yōu)點正是: </p><p>  生產(chǎn)能力大,由于塔板上浮閥安排比較緊湊,其開孔面積大于泡罩塔板,生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%~40%,與篩板塔接近。 </p><p>  操作彈性大,由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化,因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動范圍比篩板塔,泡罩塔都大。</p><p>  塔板效率高

39、,由于上升氣體從水平方向吹入液層,故氣液接觸時間較長,而霧沫夾帶量小,塔板效率高。</p><p>  氣體壓降及液面落差小,因氣液流過浮閥塔板時阻力較小,使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。</p><p>  塔的造價較低,浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%~80%,但是比篩板塔高 20%~30。但是,浮閥塔的抗腐蝕性較高(防止浮閥銹死在塔板上),所以一般采用不銹鋼作成,致使浮閥

40、造價昂貴,推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種新型填料,高效率塔板的不斷被研制出來,浮閥塔的推廣并不是越來越廣。</p><p>  近幾十年來,人們對浮閥塔的研究越來越深入,生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富,積累的設(shè)計數(shù)據(jù)比較完整,因此設(shè)計選用浮閥塔比較合適。</p><p><b>  設(shè)計說明</b></p><p>  共14個表格,16張

41、圖</p><p><b>  表格</b></p><p>  表1 物料衡算結(jié)果</p><p>  表2 苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>  表3苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>  表4 苯、甲苯的Antoine常數(shù)</p><p>  表5 苯,甲

42、苯的飽和蒸汽壓</p><p>  表6 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果</p><p>  表7 精餾段和提餾段氣液負(fù)荷計算結(jié)果</p><p><b>  表8 物性系數(shù)K</b></p><p>  表9 霧沫夾帶線取點</p><p><b>  表10 液泛線取點</b&

43、gt;</p><p>  表11 冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷</p><p>  表12 塔各接管及材料</p><p>  表13 塔間距與塔徑的關(guān)系</p><p>  表 14 塔體計算結(jié)果</p><p>  表15 筒體的設(shè)計參數(shù)</p><p><b>  表16設(shè)計結(jié)果

44、匯總</b></p><p>  附表1——常壓下苯-甲苯的氣熱平衡數(shù)據(jù)表</p><p>  附表2——苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>  附表3——苯和甲苯的液相密度</p><p>  附表4——液體表面張力</p><p><b>  附表5——液體黏度</b></p

45、><p>  附表6——液體汽化熱</p><p><b>  圖</b></p><p><b>  圖1精餾操作流程</b></p><p><b>  圖2精餾工藝流程圖</b></p><p>  圖3全凝器內(nèi)物流流程圖</p><

46、;p>  圖4再沸器內(nèi)加熱蒸汽走殼程、物料走管程</p><p><b>  圖5設(shè)計思路流程圖</b></p><p>  圖6苯-甲苯的氣液平衡圖</p><p><b>  圖7理論塔板數(shù)</b></p><p><b>  圖8 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p&

47、gt;<p>  圖9 精餾段和提餾段閥孔數(shù)</p><p>  圖10 泛點負(fù)荷系數(shù)</p><p>  圖11精餾段操作性能圖</p><p>  圖12 提餾段操作性能圖</p><p>  圖13 全塔能量衡算圖</p><p><b>  圖14 封頭</b></p&

48、gt;<p><b>  符號說明</b></p><p><b>  英文字母</b></p><p>  Aa——塔板上鼓泡區(qū)面積,m2;</p><p>  Ab——板上液流面積,m2;</p><p>  Af——降液管截面積,m2;</p><p> 

49、 AT——塔截面積,m2;</p><p>  C——操作條件下的負(fù)荷系數(shù),無因次;</p><p>  CF——泛點負(fù)荷系數(shù),無因次;</p><p>  C20——當(dāng)液體表面張力為20 mN/m時,計算umax的負(fù)荷系數(shù),無因次;</p><p>  do——閥孔直徑,m;</p><p>  D——塔徑,m;餾出

50、液摩爾流量,kmol/h</p><p>  ev——霧沫夾帶量,kg液/kg氣</p><p>  E——液流收縮系數(shù),無因次;</p><p>  ET——總板效率(全塔效率),無因次;</p><p>  Fo——氣相動能因數(shù),kg1/2(s·m1/2);</p><p>  g——重力加速度,m/s2

51、;</p><p>  hl——進(jìn)口堰與降液管間的水平距離,m;</p><p>  hc——與干板壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱;</p><p>  hd——與液體經(jīng)過降液管時的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱;</p><p>  h1——與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨?,m液柱;</p><p>  hL——板上清液層高

