【正文】 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要考慮很多問(wèn)題，尤其是一些。 本次課程設(shè)計(jì)比上次難難度大，主要是計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大考慮的細(xì)節(jié)較多，對(duì)同一個(gè)設(shè)備分成兩部分進(jìn)行考慮，既相互獨(dú)立又須彼此照 應(yīng)，始終要考慮計(jì)算是為一個(gè)設(shè)備進(jìn)行。 C 提鎦 氣體通過(guò)浮閥塔板 的壓力降（單板壓降） 單板壓降： ?hhhh lcp ??? 閥片全開(kāi)前： muhLc03 ???? ? muhLc ??????? ? 閥片全開(kāi)后 : mgguhLvc 220 ?? ????? ?? mgguhLvc 220 ??????? ?? 取板上液層充氣因數(shù)ε 0=，那么 0 .0 1 7 1 m0 3 4 .5h )h (hh L0oww0L ?????? ?? 氣體克服液體表面張力所造成的阻力可由下式計(jì)算：ghh L??? 2? 但由于氣體克服液體表面張力所造成的阻力通常很小，可忽略不計(jì)。 塔板的分塊 因?yàn)?D=900mm,故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為 3 塊。 降液管底隙高度 降液管底隙高度依下式計(jì)算：?? 00 3600 ulLh wh 取 39。Lm? sPa? LFm? smPa? 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 29 表 5 液體平均黏度計(jì)算 ： 精餾段汽相體積流率： , ?????? VmVmvnvn Mqq ? sm3 液相體積流率： 3, 00 00 ???????? lmVmlnvn Mqq ? sm3 提餾段汽相體積流率： , ?????? ???? VmVmvnvn Mqq ? sm3 液相體積流率： 3, 00 00 ???????? ???? LmLmLnLn Mqq ? sm3 表 6 氣液相體積流率計(jì)算 vnq, sm3 vnq,? sm3 lnq, ?? sm3 Lnq,? ?? sm3 A. 塔徑的確定 塔徑的確定，需求m ax Lm VmVmC ??? ???， C 由下式計(jì)算： 20 ()20LCC?? 20C 由 Smith 圖查取。Lm? 3mkg LDm? 3mkg 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 27 液體平均表面張力按下式計(jì)算：Lm i ix???? 塔頂： Ct ?? ，由《化工原理》（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，王志魁）附錄二十 ?A? mmN ， ?B? mmN 得： ? ? ? ? 11 ????????? BAL D m xx ??? mmN 進(jìn)料板： CtF ?? ，查手冊(cè)： ?A? mmN ， ?B? mmN 得： ? ? ? ? 4 4 ????????? BFAFL F m xx ??? mmN 塔釜： CtW ?? ，查附錄： ?A? mmN ， ?B? mmN 得： ? ? ? ? 0 0 ????????? BWAWL W m xx ??? mmN 精餾段液體表面平均張力： m ????? L F mL D mL ??? mmN 提餾段液體表面平均張力： m ?????? L F mL W mL ??? mmN 表 4 液體平均表面張力計(jì)算 塔頂 1t C? 塔釜 wt C? A? mmN A? mmN B? mmN B? mmN LDm? mmN Lwm? mmN 進(jìn)料板 Ft C? 精餾段液體表面平均張力 Lm? mmN A? mmN B? mmN 提餾段液體表面平均張力 39。VmM kmolkg LFmM kmolkg 39。 C 下， m P a s? ??乙 醇 ， Pa s? ??水 根據(jù)公式 lg lgLm i ix???? 得 [ 0 . 2 0 6 9 l g 0 . 4 1 0 ( 1 0 . 2 0 6 9 ) l g 0 . 3 1 5 ]1 0 0 .3 3 2 7Lm m P a s? ? ? ? ?? ? ? （ 1） 由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式： 0. 24 5 0. 24 50. 49 ( ) 0. 49 ( 3. 64 58 0. 33 27 ) 46 .7 4%TLE ?? ??? ? ? ? ? C 求解實(shí)際塔板數(shù) 1 1 6 1 3 2 .1 24 6 .7 4 %T TNN E ? ?? ? ? 取 N=33 第六章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 精餾塔塔徑的計(jì)算 A. 查得有關(guān)乙醇與水的安托因方程： 乙醇： 1 6 5 2 . 0 5l g ( / ) 7 . 3 3 8 2 7( / ) ( / ) 2 3 1 . 4 8s BP k P a A T K C T K? ? ? ??? 得 : [ 7 .3 3 8 2 7 ]0 ( / ) 2 3 1 .4 810 TKAP ? ?? 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 23 水： 1 6 5 7 . 4 6l g ( / ) 7 . 0 7 4 0 6( / ) ( / ) 2 2 7 . 0 3s BP k P a A T K C T K? ? ? ??? 得： [ 7 .0 7 4 0 6 ]0 ( / ) 2 2 7 .0 310 TKBP ? ?? 將 00,ABPP代入 00A A B BP x P x P?? 進(jìn)行試差，求塔頂、進(jìn)料板、及塔釜的壓力和溫度： 1) 塔頂： ?P ， ?? xxA 試差得 Ct ?? 2) 進(jìn)料板位置： 13?FN 精餾段實(shí)際板層數(shù)： % 13 ???精N 每層塔板壓降： kPa?? 進(jìn)料板壓力： k p aP F ???? 進(jìn)料板： kpaPF ? ， ?? FA xx 試差得 CtF ?? 3) 提餾段實(shí)際板層數(shù)： N ??提 （ 31 ） /%= 5 塔釜壓力： 1 1 5 ????WP 塔釜： ?? WA xx ， 試差得 CtW ?? 