化工原理課程設(shè)計(jì)--分離苯-甲苯篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——分離苯-甲苯篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)院：生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院</p><p>　　班級(jí)：食品科學(xué)與工程XX班</p><p><b>　　姓名：XX</b></p><p>　

2、　學(xué)號(hào)：XXXXXXXX</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：XXX</b></p><p><b>　　年月日 </b></p><p>　　《化工原理課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書(shū)</p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目： 分離苯-甲苯篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及

3、操作條件</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　生產(chǎn)能力（進(jìn)料量） 25 千噸／年</p><p>　　操作周期 300×24 =7200 小時(shí)／年</p><p>　　進(jìn)料組成 50%（質(zhì)量分率，下同）<

4、/p><p>　　塔頂產(chǎn)品組成： ＞95%</p><p>　　塔底產(chǎn)品組成： ＜2% </p><p><b>　　2、操作條件</b></p><p>　　操作壓力 4kPa （塔頂表壓）</p><p>　　進(jìn)料熱狀態(tài)

5、 q=1 泡點(diǎn)進(jìn)料 </p><p>　　回流比 R=1.5</p><p>　　單板壓降： ≤0.7 kPa</p><p>　　3、設(shè)備型式 篩板式 </p><p>　　4、廠址 天津

6、地區(qū) </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 ............................................................................................................( 6)</p><p>　

7、　概述精餾原理................................................................................................. ..( 6)</p><p>　　精餾流程的確定...............................................................................

8、.................( 7)</p><p>　　操作壓強(qiáng)的選擇..............................................................................................（7）</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算.............................................

9、..............................................................（8）</p><p>　　二 精餾塔物料衡算 ....................................................................................................(13)</p><p

10、>　　1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù).................................................................(13)</p><p>　　2、 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量..........................................................(13)</p><p>

11、　　3、 物料衡算................................................................................................................(13)</p><p>　　三 塔板數(shù)的確定...............................................................

12、........................................... (13)</p><p>　　1、理論板層數(shù)NT的求取............................................................................................(13)</p><p>　　1. 1求最小回流比及操作回流比..

13、........................................................................(13)</p><p>　　1. 2求精餾塔的氣，液相負(fù)荷..............................................................................(15)</p><p>　　1

14、. 3求操作線方程..................................................................................................(15)</p><p>　　1. 4逐板法計(jì)算理論板數(shù).........................................................................

15、.............(15)</p><p>　　2、實(shí)際板層數(shù)的求取.................................................................................................(16)</p><p>　　四 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算.........................

16、.........................(17)</p><p>　　1、操作壓力計(jì)算.......................................................................................................(17)</p><p>　　2、操作溫度計(jì)算......................

17、...................................................................................(17) </p><p>　　3、平均摩爾質(zhì)量計(jì)算.................................................................................................(1

18、8)</p><p>　　4、平均密度計(jì)算.........................................................................................................(19)</p><p>　　5、液體平均表面張力計(jì)算...........................................

19、..............................................(20)</p><p>　　6、液體平均粘度計(jì)算.................................................................................................(20)</p><p>　　五 精餾塔塔體工藝尺寸計(jì)

20、算.................................................................................. (21)</p><p>　　1、塔徑的計(jì)算......................................................................................................

21、......（21)</p><p>　　2、精餾塔有效高度計(jì)算..........................................................................................................(22)</p><p>　　六 塔板主要工藝尺寸計(jì)算 .............................

22、.....................................................................(22) </p><p>　　1、溢流裝置計(jì)算.................................................................................................... (22)</p>

23、;<p>　　1. 1堰長(zhǎng)lw. ......................................................................................................... (22)</p><p>　　1. 2溢流堰高度......................................................

24、.............................................(22)</p><p>　　1. 3弓形降液管寬度Wd和截面積At ...............................................................(23) </p><p>　　1. 4降液管底隙高度h0. ......................

25、..............................................................(23) </p><p>　　2、塔板布置..............................................................................................................(23)</p>

26、<p>　　2.1塔板的分塊....................................................................................................(23)</p><p>　　2.2邊緣區(qū)寬度確定..............................................................

27、..............................(23)</p><p>　　2.3開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算............................................................................................ (23)</p><p>　　2.4篩孔計(jì)算及其排列......................

28、..................................................................(24)</p><p>　　七 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算............................................................................................(25) </p><p&

29、gt;　　1、塔板壓降 .........................................................................................................(25)</p><p>　　1.1干板阻力hc計(jì)算 ...............................................................

