【正文】 lKgM D /)( ?????? K mo lKgM W /)( ?????? 對 全塔物料衡算 ： 總物料衡算 ： hKghKgF / 2/24/330 /10340 00 3 ????? 天年天 年 WDF ????? （ 1） 易揮發(fā)組分物料衡算 ： WaDaFa WDF ????? （ 2） 聯(lián)立上式（ 1）、（ 2）得： W180。由于回流比的大小不僅影響到所需理論板數(shù)，還影響到加熱蒸汽和冷卻水的消耗量，以及塔板、塔徑、蒸餾釜和冷凝器的結構尺寸的選擇，因此，適宜回流比的選擇是一個很重要的問題。對于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量 D 一定時， V的大小取決于回流比。 本設計采用間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是：化 工 原 理 課 程 設 計 7 可利用壓力較低的蒸汽加熱以節(jié)省操作費用，并省掉間接加熱設備。本設計 任務書 中已 設定 q=1。進料為過冷液體： q＞ 1；飽和液體（泡點）： q＝ 1；氣、液混合物： 0＜ q＜ 1；飽和蒸氣（露點）： q＝ 0；過熱蒸氣： q＜ 0。 三、 進料熱狀態(tài) 的選擇 進料熱狀態(tài)以進料熱狀況參數(shù) q 表達。因此如果在常壓下操作時，塔頂蒸氣可以用普通冷卻水進行冷卻，一般不采用加壓操作。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來綜合考慮。 流程圖如 圖 二、 操作壓力 的選擇 精餾操作可在常壓、減壓和加壓下進行。塔釜采用間接蒸汽和再沸器共熱。操作 時，連續(xù)的從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一次通過化 工 原 理 課 程 設 計 6 各層塔板。 苯 — 甲苯混合液原料經(jīng)預熱器加熱到指定溫度后送入精餾塔德進料板，在進料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底在肺氣腫。一般塔頂分凝器對上升蒸汽雖有一定增濃作用，但在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時往往采用全凝器，以便于準確地確定回流比。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程時應考慮余熱的利用，注意節(jié)能。 第二章 設計方案的確定及流程說明 一、 裝置流程的確定 精餾裝置有精餾塔、原料預熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設備。 層出不窮的新型塔板結構各具特點，應根據(jù)不同的工藝及生產(chǎn)需要來選擇塔型。為了克服這一不利因素的影響，設計了斜向噴射的舌形塔板、斜孔板、垂直篩板、浮舌塔板、浮動噴射塔板等不同的結構形式，有些塔板結構還能減少因水力梯 度 造成的氣體不均勻分布現(xiàn)象。 浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)， 但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。 （ 5）塔的造價低。 （ 4）氣體壓 強降及液面落差較小。 （ 3）塔板效率高。 （ 2） 操作彈性大。浮閥塔具有下列優(yōu)點： （ 1）生產(chǎn)能力大。 T型浮閥的性能與 F1 型浮閥相近，但結構較復雜，適于處理含顆?；蛞拙酆系奈锪?。 V4型浮閥適用于減壓系統(tǒng)。 V4 行浮閥如圖所示，其特點是閥孔沖成向下彎曲的文丘里形，以減小氣體通過塔板時的壓強降。 F1浮閥又分輕閥與重閥兩種：重閥采用 2mm 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 33g；輕閥采用厚度為 的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為 25g。當氣量很小時，氣體仍能通過靜止開度的縫隙而鼓泡。 操作時，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板間的間隙而與板上橫流的液體接觸。當氣速很低時，靠這三個定距片 使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板間始終保持 的開度供氣體均勻的流過，避免了閥片啟閉不勻的脈動現(xiàn)象。 F1 型 V4型 A 型 化 工 原 理 課 程 設 計 4 十字架型 方形浮閥 圖 三 ：浮閥塔板 F1 型浮閥（國外稱為 V1型 ）如圖所示。 浮閥塔板的結構特點是在塔板上開有若干大孔（標準孔徑為 39mm），每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥門 。過去由于對篩板的性能研究不充分，認為操作不易穩(wěn)定而未普遍應用，直到 20 世紀 50 年代初對篩板塔的結構、性能作了較充分的研究， 認識到只要設計合理、操作正確，同樣可獲得較滿意的塔板效率和一定的操作彈性，故近年來篩板塔的應用日趨廣泛。主要缺點是：操作彈性小，篩孔小時容易堵塞。在正常的氣速操作下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為 3~8mm,篩孔在化 工 原 理 課 程 設 計 3 塔板上作正三角形排列 .塔板上設置溢流堰 ,使板上能維持一定厚度的 液層。目前仍有采用的。 泡罩塔的優(yōu)點是：因升氣管高出液面 ，不易發(fā)生漏夜現(xiàn)象，有較好的操作彈性，即當氣液流量有較大的波動時，仍能維持幾乎恒定的板效率；塔板不易堵塞，適于處理各種物料。泡罩在塔板上作等邊三角形排列。升氣管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開有許多齒縫。 泡罩塔板結構如圖 一 所示。 