【正文】 4 9 7 1 . 3 8L?? ? ? ? ? ??? 31 /L kg m? ? 氣相密度 1V? ： 1V? = ( )???= kg/ 3m 在提餾段，液相密度 2L? ： 21 0 . 0 5 1 3 4 6 / [ 0 . 0 5 1 3 4 6 1 8 ( 1 0 . 0 5 1 3 ) ] 1 0 . 1 2 1 47 2 2 . 7 7 9 6 4 . 2 4L?? ? ? ? ? ??? 32 /L kg m? ? 氣相密度 2V? ： 2V? = ( )???= kg/ 3m 液體平均表面張力計(jì)算 不同溫度下乙醇和水的表面張力見(jiàn)表 53。 塔頂操作壓力 10 1. 3 4 10 5. 3DP KP a? ? ? 每層塔板壓降 KPa?? 進(jìn)料板壓力 10 5. 3 0. 7 12 11 3. 7FP KPa? ? ? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 塔底操作壓力 1 1 3 . 7 0 . 7 2 7 1 3 2 . 6WP KP a? ? ? ? 精餾段平均壓力 (10 5. 3 11 3. 7 ) / 2 10 9. 5mP K P a? ? ? 提餾段平均壓力 39。 2 71 0 0 6 5 70 7 4 0 ??? ? BP 176。 ??? ? BP 176。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 第三章 塔的工藝尺寸得計(jì)算 精餾塔的物料衡算 乙醇的摩爾質(zhì)量 46 /AM kg kmol? 水的摩爾質(zhì)量 18 /BM kg kmo l? 原料液 4 0 / 4 6 0 .2 0 6 94 0 / 4 6 6 0 / 1 8Fx ??? 塔頂 9 8 / 4 6 0 .9 5 0 49 8 / 4 6 2 / 1 8Dx ??? 塔底產(chǎn)品 0 . 2 / 4 6 0 . 0 0 0 7 80 . 2 / 4 6 9 9 . 8 / 1 8Wx ??? 平均摩爾質(zhì)量 原料液 0 .2 0 6 9 4 6 ( 1 0 .2 0 6 9 ) 1 8 2 3 .7 9 /FM k g k m o l? ? ? ? ? ? 塔頂 0. 95 04 46 ( 1 0. 95 04 ) 18 44 .6 1 /DM k g k m ol? ? ? ? ? ? 塔底產(chǎn)品 k m o lkgM W /)0 0 0 7 (460 0 0 7 ?????? 物料衡算 進(jìn)料流量 5 0 0 0 0 1 0 0 0 2 6 5 . 3 7 /2 3 . 7 9 3 3 0 2 4F k m o l h????? 餾出液流量 0 . 2 0 6 9 0 . 0 0 0 7 82 6 5 . 3 7 5 7 . 6 0 /0 . 9 5 0 4 0 . 0 0 0 7 8FWDWxxD F k m o l hxx? ?? ? ? ? ??? 釜液流量 2 6 5 . 3 7 5 7 . 6 0 2 0 7 . 7 7 /W F D k m o l h? ? ? ? ? 回收率 乙醇的回收率 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 5 7 . 6 0 0 . 9 5 0 41 0 0 % 1 0 0 % 9 9 . 7 0 %2 6 5 . 3 7 0 . 2 0 6 9DAFDxFx? ?? ? ? ?? 水的回收率 ( 1 ) 2 0 7 . 7 7 ( 1 0 . 0 0 0 7 8 )1 0 0 % 1 0 0 % 9 8 . 6 4 %( 1 ) 2 6 5 . 3 7 ( 1 0 . 2 0 6 9 )WBFWxFx? ? ??? ? ? ? ?? ? ? 塔板數(shù)的確定 N 的求取 乙醇與水的平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 已知乙醇的沸點(diǎn)為 ℃，水的沸點(diǎn)為 100℃。 例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車(chē)間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。 冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。有時(shí)也可采用直接武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 蒸汽加熱。 進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。 對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作些闡述。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 本設(shè)計(jì)任務(wù)為乙醇 — 水混合物。 （ 4） 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類(lèi)型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因此，本章只討論篩板塔的設(shè)計(jì)。 板式塔類(lèi)型 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。 （ 5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作 、 調(diào)節(jié)和檢修。 （ 2）操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣 (汽 )、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇 `水體系的精餾設(shè)備是非 常重要的。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。 關(guān)鍵詞： 板式精餾塔 篩板 計(jì)算 校核 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) II Abstract The principles of chemical engineering course design is to cultivate students39。 板 式精餾 塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔， 20 世紀(jì) 50 年代起對(duì)板 式精餾 塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。 2．如果設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書(shū)后另設(shè)附表列出。設(shè)計(jì)裝訂時(shí)應(yīng)將此任務(wù)書(shū)訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首頁(yè)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性。 