分離正庚烷-正己烷混合液的篩板式精餾塔工藝設計課程設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 塞。 第二 章 工藝條件的使用和說明 操作壓力的確定 蒸餾操作通常在常壓、加壓和減壓下進行。確定操作壓力時， 應該 根據所處理 的 物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。由于對于正己烷 — 正庚烷物系并沒有什么特殊要求，故本設計采用的是常壓進化工原理課程設計 ４ 料。 進料狀態的確定 進料狀態與塔板數、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯系。 本設計中采用 40℃進料。 加熱劑和加熱方式的確定 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。 當然 有時也可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱 時 ，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起 到 了稀釋作用，在塔底易揮發物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發組分的濃度應較低，因而塔板數 會 稍有增加。 本設計采用立式熱虹吸式再沸器，該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內氣液混合物的密度差形成循環推動力，構成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動循環。這種再沸器具有傳熱系數高，結構緊湊，安裝方便，釜液在加熱段停留時間短，不易結垢，調節方便，占地面積小，設備及運行費用低等顯著優點。但由于結構上的原因，殼程不易清洗，因此不適宜用于高粘度的液體或較臟的加熱介質。同時由于是立式安裝，因而，增加了塔的裙座高度。 冷凝器和冷卻劑的確定 本設計用水作為冷卻劑。冷凝器將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產品，其余作回流液返回塔頂，使塔內氣液兩相間的接觸傳質得以進行 。 精餾塔選用篩板塔，配合使用 螺紋管式 換熱器。 因為此換熱器承受的壓力在 ，振動幅度小，噪音小，使用壽命長 ， 熱效率高，更加節省能量 ， 全不銹鋼焊接，耐高溫高壓 ， 結構緊湊，安裝方便，占地面積小 ，結垢傾向低，維護費用低 ，而且節能環保。 化工原理課程設計 ５ 第 三 章 塔的工藝 設計 計算 精餾塔的物料衡算 、塔底產品的摩爾分數 正己烷 的摩爾質量 ol8 6 .1 7 2 Kg /mM A ? 正庚烷的摩爾質量 ol1 0 0 .2 1 Kg /mM B ? 原料處理量為： hk m olF / 100 0300 00 ??? ?? 原料液及塔頂、塔底產品含正己烷摩爾分數和平均 摩爾 質量 4 7 7 0 0/)(1 7 ????Fx 9 9 1 )991(?????Dx 0 0 2 0 0/)(1 7 ????Wx mo lkgM F /)( ?????? k m o lkgk m o lkgMMWD /)( /)( ?????? ?????? 物料衡 算 總物料衡算 D+W＝ F 正己烷物料衡算 ????? WD 聯立解得 K m o lkgD /? 化工原理課程設計 ６ K m olkgW /? 正庚烷的回收率： ( 1 ) 1 0 0 % 9 9 . 2 %( 1 )WB FWxFx? ?? ? ?? 正己烷的回收率： 9 9 7 7 7 5 9 9 1 ????? FDA FxDx? 式中： F— 原料液流量， hKmol/ D— 流出液流量， hkmol/ W— 釜殘液流量， hKmol/ XF— 原料液中易揮發組分的摩爾分數 XD— 餾 出液中易揮發組分的摩爾分數 XW— 釜殘液中易揮發組分的摩爾分數 理論板數的計算 正己烷正庚烷的平衡線 Antoine 常數值 組分 A B C PS 正己烷 KPa 正庚烷 mmHg 常壓下正己烷 正庚烷氣液平衡組成與溫度的關系 氣液平衡數據 ： PA/KPa PB/KPa 液相中正己烷的摩爾分率x 氣相中正庚烷的摩爾分率 y 溫度 t/℃ 化工原理課程設計 ７ 正己烷正庚烷 txy圖如下： 化工原理課程設計 ８ 利用表一中數據由內差可求得當 ?FX ，溶液的泡點溫度 Ft CtF ???????? )4 5 9 2 5 7 7 (4 5 9 2 5 2 5 6 2 求 q 值及 q 線方程 表二：正己烷和正庚烷的汽化熱 (求 ℃ ) 內插法可得mo lKJr /)( ??????? mo lKJr /33)( 2 ??????? m olJm olKJxrxrr FFm /30 74 1/74 )47 (3347 )1(21 ??????????? 平均溫度 Ct ???? 溫度 T/K 正己烷r1(KJ/mol) 正庚烷 r2(KJ/mol) 化工原理課程設計 ９ 表三：正己烷和正庚烷的比熱容 (求 ℃ 下 ) 溫度 T/K 330 340 正庚烷 Cp2(J/(mol/K)) 內插法： )//(2 3 9)3 3 07 3 3 3(3 3 03 4 0 3 4 3 72 Kmo lJC P ??????? 正己烷用 32 DTCTBTAC P ???? 已知： 1063 102 3 2 9106 3 1 0,104 1 8 27 3 ??? ????????? DCBA ， 所以 )//( KmolJC P ? )//()1(21 Km olJxCxCC FPFPP m ????? )( ????? mPm rCrq m q 線方程為11 ???? qxxq qy F 所以 ?? xy 由圖可看出 q 線與平衡線的交點（ ,） 所以 2 7 5 6 8 5 4 7 5 4 9 1 i n ??????? qqqD xy yxR 取 7 m in ???? RR 故精餾段操作線方程 3 4 5 6 ?????? xR xxR Ry D 提餾段： 1 . 