【正文】 LFM K g K m ol? ? ? ? ?； 塔底液相平均摩爾質(zhì)量 0 .0 3 7 8 .1 1 0 .9 7 9 2 .1 3 9 1 .7 1 /LWM Kg Km o l? ? ? ? ?； 塔底氣相平均摩爾質(zhì)量 91 .7 1 /V W LWM M K g K m ol?? 。 塔內(nèi)進料板處的壓力為 1 1 1 .3 2 5 0 .6 6 6 5 1 3 1 1 9 .9 9p K p a? ? ? ?； 精餾段的平均壓力為 1 (1 1 1 .3 2 5 1 1 9 .9 9 ) / 2 1 1 5 .6 6mp Kp a? ? ?； 提餾段的平均壓力為 2 (12 7. 99 11 9. 99 ) / 2 12 3. 99mp K pa? ? ?。 精餾段氣相平均密度 31 / ( )V K g m? ?????； 提餾段氣相平均密度 32 / ( )V K g m? ?????。 精餾段氣相體積 31 (1 .9 1 1 ) 7 3 2 0 .3 1 / 3 .1 0 6 8 7 4 .4 7 /V m h? ? ? ?； 提餾段氣相體積 32 (1 .9 1 1 ) 7 3 2 0 .3 1 622/ 3 .4 2 /2 .4 9V m h? ? ? ?； 精餾段液相體積 31 8041. .49 1 7 3 32 0 .3 1 7 71/ 3 /.L m h??? ； 提餾段液相體積 32 (1 7 0 0 0 1 .9 1 7 3 2 0 .3 7 8 1 .1 3 3 9 .1 6 /5)/L m h? ? ? ?。 查圖 [7]，塔頂 84℃ 下， .A mN m? ?? ， .B mN m? ?? ，可得塔頂液相平均表面張力 10 .9 7 2 0 .7 8 0 .0 3 2 1 .2 8 2 0 .8 0 .m N m? ?? ? ? ? ?頂 ； 進料板 93℃ 下， .A mN m? ?? ， .B mN m? ?? ，可得進料板液相平均表面張力 10 .6 8 9 1 9 .7 2 0 .3 1 1 2 0 .2 1 1 9 .9 8 .m N m? ?? ? ? ? ?進 ； 塔底 120℃ 下， .A mN m? ?? ， .B mN m? ?? ，可得塔底液相平均表面張力10 .0 3 1 6 .2 0 .9 7 1 7 .0 1 6 .9 8 .m N m? ?? ? ? ? ?底 。 全塔熱量衡算 （ 1）塔頂 ① 塔頂冷負荷 塔頂回流為過冷回流，不同于全塔回流比，因此，應先求出冷回流比。 查苯、甲苯的焓圖 [8]，得塔頂 84℃ 下，氣相苯焓值 /AH K J K m ol? ，甲苯 /BH K J K m ol? ，可得 1 0 .9 7 4 4 4 2 5 .2 2 0 .0 3 6 1 6 4 6 .0 3 4 4 9 4 1 .8 4 /VH KJ Km o l? ? ? ? ?； 同 理 ， 84 ℃ 下 ， 液 態(tài) 苯 的 焓 值 /AH K J K mol? ， 甲 苯 /BH K J K m ol? ，可得10. 97 13 88 2. 88 0. 03 27 16 2. 78 14 28 1. 28 /LH KJ Km ol? ? ? ? ?； 冷 凝 罐 條 件 45 ℃ 下 ， 苯 的 焓 值 84 93 .0 6 /AH K J K m ol? ，甲苯 /BH K J K m ol? ，可得0. 97 84 93 .0 6 0. 03 20 61 2. 89 88 56 .6 5 /LDH K J K m ol? ? ? ? ?。由 Txy 相圖可以讀得，塔頂組成的飽和液相溫度為 ℃ ，查苯、甲苯焓圖，可得全凝器出口焓值，苯 /AH K J K m ol? ，甲苯 25 04 3. 7 /BH K J K m ol? ，出口飽和液 體焓值 0 .9 7 1 3 3 9 2 .9 0 .0 3 2 5 0 4 3 .7 1 3 7 4 2 .4 2 /H KJ Km o l? ? ? ? ?飽 。 ③ 冷卻劑的用量 冷卻劑選用水，取冷卻劑的出口溫度為 45℃ ,。塔底產(chǎn)品帶出的熱量 61 0 5 .5 5 3 3 2 8 9 .2 7 3 .5 1 1 0 /LWQ W H K J h? ? ? ? ?底 ?？傻眠M料帶入的熱量 61 9 8 .7 6 2 2 6 6 9 .6 6 4 .5 1 1 0 /Q F H K J h? ? ? ? ?