52、度,m;</p><p>  hn——齒形堰的齒深,m</p><p>  ho——降液管的底隙高度,m;</p><p>  hOW——堰上液層高度,m;</p><p>  hW——出口堰高度,m;</p><p>  Hd——降液管內(nèi)清液層高度,m;</p><p><b>  

53、HT——板距,m;</b></p><p>  K——物性系數(shù),無因次;</p><p><b>  lW——堰長,M;</b></p><p>  L——液體摩爾流量,kmol/h</p><p>  Lh——液體流量,m3/h;</p><p>  Ls——液體流量,m3/s;&l

54、t;/p><p>  NP——實際板層數(shù);</p><p>  NT——理論板層數(shù);;</p><p>  △P——壓強(qiáng)降,Pa;</p><p>  R——鼓泡區(qū)半徑,m,或回流比,無因次;</p><p><b>  t——孔心距,m;</b></p><p>  t’——

55、排間距,m;</p><p>  u——空塔氣速,m/s;</p><p>  umax——極限空塔速度(液泛速度),m/s:</p><p>  uo——閥孔氣速,m/s;</p><p>  uoc——臨界孔速,m/s;</p><p>  u’o——降液管底隙處液體流速,m/s;</p><p

56、>  Vh——氣體流量,m3/h</p><p>  Vs——氣體流量,m3/s:</p><p>  Wc——邊緣無效區(qū)寬度,m;</p><p>  Wd——弓形降液管寬度,m;</p><p>  Ws——破沫區(qū)寬度,m;</p><p>  x——液相中易揮發(fā)的摩爾組成;或鼓泡區(qū)1/2的寬度,m;<

57、/p><p>  y——氣相摩爾組成;</p><p>  Z——板式塔的有效高度,m;</p><p><b>  希臘字母</b></p><p>  εo——板上液層充氣系數(shù),無因次;</p><p>  θ——液體在降液管內(nèi)停留時間,s;</p><p>  μ——粘度

58、,mPa·s;</p><p>  ρl——液體密度,kg/m3</p><p>  ρv——氣體密度,kg/m3</p><p>  σ——液體的表面張力,mN/m或N/m;</p><p>  φ——計算液泛時的系數(shù),無因次;</p><p><b>  下標(biāo)</b></p&g

59、t;<p><b>  D——餾出液;</b></p><p><b>  F——原料液;</b></p><p><b>  h——小時;</b></p><p><b>  s——秒;</b></p><p><b>  i——

60、組分序號;</b></p><p><b>  L一液體的;</b></p><p><b>  m——平均;</b></p><p><b>  max——最大的;</b></p><p><b>  min——最小的;</b></p&

61、gt;<p><b>  n——塔板序號;</b></p><p><b>  V——氣體的。</b></p><p><b>  設(shè)計方案的確定</b></p><p>  確定設(shè)計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作

62、壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計的需要,對某些問題作些闡述。</p><p>  1.操作壓力(加壓、常壓、減壓)</p><p>  蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時,必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì),兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如,采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料,但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加,同時還需要使用抽真

63、空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料,則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時,一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下,適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應(yīng)用加壓蒸餾的原因,則在于提高平衡溫度后,便于利用蒸汽冷凝時的熱量,或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝,從而減少蒸餾的能量消耗。</p><p>  由于苯和甲苯在常壓下有很好的分離效果,而且苯和甲苯也不是難揮發(fā)的物質(zhì),同時也從合理的經(jīng)濟(jì)

64、成本和設(shè)備條件來考慮</p><p>  2.進(jìn)料方式(熱狀況)</p><p><b>  選擇泡點進(jìn)料</b></p><p>  進(jìn)料狀態(tài)直接影響塔板數(shù)、塔徑、回流量、塔的熱負(fù)荷等參數(shù)的計算,所以在工藝計算前要首先加以確定。進(jìn)料有多種熱狀態(tài)形式,如冷進(jìn)料、泡點進(jìn)料點—液共進(jìn)料、飽和蒸氣進(jìn)料等.但一般多采用泡點或接近泡點進(jìn)料,這樣塔的操作較

65、易控制,精餾段與提餾段的塔徑相同,使塔的設(shè)計和制造更簡便。</p><p>  對于泡點進(jìn)料,由于原料與板上液體的溫度相近,因此原料液全部進(jìn)入提餾段,作為提餾段的回流液,這樣較好的提高原料液的分離。另外,也是為了使塔的操作處于穩(wěn)定,不受季節(jié)的影響。</p><p>  3.加熱方式(直接或間接)</p><p><b>  選擇間接加熱</b>

