【導(dǎo)讀】化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-----------------------------------------------9. 精餾塔設(shè)計(jì)方案的選定------------------------------------------------10. 精餾塔的物料衡算------------------------------------------------------11. 精餾塔的氣液相負(fù)荷----------------------------------------------13. 操作回流比下理論板數(shù)確定-------------------------------------13. 全塔效率及實(shí)際塔板數(shù)的確定---------------------------------------14. 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的求取----------------------------------------------------14. 平均操作壓力的計(jì)算----------------------------------------------16. 平均摩爾分子量的計(jì)算-------------------------------------------17. 氣液平均密度的計(jì)算----------------------------------------------18. 精餾段塔體主要工藝尺寸的計(jì)算------------------------------------19. 精餾塔有效高度的計(jì)算-------------------------------------------21. （二）溢流堰高度的計(jì)算--------------------------------------------21. （四）降液管底隙高度的計(jì)算--------------------------------------23. （二）開孔區(qū)面積計(jì)算-----------------------------------------------23. （三）篩孔的計(jì)算及排列--------------------------------------------23. 精餾段塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算------------------------------------------24. （一）干板阻力計(jì)算--------------------------------------------------24. （三）液體表面張力阻力的計(jì)算-----------------------------------25

　　

【正文】 4 9 . 6 2 8 7v lsqq?? 在操作范圍內(nèi)，任取 6個 lsq 值，依上式計(jì)算出 ,minvq 值 ，整理結(jié)果如下表： 表 43：漏液線數(shù)據(jù)表 3( / )lsq m s 3,min( / )vq m s 依據(jù)表中數(shù)據(jù)作圖可得漏液線 液沫夾帶線的確定 28 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 一般設(shè)計(jì)中規(guī)定液沫夾帶量 0. 1 /Ve kg kg? 液 氣，故取 0. 1 /Ve kg kg? 液 氣為限。由 10 L T Lue Hh?? ???? ????? 2 2 233 33 6 0 0 3 6 0 02 . 8 4 2 . 8 4 1 . 0 3 1 1 . 3 5 9 11 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 6llo w lw qqh E ql?? ??? ? ? ? ? ? ??? ?????? 22332 . 5 2 . 5 ( ) 2 . 5 ( 0 . 0 5 2 1 . 3 5 9 ) 0 . 1 3 3 . 3 9 7 5L w o w l lh h h q q? ? ? ? ? ? 232 .5 0 .2 7 3 .3 9 7 5T L lH h q? ? ? 3 . 7 1 7 50 . 2 8 3 0 . 0 1 4vvavTfqquqAA? ? ??? 代入液沫夾帶量的公式： 6233 10 10 vVlqeq????? ???????? 算得： 230 .4 5 7 2 5 .7 5 2 9vlqq?? 在操作范圍內(nèi)，任取 6個 lq 值，計(jì)算出 vq 值，結(jié)果如下表： 表 44：液沫夾帶線數(shù)據(jù)表 3( / )lq m s 3( / )vq m s 液相負(fù)荷下限線的確定 對于 平 直 堰 ，取 堰上液層 高度 owh = 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)， ? 故有： 2 23 3m i n m i n3 6 0 0 3 6 0 02 . 8 4 2 . 8 4 1 . 0 3 1 0 . 0 0 61 0 0 0 1 0 0 0 0 . 3 6llow wqqhE l?? ??? ? ? ? ? ? ??? ?????? 求得： 3m in 0 .0 0 0 2 9 3 3 /lq m s? ， 由此可以做出液相負(fù)荷下限線。 