【正文】 u s / ???? 提餾段： smAVu s / 39。 3）孔中心距 相鄰兩篩孔中間的距離稱為孔中心距，設(shè)計推薦值為4~3/ 0 ?dt 。而篩孔加工一般 30 使用沖壓法，在這里考慮加工的可能性應(yīng)使 ? 小于孔徑 0d 。這里取篩孔直徑 mmd 40 ? 。小塔一般為 30～ 50mm，這里取 mWc ? 。 ?? ss WW 。 溢流堰前的安定區(qū)寬度 sW =70～ 100mm 進口堰后的安定區(qū)寬度 ?sW =50～ 100mm 由于本設(shè)計中的塔徑較?。?D? 2m），因此安定區(qū)的寬度要相應(yīng)取較小的值。 （ 1）塔板布置 ① 塔板的分塊 因 D≤ 2021mm，故塔板采用整塊式。 ? 。 ④ 受液盤 同精餾段采用凹形受液盤，深度 mmhW 5039。039。39。0 ??? smu ,則 mulLhWh 360000 39。39。0h 降液管底隙高度應(yīng)低于出口堰高度，才能保證降液管底端有良好的液封，由公式39。 ?? ????? ＞ s5 故降液管設(shè)計合理。 39。239。39。 ?DlW ,查圖 12 得： 39。dW 和截面積 39。 ????????????? 對于平直堰板上液層高度 Lh 一般在 50～ 100mm，這里取 , mmhL 65? ， 故 mh W 0 5 1 6 39。39。 ?E ? ? mlLEhWhOW 323239。 39。10 00 ?????????WhOW lLEh 339。39。OWh 用弗 蘭西斯公式計算，即 3239。39。 ? 。對于 600mm以上的塔，多采用凹形受液盤。 27 ⑤ 受液盤 凹形受液盤既可在，深度 mmhW 5039。設(shè)計中取 10 ???? smu ， 則 mulLh Wh 339。 圖 12 弓形降液管的參 數(shù) [12] ④ 降液管底隙高度 0h 降液管底隙高度應(yīng)低于出口堰高度，才能保證降液管底端有良好的液封，由公式39。 在工業(yè)塔中堰高 Wh 一般為 ～ ，即假設(shè)的板上液層高度符合要求。 因此，本設(shè)計也是用單溢流的方式。液體流徑較長，踏板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。 因此，本設(shè)計使用弓形降液管。降液管有圓形與弓形兩類。0 ??? （ 3）精餾塔有效高度計算 精餾段有效高度 mHNZ T )111()1 ?????? 精精 （ 提餾段有效高度 mHNZ T )115()1 ?????? 提提 （ 在進料板上方開一人孔，其高度為 。 塔截面積為 222 mDAT ???? ?? 實際空塔氣速 為：精餾段 smAVuTs / ??? 提餾段 smAVu Ts / 39。D =D ，故塔徑為 。? 。39。 ?????? smuu muVD s 39。m a x ?????? ???? smCVVL???? 取安全系 數(shù)為 ，則空塔氣速為 139。 ???????????????? LCC ? 139。20 ?C 39。39。 ?????? ? sLMLLLmLms / 39。則精餾段的塔徑為 mD ? 。 由上述計算可知液體的表面張力 20C 不為標(biāo)準(zhǔn)值 20mN/m,則應(yīng)按下式進行校正，即 22 ???????????????? LCC ? smCVVL / a x ????? ? ??? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 smuu / m a x ???? muVD s ????? ?? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 mD ? 。? 塔徑的計算 (1)精餾段塔徑計算 21 精餾段氣、液相體積流率為 sLVMVVmVms / ????? ? sLLMLLmLms / ?? ??? ? 由VVLC ? ??? ??m ax ，式中 C 由 20 ??????? LCC ? 計算，其中的 20C 由下圖查?。? 圖 9 史密斯關(guān)聯(lián)圖 ??10 圖的橫坐標(biāo)為 2121 ????????????????VLssVL ?? 一般選取板上液層高度在 ～ ，在此處取 mhL ? 。 ????? mkgLm? (5)液體平均表面張力的計算 表 8 苯和甲苯純組分的表面張力 t/℃ 80 90 100 110 120 ]/[ mmN苯? 20 ]/[ mmN甲苯? ①塔頂液相平均表面張力 20 由 ?Dt ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： mmNmmN / ?? 甲苯苯 ?? mmNLD /)( 7 4 ??????? ②進料板液相平均表面張力 由 ?Ft ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： mmNmmN /?? 甲苯苯 ?? m/).2 8 2 201(4 3 8 2 20m NLF ??????? ③塔底液相平均表面張力 由 105?Wt ℃，查上表 8 由內(nèi)插法得： m/?? 甲苯苯 ?? m/)(. 0 1 1 80m NLW ??????? 精餾段液相平均表面張力為 mNLm / ???? 提餾段液相平均表面張力為 mNLm / 39。利用安托尼方程 012 1103 0g ??? tP A 913 4508 0g ??? tP B ① 當(dāng)溫度為 ℃時 0g ????AP 0g ????BP 解得 : k p aP A ? ， k p aP B ? 