【文章內(nèi)容簡介】 ? ? ? ? ? ? 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，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。 故進(jìn)料板為 11 塊，實(shí)際塔板數(shù) 33 塊。 表 5 塔板計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 值 回流比 理論板數(shù) 17 板效率 % 實(shí)際板數(shù) 33 理論加料位置 5 實(shí)際加料位置 11 四、塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 氣液體積流量 精餾段的氣液體積流量 由圖 2 乙醇 水相圖可知， td=℃ (塔頂?shù)谝粔K板 ) tf=℃ (加料版 ) tw=℃ (塔底 ) xF=, xD= 由相圖查得 yF=， yD=,由公式（ 16）可得 MVF= ， MVF=精餾段的平均溫度： Cttt fdm ???? 14 提餾段的平均溫度： Cttt fwm ???? , 表 6 精餾段溶液參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 位置 進(jìn)料板 塔頂?shù)谝粔K板 摩爾分?jǐn)?shù) xF= xD= yF= yD= 摩爾質(zhì)量 kg/mol MF= MD= MVF= MVD= 溫度 /℃ 液相平均摩爾質(zhì)量： ( ) / 2 ( 2 0 . 9 4 5 4 1 . 1 9 9 ) / 2 3 1 . 0 7 2 /FDM M M k g k m o l? ? ? ? ? 液相平均溫度： Cttt DFm ?????? )(2/)( 表 7 乙醇和水的密度 溫度（ ℃ ） 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 乙醇的密度（ kg/m3) 795 785 777 765 755 746 735 730 716 703 水的密度（ kg/m3) 951 在平均溫度為 C? 時 用內(nèi)插法求得： 3/1 7 7 1 mkg?水? 3/1 1 3 5 mkg?乙醇? 液相平均密度為精餾段的液相負(fù)荷 5 . 0 7 8 6 . 4 0 4 3 2 . 5 2 0 /L R D k m o l h? ? ? ? 33 2 . 5 2 0 3 1 . 0 7 2 1 . 2 6 3 /800n lmLML m h? ?? ? ? 由 RTMmn R TPV ?? PRTRTVmPM ?? 所以： RTPM?? 水乙醇 ???lmxlmxlm, 11 ?? （ 114） 其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) )(, ???lmx 則： 0 0 1 2 1 7 7 1 1 3 5 ????lm? 所以 3/800 mkglm ?? 精餾段塔頂壓強(qiáng) aD KPP 0 0 14 ??? 15 若取單板壓降為 ， 則： 進(jìn)料板壓強(qiáng)： 11 D aP P K P? ? ? ? 氣相平均壓強(qiáng)： 1 0 5 . 3 1 1 3 . 0 1 0 9 . 1 522DFmaPPP K P? ?? ? ? 氣相平均摩爾質(zhì)量： 2 9 . 8 5 4 4 1 . 3 0 3 3 5 . 5 7 8 /22V F v dVm MMM k g k m o l? ?? ? ? 氣相平均密度： 311 35 .57 8 66 / 14 ( 80 .89 27 5 )F V mVm PM k g mRT? ?? ? ??? 氣相負(fù)荷： ( 1 ) ( 5 . 0 7 8 1 ) 6 . 4 0 4 3 8 . 9 2 4 /V R D k m o l h? ? ? ? ? ? 33 8 . 9 2 4 3 5 . 5 7 8 1 0 1 3 . 7 9 / h1 . 3 6 6Vmn vmVMVm? ?? ? ? 表 8 精餾段的負(fù)荷 名稱 氣相 液相 平均摩爾質(zhì)量 kg/kmol 平均密度 kg/m3 800 體積流量 m3/h 提餾段的氣液體積流量 由圖 2 乙醇 水相圖可知， td=℃ (塔頂?shù)谝粔K板 ) tf=℃ (加料版 ) tw=℃ (塔底 ) xF=, xW= 由相圖查得 yF=， yW=,由公式（ 16）可得 MVF= ， MVF=表 9 提餾段溶液參數(shù) 位置 進(jìn)料板 塔釜 摩爾分?jǐn)?shù) xF= xW= yF= yW= 摩爾質(zhì)量 kg/mol MF= MW= MVF= MVW= 溫度 /℃ 采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的氣液相負(fù)荷 表 10 精餾段的負(fù)荷 名稱 氣相 液相 平均摩爾質(zhì)量 kg/kmol 平均密度 kg/m3 體積流量 m3/h 16 塔徑計(jì)算 塔徑初步估算 表 11 塔板間距和塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 塔徑 D/m 塔板間距 HT/m ≥ 說明：工業(yè)塔中，板間距范圍 200~900 mm 由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。由以上的?jì)算結(jié)果可以得到 塔的平均蒸汽流量： 310 13 .79 13 53 .83 11 83 .81 /22sj sTS VVV m h? ?? ? ? 塔的平均液相流量： /22Sj STS LLL m h? ?? ? ? 塔的液相平均密度 : 3800 /22L j L iL k g m??? ? ?? ? ? 塔的氣相平均密度 : 66 3 98 /22V j V iV k g m??? ? ?? ? ? 由塔徑公式 uVD s?4? （ 115） 可知：由于示意的空塔氣速 axumu )( ?? ，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速 axum 。 即 vcum vLax ? ?? ?? （ 116） 取塔板間距 mHT ? ，板上液高度 mmmH L ?? 那么分離空間高度： mHH LT ???? 氣液動能參數(shù)： 1 . 6 0 7 8 6 2 . 2 5 0 . 0 2 3 41 1 8 3 . 8 1 2 . 8 9 8S LSVLV ?? ? ? ? 17