【導(dǎo)讀】化工傳質(zhì)與分離過程課程設(shè)計(jì)。乙醇——水精餾塔設(shè)計(jì)天津大學(xué)

　　

【正文】 基本一致。 各 氣 相 平 均 密 度 的 計(jì) 算 塔頂氣相密度 ??? M VD ? ? ? ????? ??t ?? ??? ???? 進(jìn)料氣相密度 ?? ? M VF ? ? ? ??VF ??? ??t ?? ??? ???? 塔底氣相密度 ??? M VW ? ? ? ????? ??tW ?? ??? ???化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天津 大 學(xué) 22 W W C C ??M 精餾 段 氣相平均密度 ?V 1 ???VF ???VD ?? ? ??2 2 提餾 段 氣相平均密度 ?? ???VF ???VW ?? ?? ??V 2 2 2 平 均 表 面 張 力的 計(jì) 算 已 知 二元有機(jī)物 ——水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算： 1/4 1/4 1/4 ? ???SW?W ??SC?C 注 ： ? ?? xWVW ， ????? xCVC ， σ 和 σ 查表可得。 W x V ??x V C W C xWVW ??xCVC q 2/3 ???????B ??lg W , Q ??????q ????CVC ??? V 2/3 ??? ? ? ???? C C ?????C ?? ??T ??? q ??A ??B ??Q ????2 ??, A ??lg SW , ?? ??? ??1 ? ??? SO ??SW SO 式中下角標(biāo) ， W、 C、 S 分別代表水 、 有機(jī)物及表面部分 ； xW、 xC 指主體部分的 分子數(shù) ， VW、 VC 主體部分的分子體積 ， δW、 δC 為純水 、 有機(jī)物的 表 面張力 ， 對(duì)乙醇 q = 2。 首先計(jì)算出液相中的乙醇和水在各進(jìn)出料口溫度下的摩爾體積。 VCD VCF VCW VWD VWD ??MC ?CD ??MC ?CF ?? MC ?CW ??MC ?WD ??MC ?WD ???? ??? ???? ??? ??? ?? ?? ?? ?? ?? VWW ?? MC ?WW ??? ?? 化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天 津 大學(xué) 23 ??x V ??2 然后利用附錄 4 中的不同溫度下乙醇和水的表面張力數(shù)據(jù) ， 計(jì)算在 tD， tF， tW 溫 度下乙醇和水的表面張力。 ① 乙醇表面張力的求?。? 塔頂： 80 ??70 ?? ??70 , ?? ?? ?18 ?CD ?18 CD 進(jìn)料： 100 ??90 ????90 , ?? ?? ? ?CF ? CF 塔底： 110 ?100 ?? , ?? ?? ? ?CW ? CW ② 水表面張力的求?。? 塔頂： 80 ??70 ??? ??70 , ?? ?? ?? ?WD ?? WD 進(jìn)料： 100 ??90 ?????90 , ?? ?? ?? ?WF ?? WF 塔底： 110 ?100 ?? , ?? ?? ?? ?WW ?? WW ③ 塔頂表面張力的求取： 2 ? xWDVWD ????2 ??x V ??x V ?? ??1??x ?V ?2 WD ???? WD WD CD CD ?? ? ? D WD ???CD ? xCDVCD ? xDVCD ???1??xD ?VWD ??xDVCD ???? ????xWDVWD CD CD ?? ???1???????? ?? ???????1???? ?? ????? ? 2 ??B ??lg WD ??lg ?????? 化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天津 大 學(xué) 24 ???? V q D ??? ??????CD ?? ??Q ???? 2/3 CD CD ??? V 2/3 ??D ? ??????TD ??? q WD WD ???? ???? 2 ???? ?? 2/3 ???????? ?? ? 2 ??? ??化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天 津 大學(xué) 25 ??MD SWD WD SCD CD ??x V ?????? V ??MF SWF WF SCF CF 2 q AD = BD + QD = () + () = 2 2 ??? ? ??又 A ??lg SWD ，即 SWD ??10AD ??10? ?? D ? ??????SCD ?? ?SCD ???2 聯(lián)立方程組 ???SWD ??SCD ???? ，可得 φSCD = ， φSWD = ??SWD ???SCD ??1 ??1/ 4 ??? ??1/ 4 ?? ??1/ 4 ??????1/ 4 ??????1/ 4 則有 σMD = dyn/cm2 ④ 進(jìn)料表面張力的求?。? 2 ? xWFVWF ????2 ??x V ??x V ?? ??1??x ?V ?2 WF ???? WF WF CF CF ?? ? ? F WF ???CF ? xCFVCF ? xFVCF ???1??xF ?VWF ??xFVCF ???? ????xWFVWF CF CF ?? ???1?? ?????? ?? ???????1???? ??????? ? 