【正文】 .................................................... 37 參考文獻(xiàn) .............................................. 38 附錄 英文翻譯 .......................................... 1 致 謝 ................................................. 6 塔設(shè)備概述 塔設(shè)備是化工、石油等工業(yè)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備。塔設(shè)備的基本功能在于提供氣、液兩相以充分接觸的機(jī)會(huì)，使質(zhì)、熱兩種傳遞過程能夠迅速有效地進(jìn)行；還要能使接觸之后的氣、液兩相及時(shí)分開，互不夾帶。因此，蒸餾和吸收操作可在同樣的設(shè)備中進(jìn)行。 根 據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，塔設(shè)備可分為板式塔與填料塔兩大類。 板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板 (或稱塔盤 )，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng)，由塔底向上依次穿過各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。 填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤(rùn)濕表面上進(jìn)行接觸，其組成沿塔高 連續(xù)地變化。 目前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多采用板式塔，而當(dāng)處理量較小時(shí)多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī) 模往往較大，所需塔徑常達(dá)一米以上，故采用板式塔較多；吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。 板式塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)原理 1—— 氣體出口 2—— 液體入口 3—— 塔殼 4—— 塔板 5—— 降液管 6—— 出口溢流偃 7—— 氣體入口 8—— 液體出口 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn) 90176。，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn) 接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結(jié)。操作時(shí)，由閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進(jìn)入液層，增加了氣液接觸時(shí)間，浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變，在低氣量時(shí)，開度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過縫隙，避免過多的漏液；在高氣量時(shí)，閥片自動(dòng)浮起，開度增大，使氣速不致過大。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。 塔設(shè)備主要有三個(gè)參數(shù)作為其性能好 壞的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即通量、分離效率和操作彈性。通量是指單位塔截面的生產(chǎn)能力，其表征塔設(shè)備的處理能力和允許的空塔氣速。分離效率是指單位壓力降的分離效果，板式塔以板效率表示，填料塔以等板高度表示。操作彈性即塔的適應(yīng)能力，表現(xiàn)為對(duì)處理物料的適應(yīng)性和對(duì)氣液負(fù)荷波動(dòng)的適應(yīng)性。塔的通量大、分離效率高、操作彈性大，塔的性能就好。 第一部分：工藝計(jì)算 第一節(jié) 物料衡算 1) 塔頂產(chǎn)品量 按 7200 小時(shí) /年考慮， 摩爾流量 (C2H4): 7200* 1010* 34 =2) 塔釜 ,塔頂流量及組成 表 1 進(jìn)料各組分組成及性質(zhì) 組 分 C2H4 C2H6 C3H6 CH4 沸 點(diǎn) oC 分子量 組成 8 選擇乙烯為輕關(guān)鍵組分，乙烷為重關(guān)鍵組分，比乙烯沸點(diǎn)低的甲烷是輕組分，比乙烷 沸點(diǎn)高的丙烯是重組分，兩關(guān)鍵組分揮發(fā)度相差較大，且兩者是相鄰組分，為清晰分割情況，比重關(guān)鍵組分還 重的丙烯在塔頂不出現(xiàn)，比請(qǐng)關(guān)鍵組分還輕的甲烷在塔頂不出現(xiàn)。 這樣塔頂餾出液由甲烷乙烯和少量乙烷組成。塔釜由丙烯乙烷和少量乙烯組成。 規(guī)定：塔頂乙烷含量， 塔釜乙烯含量〈 即 xDC2H6=, xwC2H4= 表 2 組分 C2H4 C2H6 C3H6 CH4 ∑ 進(jìn)料量 KMol/h 88． 989 9． 843 0． 510 0． 658 100 塔頂產(chǎn)品流量 KMol/h 890． 003w 0 D 塔釜產(chǎn)品流量 KMol/h 0 W 在全塔內(nèi)對(duì)乙烯進(jìn)行物料衡算： F=D+W???????? 1） f = + FXF =DY XD+WX w ?? 2） f=+w 解得 W=則塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量列于表 3 表 3 塔頂塔釜摩爾分率及摩爾流量 組分 C2H4 C2H6 C3H6 CH4 ∑ 塔頂 產(chǎn)品 摩爾流量 0 組成 0 1 塔底 產(chǎn)品 摩爾流量 0 組成 0 1 第二節(jié) 確定塔溫 1）塔釜溫度的確定 查 PTK 圖，計(jì)算 yi =? K iXi =1 假設(shè)泡點(diǎn)溫度為 20℃則可查烴類 PTK得 C2H C2H C3H CH4得 K i依次為 , 16, , 代入得 ?yi =? ?xiki* + 16+ +=1 說明此泡點(diǎn)溫度過高。 