【正文】 mol 平均密度 / 3/kgm 814 體積流量 / 3/mh ( 3/ms) 3804( 3/ms) 12 提餾段 整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表 6，采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表 7。 表 6 提餾段的已知數(shù)據(jù) 位置 塔釜 進(jìn)料板 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 39。 ? 39。 ? 39。 ? 39。 ? 摩爾分?jǐn)?shù) ? ? ? ? 摩爾質(zhì)量 / /kgkmol ? ? ? ? 溫度 /℃ 表 7 提餾段的汽液相負(fù)荷 名稱(chēng) 液相 汽相 平均摩爾質(zhì)量 / /kgkmol 平均密度 / 3/kgm 911 體積流量 / 3/mh ( 3/ms) 4132( 3/ms) 塔徑的計(jì)算 由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。?以上的計(jì)算結(jié)果可以知道： 汽塔的平均蒸汽流量： 3() 1 .0 5 6 1 .1 5 1 .1 0 3 /22SJ STS VVV m s? ?? ? ? 13 汽塔的平均液相流量： 3() 0. 00 06 75 0. 00 22 5 0. 00 14 6 /22SJ STS LL m s? ?? ? ? 汽塔的汽相平均密度： 31. 25 1 0. 81 61. 03 35 /22V J V TV k g m??? ? ?? ? ? 汽塔的液相平均密度： 381 4 91 186 3 /22LJ LTL k g m??? ? ?? ? ? 塔徑可以由下面的公式給出： 4SVD u?? 由于適宜的空塔氣速 max(0 .6 ~ )uu? ，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速 maxu 。 m ax LVVuC????? 取塔板間距 ? ，板上液層高度 1 60 mm m??，那么分離空間： 1 0 . 4 0 . 0 6 0 . 3 4TH h m? ? ? ? 圖 14 功能參數(shù)： 0 . 0 0 1 4 6 8 6 3( ) 0 . 0 3 8 21 . 1 0 3 1 . 0 3 3 5S LSVLV ?? ?? 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得： 20 ? ，由于 20 ()20CC??，需先求平均表面張力： 全塔平均溫度 76 .2 83 .8 3 99 .3 8 33D F WT T T C?? ???? 186。，在此溫度下，乙醇的平均摩爾分?jǐn)?shù)為 0 .7 4 1 0 .1 7 4 0 .0 0 2 0 .3 0 73?? ?，所以，液體的臨界溫度： 0 . 3 0 7 ( 2 7 3 2 4 3 ) ( 1 0 . 3 0 7 ) ( 2 7 3 3 4 2 . 2 ) 6 0 9c i icT x T K? ? ? ? ? ? ? ? ?? 設(shè)計(jì)要求條件下乙醇 ~水溶液的表面張力 21 26 /dyn m? ? 平均塔溫下乙醇 ~水溶液的表面張力可以由下面的式子計(jì)算： 11()mcmcTT?? ?? ? ， 1 . 22 6 0 9 ( 2 7 3 8 6 . 5 )[ ] 2 6 1 9 . 9 5 /6 0 9 ( 2 7 3 2 5 ) d y n c m? ??? ? ??? 所以： 0. 219 .90. 07 3 ( ) 0. 07 320C ?? m a x 8 6 3 1 . 0 3 3 50 . 0 7 3 2 . 1 1 /1 . 0 3 3 5LVVu C m s???? ?? ? ? ? 0 .7 2 .1 1 1 .4 7 6 /u m s? ? ? 4 1 .1 0 3 0 .9 5 11 .4 7 6Dm? ???? 根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為 1000D mm? 此時(shí)，精餾段的上升蒸汽速度為： 224 4 1. 05 6 1. 34 5 /1SJJ Vu m sD?? ?? ? ?? 提餾段的上升 蒸汽速度為： 24 4 /STT Vu m sD??? 塔高的計(jì)算 塔的高度可以由下式計(jì)算： 15 ( 2 )P T T F WZ H N S H S H H H? ? ? ? ? ? ? 已知實(shí)際塔板數(shù)為 24?N 塊，板間距 ? 由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可取每隔 8 塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目 S 為： 21824 ???S 個(gè) 取人孔兩板之間的間距 ? ，則塔頂空間 ? ，塔底空間? ，進(jìn)料板空間高度 ? ，那么，全塔高度： mZ )2224( ?????????? 5. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 塔板尺寸 由于塔徑 大于 800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。 取無(wú)效邊緣區(qū)寬度 40CW mm? ，破沫區(qū)寬度 70SW mm? ， 查得 705Wl mm? 