【正文】 (41) 0 .8 5 0 4 6 .0 7 ( 1 0 .8 5 0 ) 1 8 .0 2 4 1 .8 6 /LDM k m o l h? ? ? ? ? ? (42) 進料板： ? 2 . 2 9 0 . 2 0 7 0 . 3 7 /1 ( 1 ) 1 ( 2 . 2 9 1 ) 0 . 2 0 7FFFxy k m o l hx?? ?? ? ?? ? ? ? ?0 .3 7 4 6 .0 7 ( 1 0 .3 7 ) 1 8 .0 2 2 8 .3 8 /VFM k m o l h? ? ? ? ? ?0 .2 0 7 4 6 .0 7 ( 1 0 .2 0 7 ) 1 8 .0 2 2 3 .8 3 /LFM k m o l h? ? ? ? ? ? 塔釜： ? 2 . 2 9 0 . 0 0 8 0 . 0 1 8 /1 ( 1 ) 1 ( 2 . 2 9 1 ) 0 . 0 0 8WWWxy k m o l hx?? ?? ? ?? ? ? ? ? 0 .0 1 8 4 6 .0 7 1 8 .0 2 = 1 4 .6 7 k m o /hVWM ? ? ? ?（ ） 0 .0 0 8 4 6 .0 7 ( 1 0 .0 0 8 ) 1 8 .0 2 1 8 .2 4 k m o l /hLWM ? ? ? ? ? ? 曲靖師范學院化學化工學院 2021屆本科畢業(yè)論文 13 精餾段的平均摩爾質(zhì)量： 4 2 . 1 4 3 2 8 . 3 8= 3 5 . 2 6 k g /k m o l22V D V FV MMM ? ???精 4 1 . 8 6 2 3 . 8 3= 3 2 . 8 5 k g /k m o l22L D L FL MMM ? ???精 提餾段的平均摩爾質(zhì)量： 2 8 . 3 8 1 4 . 6 7= 2 1 . 5 3 k g /k m o l22V F V WV MMM ? ???提 ( 2 3 . 8 3 1 8 . 2 4= 2 1 . 0 4 k g /k m o l22L F L WL MMM ? ???提 平均密度 氣體的平均密度。 有理想氣體方程計算，即 氣相密度：m m VmV pMRT? ? (43) 精餾段：m m VmV pMRT? ? 3m111 0 4 . 8 3 3 5 . 2 6= 1 . 5 8 /8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 4 8 0 . 5 )mVVmVm PMPM k g mRt Rt? ?? ? ???精 精精 提餾段： 3mm221 1 3 . 2 3 2 1 . 5 3= 0 . 8 1 /8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 4 9 0 . 5 )ttV m VVm P M P M k g mRR? ?? ? ???提 提 提 提提 液相的平均密度計算： 表 41 乙醇不同溫度下的密度 溫度 ℃ 50 60 70 80 90 100 110 乙醇 765 755 746 735 730 716 703 表 42 水在不同溫度下的密度 溫度 40 50 60 70 80 90 100 水 馮仿華：年處理 水連續(xù)篩板精餾塔設(shè)計 14 由下式 ??iiLw??1 （ ? 為質(zhì)量分數(shù)） 0 . 8 6 0 4 6 . 0 7 3 9 . 6 2 0 . 9 40 . 8 6 0 4 6 . 0 7 0 . 1 4 1 8 . 0 2 4 2 . 1 4D? ?? ? ?? ? ? 0 . 2 0 7 4 6 . 0 7 9 . 5 4 0 . 4 00 . 2 0 7 4 6 . 0 7 0 . 7 9 3 1 8 . 0 2 2 3 . 8 3F? ?? ? ?? ? ? 0 . 0 0 8 4 6 . 0 7 0 . 3 7 0 . 0 1 60 . 0 0 8 4 6 . 0 7 0 . 9 9 2 1 8 . 0 2 1 8 . 2 4W? ?? ? ?? ? ? 塔頂溫度： ? 進料溫度： ? 塔底溫度： ? 表 43 根據(jù) t ?? 圖可 知 在不同溫度下的密度 組分 乙醇 水 塔頂： 739 .6 / , 970 .8 /ABk g k m ol k g k m ol????， ???? 得： 311 73 4. 22 /0. 94 0. 0673 9. 6 97 0. 8LD m ABABk g m? ????? ? ??? (44) 進料板： 728 .9 / , 970 .2 /ABk g k m ol k g k m ol????， ? ? 31 8 5 4 .7 0 /0 .4 0 0 .6 07 2 9 .9 9 7 0 .2L F m k g m? ??? 塔釜： 719 .5 / . 959 .5 /ABk g k m ol k g k m ol???? ? ? 31 953 .29 / 719 .5 959 .4L W m k g m? ??? 精餾段的液相平均密度： 37 3 4 . 2 2 8 5 4 . 