【正文】 連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯，采用連續(xù)操作方式，需設(shè)計(jì)一板式塔將其分離。 ( 2 ) 塔徑的計(jì)算 。 ( 2 ) 平衡數(shù)據(jù)和物料數(shù)據(jù)的計(jì)算或查閱 。 ( 3 ) 回流比的選擇 。 ( 3 ) 塔板結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)和計(jì)算； ( 4 )流體力學(xué)校核； ( 5 )塔板負(fù)荷性能計(jì)算； ( 6 )塔接管尺寸計(jì)算； ( 7 )總塔高、總壓降及接管尺寸的確定。 分離苯和甲苯，可以利用二者沸點(diǎn)的不 同，采用塔式設(shè)備改變其溫度，使其分離并分別進(jìn)行回收和儲存。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)依據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)實(shí)例，對所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。 以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對某些問題作些闡述。 其中塔頂?shù)膲毫?。 加熱方式的選擇 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。 塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為 3~8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。 (４ ) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液 板式精餾塔的簡圖 常用數(shù)據(jù)表： 表 1 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項(xiàng)目 分子式 分子量 M 沸點(diǎn)（℃） 臨界溫度 tC（℃） 臨界壓強(qiáng) PC（ kPa） 苯 A 甲苯 B C6H6 C6H5— CH3 表 2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓 溫度 C0 85 90 95 100 105 8 0AP ,kPa 0BP ， kPa 表 3 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)（ [2]： 8P 例 1— 1 附表 2） 溫度 C0 85 90 95 100 105 液相中苯的摩爾分率 汽相中苯的摩爾分率 0 0 表 4 純組分的表面張力 ([1]： 378P 附錄圖 7) 溫度 80 90 100 110 120 苯， mN/m 甲苯， Mn/m 20 表 5 組分的液相密度 ([1]： 382P 附錄圖 8) 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯 ,kg/ 3m 甲苯 ,kg/ 3m 814 809 805 801 791 791 778 780 763 768 表 6 液體粘度 181。 ? ? ? 2239。39。4 ? ??????? 提 餾 段 操 作 線 方 程 39。6 ? ??????? 提 餾 段 操 作 線 方 程 39。 =0 .28 09 1= 05 1L?? ? 全塔效率 0 . 2 4 5 [ 5 ]0 . 2 4 510 . 4 9 ( ) 0 . 4 9 0 . 5 3 3 80 . 7 0 5 1TLEa ? ?? ? ? ? 實(shí)際板數(shù)的求取 精餾段實(shí)際板層數(shù) N(精 )=6/? 12, 提餾段實(shí)際板層數(shù) N(提 )=6/≈ 12， 進(jìn)料板在第 13塊板 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力DP＝ kPa 14 塔底操作壓力wP=+24 = 每層塔板壓降 △ P＝ kPa 進(jìn)料板壓力F＝ ＋ 12＝ 精餾段平均壓力 P m ＝（ ＋ ）／ 2＝ kPa 提餾段平均壓力 P m =（ +） /2 = kPa 操作溫度計(jì)算 利用上表數(shù)據(jù)用試差法計(jì)算結(jié)果如下： 塔頂溫度：由 99100 99 80. 21Dt ?? ?? 得 Dt = 進(jìn)料板溫度 :由 5055 50 ?? ?? 得 Ft = 塔底溫度 :由 1 1 0 .5 60 .0 3 5 2 01 0 1 0 9 .9 1 1 1 0 .5 6wt ?? ???得 wt = 精餾段平均溫度mt=（ ＋ ） /2 =℃ 提餾段平均溫度t=（ +） /2 =℃ 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 （ 1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由 xD=y1= 代入相平衡方程得 x1= , 0. 95 84 78 + mLDM ? ? ?（ 1 0. 95 48 ） 92=v, 0 .9 8 3 7 8 + mDM ? ? ?（ 1 0 . 9 8 3 ） 92=(2)進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由上面理論板的算法，得 7 ? 7 fxx??，故 v , F 0 .6 7 6 9 7 8 + mM ? ? ?（ 1 0 . 6 7 6 9 ） 92=L , F 0 .4 5 4 8 7 8 + mM ? ? ?（ 1 0 . 4 5 4 8 ） 92=(3)塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由理論板計(jì)算得 39。 , 8 0 0 .3 0 7 7 8 .9 6 7 8 9 .6 32Lm k g k m o l? ??? 液體平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 , 1nL m i ii x???? ? (1)塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由 Dt ＝ ℃代入方程得 ： A? =? = mN/m , 0. 98 3 21 .1 9 ( 1 0. 