所以 6 0 4 6 5 8 4 0 11 ???? ② 當(dāng)溫度為 ℃時 0g ????AP 0g ????BP 解得 : k p aP A ? k p aP B ? 所以 3 5 3 1 ???? ???? ??? (2)最小回流比的求取 由于是飽和液體進料，有 q=1， q 線為一垂直線，故 Fe xx ? ，根據(jù)相平衡方程有xxxxy P )1(1 ????? ?? 所以當(dāng) ?? Fe xx 時代入上式得 ?ey 最小回流比為 由 )( )(1m inm ineDeD xx yxR R ???? 13 得 )( )()( )(m i n ??????? eFDe yx xyR 回流比為最小回流比的 倍，即 m in ???? RR （ 3)精餾塔的氣、液相流量 hk m olRDL ????精餾段： hk m olDRDLV )1( ??????? hk m olVqFVV )1(, ?????提餾段： hk m olqFLL , ????? (4)操作線方程 精餾段操作線方程 ??????? nDnn xR xRRxy 提餾段操作線方程 00 ,1 ????? mwmm xVWxV xLy 又因為相平衡方程為 xxxxy P )1(1 ????? ?? 所以聯(lián)立操作線方程，由逐板計算法求得理論塔板數(shù)，過程如下： 第 一塊塔板上升的蒸汽組成 9 7 4 ?? Dxy 從第一塊塔板下降的液體組成由 )1( ??????? yyx ??相平衡： 同理如此反復(fù)計算如下表 4 所示 1 2 3 4 5 6 7 8 y x 9 10 11 12 13 14 15 y x 14 總理論板數(shù)為 15 塊（包括蒸餾釜），精餾段理論板數(shù)為 6 塊，第 7 塊板為加料板，提餾段理論板數(shù)為 8 塊，第 15 塊板 ?? wxx 全塔效率的計算 表 5 苯和甲苯的液體粘度 t/℃ 80 90 100 110 120 mPau苯 mPau甲苯 由 得：塔頂溫度 CtD ? ，塔釜溫 度 Ctw 0105? ，全塔平均溫度 Ctm ? 。塔高的確定還與塔頂空間、塔底空間、進料段高度以及開人孔數(shù)目的取值有關(guān)。 （ 6） 板式塔的選擇 板式塔工藝尺寸設(shè)計計算的主要內(nèi)容包括：板間距、塔徑、塔板型式、溢流裝置、塔板布置、流體力學(xué)性能校核、負荷性能圖以及塔高等。而適宜回流比 R 的確定，應(yīng)體現(xiàn)最佳回流比選定原則即裝置設(shè)備費與操作費之和最低，我們使用簡化方法計算各項費用，從而確定回流比一般經(jīng)驗值為 R=(～ ) minR 。 （ 4） 回流比的選擇 除某些特殊體系（對于如乙醇水體系則要特殊處理）外，對于一般體系最小回流比的確定可按常規(guī)方法處理。 （ 3） 操作壓力的選取 7 本設(shè)計采用常壓操作。 （ 2） 加熱方式 本設(shè)計采用間接蒸汽加熱，加熱設(shè)備為再沸器。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻 水，也能減少電能消耗。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計、壓強計，流量計等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。為此，必須具體考慮如下幾點： 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。 雖然篩板塔也 有缺點，但設(shè)計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故在本設(shè)計中采用該種塔型。 2） 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 5） 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 3） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。理由是： 篩板塔的優(yōu)點 ： 1） 篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列 。如表 1 所示 表 1 苯和甲苯的物理性質(zhì) 項目 分子式 分子量 M 沸點（℃） 臨界溫度 ct（℃） 臨界壓強 PC（ kpa ） 苯 A 66HC 78 甲苯 B 356 CHHC ? 92 二 設(shè)計方案簡介 由于板式塔所使用的塔板不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔等等，每種塔型都有優(yōu)缺點。甲苯的粘性為 smpa? ，也就是說它的粘稠性弱于水。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液，密度為 3mg，對光有很強的折射作用（折射率： ）。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。苯難溶于水， 1 升水中最多溶解 苯；但 3 苯是一種良好的有機溶劑，溶解有機分子和一些非極性的無機分子的能力很強。 液體混合物 — 苯和甲苯 苯的沸點為 ℃，熔點為 ℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。精餾的原理是利用液體混合物之間揮發(fā)度的差異， 本設(shè)計的題目是苯 — 甲苯二元物系板式精餾塔的設(shè)計，就是利用精餾的方法 。 1 2021年 3月 13日 西 北 師 范 大 學(xué) 化工原理課程設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號：