液相負(fù)荷上限線的確定 29 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 以 ? =4s 作為液體在降液管中停留時間的下限。有： 4fTsAHL? ??算出 ：3m in /sL m s? 由此可作出液相負(fù)荷上限線 液泛線的確定 令 ()d T wH H h???， 聯(lián)立： d P L dH h h h? ? ? P c lh h h h?? ? ? 0lLhh?? L w owh h h?? 求解得： 00( 1 ) ( 1 )T w o w c dH h h h h h?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 忽略式中 h? 項(xiàng)，將 owh 與 sL ， dh 與 sL ， ch 與 sV 的關(guān)系代入上式，整理得： 39。 2 39。 39。 2 39。 2 3v l la q b c q d q? ? ? 其中： 39。() VLa AC ????? ???? 39。 0( 1)Twb H h? ? ?? ? ? ? 39。 / ( )wc l h? 2339。3 0 36002 .8 4 1 0 (1 )wdE l?? ??? ? ? ? ???? 代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得： 39。 22000 . 0 5 1 0 . 0 5 1 2 . 8 7 0 . 9 4 2 1( ) ( 0 . 0 1 7 9 6 0 . 7 7 3 ) 8 0 6 . 0 8VLa AC ???? ??? ? ??? ??? ???? 39。 0( 1 ) 0 . 5 0 . 4 ( 0 . 5 0 . 6 1 1 ) 0 . 0 5 2 0 . 1 4 2 3Twb H h? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 39。 2 200 . 1 5 3 / ( ) 0 . 1 5 3 / ( 0 . 3 6 0 . 0 1 6 3 2 ) 4 4 3 2 . 4 7 3wc l h? ? ? ? 2 23339。 3 303 6 0 0 3 6 0 02 . 8 4 1 0 ( 1 ) 2 . 8 4 1 0 1 . 0 3 1 ( 1 0 . 6 1 ) 2 . 1 8 80 . 3 6wdE l??? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? 30 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 將這些數(shù)據(jù)代入上式得： 2 2 2 33 . 0 2 7 7 1 8 0 9 5 . 0 7 3 2 . 4 1 6v l lq q q? ? ?， 在操作范圍內(nèi)任取 6個 lq 值，計(jì)算出 vq 值，列于下表： 表 45：液泛線數(shù)據(jù)表 3( / )lq m s 3( / )vq m s 依據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以做出氣相負(fù)荷上限線。 精餾段塔板負(fù)荷性能圖的繪制及操作彈性的計(jì)算 將以上各組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)起來，通過 EXCEL 軟件繪圖，得精餾段篩板負(fù)荷性能圖，如下所示： 圖 46：精餾段篩板負(fù)荷性能圖 由于苯設(shè)計(jì)中精餾段氣液相的體積流率分別為： /lq m s? 、 /vq m s? ，故在上圖中找出坐標(biāo)（ ， ），與原點(diǎn)連接做出操作線，從而可以找出篩板的操作上下限，由圖可以找出： 3max /vq m s? 、 3min /vq m s? 因此操作彈性為： maxmin 3vvqq ? 31 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 平均操作壓力的計(jì)算 取每層塔板壓力為 計(jì)算， 由上已知： 進(jìn)料級壓力： 10 1. 32 5 0. 9 12 11 2. 12 5FP k P a? ? ? ?. 可算出塔釜的壓力為： 10 1. 32 5 23 0. 9 12 2. 02 5wP k P a? ? ? ? 故 提餾 段平均壓力為 ： 1 2 2 . 0 2 5 1 1 2 . 1 2 5 1 1 7 . 0 7 52mP k P a??? 平均操作溫度的計(jì)算 進(jìn)料級溫度為： ?? 塔釜溫度為： ?? 故 提餾 段平均溫度為： 9 1 . 3 8 1 0 7 . 0 7 9 9 . 2 2 52mTC?? ? ? 平均摩爾分子量的計(jì)算 對于加料板，由于加料板溫度 ??，查 圖 33，得出加料板上組成：? 、 ? 故有 : 0. 71 78 .1 1 ( 1 0. 71 ) 92 .1 3 82 .1 8vFmM ? ? ? ? ? ? 0. 50 78 .1 1 ( 1 0. 50 ) 92 .1 3 85 .1 2lF mM ? ? ? ? ? ? 由于釜液中苯的組成為： ? ，由于前面已用 AutoCAD 做出了混合物中苯的氣液平衡關(guān)系圖，可以得到再沸器（相當(dāng)于一塊理論板）中的氣相組成：y=,由提餾段操作線方程： 1 1. 35 5 0. 01 1nnyx? ??，可得塔內(nèi)最后一塊塔板的液相組成： 1 ? ? 。再由氣液平衡相圖，得到最后一塊塔板的氣相組成：1 ? ? 。