【文章內(nèi)容簡介】 /m3(3)液相粘度： tD＝176。C ，查有機(jī)化合物液體粘度表可得，181。甲醇＝ mPa?s 表七 不同溫度下水的粘度溫度t/176。C粘度181。/(mPa?s)60tD＝176。C181。水70 內(nèi)插法求解 (－)/(－181。水)＝(70－60)/(70－) 可得181。水＝?s ， 181。LD＝?s(4)液體表面張力：tD＝176。C ，查醇類水溶液表面張力圖可得，σ甲醇＝ 表八 不同溫度下水的表面張力溫度/176。C表面張力σ/(mN/m)60tD＝σ水70內(nèi)插法求解 (－)/(σ水－)＝(70－60)/(－60) 可得σ水＝ mN/mσLD＝σ甲醇 xD＋σ水(1－ xD)＝＋（）＝ 表九 精餾塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號MLDMVDρVDρLD181。LDσLD數(shù)值 kg/kmol kg/kmol kg/m3kg/m3mPa?smN/m塔底條件下的流量及物性參數(shù)：xw’ ＝ % ，xW ＝% ，MVW ＝MLW＝， W’＝ ，tW＝176。C(1) 氣相密度： ρVW＝(MVW/)(TO/T)(p/po)＝()[(＋)]＝(2)液相密度：tW＝176。C ，近似可以看成是100176。CρLw ＝ kg/m3(3)液相粘度：tW＝176。C ，查飽和水的物性參數(shù)表可得，181。水＝?s 181。LW ≈181。水＝?s(4)液體表面張力：tLW＝176。C ，查飽和水的物性參數(shù)表可得，σ水＝σLD＝σ甲醇 xD ＋σ水(1－ xD) ≈σ水＝符號MLWMVWρVWρLW181。LWσLW數(shù)值 kg/kmol kg/kmolkg/m3 kg/m3mPa?smN/m表十 精餾塔底部數(shù)據(jù)結(jié)果列表進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)： xF’ ＝ % ，xF ＝% ， MLF ＝xFM甲醇+（1xF）M水=， F＝ kmol/h ，F(xiàn)’＝ kJ/h ，tF＝176。C(1)氣相平均相對分子量：根據(jù)甲醇－水汽液相平衡方程，xF ＝%，可得yF ＝MVF ＝ 32＋( )18 ＝ kg/kmol(2)氣相密度：ρVF＝(MVF/)(TO/T)(p/po)＝()[(＋)]＝ kg/m3(3)液相密度：tF＝176。C， 查常用溶劑相對密度表可得：ρ甲醇＝ 同以上塔頂溫度下水的密度求解，利用內(nèi)插法可得：ρ水＝ kg/m3 1/ρLF＝xF’/ρ甲醇＋(1－ xF’)/ ρ水 ，可得 ρLF ＝(4)液相粘度：tF＝176。C ，查有機(jī)化合物液體粘度表可得，181。甲醇＝?s 同理用內(nèi)插法可得：181。水＝?s ，181。LF＝ mPa?s(5)液體表面張力：tF＝176。C ，查醇類水溶液表面張力圖可得，σ甲醇＝ mN/m同理用內(nèi)插法可得：σ水＝ mN/mσLF＝σ甲醇xF ＋σ水(1－xF)＝＋()＝ 表十一 精餾塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號MLFMVFρVFρLF181。LFσLF數(shù)值kg/kmol kg/kmol kg/m3 kg/m3 mPa?s mN/m在計(jì)算中，有以下幾點(diǎn)需要特別說明：① 由于很難查得在設(shè)計(jì)所需要的塔頂、進(jìn)料和塔釜溫度下的物性數(shù)據(jù)，因此采用內(nèi)插法求出以上數(shù)據(jù)。誤差很小，基本上小于5%，可以忽略。② 在求塔釜的物性數(shù)據(jù)時，由于甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)小，所以液相可以視為純水作一個近似計(jì)算。誤差也很小，基本上小于1%，可以忽略。③ 進(jìn)料流量與物料衡算得出的進(jìn)料流量誤差不大。因此，上述計(jì)算結(jié)果有一定的準(zhǔn)確性。精餾段的流量及物性參數(shù)：(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量 MV1＝(MVD＋MVF) /2 ＝ (＋ )/2＝ kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量 ML1＝(MLD＋MLF) /2 ＝ ( ＋ )/2＝ kg/kmol(3) 氣相密度 ρV1＝(ρVD＋ρVF) /2＝ (＋)/2＝(4) 液相密度 ρL1＝(ρLD＋ρLF) /2＝ (＋)/2＝(5) 液相粘度 181。L1＝(181。LD＋181。