本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過(guò)程的物料衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。 design 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第一章 概述 乙醇 ~水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。 長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇 ~水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是，為了滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： （ 1）氣 (汽 )、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液 或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 （ 4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔 (1813 年 )、篩板塔 (1832 年 )，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如 S 型板、浮閥塔板 、 多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。 （ 3） 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 （ 3） 小孔篩板容易堵塞。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。例如， 采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。有時(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。對(duì)于酒 精水溶液，一般采用~（表壓）。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)： 所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等 )及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備 費(fèi)也有很大影響。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。 ? lg BP 176。 ? lg BP 176。 實(shí)際板層數(shù)的求取 取全塔效率 ?TE ， 則有 ???精N 14 / 27N ??提 精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 取塔頂表壓為 4Kpa。不同溫度下乙醇和水的密度見(jiàn)表 52。346 5 1 . 9 2 /0 . 8 8 6ooomV c m m o l?? ? ? 乙醇表面張力： 39。1 0 0 9 0 1 0 0 9 1 . 5 4 6 0 . 4 0 75 8 . 8 6 0 . 7 5 8 . 8 ????? ? ?水水 2 2 2( ) [ ( 1 ) ]( ) ( )w w w o wo o O w w o O o O w w o Ox V x Vx V x V x V x V x V x V?? ????? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 = 2[ ( 1 0 . 0 5 1 3 ) 1 9 . 4 2 ] 6 . 0 40 . 0 5 1 3 5 1 . 9 2 (0 . 9 4 8 7 1 9 . 4 2 0 . 0 5 1 3 5 1 . 9 2 )?? ?? ? ? ? ? 因?yàn)?39。g ( ) g 6 .0 4 0 7 8 1woll?? ?? 39。A B Q 0. 78 1 0. 78 5 0. 00 4? ? ? ? ? ? 聯(lián)立方程組 39。sw? + 39。 s? ??水 39。03600hwLh lu?取 39。 查塔板分塊數(shù)表得 ，塔板分為 5塊。 液沫夾帶 液沫夾帶量 ： 6 3 .25 .7 1 0 ()av m T fue Hh????? 2 .5 2 .5 0 .0 6 0 .1 5fLh h m? ? ? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 故 6 3. 2 10 47( ) 48 / /22 .43 10 5 5ve k g k g k g k g???? ? ? ??? 液 氣 液 氣 同理，提餾段的為 0 . 0 5 6 / 0 . 1 /ve k g k g k g k g? ??液 氣 液 氣 故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量 ve 在允許范圍內(nèi)。 塔板負(fù)荷性能圖 漏液線(xiàn) 由 0 , m i n 0 1 14 . 4 ( 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 ) /L L Vu C h h ? ??? ? ? ,min0,min0sVu A? L w owh h h?? ()1000 howwLhEl? 得 23, m in 0 0 1 .4 { 0 .0 0 5 6 0 .1 3 [ ( ) ] } /1000 hs w L VwLV C A h E hl ? ??? ? ? ? 2336002 . 8 44 . 4 0 . 0 7 7 2 0 . 1 0 1 1 . 9 2 4 { 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 [0 . 0 4 5 1 ( ) ] 0 . 0 0 2 3 } 8 0 6 . 8 8 / 1 . 2 11 0 0 0 1 . 1 9 sL? ? ? ? ? ? ? ? ? ?231 7 .0 5 0 .0 0 9 1 5 0 .0 7 7sL?? 同理，提餾段的為 23, m in 2 1 . 3 5 0 . 0 0 8 1 8 0 . 0 7 7sSVL? ?? 在操 作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) sL 值，依上式計(jì)算出 sV 值，計(jì)算結(jié)果列于表 91。 液相負(fù)荷下限線(xiàn) 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度 ? 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。 2 39。120 0 1 ()() VLa Ac??? 39。 51 1( ) 03 4( 01 24 72 ) 80 8a ? ? ???