【正文】 x r r? ?? ? ? 其中， ( ) 1 6 0 0 / 2 ( 2 2 8 .8 1 0 0 ) 4 7 1 .22dDx W Z m m? ? ? ? ? ? ?； 1 6 0 0 / 2 1 0 0 7 0 02 cDr W m m? ? ? ? ?。 c、由閥孔動(dòng)能因數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值推算開孔率 首先假定塔頂?shù)诙K板的閥孔動(dòng)能因數(shù)為 00 / 1 0 / 3 .3 6 8 5 .4 5 /Vu F m s?? ? ?，閥孔的總面積為 20 6 3 2 2 . 5 8 / 3 6 0 0 / 5 . 4 5 0 . 3 2 2 3Am??，開孔率0 . 3 2 2 3 / 2 . 0 0 9 6 1 6 . 0 %???，大于 15%，不合理。塔底氣相 平均摩爾質(zhì) 量 1 /VM K g K mo l? ，塔底最后一塊板的液相平均摩爾質(zhì)量 1 /LM K g K mo l? 。 b、浮閥數(shù)的確定 由浮閥的開孔率及閥孔氣速，可得浮閥總數(shù) 0 2 3 2007 1 6 5 .0 1 / 3 6 0 0 2 3 9 .4 83 .1 4( 3 9 1 0 ) 6 .9 644aVNdu? ?? ? ?? ? ? 圓整為 239。 b、由適宜閥孔氣速求得開孔率 塔頂?shù)诙K板的臨界閥孔氣速為 0 .5 4 8 0 .5 4 80 7 2 .8 7 2 .8( ) ( ) ( ) 5 .7 7 /2 .9 7 2c Vu m s?? ? ?，取適宜閥孔氣速為臨界閥孔氣速的 倍，即 001. 2( ) 1. 2 5. 77 6. 92 /cu u m s? ? ? ?，則閥孔總面積為 20 2 0/ 7 1 6 5 .0 1 / 3 6 0 0 / 6 .9 2 0 .2 8 7 4A V u m? ? ?， 開 孔 率 為0 / 0 .2 8 7 4 / 2 .0 0 9 6 1 4 .3 %TAA? ? ? ?。 典型塔板的設(shè)計(jì) （ 1）塔頂?shù)诙K板 ①塔頂?shù)诙K板的基本物性計(jì)算 塔頂?shù)诙K板和塔頂?shù)谝粔K板的相對(duì)揮發(fā)度近似相等，即 ???? ，塔頂?shù)谝粔K板的氣相組成 1 ? ，由 11 11 ( 1)xy x??? ??，可得塔頂?shù)诙K板的液相組成為 1 ? ，又由精餾段操作線方程，可得塔頂?shù)诙K板氣相組成 2 ? 。 塔板各區(qū)域的初步排布情況如圖 7。 由上面的分析，可初步選定塔頂?shù)谝粔K塔板的開孔率為 %?? ，此時(shí)，閥孔氣速0 /u m s? 。 另假設(shè)閥孔動(dòng)能因數(shù)為 12，采用與上面相同的步驟，可得適宜閥孔氣速 0 /u m s? ，閥孔總面積 20 ? ，開孔率 0 .2 5 9 / 2 .0 0 9 6 1 2 .9 %? ??，處于經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)。 ① 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選取 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在常壓及減壓塔中，開孔率一般可取 10%15%；在加壓塔中則取得較小，一般為 6%9%。 最小開度 閥孔 Φ 39mm 最大開度 閥徑 48mm （ 2）浮閥的排列 浮閥的排列方式多采用三角形排列，又分為順排和叉排。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝制造方便、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。本塔塔徑大于 1400mm，應(yīng)開兩個(gè) Φ 10 的淚孔，且都開在受液盤的中心線上。 （ 4）受液盤 塔板上用于接收降液管流下液體的那部分區(qū)域稱為受液盤，有凹行和平行兩種。 （ 2）溢流堰 溢流堰又稱出口堰或外堰，其作用是維持塔板上有一定的液層厚度并使液體能較均勻地橫過塔板流動(dòng)，它的主要尺寸是堰高 hw和堰長(zhǎng) lw。在設(shè)計(jì)中應(yīng)使降液管面積及溢流周邊具有一定的彈性，否則在改變處理量或調(diào)節(jié)回流比時(shí)，很可能發(fā)生降液管液泛，特別是加壓操作的場(chǎng)合。 （ 2）最大允許氣速 ① Smith 法 a、精餾段 由 _ 1 / 2 1 / 2_1 .9 1 9 3 .2 2 3 .1 0( ) ( ) 0 .0 4 2 0(1 .9 1 1 ) 9 3 .2 2 8 0 4 .4 3VLLV?? ?????，結(jié)合 h m?? ，讀史密斯圖 [9]，可得 0 ? 。 熱損失 10 /Q KJ h??損 。 （ 4）進(jìn)料 進(jìn)料溫度 93℃ 下，苯的焓值 /9AH K J K mol? ，甲苯 /7BH K J K m ol? ，進(jìn)料焓值 1 5 6 7 1 . 4 9 2 8 8 9 6 . 5 70 . 4 7 1 0 . 5 2 9 2 2 6 6 9 . 6 6 /H KJ Km o l? ? ? ? ?進(jìn) 。 由此可得全凝器的冷負(fù)荷為 61= ( L + D ) ( ) = ( 1 5 1 . 2 1 + 9 3 . 2 2 ) ( 4 4 9 4 1 . 8 4 1 3 7 4 2 . 4 2 ) = 7 . 7 3 1 0 /DVQ H H K J h??凝 飽 冷卻器的熱負(fù)荷為 6 6 68 .8 2 1 0 7 .7 3 1 0 1 .1 9 1 0 /Q K J h? ? ? ? ? ?冷 。 冷回流量 211 1VLD V LDHHLL ?? ? 由于塔頂產(chǎn)品不純，氣相通過頂層板濃度及組成變化不大，近似認(rèn)為 21VVHH? 。 （ 3）液相表面張力 液相表面張力的計(jì)算公式為 m i ix???? 。 精餾段的平均溫度 01 (8 4 9 3) / 2 8 8 .5mTC? ? ?； 提餾段的平均溫度 02 (1 2 0 9 3) / 2 1 0 6 .5m ? ? ?。 （ 3）實(shí)際板數(shù) 精餾段的實(shí)際板數(shù) 7 / % ??； 提餾段的實(shí)際板數(shù) / % ??； 全塔實(shí)際板數(shù) 13 .1 2 13 .9 8 27 .1 0 28RSN N N? ? ? ? ? ?，其中，由塔頂向下數(shù)，第 14塊板為進(jìn)料板。 （ 2）效率 由之前的計(jì)算得，塔頂?shù)南鄬?duì)揮發(fā)度，可得 ? ?頂 ， ? ?底 。查 Txy 圖，可得進(jìn)料板溫度為 93℃ 。 圖 6 McabeThiele 圖解理論板數(shù) 由圖 6，可得精餾段的板數(shù)為 7，提餾段的板數(shù)為 ，進(jìn)料板為從塔頂往下數(shù)的第 8 塊塔板。 表 2 不同的 R/Rmin 與 N、（ R+1） N R/Rmin R (RRmin)/(R+1) (NNmin)/(N+1) N (R+1)N 2 3 利用表 2 中的數(shù)據(jù)，可得下圖。 確定適宜回流比 取不同的 min/RR ，由捷算法分別求出 N 、 ( 1)RN? ，可得 min/~R R N 圖和m in/ ~ ( 1)R R R N?圖，如圖 4 和圖 5。另假定塔底溫度為 120℃ ，則 KA=， KB=，此時(shí) 2 .2 0 0 .0 3 0 .9 6 0 .9 7 0 .9 9 7 2iiKx ? ? ? ? ?? ，| 1 | 0 .0 0 7 2 0 .0 1iiKx ? ? ?? ，滿足誤差要求。另取塔頂溫度為 84℃，則 KA=， KB=，此時(shí)， 0 .9 7 0 .0 3 0 .0 9 51 .0 5 0 .4 2iiyK ? ? ??，| 1 | 0 .0 0 5 0 .0 1iiyK ? ? ?? ，滿足誤差要求，故塔頂壓力為 ，塔頂溫度為 84℃ 。本體系為苯、甲苯，相對(duì)較輕，溫度升高不是很大時(shí)不會(huì)引起結(jié)焦問題；減壓蒸餾不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操 作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積的增加，將增大蒸餾塔的塔徑?？紤]到低壓時(shí)，安托因方程 0 1 2 0 6 .3 5 0lg 6 .8 9 7 4 0 2 2 0 .2 3 7Ap t?? ? 0 1 3 4 3 .9 4 3lg 6 .9 5 3 3 4 2 1 9 .3 7 7Bp t?? ? 由低壓下的泡點(diǎn)方程 00A A B Bp x p x p?? 將 t=45℃ 代入安托因方程，得 0 Kpa? ， 0 Kpa? ，得 Kpa? 。 1 0 5 .5 5 [0 .0 3 7 8 .1 1 (1 0 .0 3 ) 9 2 .1 3 ] 9 6 7 9 .6 9 /W K g h? ? ? ? ? ? 