【正文】 6 5L3600L 3s1h1 ??? （二 ）、提餾段氣、液相負(fù)荷計(jì)算 汽相摩爾流率： ? ? k m o l / h 8 0 .0 3 0 71 ?????? VFqVV 汽相體積流量 /sm 3222 ?????? VmVms MVV ? 汽相體積流量 /hm 2 2 1 7 . 3 0 0 93 6 0 0 V 3s22 ??hV 液相回流摩爾流率： k m o l / h 1 0 6 . 9 3 9 13 6 . 9 3 7 917 0 . 0 0 1 2 ??????? qFLL 液相體積流量： /sm 3222 ?? ???? LmLms MLL ? 液相體積流量： /hm 1 4 . 5 3 0 33600L 3s22 ??hL 五、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 （一）、塔徑的計(jì)算 精餾段塔徑的計(jì)算 取板間距 HT=，取板上清液層高度 Lh ＝ 。 故甲苯、乙苯純組分在本設(shè)計(jì)所涉及的溫度范圍內(nèi)的密度可用下式求得： 甲苯 ρ A=＋ ， 乙苯 ρ B=＋ 而 液相平均密度 用BAm1 ??? BA aa ?? 計(jì)算 （ 式中 a 表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 接管規(guī)格：（ 1）進(jìn)料管（ 2）回流管（ 3）塔釜出料管（ 4）塔頂蒸汽出料管（ 5）塔釜進(jìn)氣管（ 6）法蘭 總塔高的計(jì)算：包括上、下封頭、裙座高度、塔主體的 高度、塔的頂部空間、塔的底部空間 （三）、附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 換熱器選型。 精餾工藝計(jì)算 ①物料衡算確定各物料流量和組成； ②經(jīng)濟(jì)核算確定適宜的回流比； ③精餾塔實(shí)際塔板數(shù)。在 xy 圖中繪出精餾段操作線、提留段操作線、 q 線，并繪出梯級(jí)（如圖 2）。s 塔 底 液相平均 粘度的計(jì)算 由 TW＝ ℃ 得 ： μ WA= 105 － ＋ ?μ WA= mPa各項(xiàng)計(jì)算如下： ①、堰長(zhǎng) 2Wl ： 取 m ?? WW ll ②、溢流堰高度 hw2 由 2. 52. 5W2 h2 ??l； ?l ，根據(jù)液流收縮系數(shù)圖可查得液流收縮系數(shù) E2=， 對(duì)于平直堰，堰上液層高度 hOW2由 Francis經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： m 2/ 32/ 3W2h22O W 2 ?????????????????? l hOW應(yīng)大于 6mm，本設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求 ，板上清液層高度 Lh ＝ 60mm ， 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 24 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 故 mm 3 6 . 8 1 22 3 . 1 8 8602L2 ???? OWW hhh ③、弓形降液管寬度 Wd2和截面積 Af2 因 2Wl = 1Wl ，塔徑 D 相同故 Wd2=Wd1= m， Af2=Af1= m2 液體在降液管中停留時(shí)間： s 5 s HA s2 Tf22 ??????故降液管設(shè)計(jì)合理。 (五 ) 、液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 Hd應(yīng)服從 Hd≤ φ (HT+hW) 苯一甲苯物系屬一般物系，取 φ ＝ ，則 φ (HT+hW)= (+)= m 而 Hd=hP+hL+Δ +hd，板上不設(shè)進(jìn)口堰，本設(shè)計(jì)采用平直堰 Δ =0，hd可由 ?????????owsd hlLh 計(jì)算，即 精餾段： m 221111 ??????? ????????????owsd hl Lh 故 Hd1=++= m 液柱 。 提餾段的塔板壓降 ①、干板阻力 hc2計(jì)算 干板阻力 hc2由 22020222 u21 ??????????? CghLmVmc ?? 計(jì)算 d02／ δ ＝ 5／ 3＝ ，查得孔流系數(shù) C02＝ 故 液柱 m .416 1363 .645 87 122 ???????????ch ②、氣體通過(guò)板上液層的壓降 2lh 氣體通過(guò)有效流通截面積的氣速 2au ，對(duì)單流型塔板有： m / s 22 ????? fT sa AA Vu 動(dòng)能因子： 1 .6 5 8 9 63 .7 0 2 38 6 2 ???? Vaa uF ? 查圖得充氣系數(shù)： ?? （一般可近似取 ~?β ）。各項(xiàng)計(jì)算如下： ①、堰長(zhǎng) 1Wl ： 取 m 0 .710 . ????Wl ②、溢流堰高度 hw1 由 21 .408 0 765L 2. 52. 5W1 h1 ??l； ?l ，根據(jù)液流收縮系數(shù)圖 可 查得液流收 縮系數(shù) E1=， 對(duì)于平直堰，堰上液層高度 hOW1可由 Francis經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得： mm 15 .8m 15 8 76 02 4h2 / 32 / 3W1h11O W 1 ???????????????????? l hOW應(yīng)大于 6mm，本設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，板上清液層高度 Lh ＝ 60mm ，故 mm 4 4 .21 5 .8601L1 ???? OWW hhh ③、弓形降液管寬度 Wd1和截面積 Af1 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 23 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 由 ?DlW 查弓形降液管的參數(shù)圖得： m DW d1d1 ????? 2f1T1f1 m ????? 