9 1 2 1 . 4 1 4 0 . 8 9 /L R D k g m o l? ? ? ? qFy x xL qF W L qF W?? ? ? ? ?? ? ? ? 所以作下圖。 化工原理課程設計 １０ 圖解法求 理論塔板數： 利用 origin 作圖，可知 Y X B 第 十 塊板進料，總理論板層數為 21 塊（不含再沸器），精餾段 9塊，提餾段12塊 全塔效率 ET )( LTE ??? 化工原理課程設計 １１ 塔頂與塔底平均溫度 Cttt 021 2 ????? 正己烷：2 2 3 35 4 5 52 4 2 2 3 3 1 ? ??? L? smP aL 1 76 3 ?? 正庚烷： smP aL 2 3 7 2 4 )(3 5 3 . 23 7 3 . 2 0 . 2 4 10 . 2 0 ?????? sm P axx LLL 21 06 )43 (23 72 )1( 22 21 ????????? ??? t PA PB 由直線內插法： 8 2 . 3 9 5 8 1 . 7 8 2 . 7 8 1 . 71 4 9 . 5 7 2 6 1 5 3 . 9 2 7 9 1 4 9 . 5 7 2 6AP????? KPa? 8 2 . 3 9 5 8 1 . 7 8 2 . 7 8 1 . 76 0 . 3 0 3 1 3 6 6 2 . 3 0 2 0 4 6 0 . 3 0 1 3 66 1 . 6 9 2BBPP K P a?????? 1 5 2 .6 2 .4 7 3 66 1 .6 9 2ABPP? ? ? ? 5 7 4 )4 7 3 1 0 6 ()( ????? ?LTE ?? 實際板層數求解 ET= 精餾段： N1=9/=16 提餾 段 ： N2=12/=21 實際總 板 數： 37 塊 化工原理課程設計 １２ 精餾塔正己烷 正庚烷物性參數的計算 操作溫度 利用表 一數 據內插法 可求得 Dt 、 Wt Ct D )( ???? ??? Ct W )0 0 0 0 2 (0 0 0 3 8 8 ??????? 精餾段平均溫度 Cttt DF 01 0 4 ??? 提餾段平均溫度 Cttt WF 02 ??? 平均摩爾質量 精餾段（ ℃ ） 液相組成： 7 3 8 )( 7 2 4 4 6 8 3 0 2 4 4 6 1 ???????x 氣相組成： 8 6 1 )( 8 7 0 2 9 4 5 6 2 7 0 2 9 1 ???????y K m o lKgM L /)7 3 8 ( 0 07 3 8 7 ?????? K m o lKgM V /)8 6 1 ( 0 08 6 1 7 ?????? 提餾段 (℃ ) 液相組成： 2 1 3 ) 4 ( 2 1 4 5 6 8 7 5 1 1 4 5 6 2 ???????x 氣相組成： 3 9 4 ) 4 ( 3 9 6 5 5 5 6 1 4 9 6 5 5 2 ???????y K m o lKgM L /)2 1 3 ( 0 02 1 3 7 ?????? K m o lKgM V /)3 9 4 ( 0 03 9 4 ?????? 化工原理課程設計 １３ 液相平均表面張力計算 液相平均表面張力依下式計算，即 iiniLm x ?? ??? ?1 表四：正己烷 1? 和正庚烷 2? 液相表面張力 精餾段液相平均表面張力 ( KT ? ) 正己烷 mmN /) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 1 3 . 2 01 2 . 2 41 3 . 2 01 ?????? 正庚烷 mmN /) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 1 5 . 3 81 4 . 3 51 5 . 3 82 ?????? mmNxxm /)()1( 12111 ????????? ??? 提餾段液相平均表面張力（ KT ? ） 正己烷 mmN / ??? 正庚烷 mmN / ??? mmNxxm /)()1( 22212 ??????????? ??? 液相平均黏度計算 液相平均粘度依下式計算 ：iiniLm x?? 1??? 表五：正己烷 1? 和正庚烷 2? 液相黏度 T/K )(1 smPa? )(2 smPa? T/K 1? /( mmN/ ) 2? /( mmN/ ) 化工原理課程設計 １４ 精餾段液相 平均黏度 ( KT ? ) 正己烷2 2 3 4 82 4 2 2 3 3 1 ? ??? ? smP a1 9 1 0 201?? 正庚烷 smP a 2 5 1 0 ) 4 31 9 4 8(3 4 3 . 23 5 3 . 2 0 . 2 6 10 . 2 4 12 6 ?????? sm P axxm 20 6 )73 8 (25 1 8 1 )1( 12111 ????????? ??? 提餾段液相平均黏度（ KT ? ） 正己烷2 2 3 38 9 6 22 4 2 2 3 3 1 ?? ??? ? smP a1 61 6 ??? 正庚烷 smP a 2 2 5 4 8 )(3 5 3 . 23 7 3 . 2 0 . 2 4 10 . 2 0 2 ??????? sm P axxm 21 18 )21 (22 54 16 )1( 22212 ??????????? ??? 操作壓力計算 塔 頂操作壓力 KPaPD ? 每層塔板壓降 KPaP ?? ，一般 ~ 進料板壓力 K P aP F 1 0 1 ???? 塔底操作壓力 K P aP F 1 1 1 ????