【正文】 表面 張力 mmN/ D? FP F? mP m? 溫 度 C0 Dt 黏 度 mmN/ D? Ft F? mt m? 平 均 分 子 量 VDM 密 度 3/mKg LmD? lDM VfM LmF? VFM VmD? 精VMM LmF? 精lmM 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 14 （ 8） 氣液負(fù)荷計(jì)算 ? ? hK m o lDRV /)(1 ?????? / 3mMVV vmVmS ?????? ? hK m o lRDL / ???? smLMLs LmLm /0 0 1 7 5 6 0 0 6 0 0 3????? ? hmL h /3 32 60 00 01 7 5 3??? 三、精餾段 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 （一） 塔徑 塔板間距 HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及塔的安裝、檢修等都有關(guān)。由于影響的因素多而復(fù)雜，很難找到各種因素之間的定量關(guān)系，一般可采用下面的方法來(lái)確定總板效率。 由以上所做精餾段和提餾段操作線，在 xy 圖上在其與平衡線之間做梯級(jí)， 從圖可讀出共需理論板數(shù) 13 塊 ， 其中 精餾段需要 6 塊 ， 提餾段 7 塊， 加料板位于第 7塊 （從上往下數(shù) ,不包括再沸器）。 則 4 5 9 i n ?? ????? qq qD xy yxR 取 R=2Rmin=2 = 精餾段操作線方程為 : ?????????? xxxRxR Ry D 式中 y、 x──分別為精餾段任一截面處的氣液相易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； xD──塔頂易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； R──回流比， R＝ L/D； 所做操作線如坐標(biāo)紙所示。 以塔內(nèi)衡摩爾流簡(jiǎn)化假定為前提， 利用 直角梯級(jí)圖解法（ MT 法） 求取理論塔板數(shù)。 先求出最小回流比 Rmin，取操作回流比為最小回流比的 ～ 2 倍，即 R＝（ ～2） Rmin； 第三章 塔的工藝計(jì)算 一、 全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定 （一） 物料衡算 查得苯和甲苯的相對(duì)分子量及其他物理量如下表： 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項(xiàng)目 分子式 分子量 M 沸點(diǎn)（℃） 臨界溫度 tC（℃） 臨界壓強(qiáng) PC（ kPa） 苯 A 甲苯 B C6H6 C6H5— CH3 ???Dx ???Fx 03 ???Wx 平均分子量 ：計(jì)算平均分子量得： 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 8 K m o lKgM F /)( ?????? K m o lKgM D /)( ?????? K mo lKgM W /)( ?????? 對(duì) 全塔物料衡算 ： 總物料衡算 ： hKghKgF / 2/24/330 /10340 00 3 ????? 天年天 年 WDF ????? （ 1） 易揮發(fā)組分物料衡算 ： WaDaFa WDF ????? （ 2） 聯(lián)立上式（ 1）、（ 2）得： W180。對(duì)于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量 D 一定時(shí)， V的大小取決于回流比。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 7 可利用壓力較低的蒸汽加熱以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。進(jìn)料為過(guò)冷液體： q＞ 1；飽和液體（泡點(diǎn)）： q＝ 1；氣、液混合物： 0＜ q＜ 1；飽和蒸氣（露點(diǎn)）： q＝ 0；過(guò)熱蒸氣： q＜ 0。因此如果在常壓下操作時(shí)，塔頂蒸氣可以用普通冷卻水進(jìn)行冷卻，一般不采用加壓操作。 流程圖如 圖 二、 操作壓力 的選擇 精餾操作可在常壓、減壓和加壓下進(jìn)行。操作 時(shí)，連續(xù)的從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一次通過(guò)化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 6 各層塔板。一般塔頂分凝器對(duì)上升蒸汽雖有一定增濃作用，但在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時(shí)往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地確定回流比。 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明 一、 裝置流程的確定 精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。為了克服這一不利因素的影響，設(shè)計(jì)了斜向噴射的舌形塔板、斜孔板、垂直篩板、浮舌塔板、浮動(dòng)噴射塔板等不同的結(jié)構(gòu)形式，有些塔板結(jié)構(gòu)還能減少因水力梯 度 造成的氣體不均勻分布現(xiàn)象。 （ 5）塔的造價(jià)低。 （ 3）塔板效率高。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)： （ 1）生產(chǎn)能力大。 V4型浮閥適用于減壓系統(tǒng)。 F1浮閥又分輕閥與重閥兩種：重閥采用 2mm 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 33g；輕閥采用厚度為 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 25g。 操作時(shí)，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過(guò)閥片與塔板間的間隙而與板上橫流的液體接觸。 F1 型 V4型 A 型 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 4 十字架型 方形浮閥 圖 三 ：浮閥塔板 F1 型浮閥（國(guó)外稱(chēng)為 V1型 ）如圖所示。過(guò)去由于對(duì)篩板的性能研究不充分，認(rèn)為操作不易穩(wěn)定而未普遍應(yīng)用，直到 20 世紀(jì) 50 年代初對(duì)篩板塔的結(jié)構(gòu)、性能作了較充分的研究， 認(rèn)識(shí)到只要設(shè)計(jì)合理、操作正確，同樣可獲得較滿意的塔板效率和一定的操作彈性，故近年來(lái)篩板塔的應(yīng)用日趨廣泛。在正常的氣速操作下，通過(guò)篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。目前仍有采用的。泡罩在塔板上作等邊三角形排列。 