66、</p><p>  如果分離的混合溶液為水溶液,且水是難揮發(fā)組分,這選擇直接加熱較好,以省去再廢氣,提高熱能利用率。但是直接加熱時的理論板較間接蒸氣時稍多,同時本次分離溶液的不是水溶液,所以采用間接加熱的方式。</p><p><b>  4.熱能利用</b></p><p>  在精餾裝置中,可采用中間再沸器,由于塔中間液體沸點低于釜液,所

67、以中間再沸器的溫度比塔底再沸器的溫度低,因而可以利用比塔釜熱源溫度低的加熱劑來加熱,降低能量消耗。同樣,也可設(shè)置中間冷凝器,由于塔中蒸氣溫度高于塔頂,所以可回收能位比塔頂更高的熱能。這樣都可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。</p><p>  當(dāng)然,采用上述方式節(jié)能或余熱利用時還需考慮所增加的設(shè)備費(fèi)用,以及可能給操作帶來的不利影響。</p><p>  5.靈敏板位置的確定</p>

68、<p>  一個正常操作的精餾塔當(dāng)受到某一外界因素的影響的干擾(如回流比、進(jìn)料組成發(fā)生波動等),全塔各板的組成將發(fā)生變動,全塔的溫度分布也將發(fā)生相應(yīng)的變化。因此,有可能用測量溫度的方法預(yù)示塔內(nèi)組成尤其是塔頂餾出液組成的變化。</p><p>  仔細(xì)考察操作條件變動前后的溫度分布的變化,即可發(fā)現(xiàn)在精餾段或提餾段的某些塔板上,溫度變化最為顯著?;蛘哒f,這些塔板的溫度對外界干擾因素的反映最靈敏,故將這些塔

69、板稱之為靈敏板。將感溫元件安置在靈敏板上可以較早察覺精餾操作所受的干擾;而且靈敏板比較靠近進(jìn)料口,可在塔頂餾出液組成尚未產(chǎn)生變化之前先感受到進(jìn)料參數(shù)的變動并及時采取調(diào)節(jié)手段,以穩(wěn)定餾出液的組成。因此,在設(shè)計過程中根據(jù)不同回流比大小來確定全塔組成分布和溫度分布,畫出以塔板序號為縱坐標(biāo)、溫度變化為橫坐標(biāo)的溫度分布曲線,得到溫度變化最明顯的位置,即為靈敏板位置。</p><p><b>  6.精餾流程的確定

70、</b></p><p>  苯和甲苯的混合溶液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱到泡點后,送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝后,一部分作為回流,其余為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷凝器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽向再沸器供熱,塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至貯槽。</p><p><b>  流程簡圖:</b></p><p><b>  圖1精餾操作流程&

71、lt;/b></p><p><b>  原料液走向圖:</b></p><p><b>  圖2精餾工藝流程圖</b></p><p>  全凝器內(nèi)物流的走向:</p><p>  圖3全凝器內(nèi)物流流程圖</p><p>  再沸器內(nèi)物流的走向:</p>

72、<p>  圖4再沸器內(nèi)加熱蒸汽走殼程、物料走管程</p><p><b>  7.設(shè)計思路</b></p><p>  在本次設(shè)計中,我們進(jìn)行的是苯和甲苯二元物系的精餾分離,如何利用兩組分的揮發(fā)度的差異實現(xiàn)高純度分離,是精餾塔的基本原理。精餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、蒸餾釜、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。本設(shè)計采用浮閥式連續(xù)精餾塔,要保持塔的穩(wěn)

73、定性,流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。</p><p>  塔頂冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器連種不同的設(shè)置。在這里采用全凝器,可以準(zhǔn)確的控制回流比。此次設(shè)計是在常壓下操作。 因為這次設(shè)計采用間接加熱,所以需要再沸器。回流比是精餾操作的重要工藝條件。選擇的原則是使設(shè)備和操作費(fèi)用之和最低。在設(shè)計時要根據(jù)實際需要選定回流比。</p><p><b>  圖5設(shè)計思路

74、流程圖</b></p><p>  精餾塔的工藝設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>  1.原始液:苯——甲苯的混合物</p><p><b>  2.塔的物料衡算</b></p><p>  (1)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分?jǐn)?shù)</p><p><b>  ==0.31

