【正文】 （ 2）降液管和受液盤的結(jié)構(gòu)及有關(guān)尺寸 弓形降液管一般是垂直的。為保證液封，避免堵塞，降液管底部與塔板的間隙 ho為： hw ho 6～ 12 mm (3) 塔板布置 一般取邊緣區(qū)寬度 cW =50mm ,安定區(qū)寬度 sW =70mm （ 4）塔板校核 具體參見教材 負(fù)荷性能圖 （ 1）液相下限線 （ 2）液相上限線 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 5 （ 3）漏液線 （ 4）過量液沫夾帶線 （ 5）溢流液泛線 （ 6）操作點(diǎn)與操作線 方格紙 上 畫負(fù)荷性能圖 。 塔的操作彈性： 3m inm a x ??VVK ，比較理想。 2 板塔的工藝設(shè)計(jì) ：板式 塔 （ 1）操作壓強(qiáng) ： 常壓； （ 2）進(jìn)料熱狀態(tài)和回流熱狀態(tài) ： 泡點(diǎn)進(jìn)料 ； （ 3）加熱方式 ： 直接； （ 4）冷凝與冷卻。 條件選擇的原則：技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理。 設(shè)計(jì)題目：分離乙醇 — 水混合液的浮閥精餾塔設(shè)計(jì) 原始數(shù)據(jù)及條件： 生產(chǎn)能力：年處理乙醇 — 水混合液 5000Kg/h； 原料：乙醇含量為 30%。 分離要求：塔頂乙醇含量不低于 95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）； 塔底乙醇含量不高于 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）； F：原料液流量 )/( skmol Fx : 原料液組成 %)(mol 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 6 D：塔頂產(chǎn)量流量 )/( skmol Dx : 塔頂組成 %)(mol W：塔底殘留液流量 )/( skmol Wx ：塔底組成 %)(mol 原料乙醇組成： %30?Fx 塔頂組成： % 4695 ???Dx 塔底組成： % ???Wx 進(jìn)料量： hk m olF / 6000 ????? 物料恒算式： WDF ?? WDF xxx WDF ?? 聯(lián)立代入求解： D= hkmol/ W= hkmol/ 可認(rèn)為對本次設(shè)計(jì)給出的物系，溶液為理想溶液，氣體為理想氣體。 查平 衡數(shù)據(jù) ，將 t， xA， yA三個(gè)參數(shù)同時(shí)繪制在一張 方格紙上作 t ～ x (y) 圖 ，然后根據(jù) t ～ x (y) 圖 作 y ～ x圖 見附圖 1。 確定進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料： 1?q 求最小回流比 Rmin 用圖解法確定 ey 、 ex 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，根據(jù) yx曲線圖知： ?? qF xx ? in ???????qqqD xy yxR 選擇回流比 R 取 m in ???? RR 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 7 ①精餾段揮發(fā)度：由 ?Ax ， ?Ay 得： ?Bx ， ?By 所以 522 ????? AB BA xy xy? ②提溜段揮發(fā)度：由 39。 ?Ax ， 39。 ?Ay 得： 39。 ?Bx ， 39。 ?By 所以 945 ?????? ??? AB BA xy xy? NT 理論板：指離開這種板的氣、液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。 理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法、圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可采用圖解法。 根據(jù)在 ? 下，乙醇 — 水的氣、液平衡組成關(guān)系可繪制出平衡曲線，即 x— y曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1， 即 q為一直線，本平衡具有以下凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，如圖（圖 1— 4）： ?? Fq xx ， ?qy ， 所以 ?R 操作線回流比 m in ?? RR ； 已知：精餾段操作線方程 ??????? nDnn xRxxR Ry ： 提溜段操作線方程： 39。39。 39。1 ??????? mWmm xxWL WxWL Ly 精餾段平衡方程： yyx ?? ； 提餾段平衡方程： yyx ?? 第 1塊塔板上升蒸汽的組成 ： ?? Dxy 第 1塊塔板下降液體的組成 ： 111 ??????? yyx 第二塊塔板上升蒸汽的組成： 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 8 12 ?????? xy 第二塊下降液體的組成： 112 ??????? yyx 由于 ?? Fxx ? ；按提餾段方程計(jì)算： 第三塊上升蒸汽的組成： 0 0 0 0 ?????? mm xy 第三塊下降液體的組成： 333 ????? yyx ……… 第八塊上升蒸汽組成： 0 0 2 3 0 0 0 1 1 ????y 第八塊下降液體的組成： ????x ?wxx ? 在圖上作操作線，有點(diǎn)（ , ）氣在平衡線與操作線見畫階梯，過精溜段操作線與 q線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線交與小于 為止，由此 得到理論板 8?TN 塊（包括再沸器）加料板為第 3塊理論板。 確定實(shí)際板數(shù) N 板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)即流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度，板效率可用奧康奈爾公式? ? 