乙醇水篩板.doc

吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) i 吉吉林林化化工工學(xué)學(xué)院院 化工原理化工原理 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 題目題目 乙醇乙醇水二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)水二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計(jì) 教教 學(xué)學(xué) 院院 化工與材料工程學(xué)院化工與材料工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)專業(yè)班級(jí) 材化材化 08020802 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 黃丹黃丹 學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)生學(xué)號(hào) 0815023308150233 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 李忠玉李忠玉 2010 年年 6 6 月月 2222 日日 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) ii 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：乙醇水二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件：設(shè)計(jì)條件：塔頂壓力為常壓 處理量 ：1200 h 進(jìn)料組成 ：0.45 塔頂組成 ： 0.92 塔底組成 ： 0.03 進(jìn)料狀態(tài) ： 0.98 塔釜為飽和蒸汽直接加熱； 塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，回流比：r=（1.22.0）rmin ； 單板壓降 0.7 kpa 設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)內(nèi)容： 確定工藝流程 精餾塔的物料衡算 塔板數(shù)的確定 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算 塔板板面布置設(shè)計(jì) 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算與負(fù)荷性能圖 精餾塔接管尺寸計(jì)算。 塔頂全凝器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和選型 精料泵的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和選型 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、塔板板面布置圖、精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。 設(shè)計(jì)說明書 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 1 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.ii 摘摘 要要.4 前前 言言.5 第一章 設(shè)計(jì)方案簡介.6 設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景.6 1.1.1 乙烯水合法 .6 1.1.2 乙醛加氫法 .6 1.2 工藝流程圖.6 1.3 塔板技術(shù)最新進(jìn)展塔板技術(shù)最新進(jìn)展.7 1.3.1 新型氣相分流式塔板 .7 1.3.2 泡罩型塔板 .8 1.3.3 篩孔型塔板 .8 1.3.4 浮閥塔板 .9 1.3.5 噴射型塔板 .10 1.4 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路.11 1.5 選塔依據(jù)選塔依據(jù).12 第二章第二章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)精餾塔的工藝設(shè)計(jì).13 2.12.1 全塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算全塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.13 2.1.1 產(chǎn)品濃度的計(jì)算和進(jìn)料組成確定.13 2.1.2 溫度計(jì)算.13 