泡罩塔板結(jié)構(gòu)如圖 一 所示。塔內(nèi)氣液兩相成錯(cuò)流流動(dòng)，即液體橫向流過(guò)塔板，而氣體垂直穿過(guò)液層，但對(duì)整體塔來(lái)說(shuō)，兩相基本上成逆流流動(dòng)。 工業(yè)生產(chǎn)中，一般當(dāng)理物料量較大時(shí)多采用板式塔，當(dāng)要求塔徑在 以下時(shí)多采用填料塔。 二、 塔設(shè)備的類(lèi)型 根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。 從工程目的出發(fā) ,塔設(shè)備性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)如下 : (1)通量 單位塔截面的生產(chǎn)能力 ,表征塔設(shè)備的處理能力和允許空塔氣速 ； (2)分離效率 單位壓降塔的分離效果 ,對(duì)板式塔以板效率表示 ,對(duì)填料塔以等板高度表示 ； (3)適應(yīng)能力 操作彈性 ,表現(xiàn)為對(duì)物料的適應(yīng)性及對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性 。塔設(shè)備是化工、石油化工、生物、制藥等生產(chǎn)過(guò)程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 24 （二）溢流裝置 21 五、提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 7 第三章 塔的工藝計(jì)算 6 四、加熱方式 5 二、操作壓力的選擇 1 一、塔設(shè)備的基本功能和性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 1 （一）泡罩塔板 2 （三）浮閥塔板 5 一、 裝置流程的確定 6 五、回流比的選擇 7 （一）物料衡算 16 （四）塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 32 參考文獻(xiàn) 用于蒸餾 (精餾 )和吸收的塔器分別稱(chēng)為蒸餾塔和吸收塔。 板式塔的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新型高效填料的開(kāi)發(fā) ,均是以這兩條原則的體現(xiàn)和展示 。對(duì)于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在保持高通量前提下，爭(zhēng)取效率不過(guò)與降低；對(duì)于精密分離來(lái)說(shuō)，應(yīng)優(yōu)先考慮高效率，而通量和壓強(qiáng)則放在第二位。在正常操 作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 2 氣相組成呈階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過(guò)程。 篩板塔為錯(cuò)流塔板類(lèi)型之一。 （一） 泡罩塔板 泡罩塔是應(yīng)用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)泡罩塔的性能作了較充分的研究，在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。齒縫一般有矩形、三角形及梯形三種，常用的是矩形。缺點(diǎn)是：塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬耗量大，造價(jià)高 ；塔板壓降大，兼因物沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，限制了氣速的提高，致使生產(chǎn)能力及板效率均較低。操作時(shí)，上升氣流通過(guò)篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣夜間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì) 。近年來(lái)采用大孔徑（直徑 10~25mm）篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高，生產(chǎn)能力增大。浮閥的形式很多，目前國(guó)內(nèi)采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為 F1 型和 V4 型。閥片與塔板的接觸也可防止停工后閥片與板面黏結(jié)。 F1 型浮閥的 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（ JB111868）內(nèi)。閥片除腿部相應(yīng)加強(qiáng)外，其余結(jié)構(gòu)尺寸與 F1 型輕閥無(wú)異。 為避免閥片生銹，浮閥多采用不銹鋼制造。由于伐片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，故維持正常操作所容許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比泡罩塔和篩板塔都寬。因?yàn)闅庖毫鬟^(guò)浮閥塔板時(shí)所遇到的阻力較小，故氣體的壓強(qiáng)降及板上的液面落差都比泡罩塔的小。 （四） 噴射型塔板 上述塔板不同程度的存在物沫夾帶現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)難分離物質(zhì)的高度分離，希望得到高的塔板效率；對(duì)處理量大又易分離的物質(zhì)，往往追求高的生產(chǎn)能力；而對(duì)真空精餾，則要求有低的塔板壓強(qiáng)降。 塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)情況決定采用分凝器或全凝器。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。壓力增加可提 高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。進(jìn)料狀態(tài)有 5 種，可用進(jìn)料狀態(tài)參數(shù) q值來(lái)表示。 四、 加熱方式 蒸餾一般采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器，但對(duì)塔底產(chǎn)物基本是水，且在低濃度時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度較大的體系，也可采用直接蒸汽加熱。 五、 回流比的選擇 影響精餾操作費(fèi)用的主要因素是塔內(nèi)蒸氣量 V。 適宜回流比應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為 最低時(shí)的回流比為適宜回流比。 txy 和 xy 氣液平衡圖的做?。? 所查苯和甲苯的數(shù)據(jù)如下表所示： 常溫下苯 — 甲苯氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 C0 85 90 95 100 105 液相中苯的摩爾分率 汽相中苯的摩爾分率 0 0 化 工 原 理 課 程