【正文】 ? ? /kgs 11 48 .2 0 0. 05 7 2. 74 7VV M V? ? ? ? /kgs 體積流量： 311 1 2 . 3 4 8 3 . 1 7 1 07 4 0 . 7 4s LLL ? ?? ? ? ? 3/ms 化工原理課程設(shè)計 12 11 1 2 .7 4 7 1 .6 1 61 .7 0s VVV ?? ? ? 3/ms （ 2） 提 餾 段 飽和液體進料 q=1 39。22 55 .1 7 0. 05 7 3. 14 5VV M V? ? ? ? /kgs 體積流量： 322 2 3 . 1 7 0 4 . 3 2 3 1 07 3 3 . 2 6s LLL ? ?? ? ? ? 3/ms 22 2 3 .1 4 5 1 .6 61 .8 9 4s VVV ?? ? ? 3/ms 理論塔板數(shù)的計算 取操作回流比 R=5 精餾段操作 線 方程 為 y= 16 ??????? xxR xxR R D 精餾段 氣液平衡方程( 1 ) 2 .1 0 7 1 .1 0 7yyx yy????? ? ? 提餾段操作 線 方程 為 ??????? xxVWxVLyw 提餾段 氣液平衡方程( 1 ) 2 .0 5 2 1 .0 5 2yyx yy????? ? ? 采用逐板計算法，運用 Excel 快 捷、準確地計算出理論塔板數(shù)。 （ 1） 精餾段 已知 ?? 1 6L mP a s? ?? 化工原理課程設(shè)計 14 所以 0 4 ????? LT aE ? 塊塊精 8 ???? TTP ENN （ 2） 提餾段 已知 ?? 2 mP a s? ?? 所以 8 5 ????? LT aE ? 塊塊提 117 ????? TTP ENN 全塔所需實際塔板數(shù)： 塊提精 503317 ????? PPP NNN 全塔效率： %%10050 125%100* ?????PTT NNE 加料板位置在第 19 塊。 ? 故降液管設(shè)計合理 塔板分布、浮閥數(shù)目與排列 塔板分布 本設(shè)計塔徑 D= 采用 分塊 式塔板 ，共 4塊 浮閥數(shù)目與排列 (1)精餾段 取閥孔動能因子 F0=12. 則孔速 001 1 12 9 .2 0 /1 .7VFu m s?? ? ? 每層塔板上浮閥數(shù)目為21 20 0 11 . 6 1 6 147/ 4 0 . 7 8 5 0 . 0 3 9 9 . 2 0SVN du?? ? ??? 個 取邊緣區(qū)寬度 m? 破沫區(qū)寬度 ? 計算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即 2 2 2 12 s in ( )180a xA x R x R R? ???? ? ????? 其中 1 . 4 0 . 0 8 0 . 6 222CDR W m? ? ? ? ? 90t mm?? 1 . 4( ) ( 0 . 1 6 5 0 . 0 8 ) 0 . 4 5 522dSDx W W m? ? ? ? ? ? ? 化工原理課程設(shè)計 17 所以 2 2 2 1 20 . 4 5 52 0 . 4 5 5 0 . 6 2 0 . 4 5 5 0 . 6 2 s in ( ) 1 . 0 21 8 0 0 . 6 2aAm ? ???? ? ? ? ? ????? 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距 t=75mm 則排間距： 1 . 0 2 9 2 . 51 5 0 0 . 0 7 5sTAt m mA? ? ? ?? 按 t=75mm , 65t mm?? 以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù) 154 個 按 N=154 重新核算孔速及閥孔動能因子 01 1 . 6 1 6 8 . 7 3 /0 . 7 8 5 0 . 0 3 9 1 5 4u m s? ???? 01 3 * 11. 38F ??? 閥孔動能因子變化不大，仍在 9— 13 范圍內(nèi) 塔板開孔率 =011 .0 5 1 2 .0 3 %8 .7 3uu? ?? (2)提 餾 段 取閥孔動 能因子 F0=12. 則孔速 002 2 12 8 . 7 2 /1 . 8 9 4VFu m s?? ? ? 每層塔板上浮閥數(shù)目為22 20 0 21 . 6 6 159/ 4 0 . 7 8 5 0 . 0 3 9 8 . 