生產(chǎn)用精餾塔設(shè)計(jì)方案-全文預(yù)覽
【正文】 在課堂上我們大都學(xué)習(xí)的是原理性的知識(shí)，而在實(shí)際的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，要想設(shè)計(jì)出性能好且能投入生產(chǎn)的精餾塔涉及到各部分的計(jì)算，這些計(jì)算瑣碎而繁雜，但必須要細(xì)心地完成，因?yàn)槊恳粋€(gè)細(xì)節(jié)都是可能影響最終生產(chǎn)能力的因素，所以設(shè)計(jì)工作應(yīng)該十分的謹(jǐn)慎認(rèn)真。理論板數(shù)越小，意味著塔的設(shè)備費(fèi)用會(huì)降低。一般來(lái)說(shuō)，這兩種費(fèi)用不可能同時(shí)降低，這是由精餾的特性所決定的。根據(jù)資料，選擇蒸汽流速為30m/s。核算流速：由此可知，流速在合適范圍內(nèi)，接管尺寸合理。管徑為選擇的熱軋無(wú)縫鋼管。取管長(zhǎng)為3000mm，所需的管數(shù)為：根據(jù)設(shè)計(jì)資料，選擇蒸汽流速為。按逆流換熱時(shí)計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差：帶入得（如苯、甲苯、乙醇等），低溫流體為水的管殼式換熱器，其總的傳熱系數(shù)的參考范圍為430~850。特征溫度為28℃。即：精餾段：整理后得：提餾段：整理后得：至此組成塔板負(fù)荷性能圖的五條線已經(jīng)全部計(jì)算出了，將其畫在直角坐標(biāo)系中，即形成了塔板負(fù)荷性能圖，如附圖所示。一般來(lái)說(shuō)，液相負(fù)荷的下限取決于閥孔動(dòng)能因子或堰上液層高度，一般來(lái)說(shuō)，堰上液層高度都需大于6mm，因此以此來(lái)計(jì)算液相負(fù)荷的下限，有：精餾段：取E=1，帶入數(shù)據(jù)有：整理后得：提餾段：取E=1，帶入數(shù)據(jù)有：整理后得：塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在此線以左。對(duì)于一般的塔，F(xiàn)180~82%。本設(shè)計(jì)取F0=6作為下限，則有：精餾段：提餾段：液沫夾帶線又稱為氣相負(fù)荷上限線。漏液線又稱為氣相負(fù)荷下限線、當(dāng)操作的氣相負(fù)荷低于此線時(shí)，將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象。五、塔板負(fù)荷性能圖塔板上的異常操作現(xiàn)象包括漏液、液泛和液沫夾帶等，是使塔板效率降低甚至使操作無(wú)法進(jìn)行的重要因素，因此，應(yīng)盡量避免這些異常操作現(xiàn)象的出現(xiàn)。泄露會(huì)降低塔板效率，為了使其影響減小，保證塔板的正常操作，則對(duì)于30~34g的閥片可取閥孔動(dòng)能因子作為漏液點(diǎn)，即必須大于這個(gè)值。對(duì)于精餾段，已知hp1=，hL=，主要計(jì)算hd，顯然有，因此精餾段滿足條件，不會(huì)發(fā)生液泛。精餾段選取N=288，提餾段N=214，都滿足要求F0=8~。本塔為液相泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料段空間的高度可選為與塔板間距相同或稍大，因此選擇為500mm。塔底空間的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列兩個(gè)條件：（1）為了防止精餾操作對(duì)后續(xù)設(shè)備的影響，塔底空間應(yīng)該起到儲(chǔ)槽的作用，保證塔底的物料不會(huì)流空，一般塔底產(chǎn)品停留時(shí)間為3~5min，當(dāng)供料設(shè)備不足時(shí)，應(yīng)該有15min左右的停留時(shí)間，對(duì)于塔底產(chǎn)品量較大的塔，停留時(shí)間也取3~5min。但是由于設(shè)置人孔處塔板間距較大，且人孔設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，考慮到料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，共設(shè)置np=2個(gè)人孔。上圖是按液體表面張力為20mN/m的物系繪制的，當(dāng)所處理的物系表面張力為其他值，應(yīng)按下式進(jìn)行校正，即式中，C為操作物系的負(fù)荷因子，m/s；為操作物系的液體表面張力，mN/m。圖中C20為物系表面張力為20mN/m的負(fù)荷因數(shù)；Vh，Lh分別為塔內(nèi)氣液兩相的體積流量，；HT為塔板間距，m；hL為塔上液層厚度，m?？梢姶_定塔徑的關(guān)鍵是選擇一個(gè)合適的空塔氣速。依據(jù)以上公式，可以計(jì)算塔頂、進(jìn)料和塔釜的表面張力，進(jìn)而求得精餾段和提餾段的表面張力。查得由Antoine方程算出假設(shè)進(jìn)料溫度為100℃，則有不等于塔板壓力，℃，重復(fù)以上步驟后結(jié)果滿足手算要求，℃。滿足手算要求，℃。壓力、溫度和濃度對(duì)活度系數(shù)都有影響。圖2：理論塔板求解圖通過圖解理論板，可以很明顯的看出：理論板數(shù)；進(jìn)料板位置；圖3：塔頂圖解局部放大圖4：塔釜圖解局部放大要確定最終實(shí)際的理論板數(shù)，還必須知道塔板的全塔效率，而塔板效率可由下式進(jìn)行估算：式中：μ=料液在塔頂、塔底平均溫度下的平均黏度，cp。4）連接CB，得到提餾段操作線。由于乙醇水物系的特殊性，平衡曲線具有下凹部分，在尋找最小回流比對(duì)應(yīng)的操作線時(shí)，發(fā)現(xiàn)操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，此時(shí)的操作線在縱軸上的截距為：％從而得到： 由物料平衡關(guān)系：F代表進(jìn)料量，V0代表加熱蒸汽量，D代表餾出液量，W代表釜?dú)堃毫?。由于本工藝的操作條件在常壓附近，可以認(rèn)為在壓力范圍內(nèi)，常壓的相平衡數(shù)據(jù)可以滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的需要，因此可以用常壓下的汽液平衡數(shù)據(jù)繪制相圖從而進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，汽液平衡數(shù)據(jù)見表1。塔頂蒸汽在全凝器中冷凝后，一部分作為產(chǎn)品采出，一部分回流繼續(xù)和塔內(nèi)氣相接觸；塔釜液體一部分采出，一部分由直接蒸汽加熱汽化回到塔內(nèi)和液相接觸。回流比對(duì)于精餾操作的費(fèi)用有很大的影響。對(duì)產(chǎn)量做簡(jiǎn)單估計(jì)后，選擇單溢流作為塔板溢流形式的初步結(jié)果，具體設(shè)計(jì)視情況決定。在本工藝中，沒有塔頂氣相采出，因此采用全凝器即可滿足要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，以接近泡點(diǎn)的冷進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料者居多，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易。精餾可以在減壓、常壓、加壓條件下進(jìn)行。板式塔又分為泡罩塔，浮閥塔，篩板塔等多種類型。 6）能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 2）效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。二、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明1）生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。 5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。對(duì)于本工藝來(lái)說(shuō)，采用板式塔是可行的，因此選擇板式塔。綜
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