弓形溢流管寬度 146dW mm? 弓形降液管面積 ? / 0. 07 06 / 0. 78 54 0. 09fTAA ?? / 2 0 . 5 0 . 0 4 0 . 4 6CR D W m? ? ? ? ? / 2 0 . 5 0 . 1 4 6 0 . 0 7 0 . 2 8 4dSx D W W m? ? ? ? ? ? ? 驗(yàn)算： 液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間 0 . 0 7 0 6 0 . 44 1 . 8 50 . 0 0 0 6 7 5fTJ SJAH ssL? ?? ? ? ? 液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間 0 . 0 7 0 6 0 . 41 2 . 6 50 . 0 0 2 2 5fTT STAH ssL? ?? ? ? ? 16 弓形降液管 堰高 采用平直堰，堰高 1w owh h h?? 取 1 6 0 , 1 0owh m m h m m??，則 6 0 1 0 5 0wh mm? ? ? 降液管底隙高度 h0 若取精餾段取 0 15h mm? ，提餾段取為 25mm ，那么液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速為 精餾段： 39。0 0 00 67 5 64 3 / 15SJwLu m slh? ? ?? 提餾段： 39。0 0 0 .0 0 2 2 5 0 .1 2 9 /0 .7 0 .0 2 5STwLu m slh? ? ?? 39。0u 的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為 ~ /ms 17 圖 降液管的形狀 降液管形式較多，主要有圓形、弓形和矩形等三種（圖 10— 16）。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別當(dāng)塔徑較大時(shí)比較合適。為了使塔板上液流均勻，一般不用圓形降液管。 18 Af( a ) 圓 形 （ b ) 弓 形圖 1 0 － 1 6 降 液 管 示 意 圖Af 圖 進(jìn)口堰高和受液盤(pán) 本設(shè)計(jì)不設(shè)置進(jìn)口堰高和受液盤(pán) 浮閥數(shù)目及排列 采用 F1 型重閥，重量為 33g，孔徑為 39mm。 浮閥數(shù)目 浮閥數(shù)目2021 SVN u?? 氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度0 Fu v?? 取動(dòng)能因數(shù) 11F? ，那么0 11 1 0 .8 2 /1 .0 3 5 5u m s?，因此 21. 10 3 4 860. 03 9 10 .8 2N ? ?????個(gè) 19 排列 在篩孔大小，目前有不同得看法。有的認(rèn)為孔徑小好，理由時(shí)小孔氣液接觸好，操作范圍也大。有的則認(rèn)為孔徑大好，理由時(shí)大孔徑加工方便，不易堵?？讖降盟^“大”或“小”，一般以 9mm為界，大于 9mm的稱(chēng)為大孔徑?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)上使用的大多為小孔徑篩板，有人從傳質(zhì)角度出發(fā)認(rèn)為孔徑 d0=4~5mm為最合適。考慮到?jīng)_孔加工方便，對(duì)碳鋼和銅合金塔板 d0 不宜小于板厚 ? ；對(duì)不銹鋼塔板， 0d 不小于 (~ )? 。一般孔間距 0( ~ 5)td? ， t 過(guò)小，易使氣流互相干擾； t 過(guò)大，則鼓泡不均，實(shí)際設(shè)計(jì)常取 0(3~ 4)td? ，傳質(zhì)效果較好。目前國(guó)際上的趨勢(shì)時(shí)采用大孔徑，大孔徑的篩孔在國(guó)外已很普遍。 為了使篩板的利用率高，篩孔多取三角形排列。 td 0圖 1 0 － 2 1 篩 孔 排 列 示 意 圖 圖 若同一橫排的閥孔中心距 75t mm? ，那么相鄰兩排間的閥孔中心距 39。t計(jì) 為： 39。 atAt N?計(jì) 2 2 2 12 2 2 122 [ sin ]180 [ 0. 28 4 0. 46 0. 28 4 0. 46 sin ]18 0 0. 46= 0. 48 7axA x R x RRm????? ? ? ?? ? ? ? ?? 20 39。 0. 07 5t m m???計(jì) 取 39。 80t mm? 時(shí)畫(huà)出的閥孔數(shù)目只有 60 個(gè)，不能滿(mǎn)足要求，取 39。 65t mm? ，其中75 , 39。 65t mm t mm?? 因此， 通道板上可排閥孔 41 個(gè)，弓形板可排閥孔 24 個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為41 24 2 89N ? ? ? ?個(gè) 校核 氣體通過(guò)閥孔時(shí)的實(shí)際速度：0 204 10 .38 /SVu m sdN??? 實(shí)際動(dòng)能因數(shù)： 0 1 0 .3 8 1 .0 3 3 5 1 0 .5 5F ? ? ?(在 9~12 之間 ) 開(kāi)孔率： 2 20 ( 0 . 0 3 9 ) 8 91 0 0 % 1 0 0 % 1 3 . 5 %4 4 0 . 7 8 5 4TdNA? ? ??? ? ? ? ??閥 孔 面 積塔 截 面 積 開(kāi)孔率在 10%~14 之間，滿(mǎn)足要求。 