7 0= = 7 9 4 . 4 6 /2Lm k g m? ?精 提餾段的氣相平均密度： 39 5 9 . 5 8 5 4 . 7 0= = 9 0 7 . 1 /2Vm k g m? ?提 液體表面張力 mL? 液體表面張力按下式計算： mL i ix???? 。 曲靖師范學院化學化工學院 2021屆本科畢業(yè)論文 15 表 44 通過查手冊可得各溫度下的純組分的表面張力 各溫度下純組分的表面張力 物質(zhì) 乙醇 水 塔頂 : , 0DDtx??℃ 根據(jù)內(nèi)插法求： ? ℃ 時 ( 1 ) 6 25. 4 ( 1 6) 62. 9 30. 65 /L D m D A D Bx x m N m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 進料板： , 7FFtx??℃ ( 1 ) 0 .2 0 7 2 5 .1 ( 1 0 .2 0 7 ) 6 1 .3 5 3 .8 1 /LF m F A F Bx x m N m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 塔釜： , 8WFtx??℃ ( 1 ) 0 .0 0 8 2 3 .5 ( 1 0 .0 0 8 ) 5 9 .1 5 8 .8 2 /LW m W A W Bx x m N m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 精餾段液體表面平均張力： m 3 0 . 6 5 5 3 . 8 1= 4 2 . 2 3 /22L D L F mLm m N m??? ? ???精 提餾段液體表面平均張力： m 5 3 . 8 1 5 8 . 8 2= = 5 6 . 3 2 /22L F L W mLm m N m??? ? ? ?提 平均黏度的計算 液體平均黏度按下式計算： lg lgLm i ix???? 。 塔頂： , 0DDtx??℃ ， 查 ,AB??。 = 6 m P a .s, 25 .AB m P a s?? ? . l g ( 0 . 8 6 l g 0 . 4 2 5 ( 1 0 . 8 6 ) l g 0 . 3 61 0 1 0 = 0 .4 1 m Pa .sixiLD m ?? ? ? ? ???? ） (45) 進料板： 0t 8 2 .9 , 0 .2 0 7FFCx??,查 ,AB?? = m P a .s, .AB m Pa s?? ? . l g ( 0 . 2 0 7 l g 0 . 4 1 6 ( 1 0 . 2 0 7 ) l g 0 . 3 3 91 0 1 0 = 0 .3 5 m Pa .sixiLF m ?? ? ? ? ???? ） 塔釜： 0t 9 8 .1 , 0 .0 0 8WWCx?? 馮仿華：年處理 水連續(xù)篩板精餾塔設(shè)計 16 = 81 m P a .s, 43 .AB m P a s?? ? . l g ( 0 . 0 0 8 l g 0 . 3 4 3 ( 1 0 . 0 0 8 ) l g 0 . 2 8 11 0 1 0 = 0 .2 8 m Pa .sixiLW m ?? ? ? ? ???? ） 精餾段的液體平均黏度： m ) 0 .4 1 0 .3 5= 0 .3 822L D L F mLm ??? ? ???精 （ 提餾段的液體平均黏度： m ) 0 . 2 8 0 . 3 5= 0 . 3 2 m Pa . s22L W L F mLm ??? ? ???提 （ 氣液相體積流率 精餾段：氣相體積流率： = R +1) D =( +1) ol / hV ??（ (46) 6 1 .0 5 3 2 .8 5 0 .3 53 6 0 0 3 6 0 0 1 .5 8vmsvmVMV ? ?? ? ?? 液相體積流率： /L RD k mol h? ? ? ? 434 6 . 1 6 3 5 . 2 6 5 . 7 1 0 /3 6 0 0 3 6 0 0 7 9 4 . 4 6LmsLmLML m s? ??? ? ? ?? 提餾段： 39。 14. 89 1 63. 74 109 .90 /L R D qF k m ol h? ? ? ? ? ? ? 氣相體積流率： 39。39。 10 9. 9 48 .8 5 61 .0 5 /V L W k m ol h? ? ? ? ? 39。39。39。339。 6 1 . 0 5 2 1 . 0 4 0 . 4 4 /3 6 0 0 3 6 0 0 0 . 8 1vms vmVMV m s? ?? ? ?? 液相體積流量： 39。39。39。 4 339。 1 0 9 . 9 2 1 . 5 3 7 . 2 1 0 /3 6 0 0 3 6 0 0 9 0 7 . 1Lms LmLML m s? ??? ? ? ?? 5 精餾塔的塔體工業(yè)尺寸計算 塔 徑的計算 4 SVD u?? (51) 式中： D—塔徑 m； 曲靖師范學院化學化工學院 2021屆本科畢業(yè)論文 17 Vs —塔內(nèi)氣體流量 3m/s ； u—空塔氣速， m/s。 