【正文】 2. 液泛線（ 2） 由式 ? ? dowwpwT hhhhhH ?????? （ a） 近似取 1?E .0， ? 由式： 2 23 3333 6 0 0 3 6 0 02 . 8 4 1 0 2 . 8 4 1 0 1 . 01 . 2SSow w LLhE l???? ??? ? ? ? ? ??? ?????? 故 2/ ShL? （ｂ） 由式 ?hhhh lCp ??? 22039。 5條線包圍區(qū)域?yàn)榫s段塔板操作區(qū)， P為操作點(diǎn)， OP為操作線。 3. 液相負(fù)荷上限線（ 3） 取液體在降液管中停留時(shí)間為 4秒， 由下式 3, m a x 0 . 4 0 . 1 7 4 0 . 0 1 7 4 /4TfS HAL m s?? ?? ? ? ? ?smLS /3 ? ?smVS /3 28 液相負(fù)荷上限線 為 VS— LS圖中與氣相流量 sV 無(wú)關(guān)的垂線，如圖 a中線（ 3）所示。 26 八 、塔板負(fù)荷性能圖 (一 )精餾段 1. 霧沫夾帶線（ 1） ???????? ????fTav hHe ?? 式中 0 . 3 3 73 . 1 4 0 . 1 7 4SSaSTfVV VAA? ? ? ??? （ a） ? ? ??????????????????????? ?323 3 6 0 WSwowwflLEhhhh ， 近似取 ?E , 0 .0 5 2 , 1 .2wWh m l m?? 故 233 2 / 336002 . 5 0 . 0 5 2 2 . 8 4 1 0 0 . 1 3 1 . 4 8 11 . 2 SfSLhL??? ?????? ? ? ? ? ??????? （ b） 取霧沫夾帶極限值 ve 為 氣液 KgKg / 。 提餾段： ? ? VLLow hhC ??? ? / 0 5 0 ??? ? ? ????? sm/? 篩板的穩(wěn)定性系數(shù) 0 1 2 . 1 9 2 . 0 6 ( 1 . 5 2 . 0 )5 . 9 1OWK ??? ? ? ? ?，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。 此處 取 左右。由前面計(jì)算得到，實(shí)際塔板數(shù)為 24，共設(shè) 3個(gè)人孔 ,HT’取 . HF 進(jìn)料段空間高度 HF取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)形式和物料狀態(tài)，一般 HF要比 HT大一 些 。 23 (S)及開有人孔的 板間距 HT’ 人孔數(shù)目是根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。板間距越大，可允許氣液速度較高，塔徑可小些；反之，所需的塔徑就要增大。其開孔率 %% %100 20 ????? aAA? （在 5％ — 15％范圍內(nèi)），則每層板上的開孔面積0A 為 20 0 .0 7 4 2 .1 9 6 0 .1 6 3Am? ? ?， 氣 體 通 過(guò) 篩 孔 的 氣 速 為 ：01 .9 8 7 1 2 .1 9 /0 .1 6 3So V msA? ?? ? ? （五） .塔的精餾段有效高度 Z 1． 塔頂空間 HD 塔頂空間高度的作用是安裝塔板和人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口氣體中液滴夾帶，必要時(shí)還可節(jié)省破沫裝置。 （三） . 塔板布置 1)取邊緣區(qū)寬度 mWC ? ,安定區(qū)寬度 mWs ? 2)由式： ?????? ??? ? RxRxRxA a 1222 s in1802 ?計(jì)算開孔區(qū)面積，其中： 2 0 . 0 3 5 0 . 8 6 522CDR W m? ? ? ? ?， ? ? ? ?2 W W m? ? ? ? ? ? ?； 所以 2 2 2 1 20 . 7 3 92 0 . 7 3 9 0 . 8 6 5 0 . 7 3 9 0 . 8 6 5 s i n 2 . 1 9 61 8 0 0 . 8 6 5aAm ? ???? ? ? ? ????? （四） . 篩孔數(shù) n 與開孔率 ? 精餾段：取篩空的孔徑 0d 為 mm5 ，正三角形排列，一般碳鋼的板厚 ? 為 ,取 22 ?dt ，故孔中心距 mmt ??? 。 4 1 . 9 8 7 1 . 8 40 . 7 3 9SVDm? ? ? ?? ? ??。 表 6 板間距與塔徑關(guān)系 塔徑 DT，m ～ ～ ～ ～ ～ 板間距HT， mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 根 據(jù) 上 表 ， 初 選 板 間 距 mHT ? ， 取 板 上 液 層 高 度 mhL ? ，故mhH LT ???? ； 精餾段： 1 12 20. 00 53 4 80 9. 88 0. 04 332. 04 9 2. 93LmSS vmLV?????? ??? ? ????? ?????? ??（ 精 ）（ 精 ） 19 查 史 密斯關(guān)聯(lián)圖，可得 20 ? 依式 20 20??????? ?CC 精餾段液相平均 表面張力為 mmN / 時(shí) ， 0 . 2 0 . 220 2 0 . 8 3 50 . 0 7 5 0 . 0 7 5 62 0 2 0CC ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? m a x 8 0 9 . 3 1 2 . 9 10 . 0 7 5 6 1 . 2 5 8 /2 . 9 1LVVC m s??? ?? ?? ? ? ? 可取安全系數(shù)為 （ 安 全 系 數(shù) — ）， 則 空 塔 氣 速m a x0. 7 0. 7 1. 25 8 0. 88 09 /ms??? ? ? ? 故 4 4 2 . 0 4 9 1 . 7 20 . 8 8 0 9SVDm? ? ? ?? ? ??。 故精餾段平均液相密度： 8 1 3 . 3 8 0 6 . 4 5 8 0 9 . 8 82Lm? ???（ 精 ） 3/mKg 提餾段平均液相密度： 3( 8 0 6 . 4 5 7 8 1 . 2 5 7 9 3 . 8 5 k g /m2Lm? ???提 ） （五） . 液體表面張力 m? ??? nim ixi1 ?? 17 根 據(jù) 主 要 基 礎(chǔ) 數(shù) 據(jù) 表 3 ， 由 內(nèi) 插 法 得 ： ?頂A? , ?頂B? ，?進(jìn)A? , ?進(jìn)B? ， ?底A? ， ?底B? 。 39。 所以則有 2 0 . 7 0 3 2 1 10 3 0 5 ??????? BAp o苯 即 ?po苯Kpa 1 9 . 4 8 ??????? BAp o甲苯 即 kpapo ?甲苯 所以 p ??? oopa甲苯苯 根據(jù)操作回流比 R=～ 2Rmin， 分別取 ， ， … ， 以逐板計(jì)算法計(jì)算出相應(yīng)的理論塔板數(shù)。其計(jì)算方法如下： （ 1）根據(jù)苯－ 甲苯 的氣液平衡數(shù)據(jù)作 xy 圖及 t xy圖（如 下圖 所示）。L 溫度 (℃ ) 80 90 100 110 120 苯（ mPa .s） 甲 苯（ mPa .s） （一） 精餾 塔的物料衡算 F＝ 13200kg/h 1）料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分率 4 6 / 7 8 . 1 1 0 . 5 04 6 / 7 8 . 1 1 5 4 / 9 2 . 1 3Fx ??? 9 6 / 7 8 . 1 1 0 . 9 6 69 6 / 7 8 . 1 1 4 / 9 2 . 1 3Dx ??? 1 / 7 8 .1 1 0 .0 1 1 81 / 7 8 .1 1 9 9 / 9 2 .1 4Wx ??? 