6. 流體力學(xué)驗(yàn)算 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) ph 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 1pch h h h?? ? ? 干板阻力 ch 浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)為全部全開(kāi)時(shí)的臨界速度為 ocu ： 1 . 8 2 51 . 8 2 5 7 3 . 1 / 7 3 . 1 / 1 . 0 3 3 5 1 0 . 3 2 /o c Vu m s??? 因?yàn)?1 0 .3 8 /oc ou u m s?? 所以 2 20 1 . 0 3 3 5 1 0 . 3 85 . 3 4 5 . 3 4 0 . 0 3 6 72 2 8 6 3 9 . 8 1Vc Luhmg?? ?? ? ? ??? 21 圖 7 有效液層阻力 he 板上充氣液層阻力 1h 取板上液層充氣程度因數(shù) ?? ，那么： 1 0 .5 0 .0 6 0 .0 3Lh h m?? ? ? ? 由表面張力引起的阻力 h? 由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來(lái)說(shuō)都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以： 0 . 0 3 6 7 0 . 0 3 0 . 6 6 7 0 . 6 6 7 8 6 3 9 . 8 1 5 6 4 . 7ph m P a? ? ? ? ? ? ? 漏液驗(yàn)算 動(dòng)能因數(shù) 0 5F? ，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷 minSV 為： 2m in 0 0 m in4SV d Nu?? 其中 0 m i n 5 / 1 . 0 3 3 5 4 . 9 2 /Vu F m s?? ? ? 所以 2 3 3m in 00 .0 3 9 8 9 4 .9 2 0 .5 2 3 / 1 .1 0 3 /4SV m s m s?? ? ? ? ? ? 22 可見(jiàn)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。 液泛驗(yàn)算 現(xiàn)說(shuō)明一下板式塔的液泛是如何引起的？ 當(dāng)氣體通過(guò)一層塔板時(shí)，因流體阻力造成壓力降，即 12pp? （見(jiàn)圖 10－ 24）。根據(jù)流體力學(xué)中靜力學(xué)基本方程可以算出由于（ 12pp? ）的壓差在降液管中將引起一段液柱高為 12pLpph g?? ?? 此外，降液管中液體流動(dòng)時(shí)有一阻力，會(huì)引起液體在降液管中的壓降，此阻力又將造成降液管中一段相應(yīng)的液柱高度 ch 可用式（ 10－ 15）計(jì)算，則降液管中的液柱高 dH 為： d p L cH h h h?? ? ? （ 10－ 29） ch 值一般很?。ㄒ蟛淮笥?25mm）， Lh 變動(dòng)不大，則 dH 的變動(dòng)取決于 ph? 。氣速增大， ph? 也增大。當(dāng)氣速大到 dH 等于或大于板間距 TH 時(shí)，液體就不再?gòu)慕狄汗芟铝?，而是由下塔板上升，這就是板式塔的液泛。液泛速度也就是大到液泛時(shí)的氣速。 因此板式塔的設(shè)計(jì)中要求降液管中的液柱高 dH 不超過(guò)板間距 TH 的 倍，即 (0 .5 )dTHH? （ 10－ 30） 凡氣速大到 dH 達(dá)到式（ 10－ 30）情況時(shí)稱(chēng)為液泛極限。 [對(duì)式（ 10－ 30）的范圍看法不一致，多取 倍板間距。 ] 塔板的操作上限與操作下限之比稱(chēng)為操作彈性（即最大氣量與最 小氣量之比或最大液量與最小液量之比）。操作彈性是塔板的一個(gè)重要特性。操作彈性大，則該塔穩(wěn)定操作范圍大，這是我們所希望的。 23 howhwHTHdh0p 2p 1圖 1 0 － 2 4 降 液 管 中 的 液 柱 高 圖 溢流管內(nèi)的清液層高度 d p d LH h h h h?? ? ? ? 其中， 0 .0 6 6 7 , 0 .0 6pLh m h m?? 所以， 0 . 6 6 7 0 . 0 6 0 . 0 0 3 0 . 1 2 9 7dHm? ? ? ? 為防止液泛，通常 ()d T wH H h???，取校正系數(shù) ?? ，則有：( ) 0 . 5 (0 . 4 0 . 0 5 ) 0 . 2 2 5TwH h m? ? ? ? ? ? 可見(jiàn)， ()d T wH H h???，即不會(huì)產(chǎn)生液泛。 霧沫夾帶驗(yàn)算 泛點(diǎn)率 = VS S LLVFbV L ZK C A??? ?? 查得物性系數(shù) ? ，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù) ? 2 1 2 0 . 1 4 6 0 . 7 0 8LdZ D W m? ? ? ? ? ? 22 0 . 7 8 5 4 2 0 . 0 7 0 6 0 . 6 4 4 2b T fA A A m? ? ? ? ? ? 所以，泛點(diǎn)率 =1 . 0 3 3 51 . 1 0 3 1 . 3 6 0 . 0 0 1 4 6 0 . 7 0 88 6 3 1 . 0 3 3 5 6