30、..........................(25)</p><p>　　1.2氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算 .....................................................................(25)</p><p>　　1.3液體表面張力的阻力計(jì)算 .....................................

31、............................(25)</p><p>　　2、液面落差 ............................................................................................................(26)</p><p>　　3、液沫夾帶 ................

32、............................................................................................(26)</p><p>　　4、漏液 ................................................................................................

33、....................(26)</p><p>　　5、液泛 ....................................................................................................................(26)</p><p>　　八 塔板負(fù)荷性能圖...............

34、.......................................................................................(27)</p><p>　　1、漏液線 ...................................................................................................

35、............(27)</p><p>　　2、液沫夾帶線 .......................................................................................................(28)</p><p>　　3、液相負(fù)荷下限線 ...............................

36、................................................................(28)</p><p>　　4、液相負(fù)荷上限線 ...............................................................................................(29)</p><p&g

37、t;　　5、液泛線 ........................................................................................................... (29)</p><p>　　九、總塔高、總壓降及接管尺寸的確定 ......................................................

38、.........(31)</p><p>　　十、 板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備 .........................................................................(32)</p><p>　　十一、篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果摘要 ...................................................

39、............................(34)</p><p>　　十二、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述..................................................................................................(35)</p><p>　　十三、參考文獻(xiàn) ....................

40、...................................................................................... (36)</p><p>　　十四、主要符號(hào)說(shuō)明.................................................................................................

41、..... (36)</p><p>　　十五、附圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖） .....見(jiàn)附頁(yè)</p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　　精餾是利用從塔底部上升的含輕組分蒸氣，與從塔頂部回流的含重組分液體逆流接觸，同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝，使原料得到分離的過(guò)程。</p>

42、<p>　　同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝是在精餾塔中實(shí)現(xiàn)的。塔板上有一層液體，氣流經(jīng)塔板被分散于其中成為氣泡，氣、液兩相在塔板上接觸，液相吸收了氣相帶入的熱量。使液相中的易揮發(fā)組分汽化，由液相轉(zhuǎn)移到氣相；同時(shí)，氣相放出了熱量，使氣相中的難揮發(fā)組分冷凝，由氣相轉(zhuǎn)移到液相。部分汽化和部分冷凝的同時(shí)進(jìn)行是汽化、冷凝潛熱相互補(bǔ)償。精餾就是多次而且同時(shí)進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，使混合液得到分離的過(guò)程。</p><p

43、>　　精餾是氣液兩相之間的傳質(zhì)過(guò)程，而傳質(zhì)過(guò)程是由能提供氣液兩相充分接觸的塔設(shè)備完成，并要求達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過(guò)板上液層進(jìn)行質(zhì)量、熱量傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬于逐級(jí)接觸逆流操作過(guò)程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂填料表面下流，氣體逆流而上，與液相接觸進(jìn)行質(zhì)量、熱量傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬于微分接觸

44、操作過(guò)程。這里選擇的是板式塔。</p><p>　　板式塔大致可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板等；另一類(lèi)是無(wú)降液管塔板，如柵板、穿流式波紋板等。工業(yè)上應(yīng)用較多的是前者。這里，我們選擇的是具有降液管的篩板塔。篩板塔是在塔板上鉆有均勻分布的篩孔，上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過(guò)板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。</p><p>　　篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制

45、造維修方便，造價(jià)低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的液料。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易阻塞的物系可采用大孔徑篩板。</p><p>　　工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳質(zhì)、傳熱效率高；（3）氣流的摩擦阻力?。唬?）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量?。唬?）制造安裝容易，操作維

46、修方便。此外還要求不易堵塞、耐腐蝕等。</p><p>　　實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)塔型特點(diǎn)、物系性質(zhì)、生產(chǎn)工藝條件、操作方式、設(shè)備投資、操作與維修費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等因素,依矛盾的主次，綜合考慮選擇適宜的塔型。</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　確定設(shè)計(jì)

47、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(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施

48、。其次所定的設(shè)計(jì)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(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門(mén)，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。</p><p>　?。?）滿足經(jīng)濟(jì)上

49、的要求</p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過(guò)程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。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(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。</p><p><b>　　(3）保證安全生產(chǎn)&l

50、t;/b></p><p>　　例如苯屬有毒物料，不能讓其蒸汽彌漫車(chē)間。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。</p><p>　　以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。</p><p>&