空塔氣速 u 的計算方法 [8]，先求得最大空塔氣速 maxu ， 然后根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，乘以一定的安全系數(shù)，即 m ax( )uu? ～ 。 因此，需先計算出最大允許氣速 umax。 m ax LVVuC????? 式中： maxu —允許空塔氣速， m/s； ,V L??—分別為氣相和液相的密度， 3kg/m ； C—氣體負荷系數(shù)， m/s。 對于氣體負荷系數(shù) C 可用圖確定 [12]；而圖是按液體的表面張力為 ? =的，故氣體負荷系數(shù) C 應按下式校正： 20 () ??。 精餾段塔徑的計算 : 3 4 3s 5 / , 10 /sV m s L m s?? ? ? 精餾段的氣液相平均密度： / , /VLk g m k g m???? 初選板間距 ? ，對于常壓塔，板上液層高度一般取 （通常?。?[9]，本設(shè)計中取板上液層高度： ? , h m? ? ? ? 功能參數(shù)圖的橫坐標為： 0 . 0 0 0 5 7 7 9 4 . 4 6( ) 0 . 0 3 70 . 3 5 1 . 5 8S LSVLV ?? ?? 馮仿華：年處理 水連續(xù)篩板精餾塔設(shè)計 18 圖 51 史密斯關(guān)聯(lián)圖 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得 [11]: 20 ? ,由于 20 ()20CC??,需先求平均表面張力 ： 因物系表面張力 =42 .2 3m N /mm? 精 4 2 .2 3( ) 0 .0 6 4 0 .0 7 52 0 2 0CC ? ??? ? ? ????? (52) m a x 7 9 4 .4 6 0 .3 50 .0 7 5 3 .5 7 /0 .3 5 ms? ?? ? ? 求空塔氣速： 適宜的空塔速度通常取最大允許空塔速度的 ～ 倍 [5]，即 u=（ ～ ） uF。 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為： 1 m a x0 .7 5 0 .7 5 3 .5 7 2 .6 8 /u u m s? ? ? ? 塔徑 : 11 14 4 0 . 3 5 0 . 83 . 1 4 2 . 6 8sVDmu? ?? ? ?? 提餾段塔徑的計算 39。 3 39。 3330 . 4 4 / , 0 . 0 0 0 7 2 /0 . 8 1 / , = 9 0 7 . 1 k g /mssVm LmV m s L m sk g m????? 提 板間距 ? ， 對于常壓塔，板上液層高度一般取 （通常取曲靖師范學院化學化工學院 2021屆本科畢業(yè)論文 19 ） [7]，本設(shè)計中取板上液層高度 ? , h m? ? ? ?。 功能參數(shù)：圖的橫坐標為 0 . 0 0 0 7 2 9 0 7 . 1( ) 0 . 0 1 70 . 4 4 0 . 8 1S LSVLV ?? ?? 從史密斯關(guān)聯(lián)圖差得 : 20 ? ，由于 20 ()20CC??， 需先求平均表面張力因物表面張力m = m /Nm? 酒 精。 20 5 6 .3 2( ) 0 .0 6 0 .0 7 42 0 2 0CC ? ??? ? ? ????? m a x 9 0 7 . 1 0 . 8 10 . 0 7 4 2 . 4 8 /0 . 8 1 ms? ?? ? ? 取安全系數(shù) ，則空塔氣速為 2 m a x0 .6 5 0 .6 5 2 .4 8 1 .6 2 /u u m s? ? ? ?。 塔徑 : 222 24 4 0 . 4 40 . 6 0 . 5 93 . 1 4 1 . 6 2sVu D mu? ?? ? ? ?? 圓整 2 ? 。 精餾段和提餾段兩段相差不大，故取相等的塔徑 2 ? 。 則塔截面積 : 2 2 23 .1 4 ( 0 .6 ) 0 .2 844TA D m?? ? ? ? (53) 空塔氣速： 39。 0 .4 4 1 .5 7 m /s0 .2STVu A? ? ? 塔板間距的確定 踏板間距與塔徑有關(guān)系，如下表 : 表 51 板間距與塔徑的關(guān)系見 塔徑 D/mm 300～ 500 500～ 800 800～ 1600 1600～ 2400 板間距 HT/mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 我們之前設(shè)的板間距 ，算出來的塔徑為 ，符合板間距與塔徑的關(guān)系，因此，板間距確定為 。 殼體、封頭尺寸的確定 殼體厚度計算 馮仿華：年處理 水連續(xù)篩板精餾塔設(shè)計 20 ? ? 2 2 . 4 2 22 id tpD C m mP? ?? ? ?? 式中： P—筒內(nèi)壓強， ； iD —筒體直徑， 1000mm。 100℃ 時的許應力 δ， 查 [14]得 為 113Mpa。 