【正文】 塊 板 的 溫 度 近 似 為 84 ℃ ， 故 塔 頂 氣 相 的 平 均 密 度 為3221 1 1 .9 9 2 7 8 .7 7 2 .9 7 2 /8 .3 1 4 ( 2 7 3 .1 5 8 4 )VV pM K g mRT? ?? ? ???，塔頂?shù)诙K板的氣相流量為32 ( 1 ) / (1 .9 1 1 ) 7 3 2 0 .3 1 1 / 2 .9 7 2 7 1 6 5 .0 1 /VV R D m h?? ? ? ? ? ?。 代入，得塔板有效面積 2 2 2 1 24 7 1 . 22 [ 4 7 1 . 2 7 0 0 4 7 1 . 2 7 0 0 s in ( ) ] 1 2 1 1 5 2 3 . 0 9 2700aA m m?? ? ? ? ? ? 取等腰三角形的底邊長(zhǎng) 75S mm? ，則可得排間距（等腰三角形的高）為 01211523. 092 6 7 .5 92 3 9 7 5aAt m mNS? ? ?? 可進(jìn)一步求得與液流垂直方向的浮閥排數(shù) ( 2 2 ) 1 6 0 0 ( 2 2 2 8 . 8 2 1 0 0 )1 1 1 4 . 9 46 7 . 5 9dD W Zn t?? ? ? ? ?? ? ? ? ? 由上述數(shù)據(jù)，可在方格紙上繪制塔板布置草圖，從而確定塔板上的實(shí)際閥孔總數(shù) 0N 。 ③ 塔板布置 a、區(qū)域的劃分 破沫區(qū)、液體分布區(qū)及邊緣區(qū)的尺寸與塔頂?shù)谝粔K塔板的選取相同。 （ 2）塔板壓力降 塔板壓力降 p? 可認(rèn)為由三部分組成，即為氣流通過(guò)干塔板的壓力降 cp? 、通過(guò)液層的壓力降 1p? 及客服液相表面張力的壓力降 p?? 三者之和： 1cp p p p?? ? ? ? ? ? ? a、干板壓力降 ch 氣流通過(guò)干塔板的阻力在浮閥全開(kāi)前、后是不相同的，閥全開(kāi)前，阻力主要是由閥重引起，而全開(kāi)后，阻力則隨氣流通過(guò)閥孔的速度的平方而變化。泛點(diǎn)率是一種統(tǒng)計(jì)的關(guān)聯(lián)值，它的意義是設(shè)計(jì)負(fù)荷與泛點(diǎn)負(fù)荷之比，以百分率表示。 對(duì) F1 重閥，其泄露點(diǎn)的閥孔動(dòng)能因數(shù)可通過(guò)下式計(jì)算： 0. 19 0. 02 7 0. 21 a wF h L?? 其中， 0 0 .2 7 7 00 .2 0 6 81 .3 3 9 8a aAA?? ? ?， 代 入 數(shù) 據(jù) ， 可 得0 .1 9 0 .0 2 7 0 .2 1 92 .9 6 8 0 .2 0 6 8 0 .0 5 1 6 .8 2 3 .7 6oaF ? ? ? ? ?，實(shí)際閥孔動(dòng)能因數(shù)為 ，不會(huì)發(fā)生泄露。1h 氣體通過(guò)液層的壓力降應(yīng)等于液層的靜壓，若忽略板上的液面落差，則 39。 將 數(shù) 據(jù) 代 入 ， 可 分 別 求 得 3 .3 6 81 .7 5 6 3 0 .1 1 6 87 6 5 .1 3 3 .3 6 8VC ? ? ??，16 00 2 18 28 8Zm? ? ? ?， 09 6 2 3 49 6bAm? ? ? ?，故 1 1 0 0 0 .1 1 6 8 + 1 3 6 0 .0 0 3 5 1 .2 2 8 8 5 5 .6 41 .7 4 9 6 1 0 .1 2 6F ? ? ????? 1 1 0 0 0 .1 2 0 6 5 9 .1 30 .7 8 2 .0 0 9 6 1 0 .1 2 6F ?? ? ? 泛點(diǎn)率應(yīng)取兩者中的較大值，即 1 ? ，小于 80%82%。 對(duì) F1 重閥，其泄露點(diǎn)的閥孔動(dòng)能因數(shù)可通過(guò)下式計(jì)算： 0. 19 0. 02 7 0. 21 a wF h L?? 其中， 0 0 .2 7 7 00 .2 0 6 81 .3 3 9 8a aAA?? ? ?， 代 入 數(shù) 據(jù) ， 可 得0 .1 9 0 .0 2 7 0 .2 1 92 .9 6 8 0 .2 0 6 8 0 .0 5 1 2 .6 5 3 .4 8oaF ? ? ? ? ?，實(shí)際閥孔。泛點(diǎn)率是一種統(tǒng)計(jì)的關(guān)聯(lián)值，它的意義是設(shè)計(jì)負(fù)荷與泛點(diǎn)負(fù)荷之比，以百分率表示。 （ 2）塔板壓力降 塔板壓力降 p? 可認(rèn)為由三部分組成，即為氣流通過(guò)干塔板的壓力降 cp? 、通過(guò)液層的壓力降 1p? 及客服液相表面張力的壓力降 p?? 