51、lt;b>　　2、操作條件的確定</b></p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)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)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作些闡述。</p><p>　　(1）操作壓力的選擇</p><p>　　蒸餾操作通?？稍诔?、加壓和

52、減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，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(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無(wú)特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。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ΑＳ袝r(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷

53、凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。</p><p>　　(2)進(jìn)料熱狀況的選擇 </p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上

54、提供了方便。</p><p>　　(3)加熱方式的選擇</p><p>　　蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)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。采用直接蒸汽加熱時(shí)，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

55、靜壓力。</p><p><b>　　(4)回流比的選擇</b></p><p>　　回流比是精餾操作的重要工藝條件，其選擇的原則是使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和最低。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選定回流比，也可參考同類(lèi)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)值選定。必要時(shí)可選用若干個(gè)R值，利用吉利蘭圖（簡(jiǎn)捷法）求出對(duì)應(yīng)的理論板數(shù)N，作出N—R曲線，從中找出適宜操作回流比R，也可作出R對(duì)精餾操作費(fèi)用的關(guān)系線，

56、從中確定適宜回流比R。</p><p>　　3、設(shè)計(jì)方案的選定及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的搜集</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。由于對(duì)物料沒(méi)有特殊的要求，可以在常壓下操作。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離

57、物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔底設(shè)置再沸器采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。其中由于蒸餾過(guò)程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，熱效率比較低，但塔頂冷凝器放出的熱量很多，但其能量品位較低，不能直接用于塔釜的熱源，在本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)把其熱量作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預(yù)熱器的熱源之一，充分利用了能量。</p><p>　　塔板的類(lèi)型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開(kāi)有許多均布的篩孔，孔徑

58、一般為3~8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。</p><p>　　圖1是板式塔的簡(jiǎn)略圖</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　表1 苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　表2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓</p><p>　　表3 純組分的表面張力</p>

59、<p>　　表4 組分的液相密度 </p><p>　　表5 液體粘度µ </p><p>　　表6常壓下苯——甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　二 精餾塔的物料衡算</p><p>　　1）原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 MA=78.11 kg

60、/kmol</p><p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量 MB=92.13 kg/kmol</p><p>　　2）原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　3）物料衡算</b></p><p><b>　　原料處理量 </b></p><p>　　總

61、物料衡算 F=D+W 41.07=D+W</p><p>　　苯物料衡算 41.07*0.541=0.957D+0.024W</p><p>　　聯(lián)立解得 D=22.76kmol/h W=18.31kmol/h</p><p><b>　　三、塔板數(shù)確定</b></p><p>

62、;　　1) 理論版層數(shù)的求取</p><p>　　1求最小回流比及操作回流比</p><p>　　由表6中給出的常壓下苯—甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　利用公式 ; 得出下表：</p><p>　　繪出x—y圖，見(jiàn)圖2</p><p>　　圖2 苯-甲苯氣液平衡相圖</p><p>

63、;　　因q=1 ,為泡點(diǎn)進(jìn)料 ，由x,y的關(guān)系和 </p><p>　　平均塔頂和塔釜的相對(duì)揮發(fā)度，得α=2.56</p><p>　　采用解析法求最小回流比。由公式可得</p><p>　　故最小回流比為：=0.98</p><p><b>　　取操作回流比為：</b></p><p>　　2求

64、精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p&

65、gt;<b>　　3求操作線方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程為</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程</b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　4.逐板法計(jì)算理論板數(shù)</p>

66、;<p>　　因?yàn)榛旌衔锏南嗥胶夥匠虨?</p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料q=1 </p><p>　　所以甲苯的相對(duì)揮發(fā)度為α﹦2.56</p><p>　　第一塊板上升的蒸汽組成</p><p>　　從第一塊板下降的液體組成式由 求取</p><p>　　第二塊板上升的氣相組成用式求取<

67、/p><p>　　第二塊板下降的液體組成</p><p><b>　　如此反復(fù)計(jì)算</b></p><p>　　因<=0.5042,n=5</p><p>　　第七塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程計(jì)算</p><p>　　第七塊板下降的液體組成</p><p><

68、b>　　同理：</b></p><p><b>　　0.0181<</b></p><p>　　2） 實(shí)際板層數(shù)的求取</p><p>　　查表得各組分黏度μ1=0.269，μ2=0.277</p><p>　　μm=XFμ1+（1-XF）μ2=0.541×0.269+（1-0.541）

