【正文】 浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn)： (１ ) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 20～ 40％，而接近于篩板塔。 (２ ) 操作彈性大，一般約為 3～ 9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得 多。 (３ ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 (４ ) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為 400～ 1000N/m2。 (５ ) 液面梯度小。 (６ ) 使用周期長(zhǎng)。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。 (７ ) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的 60～ 80％ ,為篩板塔的 120～ 130％。 加熱方式： 間 接蒸汽加熱 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 選擇適宜回流比 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 11 適宜的回流比應(yīng)該通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用 之和為最低時(shí)的回流比為最適宜的回流比 ；采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，可以充分利用釜液產(chǎn)品的余熱，節(jié)約能源。 回流方式：泡點(diǎn)回流 泡點(diǎn)回流易于控制 ,設(shè)計(jì)和控制時(shí)比較方便 ,而且可以節(jié)約能源。 操作流程說(shuō)明 乙醇 水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，進(jìn)入回流罐部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用 間 接蒸汽供熱，塔底產(chǎn)品用于預(yù)熱原料冷卻后送入貯槽。精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量 由再沸器 輸入，由冷凝器中的冷卻介質(zhì)將 余熱帶走。 乙醇 — 水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔 進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程。 確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)： (1)滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要 穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門(mén)，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等 )及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 (2)滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗， 減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過(guò)程中如武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 12 能適當(dāng)?shù)乩盟敗⑺椎膹U熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。 (3)保證安全生產(chǎn) 例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車(chē)間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。 以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但 在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 第三章 塔的工藝尺寸得計(jì)算 精餾塔的物料衡算 乙醇的摩爾質(zhì)量 46 /AM kg kmol? 水的摩爾質(zhì)量 18 /BM kg kmol? 原料液 5 0 / 4 6 0 . 2 8 1 35 0 / 4 6 5 0 / 1 8Fx ??? 塔頂 9 2 / 4 6 0 .8 1 8 29 2 / 4 6 8 / 1 8Dx ??? 原料液平均摩爾質(zhì)量： 813 46 ( 1 813 ) 18 25. 876 4 /FM k g k m ol? ? ? ? ? ? 同理可得：塔頂 182 46 ( 1 182 ) 18 40. 909 6 /DM k g k m ol? ? ? ? ? ? 進(jìn)料流量 4 5 0 0 0 1 0 0 0 2 4 1 .5 3 2 8 /2 5 .8 7 6 4 3 0 0 2 4F k m o l h????? 餾出液流量 241 .532 8 13100% 094 /A FDFxD k m ol hx? ?? ??? ? ? 釜液流量 24 32 8 82 .20 94 15 23 4 /W F D k mol h? ? ? ? ? 由 f D WFx Dx Wx?? 得 2 4 1 . 5 3 2 8 0 . 2 8 1 3 8 2 . 2 0 9 4 0 . 8 1 8 2 1 5 9 . 3 2 3 40 . 0 0 6 9 9 3 wwxx ? ? ? ??? 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 4 0 .0 0 6 9 9 3 4 6 ( 1 0 .0 0 6 9 9 3 ) 1 8 1 8 .1 9 5 8wM ? ? ? ? ? ? 水的回收率 ： (1 )(1 )wB fwxFx? ?? ? 1 5 9 . 3 2 3 4 ( 1 0 . 0 0 6 9 9 3 ) 1 0 0 % 9 1 . 1 4 %2 4 1 . 5 3 2 8 ( 1 0 . 2 8 1 3 )??? ? ??? 