2.1.3 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算.14 2.1.4 q 線方程.15 2.1.5 最小回流比和適宜回流比的選取.15 2.1.6 精餾段和提餾段操作線.16 2.1.7 逐板法確定理論板數(shù).16 2.1.8 液體粘度 m .17 2.1.9 實(shí)際塔板數(shù)及實(shí)際加料位置.17 第三章第三章 板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算.18 3.1 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 .18 3.1.1 操作壓強(qiáng) p.18 3.1.2 操作溫度 t.18 3.1.3 塔內(nèi)各段氣、液兩相組分的平均分子量.18 3.1.4 精餾段和提餾段各組分的密度.19 3.1.5 液體表面張力的計(jì)算.20 3.1.6 液體粘度 m .20 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 3.1.7 氣液負(fù)荷計(jì)算.20 精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 .20 提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 .20 3.2 塔和塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算.21 3.2.1 塔徑 d.21 3.2.2 液流形式、降液管及溢流裝置等尺寸的確定.22 3.2.3 塔板布置.23 3.2.4 篩孔數(shù) n 及 開孔率 .24 3.3 篩板塔的流體力學(xué)校核2.25 3.3.1 板壓降的校核.25 3.3.2 液沫夾帶量 ev 的校核.26 3.3.3 溢流液泛條件的校核.27 3.3.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核.27 3.3.5 漏液點(diǎn)的校核.28 3.4 塔板負(fù)荷性能圖2.28 3.4.1 液相負(fù)荷下限線 .28 3.4.2 液相負(fù)荷上限線 .28 3.4.3 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）.29 3.4.4 過量液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線） .29 3.4.5 溢流液泛線.30 3.4.6 塔氣液負(fù)荷性能圖 .31 3.4.7 熱量衡算： .32 進(jìn)入系統(tǒng)的熱量 .32 離開系統(tǒng)的熱量 .33 熱量衡算式： .33 第四章第四章 塔的附屬設(shè)備的計(jì)算塔的附屬設(shè)備的計(jì)算.34 4.1 塔頂冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算.34 4.1.1 確定設(shè)計(jì)方案 .34 4.1.2 確定物性數(shù)據(jù) .34 4.1.3 熱負(fù)荷 q 的計(jì)算 .34 4.1.4 傳熱面積的計(jì)算 .34 4.2 接管設(shè)計(jì) .35 4.2.1 進(jìn)料管.35 4.2.2 回流管.35 4.2.3 釜液出口管.35 4.2.4 塔頂蒸汽管.35 4.3 泵的選型 .36 第五章第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總設(shè)計(jì)結(jié)果匯總.37 結(jié)束語結(jié)束語.39 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).40 主要符號(hào)說明主要符號(hào)說明.40 附附 錄錄.42 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 4 摘摘 要要 本設(shè)計(jì)是精餾塔及其進(jìn)料預(yù)熱的設(shè)計(jì)，分離乙醇-水溶液的產(chǎn)量為 40 噸/天，使塔頂產(chǎn)品 乙醇的摩爾含量達(dá)到 93.01%，從塔釜出來的殘液中乙醇濃度要求不大于 0.03%,綜合工藝操作 方便、經(jīng)濟(jì)及安全等多方面考慮，本設(shè)計(jì)采用了篩板塔對(duì)乙醇-水進(jìn)行分離提純，塔板為碳鋼 材料，按照逐板計(jì)算求得理論板數(shù)為 16。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式算得全塔效率為 0.5775。塔頂使用全凝 器，飽和蒸汽進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。