【正文】 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)及有關(guān)問(wèn)題的分析討論 32 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 1 第一章 概述 高徑比很大的設(shè)備稱(chēng)為塔器。 一、 塔設(shè)備的基本功能和性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 為獲得最大的傳質(zhì)速率 ,塔設(shè)備應(yīng)該滿(mǎn)足兩條基本原則 : (1)使氣液兩相充分接觸 ,適當(dāng)湍動(dòng) ,以提供盡可能大的傳質(zhì) 面積和傳質(zhì) 系數(shù) ,接觸后兩相又能及時(shí)完善分離 ； (2)在塔內(nèi)使氣液兩相有最大限度的接近逆流 , 以提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力。 一般來(lái)說(shuō)，通量、效率和壓強(qiáng)是互相影響甚至是 互相矛盾的。 板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀或噴射形式穿過(guò)板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。 按照塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方式，可將塔板分為錯(cuò)流塔與逆流塔板兩類(lèi)。 在幾 種主要類(lèi)型錯(cuò)流塔中，應(yīng)用最早的是 泡罩塔板，目前使用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔板。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開(kāi)有許多齒縫。 泡罩塔的優(yōu)點(diǎn)是：因升氣管高出液面 ，不易發(fā)生漏夜現(xiàn)象，有較好的操作彈性，即當(dāng)氣液流量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能維持幾乎恒定的板效率；塔板不易堵塞，適于處理各種物料。塔板上開(kāi)有許多均布的篩孔，孔徑一般為 3~8mm,篩孔在化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 3 塔板上作正三角形排列 .塔板上設(shè)置溢流堰 ,使板上能維持一定厚度的 液層。主要缺點(diǎn)是：操作彈性小，篩孔小時(shí)容易堵塞。 浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干大孔（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為 39mm），每個(gè)孔上裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥門(mén) 。當(dāng)氣速很低時(shí)，靠這三個(gè)定距片 使閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板間始終保持 的開(kāi)度供氣體均勻的流過(guò)，避免了閥片啟閉不勻的脈動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)氣量很小時(shí)，氣體仍能通過(guò)靜止開(kāi)度的縫隙而鼓泡。 V4 行浮閥如圖所示，其特點(diǎn)是閥孔沖成向下彎曲的文丘里形，以減小氣體通過(guò)塔板時(shí)的壓強(qiáng)降。 T型浮閥的性能與 F1 型浮閥相近，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適于處理含顆?；蛞拙酆系奈锪?。 （ 2） 操作彈性大。 （ 4）氣體壓 強(qiáng)降及液面落差較小。 浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)， 但對(duì)于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 層出不窮的新型塔板結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同的工藝及生產(chǎn)需要來(lái)選擇塔型。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。 苯 — 甲苯混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后送入精餾塔德進(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，最后流入塔底在肺氣腫。塔釜采用間接蒸汽和再沸器共熱。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)綜合考慮。 三、 進(jìn)料熱狀態(tài) 的選擇 進(jìn)料熱狀態(tài)以進(jìn)料熱狀況參數(shù) q 表達(dá)。本設(shè)計(jì) 任務(wù)書(shū) 中已 設(shè)定 q=1。 本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸餾釜和冷凝器的結(jié)構(gòu)尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個(gè)很重要的問(wèn)題。=每小時(shí)的千摩爾流量為： K m o l/ h 5 8 9 444 29 2 .93F ???? FMF 21 .75 278 .11 916 99 .28D ???? DMD hKmol/ 29 .9785 .69 4425 93 .65W ???? WMW hKmol/ （ 二 ） 理論塔板數(shù)的計(jì)算 欲計(jì)算完成規(guī)定分離要求的所需的理論板數(shù)，須知原料液組成，選擇進(jìn)料熱狀況和操作回流比等精餾操作條件，利用氣液平衡關(guān)系和操方程求算。由圖 1 可知 xq=。 由于 q=1，該直線是平行于 Y 軸的直線，如坐標(biāo)紙所做?？偘逍蚀_定得化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 10 是否合理，對(duì)設(shè)計(jì)的塔在建成后能否滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求有重要的意義。 查得在平均溫度下苯和甲苯的黏度為： 苯u =， 甲苯u =。 板間距與塔徑關(guān)系 塔徑 D， m ～ ～ ～ ～ ～ 板間距 HT，mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 初選板間距 mHT ? ，取板上液層高度 mhL ? ，故 ：mhH LT ???? ； 2121?????????????????????????vmLmSSVL ?? 查 史密斯關(guān)聯(lián) 圖得 C20=；依式 20 20 ??????? ?CC 校正物系表面張力為 mmN / 時(shí) ： 0 8 43 5 8 ???????????????? ?CC smCVVL / 8 4 3 a x ?????? ? ??? 