2 4 ?? LT uE ? 式中α — 塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度； Lu — 塔頂與塔底的平均溫度下的液相黏度； smpa? — 塔頂與塔底平均溫度下的黏度 smpa? （ 1）精餾段 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 9 已知： ?? ， smp au L ?? 所以： mmmD 001 ????? 塊精 2 ????TTp ENN （ 2）提溜段 已知： 39。?? ， smp au L ?? 所以： ? ? 39。 ???? ?TE ， 故： 塊提 639。39。 ???TTp ENN 全塔所需實(shí)際塔 板數(shù)： 塊提精 20214 ????? PPP NNN 3． 塔徑初選與計(jì)算 表 1— 1 乙醇 — 水氣、液平衡組成與溫度關(guān)系 沸點(diǎn) t/ C? 乙醇分子 /% （液相） 乙醇分子 /% （氣相） 沸點(diǎn) t/C? 乙醇分子 /% （液相） 乙醇分子 /% （氣相） 100 99 0 0 45 82 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 10 物性數(shù)據(jù) 定性溫度： 利用表 1— 1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 Ft 、 Dt 、 Wt Ft ： ????? Ft： ℃?Ft Dt ： ????? Dt： ℃?Dt Wt ： ???? Wt ： ℃?wt 精餾段平均溫度： ℃ 1 ????? DF ttt 提溜段溫度： ℃ 2 ????? wF ttt 氣相 和液相 平均摩爾量 精餾段 ， 1t =℃ 液相組成 : 1x ： 1x ???? 1x =% 氣相組成 1y ： 1 ? ???? y 1y =% 所以 1LM = ? ? ????? molg/ 1VM = ? ? ????? molg/ 提溜段 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 11 ℃ ?t 液相組成 2x ： 2 ????? x 2x =% 氣相組成 2y ： 2 ????? y 2y %? 所以 2LM ? ? 5 5 5 5 ?????? molg/ 2VM ? ? 1 8 1 8 ?????? molg/ 液相輕組分質(zhì)量分率 與 氣相 和液相 平均密度 精餾段 液相輕組分質(zhì)量 分率與提餾段液相清組分： ? ? ? ? 2111 111 ????? ?????? ?? MxMx Mxw? ? ? ? 2212 122 ????? ?????? ?? MxMx Mxw 氣相和液相的平均密度： 精餾段氣相和液相的密度 表 1— 2 不同溫度下乙醇和水的密度 溫度 /℃ 乙? 水? 溫度 /℃ 乙? 水? 80 85 90 735 730 724 85 100 720 716 求得 1t 與 2t 下的乙醇和水的密度。 ℃ ?t 8085 ? ???? 乙?， 3/ mkg?乙? 8085 ? ???? 水?， 3/ mkg?水 同理： ℃ ?t 72439。 9095 ????? 乙?， 3/39。 mkg?乙? 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 12 39。 9095 ? ???? 水?， 3/39。 mkg?水? 在精餾段：液相密度 1L? ? ?? ?1????????L? 31 / mkgL ?? 氣相密度：∴ ? ? 31 / mkgV ??? ??? 在提溜段：液相密度 2L? ? ?? ?2????????L? 32 / mkgL ?? 氣相密度： ? ? 32 / mkgV ??? ??? 氣相 和液相 體積流量 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料 ， 根據(jù) yx曲線圖知： ?? qF xx ? in ??????? qq qD xy yxR 取 m in ???? RR ① 提溜段 ? ? ? ? hKm olDRV hKm olRDL / / ?????? ???? 已知： 3131 11 /,//,/ mkgmkg m olgMm olgMVLVL ?? ?? ?? 則有質(zhì)量流量： skgLML L / ??????? 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 13 skgLMV V / ??????? 體積流量： smLLLS / 33111 ????? ? smVVVS / 3111 ??? ? ② 提溜段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以 q=1。 ? ?hKm olFqVV hKm olqFLL / / ????? ?????? 已知： 3232 22 //VLVL ?? ?? ?? ， 則有質(zhì)量流量： skgLML L / ???????? skgVMV V / 3 4 ?????? 體積流量： smLLLS / 33222 ????? ? smVVVS / 3222 ??? ? 混合液體 液表面張力 不同溫度下乙醇和水的表面張力見表 1— 3。二元有機(jī)物 — 水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算。 1?? SOSW ?? 式中下角標(biāo) ,s、 o、 w分別代表水、有機(jī)物及表面部分， wx 、 ox 指主體部分的分子數(shù)， wV 、 oV 為主體部分分子體公式： 414141 osowswm ????? ?? 表 1— 3 乙醇和水不同溫度下的表面張力 溫度 /℃ 70 80 90 100 乙醇表面張力 22 /10 mN? 18 水表面張力 / 22 /10 mN? 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 14 精餾段 ℃ ?t m olcmmVWWm / 18 3??? ? m olcmmVooo / 46 3??? ? 乙醇表面張力： 乙醇????? ? 8090， ?乙醇? 水表面張力： 水?????? 8090， ?水? ? ?? ?? ?oowwoowooowwoowwo vxvxvx