2）平均分子量 0. 50 78 .1 1 ( 1 0. 50 ) 92 .1 4 85 .1 1 /FM K g K m ol? ? ? ? ? ? 0 . 9 6 6 7 8 . 1 1 ( 1 0 . 9 6 6 ) 9 2 . 1 4 7 8 . 5 9 /DM Kg Km o l? ? ? ? ? ? 0 .0 1 1 8 7 8 .1 1 ( 1 0 .0 1 1 8 ) 9 2 .1 4 9 1 .9 7 /WM Kg Km o l? ? ? ? ? ? 3）物料衡算原料處理量 總物料衡算 W’ +D’ =13200 （ 1） 易揮發(fā)組分物料衡算 0 .9 6 0 .0 1 1 3 2 0 0DW??’ ’ = （ 2） 9 聯(lián)立上式（ 1）、（ 2）解得： 39。 以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。 在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。 (2) 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié) 省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。 蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置。 水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者 確定。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。 因而，確定在以飽和液體進(jìn)料。 （二） 確定進(jìn)料狀態(tài) ? 料狀態(tài)以進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù) q 表示，有五種進(jìn)料狀態(tài)； 6 ? q1 時(shí)，為低于泡點(diǎn)溫度的冷液進(jìn)料； ? q＝ 1 時(shí)，為泡點(diǎn)下飽和液體； ? 1q0 時(shí)，為介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)間的氣液混合物； ? q＝ 0 時(shí)，為露點(diǎn)下的飽和蒸氣； ? q0 時(shí)，為高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸氣進(jìn)料。操作壓力大于 才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸氣時(shí)，應(yīng)對(duì)低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進(jìn)行比較后，確定適宜的操作方式。流程圖如下： 5 三 設(shè)計(jì)方案中參數(shù)的確定 本設(shè)計(jì)采用常壓操作，在飽和液 體狀態(tài)下進(jìn)料，間接蒸汽加熱，以常溫水作為冷卻劑，在篩板塔上進(jìn)行苯，甲苯二元混合物的連續(xù)精餾。 篩板塔 具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，相同條件下生產(chǎn)能力高于 浮閥塔，塔板效率接近于浮閥塔。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。 (３ ) 塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。 板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔 、 等多種。 實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，同時(shí)，上述要求中有些也是互相矛盾的。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 （二）課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 （ 1）設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介 （ 2）主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 3）典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算 （ 4）工藝流程簡(jiǎn)圖 （ 5）主體設(shè)備工藝條件圖 完整的化工原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告由設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙兩部分組成； （三）精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求 精餾所 進(jìn)行的是氣 (汽 )、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣 (汽 )、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣 (汽 )、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： (１ ) 氣 (汽 )、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (４ ) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾， 進(jìn)行選型。 其中對(duì)主要的板式塔類型進(jìn)行介紹： 泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長(zhǎng)期以來(lái)，在蒸餾、吸收等單元操作使用的設(shè)備中曾占有主要的地位，泡罩塔具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） .操作彈性大（ 2） .無(wú)泄漏（ 3） .液氣比范圍大 4） .不易堵塞 泡罩他的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修方便以及氣相壓力降較大。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過(guò)程中。 (４ ) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為 400～ 660N/m2。 (７ ) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的 60～ 80％ ,為篩板塔的 120～ 130％。 （二）工藝流程的設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行下面的工藝流程設(shè)計(jì)： 苯，甲苯混合物進(jìn)原料預(yù)熱裝置加熱到泡點(diǎn)后，送入精餾塔。 （一） 確定操作壓力 塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問(wèn)題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。 ⑵ 考慮利用較高溫度的蒸氣冷凝熱，或可利用較低品位的冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問(wèn)題和設(shè)備費(fèi)用的增加，可以使用加壓操作。 進(jìn)料狀