【正文】 02 日于 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1, 設(shè)計(jì)題目 : 甲醇 水二元物料板式精溜塔 2, 設(shè)計(jì)條件 : (1), 加料組成 : (2), 進(jìn)料組成 : 。 (3), 精溜塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 。塔盤主要由塔板、溢流堰、受液盤及降液管組成。 浮閥塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大 量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。 設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。 精餾塔物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 甲醇的摩爾質(zhì)量 MA=32 kg/kmol 水的摩爾質(zhì)量 MB=18 kg/kmol xF= xD= xW= 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF= 32 +() 18 =MD= 32+() 18=MW= 32+() 18= 物料衡算 原料處理量 F=117kmol/h 總物料衡算 117=D+W 甲醇的物料衡算 FxF=DxD+Wxw 聯(lián)立求解 D= W= 塔板數(shù)的確定 理論板層數(shù) NT的求取 甲醇 — 水屬理想物系，可采用圖解法求理論板數(shù) 由手冊(cè)查得甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 x— y圖， 圖 1 圖解法求理 論板層數(shù) 求最小回流比及操作回流比。 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 PD=100kPa 每層塔板壓降 △ P= 進(jìn)料板壓力 PF=100+ 9=107kPa 精餾段平均壓力 Pm=(100+107)/2= 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中甲醇、水的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過程如下：通過計(jì)算機(jī)程序處理得 logP0A=－ logP0B=－ xA= 通過計(jì)算機(jī)程序處理得 : 塔頂溫度 tD=65 進(jìn)料板溫度 tF=℃ 塔底溫度 tW=℃ 精餾段平均溫度 tm=(65+)/2=℃ 提餾段平均溫度 tm 提 =(℃ +℃ )=℃ 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由 xD=y1=,查平衡曲線（圖 1），得 x1= MVDm= 32+() 18=MLVm= 32+() =進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由圖解理論板（見圖 1），得 yF= 查平衡曲線（見圖 1），得 xF= MVFm= 32+() 18=MLFm= 32+() 18= kg/kmol 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 MVWm= 32+() 18=20 kg/kmol MLWm= 32 +() 18= kg/kmol 精餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm=(+)/2= kg/kmol MLm=(+)/2= kg/kmol 提餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm=(+20 kg/kmol)/2= kg/kmol MLm=(+ kg/kmol)/2= kg/kmol 平均密度計(jì)算 氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 ρ Vm= = =(2) ρ Vm= = = 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算 .即 1/ρ Lm=∑α i/ρ i 塔頂液相平均密度的計(jì)算 由 tD=65℃ .查手冊(cè)得 ρ A=ρ LDm= =進(jìn)料板液相平均 密度的計(jì)算 由 tF=℃，查手冊(cè)得 ρ A= 進(jìn)料板液相質(zhì)量分率 α A= = ρ LFm= =塔釡平均密度計(jì)算由 tF=℃，查手冊(cè)得 ρ A= 712kg/m3 ρ B=ρ LWM= kg/m3 精餾段液相平均密度為 ρ Lm=（ +） /2=提餾段液相平均密度為 ρ Lm=（ + kg/m3） = kg/m3 液相平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 σ Lm=∑ xiσ i 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由 tD=65℃，查手冊(cè)得 σ A=σ LDm= + = mN/m 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由 tF=℃ ,查手冊(cè)得 σ A=σ LFm= ＋ =塔釡板液相平均表面張力的計(jì)算 由 tW=℃ ,查手冊(cè)得 σ A= mN/m σ B= mN/m σ LWm= mN/m +（ ） mN/m= mN/m 精餾段液相平均表面力為 σ Lm=(＋ )/2=提餾段液相平均表面張力為 σ Lm=（ +） /2= mN/m 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即 lgμ Lm=∑ xilgμ i 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由 tD=65℃，查手冊(cè)得 μ A= mP s lgμ LFm=()＋ () 解出 μ LFm= mP s 提餾段液相平均粘度 μ Lm=（ +） /2= mP 降液管底隙高度 ho 取 =則 = hWho==＞ 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 邊緣區(qū)寬度確定 取 Ws=Ws’ =,Wc=。但當(dāng)上升氣流速度減少時(shí)，氣體通過閥孔的動(dòng)壓不足以阻止板上液體從閥孔流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)漏夜現(xiàn)象。漏夜量大于 10%的氣流速度稱為漏夜速度，這是塔操作的下限氣速。但在塔徑不大時(shí)，液面落差常忽略。 塔板上液面的返混 在塔板上，液體的主流方向是從入口 端橫向流至出口端，但因氣體攪拌及某些局部障礙，液體會(huì)發(fā)生局部的反向流動(dòng)。這是一種理想情況。理論與實(shí)踐都證明了在 這種情況下，塔板的效率比液體完全混合時(shí)高。 （ 3）按固定的液氣比，從負(fù)荷性能圖中查得氣相負(fù)荷上限 Vsmax= m3/s，氣相負(fù)荷下限 Vsmin= m3/s，所以可得 精餾段操作彈性 = = = 提餾段操作彈性 = = = 塔板的這兩操作彈性在合理的范圍（ 3～ 5）之內(nèi)，由此也可表明塔板設(shè)計(jì)是合理的。 取餾出液，冷卻水的各自平均溫度為定性溫度： 餾出液的定性溫度： ℃ 冷卻水的定性溫度：（ 40+15） /2=℃ 兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下表： 流體 物性 溫度 t ℃ 密度ρ Kg/m3 粘度μ 熱容 UA Kj/Kg℃ 導(dǎo)熱系數(shù)λ W/m℃ 餾出液 冷卻水 25 兩流體溫差較大，故選用浮頭列管換熱器。 則 Ao=（ 殼內(nèi)冷卻水流速： uo= Re= 2 ‘ = 由上可知，采取 FB— 600— 95— 4型號(hào)，管程，殼程，流速和雷諾數(shù)都是合適的。 計(jì)算機(jī)程序 計(jì)算算塔頂、進(jìn)料板和塔釜溫度的程序 Sub 泡點(diǎn) Tb1()