75、</b></p><p><b>  ==0.974</b></p><p><b>  ==0.024</b></p><p><b>  (2)平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>  =0.310×78.+(1-0.310)×92=87.6

76、6kg/kmol</p><p>  = 0.974×78+(1-0.974)×92=78.36 kg/kmol</p><p>  =0.024×78+(1-0.024)×92=91.66 kg/kmol</p><p><b>  (3)物料衡算</b></p><p>  總

77、物料衡算 D’+W’=76000000/(300×24)</p><p>  易揮發(fā)組分物料衡算 0.974D’+0.024W’=0.310×76000000/(300×24)</p><p><b>  聯(lián)合以上二式得:</b></p><p>  F’=10555.56kg/h

78、 F=10555.56/87.66=120.41kmol/h</p><p>  D’=3177.78kg/h D=3177.78/78.36=40.55kmol/h</p><p>  W’=7377.78kg/h W=7377.78/91.66=80.49 kmol/h</p><p><b>  表1物料衡算結(jié)果</b&

79、gt;</p><p><b>  3.塔板數(shù)的確定</b></p><p>  表2苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p> ?。?)根據(jù)苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)做y----x圖</p><p>  圖6苯-甲苯的氣液平衡圖</p><p> ?。?)求取最小回流比Rmin</p>

80、<p>  因為是泡點進(jìn)料,在苯和甲苯的y-x圖的對角線自點e(0.310 ,0.310)做垂線即為進(jìn)料線(q線),該線和平衡線的交點坐標(biāo)為(0.310 ,0.5479),此即最小回流比時和操作線與平衡線的交點坐標(biāo),依最小回流比計算式:</p><p><b>  Rmin=</b></p><p><b>  計算平均相對揮發(fā)度</b>

81、;</p><p>  表3苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>  查常壓下氣液平衡數(shù)據(jù)可知:</p><p>  當(dāng)xD =0.974時物系溫度為 ℃</p><p>  同理:xF =0.310時,℃</p><p>  xW =0.024時, ℃</p><p>  所以,tD=80.

82、70 tF=98.31 tw=109.56</p><p>  苯和甲苯的飽和蒸氣壓可以用Antoine方程求算,即</p><p><b>  [3]</b></p><p>  表4 苯、甲苯的Antoine常數(shù)</p><p>  計算,所得數(shù)據(jù)如下:</p><p>  表5 苯,甲苯

83、的飽和蒸汽壓</p><p>  塔頂 aD=103.3/40.0=2.583</p><p>  進(jìn)料 aF =172.21/70.8=2.432</p><p>  塔底 aW =231.8/98.8=2.346</p><p>  全塔平均相對揮發(fā)度為</p><p>  精餾段平均相對揮發(fā)度</p&

84、gt;<p>  提餾段平均相對揮發(fā)度為</p><p><b>  最佳回流比的確定</b></p><p><b>  Nmin=-1=</b></p><p><b>  實際回流比的確定:</b></p><p>  實際回流比通常是最小回流比的1.2-2

85、.0倍,這里取R=1.6Rmin=1.6×1.791=2.886</p><p>  精餾段和提餾段理論塔板層數(shù)</p><p>  求精餾塔的汽液相負(fù)荷</p><p>  qn,L=R×qn,D=40.55×2.866=116.220</p><p>  qn,V=(R+1)×qn,D=(2.886

86、+1)×40.55=156.766</p><p>  qn,L′=qn,L+qn,F=116.22+120.41=236.630</p><p>  qn,V′=qn,V=156.766</p><p><b>  精餾線操作方程;</b></p><p><b>  y=</b><

87、;/p><p><b>  提餾線操作方程;</b></p><p><b>  y′=</b></p><p>  用圖解法作圖求得理論塔板數(shù),</p><p>  由上圖可知,在精餾段一共有8塊塔板,進(jìn)料板在第8</p><p><b>  圖7理論塔板數(shù)</

88、b></p><p>  塊板,提餾段有9塊塔板(不包括再沸器)</p><p><b>  全塔效率ET</b></p><p>  根據(jù)奧康奈爾方法: ET=[2]</p><p>  根據(jù)塔頂和塔底液相組成查苯和甲苯的t-x-y圖,求得塔的平均溫度為</p><p> ?。?0.7+1

89、09.56)/2=95.13℃</p><p>  該溫度下進(jìn)料液相平均黏度為:</p><p> ?。?.310+(1-0.310)</p><p> ?。?.310×0.267+(1-0.310)×0.275=0.272mPa·S</p><p><b>  所以ET==</b><

