【正文】 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 。 物料衡算 全塔物料橫算 F=D+W FxF=DxD+WxW 聯(lián)立解得： D， W 相平衡關(guān)系 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。 塔板數(shù)的確定 確定進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料： 1?q 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 2 求最小回流比 Rmin 可用圖解法確定 ey 、 ex （ q線與平衡線交點(diǎn)） 。 選擇回流比 R 最適宜回流比的選擇原則：總費(fèi)用最低。 Ropt =（ ～ ） Rmin 求取理論板數(shù) NT 逐板計(jì)算法：交替使用平衡方程與操作線方程 （也可用圖解法） 。 靈敏板 的確定 由每塊理論板的組成 x ， 可查出對應(yīng)的泡點(diǎn) t ， 作溫度分布曲線（ t ～ NT），可大致確定靈敏板的位置。 然后，再由全塔效率定出靈敏板所對應(yīng)的實(shí)際板位置。 確定實(shí)際板數(shù) N 由 O’connell 關(guān)聯(lián)圖確定全塔效率 ET。 實(shí)際板數(shù)：TTENN 1?? ， 塔釜為一塊理論板 加料板位置： 1??TTRmENN ， TRN 為精餾段理論板數(shù)。 塔板的設(shè)計(jì)（ 只設(shè)計(jì) 精餾段） 設(shè)計(jì)意圖：總體逆流、板上錯(cuò)流。 克服塔內(nèi)的非理想流動：液沫夾帶、氣泡夾帶、氣體的不均勻流動、液體的不均勻流動。 克服塔的不正常操作現(xiàn)象：夾帶液泛、溢流液泛、嚴(yán)重漏液。） 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 3 塔徑初選與計(jì)算 （ 1）物性數(shù)據(jù) 定性溫度： )(21 FD ttt ??， 由 查取的平衡組成： xA， yA；密度： ρ LA，ρ LB；表面張力： A? ， B? 氣相平均摩爾量： )1( ABAAV yMyMM ??? 氣相平均密度 ： ??? tM VV? 氣相體積流量 ： 2 7 32 7 )1( tDRV h ????? ， m3/h 液相平均摩爾量： )1( ABAAL xMxMM ??? 液 相輕組分質(zhì)量分率：BAAAAAAMxMxMxw)1( ??? 液相平均密度：LBALAALww?????? 11 液相體積流量：LLh MRDL??? ， m3/h 液相表面 張力近似為 ： )1( ABAA xx ??? ??? （ 2）選取板間距 HT（ 預(yù)選 450 mm） 注意：現(xiàn)在一般都采用較大的板間距。 （ 3）求液泛氣速 umax 計(jì)算氣液兩相流動參數(shù)（動能因子） FLV，查取氣相負(fù)荷因子 C20。 a x )()20(VVLCu ? ??? ?? 分離乙醇 — 水混合液的 篩板 精餾塔設(shè)計(jì) 4 ??????? ?cc （ 4）設(shè)計(jì)氣速 u u=（ ～ ） umax （ 5）確定降液管型式與堰長 lw，計(jì)算塔徑 D uVD S?4? 單流型、雙流型、多流型、階梯流型。弓形降液管，單流型取 lw / D = ～ 。 注意圓整規(guī)則 ,100 mm進(jìn)位； 200 mm進(jìn)位。 塔板詳細(xì)設(shè)計(jì) （ 1）溢流堰的型式和高度 hw 一般為平堰，堰上溢流高度 how≤ 6 mm 時(shí)用齒形堰。 （ 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。 ??