進 進 。 （ 6）再沸器 由全塔熱量衡算，得 B L D L W CQ D H W H Q Q F H? ? ? ? ? 進損，代入數(shù)值，解得再沸器的熱負荷 10 /BQ KJ h?? 。 熱量衡算結果如表 3。 苯和甲苯為非起泡體系，可初步選定塔板間距 ? ，板數(shù)清液層高度為? ，然后結合塔徑進行校核。 表面張力校正系數(shù) 0 .2 0 .22 0 .3 9( ) ( ) 1 .0 0 3 82 0 2 0m?? ? ? ?，得 0 0 .0 9 1 1 .0 0 3 8 0 .0 9 1 4CC ?? ? ? ?，可得 m a x 08 0 4 .4 3 3 .1 00 .0 9 1 4 1 .4 6 9 /3 .1 0LVVu C C m s???? ?? ? ??？傻盟? 3 6 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 2/ 4 1 .3 868D V u m?? ? ? ? b、提餾段 代入數(shù)據(jù)，得最大允許氣速 m a x7 8 1 . 1 3 4 6 1 . 4 6 13 9 . 6 5 7 8 10 . 0 5 5 9 . 8 1 0 . 4 5 3 . 4 2 /3 . 4 2123 . 4 2. 1 3 4 66 2 2 2 . 4 9u m s????? 與精餾段相同，取 ? ， ? ，得適宜的流通截面上的氣速 m a x 1. 0 0. 1. 46 1 1. 19 882 /nau K K u m s? ? ? ? ? ? ? 取 1 .10 8 1 .9 8/0. 07nuu ms? ? ? ?，可得塔徑 4 6 2 2 2 .4 9 / 3 6 0 0 / 3 .1 4 / 1 .4 0/ 4 1 .4 378D V u m?? ? ? ? 綜上，兩種方法分別對精餾段和提餾段計算，得到 4 個不同的塔徑，應取其中較大者，進行圓整，即 ? ，圓整后為 ，此時，塔內(nèi)的氣速為 2 268 74 .4 7 / 36 00 / 0. 78 5 / 1. 6 0 9) .4 // 5( muV sD?? ?? 三、塔板設計 溢流裝置的設計計算 溢流裝置包括降液管、溢流堰和受液盤等幾部分，其結構和尺寸對塔的性能有重要影響，是決定塔板負荷能力的一個重要因素。 （ 1）板上液流型式的選擇 對有溢流的板式塔，常用的塔板流動型式有單流型、雙流型、回流型及其他流型。塔徑為 1600mm，提餾段液相負荷為 ，板上液流可選用單流型。 ① 堰 長 wl ： 單 流 式 塔 板 的 堰 長 一 般 為 塔 徑 的 60%80% ， 可 取0. 7 0. 7 1. 6 1. 12wl D m? ? ? ?； ② 堰高 wh ：常壓和加壓塔，一般取堰高為 40 60wh mm?? ，可選堰高 50wh mm? ； ③ 溢流堰的形式：一般采用平口堰，只有當堰上液層高度 owh 很小時，才改用齒行堰。 （ 3）降液管面積 dA 及寬度 dW 對于弓形降液管，由前面選取的 / ? ，查化工原理課程設計附錄七弓形函數(shù)表，可得 / ? ， / ? ，可分別求得降液管寬度 ? ，降液管 面積 ? 。對于直徑較大的塔，特別是有測線抽出時，則須選用凹形受液盤，這樣可以保證測線抽出的連續(xù)、均勻性，還可以造成正液封，且有利于起泡的分離。此外，停工時，為排進板上的存液，在受液盤上應開有淚孔。 （ 5）降液管底隙高度 bh 為了使液體順利地流到下層塔板，防止沉積物及堵塞，降液管的底隙必須足夠大。 浮閥塔板結構參數(shù)的確定 （ 1）浮閥形式的選擇 浮閥的形式很多，可分為圓盤形及條形兩種，其中前者的使用叫廣泛，本塔選用圓盤形浮閥中的 F1 型浮閥。常用材料為1Cr13Ni9Ti 合金鋼。由于輕閥慣性小，振動頻率高，滯后時間長，故本塔選用重閥。由于叉排時，塔板上氣液兩相的接觸較為理想，鼓泡均勻，因此，本塔選用叉排形式。 （ 3）開孔率 浮閥塔板的開孔率 Φ 是指閥孔總面積與塔板總面積之比，即： 0 100%T? ??閥 孔 總 面 積 （ A ）塔 板 總 面 積 （ A ） 開孔率是浮閥塔板的一項重要參數(shù)：開孔率過大，則容易產(chǎn)生漏液；過小則壓降過高，且不利于兩相均勻接觸?？扇”舅拈_孔率為 14%，則閥孔總面積 220 1 4 % 0 .7 8 5 1 .6 0 .2 8 1 3Am? ? ? ?