90、/p><p>  應(yīng)指出奧康奈爾方法適用于較老式的工業(yè)塔及試驗塔的總效率關(guān)聯(lián),所以對于新型高效的精餾塔來說,總效率要適當(dāng)提高。本設(shè)計總效率設(shè)為ET =50%</p><p><b>  實際塔板數(shù)</b></p><p>  精餾段 N精=8/0.5=16 取16塊</p><p>  提餾段 N提=9/0.5=

91、18 取18塊</p><p>  塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算</p><p><b> ?。?)操作壓力</b></p><p>  塔頂壓強(qiáng)PD=101.3kpa,取每一層塔板的壓強(qiáng)降為</p><p>  ,則進(jìn)料壓強(qiáng)PF=101.3+16×0.7=112.5kpa</p><p&

92、gt;  塔釜壓強(qiáng)PW=101.3+26×0.7=125.1kpa</p><p>  精餾段的平均操作壓強(qiáng):Pm=(101.3+112.5)/2=106.9kpa</p><p>  提餾段的平均操作壓強(qiáng):Pm=(112.5+125.1)/2=116kpa</p><p><b> ?。?)溫度tm</b></p>&

93、lt;p>  由前面計算可知:tD=80.70 tF=98.31 tw=109.56</p><p>  精餾段的平均溫度 tm精== ℃</p><p>  提餾段的平均溫度 tm提=℃</p><p>  (3)平均摩爾質(zhì)量Mm</p><p>  塔頂 =y(tǒng)1=0.974 =0.942</p><

94、p>  =0.974×78+(1-0.974)×92=78.36kg/kmol</p><p> ?。?.942×78+(1-0.942)×92=78.81 kg/kmol</p><p>  進(jìn)料板 =0.515 =0.314</p><p> ?。?.515×78+(1-0.515)×92=84.

95、79kg/kmol</p><p>  =0.314×78+(1-0.314)×2=87.60kg/kmol</p><p>  塔釜 =0.0473 =0.024</p><p> ?。?.0473×78+(1-0.0473)×92=91.34kg/kmol</p><p> ?。?.024

96、0×78+(1-0.0240)×92=91.66kg/kmol</p><p>  則精餾段的平均摩爾質(zhì)量:</p><p> ?。剑?8.36+84.74)/2=81.55kg/kmol</p><p> ?。剑?8.81+87.60)/2=83.21kg/kmol</p><p>  提餾段的平均摩爾質(zhì)量</p&

97、gt;<p> ?。剑?4.74+91.34)/2=88.07kg/kmol</p><p> ?。剑?7.60+91.66)/2=89.63kg/kmol</p><p><b> ?。?)平均密度</b></p><p><b> ?、僖后w密度</b></p><p>  由tD=

98、80.7℃ pA=815kg/m³ pB=810kg/m³ </p><p>  依下式 1/=/+/(a為質(zhì)量分?jǐn)?shù))</p><p>  塔頂 1/=0.97/815+0.03/810 =814.85kg/</p><p>  進(jìn)料板,有加料板液相組成=0.314</p><p>  由tF=98.

99、31℃ pA=795kg/m³ pA=792kg/m³</p><p>  1/=0.280/795+(1-0.280)/792 =792.84 kg/</p><p>  由tW=109.56℃ pA=783kg/ pB=781kg/</p><p>  塔釜 1/=0.02/783+(1-0.02)/781

100、 =781.04kg/</p><p>  故精餾段平均液相密度:=(814.85+792.84)/2=803.85 kg/</p><p>  提餾段平均液相密度:=(781.04+792.84)/2=786.94 kg/</p><p><b>  ②氣相密度</b></p><p> ?。剑剑?.86 kg/&l

101、t;/p><p>  ===3.26kg/</p><p><b>  液相表面張力</b></p><p><b> ?。?lt;/b></p><p> ?。?.974×21.15+0.026×21.55=21.16mN/m</p><p>  =0.314&#

102、215;19.35+0.686×19.97=19.78 mN/m</p><p>  =0.0240×17.65+0.9760×18.41=18.40 mN/m</p><p>  則精餾段平均表面張力為:</p><p> ?。剑?1.21+19.82)/2=20.52 mN/m</p><p> ?。剑?9.