故有： 0 .1 3 3 4 7 8 .1 1 ( 1 0 .1 3 3 4 ) 9 2 .1 3 9 0 .2 6v wmM ? ? ? ? ? ? 0. 06 1 78 .1 1 ( 1 0. 06 1 ) 92 .1 3 91 .2 75lwmM ? ? ? ? ? ? 32 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 故 提餾 段平均分子量為： 9 0 .2 6 8 2 .1 8 8 6 .2 22vS mM ??? 9 1 . 2 7 5 8 5 . 1 2 8 8 . 2 02lR mM ??? 液體平均表面張力的計(jì)算 液體平均表面張力的計(jì)算公式為： 1nLm i ii x????? 進(jìn)料板溫度 ??，查 表 41 可得純物質(zhì)的表面張力數(shù)據(jù)：苯 /A mN m? ? 、甲苯 /B mN m? ? ，又有 ? 。故有： 0 .5 0 1 9 .8 3 ( 1 0 .5 0 ) 2 0 .4 5 2 0 .1 4 /L F m m N m? ? ? ? ? ? ? 塔釜溫度： ??，查 表 41 可得純物質(zhì)的表面張力數(shù)據(jù)：苯 81 /A mN m? ? 、 甲苯 18 .7 22 /B mN m? ? ，又有 1 ? ? 。故有： 0 . 0 6 1 1 7 . 8 8 1 ( 1 0 . 0 6 1 ) 1 8 . 7 2 2 1 8 . 6 7 1 /Lwm m N m? ? ? ? ? ? ? 提餾 段的平均表面張力為： 1 8 . 6 7 1 2 0 . 1 4 1 9 . 4 1 /2LSm m N m? ??? 氣液平均密度的計(jì)算 （一）液相平均密度的計(jì)算 計(jì)算公式為： 1 ABm A Baa? ? ??? 進(jìn)料級：進(jìn)料級溫度： ??，進(jìn)料板液相組成： ? ，查表 42得在塔頂溫度下各組分的密度為：苯 /A kg m? ? 、甲苯 /B kg m? ? 由 ? ，知進(jìn)料板上苯的質(zhì)量分率為： 0 . 5 0 7 8 . 1 1 0 . 4 60 . 5 0 7 8 . 1 1 0 . 5 0 9 2 . 1 3Aa ???? ? ?，甲苯的質(zhì)量分率為： 1 0. 46 0. 54Ba ? ? ?。故進(jìn)料級液相平均密度為： 31 0 . 4 6 0 . 5 4 8 0 1 . 2 0 /8 0 3 . 0 7 7 9 9 . 6 2 FmFm k g m?? ? ? ? ? 33 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 塔釜：塔釜溫度： ??，最后一塊塔板的液相組成為： 1 ? ? ，查表 42 得在塔頂溫度下各組分的密度為：苯 /A kg m? ? 、甲苯 /B kg m? ? 由 1 ? ? ，知塔內(nèi)最后一塊板上苯的質(zhì)量分率為： 0. 06 1 78 .1 1 . 06 1 78 .1 1 ( 1 0. 06 1 ) 92 .1 3Aa ???? ? ? ? 甲苯的質(zhì)量分率為： 1 ? ? ?， 故最后一塊塔板液相 平均密度為：31 0 . 0 5 2 2 0 . 9 4 7 8 7 8 3 . 1 4 6 /7 8 1 . 8 1 7 8 3 . 2 2 wmwm k g m?? ? ? ? ? 綜上， 提餾 段液相平均密度為： 3() 7 9 2 . 1 7 3 /2F m w mlm k g m??? ??? （二）氣相平均密度的計(jì)算 假設(shè)氣相為理想氣體，由理想氣體狀態(tài)方程，可知?dú)庀嗥骄芏鹊挠?jì)算式為 m vmVmmpMRT? ? 故， 提餾 段氣相平均密度為： 31 1 7 . 0 7 5 8 6 . 2 2 3 . 2 6 /8 . 3 1 4 ( 9 9 . 2 2 5 2 7 3 . 1 5 )m v mVmmpM k g mRT? ?? ? ??? 液體平均粘度的計(jì)算 之前的計(jì)算已將 提餾 段的平均粘度值算出， 提餾 段液相平均粘度為： ( 0 .2 5 6 0 . 2 7 9 ) 0 .2 6 82m m P a s? ?? ? ?提 提餾段塔徑的計(jì)算 （ 1）最大空塔氣數(shù)和空塔氣速的計(jì)算 最大空塔氣速的計(jì)算公式為： m ax LVVuC????? 提餾 段氣液相的體積流率計(jì)算： 32 6 . 1 1 8 6 . 2 2 0 . 1 9 1 8 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 2 6VmvVmVMq m s?? ?? ? ?? 34 年產(chǎn)量 萬噸苯 — 甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì) 33 5 . 3 7 8 8 . 2 0 0 . 0 0 1 0 9 4 /3 6 0 0 3 6 0 0 7 9 2 . 1 7 3LmL LmLMq m s?? ?? ? ?? 由于： 1 / 2 0 . 50 . 0 0 1 0 9 4 7 9 2 . 1 7 3( ) ( ) 0 . 0 8 8 90 . 1 9 1 8 3 . 2 6LLVVqq ?? ? ? ?， 初選 板間距 ? ，板上液 層高度為 ? 。則： h m?? ， 查 史密斯關(guān)聯(lián) 圖得： 20 ? ，有： 30. 2 0. 220 19 .41 10( ) 7 ( ) 69 2 2CC ???? ? ? ? m a x 7 9 2 . 1 7 3 3 . 2 60 . 0 6 9 6 1 . 0 8 2 7 ( / )3 . 2 6LVVu C m s???? ?? ? ?