7 2SVN du?? ? ? ??? 個 按 t=75mm , 估算排間距 1 . 0 2 8 5 . 51 5 9 0 . 0 7 5sTAt m mA? ? ? ?? 取 t=75mm , 65t mm?? 以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù) 154 按 N=154 重新核算孔速及閥孔動能因子 02 21 . 6 6 8 . 9 7 /0 . 7 8 5 0 . 0 3 9 1 5 4u m s? ???? 02 ? ? ? ? 閥孔動能因子變化不大，仍在 9— 13 范圍內(nèi) 塔板開孔率 =021 .0 8 1 2 .0 4 %8 .9 7uu? ?? 第 三 章 塔 板的流體力學(xué) 計 算 通過浮閥塔板的壓降 氣體通過塔板時，需克服塔板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面化工原理課程設(shè)計 18 張力造成的阻力，這些阻力即形成了塔板的壓降。因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當?shù)囊褐叨葹? ??? 2 2 2 P Lp h g Pa?? ? ? ? ? ? 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 高 度 化工原理課程設(shè)計 19 精餾段 (1)單層氣體通過塔板壓降所相當?shù)囊褐叨? 1 ? (2)液體通過液體降液管的壓頭損失 31 221 0 3 . 1 7 1 00 . 1 5 3 ( ) 0 . 1 5 3 ( ) 0 . 0 0 2 50 . 9 1 0 . 0 2 7Sd WLhmLh ??? ? ? ?? (3)板上液層高度 ? 則 1 88 02 5 7 60 5dHm? ? ? ? 取 ，已選定 ? ? ? 則 1( ) 0. 5 ( 0. 45 0. 05 5 ) 0. 25 3WTh H m? ? ? ? ? ? 可見 所以符合防止淹塔的要求。 提餾段 取 物性系數(shù) ，泛點負荷系數(shù)圖 ? 泛點率 = 3 3 10 733 .26 4 % 1 5 ?? ? ? ?? ??? 由計算可知，符合要求。 取 E= 則 3 / 2 3m i n 0 . 0 0 6 1 0 0 0 0 . 9 1( ) ( ) 0 . 0 0 0 7 8 /2 . 8 4 1 3 6 0 0SL m s???? 由以上 1~5 作出塔板負荷性能圖 化工原理課程設(shè)計 23 精餾段負荷性能圖01230 Ls(m3/s)Vs(m3/s)液相負荷下限液相負荷下限露點線氣相上限物沫夾帶線操作線 提餾段負荷性能圖01230 Ls(m3/s)Vs(m3/s)液相負荷下限液相負荷上限露點線氣相上限物沫夾帶線操作線 由塔板負荷性能圖可看出： （ 1）在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下的操作點 p（設(shè)計點）處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置 ； （ 2） 塔板的氣相負荷上限完全由 物 沫夾帶控制，操作下限由露液控制 。本設(shè)計采用直管進料管。 封頭 封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計采用橢圓形封頭，由公稱直化工原理課程設(shè)計 27 徑 D=1400mm，查得曲面高度 350lh mm? ，直邊高度 0 25h mm? ，內(nèi)表面積?封 ，容積 ?封 。本設(shè)計采 用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點。 由于塔不大，所以采用搭接形式將裙座圈焊在塔底封頭上。 人 孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進入任何 一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會使制造時塔體的彎曲度難化工原理課程設(shè)計 28 于達到 要求，一般每隔 10~20 塊塔板才設(shè)一個人孔，本塔中共 50 塊板，需設(shè)置5個人孔，每個孔直徑為 450mm， 在設(shè)置人孔處，板間距為 600mm，裙座上應(yīng)開 2個人孔，直徑為 450mm,人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計也是如此。