【正文】 是為了防止過量液沫夾帶而設(shè)計(jì)的一種塔型，由舌孔噴出的氣流方向近于水平，產(chǎn)生的液滴幾乎不具有向上的初速度。同時(shí)從舌孔噴出的氣流，通過動(dòng)量傳遞推動(dòng)液體流動(dòng)，降低了板上液層厚度和塔板壓降。 ⑸ 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開孔的薄板制造，具有舌形塔板的特點(diǎn)，并易于加工。 ⑹ 垂直浮閥 垂直浮閥是在塔板上開有若干直徑為 100200mm 的大圓孔，孔上設(shè)置圓柱形泡罩，泡罩下緣于 塔板有一定的間隙，泡罩側(cè)壁開有許多篩孔。氣流噴射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度為零，液沫夾帶量很小。 ⑺ 多降液管塔板 在普通浮閥上設(shè)置多根降液管以適應(yīng)大液體量的要求，降液管為懸掛式。 ⑻ 林德浮閥 林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計(jì)的高效低壓降塔板，在整個(gè)浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔，并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進(jìn)裝置。 ⑼ 無溢流塔板 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 無溢流塔板是一種簡易塔板，只是一塊均勻開有一定縫隙或篩孔的圓形平板，無降液管，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉。 篩板精餾塔是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛 應(yīng)用的汽液傳質(zhì)設(shè)備。 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。工業(yè)上以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離難度大、易結(jié)焦的物系）。 篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。 合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮髂軡M足要求的操作彈性，而且效率高。 篩板塔制造維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高 10%— 15%，板效率亦約高 10%— 15%，而每板壓力降則低 30%左右，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于 浮閥塔。具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔。其缺點(diǎn)是小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 4 第 1 章 設(shè) 計(jì) 方 案 裝置流程的確定 蒸餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器），冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)。按過程按操作方式的不同，分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模，多品種或多組分物系的初步分離。 蒸餾通 過物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離，熱量自塔釜輸入，由冷凝器中的冷卻質(zhì) 將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。譬如，用余料作為塔頂產(chǎn)品（或釜液產(chǎn)品）冷卻器的冷卻介質(zhì)，既可以將原料預(yù)熱，又可以節(jié)約冷卻質(zhì)。 另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。 塔頂冷凝裝置可采用全冷凝器，分冷凝器兩種不同的設(shè)置。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔頂出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度 不高，無需進(jìn)一步冷卻，此次分離也是希望得到甲醇，選用全凝器符合要求。 總之，確定流程時(shí)要較全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費(fèi)用，操作控制及安全諸因素。 操作壓力的選擇 蒸餾過程中按操作壓力不同，分為常壓蒸餾，減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般地，除熱明性物系，凡通過常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的物系，都能采用常壓蒸餾；對敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物冷凝溫度過低的物系，需提高塔壓或者采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓 蒸餾。乙醇和丙醇在常壓下就能夠分離出來，所以本實(shí)驗(yàn)在常壓下操作就可以。 進(jìn)料狀況的選擇 進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn)料。對于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定對分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料不僅對穩(wěn)定操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。 加熱方式的選擇 加熱方式可分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。由于重組分是丙醇，故省 略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽回流液有稀釋作用，使理論板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱使通過加熱器使釡液部分汽化。上升蒸汽回流下來的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是釜液部分汽化，吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 5 維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，其缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本設(shè)計(jì)塔釡采用間接加熱蒸汽，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 回流比的選擇 回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小型塔，回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支持結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較困難。