【正文】 數(shù)，即一個完整的設(shè)計(jì)就初步的確定了。 關(guān)鍵 詞 ：精餾塔，浮閥塔，精餾塔的附屬設(shè)備。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： ⑴ 氣 (汽 )、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，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。 ⑶ 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費(fèi)用。 ⑷ 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 ⑹ 塔內(nèi)的滯留量要小。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時應(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。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－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 、 穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 ⑵ 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 ⑷ 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 ⑵ 操作彈性較小 (約 2～ 3)。 二、精餾塔的設(shè)計(jì)步驟 本設(shè)計(jì)按以下幾個階段進(jìn)行： ⑴ 設(shè)計(jì)方案確定和說明。 ⑵ 蒸餾塔的工藝計(jì)算，確定塔高和塔徑。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。 ⑸ 抄寫說明書。 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 29 頁 二、 精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)方案的確定及概述 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇 — 水混合物。精餾是指由不同揮發(fā)度的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時多次地進(jìn)行部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純態(tài)組分的過程。 設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故采用最小回流比的 倍。 精餾塔物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 乙醇的摩爾質(zhì)量 MA=46 kg/kmol 水的摩爾質(zhì)量 MB=18 kg/kmol 用公式 x=BBAAAA MaMa Ma // /? 求出： xF=40/46/(40/46+60/18)=% xD=92/46/(92/46+8/18)=% xF 為原料液的摩爾分率， xD 為塔頂 產(chǎn)品的摩爾分率 原料液及塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量 MF= 46 +() 18 =MD= 46+() 18= 物料衡算 原料處理量 F= 1050000 3?? =總物料衡算 F=D+W 乙醇的物料衡算 FxF=DxD+Wxw FDFxDx?? ?100%= 聯(lián)立 求解 hk m o lxFxD DF / ????? ? hk m o lDFW / ????? ??????? W DxFxx dfw hk mo lM w /)0 4 (180 4 ?????? 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 29 頁 塔板數(shù)的確定 理論板層數(shù) NT的求取 乙醇 — 水屬理想物系，可采用圖解法求理論板數(shù) 由手冊查得甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 x— y 圖， 如圖 1 圖解法求理論板層數(shù) （ 1）求最小回流比及操作回流比。在圖中對角線上 e(,)作垂線 ef即為進(jìn)料線（ q 線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為 q（ ,） 故最小回流比 5 i n ?? ????? qq qd xy yxR則操作回流比可取 m i n ???? RR 圖中精餾段操作線方程截距 ????? Rxb d （ 2）精餾塔的氣液相負(fù)荷 hk m o lRDL / 8 ???? hk m o lDRV / 4 )()1( ?????? hk m o lFLL / ????? hkm olVV / ?? （ 3）操作線方程 精餾段 ???? xxVDxVLyd 提留段 0 0 3 2 9 3 0 ???? xxVWxVLyw （ 4）圖解法求理論塔板數(shù) 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 29 頁 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 10005101520253035404550556065707580859095100Y Axis TitleX Ax i s T i t l e B 如附圖一，求解結(jié)果為 總理論板層數(shù) NT=24(不包括再沸器 ) 進(jìn)料板位置 NF=16 實(shí)際板層數(shù)的求取 （ 1）全塔效率的計(jì)算 用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算 ET=(μ Lа ) 100% 由相平衡方程xxy )1(1 ??? ??可得)1( )1( yx xy ???? 根據(jù)乙醇 — 水體系相平衡圖查得 6 1 8 ,8 1 8 1 11 ??? xxy d （第一塊板） 0 2 2 ,0 4 ?? ww yx （塔釜） 代入方程得出 1 4 7 ,1 6 5 , 11 ???? ww ????? 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 29 頁 乙醇 水平衡時的 t、 x、 y數(shù)據(jù)（摘于化工工藝設(shè)計(jì)手冊） 平衡溫度 t 100 76． 7 液相乙醇 x 0 28． 18 氣相乙醇 y 0 平衡溫度 t 液相乙醇 x 氣相乙醇 y tx圖 查 tx圖得 CtCtCt wfd ????? 