【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A— 設(shè)備散熱銘記（㎡）； Tw— 設(shè)備外表溫度，℃； T— 環(huán)境介質(zhì)溫度，℃； 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 74 頁(yè) θ — 操作過(guò)程持續(xù)時(shí)間（ s） ； α — 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)， W/(㎡ 178。 ℃ ) 當(dāng)空氣做自然對(duì)流，散熱層表面溫度為 50～ 350℃時(shí)，經(jīng)計(jì)算得 ( 8 . 8 1 2 0 . 7 8 5 ) ( 7 . 6 1 2 0 . 7 8 5 ) ( 5 . 0 1 2 0 . 7 8 5 ) ( 1 0 . 0 1 2 0 . 7 8 5 )A ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2m α =8+=8+179。60 =11W/(㎡ 178。 ℃ ) 6Q =179。11179。( 10025)179。3179。3600179。 310? = 過(guò)程效應(yīng)熱 3Q 的計(jì)算 過(guò)程效應(yīng)熱可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是化學(xué)過(guò)程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)； 另一類(lèi)是物理過(guò)程熱效應(yīng)。物料經(jīng)化學(xué)變化過(guò)程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，但本工藝流程中物理過(guò)程熱效應(yīng)較低，可忽略不計(jì)，故過(guò)程熱效應(yīng)可由下式表示： 3 rpQ Q Q?? 式中 rQ — 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)， KJ； pQ — 物理過(guò)程熱效應(yīng)， KJ； (可忽略不計(jì) ) rQ 可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱 0rq 計(jì)算： 0(10 00 / )r A A rQ G M q? 式中 0rq — 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱， KJ/mol； AG — 參與化學(xué)反應(yīng)的 A 物質(zhì)質(zhì)量， Kg； AM — A 物質(zhì)分子量。 0 0 0( ) ( )r c R c Pq q q? ? ? ? 反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為： 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 74 頁(yè) 乙苯（ ） 苯（ KJ/mol） 甲苯 （ ） 0rq =（ +） KJ/mol=rQ = 3Q =(1000179。 72300179。 )= 熱負(fù)荷 2Q 的計(jì)算 2 = + + + )Q Q Q Q Q Q4 5 6 1 3（ ） ( =(++)（ +） = 查手冊(cè)得冷卻水得 pC 為 (Kg178?！?, 則冷卻水的用量 /[ ( )]pG Q C t t??出 進(jìn) = [179。（ 6025） ]= 熱量衡算表 由能量守恒定律 1 2 3 4 5 6Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ?，能量衡算結(jié)果見(jiàn)表 表 熱量衡算表 輸入 輸出 符號(hào) 符號(hào)意義 結(jié)果 KJ/h 符號(hào) 符號(hào)意義 結(jié)果 KJ/h 1Q 所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量 4Q 反應(yīng)終了時(shí)物料的焓 2Q 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量 5Q 設(shè)備部件所消耗的熱量 3Q 過(guò)程的熱效率 6Q 物理過(guò)程熱效應(yīng) rQ 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) 總計(jì) 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 74 頁(yè) 第 5 章 設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型 苯∕甲苯精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 通過(guò)計(jì)算 D=， ??FDFDxx ，設(shè) %98?? 可知原料液的處理量為F=，由于每小時(shí)處理量很小，所以先儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐里，等 20小時(shí)后再精餾。故 D= hkoml ,F=,組分為 ?F ,要求塔頂餾出液的組成為 ? ,塔底釜液的組成為 ? 。 設(shè)計(jì)條件如下： 操作壓力 :4kPa（塔頂表壓）； 進(jìn)料熱狀況 :自選； 回流比 :自選； 單板壓降 :≤ ； 全塔壓降 : %52?TE 。 精餾塔的物料衡算 1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量 A ? kg/kmol 甲苯的摩爾質(zhì)量 B ? kg/kmol ?F ? ? 2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 ?FM 179。 +()179。 =?DM 179。 +()179。 = 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 74 頁(yè) ?WM 179。 +()179。 =3 物料衡算 原料處理量 F=總物料衡算 =D+W 苯物料衡算 179。 =179。 D+179。 W 聯(lián)立解得 D=W= 塔板數(shù)的確定 1 理論板層數(shù) TN 的求取 苯 — 甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。 ①由物性手冊(cè)查得苯 — 甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 x— y 圖，見(jiàn)下圖 圖 圖解法求理論板層數(shù) ②求最小回流比及操作回流比。 采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線(xiàn)上，自點(diǎn) e（ ， ）作垂線(xiàn)ef即為進(jìn)料線(xiàn)（ q 線(xiàn)），該 線(xiàn)與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)為 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 共 74 頁(yè) ? ? 故最小回流比為 yx qq qm i n ???????? DR 取操作回流比為 R=2 ???R ③求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L=RD=179。 =V=(R+1)D=(+1)179。 = ????? FLL kmol/h ?? VV kmol/h ④求操作線(xiàn)方程 精餾段操作線(xiàn)方程為 ??????? DVDVL 提餾段操作線(xiàn)方程為 1111111 ?????? WVWVL — ⑤圖解法求理論板層數(shù) 采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖 。求解結(jié)果為 總理論板層數(shù) TN =（包括再沸器） 進(jìn)料板位置 6?FN 2 實(shí)際板層數(shù)的求取 精餾段實(shí)際板層數(shù) ??