精餾段實(shí)際板數(shù)為 9，提餾段實(shí)際板數(shù)為 26。實(shí)際加料位置在 第 9 塊板。精餾段彈性操作為 3.86，提餾段為 2.60。通過板壓降、漏液、液泛、液沫夾帶的 流體力學(xué)驗(yàn)算，均在安全操作范圍內(nèi)。 塔的附屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管。預(yù)熱器采用管殼式換熱器。用 170飽和 水蒸氣加熱。飽和水蒸氣走殼程，進(jìn)料液走管程。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：乙醇、水、精餾段、提餾段、篩板塔 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 5 前前 言言 篩板塔是一種開發(fā)較早的塔板，它的結(jié)構(gòu)簡單，性能好造價(jià)低。但過去對(duì)它的性能研 究得不夠，未得到廣泛的應(yīng)用。從而在工業(yè)上又得到廣泛的應(yīng)用。近年來隨著工業(yè)的發(fā)展， 大量的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高了人們對(duì)篩孔塔板性能和規(guī)律的認(rèn)識(shí)。從而在工業(yè)上又 得到廣泛的應(yīng)用。 它的生產(chǎn)能力（以單位塔截面的氣體通過量計(jì)）比泡罩塔高 10-15%，板效率亦約高 10- 15%。而每板壓力降則低 30%左右。 篩板塔板具有以下特點(diǎn)： 1. 結(jié)構(gòu)簡單，制造和維修方便； 2. 省投資、省鋼材； 3. 生產(chǎn)能力大，比泡罩塔約為大 20-40%左右； 4. 塔板壓力低，比泡罩塔約低 30-50%； 5. 塔板效率與泡罩塔同； 6. 操作彈性比泡罩塔稍低； 7. 不適應(yīng)處理較臟的物料和帶有固體顆粒的物料，以免堵塞或生鈣。 蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過程 的主要單元操作。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)的目的是為了培養(yǎng) 綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),來解決實(shí)際化工問題的能力,做到能獨(dú)立進(jìn)行化工設(shè)計(jì)初步訓(xùn)練，為以 后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 6 第一章 設(shè)計(jì)方案簡介 設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景 工業(yè)上生產(chǎn)乙醇的方法。 1.1.1 乙烯水合法 乙烯水合可以采用間接和直接兩種方法。 1.乙烯間接水合法： 第一步： 2223242 ccsccosoh oohhhhh 第二步： 32252224 ccosohoohs ocohhhhh 2.乙烯直接水合法： 將乙烯和水在催化劑、高溫、加壓條件下直接加成得到乙醇的方法： 42522 2303007080 ooh cchhh 催化劑 ，大氣壓 1.1.2 乙醛加氫法 3252 cchooh chhh 催化劑 1.2 工藝流程圖 回流量 出料量 全凝器 乙醇水溶液 飽和水蒸氣 塔釜出料 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 7 1.3 塔板技術(shù)最新進(jìn)展塔板技術(shù)最新進(jìn)展 80 年代是填料發(fā)展的高峰期, 90 年代在新一輪競爭中, 板式塔又再次突起, 顯現(xiàn)出發(fā)展 的強(qiáng)勁勢頭, 歐美各國, 尤其是美國各塔器生產(chǎn)廠商推出了大批新塔板, 從1994 年和1997 年兩屆德國achema 展覽會(huì)的展情就完全可以反映出板式塔的這一趨勢。這一時(shí)期, 俄羅 斯也不甘落伍, 亦開發(fā)了不少新板型。只是由于語言文種的因素, 國內(nèi)人士對(duì)俄羅斯塔器的 發(fā)展?fàn)?況報(bào)道和知之相對(duì)較少。這一時(shí)期歐美各國板式塔開發(fā)中的一個(gè)突出特點(diǎn)是發(fā)展固定閥塔 板, 表現(xiàn)在有大批新型固定閥塔板問世, 研究的重點(diǎn)是充分利用出入口面積, 并匹配新型降 液管設(shè)計(jì)。而俄羅斯板式塔的開發(fā)思路在于提高生產(chǎn)能力, 增加處理量, 減少霧沫夾帶, 降 低壓力損失。研究著眼于氣相流動(dòng)狀況, 改善氣液接觸。 現(xiàn)就俄羅斯近期開發(fā)的新型塔板簡介如下： 1.3.1 新型氣相分流式塔板 為了設(shè)計(jì)制造出一種能在足夠高的氣液兩相負(fù)荷條件下有效工作的塔板, 人們將注意 力集中到氣相分流研究方面, 為此俄羅斯已開發(fā)出5 項(xiàng)專利技術(shù)。