三者之和： 1cp p p p?? ? ? ? ? ? ? a、干板壓力降 ch 氣流通過(guò)干塔板的阻力在浮閥全開(kāi)前、后是不相同的，閥全開(kāi)前，阻力主要是由閥重引起，而全開(kāi)后，阻力則隨氣流通過(guò)閥孔的速度的平方而變化。 為防止淹塔，應(yīng)使 ()d T wH H h???，取 ?? ，可得( ) 5 585T w dH h H? ? ? ? ?，故不會(huì)發(fā)生淹塔。1 0. 5 ( 0. 01 93 0. 05 ) 0. 03 46? ? ? ? 液 柱 c、克服表面張力的壓力降 h? 克服表面張力的壓力降為 32 2 0 .0 2 0 8 0 .6 2 1 00 .0 0 8 5 8 1 1 .3 3 9 .8 1LhmHg? ?? ??? ? ? ??? 液 柱，很小，一般可忽略。 塔頂?shù)诙K板及塔底最后一塊板的設(shè)計(jì)結(jié)果基本滿足要求。 c、由閥孔動(dòng)能因數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值推算開(kāi)孔率 首先假定塔頂?shù)诙K板的閥孔動(dòng)能因數(shù)為 00 / 1 0 / 3 .3 6 8 5 .4 5 /Vu F m s?? ? ?，閥孔的 總 面 積 為 20 6 3 2 2 .5 8 / 3 6 0 0 / 5 .4 5 0 .3 2 2 3Am??， 開(kāi) 孔 率 / %? ??，大于 15%，不合理。 b、浮閥數(shù)的確定 由浮閥的開(kāi)孔率及閥孔氣速，可得浮閥總數(shù) 0 2 3 200716 1 / 360 0 ( 39 10 ) 644aVNdu? ?? ? ?? ? ? 圓整為 239。 典型塔板的設(shè)計(jì) （ 1）塔頂?shù)诙K板 ①塔頂?shù)诙K板的基本物性計(jì)算 塔頂?shù)诙K板和塔頂?shù)谝粔K板的相對(duì)揮發(fā)度近似相等，即 ???? ，塔頂?shù)谝粔K板的氣相組成 1 ? ，由 11 11 ( 1)xy x??? ??，可得塔頂?shù)诙K板的液相組成為 1 ? ，又由精餾段操作線方程，可得塔頂?shù)诙K板氣相組成 2 ? 。 由上面的分析，可初步選定塔頂?shù)谝粔K塔板的開(kāi)孔率為 %?? ，此時(shí)，閥孔氣速0 /u m s? 。 ① 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接選取 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在常壓及減壓塔中，開(kāi)孔率一般可取 10%15%；在加壓塔中則取得較小，一般為 6%9%。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝制造方便、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。 （ 4）受液盤 塔板上用于接收降液管流下液體的那部分區(qū)域稱為受液盤，有凹行和平行兩種。在設(shè)計(jì)中應(yīng)使降液管面積及溢流周邊具有一定的彈性，否則在改變處理量或調(diào)節(jié)回流比時(shí)，很可能發(fā)生降液管液泛，特別是加壓操作的場(chǎng)合。 熱損失 10 /Q KJ h??損。 由此可得全凝器的冷負(fù)荷為 61= ( L + D ) ( ) = ( 1 5 1 .2 1 + 9 3 .2 2 ) ( 4 4 9 4 1 .8 4 1 3 7 4 2 .4 2 ) = 7 .7 3 1 0 /DVQ H H KJ h??凝 飽 冷卻器的熱負(fù)荷為 6 6 68 .8 2 1 0 7 .7 3 1 0 1 .1 9 1 0 /Q KJ h? ? ? ? ? ?冷。 （ 3）液相表面張力 液相表面張力的計(jì)算公式為 m i ix???? 。 （ 3）實(shí)際板數(shù) 精餾段的實(shí)際板數(shù) 7 / 5 3 .3 5 % 1 3 .1 2RN ??； 提餾段的實(shí)際板數(shù) / 55. 81% 13. 98SN ??； 全塔實(shí)際板數(shù) 28RSN N N? ? ? ? ? ?，其中，由塔頂向下數(shù)，第 14塊板為進(jìn)料板。查 Txy 圖，可得進(jìn)料板溫度為 93℃ 。 表 2 不同的 R/Rmin 與 N、（ R+1） N R/Rmin R (RRmin)/(R+1) (NNmin)/(N+1) N (R+1)N 2 3 利用表 2 中的數(shù)據(jù)，可得下圖。另假定塔底溫度為 120℃ ，則 KA=， KB=，此時(shí) 2. 20 0. 03 0. 96 0. 97 0. 99 72iiKx ? ? ? ? ?? ，| 1 | 0. 00 72 0. 01iiKx ? ? ?? ，滿足誤差要求。