可取安全系數(shù)為 ，則（安全系數(shù) — ）： 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 15 sm /9 4 8 8 m a x ???? ?? 故 ： mVD S ????? ?? 按 工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn) ,塔徑圓整為 ,則 塔的截面積為： 22 4 mDAT ?? ? 則實(shí)際 空塔氣速 smu / ??。 ?? mml Lh ow so 39。 按 110?N 重新 核算孔速： 20???? ?u 閥動(dòng)能因子 ???F 塔板開(kāi)孔率閥動(dòng)能因子 ： % ??uu （四） 塔 板流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板的流體力學(xué)計(jì)算，目的在于驗(yàn)算預(yù)選的塔板參數(shù)是否能維持塔的正常操作，以便決定對(duì)有關(guān)塔板參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，最后還要作出塔板負(fù)荷性 能圖。 （五） 塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線： 按泛點(diǎn)率 80%計(jì)算： 泛點(diǎn)率 %1 0 0????bFlsvLVsAKCZLV ?? ? ???????Ss LV 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 19 整理 得： SS LV 1 6 2 3 ?? 在操作范圍內(nèi)任取 2個(gè) SL 值，依上式算出相應(yīng)的 SV 值列于附表中： ? ?smLS /3 ? ?smVS /3 依表中數(shù)據(jù)在 VS— LS圖中 做 出霧沫夾帶線，如 所附坐標(biāo)紙圖中 （ 1）所示。 漏液線（氣相負(fù)荷下限線 ） 500 ??? vuF ? 計(jì)算，則vu ?50 ? 又知024 udVN s?? 以 50?F作為規(guī)定氣體的最小負(fù)荷值，則有： 代入上式并整理得： smNFdVvS/4 3 3020m i n, ?? ?? 液相負(fù)荷下限線 取平堰、堰上液層高度 mhow ? 為液相負(fù)荷下限條件， ?E ， 則3/2m i n, )3 6 0 0(1 0 0 wSow lLEh ? ；即 32m i n, 6 0 011 0 0 0 ?????????? SL 整理上式得 smL s / 34m i n, ??? 在 VS— LS圖 4 中作線（ 5），即為液相負(fù)荷下限線，如 所附坐標(biāo)紙 所示。 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 21 精餾段的操作彈性 i n,m a x, ??? SSVV 四、 提餾段 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 （ 1） 操作壓強(qiáng) )(底mP? 進(jìn)料板的壓強(qiáng) k P aP F 4 5 ???? 塔底壓強(qiáng) PaPP FW 2 5 ???? 則提餾段平均操作壓強(qiáng)為： k P aPm 94 .3 552 99 .2 5589 .4 55 ????（提） （ 2） 溫度 mt? 根據(jù)操作壓強(qiáng)，由下式計(jì)算操作溫度 BBAA xPxPP 00 ?? ，經(jīng)試差得到進(jìn)料板溫度CtF ? ， ?Wt C0 ，則提餾段的平均溫度 ????mt C0 。各項(xiàng)計(jì)算化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 25 如下： a)溢流堰長(zhǎng) wl ：?jiǎn)我缌魅?Dlw )( ?? ，取堰長(zhǎng) ： mDl w ????? b)出口堰高 Wh ： OWLW hhh ?? 由 ??DlW 查 owh 列線圖 近似取 E=,依式 3210 ?????????whow lLEh 可得： mhOW ? 故： mh w ??? c)降液管的寬度 dW 與降液管的面積 fA ： 由 ?Dlw 查 泛點(diǎn)負(fù)荷圖 得 ?DWd ， ?Tf AA 故 mDW d ???? 222 05 6 2 2 mDA f ?????? ? 計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積即 ： 4 0 0 3 4 5 6 ???? s TfLHA? s（大于 5s，符合要求） d)降液管底隙高度 oh ：取液體通過(guò)降液管底隙的流速 smo /39。 按 110?N 重新核算孔速： smu /20???? ? 閥動(dòng)能因子 ???F 塔板開(kāi)孔率閥動(dòng)能因子 ： % ??uu （四） 流體力學(xué)驗(yàn)算 氣體通過(guò)篩板壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)囊褐叨? ?hhhh lcp ??? a)干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?ch ：依 smuvoc/ 2 6 ??? ? ocuu ?0 ，則干板阻力為： muhLc0 3 43 ???? ? 液柱。 ③ 板上液層高度，由以前設(shè) ?lh 則 mH d 1 4 1 9 5 0 2 5 8 9 3 ???? 取 ?? ， ?TH ， ?WH 則 ? ? ? ? ????? wT hH? 則有： ? ?wTd hHH ??? ，符合防止淹塔的要求。 根據(jù)以上可整理得下式： 3222 1 18 13 SSS LLV ??? 在操作范圍內(nèi)取 4 個(gè) SL 值，依上式計(jì)算值列于附表中： ? ?smLS /3 3101 ?? 3102 ?? 3103 ?? 3104 ?? ? ?smVS /3 依表中數(shù)據(jù)在 VS— LS圖中作出霧沫夾帶線，如 所附坐標(biāo)紙圖中 （ 2）所示。 將以上 5條線即為精餾段負(fù)荷性能圖。 max m3/s 氣相最小負(fù)荷 VS通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到作為化工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，不僅要學(xué)好《化工原理》《化工計(jì)算》等專(zhuān)業(yè)課，還要對(duì)設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都要學(xué)好用好，只有這樣才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 再次，本設(shè)計(jì)詳細(xì)分析了所要處理的苯和甲苯的物性，再根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的處理量， 經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)備各個(gè)零件的選型及尺寸，再組合成完整的精餾塔，并畫(huà)出了浮閥在塔板