【正文】 液層高度m作為液相負(fù)荷下限條件，先計算出的下限值，依次作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。s1(m3/s)　　　　(3)液相負(fù)荷上限線關(guān)系式液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中液體的停留時間不小于3～5。精餾段LS1(m3/s)Vs1(m3/s)　　　　提餾段L39。因為 ， ，其中 將上式分別代入，得到：因物系一定塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則及等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即 式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值。S(m3/s)V39。① 精餾段：整理得：=+，即=由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個值求出②提餾段整理得：=+，即=計算出的、見下表。（2）提餾段查表可知：K=，泛點率=泛點率=根據(jù)上兩式計算出泛點率都在80％以下，故可知物沫夾帶能夠滿足的要求。若上二式之一算得的泛點率不在規(guī)定的范圍以內(nèi)，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，如板間距、塔徑等，并重新計算。此比值稱為泛點百分?jǐn)?shù)，或稱泛點率。（2） 提餾段①單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?（m）②液體通過液體降液管的壓頭損失：=()=*=（m）③板上液層高度 則因為＝，所以＝*（+）=（m）可見，所以符合防止液泛的要求。為碳?xì)浠衔飼r，=～。因，故：=*=（m）(2) 板上充氣液層阻力 一般用下面的經(jīng)驗公式計算= 式中，—板上液層高度，m； —反映板上液層充氣程度的因數(shù)，稱為充氣因數(shù)，無量綱，液相為水時，=。習(xí)慣上，常把這些壓強降折合成塔內(nèi)液體的液柱高度表示，故上式又可寫成 式中，是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=，m是與相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?，m①精餾段(1) 干板阻力 氣體通過浮閥塔板的干板阻力，在浮閥全部開啟前后有著不同的規(guī)律。按N=重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)：閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在913范圍內(nèi)。塔板開孔率=②提餾段取浮閥動能因子=12，則孔速為： =（m/s）每層塔板上浮閥數(shù)目為：按, ，用AutoCAD畫圖，得閥數(shù)249個。故在本次課程設(shè)計中，采用等腰三角形叉排。對于整塊式塔板，多采用正三角形錯排，孔心距t為75～125mm。選用閥孔也可按等腰三角形排列，此時多固定底邊尺寸B，例如B為70、780、90、100、110（mm）等。閥孔一般按正三角形排列，常用的中心距有7100、12150（mm）等幾種，它又分順排和叉排兩種，通常認(rèn)為錯排時的接觸情況較好，采用較多。（2）浮閥數(shù)目與排列①精餾段：取浮閥動能因子=12，則孔速為： =（m/s）每層塔板上浮閥數(shù)目為：為簡便起見，有時運用式子= 來確定① 精餾段：取降液管底隙的流速則② 提餾段：取降液管底隙的流速則因為不小于20mm，故滿足要求。根據(jù)經(jīng)驗，一般取。但若過大，氣體又可能通過底隙竄入降液管，故一般底隙應(yīng)小于溢流堰高，以保證形成一定的液封，一般不應(yīng)低于6mm，即。 降液管底隙高度h0降液管下端與受液盤之間的距離稱為底隙，以表示。為此液體在降液管內(nèi)的停留時間不應(yīng)小于3～5s，對于高壓下操作的塔及易起泡沫的系統(tǒng)，停留時間應(yīng)更長些。實際上，在塔徑D和板間距一定的條件下，確定了溢流堰長，就已固定了弓形降液管的尺寸。堰高則由板上液層高度及堰上液層高度而定。對單溢流，一般取為（～）D,其中D為塔徑。C值可由Smith關(guān)聯(lián)圖查得：在關(guān)聯(lián)圖中，橫坐標(biāo)為；參數(shù)反映了液滴沉降空間高度對負(fù)荷因子的影響（為板間距，為板上液層高度） 圖41Smith關(guān)聯(lián)圖（1） 精餾段由u=()* ,式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出；橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：HT=，=，則HT=（m）查圖可知,=*=（m/s）（m/s）橫截面積：，空塔氣速（2） 提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：HT=，=，則HT=（m）查圖可知,=*=（m/s）（m/s）圓整：，橫截面積：空塔氣速溢流裝置包括降液管、溢流堰、受液盤等幾個部分，它們都是液體的通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對塔的性能有著非常重要的影響，因此它的設(shè)計就顯得極為重要。對于不發(fā)泡的物系，可取較高的安全系數(shù)，對于直徑較小及減壓操作的以及嚴(yán)重起泡的物系，應(yīng)取較低的安全系數(shù)。表觀空塔氣相速度（按全塔截面計）按下式進行計算： 安全系數(shù)＝（～）。=℃， =（kg/） ， =（kg/）同理：=℃，=（kg/） =（kg/）在精餾段：液相密度： = =（kg/）氣相密度：（kg/）在提餾段：液相密度： = =（kg/）氣相密度：=*=（kg/）下式中表w、o、s分別代表水、有機物及表面部分，、指主體部分的分子數(shù)，、為主體部分的分子體積，、為純水、有機物的表面張力，對乙醇q=2。