塔板數(shù)的確定 相對(duì)揮發(fā)度 由相平衡方程式1 ( 1)xy x??? ?? 可得 ( 1)( 1)yxxy? ?? ? 根據(jù)乙醇水體系的相 平衡數(shù)據(jù)可得 ： 1 ?? 1 0 .8 ( )x ? 塔 頂 第 一 塊 板 ? 0 .2 8 1 3 ( )fx ? 加 料 板 ? 0 .0 0 6 9 9 3wx ? （ 塔 釜 ） 由相平衡方程1 ( 1)xy x??? ??得 (1 )(1 )yxyx? ?? ? 從 相平衡 表中抽出七組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算 ? 當(dāng) t= ℃， (1 )1(1 )yxyx????0. 17 * (1 0. 01 9)(1 0. 17 ) * 0. 01 9??? ? 當(dāng) t=℃ 2(1 )(1 )yxyx???? 0. 43 75 * (1 0. 09 66 )(1 0. 43 75 ) * 0. 09 66??? ? 當(dāng) t= ℃ 3(1 )(1 )yxyx????0. 50 89 * (1 0. 16 61 )(1 0. 50 89 ) * 0. 16 61??? ? 當(dāng) t= ℃ 4(1 )(1 )yxyx????0. 55 80 * (1 0. 26 08 )(1 05 58 0) * 0. 26 08??? ? 當(dāng) t= ℃ 5(1 )(1 )yxyx????0. 61 22 * (1 0. 39 65 )(1 0. 61 22 ) * 0. 39 65??? ? 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 5 當(dāng) t= ℃ 6(1 )(1 )yxyx????0. 65 99 * (1 0. 51 98 )(1 0. 65 99 ) * 0. 51 98??? ? 當(dāng) t= ℃ 7(1 )(1 )yxyx? ?? ? = *)( )(* ? ? = n n???? ...21? = 7 10. 575 1 738 024 782 028 925 517? ? ? ? ? ?= 精餾段平均溫度 1t? =℃ 液相組成 1x ：18 0 .7 7 9 .8 8 0 .1 7 7 9 .83 9 .6 5 5 0 .7 9 5 0 .7 9x???， 1x =% 氣相組成 1y ：18 0 .7 7 9 .8 8 0 .1 7 7 9 .86 1 .2 2 6 5 .6 4 6 5 .6 4y???， 1y =% 1221 382 379 618 621yxyx?? ? ??精 = 提餾段平均溫度 2t? =℃ 液相組成 2x ：29 5 .5 8 9 .0 9 0 .9 4 8 9 .01 .9 7 .2 1 7 .2 1x??? ， 2x =% 氣相組成 2y ：29 5 .5 8 9 .0 9 0 .9 4 8 9 .01 7 .0 0 3 8 .9 1 3 8 .9 1y???， 2y =% 1221 237 437 5 763 562 5yxyx?? ? ??提 = 最小回流比及操作回流比計(jì)算 ： 根據(jù) 下，乙醇 水的汽液平衡組成關(guān)系繪出乙醇 水 xy 圖，因?yàn)橐掖?水相平衡線具有下凹部分，在操作線與平衡線的交點(diǎn)尚未落到平衡線上以前，操作線已于平衡線相切，所以采用從 (XD,XD）做相平衡線下凹部分做切線，從origin 圖知切線的切點(diǎn) e的坐標(biāo)為 (， )由此可求出 Rmin(見(jiàn)圖 ）：武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 6 由下圖可得 m i n 0 . 8 1 8 2 0 . 7 4 1 . 2 80 . 7 4 0 . 6 7 8 9DeeexyR yx? ?? ? ??? 圖 最小回流比的確定 確定回流比 R=(） Rmin 由芬斯克方程確定 Nmin: Nmin =11 WDg DWgmXXlXXl ??????? ??????????????= 182 1 069 931 182 069 93 ggll? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? ? 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 7 已知 R、 Rmin、 Nmin 由吉利蘭圖可查出不同 R 下對(duì)應(yīng)的 N，進(jìn)而 有經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)計(jì)算可得： 回流比R 回流比 R 理論塔板數(shù)N 經(jīng)費(fèi) N（ R+1） 作出 NR 圖，經(jīng)濟(jì)核算圖 N(R+1)R，如下所示： 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 8 由上面經(jīng)濟(jì)核算圖 N(R+1)R可得， R== 為最優(yōu)回流比。 圖解法求理論塔板數(shù)： 精餾段操作線方程 1 0 .6 7 1 9 0 .2 6 8 411 Dn n nxRy x xRR? ? ? ? ??? 提留段操作線方程 11 35 8 04 4511n n w nFFR DDy x x xRR? ??? ? ? ??? 用逐板計(jì)算法可得： 精餾段操作線方程 yn+1=+ y x b 提餾段操作線方程 yn+1=5 1 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 9 餾出液組成 xd= 1 釜液組成 xw= 由上表數(shù)據(jù)可得，精餾段理論板數(shù)為 12 塊，提餾段理論板數(shù)為 3 塊；總理論板數(shù)為 15 塊，從第 13塊板開(kāi)始進(jìn)料。 精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作溫度計(jì)算 表 51乙醇 — 水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系 溫度/℃ 液相 氣相 溫度/℃ 液相 氣相 溫度/℃ 液相 氣相 100 0 0 利用表 51中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 Ft 、 Dt 、 Wt 。 進(jìn)料口 Ft ： 8 2 .38 2 .3 8 1 .52 6 .0 8 3 2 .7 3 2 8 .1 3 2 6 .0 8Ft ?? ??? Ft =℃ x y 0 1 2 3 4 5 6