1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求…………………………………………………………………..3</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………….3</p><p&

2、gt;　　1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………………………………………………….3</p><p>　　主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)………………………………………………..................................3</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………………………..4</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)方案的確定……………

3、…………………………………………………4</p><p>　　3.2精餾塔的物料衡算……………………………………………………………4</p><p>　　3.3塔板數(shù)的確定…………………………………………………………………5</p><p>　　3.4精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)……………………………………………6</p><p>　　3.5

4、精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算……………………………………………………8</p><p>　　3.6全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 …………………………………………………..9</p><p>　　3.7再沸器加熱介質(zhì)的消耗量…………………………………………………..10</p><p>　　4. 篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 …………………………………………………………...11</

5、p><p>　　5. 工藝流程圖 ……………………………………………………………………...11</p><p>　　6. 設(shè)計(jì)感想 ………………………………………………………………………...12</p><p>　　7. 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………..12</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：分離正庚烷-正辛

6、烷混合液的篩板精餾塔</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　在一常壓操作的連續(xù)塔精餾塔內(nèi)分離正庚烷-正辛烷混合物。原料液年處理量為20000t，料液濃度為50%（正庚烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。要求塔頂產(chǎn)品正庚烷濃度為98.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)），塔底釜液中正辛烷

7、濃度不低于98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件如下：</b></p><p>　　根據(jù)上述工藝條件進(jìn)行篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明；</p><p><b>

8、　　2.工藝計(jì)算；</b></p><p>　　3.主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總；</b></p><p><b>　　5.工藝流程圖；</b></p><p><b>　　6.設(shè)計(jì)感想。</b></p><

9、;p><b>　　主要基數(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表1 正庚烷和正辛烷的物理性質(zhì)</p><p>　　表2 常壓下正庚烷-正辛烷的氣液平衡與溫度的關(guān)系</p><p>　　以上為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可用安托尼(Antoine)公式計(jì)算：</p><p>　　表3 A、B、C取值</p><

10、;p>　　表4 液體密度(Kg/m3)</p><p>　　表5 液體表面張力(10-3N/m)</p><p>　　表6 液體表面粘度(10-3 Pa·s)</p><p>　　表7 液體汽化熱(KJ/mol)</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p&

11、gt;　　3.1設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　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)中采取飽和液體進(jìn)料，即泡點(diǎn)進(jìn)料。將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)都送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器，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)品冷卻后送至貯罐。該物系屬易分離體系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用飽和蒸汽加熱，塔頂產(chǎn)品冷卻后送至貯罐。</

12、p><p>　　3.2精餾塔的物料衡算</p><p>　　(1)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　正庚烷的摩爾質(zhì)量：MA = 100.21 Kg/Kmol</p><p>　　正辛烷的摩爾質(zhì)量：MB = 114.22 Kg/Kmol</p><p><b>　　0.5327</b>

13、;</p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p><p><b>　　0.0227</b></p><p>　　(2)原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　(3)全塔物料衡算</b></p><p><

14、b>　　進(jìn)料量：</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　3.3塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　(1)理論塔板層數(shù)NT</p><p>　　正庚烷-正辛烷屬于理想物系，采用圖解法求理論塔板數(shù)</p><p>　?、儆稍O(shè)計(jì)手冊(cè)

15、查得正庚烷-正辛烷物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖。</p><p>　　②求最小回流比(Rmin)及操作回流比(R)</p><p>　　采用作圖法求最小回流比。泡點(diǎn)進(jìn)料(q=1)，即q為直線。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e(0.5327,0.5327)做垂線ef即為進(jìn)料線(q線),q線與平衡線交于點(diǎn)d,d點(diǎn)坐標(biāo)為yq=0.7066,xq=0.5327。</p><p>

16、<b>　　故最小回流比：</b></p><p>　　R = 2Rmin = 3.22</p><p>　?、劬s塔的氣、液相負(fù)荷</p><p>　　L=RD=25.5346kmol/h V=L+D=33.4646 kmol/h</p><p>　　L’=L+qF=40.5246 kmol/h

17、 V’=V+(q-1)F=33.4646 kmol/h</p><p><b>　?、懿僮骶€方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　⑤圖解法求理論塔板數(shù)</

18、p><p>　　在圖上做操作線，由點(diǎn)（0.9868,0.9868）起在平衡線與操作線間畫階梯，直到階梯與平衡線交點(diǎn)小于0.0227為止。由此得到理論板NT=15塊（含再沸器）。其中，精餾段7塊，提餾段8塊（含進(jìn)料板）。第8塊為進(jìn)料板。</p><p>　?、迣?shí)際塔板層數(shù)Np的求取</p><p>　　精餾段實(shí)際板層數(shù)：N精 =7/0.55</p><

19、p>　　提餾段實(shí)際板層數(shù)：N提 =7/0.55</p><p>　　總實(shí)際板數(shù)：NP=N精+N提=26</p><p>　　3.4精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算</p><p><b>　　(1)操作壓力</b></p><p>　　塔頂操作壓力：P

20、D=101.3+4=105.3kpa</p><p><b>　　每層塔壓降：</b></p><p>　　進(jìn)料板壓力：PF=105.3+0.7</p><p>　　精餾段平均壓力：Pm=(105.3+114.4)/2=109.85kpa</p><p><b>　　(2)操作溫度</b></

