【正文】 3 39。 根據(jù)以上各線方程，可作出提餾段篩板塔的負荷性能圖，如圖 22 所示。 2 ??????????a ? ? 39。 ? ?WT hHb 139。39。 （ 3）液相負荷下限線 對于平直堰，取堰上液層高度 mhOW ? 作為最小液體負荷標準。 在負荷性能圖上，作出操作點 P，連接 OP，即作出操作線。 2 ???c ? ? 39。 hlc W? ? ? 323 39。39。 38 （ 4）液相負荷上限線 以 4s?? 作為液體在降液管中停留時間的下限， 由 4??STfLHA? 得 smLS / 33m a x, ????? 據(jù)此可作出與氣體流量元關(guān)的垂直液相負荷上限線 4。 表 15 13 ??smLs 13 ??smVs 由上表 15 數(shù)據(jù)即可作出漏液線 1。dH 應(yīng)服從公式)( WTd hHH ?? ? 的關(guān)系 取 ?? ，則 mhH WT 2 2 )0 4 ()( ?????? 且 dLPd hhhH ??? ，板上不 設(shè)進口堰， dh 可由式 ? ?239。0 ? ＞ min,0u 穩(wěn)定系數(shù)為 39。 kgeV ??????? ???? ＜ 氣液 kgkg. /10 故在本設(shè)計中液沫夾帶量 Ve 在允許范圍內(nèi)。P39。 ?????? 氣體通過每層塔板的液柱高度 39。39。 ?? ，故 mhhh OWWL )()(h 39。1h 計算 氣體通過液層的阻力 39。 提餾段篩板的流體力學(xué)驗算 （ 1）塔板壓降 ① 平板阻力 39。由于 33 7 5 5 ???? Lf hh 故 氣液 kg/ kgeV ??????? ???? ＜ 氣液 kgkg. /10 故在本設(shè)計中 液沫夾帶量 Ve 在允許范圍內(nèi)。 圖 14 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 [14] 32 其中 0F 為氣相動能因子，定義式為 VauF ??0 其中 smAA Vu fT sa / ????? 則 ??F 查表得 ?? 。0 ???? （ 2） 塔板壓降 ① 平板阻力 ch 計算 在篩板的開孔率 %15?? 時，干板阻力 ch 可由式 31 ????????????????? LVc cuh ??20 計算。 3）孔中心距 相鄰兩篩孔中間的距離稱為孔中心距，設(shè)計推薦值為4~3/ 0 ?dt 。這里取篩孔直徑 mmd 40 ? 。 ?? ss WW 。 （ 1）塔板布置 ① 塔板的分塊 因 D≤ 2021mm，故塔板采用整塊式。 ④ 受液盤 同精餾段采用凹形受液盤，深度 mmhW 5039。39。39。 ?? ????? ＞ s5 故降液管設(shè)計合理。239。 ?DlW ,查圖 12 得： 39。 ????????????? 對于平直堰板上液層高度 Lh 一般在 50～ 100mm，這里取 , mmhL 65? ， 故 mh W 0 5 1 6 39。 ?E ? ? mlLEhWhOW 323239。10 00 ?????????WhOW lLEh 339。OWh 用弗 蘭西斯公式計算，即 3239。 ? 。 27 ⑤ 受液盤 凹形受液盤既可在，深度 mmhW 5039。 圖 12 弓形降液管的參 數(shù) [12] ④ 降液管底隙高度 0h 降液管底隙高度應(yīng)低于出口堰高度，才能保證降液管底端有良好的液封，由公式39。 因此，本設(shè)計也是用單溢流的方式。 因此，本設(shè)計使用弓形降液管。0 ??? （ 3）精餾塔有效高度計算 精餾段有效高度 mHNZ T )111()1 ?????? 精精 （ 提餾段有效高度 mHNZ T )115()1 ?????? 提提 （ 在進料板上方開一人孔，其高度為 。D =D ，故塔徑為 。39。m a x ?????? ???? smCVVL???? 取安全系 數(shù)為 ，則空塔氣速為 139。20 ?C 39。 ?????? ? sLMLLLmLms / 39。 由上述計算可知液體的表面張力 20C 不為標準值 20mN/m,則應(yīng)按下式進行校正，即 22 ???????????????? LCC ? smCVVL / a x ????? ? ??? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 smuu / m a x ???? muVD s ????? ?? 按標準塔徑圓整后為 mD ? 。 ????? mkgLm? (5)液體平均表面張力的計算 表 8 苯和甲苯純組分的表面張力 t/℃ 80 90 100 110 120 ]/[ mmN苯? 20 ]/[ mmN甲苯? ①塔頂液相平均表面張力 20 由 ?Dt ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： mmNmmN / ?? 甲苯苯 ?? mmNLD /)( 7 4 ??????? ②進料板液相平均表面張力 由 ?Ft ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： mmNmmN /?? 甲苯苯 ?? m/).2 8 2 201(4 3 8 2 20m NLF ??????? ③塔底液相平均表面張力 由 105?Wt ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： m/?? 甲苯苯 ?? m/)(. 0 1 1 80m NLW ??????? 精餾段液相平均表面張力為 mNLm / ???? 提餾段液相平均表面張力為 mNLm / 39。塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進料段高度以及開人孔數(shù)目的取值有關(guān)。而適宜回流比 R 的確定，應(yīng)體現(xiàn)最佳回流比選定原則即裝置設(shè)備費與操作費之和最低，我們使用簡化方法計算各項費用，從而確定回流比一般經(jīng)驗值為 R=(～ ) minR 。 （ 3） 操作壓力的選取 7 本設(shè)計采用常壓操作。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計、壓強計，流量計等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。為此，必須具體考慮如下幾點： 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。 