【正文】 化速率很快，反應(yīng)主要由動(dòng)力學(xué)因素決定。 反應(yīng)時(shí)間在 70min以內(nèi)時(shí)， 延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有利于己二酸酯化率的提高，繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間己二酸酯化率增加不明顯，再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，可能導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生 ，故最佳反應(yīng)時(shí)間是 70min，酯化率可以達(dá)到 98%以上。操作壓力 4kPa(塔頂表壓 )，單板壓降。假設(shè)溫度 t，帶入公式求得 PA， PB； 由 K=Po/760，因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，若 KAx+KB（ 1x） ≈1，則符合要求，該溫度為泡點(diǎn)溫度 [21]。利用 PR方程求得己二酸二甲酯在某溫度下的飽和蒸汽壓。 表 Joback基團(tuán)貢獻(xiàn)值 基 團(tuán) △ Tci △ Pci △ Tbi CH3 CH2 0 COO(酯 ) 由于程序本身的精確度只能保留到四位小數(shù)，在溫度較低時(shí)數(shù)據(jù)并不能取得較高的精度，故取 3組沸點(diǎn)附近的溫度計(jì)算出來(lái)其飽和蒸汽壓，聯(lián)立解得己二酸二甲酯安托尼方程的常數(shù) A、 B、 C。原料液、塔頂、塔釜產(chǎn)品的揮發(fā)度 αF、αD、 αW分別為 ??F? ??D? 3 4 0 6 7 ??W? 平均揮發(fā)度： ???? WDFm ???? 泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料方程 q=1， xq=xF= )1(1 ??? ?????qmqmq xxy ?? （ 36） 最小回流比 78 94 i n ??????? qq qD xy yxR （ 37） 取操作回流比 R=2Rmin= 精餾塔氣液相負(fù)荷 泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)： hk m o lDRVV /)1( ??????? （ 38） L=RD=＝ （ 39） hk m o lFLL / ?????? （ 310） V、 L—精餾段每層塔板上升的蒸汽、下降的液體摩爾流量， kmol/h LV ??、 —提餾段每層塔板上升的蒸汽、下降的液體摩爾流量， kmol/h 操作線方程 精餾段： 5 7 2 ?????? xxxVDxVLyD 提餾段： 0 0 4 2 6 ??????????? xxxVWxVLyW 平衡線方程：xxxxy mm )1(1 ????? ?? 圖解法求 塔 板數(shù) 采用圖解法求理論板數(shù)，如圖 14 圖 理論板數(shù)圖解法 求得結(jié)果為：總理論板層數(shù)： NT=11 進(jìn)料板位置： NF=11 精餾段 6塊，提餾段 5塊（包括進(jìn)料板，不包括再沸器） 。s D/67℃ W/108℃ CH3OH DMA 該溫度下?lián)]發(fā)度： ??? μD=＋ =s 4 0 2 8 2 ???L? mPa 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力： PD=+4= 每層塔板壓降： △ P= 進(jìn)料板壓力： PF=+14= 精餾段平均壓力： k P aPm 1 02 0 1 5 ??? 操作溫度計(jì)算 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中甲醇、己二酸二甲酯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下： 塔頂溫度： tD=67℃ 進(jìn)料板溫度： tF=72℃ 精餾段 平均 溫度： 702 7267 ???mt℃ 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 將 xD=y1=111 )1(1 xxyDD ??? ?? 即1 xx?? ， 解之得： x1= 塔頂氣、液平均摩爾質(zhì)量： MVDm=+()=MLDm=+()=進(jìn)料板 物料 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 查理論板數(shù)求解圖得： yF= 對(duì)應(yīng)平衡曲線： xF= MVFm=+()=MLFm=+()=精餾段氣、液平均摩爾質(zhì)量： mo lkgM Vm / ??? mo lkgM Lm / ??? 平均密度計(jì)算 （ 1）氣相平均密度 16 氣相可視為理想氣體，由理想氣體狀態(tài)方程： 3/4 9 ) 7 370(3 1 1 0 mkgRTMPmVmmVm ??? ???? （ 312） （ 2）液相平均密度 液相平均密度依下式計(jì)算，即 iiLma ?? ??1 （ 313） tD=67℃ 時(shí)， ΡA=9 9 4 7 40 0 0 9 9 9 9 ???? ??DAa 3/ 0 5 9 4 1 mkgL D m ???? tF=72℃ 時(shí) ， ΡA=2 8 9 7 43 1 0 8 9 8 9 ???? ??FAa 3/1 mkgL F m ???? 精餾段液相平均密度為 3/ 2 52 9 5 2 mkgLm ???? 液體平均表面張力計(jì)算 液體平均表面張力依下式計(jì)算， ?? iiLm x?? （ 314） 塔頂液相平均表面張力 tD=67℃ 時(shí)， σA=σLDm=+= mN/m 進(jìn)料板液相平均表面張力 tF=72℃ 時(shí) ， σA=σLFm=+= mN/m 精餾段液相平均表面張力為 mmNLm / ???? 