21、p><p>　　根據(jù)表1的常壓下正庚烷=正辛烷的氣液平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。有內(nèi)插法求得：</p><p>　　塔頂溫度：tD=98.49℃</p><p>　　進(jìn)料板溫度：tF=113.85℃</p><p>　　精餾段平均溫度：tm=(98.49+113.85)/2=106.2℃</p><p><b>　　(

22、3)平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　?、偎敋狻⒁夯旌衔锲骄栙|(zhì)量：由xD=y1=0.9868，查平衡曲線，得x1=0.981</p><p>　?、谶M(jìn)料板氣、液混合物平均摩爾質(zhì)量：由圖解理論板數(shù)，得yF1=0.62，查平衡曲線，得xF1=0.47</p><p>　?、劬s段氣、液混合物平均摩爾質(zhì)量：</p><p>

23、<b>　　(4)平均密度</b></p><p><b>　?、贇庀嗥骄芏?lt;/b></p><p><b>　　理想氣體狀態(tài)方程</b></p><p><b>　　②液相平均密度</b></p><p><b>　　塔頂液相平均密度<

24、/b></p><p>　　tD=98.49℃,由表4內(nèi)插法得：,</p><p><b>　　進(jìn)料板液相平均密度</b></p><p>　　tF=113.85℃，由表4內(nèi)插法得：PLA=,PLB=</p><p>　　進(jìn)料板液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</p><p><b>　　精餾段液相

25、平均密度</b></p><p>　　(5)液相平均表面張力</p><p><b>　　液相平均表面張力:</b></p><p>　　塔頂液相平均表面張力：</p><p>　　tD=98.49℃,由表5內(nèi)插法得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力：</p>

26、<p>　　tF=113.85℃，由表5內(nèi)插法得：</p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><p><b>　　12.98mN/m</b></p><p><b>　　(6)液體平均粘度</b></p><p><b>　　液體平均粘度:</b>&l

27、t;/p><p><b>　　塔頂液相平均粘度：</b></p><p>　　tD=98.49℃,由表6內(nèi)插法得：</p><p>　　進(jìn)料板液相平均粘度：</p><p>　　tF=113.85℃，由表6內(nèi)插法得： </p><p>　　3.5精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p

28、><b>　　(1)塔徑計(jì)算</b></p><p>　?、倬s段氣、液相體積流率</p><p><b>　?、诳账馑儆?jì)算</b></p><p>　　由由斯密斯關(guān)聯(lián)圖查取。</p><p>　　斯密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)：</p><p>　　取板間距，板上液層高度&l

29、t;/p><p><b>　　查斯密斯關(guān)聯(lián)圖得：</b></p><p>　　安全系數(shù)取0.7，則空塔氣速為：</p><p>　　u=0.7umax=0.5022m/s</p><p>　　按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為：</p><p><b>　　塔截面積：</b></p>

30、;<p><b>　　實(shí)際空塔氣速為</b></p><p>　　(2)精餾塔有效高度計(jì)算</p><p><b>　　精餾段有效高度</b></p><p><b>　　提餾段有效高度</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m,故精餾塔

31、有效高度為</p><p>　　3.6全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量</p><p>　　塔頂全凝器的熱負(fù)荷：</p><p>　　由于塔頂溜出液幾乎為純正庚烷，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可按純的正庚烷的摩爾焓計(jì)算。若回流液在飽和溫度下進(jìn)入塔內(nèi)，則</p><p>　　tD=98.49℃,由表7內(nèi)插法得該溫度下正庚烷的汽化熱為341.81J/Kg。</p&g

32、t;<p>　　水為冷凝質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為15℃，30℃，則平均溫度下的比熱</p><p>　?。ú樵O(shè)計(jì)手冊(cè)），冷凝水用量為：</p><p>　　3.7再沸器加熱介質(zhì)的消耗量</p><p><b>　　再沸器熱負(fù)荷：</b></p><p>　?、偎斦羝麕С龅臒崃縌v（塔頂產(chǎn)品幾乎為純正庚

33、烷，摩爾汽化焓取純正庚烷的摩爾汽化焓）：</p><p>　?。ú樵O(shè)計(jì)手冊(cè)：tD=98.49℃時(shí)，</p><p>　?、谒桩a(chǎn)品帶出的熱量QW（塔底產(chǎn)品幾乎為純正辛烷，摩爾汽化焓取純正辛烷的摩爾汽化焓）：</p><p>　?。ㄓ杀?內(nèi)插法求得釜液溫度tw=124.79℃。查設(shè)計(jì)手冊(cè)：tw=124.79℃時(shí)，cp正辛烷=299.55kJ/kmol）</p&g

34、t;<p><b>　?、墼弦簬氲臒崃?lt;/b></p><p>　　tF=113.85℃。由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出此溫度下正庚烷、正辛烷的比熱容</p><p>　　cp正庚烷=264.55kJ/ kmol，cp正辛烷= 293.55kJ/ kmol。</p><p>　　原料液平均摩爾比熱容：</p><p>

35、　?、芑亓饕簬氲臒崃縌L（回流液的摩爾焓取純正庚烷的摩爾焓）：</p><p>　　200kPa（表壓）的水蒸氣汽化熱為r水=</p><p>　　加熱水蒸汽的消耗量為：</p><p><b>　　篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p><b>　　工藝流程圖</b></p>