【正文】 流程圖是一種示意性的圖樣,它以形象的圖形、符號、代號表示出化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等，借以表達出一個生產(chǎn)中物料及能量的變化始末。這里指的控制點符包括被測變量的儀表功能(如調(diào)節(jié)、紀(jì)錄、指示、積算、連鎖、報警、分析、檢測及集中,就地儀表等)。工藝物料的介質(zhì)代碼自行編制，一般以分子式及其編寫字母表示。代號中文名稱代號中文名稱W水S蒸汽BW鍋爐給水HS高壓蒸汽BR鹽水LS低壓蒸汽BRR鹽水回水MS中壓蒸汽BRS鹽水補給水C冷凝液CW(循環(huán))冷卻水PWW生產(chǎn)廢水CWR(循環(huán))冷卻回水CS化學(xué)污水RW冷卻水(用于零度以上)RW冷凍回水表01 輔助物料和共用系數(shù)介質(zhì)代號圖上應(yīng)標(biāo)注單元設(shè)備的代號，單元設(shè)備分類代號見表02。一般，主體設(shè)備在不同單元操作中是不同的，即使同一設(shè)備在不同單元操作中其作用也不相同，如某一設(shè)備在某個單元操作中為主體設(shè)備，而在另一單元操作中就可變?yōu)檩o助設(shè)備。泵、壓縮機等也有類似情況。圖面上應(yīng)包括如下內(nèi)容:1. 設(shè)備圖形 指主要尺寸(外形尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸、連接尺寸)、接管、人孔等；圖01 流程圖設(shè)備外形圖例2. 技術(shù)特性 指裝置的用途、生產(chǎn)能力、最大允許壓強、最高介質(zhì)溫度、介質(zhì)的毒性和爆炸危險性；3. 設(shè)備組成一覽表 注明組成設(shè)備的各部件的名稱等。完整的設(shè)備設(shè)計，應(yīng)在上述工藝設(shè)計基礎(chǔ)上再進行機械強度設(shè)計，最后提供可供加工制造的施工圖。第一節(jié) 概 述 精餾所進行的是氣(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，以達到較高的傳質(zhì)效率。 (２) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 (５) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。實際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。 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，因此，本章只討論浮閥塔與篩板塔的設(shè)計。 (２) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。 (４) 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)。 浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。 浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點： (１) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。 (３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 (５) 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。本書雖未包括其它塔板的設(shè)計資料，但其設(shè)計的基本方法與浮閥塔和篩板塔是相同的。 本設(shè)計按以下幾個階段進行： (１) 設(shè)計方案確定和說明。 （２）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。(5) 抄寫說明書。第二節(jié) 設(shè)計方案的確定 確定設(shè)計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。下面結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作些闡述。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性進行考慮。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進行蒸餾。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰Α?進料狀態(tài) 進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(lián)系。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。有時也可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。飽和水蒸汽的溫度與壓力互為單值函數(shù)關(guān)系，其溫度可通過壓力調(diào)節(jié)。但若要求加熱溫度超過180℃時，應(yīng)考慮采用其它的加熱劑，如煙道氣或熱油。同時對于釜液的沸騰，溫度差過大，形成膜狀沸騰，反而對傳熱不利。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計者確定。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進行，可使能耗降至最低。若不計進料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。例如，采用中間再沸器和中間冷凝器的流程[1]，可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。 確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達到技術(shù)上最先進、經(jīng)濟上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。其次所定的設(shè)計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進行調(diào)整。計算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。 (2) 滿足經(jīng)濟上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費用。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費和設(shè)備費都有影響。 降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計時，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費用盡可能低一些。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。 物料衡算與操作線方程通過全塔物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進料流量、組成之間的關(guān)系。通常，原料量和產(chǎn)量都以kg/h或噸/年來表示，但在理想板計算時均須轉(zhuǎn)換為kmol/h。因此要注意不同的場合應(yīng)使用不同的流量單位。（1）全塔總物料衡算總物料 F = D + W （31）易揮發(fā)組分 FχF = DχD + WχW （32）若以塔頂易揮發(fā)組分為主要產(chǎn)品，則回收率η為 （33）式中 F、D、W——分別為原料液、餾出液和釜殘液流量，kmol/h；χF、χD、χW——分別為原料液、餾出液和釜殘液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。（ⅱ）提餾段上升蒸汽量： （39）或： (310)下降液體量： （311）操作線方程： （312）式中：χ’m—— 提餾段內(nèi)第m層板下降液體中易揮發(fā)組分摩爾分率；У’m+1——提餾段內(nèi)第m+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分摩爾分率。 由（314）和（315）式得： W* = W + V0 （316） （317）(2) 操作線方程（?。┚s段（同常規(guī)塔） （318）式中 R —— 回流比；χn————精餾段內(nèi)第n層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率；Уn+1————精餾段內(nèi)第n+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。第四節(jié) 板式塔主要尺寸的設(shè)計計算板式塔主要尺寸的設(shè)計計算，包括塔高、塔徑的設(shè)計計算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計，塔板布置、氣體通道的設(shè)計等工藝計算。設(shè)計時，先選取某一塔板（例如進料或塔頂、塔底）條件下的參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整；或分段計算，以適應(yīng)兩段的氣液相體積流量的變化，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。但是由于塔中兩相流動情況和傳質(zhì)過程的復(fù)雜性，許多參數(shù)和塔板尺寸需根據(jù)經(jīng)驗來選取，而參數(shù)與尺寸之間又彼此互相影響和制約，因此