【正文】 、篩板塔及泡罩塔。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 7 第一節(jié) 概述 精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求 精餾所進(jìn)行的是氣 (汽 )、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣 (汽 )、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣 (汽 )、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度。 （ 2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 （ 2）操作彈性較小 (約 2～ 3)。 （ 2）塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 （ 4）液面梯度小。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。根據(jù)給定任務(wù)，對(duì)精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。 ⑶塔板設(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計(jì)算。 ⑷管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與 選型，如再沸器、冷凝器。 ⑹繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。在化工設(shè)計(jì)中有很多加料狀態(tài)，這次設(shè)計(jì)中采用氣液混合物進(jìn)料。 由于泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)塔的制 造比較方便，而其他進(jìn)料方式對(duì)設(shè)備的要求高，設(shè)計(jì)起來(lái)難度相對(duì)大，所以采用泡點(diǎn)進(jìn)料。 冷卻劑與出口溫度 選全凝器，塔頂出來(lái)的氣體溫度不高。 熱能的利用 熱量衡算求取塔頂 冷凝器、冷卻器的熱負(fù)荷和所需的冷卻水用量；再沸器的熱負(fù)荷和所需的加熱蒸氣用量； 確定設(shè)計(jì)方案的原則 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 甲苯混合物。設(shè)計(jì)中采用氣液混合物進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至溫度后送入精餾塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。流程參見(jiàn)附圖。在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要選定回流比。 即： 0lg ptC?? ? ? ? 00ABpp?? 因?yàn)榧妆降恼７悬c(diǎn)為 ℃，苯的沸點(diǎn)為 ℃。 此取 10 個(gè)溫度點(diǎn)： 82℃、 84℃、 86℃、 88℃、 90℃、 94℃、 96℃、 100℃、 104℃、 108℃分別代 入下式： 苯： lg 0Ap = ?t 甲苯： lg 0Bp = ?t 將結(jié)果匯表得： t/℃ 82 84 86 88 90 94 96 100 104 108 0Ap 0Bp ? 則全塔平均相對(duì)揮為 2 . 5 7 0 + 2 . 5 5 2 + 2 . 5 3 4 + 2 . 5 1 6 + 2 . 4 9 9 + 2 . 4 6 6 + 2 . 4 4 9 + 2 . 4 1 7 + 2 . 3 8 7 + 2 . 3 5 7= 10? = 2. 確定回流比及最小回流比 Rmin。 第 6塊板上的氣相組成由提餾段操作線方程 1 1 .3 6 1 0 .0 0 7 2 2nnyx? ??計(jì)算 8 ? 8 ? 9 ? 9 ? 10 ? 10 ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 12 11 ? 11 ? 12 ? 12 ? 13 ? 13 ? 14y = 14x = 根據(jù)以上求解結(jié)果可得：總理論板數(shù)為： NT=14，提餾段理論板數(shù)為 146=8 塊板。 藝條件的計(jì)算 操作壓強(qiáng) Pa 一般情況，板式塔每個(gè)理論級(jí)的壓降為 ~ ，取每層塔板的壓降為 kpa?? 則有 塔頂壓強(qiáng)： DP ? 進(jìn)料板壓強(qiáng) 101 .3 12 109 .7FP ? ? ? ? KPa 塔底壓強(qiáng) 101 .3 27 120 .2WP ? ? ? ? KPa 則： 精餾段平均壓強(qiáng) 1 1 0 1 . 3 1 0 9 . 7 1 0 5 . 522DFm PPP ? ?? ? ?KPa 提餾段平均壓強(qiáng) 2 1 0 9 . 7 1 1 9 . 5 1 1 4 . 9 522FWm PPP ? ?? ? ?KPa 操作溫度 mt 根據(jù)操作壓強(qiáng)，依下式試差計(jì)算操作溫度 00A A B BP p x p x?? 表 31 苯 甲苯的 Antoine 常數(shù) 組分 A B C 苯 甲苯 安托尼方程： lg BpAtC??? [1] 即：苯 甲苯的安托因方程分別為 0012 06 .3 5lg 6. 02 322 0. 2413 43 .9 4lg 6. 07 821 9. 58ABp tp t?? ??? ? 用試差計(jì)算： 假設(shè)塔頂溫度： ? 時(shí)，由式 [1]可得： 0 kPa? 0 kPa? 則 00 + 1 = A A B BP P X P X k P a? ? ? ? ?（ ） 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 14 試求至 ? 時(shí)， 105 .511 105 .5DP kPa kPa??。t=℃ tD=℃ ? ?51 4 .1 8 7 1 0kcal J??【 1】 查液體比熱容共線圖可得 PAC = /( )kJ kg k? = / ( )kJ kmol k? PBC = /( )kJ kg k? = / ( )kJ kmol k? ( 1 ) 1 5 3 .1 0 .9 8 1 8 1 .8 ( 1 0 .9 8 ) 1 5 3 .7 k J/( k m o l k )D P A D P B DCP C x C x? ? ? ? ? ? ? ? ? ? tW =℃時(shí)：查液體比熱容共線圖 PAC = / ( )kJ kmol k? =() 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 18 PBC =()=() W ? ? ?C P = C x + C ( 1 x ) = 1 6 3 . 