本體系為苯、甲苯，相對(duì)較輕，溫度升高不是很大時(shí)不會(huì)引起結(jié)焦問(wèn)題；減壓蒸餾不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積的增加，將增大蒸餾塔的塔徑。 [ (1 ) ] /W K g h? ? ? ? ? ? 由塔頂、塔底產(chǎn)品組成，也可分別求得苯、甲苯的摩爾流量和質(zhì)量流量。 93 .2 2 [ 0. 97 78 .1 1 (1 0. 97 ) 92 .1 3 ] 73 20 .3 1 /D K g h? ? ? ? ? ? 塔底產(chǎn)品質(zhì)量流率 39。常壓蒸餾會(huì)引起塔內(nèi)各處溫度相應(yīng)提高，而塔底溫度的提高可能 會(huì)引起塔內(nèi)物料的結(jié)焦、聚合、變質(zhì)或腐蝕設(shè)備。取 N=25，每層板的壓降為 5mmHg，則塔底壓力為 11 1. 32 5 25 5 13 3. 3 0. 00 1 12 7. 98 8 12 8p K pa K pa? ? ? ? ? ? ? 假設(shè)塔底溫度為 110℃，查圖，得 KA=， KB=，此時(shí)，由泡點(diǎn)方程，1 .7 3 0 .0 3 0 .8 0 0 .9 7 0 .8 2 8i i A A B BK x K x K x? ? ? ? ? ? ?? ，不滿足誤差要求。 計(jì)算結(jié)果如表 2。由相平衡數(shù)據(jù) y 可采用內(nèi)插法，得塔內(nèi)進(jìn)料板上液相組成為 0 .5 1 3 0 .4 4 6 0 .5 1 3 0 .4 7 10 .7 2 5 0 .6 6 8 0 .7 2 5 y??? 得 ? 。 由奧康奈爾關(guān)聯(lián) 0. 24 9( )TLE ?? ?? ，可得 精餾段的效率 0. 24 51 0. 49 ( 2. 41 0. 29 3 ) 53 .3 5%TE ?? ? ?； 提餾段的效率 0. 24 52 0. 49 ( 2. 31 0. 25 5 ) 55 .8 1%TE ?? ? ?。 精餾段氣相體積 31 (1. 91 1 ) 73 20 .3 1 / 3. 10 68 74 .4 7 /V m h? ? ? ?； 提餾段氣相體積 32 (1. 91 1 ) 73 20 .3 1 622/ 3. 42 / m h? ? ? ?； 精餾段液相體積 31 8041. .491 73 17 71/ 3 /.L m h??? ； 提餾段液相體積 32 (1 7 0 0 0 1 .9 1 7 3 2 0 .3 7 8 1 .1 3 3 9 .1 6 /5)/L m h? ? ? ?。由 Txy 相圖可以讀得，塔頂組成的飽和液相溫度為 ℃ ，查苯、甲苯焓圖，可得全凝器出口焓值，苯 133 92. 9 /AH KJ Km ol? ，甲苯 250 43. 7 /BH KJ Km ol? ，出口飽和液體焓值 0 .9 7 1 3 3 9 2 .9 0 .0 3 2 5 0 4 3 .7 1 3 7 4 2 .4 2 /H KJ Km o l? ? ? ? ?飽 。 （ 6）再沸器 由全塔熱量衡算，得 B LD LW CQ D H W H Q Q F H? ? ? ? ? 進(jìn)損，代入數(shù)值，解得再沸器的熱負(fù)荷 10 /BQ KJ h?? ?？傻盟? 3 6 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 2/ 4 1 .3 868D V u m?? ? ? ? b、提餾段 代入數(shù)據(jù)，得最大允許氣速 m a x 39. 65 781 55 1 5 2 /.1346u m s????? 與精餾段相同，取 ? ， ? ，得適宜的流通截面上的氣速 m a x 0. /nau K K u m s? ? ? ? ? ? ? 取 8 8/0. 07nuu ms? ? ? ?，可得塔徑 4 6 2 2 2 .4 9 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 0/ 4 1 .4 378D V u m?? ? ? ? 綜上，兩種方法分別對(duì)精餾段和提餾段計(jì)算，得到 4 個(gè)不同的塔徑，應(yīng)取其中較大者，進(jìn)行圓整，即 ? ，圓整后為 ，此時(shí)，塔內(nèi)的氣速為 2 26 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 0 .7 8 5 / 1 .6 0 9) .4 // 5( muV sD?? ?? 三、塔板設(shè)計(jì) 溢流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 溢流裝置包括降液管、溢流堰和受液盤等幾部分，其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)塔的性能有重要