103、82+18.38)/2=19.1 mN/m</p><p><b> ?。?)液體黏度</b></p><p>  tD=80.7℃ μA=0.30mPa·S μB=0.29mPa·S</p><p>  tF=98.31℃ μA=0.25mPa·S μB=0.26mPa·S</p><

104、;p>  Tw=109.56℃μA=0.23mPa·S μB=0.25mPa·S</p><p><b> ?。?lt;/b></p><p> ?。?.974×0.30+0.026×0.290=0.301mpa</p><p>  =0.314×0.250+0.686×0.26=0.

105、257 mpa</p><p>  =0.023×0.231+0.976×0.250=0.249 mpa</p><p>  則精餾段平均液相黏度=(0.301+0.257)/2=0.279 mpa</p><p>  提餾段平均液相黏度 =(0.257+0.249)/2=0.253 mpa</p><p>  表6 塔

106、的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算結(jié)果</p><p><b>  氣液負(fù)荷計算</b></p><p>  由V=L+D L=RD 得V=(R+1)D=(2.866+1)×40.55=156.77kmol/h</p><p>  由于是泡點進(jìn)料 所以q=1 ,V=</p><p>  L=RD=2.866

107、5;40.55=116.22kmol/h</p><p>  =L+F=116.22+120.41=236.63kmol/h</p><p><b>  轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量</b></p><p>  V=156.77×81.55=12784.59kg/h</p><p> ?。?56.77×88.07

108、=13806.73kg/h</p><p>  L=116.22×83.21=9670.66 kg/h</p><p>  =236.63×89.63=21209.15 kg/h</p><p><b>  轉(zhuǎn)化為體積流量</b></p><p>  V=12784.59/(3600×2.

109、86)=1.242</p><p> ?。?3806.73/(3600×3.26)=1.176</p><p>  L=9670.66 /(803.85×3600)=0.00334</p><p> ?。?1209.15/(3600×786.94)=0.00788</p><p>  表7 精餾段和提餾段氣液負(fù)荷

110、計算結(jié)果</p><p>  塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p><b> ?。?)塔徑D</b></p><p>  精餾段的塔徑:空塔氣速 </p><p>  依據(jù) </p><p>  式中C可

111、由圖6-1史密斯關(guān)聯(lián)圖查出,</p><p><b>  圖8 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>  橫坐標(biāo)的數(shù)值</b></p><p>  取塔板間距HT =0.45m,上層液層高度hL =0.07m,則圖中參數(shù)值</p><p>  由以上數(shù)據(jù),查圖6-1得C20=0.084,由公

112、式校正得:</p><p>  則 </p><p>  取安全系數(shù)為0.7,空塔氣速</p><p>  u=0.7umax=0.7×1.406=0.984m/s</p><p><b>  塔徑 </b>

113、</p><p>  所以按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 D=1.3m</p><p>  提餾段的塔徑:空塔氣速 </p><p>  依據(jù) </p><p>  式中C可由圖6-1史密斯關(guān)聯(lián)圖查出,橫坐標(biāo)的數(shù)值</p><p>  取塔板間距HT

114、 =0.45m,上層液層高度hL =0.07m,則圖中參數(shù)值</p><p>  由以上數(shù)據(jù),查圖得C20=0.075,由公式校正得:</p><p><b>  則 </b></p><p>  取安全系數(shù)為0.78,空塔氣速</p><p>  u=0.78umax=0.78×1.145=0.890m/s

115、</p><p><b>  塔徑 </b></p><p>  所以按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 D=1.3m</p><p><b>  塔截面積 </b></p><p>  實際空塔氣速 精餾段:</p><p><b>  提餾段:</b></p&

116、gt;<p><b>  精餾段安全系數(shù):</b></p><p>  在0.6--0.8范圍之間,合適。</p><p><b>  提餾段安全系數(shù):</b></p><p>  在0.6--0.8范圍之間,合適</p><p><b>  (2)溢流裝置</b>

117、;</p><p>  采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平直溢流堰,不設(shè)進(jìn)口堰。各項計算如下</p><p><b> ?、僖缌餮唛L</b></p><p>  取堰長為0.66D,即</p><p> ?。?.66×1.3=0.858m</p><p><b>  ②出口

118、堰高</b></p><p>  采用平直堰,,堰上液層高度可由下式算出</p><p><b>  近似取E=1,則</b></p><p><b>  ③弓形降液管和面積</b></p><p>  用弓形降液管的寬度與面積圖[2]求取和,因為/D=0.66</p>&

119、lt;p>  由圖查得/=0.0721 /D=0.124</p><p>  所以=0.0721×1.33=0.096</p><p>  =0.124×1.3=0.161m</p><p>  液體在降液管中的停留時間</p><p><b> ?。剑剑?2.93s</b></p&g

