【正文】 =72+86=3．物料衡算 產(chǎn)品正己烷產(chǎn)量 Wnq, 85 .32430 04 10 7???? =全塔物料衡算 Fnq, = Dnq, + Fnq, = Dnq, + 聯(lián)立解得 Dnq, =, = 塔板數(shù)的確定 1．理論層數(shù) NT 的確定 正戊烷 正己烷屬于理想體系，可采用圖解法求理論板層數(shù) （ 1）查得正戊烷 正己烷的汽液平衡數(shù)據(jù) [1]（表 1）繪出 txy 圖，如下 : 表 1 各組分組成與溫度的關(guān)系 x y t（ ℃ ） 1 1 40 45 50 55 60 65 0 0 7 txy08162432404856647280880 1x(y)t(℃)系列1系列2系列3系列4 圖 1 正戊烷 正己烷的 txy 圖 （ 2）求 q 值與 q 線方程： q 值計(jì)算過程由參考文獻(xiàn) [2]查得 過冷液體： r ttChH hhhHhH hHq FbPLLV FLLVLV FV )(1 ???? ??????? 式中， PLC 是進(jìn)料在溫度（ tb+tF） /2 下液體的定壓比熱容； 由圖 1 查得泡點(diǎn)溫度為 ℃ ，露點(diǎn)為 54℃ 。本設(shè)計(jì)進(jìn)料液溫度為 45℃ ，將原料液通過預(yù)熱器加熱至 45℃ 后送入精餾塔內(nèi)。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。 其他因素 （ 1） 對于多數(shù)情況，塔徑小于 800mm 時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。此外，導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。因塔盤上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。 （ 5） 含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜。 （ 3） 具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降較小的塔型。 與物性有關(guān)的因素 （ 1） 易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。（ 6）浮閥塔不宜用于易結(jié)垢、結(jié)焦的介質(zhì)系統(tǒng)，因垢和焦會(huì)妨礙浮閥起落的靈活性。（ 3）分離效率較高，比泡罩塔高 15%左右。根據(jù)目前國內(nèi)外實(shí)際使用的情況， 3 主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。 （ 2）塔板：鋼為主，陶瓷、鑄鐵為輔。此外 ， 蒸餾用塔的能量耗費(fèi)巨大 ，也是眾所周知的。液體靠重力作用自上而下逐板流向塔底 ， 并在各塊塔板的板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則在壓差推動(dòng)下經(jīng)塔板上的開孔由下而上穿過塔板上液層最后由塔頂排出。 為了防止塔壁效應(yīng) ， 通常在填料層較高的塔中將填料分層裝置 ， 各層間設(shè)置液體再分布器將 ， 液體重新分布后再送入下層填料 。 塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造 分類：按照操作壓力可分為加壓塔、常壓塔和減壓塔 ， 按操作單元分為精餾塔、吸收塔、介吸塔、反應(yīng) 塔、萃取塔、干燥塔，按形成相際接觸界面分為：固定相界面塔和流動(dòng)過程中形成的相界面塔 ， 按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。塔設(shè)備可以為傳質(zhì)過程創(chuàng)造適宜的外界條件，除了維持一定的壓強(qiáng)、溫度、規(guī)定的氣、液流量等工藝條件外，還可以從結(jié)構(gòu)上保證氣、液有充分的接觸時(shí)間、接觸空間和接觸面積，以達(dá)到相際之間比較理想的傳質(zhì)和傳熱效果 。 液體由上往下流動(dòng)時(shí) ， 由于塔壁處阻力較小而向塔壁偏流 ， 使填料不能全部潤濕 ， 導(dǎo)致氣液接觸不良，影響傳質(zhì)效果 ， 稱之為塔壁效應(yīng) 。 板式塔的結(jié)構(gòu)：板式塔的殼體通常為圓筒形 ， 里面沿塔高裝有若干塊水平的塔板。 若就單元裝置而論 ， 塔設(shè)備所占比重往往更大 ， 例如在成套苯蒸餾裝置中 ， 塔設(shè)備所占比重竟高達(dá) %。 塔設(shè)備的用材 （ 1）塔體：鋼材，有色金屬或非金屬耐腐蝕材料，鋼殼襯砌襯、涂非金屬材料。 