如果需要較高的塔頂處理或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不宜安裝 在塔頂。因?yàn)樗斃淠鞑灰装惭b，檢修和清理。在這種情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上蒸汽采用冷凝器冷卻以冷回流流入塔中。由于本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。本設(shè)計(jì)物系屬易分離物系，故操作回流比為最小回流比的 2 倍。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 6 第 2 章 工 藝 計(jì) 算 物料衡算 已知 F=100kmol/h, xF=, xD=, xW= 乙醇的摩爾質(zhì)量 MA=46kg∕ kmol 丙醇的摩爾質(zhì)量 MB=60kg∕ kmol 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 k mo lkgMXMXMk mo lkgMXMXMk mo lkgMXMXMBWAWWBDADDBFAFF/)1(/)1(/)1(?????????????????? 物料衡算原料處理量 原料液 ： 100 /F kmol h? 總物料流量衡算 ： F D W?? 易揮發(fā)組分： F D WF x D x W x? ? ? ? ? 聯(lián)立求解得 ： hkmolW /? hkmolD /? 表 2— 1 物料衡算結(jié)果表 溫度（露點(diǎn)） 氣相組成關(guān)系式： 000BA ABppx ?? ? (1) 溫度 飽和蒸汽壓關(guān)系式（安托因方程）： 乙醇： t?? ? (2) 丙醇： t?? ? (3) 各層塔板壓力計(jì)算公式： 進(jìn)料 塔頂出料 塔底出料 平均摩爾質(zhì)量 /(kg/kmol) 摩爾分?jǐn)?shù) / % 摩爾流量 /(kmol/h) 100 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 7 ? ?1A A B Ap p x p x? ? ? ? ? (4) 塔頂：已知乙醇的氣相組成 y 為產(chǎn)品組成 ，操作壓力為常壓，則通過聯(lián)立（ 1）、（ 2）、 (3)可求得操作溫度及組分飽和蒸汽壓； 塔底：已 知乙醇組成 ，操作壓力經(jīng)初步計(jì)算為。通過聯(lián)立（ 2）、（ 3）、 (4)并進(jìn)行迭代可得實(shí)際操作溫度及組分飽和蒸汽壓。 （計(jì)算過程使用 excel 軟件進(jìn)行迭代計(jì)算） 結(jié)果如下： 塔頂： ? ℃ kpa? kpa? 塔底： ? ℃ kpa? kpa? 進(jìn)料： ? ℃ kpa? kpa? 平均相對揮發(fā)度 ABpp?? ，根據(jù)上文求出的數(shù)據(jù)可得： 塔頂： ? ? 塔底： ? ? 進(jìn)料板： ? ? 平均相對揮發(fā)度 ： ?? 3 67D W F? ? ? ? 回流比的確定 最小回流比 minDqqqxyR yx?? ? (5) q 1 0 .4 2 9Fxx? ? ?因 為 ， 1 ( 1 ) 1xxxx????? ? ? (7) （ 6），（ 7）聯(lián)立得： ? ? 代入式（ 5）可以求得： m i n0 .9 2 9 0 .6 0 8 1 .7 9 30 .6 0 8 0 .4 2 9R ???? 取操作回流比m i n2 2 1 .7 9 3 3 .5 8 6RR? ? ? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 8 熱量衡算 加熱介質(zhì)的選擇 常用的介質(zhì)有飽和水蒸汽和煙道氣。飽和水是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫可達(dá) 100～ 1000℃，適用于高溫加熱。煙道氣的缺點(diǎn)是比熱容及傳熱系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)采用 300kPa(溫度 ℃ )的飽和水蒸氣作為 加熱物質(zhì)。水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 冷卻劑的選擇 常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜地加以選用。本設(shè)計(jì)建廠吉林地區(qū)，吉林夏季最熱月份日平均氣溫為 25℃。故選用 25℃的冷凝水，選溫升 10℃，即冷卻水的出口溫度為 35℃。 比熱容及汽化潛熱的計(jì)算 乙醇丙醇比熱容及汽化潛熱與溫度關(guān)系表 溫度 60 70 80 90 100 乙醇 汽化熱 比熱容 丙醇 汽化熱 比熱容 (1)、比熱容的計(jì)算（根據(jù)上表，利用插值法計(jì)算） 塔頂溫度 tD 下的比熱容（ ℃） 8 0 7 0 8 0 7 9 .5 83 .0 1 2 .8 8 3 .0 1pC??? 乙 醇 求得 Cp 乙醇 =()=() 同理求得 Cp 丙醇 =() 1 1 3 8 .2 3 0 .9 2 9 1 7 3 .6 5 1 4 0 .7 4 4p D p D p DC C x C x? ? ? ? ? ? ? ? ?乙 醇 丙 醇 （ ） （ ）KJ/() 同理分別求得進(jìn)料溫度 tF=℃ Cp 乙醇 =() ????? ? ? ?= 39。 39。 ( 1 ) = 0 . 4 9 3 522W F W FABx x x x m P a sL2μ 塔底溫度 tW=℃ Cp 乙醇 =(KJ/) Cp 丙醇 =(KJ/) 1 14 9. 04 0. 01 9 17 6. 80 0. 98 1 17 6. 27 3p W p W p WC C x C x? ? ? ? ? ? ? ? ?乙 醇 丙 醇 （ ）KJ/() (2)、汽化潛熱的計(jì)算（方法與比熱熔的算法相同） 7 9 .5 88 2 9 .3 6 3 /7 2 6 .0 3 0 /DtkJ kgkJ kg?????乙 醇丙 醇℃ 8 6 .8 98 1 9 .6 0 3 /7 1 3 .5 3 1 /FtkJ kgkJ kg?????乙 醇丙 醇℃ 9 6 .6 68 0 0 .2 9 2 /6 9 6 .2 7 9 /WtkJ kgkJ kg?????乙 醇丙 醇℃ 熱量衡算 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 9 ① 0℃時(shí)塔頂上升的熱量： Qv，塔頂以 0℃為基準(zhǔn) （ ( 1 ) 2 0 6 . 6 0 0 / , 1 6 1 . 5 4 9 /V R D k m o l h L R D k m o l h? ? ? ? ?） 2 0 6 . 6 6 1 4 9 . 1 7 7 7 9 . 5 8 8 2 9 . 3 6 3 4 6 . 1 3 1 0 3 5 6 8 6 2 . 3 1/V p D D D V DQ V C t V M k J h?? ? ? ? ? ? ? ?（ ） ② 回流液的熱量： Qr ,tD=℃ 此溫度下 1 4 0 .7 4 4 / ( )PRC kJ km ol k?? QR=L PRC tR= =③ 塔頂流出液的熱量： DQ 因?yàn)樗斄鞒鲆号c回流液組成相同 PDC = KJ/（ Kmol k? ） 4 5 . 0 5 1 4 0 . 7 4 4 7 9 . 5 8 5 0 4 5 7 8 . 3 5 8 8 /D p D DQ D C t k J h? ? ? ? ? ④ 進(jìn)料的熱量： QF 1 0 0 1 6 0 . 8 8 6 8 6 . 8 9 1 3 9 7 9 3 8 . 4 5 4 /F p F FQ F C t k J h? ? ? ? ? ⑤ 塔底殘液的熱量： WQ 5 4 . 9 5 1 7 6 . 2 7 3 9 6 . 6 6 9 3 6 2 6 8 . 2 2