化工原理課程設(shè)計--分離苯-甲苯的混合物

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　系 別： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： &l

2、t;/p><p>　　2013年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設(shè)計方案的確定1</p><p>　　2 精餾塔的物料衡算1</p><p>　　2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)1</p><p>　　2.2

3、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量1</p><p>　　2.3 物料衡算1</p><p>　　3 塔板數(shù)的確定2</p><p>　　4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算4</p><p>　　4.1 操作壓力計算4</p><p>　　4.2 操作溫度計算4</p>&l

4、t;p>　　4.3 平均摩爾質(zhì)量計算5</p><p>　　4.4 平均密度計算6</p><p>　　4.5 液體平均表面張力計算7</p><p>　　4.6 液體平均粘度計算7</p><p>　　5 精餾塔的塔體工藝尺寸的計算8</p><p>　　5.1 塔徑的計算8</p

5、><p>　　5.2 精餾塔有效高度的計算10</p><p>　　6 塔板主要工藝尺寸的計算11</p><p>　　6.1 溢流裝置計算11</p><p>　　6.2 踏板布置12</p><p>　　7 篩板的流體力學(xué)驗算14</p><p>　　7.1 塔板壓降14

6、</p><p>　　7.2 液面落差15</p><p>　　7.3 液沫夾帶15</p><p>　　7.4 漏液15</p><p>　　7.5 液泛16</p><p>　　8 塔板負(fù)荷性能圖16</p><p>　　8.1 液漏線16</p>&l

7、t;p>　　8.2 液沫夾帶線17</p><p>　　8.3 液相負(fù)荷下限線18</p><p>　　8.4 液相負(fù)荷上限線19</p><p>　　8.5 液泛線19</p><p>　　1 設(shè)計方案的確定</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯的混合物。對于二元混合物的分離,應(yīng)采用連

8、續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進(jìn)料,將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi),其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。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2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　2 精餾塔的物料衡算</p><p>　　2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾

9、分?jǐn)?shù)</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　甲苯的摩爾質(zhì)量 </b></p><p>　　2.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　2.3 物料衡算</b></p><p><b>　　原料處理量

10、 </b></p><p><b>　　總物料衡算 </b></p><p><b>　　苯物料衡算</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得 </b></p><p><b>　　3 塔板數(shù)的確定</b></p><

11、;p><b>　　計算最小回流比，因</b></p><p><b>　　當(dāng)選取時，即</b></p><p><b>　　解得，因為，所以</b></p><p>　　相平衡方程 或 （a）</p><p><b>　　由式（a）得 </b>&

12、lt;/p><p>　　精餾段操作線 </p><p><b>　?。╞）</b></p><p>　　提餾段操作線 (因q=1)</p><p>　　式中 </p><p>　　代入可得 （c）</p

13、><p>　　泡點進(jìn)料 q=1, </p><p>　　表3-1 塔板數(shù)解法（a）</p><p>　　因，第7塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程（c）計算，</p><p>　　表3-2 塔板數(shù)解法（b）</p><p>　　同樣，所需總理論板數(shù)為13塊，第6塊加料，精餾段需5塊板。</p><

14、;p><b>　　實際板層數(shù)的求取</b></p><p>　　精餾段實際板層數(shù) </p><p>　　提餾段實際板層數(shù) </p><p>　　4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　4.1 操作壓力計算</p><p><b>　　塔頂操作壓力

15、</b></p><p>　　每層塔板壓降 ?p=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力 </p><p><b>　　精餾段平均壓力 </b></p><p>　　塔釜壓強 </p><p><b>　　提餾段平均壓力 </b>

16、;</p><p>　　4.2 操作溫度計算</p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略。計算結(jié)果如下:</p><p><b>　　苯 </b></p><p><b>　　甲苯 </b></p

17、><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　由表格得</b></p><p><b>　　塔頂溫度 </b></p><p><b>　　同理可得</b></p><p><b>　　進(jìn)料板溫度

18、</b></p><p><b>　　精餾段平均溫度 </b></p><p>　　塔釜溫度 </p><p>　　提餾段平均溫度 </p><p>　　4.3 平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><

19、;b>　　由,得</b></p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><b>　　,,得 </b></p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　塔釜平均摩爾質(zhì)量計算</p><p><b>　　,</b></p&g

20、t;<p>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　4.4 平均密度計算</p><p>　?。?)氣相平均密度計算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計算，即</p><p><b>　　精餾段的計算</b></p><p><b>　　提餾段的計算<

21、/b></p><p><b>　　液相平均密度計算</b></p><p>　　塔頂液相平均密度計算：</p><p><b>　　由查手冊得</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度計算：</p><p><b>　　由</b></

22、p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為</p><p>　　精餾段液相平均密度為 </p><p><b>　　塔釜液相平均密度為</b></p><p><b>　　,查手冊得</b></p><p>　　提餾段液相平均密度為</p><p>　　4.5

23、 液體平均表面張力計算</p><p>　　塔頂液相平均表面張力計算:</p><p><b>　　由</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力計算:</p><p><b>　　由，</b></p><p>　　精餾段液相平均表面張力為</p>&