LF) /2＝ (＋)/2＝ mPa?s(6) 氣相流量 V1＝(R＋1)D＝＝ kmol/h V1’＝＝ kg/h (7) 液相流量 L1＝RD＝＝ kmol/h L1’＝＝ kg/h ：(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量 MV2＝(MVW＋MVF)/2 ＝ ( ＋ )/2＝ kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量 ML2＝(MLW＋MLF)/2 ＝ ( ＋ )/2＝ (3) 氣相密度 ρV2＝(ρVW＋ρVF) /2＝ ( ＋)/2＝ kg/m3(4) 液相密度 ρL2＝(ρLW＋ρLF) /2＝ (＋)/2＝ kg/m3(5) 液相粘度 181。L2＝(181。LW＋181。LF)/2＝ (＋)/2＝ mPa?s(6) 氣相流量 V2＝V1＝ V2’＝＝ kg/h (7) 液相流量 L 2＝L 1＋F＝＋＝ kmol/h L 2’＝＝ kg/h 表十二 精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段提餾段氣相平均相對分子質(zhì)量 kg/kmol kg/kmol液相平均相對分子質(zhì)量 kg/kmol氣相密度 kg/m3液相密度 kg/m3液相粘度?s mPa?s氣相摩爾流量 kmol/h氣相質(zhì)量流量 kg/h kg/h液相摩爾流量 kmol/h液相質(zhì)量流量 kg/h kg/h六、精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算塔徑的計(jì)算填料塔直徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即式中的氣體體積流量VS由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，因此主要是確定空塔氣速u。本設(shè)計(jì)采用的泛點(diǎn)氣速法確定。泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之間的關(guān)系：對于DN25金屬環(huán)矩鞍散裝填料：u / uF = ~泛點(diǎn)氣速采用貝恩－霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算，即 查得，DN25金屬環(huán)矩鞍散裝填料，m2/m3，，(1)精餾段塔徑計(jì)算：將ρV＝，ρL＝，181。L＝ mPa?s L1’＝WL＝L1’＝＝ kg/h V1’＝WV＝V1’＝＝ kg/h 代入上式可以求得: uF＝11 m/s空塔氣速： u＝＝11=體積流量：Vs=V1Mv1/3600ρV=V1’/3600ρV=（3600）=可得D = [ 4Vs / (πu) ]1/2 = [ 4 / () ] 1/2 = 圓整后，D=400 mm ， 對應(yīng)的空塔氣速u= m/s校核D / d= 400 / 25 = 16 8，符合條件。(2)提餾段塔徑計(jì)算將ρV＝，ρL＝ kg/m3，181。L＝ mPa?sL2’＝WL＝ kg/h，V2’＝WV＝代入上式可以求得: uF＝12m/s空塔氣速： u＝＝12=6m/s體積流量：Vs=V2Mv2/3600ρV=V2’/3600ρV=（3600）=可得 D= [ 4Vs/ (πu) ] 1/2 = [ 40,4855/ (6) ] 1/2 = 圓整后，D=400mm ，對應(yīng)的空塔氣速u=校核D / d = 400 / 25 = 168，符合條件。(3)全塔塔徑的確定精餾段塔徑圓整后，D=400mm，提餾段塔徑圓整后，D=400mm。因此，選用D=400mm為精餾塔的塔徑。(4)最小噴淋密度的校核填料塔中汽液兩相間的傳質(zhì)主要是在填料表面流動的液膜上進(jìn)行的。要形成液膜，填料表面必須被液體充分潤濕，而填料表面的潤濕狀況取決于塔內(nèi)的液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤濕性能。液體噴淋密度是單位塔截面積上，單位時間內(nèi)噴淋的液體體積量，U表示。精餾段：U＝4L’ / (πD2ρL)＝4 / ()＝(m2?h) 提餾段：U＝4L’ / (πD2ρL)＝4 / ()＝ m3/ (m2?h)為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。最小噴淋密度是以下式計(jì)算：取m3/ (m?h)，ɑ=185 m2/m3可得 m3/ (m2?h)從計(jì)算上看精餾段與提餾段的噴淋密度都小于計(jì)算出的最小噴淋密度。但是本設(shè)計(jì)的精餾段與提餾段的噴淋密度已經(jīng)相當(dāng)大了。而計(jì)算得出的最小噴淋密度往往是與傳質(zhì)過程有關(guān)。在吸收操作中，最小噴淋密度可能會達(dá)到計(jì)算得出的這個值，但是在精餾過程中，最小噴淋密度可能只有所計(jì)算得的1/3，甚至更小。因此，在實(shí)際上，是符合條件的。塔高的計(jì)算對于DN25金屬環(huán)矩鞍填料，一般取的HETP =355～485mm。