98 3 ) 21 .6 6 21 .2 0Lm? ? ? ? ? ? ? mN/m 17 (2)進(jìn)料板液相平均表面張力的 計(jì)算 由 ? ℃代入方程得 : A? = mN/m B? = mN/m , 0 .4 5 4 8 1 9 .8 8 ( 1 0 .4 5 4 8 ) 2 0 .5 0 2 0 .2 2Lm? ? ? ? ? ? ? mN/m (3)塔底液相平均表面張力的計(jì)算 由 ? ℃代入方程得 ： A? = mN/m , B? =, 0 .0 1 4 4 1 7 .4 3 ( 1 0 .0 1 4 4 ) 1 8 .3 5 1 8 .3 4Lm? ? ? ? ? ? ?mN/m （ 4）精餾段液相平均表面張力為 , 2 1 .2 0 2 0 .2 2 2 0 .7 12Lm? ???mN/m （ 5）提餾段液相平均表面張力為 , 1 8 .3 4 2 0 .2 2 1 9 .2 82Lm? ???mN/m 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即 ,lg lgL m i ix??? ? （ 1）塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由 ? ℃代入方程得 ： A? = s, B? = mPa s ,l g 0. 45 48 l g 0. 28 ( 1 0. 45 48 ) l g 0. 28Lm? ? ? ? ? ?解出 ,Lm? = mPa ( 1 ) 172 .54 /V V q F K m ol h? ? ? ? 39?？蓞⒄障卤硭窘?jīng)驗(yàn)關(guān)系選取。 / ms??? ? ? ? 故 4 4 1 . 3 1 1 . 3 6 2 73 . 1 4 2 0 . 8 9 8 1SVDm?? ?? ? ?? 截留面積為： 2 2 21 .4 1 .5 3 9 ( m )44TAD??? ? ? ? ? 實(shí)際空塔氣速為： ? ? ? ?m/s 按標(biāo)準(zhǔn) ,塔徑圓整為 ,則空塔氣速 。 0 .1 3 6 0 .1 3 6 1 .4 0 .1 9 0 4dW D m? ? ? ?， 39。 /o ms? ? （一般在 [4] ） 依 ([3]： 69P 式 3— 20)： [ 3 ]39。 邊緣區(qū)寬度確定 邊緣區(qū)寬度 39。 0200 .9 0 7 0 .9 0 71 0 0 % 1 0 0 % 1 0 0 % 1 0 .0 8 %9()aA tAd? ? ? ? ? ?（在 5％ — 15％范圍內(nèi)）則每層板上的開孔面積 0A 為 39。39。39。lh ： 39。 1 .3 1 0 .9 2 /1 .5 3 9 0 .1 1 2 8Sa TfV msAA? ? ? ???， 39。o? = ，依式39。39。 39。6639。 （ 2）提餾段： ? ?39。 1 2 .8 3 1 .7 8 1 .57 .2 0 8OWK ??? ? ? ?，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會產(chǎn)生過量漏液。 ?? ，則 ? ? ? ?39。 27 塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線 （ 1） 精餾段： 以 ev＝ 液 /kg 氣 為限，求 VsLs 關(guān)系如下： 6 3 .2 [ 4 ]5 .7 1 0 ()av L T fe Hh??????，f 0 . 7 0 11 . 5 3 9 0 . 1 1 2 8SSaSTVV VAA? ? ? ??? 2 / 33 10 sfwwLh h El???????? ? ? ?????? 近似取 E=1， wh =, ? ,則 2 / 33 2 / 10 1 sfs LhL??? ??? ? ? ? ? ? ??? ?????? 由以上三式整理得： 2 / 32 .6 1 1 5 .9 9ssVL?? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls值，依上式計(jì)算出 Vs 值，計(jì)算結(jié)果列于下表 Ls /(m3/s) Vs /(m3/s) （ 2） 由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線 2。 液相負(fù)荷下限線 （ 1）精餾段：對于平直堰，取堰上液層高度 owh ＝ 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)， E=，由 2 / 3, m i no36002 . 8 41000 sw wLhE l??? ???? 得 ： 2 / 3, m i n 43, m i n36002 . 8 40 . 0 0 6 1 7 . 8 1 0 /1 0 0 0 0 . 9 1ssL L m s???? ? ? ? ????? , 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3。 精餾段塔板負(fù)荷性能圖 提餾段塔板負(fù)荷性能圖 各接管尺寸的確定 進(jìn)料板 進(jìn)料體積流量 339 8 . 3 9 8 4 . 7 0 1 0 . 4 1 / 0 . 0 0 2 9 /8 0 0 . 3 0fSf fFMV m h m s? ?? ? ? ? 33 取適宜的輸送速度 /fu m s? ，故 [ 1 ]4 4 02 9 432sfffVdmu?? ?? ? ??? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB816387） : 45? 釜?dú)堃撼隽瞎? 釜?dú)堃旱捏w積流量： 334 7 . 9 4 9 1 . 5 1 5 . 6 3 / 0 . 0 0 1 6 /7 7 8 . 9 6wSWwWMV m h m s? ?? ? ? ? 取適宜的輸送速度 / ( m / s)Wu m s??，則 [ 1 ]4 4 0 . 0 0 1 6 0 . 0 4 5sww wVdmu??? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 45 3mm? ? 回流液管 回流液體積流量 331 2 2 . 0 8 9 7 8 . 2 4 1 1 . 8 2 4 / 0 . 0 0 3 3 /8 0 7 . 8 4LSL LLMV m h m s? ?? ? ? ? 利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度 / ( m / s)Lu m s??，那么 4 0 .0 0 3 3 0 .1 0 2 50 .4Ldm???? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 108 6mm? ? 塔頂上升蒸汽管 塔頂上升蒸汽的 體積流量： 3,5 0 .4 5 7 8 .2 4 0 .3 8 6 /2 .8 4 3 6 0 0DSVVDDMV m s? ?? ? ?? 取適宜速度 15 /Vu m s? ，那么 34 4 4 1 . 2 7 0 . 1 8 1u 1 5SDDDVdm???? ? ?。 4 3, m i n36002 . 8 40 . 0 0 6 1 . 0 2 7 . 5 1 0 /1 0 0 0 0 . 9 1ssL L m s???? ? ? ? ????? , 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3’ 31 漏液線 (1)精餾段： 由 , m in2 / 300 .0 6 4 0 .7 1 ,