24、lt;p>　　塔釜液相平均表面張力為</p><p><b>　　由，查手冊得，</b></p><p>　　提餾段平均表面張力為</p><p>　　4.6 液體平均粘度計算</p><p>　　塔頂液相平均粘度的計算：</p><p><b>　　由</b><

25、;/p><p><b>　　，解得</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均粘度的計算：</p><p><b>　　由查手冊得，</b></p><p><b>　　，解得</b></p><p>　　精餾段液相平均粘度為</p><

26、p>　　塔釜液相平均粘度的計算：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　，解得</b></p><p>　　提餾段液相平均粘度為</p><p>　　5 精餾塔的塔體工藝尺寸的計算</p><p>　　5.1 塔徑的計算</p&g

27、t;<p>　　（1）精餾段的氣、液相體積流量為</p><p>　　(D表示的是餾出液的流率）</p><p>　　式中由計算，經(jīng)查表得，圖的橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距板上液層高度，則</p><p><b>　　查圖得</b></p><p>　　取安全系數(shù)為，則空塔

28、氣速為</p><p><b>　　（表示的是塔徑）</b></p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為 </b></p><p&

29、gt;　　提餾段的氣、液相體積流量為</p><p>　　,式中由計算，經(jīng)查表得，圖的橫坐為</p><p>　　取板間距板上液層高度，則</p><p><b>　　查圖得</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　取安全系數(shù)為，則空塔氣速為<

30、;/p><p><b>　?。ū硎镜氖撬剑?lt;/b></p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><p>　　5.2

31、 精餾塔有效高度的計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為</p><p>　　6 塔板主要工藝尺寸的計算</p><p>　　6.1 溢流裝置計

32、算</p><p>　　因為塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下。</p><p><b>　　堰長</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　(2)溢流堰高度</b></p><p>　　選用平

33、直堰，堰上液層高度由</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　取板上清液高度，則</b></p><p>　　弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由弓形降液管的參數(shù)圖</p><p><b>　　得 </b&g

34、t;</p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　依式</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　，故降液管設(shè)計合理。</p><p>　?。?）降液管底隙高度</p><p>

35、;<b>　　，滿足</b></p><p><b>　　取，則</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。 </p><p>　　選用凹形

36、受液盤，深度。</p><p><b>　　6.2 踏板布置</b></p><p><b>　　塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查表得，塔板分為3塊。</p><p>　　表6-1 單溢流型塔板分塊數(shù)</p><p><b>　　

37、邊緣區(qū)寬度確定</b></p><p><b>　　取。</b></p><p><b>　　開孔區(qū)面積計算</b></p><p><b>　　開孔區(qū)面積按</b></p><p><b>　　其中</b></p><p&

38、gt;<b>　　故</b></p><p><b>　　篩孔計算及其排列</b></p><p>　　本例處理的物系無腐蝕性，可選用的碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距為</p><p><b>　　篩孔數(shù)目為</b></p><p><b>　　開

39、孔率為</b></p><p>　　氣孔通過閥孔的氣速為</p><p>　　7 篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　7.1 塔板壓降</b></p><p><b>　　干板阻力計算</b></p><p><b>　　干板阻力由式&l

40、t;/b></p><p><b>　　由查圖得，故</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過液層的阻力好計算</p><p>　　氣體通過液層的阻力由式，由計算<

41、;/p><p><b>　　查圖得</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計算</p><p

42、><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱可按下式計算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p&g

43、t;　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　?。ㄔO(shè)計允許值）</b></p><p><b>　?。ㄔO(shè)計允許值）</b></p><p><b>　　7.2 液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，切本例的塔徑和液面量均不大，故忽略液面

44、落差的影響。</p><p><b>　　7.3 液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶量由式計算，一般取，即</p><p>　　故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　7.4 漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速可由

45、式計算，即</p><p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　故在本設(shè)計中無明顯漏液。</p><p><b>　　7.5 液泛</

46、b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從式關(guān)系，苯-甲苯物系屬一般物系，取則 </p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，由式計算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b&g

47、t;　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　因 </b></p><p>　　故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　8 塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　8.1 液漏線<

48、/b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　表8-1 計算結(jié)果

49、</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)可作出液漏線1.</p><p>　　8.2 液沫夾帶線</p><p><b>　　以，關(guān)系如下：</b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p

50、><p>　　表8-2 計算結(jié)果</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)可作出液沫夾帶線2.</p><p>　　8.3 液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式得</p><p><b>　　取,則</b></p><p>　　據(jù)此

51、可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下線線3.</p><p>　　8.4 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限，由式得</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4.</p><p><b&

52、gt;　　8.5 液泛線</b></p><p><b>　　令 </b></p><p><b>　　,聯(lián)立得</b></p><p>　　忽略，將的關(guān)系代入上式，并整理得</p><p><b>　　，式中</b></p><p>&

53、lt;b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得</b></p><p>　　， </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　表8-3 計算結(jié)果</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)可作出液泛線5.</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能

54、圖，如下圖所示。</p><p>　　圖8.1 精餾段篩板塔負(fù)荷性能圖</p><p>　　圖8.2 提餾段篩板塔負(fù)荷性能圖</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作線，有圖可以看出，該篩塔的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖可得</p><p><b>　　故操作彈性為</b></p>&l