3( 6 0 ) / 0 . 6( 5 4 . 3 2 3 1 0 6 0 0 . 1 4 2 ) / 1 . 5 3 9 0 . 6 1 . 3 5B S V TH tL R A m?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 塔總體高度 mmmNHH TL 2 5 0 01503)150(4001504 ?????????? mHHHHHH BL ??????????? 頂封裙 第 六 章 附屬設(shè)備的計算 冷凝器的選擇 有機物蒸汽冷凝器設(shè)計選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為 500— 1500 2/(KCal m h??℃ ) 本設(shè)計取 K=700 2/(KCal m h??℃ )= 2/(KJ m h??℃ ) 出料液溫度： ℃ （飽和氣） — ℃ （飽和液） 冷卻水溫度： 25℃ — 35℃ 逆流操作：△ t1= ℃ △ t2=℃ 121nn2 7 7 ll ttt tt? ? ? ?? ? ? ???℃ 化工原理課程設(shè)計 29 各股物流熱量的計算 以 、 tD=℃ 的液態(tài) 乙醇 和 正丙醇 為熱量衡算的基準態(tài)，則： QL = QD = 0 查 得乙醇 與 正丙醇 在正常沸點下的汽化焓分別為： 乙醇 ： ΔVHmA（ Tb） = kJ?mol1 正丙醇： ΔVHmB（ Tb） = kJ?mol1 正常沸點分別為： Tb A = Tb B = 使用 Watson 公式計 算乙醇 和 正丙醇 在 ℃ 的汽化焓： ))(()(bCCmVmV TT TTTHTH ????? 式中 TC—— 臨界溫度。68 . 0 9 2 1 0/ 8 . 9 9 1 1 0 /0 . 9S SQ Q K J h??? ? ? ? 加熱器實際熱負荷 39。 s TE 板效率 無因次 P 壓強 Pa t 溫度 ℃； R 回流比 無因次 N 塔板數(shù) 無因次 q 進料狀況參數(shù) 無因次 M 分子量 kg/kmol； C 操作物系的負荷因子 m/s ρ 密度 kg/m3； σ 表面張力 mN/m； u 空塔氣速 m/s； HT 板間距 m； hL 板上液層高 m； 0h 降液管低隙高度 m ? 停留時間 S D 塔徑 m； AT 塔截面積 m2； Af 弓形降液管面積 m2； g 重力加速度 N/kg Wd 降液管寬度 m； uo 閥孔氣速 m/s； Z 塔高 m； 化工原理課程設(shè)計 33 Aa 鼓泡區(qū)面積 m2； ? 開孔率 無因次 P? 壓降 Pa uoc 孔速 m/s； N 開孔數(shù) 無因次 K 物性系數(shù) 無因次 F0 動能因子 無因次 0? 阻力因子 無因次 t 閥孔直徑 m； Hd 液體通過降液管的高度 m； lW 堰長 m； hW 溢流高度 m； OWh 堰上液層高度 m； ? 泛點率 無因次 Wc 邊緣區(qū)寬度 m； G 料液的質(zhì)量流率 kg/s V 料 液的體積流率 m3/s D 進料管的直徑 m 1D 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 m 2D 基礎(chǔ)環(huán)外徑 m nF 加料板數(shù) 個 np 人孔數(shù) 個 HD 人孔高度 m HB 塔底空間高度 m HF 有人孔的加料版高度 m HD 塔頂空間高度 m 化工原理課程設(shè)計 34 結(jié) 論 1. 由于乙醇 正丙醇二元體系可視為理想體系，故本設(shè)計可以用 Excel，采用試差法快速算出特定組成下的乙醇 正丙醇混合液體的泡點溫度及相對揮發(fā)度 ，較一般估算平均相對揮發(fā)度的方法更為簡便；采用逐板計算法快速計算出理論塔板數(shù)。故本設(shè)計采用空塔氣速確定塔徑。 參考文獻 [1]劉光啟 ,馬連湘 ,劉杰 .化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 (有機卷 ).北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021 [2]劉光啟 ,馬連湘 ,劉杰 .化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 (無機卷 ).北京