求得精餾段及提餾段的平均壓力及溫度： 精餾段： Cttt Fm ?????? k paP m ??? 提餾段： Cttt WFm ?????? k pappP FWm ????? 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 ： 塔頂： , ?????DVM kmolkg 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 24 6 5 5 0 7 0 2 , ?????DLM kmolkg 進(jìn)料板： 0 4 8 6 9 3 0 ?????VFM kmolkg 8 0 5 7 5 4 ?????LFM kmolkg 塔釜： 0 7 8 9 7 0 , ?????WVM kmolkg , ?????WLM kmolkg 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 68 04 , ????? DVFVV MMM kmolkg 72 65 , ????? DLFLL MMM kmolkg 提餾段平均摩爾質(zhì)量： , ????? WVFVV MMM kmolkg 39。 其中第 13 理論板為進(jìn)料板。 C，在平均溫度為（ +30） /2= 下，由《化工原理》（第三版，王志魁）附錄查得乙醇與水的有關(guān)物性為： 乙醇的摩爾熱容： 3 .0 2 4 6 1 3 8 .9 2 /( )mAC k J k m o l K? ? ? ? 乙醇的摩爾汽化潛熱： 914 .2 46 420 53. 2 /( )Ar k J k om l K? ? ? ? 水的摩爾熱容： 5618 [ ( ) ]60 50 / ( )mBCk J k om l K?? ? ? ? ???? 水的摩爾汽化潛熱： 2 3 9 2 .8 6 1 8 4 3 0 7 1 .4 8 /Br k J k m o l? ? ? 比較水與乙醇的摩 爾汽化潛熱可知，系統(tǒng)滿足衡摩爾流的假定。） 操作條件 a）塔頂壓強(qiáng) 4KPa(表壓） b)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 c)回流比自選 d)加熱蒸汽壓力 低壓蒸汽 （或自選） e)單板壓降 ≤ 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 15 ，整理有 關(guān)物性數(shù)據(jù) ⑴水和乙醇的物理性質(zhì) 名稱 分子式 相對(duì)分子質(zhì)量 密度 20℃ 3/kgm 沸 點(diǎn) a ℃ 比熱容 (20℃ ) Kg/(kg.℃ ) 黏度 (20℃ ) mPa.s 導(dǎo)熱系數(shù) (20 ℃) ? /(m.℃ ) 表面 張力 ????? (20℃) N/m 水 2HO 2 998 100 5 乙醇 25CHOH 7 789 ⑵常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù) 常壓下乙醇 — 水系統(tǒng) t— x— y 數(shù)據(jù)如表 3— 1 所示。 乙醇 — 水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為汽液混合物 q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲(chǔ)罐 ,塔釜采用直接蒸汽加 熱 ,塔底產(chǎn)品冷卻后 ,送入貯罐 (流程圖 見(jiàn)手畫(huà) )。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。 第 四 章 流程的確定和說(shuō)明 首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。 本設(shè)計(jì)依據(jù)于精餾的原理（即利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使輕重組分分離），并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。塔頂設(shè)冷凝冷卻器，將塔頂蒸氣完全冷凝后再冷卻到 78℃左右回流入塔。例如，可采用設(shè)置 中間再 菏澤學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 13 沸器和中間冷凝器的流程?；蚩刹捎脽岜眉夹g(shù)，提高溫度后再用于加熱釜液。 蒸餾過(guò)程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進(jìn)入再沸器的能量?jī)H有 5%左右被有效利用。 F1 浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，且重閥采用厚度 2mm 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 33g。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比 Rmin ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的 － 倍，即： R＝（ － ） Rmin 回流方式采用泡點(diǎn)回流，易于控制。 綜合考慮，我們采用間接蒸汽加熱的方式 。這樣操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可降低。 C 冷夜進(jìn)料 。但泡點(diǎn)進(jìn)料需預(yù)熱，熱耗很大。 ： 進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一 般都是將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這樣，進(jìn)料溫度就不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動(dòng)的影響，塔的操作就比較容易控制。但降低壓力也導(dǎo)致塔徑增大和塔頂蒸汽冷凝溫度降低，且必須使用抽真空的設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。降低操作壓力，組分的相對(duì)揮發(fā)度增大，有利于分離。加壓操作可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝，冷卻費(fèi)用。 ： 精餾可在常壓，