在幾 種主要類型錯流塔中，應用最早的是 泡罩塔板，目前使用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔板。塔內(nèi)氣液兩相成錯流流動，即液體橫向流過塔板，而氣體垂直穿過液層，但對整體塔來說，兩相基本上成逆流流動。 按照塔內(nèi)氣液流動的方式，可將塔板分為錯流塔與逆流塔板兩類。 工業(yè)生產(chǎn)中，一般當理物料量較大時多采用板式塔，當要求塔徑在 以下時多采用填料塔。 板式塔內(nèi)設置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、蜂窩狀、泡沫狀或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質(zhì)與傳熱。 二、 塔設備的類型 根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結構型式，可分為板式塔和填料塔兩大類。 一般來說，通量、效率和壓強是互相影響甚至是 互相矛盾的。 從工程目的出發(fā) ,塔設備性能的評價指標如下 : (1)通量 單位塔截面的生產(chǎn)能力 ,表征塔設備的處理能力和允許空塔氣速 ； (2)分離效率 單位壓降塔的分離效果 ,對板式塔以板效率表示 ,對填料塔以等板高度表示 ； (3)適應能力 操作彈性 ,表現(xiàn)為對物料的適應性及對負荷的適應性 。 一、 塔設備的基本功能和性能評價指標 為獲得最大的傳質(zhì)速率 ,塔設備應該滿足兩條基本原則 : (1)使氣液兩相充分接觸 ,適當湍動 ,以提供盡可能大的傳質(zhì) 面積和傳質(zhì) 系數(shù) ,接觸后兩相又能及時完善分離 ； (2)在塔內(nèi)使氣液兩相有最大限度的接近逆流 , 以提供最大的傳質(zhì)推動力。塔設備是化工、石油化工、生物、制藥等生產(chǎn)過程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設備。 32 化 工 原 理 課 程 設 計 1 第一章 概述 高徑比很大的設備稱為塔器。 31 第五章 設計總結及有關問題的分析討論 25 （四）流體力學驗算 24 （二）溢流裝置 21 五、提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算 15 （三）塔板布置 14 （一）塔徑 8 二、精餾段塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算 7 （二）理論塔板數(shù)的計算 7 一、全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定 7 第三章 塔的工藝計算 6 四、加熱方式 6 三、 進料熱狀態(tài)的選擇 5 二、操作壓力的選擇 5 第二章 設計方案的確定及流程說明 3 （四）噴射型塔板 2 （二）篩板 1 二、塔設備的類型 目 錄 第一章 概述 1 一、塔設備的基本功能和性能評價指標 1 （一）泡罩塔板 2 （三）浮閥塔板 5 一、 裝置流程的確定 6 五、回流比的選擇 7 （一）物料衡算 10 三、精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算 14 （二）溢流裝置 16 （四）塔板流體力學驗算 16 （五）塔板負荷性能圖 18 四、提餾段塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算 24 （一）塔徑 24 （三）塔板布置 26 第四章 設計結果一覽表 32 參考文獻 用于蒸餾 (精餾 )和吸收的塔器分別稱為蒸餾塔和吸收塔。 蒸餾和吸收作為分離過程 ,雖基于不同的物理化學原理 ,但均屬于氣液兩相間的傳質(zhì)過程 ,有著共同特點 ,可在同樣的設備中進行操作 。 板式塔的各種結構設計、新型高效填料的開發(fā) ,均是以這兩條原則的體現(xiàn)和展示 。 塔設備在兼顧通量大、效率高、適應行強的 前提下 ,還應該滿足流動阻力低、結構簡單、金屬耗量少、造價低、易于操作控制等要求。對于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)來說，應該在保持高通量前提下，爭取效率不過與降低；對于精密分離來說，應優(yōu)先考慮高效率，而通量和壓強則放在第二位。按塔內(nèi)氣液接觸方式，有 逐級接觸式和微分（連續(xù)）接觸式之分 。在正常操 作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，化 工 原 理 課 程 設 計 2 氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。現(xiàn)在這種局面已有所改變，直徑在 30m以上的填料塔已在工業(yè)生產(chǎn)中運行 。 篩板塔為錯流塔板類型之一。錯流塔板降液管的設置方式及堰高可以控制板 上液體流徑與液層厚度，以期獲得較高的效率。 （一） 泡罩塔板 泡罩塔是應用最早的氣液傳質(zhì)設備之一，長期以來，人們對泡罩塔的性能作了較充分的研究，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中積累了豐富的經(jīng)驗。每層塔板上 開有若干個孔，孔上焊有短管作為上升氣體的通道，稱為升氣管。齒縫一般有矩形、三角形及梯形三種，常用的是矩形?；S中廣泛使用的圓形泡罩的主要結構參數(shù)已系列化。缺點是：塔板結構復雜，金屬耗量大，造價高 ；塔板壓降大，兼因物沫夾帶現(xiàn)象嚴重，限制了氣速的提高，致使生產(chǎn)能力及板效率均較低。 圖一： 泡罩塔 （二） 篩板 篩板結構如圖 二 所示。操作時，上升氣流通過篩孔分散成細小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣夜間密切接觸而進行傳質(zhì) 。 垂直篩板 圖 二 ：篩板塔板 篩板塔的優(yōu)點是：結構簡單，造價低廉，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產(chǎn)能 力及板效率均較泡罩塔高。近年來采用大孔