【正文】 ? 查充氣系數(shù) ? 與 aF 的關(guān)聯(lián)圖可得 ?? 則 mhh Ll 0 3 ???? ? 提餾段： , ????? fT Sa AA VU 動(dòng)能因子： , ???? VaF a ?? 查充氣系數(shù) ? 與 aF 的關(guān)聯(lián)圖 可得 ?? 則 0 3 3 , ???? ll hh ? 由表面張力引起的阻力 ?h 液體表面張力的阻力計(jì)算公式 ：oLgdh ??? 4? （ 122） 精餾段： mh 0 0 4 1 3 ??? ??? ?? 提餾段： mh 0 0 5 0 0 2 4 3, ??? ??? ?? 綜上，故精餾段 mh p ???? 液柱 壓降 akpghP 9 8 0 0 ?????? ? 提餾段 mh p ???? 液柱 壓降 akpghp , ?????? ? 說明：（ 1）若塔板阻力過大，可增加開孔率或 降低堰高。下同） D：塔頂產(chǎn)品流量（ kmol/h） Dx ：塔頂組成 W：塔底殘液流量（ kmol/h） Wx ：塔底組成 根據(jù)公式 ： BBAAAAAMwMwMwn?? （ 15） 原料液乙醇的摩爾組成 Fx = 0 .2 3 / 4 6 .0 70 .2 3 / 4 6 .0 7 0 .7 7 / 1 8 .0 1? ? .1046 9 塔頂產(chǎn)品乙醇的摩爾組成 Dx = 0 . 9 2 4 1 / 4 6 . 0 70 . 9 2 4 1 / 4 6 . 0 7 0 . 0 7 5 9 / 1 8 . 0 1? ? 塔底殘夜乙醇的摩爾組成 Wx = 0 .0 0 3 / 4 6 .0 70 .0 0 3 / 4 6 .0 7 0 .9 9 7 / 1 8 .0 1? ? 平均摩爾質(zhì)量 根據(jù)公式可得： baaa MxMxM )1(_ ??? （ 16） 原料液的平均摩爾質(zhì)量： 0. 10 46 46 .0 7 ( 1 0. 10 46 ) 18 .0 1 20 .9 45 /FM k g k m ol? ? ? ? ? ? 餾出液的平均摩爾質(zhì)量： 0. 82 64 46 .0 7 ( 1 0. 82 64 ) 18 .0 1 41 .1 99 /DM k g k m ol? ? ? ? ? ? 塔釜?dú)堃旱钠骄柫浚? 0. 00 11 75 46 .0 7 ( 1 0. 00 11 75 ) 18 .0 1 18 .0 43 /WM k g k m ol? ? ? ? ? ? 全塔物料衡算： 進(jìn)料量： F=30 噸 /天 = ? ?30000 5 1 . 0 9 6 /2 4 0 . 2 3 4 6 . 0 7 0 . 7 7 1 8 . 0 1 k g m o l?? ? ? ? 全塔物料衡算式： F=D+W F???? = D???? +W???? 解之得： D= kmol/h ， W= kmol/h 表 3 物料衡算表 項(xiàng) 目 數(shù) 值 進(jìn)料流量 F， kmol/h 塔頂產(chǎn)品流量 D， kmol/h 塔釜?dú)堃毫髁?W， kmol/h 進(jìn)料組成， xF(摩爾分?jǐn)?shù)） 塔頂產(chǎn)品組成， xD(摩爾分?jǐn)?shù)） 塔釜?dú)堃航M成， xW(摩爾分?jǐn)?shù)） 最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定 最小回流比 平衡線方程 xxxxxxy )(1 )1(1 ???????? ?? ? ? ? 10 因?yàn)? 1?q 所以 ?? 相平衡方程： ( 1)qxy x?????? 泡點(diǎn)進(jìn)料 ： qyy? 最小回流比 ： m i n 0 . 8 2 6 4 0 . 2 6 2 3 . 6 2 70 . 2 6 2 0 . 1 0 6 4DqqqxyR yx? ?? ? ??? 確定最適操作回流比 R 由 Fenske 方程計(jì)算最小理論板數(shù) Nmin 圖 3 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖 為了避免吉利蘭圖反復(fù)轉(zhuǎn)載以及查圖誤差，可由下面公式計(jì)算 N 的值 X = ?????min??+1 (17) Y = ?????minN+1 (18) Y = 1?exp [(1+??)(???1)(11+??)√?? ] (19) Y = ??? m in1lg1 1 ( )lgwDDwmxxxxN??? ???????? ? ? 不 包 括 塔 釜11 (110)表 4 R~NT 關(guān)系計(jì)算結(jié)果 R X Y NT 圖 4 NTR 關(guān)系圖 由圖可知最適回流比 R= 圖解法求理論板數(shù)及加料板位置 精餾段和提餾段操作線方程的確定 精餾段： 5 . 0 7 8 6 . 4 0 4 3 2 . 5 2 0 /L R D k m o l h? ? ? ? ( 1 ) ( 5 . 0 7 8 1 ) 6 . 4 0 4 3 8 . 9 2 4 /V R D k m o l h? ? ? ? ? ? 111 ????? RxxR Ry Dnn 精餾段操作線方程： 1 0 .8 3 5 0 .1 3 4nnyx? ?? (111) 提餾段： F 3 2 . 5 2 0 1 5 1 . 0 9 6 8 3 . 6 1 6 /L l q k m o l h? ? ? ? ? ? ( 1 ) 3 8 . 9 2 4 ( 1 1 ) 3 8 . 9 2 4 /V V q F F k m o l h? ? ? ? ? ? ? 12 1m m wLWy x xVV? ?? 提餾段操作線方程： 1 2 .1 4 8 0 .0 0 1 3 5mmyx? ?? (112) 理論板數(shù)及加料板位置 精餾段： 由平衡線方程的：yyx ??? 與 1 0 .8 3 5 0 .1 3 4nnyx? ??