69、×0.277=0.273</p><p>　　ET=0.49（α*μL）-0.245=0.53</p><p>　　精餾段實(shí)際板層數(shù) 取10塊</p><p>　　提餾段實(shí)際板層數(shù) 取14塊</p><p>　　所需總實(shí)際板數(shù)為24塊（包括再沸器），精餾段需10塊板,第11塊加料</p><p>　　

70、四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算，下同）</p><p><b>　　1）操作壓力計(jì)算</b></p><p><b>　　塔頂操作壓力 </b></p><p>　　塔底操作壓力 =0.7*24+105.3=122.1 kPa</p><p><b>　

71、　每層塔板壓降 </b></p><p><b>　　進(jìn)料板壓力 </b></p><p><b>　　精餾段平均壓力</b></p><p><b>　　2）操作溫度計(jì)算</b></p><p>　　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，其中苯

72、、甲苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算。</p><p><b>　　塔頂溫度計(jì)算：</b></p><p>　　lgPA*=6.032-1206.35/(t+220.24)</p><p>　　lgPB*=6.078-1343.94/(t+219.58)</p><p>　　由 ， 得P總= PA**0.957+PB

73、**0.043</p><p>　　試差法算出tD=81.5℃</p><p>　　同理計(jì)算塔釜和進(jìn)料板溫度，計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　塔頂溫度 0C </p><p>　　進(jìn)料板溫度 0C </p><p>　　塔釜溫度 =103.2℃ </p&g

74、t;<p>　　精餾段平均溫度 =（ 81.5＋93.9）/2 = 87.7℃</p><p>　　3）平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 </p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　kg/kmol<

75、;/b></p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　由 xw=0.024 kg/

76、kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p&

77、gt;<b>　　4)平均密度計(jì)算</b></p><p>　　1.氣相平均密度計(jì)算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算，</p><p>　　精餾段的平均氣相密度即</p><p>　　2.液相平均密度計(jì)算</p><p>　　液相平均密度依 計(jì)算</p><p&

78、gt;　　塔頂液相平均密度計(jì)算</p><p>　　根據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)得出函數(shù)</p><p>　　yA=-1.29x+919.2</p><p>　　yB=-1.03x+892.8</p><p><b>　　帶入 0C，</b></p><p>　　得出 kg/</p>

79、<p><b>　　kg/kmol </b></p><p>　　同理 進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算：</p><p>　　由 ,查手冊(cè)得 kg/ kg/</p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為</p><p><b>　　kg/</b></p><p>&

80、lt;b>　　塔底液相平均密度 </b></p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　5）液體平均表面張力計(jì)算</p><p>　　液相平均表面張力依計(jì)算</p><p>　　塔頂液相平均表面張力的計(jì)算<

81、/p><p>　　根據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)得出函數(shù)</p><p>　　yA=-0.125x+31.24</p><p>　　yB=-0.11x+30.5</p><p><b>　　帶入 0C，得出</b></p><p>　　同理 進(jìn)料板液相平均表面張力 </p><p>　　σLF

82、m=19.52 mN/m</p><p>　　塔底液相平均表面張力 </p><p>　　σLwm=19.46mN/m</p><p>　　精餾段液相平均表面張力為 </p><p>　　σLm=（21.07+19.52）/2=20.371mN/m</p><p>　　6）液相平均年黏度的計(jì)算</p>&

83、lt;p><b>　　液相平均粘度依計(jì)算</b></p><p>　　塔頂液相平均粘度的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)手冊(cè)數(shù)據(jù)得出函數(shù)</p><p>　　yA=-0.0023x+0.49</p><p>　　yB=-0.002x+0.4666</p><p><b>　　帶入

84、0C，</b></p><p>　　mPa·s mPa·s</p><p><b>　　解出 </b></p><p>　　同理 進(jìn)料板液相平均粘度 </p><p>　　μLFm=0.276 mPa·s</p><p>　　精餾段液

85、相平均表面粘度為</p><p>　　五、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p><b>　　1）塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為</p><p><b>　　m3/s</b></p><p><b>　　m3/s</b&g

86、t;</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　式中C由計(jì)算，其中的C20由圖3查取</p><p>　　圖3 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　查得 </b></p><p><b>　　查取圖的橫坐標(biāo)為</b>&

87、lt;/p><p>　　取板間距 ,板上液層高度 </p><p><b>　　則 </b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為</p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為</b>

