【正文】 ，例如釜?dú)堃褐械闹饕M分是水，且在低濃度下輕組分的相對(duì)揮發(fā)度較大時(shí)（如乙醇與水混合液）宜用直接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。 總之，確定流程時(shí)要較全面、合理地兼顧設(shè)備、操作費(fèi)用、操作控制及安全諸因素。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目：乙醇 — 水精餾浮閥塔設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的目的與意義： (1) 初步掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的基本方法和程序； (2) 訓(xùn)練我們的基本技能，如計(jì)算、繪圖、運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范）、使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和處理數(shù)據(jù)等； (3) 提高 運(yùn)用工程語(yǔ)言（簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表、正確的計(jì)算）表達(dá)設(shè)計(jì)思想能力。 （ 2）產(chǎn)品乙醇含量不低于 94％。且精餾塔頂壓力為 4KPa（表壓），單板壓 降≤ 。 塔設(shè)備的選型 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 5 工業(yè)上，塔設(shè)備主要用 于蒸餾和吸收傳質(zhì)單元操作過(guò)程。壓降低不僅能降低操作費(fèi)用，節(jié)約能耗，對(duì)于精餾過(guò)程，還可使塔釜溫度降低，有利于熱敏性物系的分離。填料塔內(nèi)件的開(kāi)孔率通常在 50%以上，而填料層的空隙率則超過(guò) 90%，一般液泛點(diǎn)較高，故單位塔截面積上填料塔的生產(chǎn)能力一般均高于板式塔。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。 板式塔與填料塔的比較及選型 板式塔與填料塔的比較 工業(yè)上評(píng)價(jià)塔設(shè)備的性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面：生產(chǎn)能力；分離效率；塔壓降；操作彈性；結(jié)構(gòu)、制造及造價(jià)等。 （ 3） 塔壓降 填料塔由于空隙率高，故其壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于板式塔。持液量大，可使塔的操作平穩(wěn)，不易引起產(chǎn)品的迅速變化，故板式塔較填料塔更易于操作。例如， （ 1）對(duì)于熱敏性物系的分離，要求塔壓降盡可能低，選用填料塔較為適宜； （ 2）對(duì)于有側(cè)線進(jìn)料和出料的工藝 過(guò)程，選用板式塔較為適宜； （ 3）對(duì)于有懸浮物或容易聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔； （ 4）對(duì)于液體噴淋密度極小的工藝過(guò)程，若采用填料塔，填料層得不到充分潤(rùn)濕使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔； （ 5）對(duì)于易發(fā)泡物系的分離，因填料層具有破碎泡沫的作用，宜選用填料塔。該物系屬不分離物系，鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 6 最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 倍。 （ 8）設(shè)備工作日為 300天 /年， 24h 連續(xù)運(yùn)行。 主要參考書(shū)： [1]王國(guó)勝 .化工原理課程設(shè)計(jì) .大連：大連理工大學(xué)出版社， [2]申迎華、郝曉剛 .化工原理課程設(shè)計(jì) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [3]賈紹義，柴誠(chéng)敬等 .化工原理課程設(shè)計(jì) .天津：天津大學(xué)出版社， [4]付家新、王為國(guó)、肖穩(wěn)發(fā) .化工原理課程設(shè)計(jì)（典型化工單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)） .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [5]任曉光 .化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [6]濮存恬 .精細(xì)化工過(guò)程及設(shè)備 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1996 [7]夏清、陳常貴 .化工原理（上冊(cè)） .天津：天津大學(xué)出版社， [8]夏清、陳常貴 .化工原理（下冊(cè)） .