板式塔的常用塔型及其選用 板式塔是分級接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備 ， 種類繁多。（ 2）操作彈性比泡罩塔要大。（ 5）塔盤的結(jié)構(gòu)較簡 單，易于制造。選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜的篩板塔盤、穿流式 塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。板式塔的傳質(zhì)效率較差。 （ 6） 操作過程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。 （ 2） 大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。 （ 4） 液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大時(shí)宜用板式塔。 （ 3） 大塔以板式塔造價(jià)較廉。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 9 圖 2 正戊烷 正己烷的汽液平衡圖 故最小回流比為 m in ???????xyxRqqD y q 取操作回流比為 精餾段的液相負(fù)荷 m in ???? RR (4)求精餾塔的氣、液相負(fù) hk m o lqRq DnLn /, ????? 精餾段的氣相負(fù)荷 ? ? ? ? hk m olqRq DnVn / , ?????? 提鎦段的液相負(fù)荷 hk m o lqqq FnLnLn /,39。, 39。求解結(jié)果為： NT=8（見附圖 1），其中精餾段 NT=3，提留段 NT=5（不包括再沸器），進(jìn)料板位置 NF=4。s的烴類物系，式中的 mμ 為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。 ? ? ? ? ????????? FBFAm xx ??? 代入公式得 ET,= (相對誤差小于 1%,符合要求 )。 計(jì)算得 LDm? = smPa? 15 進(jìn)料板液相平均黏度：由 tF=℃ ， A? = smPa? ， B? = smPa? 。,39。, ?? ??? ? 精餾段： ???????????????????2/12/1VV,LV, 73 360000 44 VLq ?? 提餾段： ???????????????????2/12/1V39。m a x ?????? ? ?? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 u=== m/s (2).塔徑 精餾段： muqD VV , ????? ?? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= m 塔截面積為 222T mD ???? ?? 實(shí)際空塔氣速為 smAq TVV / , ??? 提餾段： mq VV 7 9 9 uD 39。 表 8 塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 塔徑 D， m 塔板間距 HT， m ≥ 2. 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 Z 精 =（ N 精 1） HT=（ 61） =（ m） 提餾段有效高度為 Z 提 =（ N 提 3） HT=（ 103） =（ m） 在進(jìn)料板處及提餾段各開 1 個(gè)人孔，其高度均為 ，故精餾塔的有效高度為 Z=（ Z 精 + Z 提 ） +2=++（ 2） =7（ m） 塔板主要工藝尺寸計(jì)算 溢流裝置計(jì)算 各項(xiàng)計(jì)算如下： （ 1） 塔徑 D= m 精餾段液體流量 q1=3600= h/m3 提鎦段液體流量 q2=3600= h/m3 表 9 液相負(fù)荷與板上液流型式的關(guān)系 [5] 塔徑 /m 液體流量（ m3/h） U 行流型 單流型 雙流型 階梯流型 ＜ 7 ＜ 45 ＜ 9 ＜ 70 ＜ 11 ＜ 90 90～ 160 19 ＜ 11 ＜ 110 110～ 200 200～ 300 ＜ 11 ＜ 110 110～ 230 230～ 350 ＜ 11 ＜ 110 110～ 250 250～ 400 ＜ 11 ＜ 110 110～ 250 250～ 450 因此，由表 9 液相負(fù)荷與板上液流型式的關(guān)系表可知，整個(gè)精餾塔選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 圖 4 DWd/ 和 Tf AA/ 值與 LW/D 的關(guān)系 由 wl /D=，查圖得， Af/AT=， Wd/D= 故 Af==（ m2） Wd==（ m2） 液體在降液管中的停留時(shí)間 ? 