聯(lián)立 已知 y1=xD= x1= 11 0 .6 1 0 33 .0 4 2 .0 4y y ?? y2= 10 .8 3 5 0 .1 3 4 0 .6 4 3 6x? ? ? 依次類推，可得： x1 = y1 = x2 = y2 = x3 = y3 = x4 = y4 = x5 = y5 = x6 = y6 = X5= xq= 提餾段 由平衡線方程的：yyx ??? 與 1 2 .1 4 8 0 .0 0 1 3 5mmyx? ??聯(lián)立 ??= 666 0 .0 7 6 73 .0 4 2 .0 4yx y???? 依次類推： x6 = y6 = x7 = y7 = x8 = y8 = x9 = y9 = x10 = y10 = x11 = y11 = x12 = y12 = x13 = y13 = x14 = y14 = x15 = y15 = 13 x16 = y16 = x17 = y17 = x17=xw= 綜上所述，理論板總數(shù) NT =17，進(jìn)料板位置 NF =5 實(shí)際板數(shù)及加料板位置確定 全塔效率由 O’connell關(guān)聯(lián)式計(jì)算 20℃ 時(shí)，水的粘度為 ， 乙醇的粘度為 塔進(jìn)料液體平均摩爾粘度 ???? = (1?)+= TE = m? = 根據(jù)公式： TTP ENN ? （ 113） 得： 精餾段的塔板數(shù) : 5 84PN ?? 取整 10 塊，考慮安全系數(shù)加一塊為 11 塊 提餾段的塔板數(shù)： 12 2 8 .0 34 2 .8 %PN ?? 取 21 塊，考慮安全系數(shù)加一塊為 22 塊。 二、 設(shè)計(jì)思路 首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。 篩板塔 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：（ 1）、結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。比泡罩塔高 15%左右。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。 在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔。在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響。生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%～ 40%；塔板效率較高。是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，先以篩板精餾塔為主體進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ② 原料來自粗餾塔，露點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成 23%乙醇（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ③ 塔頂濃度為含乙醇 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙醇，產(chǎn)量為 30 噸 /天； ④ 塔釜采用飽和蒸汽直接加熱，從塔釜出來的殘液中乙醇濃度要求不大于 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）； ⑤ 塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，回流比 R=~； ⑥ 公用工程：循環(huán)冷卻水：進(jìn)口溫度 32℃ ，出口溫度 38℃ ；導(dǎo)熱油：進(jìn)口溫度 260℃ ，出口溫度 250℃ ⑦ 廠址：徐州地區(qū) 設(shè)計(jì)任務(wù) 完成該精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，包括輔助設(shè)備及進(jìn)出口管路的計(jì)算和選型； 畫出帶控制點(diǎn)工藝流程圖、 x~y 相平衡圖、塔板負(fù)荷性能圖、塔板布 置圖、精餾塔工藝條件圖； 寫出該精餾塔的設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 。 6 圖 1 流程示意圖 三 、工藝計(jì)算 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 由相平衡方程 xxy )1(1 ??? ?? （ 11） 得： )1( )1( ??? yx xy? （ 12） 查閱相關(guān)資料，常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表 表 1 常溫常壓下乙醇 水的平衡數(shù)據(jù) x y x y 由道爾頓分壓定律 yi PP? BBAABAi xP xPVV ??? （ 13） 得 )1( )1( AA AABA BAi xx yyxx yy ????? （ 14） 7 將上表數(shù)據(jù)代入得： 序號(hào) 1 2 3 4 5 α 序號(hào) 6 7 8 9 10 α 則 . . .10 10321 ?? ????? 繪制 txy 圖及 xy 圖 表 2 乙醇 — 水系統(tǒng) t— x— y 數(shù)據(jù) 沸點(diǎn)t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 沸點(diǎn)t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 氣相 液相 氣相 液相 82