【正文】 2 2 0 . 1 7 1 4sL?? 同理，提餾段的為 23, m i n 2 . 0 2 0 . 0 0 9 5 2 0 0 . 1 7 1 4sSVL? ?? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 sL 值，依上式計算出 sV 值，計算結(jié)果列于表 34。 液相負(fù)荷上限線 以 5s?? 作為液體在降液管中停留時間的下限： 5fTsAHL? ??? 故 3, m i n 0 . 0 1 7 5 3 0 . 4 0 0 . 0 0 1 4 0 2 /45f Ts AHL m s? ??? 同理，提餾段的為 3, m a x 0 .0 0 1 2 2 7 /sL m s? ? 據(jù)此可分別作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線 4。200. 15 3 / ( )wc l h? 239。 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖 3 35 所示。 20 . 0 5 1 1 . 2 8( ) 0 . 3 4 9 7( 0 . 1 0 4 2 0 . 1 8 9 6 0 . 7 6 ) 8 2 8 . 1 3a ? ? ??? 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 31 39。 2 39。3/( / )sV m s 由上表數(shù)據(jù)即可分別作出精餾段和提餾段的漏液線 1。 23( 4 )0 .0 4 7 6 ( ) ( )f L sf L vb H Z LbH ???? ? ??? ?濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 26 液沫夾帶 霧沫夾帶量： 6 .7 1 0 ()av m T fue Hh????? 2. 5 2. 5 0. 05 0. 12 5fLh h m? ? ? ? 式中 Lh — 板上液層高度， m HT— 板間距， m σm— 操作物系的液體平均表面張力， mN/m ua— 氣體通過篩孔時的速度， m/s 故 6 35 . 7 1 0 1 . 4 6( ) 0 . 0 2 4 8 / 0 . 1 /4 8 . 0 6 1 0 0 . 4 0 0 . 1 2 5ve k g k g k g k g???? ? ? ??? 同理，提餾段的為 0 .0 3 2 4 / 0 .1 /ve k g k g k g k g? ?? 故在本設(shè)計中液沫夾帶量 ve 在允許范圍內(nèi)。 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 22 篩孔數(shù)的計算 :239。 同理，提餾段的為 39。 則 232 . 8 4 0 . 0 0 0 3 6 5 3 3 6 0 01 ( ) 0 . 0 0 6 7 3 61 0 0 0 0 . 3 6owhm?? ? ? ? 同理，提餾段的為 ? ? 取板上清液層高度 50Lh mm? 故 5 673 6 432 6whm? ? ? 同理，提餾段的為 ? ? 弓形降液管寬度和截面積 降液管截面積：由 Af/AT = 確定； 由 ? 由弓形降液管的參數(shù)圖 （ 姚玉英《化工原理（下）》 P163 頁圖 312 弓形降液管的寬度與面積） 查得 ? ， ? 故 20 .0 6 2 0 .2 8 2 7 0 .0 1 7 5 3fAm? ? ? 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 20 1 1 66dW D m? ? ? ? 同理，提餾段的為 ? ? ? ? 為避免嚴(yán)重的氣泡夾帶，停留時間 35s??? ，其中 fTSAHL?? 。 降液管形式和底隙 降液管： 弓形 、圓形。1 0 m P a s? ?? 精餾段黏度： 111xx? ? ?? ? ?1 乙 水（ ） mPa s?? 提餾段黏度： 221xx? ? ???? ? ?2 乙 水 （ ） 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計 塔徑的計算 精餾段的氣、液相體積流率為 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 15 11v 3( 1 ) 1 1 . 2 2 3 5 . 2 0 0 . 3 8 7 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 1 . 2 8SvVM RV m s? ? ? ?? ? ?? 31111 0 . 0 0 0 3 6 5 3 /3 6 0 0 3 6 0 0LLSLLL M R D ML m s????? 式中 V— 精餾段氣相流量， kmol/h L— 精餾段液相流量， kmol/h MV ML1— 分別為精餾段氣、液相平均摩爾質(zhì)量， kg/kmol 1V? 、 1L? — 分別為 精餾段氣、液相平均密度， kg/m3 同理，提餾段的氣、液相體積流率為 359 /SV m s? ? 00 69 65 /SL m s? ? 由 極限空塔氣速計算式： max LvuC??? 式中 V? 、 L? — 分別為氣、液相平均密度， kg/m3 C 由式 20 ()20MCC?? 計算 式中 C20— 物系表面張力為 20mN/m的負(fù)荷系數(shù) σm— 操作物系的液體平均表面張力， mN/m C— 操作物系的負(fù)荷系數(shù) 其中的 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖 （姚玉英《化工原理（下）》 P158 頁圖 37 史密斯關(guān)聯(lián)圖） ， 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 16 查取圖的橫坐標(biāo)為 111 2210 . 0 0 0 3 6 5 3 3 6 0 0 8 2 8 . 2 3( ) ( ) 0 . 0 2 3 9 80 . 3 8 7 5 3 6 0 0 1 . 2 8h LhvLV ?? ???? 式中 Vh、 Lh— 分別為塔內(nèi)氣、液兩相的體積流量， m3/h 1V? 、 1L? — 分別為精餾段氣、液相平均密度， kg/m3 同理，提餾段的為 12 22( ) 0 .0 4 8 7 6h LhVLV ?? ? 取板間距 ? ，板上液層高度 ? ，則 h m? ? ? ? 同上 ， 20 ? 同理，提餾段的板間距取 ?? ，板上液層高度 ?? 。3139。 操作壓力計算 (影響氣相密度，進(jìn)而影響 Vs→ D→塔板結(jié)構(gòu)參數(shù) ) 取塔頂表壓為 0Kpa。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。為此，必須具體考慮如下幾點： 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(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。對于乙醇水溶液，一般采用~（表壓）。 加熱方式 蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。例如， 采用減壓操作有利于分離相對揮發(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，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點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罐。 （ 3） 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設(shè)計時應(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。但是，為了滿足工業(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，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。 關(guān)鍵詞： 板式精餾塔 篩板 計算 校核 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 1 第一章 概述 乙醇 ~水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。精餾過程在 能量驅(qū)動下，使氣、液兩相多次接觸和分離，利用各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)原料混合物中各組分分離，該過程是同時進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過程。 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 本課程設(shè)計的主要內(nèi)容是過程的物料衡算，工藝計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核。 精餾操作對塔設(shè)備的要求 精餾所進(jìn)行的是氣 (汽 )、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣 (汽 )、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣 (汽 )、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 2 實際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。 （ 2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。設(shè)計中采用 泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。此外，在泡點進(jìn)料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。 值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力 ，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。 確 定設(shè)計方案的原則 確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作 費和設(shè)備費都有影響。 L i Lix???? 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 11 精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 物性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的查取和估算對于工藝設(shè)計計算非常重要，精餾塔設(shè)計中主要的物性數(shù)據(jù)包括?。?密度、粘度、比熱容、汽化潛熱和表面張力。 表 33乙醇和水不同溫度下的表面張力 溫度 /℃ 70 80 90 100 乙醇表面張力 / 3310 /Nm? 18 水表面張力 / 3310 /Nm? 精餾段液體平均表面張力 精餾段平均溫度 1t? =℃ 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 14 乙醇表面張力： 3119 0 8 0 1 6 . 2 1 7 . 1 5 1 7 . 0 8 7 1 0 /9 0 8 1 . 6 6 1 6 . 2 Nm?? ???? ? ? ??? 水表面張力： 3229 0 8 0 9 0 8 1 . 6 6 6 2 . 4 7 5 1 0 /6 0 . 7 6 2 . 6 6 0 . 7 Nm?? ???? ? ? ? 精餾段液體的平均表面張力： ? ? 31 1 1 21 4 8 .0 6 1 0 /m x x N m? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 提餾段精餾段液體 平均表面張力 提餾段平均溫度 2t? =℃ 乙醇表面張力： 39。2 1m P a s? ?? 39。 精餾段有效高度為 11( 1 ) ( 22 1 ) 0 0TZ N H m? ? ? ? ? ? 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 18 提餾段有效高度為 22 ( 1 ) ( 6 1 ) 5 5TZ N H m? ? ? ? ? ? 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為 ， 故精餾塔的有效高度為 21 0 .8 8 .4 0 1 .7 1 0 .8 1 0 .9 5 mZ Z Z? ? ? ? ? ? ? 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 溢流裝置包括溢流堰和降液管。 ） 式中 lw— 堰長， m Lh— 塔內(nèi)液體流量， m3/h E— 液流收縮系數(shù)， 若 how小于 6mm,采用齒形堰，當(dāng)溢流層不超過齒頂時 ( )now wLhh l?；當(dāng)溢流層超過齒頂時 5 / 2 5 / 20 . 7 3 5 [ ( ) ]wo w o w nnlL h h hh? ? ?用試差法。0u = m/s ~ m/s 則0 0 .0 0 0 3 6 5 3 3 6 0 0 0 .0 1 2 6 83 6 0 0 0 .3 6 0 .0 8hm????? 0 0 .0 4 3 2 6 0 .0 1 2 6 8 0 .0 3 0 5 8 0 .0 0 6wh h m m? ? ? ? ?降液管 底隙 高度比溢流堰高度低 。 邊緣區(qū)：小塔 Wc=3050mm，大塔 5075mm。當(dāng)不 可忽略時， 對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 表 34 漏液線計算結(jié) 果 3/( / )aL m s 3/( / )sV m s 39。 液泛線 令 ()d T wH H h??? 由 d p L dH h h h? ? ?； 1pch h h h?? ? ? ； 1 Lhh?? ； L w owh h h?? 聯(lián)立得 ( 1 ) ( 1 )T w ow c dH h h h h h ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 忽略 h? ，將 owh 與 sL ， dh 與 sL ， ch 與 sV 的關(guān)系式代入上式，并整理得 239。3 336002 . 8 4 1 0 (1 ) ( )wdE l??? ? ? 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 39。 濱州學(xué)院課程設(shè)計說明書 32 3 425100 圖 34 精餾段塔板負(fù)荷性能圖 5123 4 0