其設(shè)計(jì)思想的核心是, 設(shè) 法將輕相(氣相) 流分成多股, 而每一股氣流都交替地與液體相互作用。這里介紹的是莫斯 科化機(jī)研究所提出的一種氣相分流式塔板。它是將氣相流分割成多股, 其中一股直接進(jìn)入 塔板工作區(qū), 與液體接觸; 而另一股則繞過特殊設(shè)計(jì)的通道進(jìn)入塔板工作區(qū)。這樣安排, 氣 流的通過能力得到提高。此種塔板的工作原理見圖1。 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是, 氣相通道為扁平式擴(kuò)散型, 與液流運(yùn)動(dòng)方向平行安裝。通道壁既是輕 相(氣相) 流的限界, 又是分段檔板, 它將塔板分成許多個(gè)燕尾元件, 有消除流體不平衡、減 少霧沫夾帶的作用, 同時(shí)也提高了接觸裝置的效率。在該設(shè)備中, 上層塔板液體通過溢流裝 置, 依次流入下層各塔板。氣流自下而上運(yùn)動(dòng)時(shí)被分割成多股流,其中一股氣流直接進(jìn)入塔 板工作區(qū)并與液體接觸, 而另一股氣流則通過扁平擴(kuò)散型通道繞道進(jìn)入接觸區(qū)。在該塔高 度方向上, 各相鄰塔板上的氣相通道應(yīng)按棋盤式布置, 這樣就保證了經(jīng)下層塔板通道上升的 那股氣流能進(jìn)入上層塔板的工作區(qū), 從而提高了過程的運(yùn)動(dòng)力, 并強(qiáng)化了工作區(qū)接觸元件上 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 8 的傳熱傳質(zhì)強(qiáng)度。輕相(氣相) 流的分割能確保接觸裝置工作區(qū)獲得最佳速度, 雖然提高了 氣液耗量比, 但阻力不增加。無疑這對(duì)于欲通過改造現(xiàn)有設(shè)備以提高生產(chǎn)能力的場合來說, 該技術(shù)可獲得廣泛應(yīng)用。該塔板更適用于吸收操作。 1.3.2 泡罩型塔板 它在板式塔發(fā)展史上起了重要作用 ,泡罩塔技術(shù)成熟 ,操作穩(wěn)定 ,抗漏液性能好 ,操作彈性 較大 ;塔板上液層較高 ,兩相接觸時(shí)間長 ,因而塔板效率較高。但由于塔板壓降較高、霧沫 夾帶大、塔板上的液面落差較大以及泡罩的生產(chǎn)制造復(fù)雜、造價(jià)較高等原因 ,目前使用較 少。 1.3.3 篩孔型塔板 篩板塔技術(shù)成熟 ,造價(jià)低 ,應(yīng)用較廣泛。其改進(jìn)型如下 : (1) linde 篩板 其特點(diǎn)是 :1.在液體進(jìn)入?yún)^(qū) , 將塔板制成凸起的斜臺(tái)狀鼓泡裝置,促進(jìn)氣液充分接觸 。 2.塔板上裝有百葉窗式的導(dǎo)向孔 ,導(dǎo)向孔的方向與液流方向一致。上述兩個(gè)改 進(jìn)很好地解決了塔板液層落差較大的問題 ,減少了霧沫夾帶和塔板壓降。 圖 1 linde 篩板 (2) 氣相分流式塔板 其設(shè)計(jì)是將氣相分成多股 ,一部分氣流從正常篩孔進(jìn)入上一層塔板 ,而另一部分從特殊設(shè)計(jì) 的通道進(jìn)入上一層塔板。其中氣相通道為扁平式擴(kuò)散型 ,且與液體流動(dòng)方向平行安裝 ,起到 了導(dǎo)流板減小返混的作用。這種設(shè)計(jì)提高了氣體處理能力 ,而塔板壓降不增加 ,同時(shí)霧沫夾 帶也減少了 ,但效率有所降低。 圖 2 氣相分流塔板 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 9 1-工作區(qū) 2-氣相特殊通道 3-齒縫 4-通道壁板 1.3.4 浮閥塔板 它是在塔盤上開閥孔因而在較寬的氣體負(fù)荷也能保持穩(wěn)定,安置能上下浮動(dòng)的閥片。 由于浮閥與塔板之間流通面積能隨氣體負(fù)荷變化，氣液接觸時(shí)間較長 ,霧沫夾帶少 ,液 面落差小 ;不怕臟粘物料 ,使用周期長 ;結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低。但是塔板上液層梯度大 , 液體返混較大 ,浮閥易磨損和脫落。 (1) vv (varioflex2valve tray)塔板 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :在固定閥下設(shè)置一可上下活動(dòng)的閥片 ,通過閥片的上升和下降來達(dá)到對(duì) 流通面積 的調(diào)節(jié)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,閥片不會(huì)被卡住或脫落 ,使用可靠 ;同時(shí)固定閥保證 氣體水平吹入 液體 ,強(qiáng)化了氣液接觸時(shí)的湍動(dòng)作用 ;其操作彈性高達(dá) 102 121,但霧沫夾帶較大。 