φ—塔體焊接接頭系數(shù)，采用雙面對接焊，局部無損檢測，查 [17]得 ?? 。 C2—腐蝕裕 量 ， 2mm。 按剛度要求，殼體所需最小厚度： m in 2 2 8 0 0 1 .61 0 0 0 1 0 0 0iD? ?? ? ? 故按剛度條件，取整，筒體厚度需 3mm。 考慮到此塔較高，風載荷較大，而塔的內(nèi)徑不太大，故應適當增加厚度，現(xiàn)假設(shè)塔體厚度 δ=20mm，則假設(shè)的塔體有效厚度為： 12 2 0 2 1 8e c c m m??? ? ? ? ? ? 封頭厚度 : ? ? 2 0 . 1 0 1 3 8 0 0 2 2 . 4 2 22 0 . 5 2 1 1 3 0 . 8 5 0 . 5 0 . 1 0 1 3id tPD C m mP? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? 為了便于焊接，取封頭與殼體等厚，即 δ=20mm。 6 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置的計算 溢流堰 溢流堰 又稱出口堰，其作用是維持塔上一定的液層高度，使液體比較均勻的橫向流過塔板。因為塔徑 D= ，又因為塔頂徑等于 凹形受液盤 。選擇單溢流弓型降液管的原因：單溢流又稱直徑流，液體自液盤橫向流過塔板至溢流堰，液體流徑較大，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，直徑小于。工業(yè)上應用最廣的降液管是弓型降液管。 長、堰高 ? 曲靖師范學院化學化工學院 2021屆本科畢業(yè)論文 21 由圖 220 弓形降液管的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得 [2]： 0 .0 9 , 0 .1 5f dTA WAd?? 弓形降液管所占的面積 ： 20. 09 0. 28 0. 02 5fAm? ? ? 弓形降液管寬度 ： 0 .1 5 0 .6 0 .0 9dWm? ? ? 驗算驗算液體在降液管的停留時間 ? ， 3fTsAHL? ??。 (61) 20. 09 0. 28 0. 02 5fAm? ? ?， 4 3 39。 4 35. 7 10 / , 7. 2 10 /SSL m s L m s??? ? ? ? 44 39。5 . 7 1 0 7 . 2 1 00 . 0 2 3 0 . 0 2 9 0 . 10 . 0 2 5 0 . 0 2 5LLWW????? ? ? ?＜ ＜ 上面兩個式子滿足要求。 439。39。40. 02 5 0. 35 5. 7 100. 02 5 0. 35 7. 2 10fTsfTsAH sLAH sL?????? ? ???? ? ?? 上面的兩式也均大于 5，因此也均滿足要求。 溢流堰的設(shè)計 由以上的設(shè)計數(shù)據(jù)可求出， 溢流堰長： ? ? ? 采用平直堰，堰上的液流高度可采用下式計算： ()1000 Sow wLhEl? (62) 式中： how—堰上液流高度， m； Ls—液流量 ， hm/3 ； lw—堰長 ， m； E—液流收縮系數(shù)。 精餾段： 4336 00 10 52 /SL m h?? ? ? ? 馮仿華：年處理 水連續(xù)篩板精餾塔設(shè)計 22 2 . 5 2 . 52 . 0 5 2 0 . 4 21 8 , 0 . 7( ) ( 0 . 4 2 ) 0 . 6SwWLLLD? ? ? ? (62) 查液流收縮系數(shù)得， E=。 2 / 32 . 8 4 2 . 0 5 21 . 0 3 ( ) 0 . 0 0 8 51 0 0 0 0 . 4 2owhm? ? ? ? 溢流堰高： 1 5 085 415w owh h h m? ? ? ? ? 降液管底隙高度 : 0 5 5wh h m? ? ? ? ? 提餾段 : 39。 4 336 00 10 92 /SL m h?? ? ? ? 2 . 5 2 . 52 . 5 9 2 0 . 4 22 2 . 7 4 , 0 . 7( ) ( 0 . 4 2 ) 0 . 6SwWLLLD? ? ? ? 查液流收縮系數(shù)圖 :得 E= 2 / 32 . 8 4 2 . 5 9 21 . 0 3 7 ( ) 0 . 0 0 9 9 71 0 0 0 0 . 4 2owh ? ? ? ? 提餾段的溢流堰高： 1 5 099 7 4w owh h h m m? ? ? ? ? 降液管底隙高度： 0 06 4 06 34wh h m? ? ? ? ? 即： how 不少于 6mm，符合生產(chǎn)要求，采用平直堰。 塔板布置 邊沿寬度的設(shè)置 查 [1]114 取 0 .0 7 , 0 .0 5scW m W m??， 所以開孔的面積 aA 0 .6 0 .0 9 0 .0 7 0 .1 4220 .3 0 .0 5 0 .2 52dscDx W W mDr W m? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? (6