88、;</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為0.8m,則空塔氣速1.0m/s。</p><p>　　同理算出提餾段數(shù)據(jù)，將精餾段和提溜段相比較可以知道二者的塔徑不一致，根據(jù)塔徑的選擇規(guī)定，對(duì)于相差不大的二塔徑取二者中較大的，因此在設(shè)計(jì)塔的時(shí)候塔徑取0.8m。</p><p>　　2）精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p><b>　　精

89、餾塔有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　六、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 </p><p>　　1）溢流裝置計(jì)算 &l

90、t;/p><p>　　因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。各項(xiàng)計(jì)算如下。</p><p><b>　　1.堰長(zhǎng) </b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　2.溢流堰高度 </b></p><p>&

91、lt;b>　　取 </b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度how=</p><p>　　查手冊(cè),近似取E=1</p><p>　　塔板上清液層高度 </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　3.弓形降液管寬度和截面積</p&

92、gt;<p><b>　　由圖4，</b></p><p>　　圖4 弓形降液管的參數(shù)</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　依式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p>

93、<p>　　4.降液管底隙高度 </p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤(pán)，深度 </p><p><b>　　2）塔板布置&

94、lt;/b></p><p><b>　　1.塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　2.邊緣區(qū)寬度確定</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　

95、3.開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 </p><p>　　4.篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　本題所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔板直徑。 </p><p>　　篩孔板按正三角形排列，取孔中心距t為 </p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為</b></p><p><b>　　個(gè)

96、</b></p><p><b>　　開(kāi)孔率為</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔的氣速為</p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　圖5 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)圖</p><p>　　七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p&g

97、t;<b>　　1）塔板壓降</b></p><p><b>　　1.干板阻力計(jì)算</b></p><p><b>　　干板阻力 由式</b></p><p><b>　　由 ，查圖6，</b></p><p>　　圖6 干篩孔的流量系數(shù)</p&g

98、t;<p><b>　　得 </b></p><p><b>　　故 液柱 </b></p><p>　　2.氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算</p><p>　　氣體通過(guò)液層的阻力由式 計(jì)算，-</p><p><b>　　m/s</b></p>

99、<p>　　kg1/2/(sm1/2)</p><p><b>　　查圖7，</b></p><p>　　圖7 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　得 。</b></p><p><b>　　m 液柱</b></p><p>　　

100、3.液體表面張力的阻力計(jì)算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 </p><p><b>　　m 液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度</p><p><b>　　m液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的壓降為</p>

101、;<p>　　< 0.7kPa(設(shè)計(jì)允許)</p><p><b>　　2）液面落差 </b></p><p>　　對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p><b>　　3）液沫夾帶 </b></p><p><b&g

102、t;　　= </b></p><p><b>　　=2.5hL=</b></p><p>　　kg液/kg氣<0.1kg液/kg氣</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　4）漏液</b></p><p>　　

103、對(duì)篩塔板，漏液點(diǎn)氣速</p><p><b>　　=m/s</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速</b></p><p>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。</p><p><b>　　5）液泛 </b&

104、gt;</p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從（+）</p><p>　　苯—甲苯物系屬一般物系，取=0.5，則</p><p><b>　　m</b></p><p>　　而 =++ </p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可有</p><p&

105、gt;<b>　　==m液柱</b></p><p><b>　　m液柱</b></p><p>　　即0.1357<0.225</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象</p><p>　?。ò耍┧遑?fù)荷性能圖</p><p><b>　　1）漏液線

106、 </b></p><p><b>　　由 =4.4</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=E </b></p><p><b&

107、gt;　　得 =</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　整理得=</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列如表</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。</p><p><b&

108、gt;　　2）液沫夾帶線</b></p><p>　　以=0.1kg液/kg氣為限，求—關(guān)系如下：</p><p>　　由 = </p><p><b>　　==</b></p><p>　　=2.5hL=2.5（hw+how)</p><p><

109、;b>　　=0.050</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　故=0.121+</b></p><p><b>　　-=0.279-</b></p><p><b>　　= </b></p>

110、;<p>　　整理得 =</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果如表</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p><b>　　3）液相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由公式得&

111、lt;/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　取E=1，則 =</b></p><p>　　據(jù)此可作出與液體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。</p><p><b>　　4）液相負(fù)荷上限線</b></p><p>　　以=4s作為液

112、體在降液管中停留時(shí)間的下限，</p><p><b>　　==4</b></p><p>　　故 == </p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p><b>　　5）液泛線</b></p><p>　　令