2 ??B ??lg WF ??lg ????? F ??? ??????CF ?? ??Q ???? 2/3 CF CF ??? V 2/3 ??F ? ??????TF ??? q WF WF ???? ? 2 / 3 ????0 . 4 4?1 2 ??1 5 . 7 8 6 3 . 9 3 ?? 6 0?. 0 0 21/ 83 ?. 7?2 0 . 7 1 2 9 ? ? ??2 7 3 . 1?5 9 4 . 2?1 7 7 2 ?? AF = BF + QF = + () = 2 2 ??? ? ??又 A ??lg SWF ，即 SWF ??10AF ??10? ?? F ? ??????SCF ?? ?SCF ???2 聯(lián)立方程組 ???SWF ??SCF ???? ，可得 φSCF = ， φSWF = ??SWF ???SCF ??1 ??1/ 4 ??? ??1/ 4 ?? ??1/ 4 ?????1/ 4 ??????1/ 4 則有 σMF = dyn/cm2 化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天津 大 學(xué) 26 ??x V ?????? V ??2 q ⑤ 塔底表面張力的求?。? 2 ? xWWVWW ????2 ??x V ??x V ?? ??1??x ?V ?2 WW ???? WW WW CW CW ?? ? ? W WW ???CW ? xCWVCW ? xWVCW ???1??xW ?VWW ??xWVCW ???? ????xWWVWW CW CW ?? ???1????????? ?? ???????1???? ??????? ? 2 ??B ??lg WW ??lg ????? W ??? ??????CW ?? ??Q ???? 2/3 CW CW ??? V 2/3 ??W ? ??????TW ??? q WW WW ???? ? 2 / 3 ????0 . 4 4?1 2 ??1 4 . 4 0 6 5 . 5 3 ?? 5 6?. 9 8 21/ 83 ?. 9?5 0 . 6 6 2 8 ? ? ??2 7 3 . 1?5 1 0 9 ?. 9 7 2 ?? AW = BW + QW = + () = 2 2 ??? ? ??又 A ??lg SWW ，即 SWW ??10AW ?? ?? W ? ??????SCW ?? ?SCW ???2 聯(lián)立方程組 ???SWW ??SCW ???? ，可得 φSCW = ， φSWW = ??SWW ???SCW ??1 ??1/ 4 ??? ??1/ 4 ?? ??1/ 4 ?????1/ 4 ?????1/ 4 MW SWW WW SCW CW 則有 σMW = dyn/cm2 ⑥ 精餾段液相平均表面張力 ：?1 ????MF ????MD ?? ? ? ⑦ 提餾段液相平均表面張力 ：?? ????MF ??? MW ?? ?? ??2 2 2 氣 液 兩 相 平 均體 積 流 率 的計(jì)算 在前面的計(jì)算中已經(jīng)得出： ① 精餾段 最小回流比為 Rmin = 實(shí)際回流比為 R = = = 化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天 津 大學(xué) 27 C ??C 摩爾流率 L ??R ??D ???? ??V ???R ?1???D ??? ?1??? ?? L ??M L ???? ??質(zhì)量流率 m1 L1 Vm1 ??MV 1V ???? ?? 體積流率 LS 1 ??Lm1 ???L1 ?? /s VS 1 ??Vm1 ?? ?? /s ?V 1 ② 提餾段 q = 1。 摩爾流率 L????L ??qF ?? ?1?? ??V ????V0 ?? L ??M L?????? ??質(zhì)量流率 m 2 L 2 Vm 2 ??MV 2V ?????? ?? 體積流率 LS 2 ??Lm 2 ???L 2 ?? /s VS 2 ??Vm 2 ?V 2 ?? ?? /s 塔徑的初步 設(shè) 計(jì) 精 餾 段 塔 徑 的計(jì)算 由 umax ??C ?L ???V ?V ????L ??其中 20 ? ????20 ?? 其中的 C20 需從史密 斯 關(guān)系圖中查出。 1/ 2 1/ 2 橫坐標(biāo)為： LS1 ???L1 ?? ?? ?? ?? = ? ? ? ??VS1 ???V 1 ?? ?? ?? 取板間距 HT = ， 板上液層高度 hL = ，則 HT – hL = ? = 化工傳 質(zhì) 與分 離 過程 課 程 設(shè) 計(jì) 乙醇 —— 水精 餾 塔設(shè)計(jì) 天津 大 學(xué) 28 ???? 查圖 5 史密斯關(guān)系圖得： C20 = 0 . 2 0 . 2 C ??C ????L ?? =?? ?? =20 ??20 ?? ????20 ??? ? ? ?? 故 u ??C ?L ???V = 0 . 0 8 8 1 7 . 3?7 1 1 . 2 4 3 2 . 1 9 5 m / s m a x V 5 7 = 2 1 . 2 4 3 2 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 u = = = D1 ?? 4VS1 = ??u 4?? ?? ??? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D1 = 2 2 塔截面積 A ????D1 = ??? = T1 4 4 空塔氣速 u ??VS1 = =AT1