本設(shè)計(jì)選用HETP = 450mm。(1) 精餾段的填料層高度在精餾段，空塔氣速u＝ m/s。Z=HETPNT = = m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)， Z’= = = m (2) 提餾段的填料層高度在提餾段，空塔氣速u＝6m/s，精餾塔的塔板數(shù)是5。Z=HETPNT = 5= m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)，Z’=== m (3) 精餾塔的填料層高度 Z=＋= m填料層壓力降的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，散裝填料的壓降值由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖來計(jì)算。計(jì)算時，先根據(jù)有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作空塔氣速、壓降填料因子以及有關(guān)的物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)值。通過作圖得出交點(diǎn)，讀出過交點(diǎn)的等壓線值，得出每米填料層壓降值。查得，DN25金屬環(huán)矩鞍散堆填料的壓降填料因子m－1。(1) 精餾段的壓降經(jīng)計(jì)算得：橫坐標(biāo)： 縱坐標(biāo)： 查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，可得?p/Z=30= pa/m因此，精餾段的壓降 ?p1== pa(2) 提餾段的壓降橫坐標(biāo)： 縱坐標(biāo)： 查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，可得?p/Z=100=981 pa/m因此，提餾段的壓降 ?p2=981= pa(3) 精餾塔的壓降 ?p=＋ = pa 表十三 精餾塔各部分工藝尺寸及相關(guān)物性參數(shù)精餾段提餾段全塔空塔氣速(m/s)6塔徑(m)每米填料層壓降(pa/m)981總壓降(pa)塔高(m)七、附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算冷凝器的選用取全凝器的傳熱系數(shù)K=2400kJ /(m2?h?℃)，選擇逆流操作。冷卻水進(jìn)口溫度是25℃，出口溫度是35℃。原料液是泡點(diǎn)回流，進(jìn)出口溫度基本相等。逆流： T ℃ → ℃ t 25℃ ← 35℃?t1 = －35=℃ ?t2= －25＝℃?tm=(?t2－?t1) / In(?t2 / ?t1) = ℃A=Qc / (K??tm ) = / (2400)＝ m2因此根據(jù)所查文獻(xiàn)《金屬設(shè)備》上冊,故本設(shè)計(jì)選用的列管換熱器是G400－2－16－22。加熱器的選用℃ 總壓是300 kpa的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)，取傳熱系數(shù)K= kJ /(m2?h?℃)。 ?t = －100＝℃ A= QS’ / (K??t ) = 106 / ()＝ m2 因此根據(jù)所查文獻(xiàn)《金屬設(shè)備》上冊,故本設(shè)計(jì)選用的列管換熱器是G273－1－25－16。塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選擇 本設(shè)計(jì)選用的是熱軋無縫鋼管。(1) 進(jìn)料管： 選用WF= dF = [ 4F’/ (3600?π?WF?ρLF) ] 1/2 = [ 4 / (3600) ] 1/2 = m 圓整后，選用的是φ = 38mm 。(2) 回流管： 選用WR= dR = [ 4L’ / (3600π?WR?ρL1) ] 1/2 = [ 4 / (3600) ] 1/2 = m 圓整后，選用的是φ = 32mm 。(3)塔頂蒸汽接管： 選用WV = 20m/s dV = [ 4V’ / (3600?π?WV?ρVD) ] 1/2 =[ 4 / (360020) ] 1/2 = m圓整后，選用的是φ = 133mm 。(4)塔釜出料管：選用WW = dV = [ 4W’ / (3600?π?WW?ρLW) ] 1/2 = [ 4 / (3600) ] 1/2 = m 圓整后，選用的是φ=32mm。離心泵的選用 當(dāng)貯槽與受液槽兩液面保持恒定，則泵對單位重量液體所做的凈功為： 設(shè)塔釜離地面3m，忽略兩截面間的壓頭損失。貯槽的液面和塔頂一樣，可看做是常壓下操作，壓力差可近似看做是精餾段的壓力降，?p1= pa。而在特定條件下，因此：He = ?z＋?p1 / (ρLFg)= 3＋ / () = mQe = / = m3/ h 根據(jù)以