液體在降液管中停留時(shí)間： s 5 s 14 .489 24 06 5L HA s1 Tf11 ?????? 故降液管設(shè)計(jì)合理。s lgμ Dm=lg( )＋ ()lg( ) 解出 μ Dm= mPa t/℃ 125 128 131 134 oAP oBP x y 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 9 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 再根據(jù)泡點(diǎn)方程000xBABPP PP ??? 和露點(diǎn)方程 PxPA0y? 得到各組 tx(y) 數(shù)據(jù)（如表 2），繪出甲苯、乙苯的溫度 組成圖（如圖 1）及平衡曲 線（如圖 2）。 三、設(shè)計(jì)條件： 處理量： 27000 （噸 /年）。 （四）、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 （五）、工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖 （六）、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問(wèn)題的分析與討論 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 7 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 第二部分 精餾塔的設(shè)計(jì) 一、精餾塔的物料衡算 (一 )、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 甲苯的摩爾質(zhì)量 MA= kg/kmol 乙苯的摩爾質(zhì)量 MB= kg/kmol F ??? 1/ 106. 9/ 92. 9/ 92. 13xD ??? W ??? （二）、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF= ＋ (1－ ) = ㎏ /kmol MD= ＋ (1－ ) = kg/kmol MW= ＋ (1－ ) = kg/kmol （三）、物料衡算 對(duì)于甲苯 乙苯雙組分的連續(xù)精餾塔，根據(jù)總物料衡算及甲苯的物料衡算可求得餾出液流率 D 及殘液流率 W。s） 甲苯 乙苯 圖 5 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 18 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 已查得 液相甲苯、乙苯在某些溫度下的粘度（如表 5），將其以T 為 x 軸 σ 為 y 軸 分別 繪制出 甲苯、乙苯的 溫度 粘度曲線 圖 （如圖5）。 液氣動(dòng)能參數(shù) ： 94 21 02 376 45 15 04 04VLPF1 / 21 / 2V m2L m2s2s22 ?????????????????? ?? 查 Smith 通用關(guān)聯(lián)圖得 ??C 負(fù)荷因子： m / s 39 82021 .453 6320CC0. 20. 2L m 2202 ????????????????? ? 最大允空塔氣速： m / s 1. 20 31 83. 70 23 3. 70 2376 3. 64 580. 08 39 8C V m 2 V m 2L m 22F2 ??? ? ??? 取適宜空塔氣速：μ 2= F= m/s 估算塔徑 ： m VD s239。 ②、破沫區(qū) (安定區(qū) )寬度、無(wú)效邊緣區(qū)確定 取破沫區(qū)寬度： s2W = s2W? = s1W = m 取無(wú)效邊緣區(qū)： Wc2=Wc1= m 甲苯 乙苯的精餾工藝設(shè)計(jì) 26 2021 年荊楚理工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ③、開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 開(kāi)孔區(qū)面積 Aa2=Aa1= m2 ④、篩孔計(jì)算及其排列 同樣選用 δ ＝ 3 mm 碳鋼板，篩孔直徑 d02=d01＝ 5 mm，按正三角形排列，孔中心距 t 為 t2=t1＝ 3d01＝ 3 5＝ 15mm。 通過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段和提餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計(jì)，還需重選 TH 及 Lh ，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在此不再贅敘。 （二）、塔板布置 精餾段塔板布置 ①、 塔板的分塊 因 D1≥ 800mm，故塔板采用分塊式。s 精餾段液相平均粘度 μ Lm1=(+)/2= mPa （二）、實(shí)際塔板數(shù) Np的求取 精餾段： Np1=NT1/=15，取 Np1=15 塊； 提留段： NP2=NT2/=；取 Np2=16塊； 總塔板數(shù)： NP=Np1+Np2=31 塊。畫(huà)出精餾段和提餾段某塊的負(fù)荷性 能圖 有關(guān)具體機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件的選 定。采用板式塔，板型為篩板塔， 塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算； 繪制塔板負(fù)荷性能圖。其中精餾段 NT1=9 塊，提餾段 NT2= 塊，第 10 塊為加料板位置。s lgμ Wm=lg( )＋ ()lg( ) 解出 μ Wm= mPa 選用凹形受液盤(pán)，深度取 Wh? =50mm。 因 Hd1和 Hd2都小于 φ (HT+hW),故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。 篩孔數(shù)目： n2=n1=2755 個(gè) 開(kāi)孔率為： 1 0 .0 7 7 8 %12 ???? （滿(mǎn)足要求） 每層塔板開(kāi)孔面積： 2222 m 0 5 3 9 .5 3 5 30 7 7 ????? ao AA