天津：天津大學(xué)出版社， 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 8 第三章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)方案的確定 裝置流程的確定 蒸餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。 塔頂冷凝裝置可 采用全冷凝器、分凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上多采用接近泡點(diǎn)的液體進(jìn)料和飽和液 體（泡點(diǎn)）進(jìn)料，通常用釜?dú)堃侯A(yù)熱原料。 塔板的類(lèi)型與選擇 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 10 塔板的類(lèi)型 塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類(lèi)，工業(yè)以錯(cuò)流式塔板為主，常用的錯(cuò)流式塔板主要有 以下幾種。在設(shè)計(jì)中除特殊需要（如分離粘度大、易結(jié)焦等物系）外一般不宜選用。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高 等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)較其他型式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開(kāi)發(fā)的主要方向。此時(shí) Rmin 可由點(diǎn) ? ?,DDxy 向平衡線作切線的斜率求得。69 (4)相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 相平衡方程為 1)x(α1 α xy ???，且過(guò)點(diǎn) q（ qqyx, ) q=1， Fq ?? 由圖（ 2）得， ? 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 19 所以 )( α1 )x( α1 α xy qqq ???? ????? 解得 ? （ 5） 塔板總效率的估算 奧康奈爾 (o’ mell)全塔效率圖得： 塔效率： (αμ )′E ?? 因?yàn)? ? ， L 因此塔徑 ? 。各項(xiàng)計(jì)算如下。π0. 23 . 23 082 1222 =（ m2） 浮閥排列 方式采用 等腰三 角形叉 排。 塔板開(kāi)孔率 = ％100％ 86uu0 ??? 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 可根據(jù)式 σlcp hhhh ??? 計(jì)算塔板壓降 一 .干板阻力 由式 1/v0c )ρ(u ? 計(jì)算，即 精餾段 (m/s))()(u 1/ 1 .8 251/ 1 .8 25v0c ??? 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 34 提餾段 (m/s))()(u 1/ 1 .8 251/ 1 .8 25v0c ??? 因 0c0＞uu ，則 ch 按式Lv20c ?? 計(jì)算，即 精餾段 0. 0371 (m )83 2c ????? 提餾段 0. 0324 (m )93 2c ????? 二 .板上充氣液層阻力 1h 本設(shè)備分離乙醇和水的混合液，即液相為水，可取充氣系數(shù) ? 。 表 5 霧沫夾帶線數(shù)據(jù) /s)/(mq 3Lv, /s)/(mq 3Vv, 液泛線 由 dLσ1cdLpWT hhhhhhhh)hφ (H ????????? 確定液泛線。 )l3600(qE( 32WLv, ?m in) 取 E=1，則 ? ? /s)( ) (q 33/ 2mi nLv, ????? (g) 根據(jù)表 5，表 6及式 (e)~(g)可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的① ~⑤共五條線，見(jiàn)圖（ 10）。）算出相應(yīng)的 Vv,q 值列于表 5180。)算出相應(yīng)的 Vv,q 值列于表 6180。漏液線 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 43 對(duì)于 F1型重閥，依 5ρuF V00 ??計(jì)算，則V0 ρ5u? 。及式 (e180。）查出塔板的氣相負(fù)荷上限/)(q 3maxVv, ? ,氣相負(fù)荷下限 /)(q 3minVv, ? ，所以： 操作彈性 = ? 表 7 浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)結(jié)果 項(xiàng)目 數(shù)值及說(shuō)明 精餾段 提餾段 備注 塔徑 D/m 板間距 HT/m 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 45 塔板型式 空塔氣速 u/(m/s) 堰長(zhǎng) lw/m 堰高 hw/m 板上液層高度 hL/m 降液管底隙高度 h0/m 浮閥數(shù) N/個(gè) 閥孔氣速 u0/(m/s) 閥孔動(dòng)能因數(shù) F0 臨界閥孔氣速 uoc/(m/s) 孔心距 t/m 排間距 t’ /m 單 板壓降△ Pp/Pa 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θ /s 降液管內(nèi)清液層高度 Hd/m 泛點(diǎn)率 /% 氣相負(fù)荷上限（ qv,V） max 氣相負(fù)荷下限（ qv,V） min 操作彈性 單溢流弓形降液管 40 40 700 2． 