2） 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 3） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。如表 1 所示 表 1 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項目 分子式 分子量 M 沸點（℃） 臨界溫度 ct（℃） 臨界壓強 PC（ kpa ） 苯 A 66HC 78 甲苯 B 356 CHHC ? 92 二 設(shè)計方案簡介 由于板式塔所使用的塔板不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等等，每種塔型都有優(yōu)缺點。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液，密度為 3mg，對光有很強的折射作用（折射率： ）。苯難溶于水， 1 升水中最多溶解 苯；但 3 苯是一種良好的有機溶劑，溶解有機分子和一些非極性的無機分子的能力很強。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。精餾的原理是利用液體混合物之間揮發(fā)度的差異， 本設(shè)計的題目是苯 — 甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計，就是利用精餾的方法 。互溶液體混合物的分離方法有多種方法，精餾是其中最常用的一種。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上 液層進行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。苯比水密度低，密度為 3mg，但其分子質(zhì)量比水重。甲苯的熔點為 95 ℃，沸點為 111 ℃。甲苯的熱值為 kgkJ g，閃點為 4 ℃，燃點為 535 ℃。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射 4 的液滴群）； 2） 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 篩板塔的缺點是： 1） 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 三 設(shè)計方案的原則 確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達到技術(shù)上最先進、經(jīng)濟上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。計算傳熱面積和選取操作指標時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費和設(shè)備費都有影響。 以上三項原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。本設(shè)計不易利用直接蒸汽加熱，因為直接蒸汽的加入，對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進料條件和產(chǎn)品純度，輕組分收率一定前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達到生產(chǎn)要求，從而又增加了生產(chǎn)的費用，但也增加了間接加熱設(shè)備。該體系最小回流比minR 的求取應(yīng)通過精餾段操作線與平衡線相交得到，用計算法可用精餾段操作線方程與相平衡方程聯(lián)立求解，既得到交點。應(yīng)注意的是：塔板設(shè)計的任務(wù)是以流經(jīng)塔內(nèi)氣液的物流量、操作條件和系統(tǒng)物性為依據(jù)，確定具有良好性能（壓降小、彈性大 、效率高）的塔板結(jié)構(gòu)與尺寸。由表 5 通過試差法分別查得苯、甲苯的粘度 當(dāng)時 CtD ? ， sm P ??苯u sm ??甲苯u 當(dāng) CtF ? 時， sm P ??苯u sm ??甲苯u 當(dāng)時 Ctw 0105? ， sm P ??苯u sm ??甲苯u 根據(jù)液相平均黏度 公式 ?? iim x ?? gg ll 則在塔頂有 3 0 )9 7 4 (3 0 7 4 ggg ?????mL D?mP sDmL ?? ? 在進料板有 2 7 )2 8 2 (2 6 8 2 ggg ?????mL F? mP sFmL ?? ? 在塔底有 2 3 )0 1 1 (2 3 1 1 ggg ?????mL W? mP sWmL ?? ? 15 則液相平均黏度為： m P sWmFmDm LLLLm ??????? ???? 全塔效率為 5 4 )2 6 ()( 2 ?????? ??LTE ?? 實際板數(shù)的求取 已知全塔效率為 ，則有 ? ? ? ? ??? 理論實際 NN 其中 ? ? 6 ??精餾N ? ? 8 ??提餾N 總板數(shù)為 28（包括蒸餾釜），精餾段板數(shù)為 11，提餾段板數(shù)為 15 篩板塔的工藝條件 (1)操作壓力的計算 已知：每層塔板壓降 kpaP ?? 塔 頂操作壓力 k p ak p aP D 0 0 14 ??? 進料板壓力 k p aP F 1 1 0 5 ???? 塔底操作壓力 k p aP W ???? 精餾段平均壓力 k p aP m 0 92)1 1 0 5(1 ??? 提餾段平均壓力 k p aP m 1 82)1 1 2 4(2 ??? (2)操作溫度的計算 16 表 6 苯 甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)（ ） 苯的摩爾分數(shù) 溫度Ct0 苯的摩爾分數(shù) 溫度Ct0 液相 x 氣相 y 液相 x 氣相 y 如表 2 所示，依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸汽有安托尼方程計算，計算結(jié)果如下： 012 1103 0g ??? tP A 913 4508 0g ??? tP B 把試差得到結(jié)果代入到上式計算得到的結(jié)果如下： 塔頂溫度 CtD ? 進料板溫度 CtF ? 塔底溫度 CtW 0105? 精餾段平均溫度 Ct m )