，塔頂?shù)谝粔K板的氣相密度為 311 1. 32 5 78 .5 3 2. 95 /8. 31 4 ( 84 27 3. 15 )V Kg m? ?????，對塔頂?shù)谝粔K板做 物 料 衡 算 ， 可 得 1 DV L D??， 故 塔 頂 第 一 塊 板 的 氣 相 流 量 為31 ( ) / (1 5 1 .2 1 9 3 .2 2 ) 7 8 .5 3 / 2 .9 5 6 5 1 6 .6 7 /D m VV L D M m h?? ? ? ? ? ?，進而可得閥孔氣速為 0 6 5 1 6 .6 7 / 3 6 0 0 / 0 .2 8 1 3 6 .4 3 /u m s??。假定閥孔動能因數(shù)為 0 10F? ，可得適宜閥孔氣速為 00 / 1 0 / 2 .9 5 5 .8 3 /Vu F m s?? ? ?，閥孔總面積20 6 5 1 6 . 6 7 / 3 6 0 0 / 6 . 9 6 0 . 3 1 0 6Am??，開孔率0/ 0 .3 1 0 6 / 2 .0 0 9 6 1 5 .5 %TAA? ? ? ?，大于經(jīng)驗值的上限，不合適。 ③由適宜閥孔氣速求得開孔率 適宜的閥孔氣速應當?shù)?于或大于臨界閥孔氣速。對于 F1重閥，臨界閥孔氣速為 ( ) ( )cVu ?? 同樣以塔頂?shù)谝粔K板為例，可得臨界閥孔氣速為 0 /u m s? ，則閥孔總面積為20 ? ，進一步可得開孔率為 0 .2 6 0 1 / 2 .0 0 9 6 1 2 .9 %? ??。 塔板布置 （ 1）區(qū)域的劃分初步選定了塔板的結構參數(shù)之后，便可以進一步作出塔板的布置圖。如果有幾排浮閥離塔壁過遠，以致會造成液體走短路，則可適當設置擋板。 圖 7 塔板各區(qū)域的分布情況 （ 2）浮閥數(shù)的確定 由浮閥的開孔率及閥孔氣速，可得浮閥總數(shù) 0 2 3 2006 8 7 4 .4 7 / 3 6 0 0 1 5 1 .1 13 .1 4( 4 8 1 0 ) 6 .9 944aVNdu? ?? ? ?? ? ? 圓整為 152。 代入，得塔板有效面積 2 2 2 1 24 7 1 . 22 [ 4 7 1 . 2 7 0 0 4 7 1 . 2 7 0 0 s in ( ) ] 1 2 1 1 5 2 3 . 0 9 2700aA m m?? ? ? ? ? ? 取等腰三角形的底邊長 75S mm? ，則可得排間距（等腰三角形的高）為 01211523. 092 7 4 .7 91 5 2 7 5aAt m mNS? ? ?? 可進一步求得與液流垂直方向的浮閥排數(shù) ( 2 2 ) 1 6 0 0 ( 2 2 2 8 . 8 2 1 0 0 )1 1 1 3 . 6 07 4 . 7 9dD W Zn t?? ? ? ? ?? ? ? ? ? 由上述數(shù)據(jù)，可在方格紙上繪制塔板布置草圖，從而確定塔板上的實際閥孔總數(shù) 0N 。故第二塊塔板的氣相平均摩爾質(zhì)量 0 .9 5 3 7 8 .1 1 (1 0 .9 5 3 ) 9 2 .1 3 7 8 .7 7 /VM Kg Km o l? ? ? ? ? ?，塔頂?shù)诙K板的液相組成為 0 .9 2 8 7 8 .1 1 (1 0 .9 2 8 ) 9 2 .1 3 7 9 .1 1 /LM Kg Km o l? ? ? ? ? ?。 ② 開孔率 a、直接選取開孔率的經(jīng)驗值 選取開孔率為 14%?? ，則閥孔總面積為 20 1 4 % 2 .0 1 0 0 .2 8 1TA A m?? ? ? ?，閥孔氣速為 0 2 0/ 7 1 6 5 .0 1 / 3 6 0 0 / 0 .2 8 1 7 .0 7 /u V A m s? ? ?。 c、由閥孔動能因數(shù)的經(jīng)驗值推算開孔率 首先假定塔頂?shù)诙K板的閥孔動能因數(shù)為 00 / 1 0 / 2 .9 7 2 5 .8 0 /Vu F m s?? ? ?，閥孔的總面積為 20 7 1 6 5 . 0 1 / 3 6 0 0 / 5 . 8 0 0 . 3 4 3 1Am??，開孔率0 . 3 4 3 1 / 2 . 0 0 9 6 1 7 . 1 %???，大于 15%，不合理。 ③ 塔板布置 a、區(qū)域的劃分 破沫區(qū)、液體分布區(qū)及邊緣區(qū)的尺寸與塔頂?shù)谝粔K塔板的選取相同。 對浮閥塔板，塔板