分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计课程设计(编辑修改稿)

分离正庚烷-正己烷混合液的筛板式精馏塔工艺设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

塞。 第二 章 工艺条件的使用和说明 操作压力的确定 蒸馏操作通常在常压、加压和减压下进行。 确定操作压力时， 应该 根据所处理 的 物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。 由于对于正己烷 — 正庚烷物系并没有什么特殊要求，故本设计采用的是常压进化工原理课程设计 ４ 料。 进料状态的确定 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。 本设计中采用 40℃进料。 加热剂和加热方式的确定 蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。 当然 有时也可采用直接蒸汽加热。 然而，直接蒸汽加热 时 ，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起 到 了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数 会 稍有增加。 本设计采用立式热虹吸式再沸器，该再沸器是利用塔底单相釜液与换热管内气液混合物的密度差形成循环推动力，构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环。 这种再沸器具有传热系数高，结构紧凑，安装方便，釜液在加热段停留时间短，不易结垢，调节方便，占地面积小，设备及运行费用低等显著优点。 但由于结构上的原因，壳程不易清洗，因此不适宜用于高粘度的液体或较脏的加热介质。 同时由于是立式安装，因而，增加了塔的裙座高度。 冷凝器和冷却剂的确定 本设计用水作为冷却剂。 冷凝器将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。 精馏塔选用筛板塔，配合使用 螺纹管式 换热器。 因为此换热器承受的压力在 ，振动幅度小，噪音小，使用寿命长 ， 热效率高，更加节省能量 ， 全不锈钢焊接，耐高温高压 ， 结构紧凑，安装方便，占地面积小 ，结垢倾向低，维护费用低 ，而且节能环保。 化工原理课程设计 ５ 第 三 章 塔的工艺 设计 计算 精馏塔的物料衡算 、塔底产品的摩尔分数 正己烷 的摩尔质量 ol8 6 .1 7 2 Kg /mM A  正庚烷的摩尔质量 ol1 0 0 .2 1 Kg /mM B  原料处理量为： hk m olF / 100 0300 00   原料液及塔顶、塔底产品含正己烷摩尔分数和平均 摩尔 质量 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 总物料衡算 D+W＝ F 正己烷物料衡算  WD 联立解得 K m o lkgD / 化工原理课程设计 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— 釜残液流量， hKmol/ XF— 原料液中易挥发组分的摩尔分数 XD— 馏 出液中易挥发组分的摩尔分数 XW— 釜残液中易挥发组分的摩尔分数 理论板数的计算 正己烷正庚烷的平衡线 Antoine 常数值 组分 A B C PS 正己烷 KPa 正庚烷 mmHg 常压下正己烷 正庚烷气液平衡组成与温度的关系 气液平衡数据 ： PA/KPa PB/KPa 液相中正己烷的摩尔分率x 气相中正庚烷的摩尔分率 y 温度 t/℃ 化工原理课程设计 ７ 正己烷正庚烷 txy图如下： 化工原理课程设计 ８ 利用表一中数据由内差可求得当 FX ，溶液的泡点温度 Ft CtF  )4 5 9 2 5 7 7 (4 5 9 2 5 2 5 6 2 求 q 值及 q 线方程 表二：正己烷和正庚烷的汽化热 (求 ℃ ) 内插法可得mo lKJr /)(  mo lKJr /33)( 2  m olJm olKJxrxrr FFm /30 74 1/74 )47 (3347 )1(21  平均温度 Ct  温度 T/K 正己烷r1(KJ/mol) 正庚烷 r2(KJ/mol) 化工原理课程设计 ９ 表三：正己烷和正庚烷的比热容 (求 ℃ 下 ) 温度 T/K 330 340 正庚烷 Cp2(J/(mol/K)) 内插法： )//(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 线方程为11  qxxq qy F 所以  xy 由图可看出 q 线与平衡线的交点（ ,） 所以 2 7 5 6 8 5 4 7 5 4 9 1 i n  qqqD xy yxR 取 7 m in  RR 故精馏段操作线方程 3 4 5 6  xR xxR Ry D 提馏段： 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        所以作下图。 化工原理课程设计 １０ 图解法求 理论塔板数： 利用 origin 作图，可知 Y X B 第 十 块板进料，总理论板层数为 21 块（不含再沸器），精馏段 9块，提馏段12块 全塔效率 ET )( LTE  化工原理课程设计 １１ 塔顶与塔底平均温度 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 由直线内插法： 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  实际板层数求解 ET= 精馏段： N1=9/=16 提馏 段 ： N2=12/=21 实际总 板 数： 37 块 化工原理课程设计 １２ 精馏塔正己烷 正庚烷物性参数的计算 操作温度 利用表 一数 据内插法 可求得 Dt 、 Wt Ct D )(   Ct W )0 0 0 0 2 (0 0 0 3 8 8  精馏段平均温度 Cttt DF 01 0 4  提馏段平均温度 Cttt WF 02  平均摩尔质量 精馏段（ ℃ ） 液相组成： 7 3 8 )( 7 2 4 4 6 8 3 0 2 4 4 6 1 x 气相组成： 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  提馏段 (℃ ) 液相组成： 2 1 3 ) 4 ( 2 1 4 5 6 8 7 5 1 1 4 5 6 2 x 气相组成： 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  化工原理课程设计 １３ 液相平均表面张力计算 液相平均表面张力依下式计算，即 iiniLm x   1 表四：正己烷 1 和正庚烷 2 液相表面张力 精馏段液相平均表面张力 ( 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   提馏段液相平均表面张力（ KT  ） 正己烷 mmN /  正庚烷 mmN /  mmNxxm /)()1( 22212   液相平均黏度计算 液相平均粘度依下式计算 ：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/ ) 化工原理课程设计 １４ 精馏段液相 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   提馏段液相平均黏度（ 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   操作压力计算 塔 顶操作压力 KPaPD  每层塔板压降 KPaP  ，一般 ~ 进料板压力 K P aP F 1 0 1  塔底操作压力 K P aP F 1 1 1 。