113、 =（+）</p><p>　　由 =++；=++；=；=+</p><p>　　聯(lián)立得 +（--1）=（+1）+++</p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，整理得 =</p><p><b>　　=</b></p><p><b&

114、gt;　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，</b></p><p>　　得 =0.113</p><p><b&g

115、t;　　=0.148</b></p><p><b>　　=448.01</b></p><p><b>　　=1.408</b></p><p>　　故 </p><p>　　或 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，計(jì)

116、算出VS值計(jì)算結(jié)果如表 </p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，見(jiàn)圖8</p><p>　　圖8 篩板塔的負(fù)荷性能圖</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)P,連接OP，即可作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。</p

117、><p><b>　　由圖8查得</b></p><p>　　= 1.05 =0.317</p><p><b>　　故操作彈性為 =</b></p><p>　　九、總塔高、總壓降及接管尺寸的確定</p><p><b>　　1）塔總高度</b>

118、</p><p>　　H = HD + (N-2-S)HT + SHT’ + HF +HB </p><p>　　取 HD = 1.25m HB = 0.8m</p><p>　　設(shè)有三個(gè)人孔 HT = 0.4m</p><p>　　HT’ =0.8m HF = 0.6m</p

119、><p>　　H = 1.25 + （25 -3-1）×0.4 +4×0.8 + 0.6 + 0.8= 14.25m</p><p><b>　　2）塔總壓降</b></p><p>　　ΔP= 0.558 ×（24-1） = 13.85 kPa</p><p>　　3）塔頂蒸汽出料管dD<

120、;/p><p>　　塔頂?shù)嚼淠鞯恼魵鈱?dǎo)管，必須具有合適的尺寸，以免壓力降過(guò)大，管徑可按下式計(jì)算。取u=1.5m/s,則</p><p>　　式中蒸氣速度uv在常壓操作時(shí)取12~20m/s,絕對(duì)壓為6000pa~1400pa時(shí)取30~50m/s,絕對(duì)壓小于6000pa時(shí)取50~70m/s。</p><p><b>　　4）回流管dR</b><

121、/p><p>　　回流量 D=22.76Kmol/h</p><p>　　通常，重力回流管內(nèi)流速u(mài)R取0.2~0.5m/s,強(qiáng)制回流uR取1.5~2.5m/s。回流管直徑dR為</p><p>　　5）進(jìn)料管df和塔釜出料管dw</p><p>　　料液由高位槽流入塔內(nèi)時(shí)，進(jìn)料管內(nèi)流速u(mài)f可取0.4~0.8m/s；或由泵輸送，uf可取1.5~2.

122、5m/s，塔釜流出液體流速u(mài)w一般取0.5~1.5m/s，計(jì)算公式與前面所述回流管徑的計(jì)算式相同。</p><p>　　所有計(jì)算所得尺寸均應(yīng)圓整到相應(yīng)規(guī)格的直徑。</p><p>　　十、板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備 </p><p><b>　　1）塔體結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管、各物流的

123、進(jìn)出口管及人孔、基座、除沫器等附屬設(shè)備。除一般塔板按設(shè)計(jì)板間距安裝外，其他處根據(jù)需要決定其間距。</p><p><b>　　1、塔頂空間 </b></p><p>　　指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠(yuǎn)高于塔板間距（甚至高出一倍以上），或根據(jù)除沫器要求高度決定。</p><p><b>　　2、塔底空

124、間 </b></p><p>　　指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由如下二因素決定，即：塔底貯液空間依貯存液量停留3~5 min或更長(zhǎng)時(shí)間而定；塔底液面至最下層塔板之間要有1~2m的間距，大塔可大于此值。</p><p><b>　　3、進(jìn)料位置 </b></p><p>　　通過(guò)工藝計(jì)算可以確定最適宜的進(jìn)料位置，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考

125、慮具體情況進(jìn)一步安排不同的進(jìn)料位置。一般離最適宜進(jìn)料位置的上下約1~3塊塔板處再設(shè)置兩個(gè)進(jìn)料口。相鄰兩個(gè)進(jìn)料位置的距離應(yīng)由設(shè)計(jì)者綜合多種因素確定。</p><p><b>　　4、人孔 </b></p><p>　　一般每隔6~8層塔板設(shè)一人孔（安裝、檢修用），當(dāng)塔需經(jīng)常清洗時(shí)，則每隔3~4 層塔板設(shè)一人孔。設(shè)人孔處的板間距等于或大于600mm，人孔直徑一般為450~