一般不應(yīng)小于 3~5s，以保證溢流液體中的泡沫有足夠的時(shí)間在降液管中得到分離。3600q ulhW? 精餾段 取 smu /39。0 ? ，則 h0， muq LV 39。 （一） 塔板布置 （ 1）塔板分塊 本設(shè)計(jì)塔徑為 mmmmmD ??? ，故塔板采用分塊式， 由塔徑與塔板分塊數(shù) 目表 [5]（表 10）知塔板分四塊。t ，即 mmmNAt a 39。? 以等腰三角形叉排方式作圖，根據(jù)圖五得閥數(shù) N=184 個(gè)。,uN ????? ?? ，dq VV 取邊緣區(qū)寬度 mWc ? ,安定 區(qū)寬度 mWs ? 。 ????? 考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用 129mm，而應(yīng)小于此值，故取mmmt 39。 塔板開孔率 = %%100 ???uu(在 10%14%之間，符合要求 ) 25 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 氣相通過浮閥塔板的壓降 根據(jù) 1pch h h h?? ? ? 計(jì)算塔板壓降 (1)干板電阻由式 82 0 ?????????Vcu ? 先計(jì)算臨界孔速 若 cuu 00? ，則 ch 可按式Lcuh ? ? 計(jì)算， 若 cuu 00? ，則 ch 可按式 ??LV20c uh ?? 計(jì)算。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋? 精餾段 mhhhcp 0 8 8 2 6 3 ????? 提餾段 m0 9 4 2 6 9 1cp ????? ， 單板壓降 ：精餾段 aLpp Pgp h 3 6 1 1 30 8 8 ?????? ? 提餾段 ap Pgp ?????? ? ， 2． 淹塔 為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度 ? ?WTd hHH ?? ? 。 ② 提餾段 取 mhL ? 因此 m1 6 0 0 1 5 1 9 4 dLpd ??????? ， 取 ?? mHT ? W?， ? ? ? ? mhH wT 2 0 1 ?????? 可見 ? ?hHWd ， ?? TH?，符合防止淹塔的要求。C F39。C Fv39。,39。39。,1 ????bLLVLVVAKZqqF ，，???作出 對于一定的物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中 ?，v、 39。39。 39。 39。, 39。 LVq 值，算出相應(yīng)的 qvv， ， ，值列于下表 12 中 表 12 霧沫夾帶線數(shù)據(jù) q,V,L,(m3/s) q,V,V,(m3/s) 液泛線 ① 精餾段 由 ? ? dLcdLpwT hhhhhhhhhH ????????? ?? 1確定液泛線。,39。L? 、 0? 及 ? 等均為定值，而 0u 與 39。??式中閥孔數(shù) N 與孔徑 0d 亦為定值。, 39。,39。依式39。,??? 求出上限液體流量 39。, 39。 VVq 無關(guān)的豎直線。 以 50?F 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 ? ? smFNdNudqVVV/ 32020210m i n, ??????? ???? ………………………………………………………………………………(4) ② 提餾段 02039。 Ndq VV ? 式中 0d 、 N 、 ?，v均為已知數(shù)，故可由此求出氣相負(fù)荷 39。 32v020210m i n39。3600 ??????? W LVw lqEh ， 計(jì)算出 39。3 6 0 01 0 0 32m in39。 ② 按照固定的液氣比，由此查出圖 7 查出塔板的氣相負(fù)荷上限? ? smq VV / 3m a x, ? ， 氣相負(fù)荷下限 ? ? smq VV /6 3 3m in, ? ， 得 操作彈性 = ? 35 同理可得提餾段塔板負(fù)荷性能圖（見圖 8）： 由提餾段塔板負(fù)荷性能圖可以看出： ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) A（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在事宜操作區(qū)域內(nèi)的適中位置。 3m in39。 冷流體進(jìn)口溫度 20℃ ，出口溫度 28℃ 。由固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)，初選換熱器型號為： G500II