圖 3 vv 塔板 (2)l1 條形浮閥 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 10 圖 4 l1 條形浮閥 特點(diǎn)是 :易在塔板上排列 ,氣體從閥體兩側(cè)水平吹出 ,以避免氣流的 逆向返沖現(xiàn) 象;不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)而磨損和脫落。 1.3.5 噴射型塔板 它充分利用蒸汽動(dòng)能推動(dòng)板上的液體流動(dòng),增大液體的處理量;開孔率較鼓泡塔板大; 同時(shí)氣液同向運(yùn)動(dòng),減少了液體返混。但是塔板上液體高速流過塔板,氣液接觸時(shí)間短;液 體被氣體不斷加速 ,分散的液體不易再聚合 ,致使霧沫夾帶較大。 (1)斜孔塔板 斜孔塔板 其特點(diǎn)是塔板上篩孔為斜孔 ,且相鄰兩排斜孔的開口方向相反 ,以避免流體被不斷 加速 ,從而增加液體在塔板上的停留時(shí)間 ;與一般的噴射塔板不同 ,斜孔塔板設(shè)有出口堰 ,操 作時(shí)在塔板上保持一定的液層。 (2) perform 塔板 其特點(diǎn)是 :塔板采用由定向小孔的壓延金屬板網(wǎng)制成 ,能充分利用氣相動(dòng)能 ,強(qiáng)化 了兩相間的傳質(zhì) ;設(shè)置的碎流板不但起分液作用 ,且促進(jìn)兩相傳質(zhì) ;氣液在塔板不 同區(qū)域方向發(fā)生 90的改變 ,因而在轉(zhuǎn)折位置相流發(fā)生旋轉(zhuǎn) ,相接觸表面強(qiáng)烈更新 ,增加 了兩相接觸時(shí)間 ,改善了液體沿塔壁分布不均的現(xiàn)象 ;具有高負(fù)荷 ,低壓降 ;塔板 孔速大 ,不易堵塞 ,而且造價(jià)低。其缺點(diǎn)是操作彈性較小 ,只有 2 4。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 11 perform 塔板 (4)裝有 v 形橫擋板的斜噴塔板 這種塔板的舌片開口布置和斜孔塔板一樣 ,而安裝的 v 形橫擋板所起的作用與 p2k 塔板的碎流板類似 ,但它還可以起導(dǎo)流板的作用 ,提高塔板的傳質(zhì)效率。 裝有 v 形橫擋板的斜噴塔板 1.4 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 a：全塔物料衡算 b：求理論塔板數(shù) c：氣液相負(fù)荷及特性參數(shù) d：篩板塔設(shè)計(jì) 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 12 e：流體力學(xué)性能校核 f：畫出負(fù)荷性能圖 g：全塔熱量衡算 h：塔附屬設(shè)備計(jì)算 1.5 選塔依據(jù)選塔依據(jù) 篩板塔是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的一種塔型，設(shè)計(jì)比較成熟，具體優(yōu)點(diǎn)如下： 1.結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價(jià)低廉. 2.氣體壓降小、板上液面落差也較小. 3.塔板效率較高. 4.改進(jìn)的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 13 第二章第二章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 2.12.1 全塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算全塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1.12.1.1 產(chǎn)品濃度的計(jì)算和進(jìn)料組成確定產(chǎn)品濃度的計(jì)算和進(jìn)料組成確定 1. 料液及塔頂塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分率： 0.450.451 0.45 ()0.242 46.0746.0718.02 f x 0.920.921 0.92 ()0.818 46.0746.0718.02 d x 0.030.031 0.03 ()0.012 46.0746.0718.02 w x 2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： = f m0.242 46.07(1 0.242) 18.0224.81/kg kmol = d m0.818 46.07(1 0.818) 18.0240.96/kg kmol = w m0.00012 46.07(1 0.00012) 18.0218.36/kg kmol 由條件可知，物料恒算的處理量 f=48.37kmol 1200 24.81 1 h 總物料衡算：48.37=d+f 乙醇物料衡算：48.370.242=0.818d+0.012w 聯(lián)立解得：d=14.46，w=33.91kmol/hkmol/h 2.1.22.1.2 溫度計(jì)算溫度計(jì)算 利用表中數(shù)據(jù)有插值法可求的 tf，td，tw。 