873 分塊式塔板 等腰三角形叉排 指同一橫排的孔心距 只相鄰兩橫排的中心線距離 霧沫夾帶控制 漏液控制 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 46 參考文獻(xiàn) [1]王國(guó)勝 .化工原理課程設(shè)計(jì) .大連：大連理工大學(xué)出版社， [2]申迎華、郝曉剛 .化工原理課程設(shè)計(jì) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [3]賈紹義，柴誠(chéng)敬等 .化工原理課程設(shè)計(jì) .天津：天津大學(xué)出版社， [4]付家新、王為國(guó)、肖穩(wěn)發(fā) .化工原理課程設(shè)計(jì)（典型化工單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)） .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [5]任曉光 .化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [6]濮存恬 .精細(xì)化工過(guò)程及設(shè)備 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1996 [7]夏清、陳常貴 .化工原理（上冊(cè)） .天津：天津大學(xué)出版社， [8]夏清、陳常貴 .化工原理（下冊(cè)） .天津：天津大學(xué)出版社， 課程設(shè)計(jì)心得 課程設(shè)計(jì)是繁瑣的，但收獲是豐富的。 。通過(guò)計(jì)算主要鞏固了物料衡算、熱量衡算、塔板數(shù)計(jì)算、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等化工原理所學(xué)過(guò)的知識(shí)。)可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的① ~⑤共五條線，見(jiàn)圖（ 10180。 以 5F0? 作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 /s)()(q 32V20minVv, ?????? (f180。 表 6180。 表 5180。 （ 2） 塔板 的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制。因此，可將上式簡(jiǎn)化得 2 / 3Lv,2 Lv,2 Vv, 7 . 8 8 1 9 q1 6 9 6 7 . 3 8 q5 4 9 5q ??? .0 （ d） 在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè) Lv,q 值，依式 (d)算出相應(yīng)的 Vv,q 值列于表 6中。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹? 精餾段 0 . 0 6 2 1 ( m ) . 0 3 7 1hhh lcp ????? 提餾段 0 . 0 5 7 4 ( m ) . 0 3 2 4hhh lcp ????? 單板壓降 精餾段 5 1 1 . 4 9 ( P a ) 3 9 . 6 0 60 . 0 6 2 1gρhΔ p Lpp ????? 提餾段 5 2 7 . 3 3 ( P a ) 3 6 . 4 8 90 . 0 5 7 4gρhΔ p Lpp ????? 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層高度 )hφ (HH WTd ?? 。,即 (mm)(m) ′ a ????? 考慮到塔的直徑較小，必須采用分塊式塔板。選用平直堰，堰上液層高度 0Wh 依下式計(jì)算，即 32WLv,ow )l3600qE( ? 近似取 E=1， 則 精餾段 68(m)) 054336001( 32ow ???? 提餾段 (m)) 9336001( 32ow ???? 取板上液層高度 ? ，故 精餾段 0 . 0 4 3 2 ( m )0 . 0 0 6 0WLW ????? 提餾段 0 . 0 4 5 5 ( m )0 . 0 0 4 0WLW ????? 三 .弓形降液管寬度 Wd和截面積 Af 由 ? 查圖（ 6），得 AATf ?， ? 鹽城師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 30 圖（ 6）弓形降液管的寬度與面積 故 )0 . 0 3 6 3 ( . 0 7 2 2 AA 2Tf ???? (m) d ???? 依式Lv,Tfq H3600Aθ ? 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間 精餾段 ? ?＞5(s )20 .06 (s )36000. 000 54 3 . 036 33600q H36 00Aθ Lv, Tf ?? ???? 提餾段 ? ?＞5(s )37 .17 (s )36000. 000 29 3 . 036 33600q H36 00Aθ Lv, Tf ?? ???? 故降液管設(shè)計(jì)合理。因此