120、t;<p><b> ?。剑剑?.48s</b></p><p>  停留時間>5s,故降液管可以使用</p><p><b> ?、芙狄汗艿紫陡叨?lt;/b></p><p> ?。?取=0.15m/s</p><p><b>  =</b></p>

121、;<p><b>  =</b></p><p> ?。?)塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 </p><p>  取閥孔動能因子=10 ,則孔速為</p><p> ?。剑剑?.91m/s</p><p>  ===5.54m/s</p><p>  求取每層塔板上的浮閥數(shù),即</p

122、><p><b> ?。剑?取177個</b></p><p><b>  == 取178個</b></p><p>  取邊緣寬度=0.06m,破沫區(qū)寬度為=0.1m,計算塔板上的鼓泡區(qū)面積,即</p><p><b>  =2[x]</b></p><p

123、>  R=D/2-=1.3/2-0.06=0.59m</p><p>  X=D/2-(+)=1.3/2-(0.161+0.1)=0.389m</p><p><b>  =</b></p><p>  浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的孔心距為 t=0.075m,估算排間距,即</p><p>  

124、精餾段===0.064m</p><p>  提餾段===0.063m</p><p>  考慮到塔的直徑較大,必須采用分塊式塔板,而各分塊板的支承與銜接也是要占去一部分鼓泡區(qū)的面積,因此排間距不宜采用0.064m,而應(yīng)該小于此值。故?。?.06m</p><p>  按t=75mm=60mm等腰三角形叉排方式作圖</p><p>  圖9

125、精餾段和提餾段閥孔數(shù)</p><p>  精餾段排得閥數(shù)為151個</p><p>  提餾段排得閥數(shù)為151個</p><p>  按N=180個重新核算及閥孔動能因數(shù)</p><p><b>  精餾段=</b></p><p><b>  提餾段</b></p&g

126、t;<p><b>  精餾段=</b></p><p><b>  提餾段=</b></p><p>  閥孔動能因數(shù)變化不大,還在9---12范圍內(nèi)。</p><p>  精餾段塔板開孔率==0.955/6.89=13.9%</p><p>  提餾段塔板開孔率==0.861/6.

127、52=13.9%</p><p>  精餾段和提餾段的開孔率都在10%~14%之間,兩者都符合要求。</p><p> ?。?)塔板流體力學(xué)驗算</p><p>  氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降,可以公式</p><p><b> ?、俑砂遄枇?lt;/b></p><p><b>  精餾段

128、 m/s</b></p><p><b>  提餾段 m/s</b></p><p>  因為精餾段和提餾段的<,故</p><p><b>  =19.9</b></p><p>  精餾段=19.9=19.9×=0.035m液柱</p><p&

129、gt;  提餾段=19.9=19.9×=0.035m液柱</p><p><b> ?、诎迳铣錃庖簩幼枇?lt;/b></p><p>  本設(shè)備分離苯和甲苯的混合液,即液相為碳?xì)浠衔铮扇槌錃庀禂?shù)=0.5,所以</p><p> ?。剑?.5×0.07=0.035m液柱</p><p> ?、垡后w表面

130、張力所造成的阻力</p><p>  此阻力很小,忽略不計。</p><p>  因此,與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊后w高度為</p><p>  精餾段 =0.035+0.035=0.070m液柱</p><p>  提餾段 =0.035+0.035=0.070m液柱</p><p><b>  

131、則</b></p><p>  精餾段單板壓降=g=0.070×803.85×9.81=552Pa</p><p>  提餾段單板壓降=g=0.070×786.94×9.81=540.39Pa</p><p>  提餾段和精餾段的單板壓降都小于開始假設(shè)的單板壓降0.7kpa</p><p>

132、<b>  所以假設(shè)符合要求。</b></p><p><b> ?。?)淹塔 </b></p><p>  為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生,要求控制降液管中清液層高度,(+),可以按公式</p><p> ?、倥c氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊后w高度:</p><p>  精餾段 =0.070m液柱&l

133、t;/p><p>  提餾段 =0.070m液柱</p><p> ?、谝后w通過降液管的壓頭損失:因不設(shè)進(jìn)口堰,故可以按公式</p><p><b> ?。?.153</b></p><p>  精餾段=0.153=0.00343m液柱</p><p>  提餾段=0.153=0.00347m液柱&

