1.1.1 装置流程的确定。
装置包括精馏塔,原料预热器,再沸器,冷凝器,釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同,分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大,产品质量稳定等优点,工业生产中以连续蒸馏为主。
间歇蒸馏具有操作灵活,适应性强等优点,适合于小规模,多品种或多组分物系的初步分离。
蒸馏通过物料在塔内的多次部分气化与多次部分冷凝实现分离,热量自塔釜输入,由冷凝器和冷却器中的冷却介质带走。另外,为保持塔的操作稳定性,流程中采用泵将原料液输入塔内。
塔顶冷凝器装置可采用全凝器,分凝器两种不同的设置。工业上以采用全凝器为主,以便与准确地控制回流比。
故本次设计采用连续蒸馏的操作,阿丁采用全凝器,用泵输送原料液。
1.1.2 操作压力的选择。
蒸馏过程按操作压力不同,分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。一般的,除热敏性物系外,凡通过常压蒸馏能够实现分离要求,并能使用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系,都应采用常压蒸馏。故本次设计采用常压操作。
1.1.3 进料热状况的选择。
蒸馏操作有5种进料热状况,进料热状况不同,影响塔内各层塔板的气液相负荷。工业上多采用接近泡点的液体进料和泡点进料。故本次设计采用泡点进料。
1.1.4 加热方式的选择。
蒸馏大多采用间接蒸气加热,设置再沸器。若采用直接蒸气加热,对釜内溶液起到一定的稀释作用,在进料条件和产品纯度,轻组分收率一定的前提下,釜液浓度相应降低,故需要在提馏段前增加塔板以达到生产要求。故本次设计采用间接蒸气加热。
1.1.5 回流比的选择。
回流比是精馏操作的重要工艺条件,其选择的原则是使设备费和操作费用之和最低。设计时,应根据实际需要选定回流比。本次设计采用回流比为最小回流比的1.9倍。
塔板是板式塔的主要构件,分为错流式塔板和逆流式塔板两类,工业上以错流式塔为主,常用的错流式塔板有泡罩塔板,筛孔塔板,浮阀塔板。
浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的,它吸收了两种塔板的优点。其结构特点是指在塔板上开有若干个阀孔,每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。气流从浮阀周边水平地进入塔板上液层,浮阀可根据气流流量的大小二上下浮动,自行调节。
其优点是结构简单、制造方便、造价低;塔板开孔率打,生产能力;大由于阀片可随气流量变化自由升降,故操作弹性大;因上升气流水平吹入液层,气液接触时间长,故塔板效率高。
故本次设计采用的塔板是浮阀塔板。
装置设计流程中采用气液混合物进料,将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分作为塔顶产品冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
详情见图。
原料处理量:
总物料衡算。
易挥发组分物料衡算。
解得 利用苯和甲苯的平衡数据,用插值法确定。
原料液及塔顶、塔底的相对挥发度。
精馏段平均相对挥发度:
提馏段平均相对挥发度:
全塔相对平均挥发度:
气液相平衡方程为。
由于是泡点进料,所以。
解得: 故
精馏段操作线方程为。
提馏段操作线方程为。
2.7.1 逐板法。
精馏段操作线方程:,提馏段操作线方程:
气液平衡线方程:
因为采用全凝器冷却,故y1=xd=0.96,代入气液平衡方程。
代入精馏段操作线方程算得:
同理,算至第6块塔板时有:,所以改用提馏段操作线方程。
提馏段:将y6=0.64代入提馏段操作线方程:,算得x7=0.34,代入气液平衡方程,计算出。
算至第14块塔板时,停止计算。
具体计算结果如下:
由此可见,理论塔板数为13块(不包括再沸器),其中精馏段有5块,第6块为进料板。
2.7.2 简捷法。
2)利用芬斯克方计算最少理论塔板数(不包括再沸器)
3) 在吉利兰关联图上找到相应点,即可求出理论塔板数(不包括再沸器)
由吉利兰关联图查得
解得。所以全塔理论板数为14块,不包括再沸器。
4)进料板位置。
利用芬斯克方程计算精馏段最少理论塔板数,即。
由吉利兰关联图查得
解得。所以加料板位置从塔顶向下的第8块塔板。
塔顶液相的平均黏度:
原料液的平均黏度:
塔釜液相的平均黏度:
精馏段液相平均黏度:
提馏段液相平均黏度:
全塔液相平均黏度:
精馏段效率:
提馏段效率:
全塔效率:精馏段实际板数:
提馏段实际板数:
全塔实际板数:
由上述计算可知:精馏段实际板数取10,提馏段实际板数为15(不包括塔底再沸器),全塔板数为25(不包括塔底再沸器),第11块板为进料板。
3.1.1 操作压强。
取单板压降。
塔顶压强。进料板压强。
塔釜压强。精馏段平均压强:
提馏段平均压强:
3.1.2 操作温度。
利用苯和甲苯的平衡数据,用插值法确定。
精馏段平均温度:
提馏段平均温度:
3.1.3 平均分子量。
塔顶的气液相组成
液相。气相
进料板的气液相组成
液相。气相。
塔釜的气液相组成
液相。气相。
精馏段液相平均分子量。
精馏段气相平均分子量。
提馏段液相平均分子量。
提馏段气相平均分子量。
3.1.4 平均密度。
液相中:塔顶。
进料板。塔釜。
精馏段的平均液相密度:
提馏段的平均液相密度:
气相中:精馏段的平均气相密度。
提馏段的平均气相密。
3.1.5液体表面张力。
塔顶。进料板。
塔釜。精馏段的平均表面张力:
提馏段的平均表面张力:
3.1.6 液体粘度。
塔顶液相的平均黏度:
原料液的平均黏度:
塔釜液相的平均黏度:
精馏段液相平均黏度:
提馏段液相平均黏度:
全塔液相平均黏度:
3.1.7 体积流率计算。
精馏段。提馏段。
表3-1 工艺条件计算结果。
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