由塔頂、塔底產(chǎn)品組成，也可分別求得苯、甲苯的摩爾流量和質(zhì)量流量。 化工原料課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、題目 設(shè)計(jì)一連續(xù)精餾塔裝置，用以分離： 苯 甲苯混合物 混合物 二、原始數(shù)據(jù) 原料：處理量： 17 噸 /小時(shí) 進(jìn)料狀態(tài)： 飽和液體 組成： xF=（質(zhì)量） 產(chǎn)品要求： xD=（摩爾）， xW=（摩爾） 冷凝器形式： 全凝器 冷卻劑溫度： 30℃ 三、計(jì)算說明書內(nèi)容 流程簡(jiǎn)圖 工藝計(jì)算（包括物料衡算及熱量衡算總表） 塔板計(jì)算 塔體初步設(shè)計(jì) 輔助設(shè)別的選用 計(jì)算結(jié)果匯總表 分析與討論 四、繪圖要求 塔體總圖 塔板總圖 一、工藝流程簡(jiǎn)圖 如圖 1，塔頂設(shè)全凝器，輕組分經(jīng)全凝器冷凝后，部分作為回流返回塔內(nèi)；塔底設(shè)有再沸器。 9 3 .2 2 [0 .9 7 7 8 .1 1 (1 0 .9 7) 9 2 .1 3 ] 7 3 2 0 .3 1 /D K g h? ? ? ? ? ? 塔底產(chǎn)品質(zhì)量流率 39。觀察圖表可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓力取為 時(shí)，仍不能滿足| 1| ??? 的要求，圖中低于 的相平衡數(shù)據(jù)難以獲得，此時(shí)，不宜采用泡點(diǎn)方程。常壓蒸餾會(huì)引起塔內(nèi)各處溫度相應(yīng)提高，而塔底溫度的提高可能會(huì)引起塔內(nèi)物料的結(jié)焦、聚合、變質(zhì)或腐蝕設(shè)備。假定塔頂溫度為 80℃，查圖 [3]，得 KA=， KB=，由露點(diǎn)方程，得0 .9 7 0 .0 3 1 .0 9 60 .9 5 0 .4 0i ABi A By yyK K K? ? ? ? ?? ，不滿足誤差小于 的要求。取 N=25，每層板的壓降為 5mmHg，則塔底壓力為 1 1 1 .3 2 5 2 5 5 1 3 3 .3 0 .0 0 1 1 2 7 .9 8 8 1 2 8p K p a K p a? ? ? ? ? ? ? 假設(shè)塔底溫度為 110℃，查圖，得 KA=， KB=，此時(shí)，由泡點(diǎn)方程，1 .7 3 0 .0 3 0 .8 0 0 .9 7 0 .8 2 8i i A A B BK x K x K x? ? ? ? ? ? ?? ，不滿足誤差要求。由芬斯克公式，得m i n l g [ ( ) ( ) ] l g [ ( 0 . 9 7 / 0 . 0 3 ) ( 0 . 9 7 / 0 . 0 3 ) ] 7 . 9 7l g l g 2 . 3 9A B D B A Wmx x x xN ?? ? ?。 計(jì)算結(jié)果如表 2。 精餾段操作線方程 1 1 . 9 1 1 0 . 9 7 0 . 6 6 0 . 3 41 1 1 . 9 1 1 1 . 9 1 1DRy x x x xRR? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 提餾段操作線方程 WL F Wy x xL F W L F W???? ? ? ? 2 . 0 8 9 3 . 2 2 1 9 8 . 7 6 1 0 5 . 5 5 0 . 0 32 . 0 8 9 3 . 2 2 1 9 8 . 7 6 1 0 5 . 5 5 2 . 0 8 9 3 . 2 2 1 9 8 . 7 6 1 0 5 . 55x??? ? ?? ? ? ? ? ? ?? q 線方程 ? 。由相平衡數(shù)據(jù) y 可采用內(nèi)插法，得塔內(nèi)進(jìn)料板上液相組成為 13 46 13 25 68 25 y??? 得 ? 。 精餾段液相平均粘度 1 ( ) / 2 ( 0 .3 1 0 .2 8 ) / 2 0 .2 9 3? ? ?? ? ? ? ?頂 進(jìn) ； 提餾段液相平均粘度 2 ( ) / 2 ( 0 .2 3 0 .2 8 ) / 2 0 .2 5 5? ? ?? ? ? ? ?進(jìn)底 。 由奧康奈爾關(guān)聯(lián) ( )TLE ?? ?? ，可得 精餾段的效率 0 .2 4 51 0 .4 9 (2 .4 1 0 .2 9 3 ) 5 3 .3 5 %TE ?? ? ?； 提餾