93,`81, 則精餾段平均溫度 Ctm ?? 提留段平均溫度 Ctm ??87 全塔平均溫度 Ctm ??81 在全塔平均溫度下查得 sm P aOH ?? 37 2?， sm P aOHCH ?? 2? 則全塔平均液體粘度 smPaL ?? ? 全塔效率 %)( ?? ??? LTE （ 2） 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 29 頁 精餾段實(shí)際板層數(shù) 28%5616 ??精N 提留段實(shí)際板層數(shù) ??%568提N14 總塔板數(shù) N=42 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 29 頁 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 1 操作溫度的計(jì)算 查 tx 圖得 則精餾段平均溫度 Ctm ??75 提留段平均溫度 87 全塔平均溫度 Ctm ??81 2 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量 ?y 查平衡曲線得 ?x k m o lkgM mVD /9 8 0 9 ????? k m o lkgM mLV /9 8 )9 9 (329 9 ?????? 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量 查 , ?? FF yx k m o lkgM mVF /)( ?????? k m olkgM mLF /)2 3 (322 3 ?????? 塔釜平均摩爾質(zhì)量 查 0 1 6 2 ,0 0 2 ?? WW yx k m olkgM mVW /)0 1 62 (320 1 62 ?????? k m olkgM mLW /)0 0 (320 0 ?????? 精餾段平均摩爾質(zhì)量 k m olkgM mV / ??? 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 29 頁 k m olkgM mL / 2 ??? 提留段平均摩爾質(zhì)量 k m olkgM mV / ??? k m olkgM mL / ??? 3 平均密度的計(jì)算 （ 1） 氣相平均密度的計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程得 RTMP?? 精餾段氣體平均密度 3/0 4 3 ) 7 3(3 1 0 mkgmV ??? ??? 提留段氣體平均密度 3/7 5 6 ) 7 3(3 1 0 mkgmV ??? ??? （ 2） 液相平均密度的計(jì)算iia?? ??1 塔頂： Ctd ?? 查得 33 /,/22 mkgmkg OHCHOH ?? ?? 3/ 4 7 8 5 4 3 1 mkgmLD ???? 進(jìn)料板： Ctf ?? 查得 33 / 2 8,/ 7 222 mkgmkg OHCHOH ?? ?? 2 ??????OHCHa 3/6 3 0 6 3 0 1 mkgmLF ????? 塔釜： Ctw ?? 查得 3/ 582 mkgOH ?? 3/ 5 82 mkgOHLM m ?? ?? 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 29 頁 則精餾段液相平均密度： 3/ 52 4 mkgmL ???? 提餾段液相平均密度： 3/ 02 2 mkgmL ???? 4 液相平均表面張力計(jì)算 （ 1） 塔頂：由 Ctd ?? 查得 mmNmmN OHCHOH /,/22 ?? ?? mmNmLD / 0 9 ?????? （ 2） 進(jìn)料板： Ctf ?? 查得 mmNmmN OHCHOH /,/22 ?? ?? mmNmLF / 6 5 3 4 ?????? （ 3） 塔釜： Ctw ?? 查得 mmNmmN OHCHOH /,/22 ?? ?? mmNmLW /)0 0 ( 0 ??????? 精餾段液相平均表面張力： mmNmL / ???? 提餾段液相平均表面張力： mmNmL / ???? 5 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即 iiL xm ?? lglg ?? （ 1） 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由 Ctd ?? 查得 sm P asm P a OHCHOH ???? ,22 ?? smP aL DmL Dm ??????? ?? （ 2） 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 Ctf ?? 查得 sm P asm P a OHCHOH ???? ,3 5 22 ?? smP aL F mL F m ???????? )( ?? （ 3） 塔釜液相平均粘度 Ctw ?? 查得 sm P asm P a OHCHOH ???? ,2 8 22 ?? smP aL W mL W m ??????? ?? 精餾段液相平均粘度 : sm P aLm ???? ? 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 29 頁 提餾段液相平均粘度 : sm P aLm ???? 30 28 ? 精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算 （ 1） 精餾段 精餾段的氣液相體積流率： smVMV VmVms / 3????? ? smLML LmLms / 3????? ? 最大空塔氣速VVLCu ? ?? ??max ,其中 )( ?CC ? ， 20C 可由斯密斯關(guān)聯(lián)圖查得。 則氣體負(fù)荷因子 ) ( ???? ?C 最大空塔氣速 smu /2 8 4 2 0 4 2 7 50 8 3 m a x ???? 取安全系數(shù)為 ，則 smuu /3 6 9 8 m a x ???? 塔徑 muVD S 6 0 6 9 3 8 0 39。 橫坐標(biāo) 0 5 8 1 7 5 6 8 04 1 5 0 0 7 0 8 ????? VLsslv VLF ?? 取板間距 mHT ? ，板上清液層高度 mhL ? ，則 mhH LT ?? ，查斯密斯圖得 ?C 。 ????? ?? 按照標(biāo)準(zhǔn)塔 徑規(guī)整后 mD ? 塔截面積為 222 2 8 2 mDAT ????? ?? 實(shí)際空塔氣速： smAVu Ts /4 7 8 2 4 1 5 ??? 精餾塔有效高度的計(jì)算 化工原理課程設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 29 頁 精餾段有效高度： )1( ??????? NZ 提餾段有效高度： )1( ??????? NZ 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為 ，則精餾塔的有效