3 0 . 0 2 + 1 9 4 . 5 ( 1 0 . 0 2 ) = 1 9 3 . 8 8 k J / ( k m o l k )W P B WPA 當(dāng) ? ℃時(shí)，查表可得 Ar =? ? ? )1( DBDA xrxrr ??? = ( 1 ) /K J K g? ? ? ? ? 塔頂 ( 1 ) 7 8 .1 1 0 .9 8 9 2 .1 4 ( 1 0 .9 8 ) 7 8 .4 / k m o lD A D B DM M x M x k g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1. 0 0C 時(shí)塔頂氣體上升的焓 QV 塔頂以 0176。Dt 查的 039。 8 0 .2 8 1 5 3 .7 8 0 .2 8 9 9 0 5 7 7 .8 1 /R p DQ L t k J h? ? ? ? ? ? ? 3. 塔頂餾出液的焓 QD 因餾出口與回流口組成一樣，則： C kJ/ ( km ol k)Q C /pD p DD t k J h??? ? ? ? ? ? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 19 4. 冷凝器消耗的焓 QC Q Q 1 1 8 4 1 5 8 5 .4 4 9 9 0 5 7 7 .8 1 3 4 8 3 3 0 .9 9 1 0 5 0 2 6 7 6 . 6 4 /C V R DQ Q k J h? ? ? ? ? ? ? 口的焓 FQ tF 溫度下 。 0 .1 QB B F C W DQ Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? ?損 損， 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷 0 . 9 Q 1 0 5 0 2 6 7 6 . 6 4 7 2 9 0 0 3 . 1 7 3 4 8 3 3 0 . 9 9 1 0 4 2 4 7 8 . 0 /B C W D FQ Q Q Qk J h? ? ? ? ? ? ? ?? /BQ kJ h? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 20 第四節(jié) 板式塔板主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 塔的有效高度和板間距的初選 精餾塔的有效高度計(jì)算 精餾段有效高度為 1 (1 0 1 ) (1 2 1 ) 0 .4 0 .4 4THmZ ? ? ? ? ? ? 提餾段有效高度為 22( 1 ) (16 1 ) 6TN H mZ ? ? ? ? ? ? 在塔體的人孔處，應(yīng)采用較大的板間距，一般不低于 600mm 取其高度為 所以精餾塔的有效高度為 12 3 6 3 Z Z? ? ? ? ? ? ? ? ?m 板間距的 初選 由 , 2 , 2m a x ,2Lm V mVmuC??? ??? 式中 ()20mCC ?? ， 20C 可由史密斯關(guān)聯(lián)圖 51 查的 圖中橫坐標(biāo)參數(shù) 11, 2 , 2 22, 2 , 20 .0 0 2 0 5 8 1 0 .3 5( ) ( ) ( ) ( ) 0 .0 4 3 80 .7 9 3 2 .8 5SLSVLV ?? ? ? ? 常用板間距有 300,350,400,450,500,600,800mm 等幾種標(biāo)準(zhǔn) 板上液層高度 Lh 可取 ~ 精餾段的氣，液相體積流率為 31 0 0 . 7 8 8 0 . 7 3 5 0 . 7 9 3 /3 6 0 0 3 6 0 0 2 . 8 5Lms LmLM msv ? ?? ? ?? 37 2 . 5 5 8 2 . 3 9 0 . 0 0 2 0 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 8 1 0 . 5 3LmsLmLML m s? ?? ? ?? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 21 51圖 取板間距 ? ，板上液層高度 ? ， 則 h m? ? ? ? 查圖 51，可得到 20 ? 校正表面張力為 0 . 2 0 . 2220 2 0 . 6 9( ) 0 . 0 6 8 ( ) 0 . 0 6 82 0 2 0mCC ?? ? ? ? 液泛速度 , 2 , 2 1m a x,28 1 0 . 5 3 2 . 8 50 . 0 6 8 1 . 1 4 m s2 . 8 5L m V mVmuC ??? ? ?? ? ? ? ? ? 安全系數(shù)范圍為 ~ 取安全系數(shù)為 則空塔速度為 m a x0 .7 0 0 .7 0 1 .1 4 0 .7 9 8 m suu? ? ? ? ? 塔徑 1 4 4 0 .7 9 3 1 .1 33 .1 4 0 .7 9 8sVDm?? ?? ? ?? 常用標(biāo)準(zhǔn)塔徑為 400， 500， 600， 700， 800， 1000， 1200， 1400， 1600， 2021， 2200mm 取標(biāo)準(zhǔn)塔徑： D=2m 橫截面積： 2 2 22 3 .1 4 m44TAD??? ? ? ? 精餾實(shí)際空塔氣速為 10 0 .7 9 3 0 .2 5 m s3 .1 4sTVU A? ? ? ? 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 22 塔徑 初步計(jì)算塔徑 由上面可知提餾段 L =提餾段的氣、液相體積流率為 3. 1 0 0 . 7 8 8 7 . 4 7 0 . 7 6 5 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 2 0Vms VmVMV m s? ?? ? ??? 31 3 7 . 1 8 8 8 . 9 1 0 . 0 0 4 3 /3 6 0 0 3 6 0 0 7 8 8 . 3 8lmslmLML m s? ?? ? ?? m ax LVVuC?????式中，負(fù)荷因子 20 )( ?CC ?由史密斯關(guān)聯(lián)圖 C20再求 圖中橫坐標(biāo)參數(shù) 11, 2 , 2 22, 2 , 20 . 0 0 4 3 7 8 8 . 3 8( ) ( ) ( ) ( ) 0 . 0 8 80 . 7 6 5 3 . 2 0SLSVLV ?? ? ? ? 常用板間距有 300,350,400,450,500,600,800mm 等幾種標(biāo)準(zhǔn) 板上液層高度 Lh 可取 – 取板間距 ? ，板上液層高度 ? ， 則 h m? ? ? ? 查圖 51，可得到 20 ? 校正表面張力為 22220 1 9 .2 1( ) 0 .0 7 0 ( ) 0 .0 6 52 0 2 0mCC ?? ? ? ? 液泛速度 , 2 , 2 1m a x ,2 7 8 8 . 3 8 3 . 2 00 . 0 6 5 1 . 0 2 m s3 . 2 0L m V mVmuC??? ?