精N 取 10 提餾 段實(shí)際板層數(shù) ??FN 取 15 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 74 頁(yè) 精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 以精餾段為例計(jì)算。 1 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力 ???DP kPa 每層塔板壓降 PP?? 進(jìn)料板壓力 1 0 1 ????FP kPa 精餾段平均壓力 0 82/ 1 0 5m PP ??? ）（ 2 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算 出泡點(diǎn)溫度，其中苯，甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下： 塔頂溫度 ?D ℃ 進(jìn)料板溫度 ?F ℃ 精餾段平均溫度 ??? ）（ ℃ 3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 : 由 1 ??D ,查平衡曲線(xiàn)得 1x = ?mVDM 179。 +（ ）179。 =∕ kmol ?mLDM 179。 +（ ）179。 =∕ kmol 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 : 由圖解理論板得 ?Fy 查平衡曲線(xiàn)得 ?Fx ?mVFM 179。 +（ ）179。 =∕ kmol ?mLFM 179。 +（ ）179。 =∕ kmol 精餾段平均摩爾質(zhì)量 : 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 74 頁(yè) ?mVM （ +） /2= kg∕ kmol ?mLM （ +） /2= kg∕ kmol 4 平均密度的計(jì)算 (1)氣相平均密度計(jì)算 ?? mvmmm RTMPV? 58 8 ??? ? ）（ 3/kg m (2)液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算，即 ?? iim a1 ?? L 塔頂液相平均密度的計(jì)算 : 由 Dt =℃ ,查手冊(cè)得 A? =∕ m3 ?B? 3/kg m 1m ??? ）（LD? 3/kg m 進(jìn)料板液相平均密 度的計(jì)算 : 由 ?Ft ℃ ,查手冊(cè)得 A? = 3/kg m ?B? 3/kg m 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 ???? ??A 1m ??? ）（LF? 3/kg m 精餾段液相平均密度為 ?mL? (+)/2= 3/kg m 5 液體平均表面張力計(jì)算 液體平均表面張力依下式計(jì)算，即 ?? iim x ??L 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 74 頁(yè) 由 Dt =℃ ,查手冊(cè)得 ?A? ∕ m ?B? ∕ m ?mLD? 179。 +179。 =∕ m 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 : 由 ?Ft ℃ ,查手冊(cè)得 ?A? ∕ m ?B? ∕ m mLF? =179。 +179。 =∕ m 精餾段液相平均表面張力為 mL? =（ +） /2=∕ m 6 液體平均粘度計(jì)算 液體平均粘度依下式計(jì)算，即 iim lgx ?? ??LLg 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由 Dt =℃ ,查物性手冊(cè)得 ?A? 178。 s ?B? 178。 s Lg ?mLD? （ ） +（ ） 解出 ?mLD? 178。 s 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 : 由 ?Ft ℃ ,查物性手冊(cè)得 ?A? 178。 s ?B? 178。 s mLFLg? =（ ） +（ ） 解出 ?mLF? 178。 s 精餾段液相平均表面張力為 ?mL? （ +） /2=178。 s 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 共 74 頁(yè) 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 1 塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為 ????? 6 0 0 5 8 4 6 0 0 mmVVS VMV ? s/m3 sm001 0 0 3mm ?????LLS LML ? 由m ax LVVC ??? ??? 式中 C由式計(jì)算，其中的 20C 由課本查取，圖的橫坐標(biāo)為 21hh 0 23 6 0 00 0 3 6 0 00 0 1 ）（???VLVL ?? = 取板間距 ?TH ，板上液層高度 hL =，則 TH hL == 查圖得 20C = )20( ????????? LCC ? m a x 1 .1 9 6 m sLVVC ??? ???? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 U= max? ? 179。 =∕ s 4 4 0 . 6 9 0 1 . 0 20 . 8 3 7SVDm?? ? ?? ? ?? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為 D= 塔截面積為 221. 2 0. 94 2 m44TAD??? ? ? ? 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 74 頁(yè) 實(shí)際空塔氣速為 ??? 2 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 精精 1 （ 101）179。 = 提餾段有效高度為 ??? THNZ ）（ 提提 1 （ 151）179。 = 在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度 為 故精餾塔的有效高度為 Z= ??? ZZ ++=10m 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 1 溢流裝置計(jì)算 因塔徑為 D=，可選單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。各項(xiàng)計(jì)算如下： （ 1） 堰長(zhǎng) Wl 取 Wl ==179。 = （ 2）溢流堰高度 Wh 取 OWLW hhh ?? 選用平直 堰，堰上液層高度 OWh 由下式計(jì)算 即 32hl10 ?????????WOWLE 近似取 E=1，則 m0 0 1 0 0 32h ???????????WOWL 取板上清液層高度 Lh =60mm 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 74 頁(yè) 故 Wh == （ 3）弓形降液管寬度 fd AW 和截面積 由 ?DW 查課本圖得 ?TAA ?DW 故 fA = TA =179。 = ?? DW 179。 = 依下式驗(yàn)算液體在降液管中提留時(shí)間 ? ，即 6 0 00 0 1 5 6 6 0 03 6 0 0 h f ?? ???? L HA T? 5s 故降液管設(shè)計(jì)合理。 （ 4）降液管底隙高度 h0 10h0 l3600h ?WL? 取 ?? ∕ s 則 m0 60 0 3 60 00 01 0 ??? ?? m0 1 3 4 0 ????W ＞ 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 選用凹形受液盤(pán)，深度為 mW ? 2 塔板布置 (1)塔板的分塊 因 D≥ ，故塔板采用分塊式。查課本得，塔板分為 3 塊。 (2)邊緣區(qū)寬度確定 取 m03 c1ss ??? WWW ， 南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 74 頁(yè) (3)開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 開(kāi)孔區(qū)面積 Aa按下式計(jì) 算，即 22 2 1a r2 r s in1 8 0 rA ???? ?? ? ?（ ） 其中