假定溫度為 10OC ?yi =? ?xiki* + + =1 假定溫度為 2OC ?yi =? ?xiki* + + = 所以：塔釜溫度為 2OC 2）塔頂溫度的確定 采用全凝器。 采用 PTK圖查出 ki值計(jì)算 yi =K iXi 塔頂溫度1??iniiky =1 假設(shè)露點(diǎn)溫度為 20℃ ?xi = 1??iniiky = + + =1 說明此溫度偏高 假設(shè)露點(diǎn)溫度為 25℃： ?xi = 1??iniiky = + + =1 試差法： 25℃ + ? ? 1=℃ 所以：塔頂溫度為 24OC 3）進(jìn)料溫度 查 PTK 圖，計(jì)算 yi =? K iXi =1 假設(shè)泡點(diǎn)進(jìn)料且溫度為 20℃ ?yi =? ?xiki* + + + 1 說明此進(jìn)料溫度過高 假設(shè)進(jìn)料溫度為 23℃ ?yi = ? ?xiki* + + + = 所以：進(jìn)料溫度為 23OC 對(duì)塔的各部位溫度列于下表中 表 4 塔的溫度 列表 塔底 塔頂 進(jìn)料 2℃ 24℃ 23℃ 第三節(jié) 塔板數(shù)的計(jì)算 1）確定最小回流比 假定塔內(nèi)各組分的相對(duì)揮發(fā)度恒定，且為衡分子流，由恩德無德公式視差求。 ??? ?A FAAxX+??? ?B FBBxX+?? +??? ?C FCCxX=1q ????（ 1） ??? ?A pAAxX+??? ?B PBBxX+?? +??? ?C PCCxX=RM+1 ????（ 2） 式中： XFA,XFB,XFC—— 進(jìn)料中 A， B， C 組分的分子分?jǐn)?shù)； XPA， XPB， XPC—— 塔頂組分 A， B， C 組分的分子分?jǐn)?shù)； q—— 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)。泡點(diǎn)進(jìn)料， q=1。 有關(guān)數(shù)據(jù)及 α i列表如下： 表 5 組分 C2H4 C2H6 C3H6 CH4 ∑ XF 1 XP 0 1 KI α i 1 將數(shù)據(jù)帶入（ 1）式中： * * * * ???????? ???? 試取θ計(jì)算： θ = (1)式 =? 0 θ = (2)式 = ? 0 內(nèi)插法得θ =1。 48，將θ帶入（ 2）式，求的 Rm, * 0* * * ????????? Rm 解得： Rm= 取回流比 R= Rm= 2）確定最小理論板數(shù) 理論回流比可取為 Rmin = 3）確定理論板數(shù) 理論板層數(shù)由芬斯克方程求 Nmin Nmin = 1lg ])()lg [ ( ?lhWlhDhi XXXX? = 1min??RRR = 查吉利蘭圖得 2min??NNN = 解得 N= 取 44塊（不包括再沸器） 所以：理論塔板數(shù)為 44 塊。 4）實(shí)際塔板數(shù) ET =（ L?? ） ? 塔頂，塔釜的平均溫度 T=13℃ 查烴類 PTk 圖，得平衡常數(shù)： KC2H4=, KC2H6= ? —— 相對(duì)揮發(fā)度為： ? = l? = liXi ?? =0。 88989 0。 07+0。 09843 + += 解得 ET = 所以：實(shí)際板數(shù) N=TTEN =44/= 取 55 塊 5）確定進(jìn)料板位置 精餾段板數(shù) nm =ilhFlkhkDhhli XXXX)lg (])()lg [(? （ 1） 提 留段板數(shù) mm =TlhWlkhkhhli XXFXX)lg (])()lg [(? （ 2） m+n=54 （ 3） （注 lh? 為輕關(guān)鍵組分對(duì)重關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度，取塔頂、進(jìn)料、塔釜三處得幾何平均值） （ lh? ） i = FD ?? * = （ lh? ） T = WF ?? * = 則 nm = 取 22塊 則提留段板數(shù)為 mm =5432=32 第四節(jié) 塔徑計(jì)算 1）精餾段塔徑 a) 氣液相負(fù)合及重度 精餾段以塔頂為計(jì)算基準(zhǔn)， 表 6 塔頂各組分得臨界性質(zhì)列 組分 %（分子） Pc（ kg/cm2 ） Pc %（分子） TC Tc %（分子） 分子量M M %（分子） C2H4 C2H6 ` 305 CH4 合計(jì) 1 對(duì)比壓力： rp =cPP = = 對(duì)比溫度：cpr TTT? = 27324?? = 查得壓縮系數(shù) Z= 塔頂上升蒸汽量： G=VD=（ R+1） D=571kmol/h 體積流量： PZnRTVSD ?= 立方米 /小時(shí) 塔頂上升蒸汽重度： Υ v =表 7 進(jìn)料各組分得臨界性質(zhì) 組分 %（分子） Pc（ kg/cm2 ） Pc %（分子） TC T c %（分子） 分子量 M M %（分子） C2H4 0． 88989 30． 48 C2H6 C3H6 CH4 合計(jì) —— —— —— —— 對(duì)比壓力： rp =cPP = = 對(duì)比溫度：cpr TTT? = 27323?? = 查得壓縮系數(shù) Z= 體積流量： PZnRTVSF ?=精餾段氣相負(fù)合： FDS VVV *? =3/S 表 8 塔底各組分得臨界性質(zhì) 組分 %（分子） Pc（ kg/cm2 ） Pc %（分子） TC T c %（分子） 分子量 M M %（分子） C2H4 0． 00303 50． 48 0． 153 282． 9 0． 857 28． 05 0． 085 C2H6 0． 9870 48． 56 45． 87 305． 8 289． 6 30． 9 28． 45 C3H6 0． 04956 45． 76 190． 8 CH4 0 —— 190． 9 —— 16． 04 —— 合計(jì) 1 —— 45． 79 —— 308． 3 —— 30． 76 對(duì)比壓力： rp =cPP = = 對(duì)比溫度：cpr TTT? = 2732?? = 查得壓縮系數(shù) Z= 上升蒸汽量： G=VD=（ R+1） D=（ +1） =571 公斤 /小時(shí) 體積流量： PZnRTVSW ?= 立方米 /小時(shí) 查《輕碳?xì)浠衔飻?shù)據(jù)手冊(cè)》 圖 21 217 得各組分重度；