134、lt;/p><p><b> ?、郯迳弦簩痈叨龋?lt;/b></p><p><b>  =0.07m</b></p><p>  故 精餾段 =0.070+0.00343+0.07=0.14343m</p><p>  提餾段 =0.070+0.00347+0.07=0.14347m</p>

135、;<p>  ?。?.5 又選定了=0.45m</p><p>  精餾段=0.0535m 精餾段=0.0407m,則</p><p>  精餾段 (+)=0.5×(0.45+0.0535)=0.252m</p><p>  提餾段(+)=0.5×(0.45+0.0407)=0.245m</p><p>

136、  可見<(+),符合防止淹塔的要求。</p><p><b>  霧沫夾帶 </b></p><p><b>  按公式</b></p><p><b>  泛點率=×100%</b></p><p><b>  及泛點率=</b><

137、;/p><p>  板上液體流徑長度 =D-2=1.30-2×0.161=0.978m</p><p>  板上液流面積 =-2=1.33-2×0.096=1.138</p><p>  苯和甲苯為正常系統(tǒng),可以按下表取物性K=1.0,而且從下圖查泛點負(fù)荷系數(shù)</p><p>  圖10 泛點負(fù)荷系數(shù)</p>

138、<p><b>  表8 物性系數(shù)K</b></p><p>  精餾段的=0.127 提餾段的=0.128</p><p>  精餾段的泛點率==54.44%</p><p><b>  泛點率=</b></p><p><b>  提餾段的泛點率=×&

139、lt;/b></p><p><b>  泛點率=</b></p><p>  根據(jù)兩個泛點公式計算出的泛點率都在80%以下,故可知霧沫夾帶量能夠滿足<0.1kg(液)/kg(氣)的要求。</p><p><b>  塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p> ?。?)霧沫夾帶線,按公式&

140、lt;/p><p><b>  泛點率=</b></p><p>  按泛點率為80%計算如下</p><p><b>  精餾段 </b></p><p>  0.06+1.331=0.1156</p><p><b>  提餾段 </b></p&

141、gt;<p>  0.064+1.331=0.1650</p><p>  由上式可知道霧沫夾帶線為直線,則在操作范圍內(nèi)任取兩個可作出霧沫夾帶線(1)</p><p><b>  相應(yīng)的和值</b></p><p>  表9 霧沫夾帶線取點</p><p><b>  液泛線 </b&g

142、t;</p><p><b>  由公式</b></p><p><b> ?。?)==</b></p><p><b>  忽略,得</b></p><p>  (+)=5.34+0.153+(1+)[]</p><p>  由于物系一定,塔板結(jié)構(gòu)尺寸

143、一定,而且</p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b>  將上式化簡為</b></p><p>  精餾段 0.030=0.1715-307.44-1.108</p><p>  提餾段 0.035=0.1843-55.85-1.108</p><

144、p><b>  相應(yīng)的和值</b></p><p><b>  表10 液泛線取點</b></p><p>  根據(jù)數(shù)據(jù)作出液泛線(2)</p><p><b>  液相負(fù)荷上限線 </b></p><p>  液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留的時間不低于3---5s

145、。依據(jù)公式,液體在降液管內(nèi)的停留時間為</p><p>  以=5s作為液體在降液管中停留時間的下限,則</p><p>  精餾段 ===0.0086</p><p>  提餾段 ===0.0086</p><p>  求出上限液體流量值(常數(shù))。在--圖液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎線(3)</p><p

146、><b>  漏液線 </b></p><p>  對于型重閥,依==5計算,則=</p><p><b>  又知道 </b></p><p><b>  則 </b></p><p>  以=5作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn),則</p><

147、p><b>  精餾段 ==</b></p><p><b>  提餾段 ==</b></p><p>  作出與液相流量無關(guān)的水平漏液線(4)</p><p>  (5) 液相負(fù)荷下限線 </p><p>  取堰上液層高度=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件,依公式=0.006&l

148、t;/p><p><b>  取E=1,則</b></p><p><b>  精餾段 = </b></p><p><b>  提餾段 =</b></p><p>  分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的(1)(2)(3)(4)(5)條線</p><p> 

149、 由塔板負(fù)荷性能圖可以看出:</p><p> ?。?)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點p(設(shè)計點),處在適宜操作區(qū)內(nèi)的位置。</p><p> ?。?)精餾段氣相負(fù)荷上限是由霧沫夾帶控制,操作下限由漏液控制。</p><p>  提餾段塔板的氣相負(fù)荷上限是由液相負(fù)荷上限控制,操作下限由漏液控制。</p><p> ?。?)按照固定的氣液比,由下

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