取R= =*=、液相負(fù)荷由于進料方式為冷液進料進料，故： 采用如圖解法求理論板層數(shù)0求解結(jié)果為：總理論板層數(shù)NT=19，其中NT，精=15，NT，提=4，進料板位置NF=16(1)精餾段α=，μ=（mpa*s）精餾段實際板層數(shù) N精=15/=32，同理：提餾段實際板層數(shù) N提=4/=10總實際板數(shù) NP=N精+N提=32+10=42實際進料板為第33塊板。當(dāng)R繼續(xù)增加時，塔板數(shù)固然仍隨之減少，但已較緩慢。K，故原料液的平均比熱容為則進料熱狀況為則q線方程為：乙醇和水的汽化熱和熱容表溫度乙醇水汽化熱熱容汽化熱熱容kJ/kgkJ/kJ/kgkJ/001020304050607080901000故最小回流比為：=b. 實際回流比在實際操作中，常取最小回流比的（～）倍作為實際回流比，在本設(shè)計系統(tǒng)中，當(dāng)回流比最小時，塔板數(shù)為無窮大，故設(shè)備費為無窮大。故原料液的汽化熱是進料溫度為30℃，℃，故平均溫度為℃時，因為是冷液體進料，指定原料液溫度為30℃，℃。 工藝流程圖 已知：原料處理量105000噸/年乙醇產(chǎn)品； 原料液中含乙醇有24%（質(zhì)量），其余為水； 設(shè)備的年運行時間平均為7200h； 餾出液中的乙醇含量為93%（質(zhì)量）； 釜液中的乙醇含量不高于1%（質(zhì)量）； 回流比R自選； 進料狀況：冷液進料 q﹥1； 操作壓力：常壓() ； 加熱方式：直接蒸汽加熱，蒸汽壓力為 ~； 冷卻水進口溫度：30℃，出口溫度自定。因此，我們應(yīng)通過經(jīng)濟衡算來在兩個極值之間選擇一個適宜的回流比來進行操作。 回流比回流比的上限為全回流時的回流比，下限就是最小回流比。 加熱方式直接蒸汽加熱可利用壓力較低的蒸汽加熱，而且能節(jié)省費用。 進料狀態(tài)進入精餾塔的原料液可能有5種熱狀況，由于不同的進料狀態(tài)，上升到精餾段的蒸汽量和下降到提餾段的液體量會發(fā)生變化。 操作壓力精餾可在常壓、加壓或減壓下進行，用哪種方式是通過處理的物料的性質(zhì)及技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的和理性來綜合考慮確定的。浮閥塔是開發(fā)的一種新塔型，廣泛應(yīng)用于精餾、吸收和解吸等過程。 設(shè)計方案 塔類型的選用本次設(shè)計方案的任務(wù)是設(shè)計一種精餾塔，來實現(xiàn)分離乙醇—水混合物。應(yīng)用于蒸餾、吸收和除塵等。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，發(fā)展了環(huán)流篩板；克服篩板在低負(fù)荷下出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，設(shè)計了板下帶盤的篩板；減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距，制造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡臺代替進口堰，塔板上開設(shè)氣體導(dǎo)向縫的林德篩板。氣體（或蒸氣）由塔底進入，經(jīng)篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，并相互作用。（3）篩板塔扎板塔的一種，內(nèi)裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒有溢流管。浮閥塔有活動泡罩、圓盤浮閥、重盤浮閥和條形浮閥四種形式。塔結(jié)構(gòu)簡單，制造費用便宜，并能適應(yīng)常用的物料狀況，是化工、煉油行業(yè)中使用最廣泛的塔型之一。浮閥的閥片可以浮動，隨著氣體負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)其開啟度，因此，浮閥塔的操作彈性大，特別是在低負(fù)荷時，仍能保持正常操作。又因氣體在閥片下側(cè)水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間。當(dāng)篩孔氣速高時，閥片被頂起上升，空速低時，閥片因自身重而下降。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用。上升氣體通過齒縫進入液層時，被分散成許多細(xì)小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質(zhì)提供大量的界面。操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之中而形成液封。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩塔廣泛用于精餾和氣體吸收。操作時，液體由塔的上部連續(xù)進入，經(jīng)溢流管逐板下降，并在各板上積存液層，形成液封；蒸汽（或氣體）則由塔底進入，經(jīng)由泡罩底緣上的齒縫或小槽分散成為小氣泡，與液體充分接觸，并穿過液層而達液面，然后升入上一層塔板。（1）泡罩塔通常用來使蒸氣（或氣體）與液體密切接觸以促進其相互間的傳質(zhì)作用。操作時（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下，自上而下依次流過各層塔板，至塔底排出；氣體在壓力差推動下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。 板式塔簡介板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成。常用的有泡罩塔、填料塔、篩板塔、淋降板塔、浮閥塔、凱特爾塔、槽形塔（S型塔）、舌型塔、穿流柵板塔、轉(zhuǎn)盤塔以及導(dǎo)向篩板塔等。并按其所能承受的壓力進行設(shè)計。用以使氣體與液體、氣體與固體、液體與液體或液體與固體密切接觸，并促進其相互作用，以完成化學(xué)工業(yè)中熱量傳遞和質(zhì)量傳遞過程。塔設(shè)備是石油、化工、醫(yī)藥、輕工等生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，在塔設(shè)備內(nèi)可進行氣液或液液兩相間的充分接觸，實施相間傳質(zhì)，因此在生產(chǎn)過程中常用塔設(shè)備進行精餾、吸收、解吸、氣體的增濕及冷卻等單元操作過程。繪制精餾塔的裝配圖一張（一號圖紙）。輔助裝置的設(shè)計和選型；估算冷卻水用