【正文】 第五章 設計總結及有關問題的分析討論 32 化 工 原 理 課 程 設 計 1 第一章 概述 高徑比很大的設備稱為塔器。 一、 塔設備的基本功能和性能評價指標 為獲得最大的傳質速率 ,塔設備應該滿足兩條基本原則 : (1)使氣液兩相充分接觸 ,適當湍動 ,以提供盡可能大的傳質 面積和傳質 系數(shù) ,接觸后兩相又能及時完善分離 ； (2)在塔內使氣液兩相有最大限度的接近逆流 , 以提供最大的傳質推動力。 一般來說，通量、效率和壓強是互相影響甚至是 互相矛盾的。 板式塔內設置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質與傳熱。 按照塔內氣液流動的方式，可將塔板分為錯流塔與逆流塔板兩類。 在幾 種主要類型錯流塔中，應用最早的是 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，泡罩下部周邊開有許多齒縫。 泡罩塔的優(yōu)點是：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，即當氣液流量有較大的波動時，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 計 3 塔板上作正三角形排列 .塔板上設置溢流堰 ,使板上能維持一定厚度的 液層。主要缺點是：操作彈性小，篩孔小時容易堵塞。 浮閥塔板的結構特點是在塔板上開有若干大孔（標準孔徑為 39mm），每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥門 。當氣速很低時，靠這三個定距片 使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板間始終保持 的開度供氣體均勻的流過，避免了閥片啟閉不勻的脈動現(xiàn)象。當氣量很小時，氣體仍能通過靜止開度的縫隙而鼓泡。 V4 行浮閥如圖所示，其特點是閥孔沖成向下彎曲的文丘里形，以減小氣體通過塔板時的壓強降。 T型浮閥的性能與 F1 型浮閥相近，但結構較復雜，適于處理含顆?；蛞拙酆系奈锪?。 （ 2） 操作彈性大。 （ 4）氣體壓 強降及液面落差較小。 浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)， 但對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構各具特點，應根據(jù)不同的工藝及生產(chǎn)需要來選擇塔型。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程時應考慮余熱的利用，注意節(jié)能。 苯 — 甲苯混合液原料經(jīng)預熱器加熱到指定溫度后送入精餾塔德進料板，在進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，兼顧技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來綜合考慮。 三、 進料熱狀態(tài) 的選擇 進料熱狀態(tài)以進料熱狀況參數(shù) q 表達。本設計 任務書 中已 設定 q=1。 本設計采用間接蒸汽加熱。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構尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個很重要的問題。=每小時的千摩爾流量為： 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)的計算 欲計算完成規(guī)定分離要求的所需的理論板數(shù)，須知原料液組成，選擇進料熱狀況和操作回流比等精餾操作條件，利用氣液平衡關系和操方程求算。由圖 1 可知 xq=。 由于 q=1，該直線是平行于 Y 軸的直線，如坐標紙所做?？偘逍蚀_定得化 工 原 理 課 程 設 計 10 是否合理，對設計的塔在建成后能否滿足生產(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 史密斯關聯(lián) 圖得 C20=；依式 20 20 ??????? ?CC 校正物系表面張力為 mmN / 時 ： 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 計 15 sm /9 4 8 8 m a x ???? ?? 故 ： mVD S ????? ?? 按 工業(yè) 標準 ,塔徑圓整為 ,則 塔的截面積為： 22 4 mDAT ?? ? 則實際 空塔氣速 smu / ??。 ?? mml Lh ow so 39。 按 110?N 重新 核算孔速： 20???? ?u 閥動能因子 ???F 塔板開孔率閥動能因子 ： % ??uu （四） 塔 板流體力學驗算 塔板的流體力學計算，目的在于驗算預選的塔板參數(shù)是否能維持塔的正常操作，以便決定對有關塔板參數(shù)進行必要的調整，最后還要作出塔板負荷性 能圖。 （五） 塔板負荷性能圖 霧沫夾帶線： 按泛點率 80%計算： 泛點率 %1 0 0????bFlsvLVsAKCZLV ?? ? ???????Ss LV 化 工 原 理 課 程 設 計 19 整理 得： SS LV 1 6 2 3 ?? 在操作范圍內任取 2個 SL 值，依上式算出相應的 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 所附坐標紙圖中 （ 1）所示。 漏液線（氣相負荷下限線 ） 500 ??? vuF ? 計算，則vu ?50 ? 又知024 udVN s?? 以 50?F作為規(guī)定氣體的最小負荷值，則有： 代入上式并整理得： smNFdVvS/4 3 3020m i n, ?? ?? 液相負荷下限線 取平堰、堰上液層高度 mhow ? 為液相負荷下限條件， ?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），即為液相負荷下限線，如 所附坐標紙 所示。 化 工 原 理 課 程 設 計 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)計算 （ 1） 操作壓強 )(底mP? 進料板的壓強 k P aP F 4 5 ???? 塔底壓強 PaPP FW 2 5 ???? 則提餾段平均操作壓強為： k P aPm 94 .3 552 99 .2 5589 .4 55 ????（提） （ 2） 溫度 mt? 根據(jù)操作壓強，由下式計算操作溫度 BBAA xPxPP 00 ?? ，經(jīng)試差得到進料板溫度CtF ? ， ?Wt C0 ，則提餾段的平均溫度 ????mt C0 。各項計算化 工 原 理 課 程 設 計 25 如下： a)溢流堰長 wl ：單溢流去 Dlw )( ?? ，取堰長 ： 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 泛點負荷圖 得 ?DWd ， ?Tf AA 故 mDW d ???? 222 05 6 2 2 mDA f ?????? ? 計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積即 ： 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 ：取液體通過降液管底隙的流速 smo /39。 按 110?N 重新核算孔速： smu /20???? ? 閥動能因子 ???F 塔板開孔率閥動能因子 ： % ??uu （四） 流體力學驗算 氣體通過篩板壓強相當?shù)囊褐叨? ?hhhh lcp ??? a)干板壓降相當?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 ?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 ??? 在操作范圍內取 4 個 SL 值，依上式計算值列于附表中： ? ?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 所附坐標紙圖中 （ 2）所示。 將以上 5條線即為精餾段負荷性能圖。 max m3/s 氣相最小負荷 VS通過這次設計，使我認識到作為化工專業(yè)的學生，不僅要學好《化工原理》《化工計算》等專業(yè)課，還要對設備等相關內容都要學好用好，只有這樣才能為以后的工作打下堅實的基礎。 再次，本設計詳細分析了所要處理的苯和甲苯的物性，再根據(jù)實際生產(chǎn)的處理量， 經(jīng)過計算設備各個零件的選型及尺寸，再組合成完整的精餾塔，并畫出了浮閥在塔板