17 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即 ?? iiLm x ?? lglg （ 315） μD=＋ =s μB=s tF=72℃ 時(shí)，將 μA=s代入公式得： μLFm= 對(duì)應(yīng) C20= )20 ()20( 20 ???? LCC ? 代入 smCUVVL / 6 9 8 a x ?????? ? ?? 適宜的氣速介于最 大允許氣速的 60%～ 80%，取 較大安全系數(shù) ，即 U===塔徑 mUVD s 95 70 ????? ??， 圓整為標(biāo)準(zhǔn)塔徑 D=1m。 (2)堰長(zhǎng)定為 lw==1= （ 324） (3)降液管 選擇最常用的弓形降液管 ，弓形降液管的寬度 dW 和面積 fA 依據(jù)下圖計(jì)算： 橫坐標(biāo) lw/D=， Wd/D= Wd= Af/AT= Af== 圖 弓形管降液參數(shù)圖 (4)核算降液管停留時(shí)間 ssL HAh Tf 0360 0 ??????? 符合要求 （ 325） (5)溢流堰高度 Wh 20 由 Francis 公式 3/2)(1 0 0 whOW LLEh ? （ 326） 溢流收縮系數(shù) E取 1。 hW=hLhOW== （ 327） (6)降液管底隙高度 0h ，液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速取 smu / ?? mulLhwh 00 ?????? （ 328） hwh0== 降液管底隙高度比溢流堰高度低 ，能保證降液管底部液封。 (2)邊緣區(qū)寬度確定 塔徑 D，破沫區(qū)寬度取 Ws=60mm， 降液管與鼓泡區(qū)之間的安定區(qū)寬度 mmWs 60?? 無(wú)效區(qū)寬度取 Wc=40mm (3)開(kāi)孔區(qū)面積 aA 計(jì)算 對(duì)于單溢流 堰 ?????? ??? )a r c s in (180)(2 rxrxrxA a ? （ 329） mWWDx sd )()(2 ??????? （ 330） mWDr c ????? （ 331） ) r c s i n ()( mA a ??????? ????? ? （ 4）孔間距、開(kāi)孔率 和 孔 數(shù)計(jì)算 根據(jù)篩孔直徑與孔徑關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)，塔徑 1m時(shí)，選擇孔徑 d0=6mm。 21 篩 孔以正三角形排列 ，開(kāi)孔率 %)621( )( 2200 ???? dtAA a? （ 332） 開(kāi)孔區(qū) 孔 總面積 20 mAA a ???? ? （ 333） 開(kāi)孔區(qū)孔的總數(shù) 1372 2200 ???? dAn個(gè) （ 334） 塔 板的流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板壓降 (1)干板阻力 ch 計(jì)算 干板阻力 ch 由下式計(jì)算，即 )()(0 5 200 LVc Cuh ??? （ 335） 閥孔氣速 smAVu s / ??? （ 336） ???d 時(shí)， 0C 可由干篩孔的流量系數(shù)查得 C0= 圖 干篩孔的流量系數(shù) 液柱mh c 0 4 7 ) 2 54 9 () (0 5 2 ???? (2)氣體通過(guò)液層的阻力 lh 計(jì)算 22 氣體通過(guò)液層的阻力 lh 由下式計(jì)算，即 hl=βhL （ 337） 氣體通過(guò)液層時(shí)氣速 smAA Vu fT sa /9 47 43 7 01 ????? （ 338） 氣相動(dòng)能因子 )/(158 mskguF Va ????? ? （ 339） 圖 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 查得 β= hl== (3)氣體克服液體表面張力的阻力 ?h 計(jì)算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 mgdh L L 001 30 ??????? ?? ?? （ 340） (4)氣體通過(guò)每層塔板的液柱高柱高度 hp=hc+hl+hσ=++= （ 341） 氣體通過(guò)每層塔板的壓降為 △ Pp= hpρLg== （ 342） 符合設(shè)計(jì)要求 。 23 霧 沫夾帶 霧 沫夾帶量 )(fTaLV hHue ??? ?? （ 343） 鼓泡層高度 hf=== 氣液氣液 kg/)1 2 9 4 7 ( ?????? ?? kge V （霧沫夾帶上限值） 霧沫夾帶量在允許范圍內(nèi) 。 液泛 為避免液泛，降液管內(nèi)清液高度 dH 應(yīng)服從下式的關(guān)系 )( WTd hHH ??? （ 346） Hd=hp+hL+hd （ 347） 甲醇 —己二酸二甲酯物系屬于一般物系，泡沫層相對(duì)密度取 φ= 板上不設(shè)進(jìn)口堰，液相通過(guò)降液管的局部阻力 。 24 塔板負(fù)荷性能圖 液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度 hOW= )(1 0 0 3/2 ?? whOW LLEh （ 349） E取 1代入得 Ls,min=據(jù)此作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 1。 漏液線 0m i n,0m i n,0 )( AVhhCu sVLL ???? ? ?? （ 352） hL=hW+hOW