tf: tf =82.69 f t -82.782.782.3 = 24.223.3723.3726.08 td： td =78.28 d t -78.1578.1578.14 = 81.1 89.4389.4374.72 tw： tw =99.68 w t -10010095.5 = 1.2-00-1.90 精餾段平均溫度 ：t1=（tf+ td）/2 =80.49 提留段平均溫度 ：t2=（tf+ tw）/2 =91.19 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 14 2.1.32.1.3 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 進(jìn)料溫度 tf =82.69 氣相組成 yf ： yf=0.5448 82.69-82.782.782.3 = y5404554.4555.80 f 塔頂溫度 td =78.28 氣相組成 y d： y d=0.8379 78.28-78.1578.41 78.15 = y89.4378.1589.43 d 塔底溫度 tw =99.68 氣相組成 yw: yw=0.1088 99.68-10010095.5 = y00 17.00 w 精餾段 液相組成 ： =0.530 1 x fd 1 x +x 2 x 1 x 氣相組成 : =0.6914 1 y fd 1 y +y y 2 1 y 所以 kg/kmol l1 m =46.07 0.530+18.02 (1-0.530)=32.89 kg/kmol v1 m=46.07 0.6914+18.02 (1-0.6914)=37.41 提留段 液相組成： =0.127 2 x 2 (+x ) 2 wf x x 2 x 氣相組成： =0.3268 2 y 2 (+y ) 2 wf y y 2 y 所以 kg/koml 2 46.07 0.127 18.02 (1 0.127)21.58 l m kg/koml 2 46.07 0.3268 18.02 (1 0.3268)27.19 v m 由由0.242 yf=0.5548 f x f f f f x =3.75 1- 1-x f y y 0.818 y d=0.8379 d x d d d d d x =1.15 1- 1-x y y 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 15 0.012 yw=0.1088 w x w w w w w x =10.05 1- 1-x y y 精餾段相對(duì)揮發(fā)度： fd + =2.45 2 提留段相對(duì)揮發(fā)度： fw + =6.9 2 全塔相對(duì)揮發(fā)度： =3.65 dw 2.1.42.1.4 q 線方程 由要求知：進(jìn)料狀態(tài) q=0.98 由此方程式： (1)(1) x qf yx qq qq 只需將 q=0.6361 代入求出 q 線方程： q 線方程：4912.1 yx qq 2.1.52.1.5 最小回流比和適宜回流比的選取最小回流比和適宜回流比的選取 由相平衡方程： min 1 (1) 4912.1() 3.65 1 (1) 2.23830 5505 0.1560 0.4029 0.8180.4029 1.6812 0.40290.1560 q q q q y q yx qq y . yx qq xq yq xy dq r yx qq 又因?yàn)榫€方程 聯(lián)立上述兩方程: 解得 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 16 2 1.68123.3624r 2.1.62.1.6 精餾段和提餾段操作線精餾段和提餾段操作線 精餾段操作線方程： 11 1 r x x r r y d n n 1 3.36240.818 0.7710.188 3.3624 13.3624 1 nnn yxx 提餾段操作線方程： l=rd=3.3624 14.46=48.62 kom/h v=(r+1)d=(3.3624+1)14.46=63.08 kom/h l=l+f=48.62+48.37=96.99 kom/h v=v=63.08 kom/h 1 n n lw yx vv 1 96.9933.91 1.5380.006 63.0863.08 nnn yxx 2.1.72.1.7 逐板法確定理論板數(shù)逐板法確定理論板數(shù) 對(duì)于二元精餾體系采用的數(shù)值法為逐板計(jì)算法，通常從塔頂開始計(jì)算： 精餾段操作線方程： 1 0.7710.188 nn yx 相平衡方程：=3.65 代入 得 y y x ) 1( 3.652.65 y x y 代入式 1 0.818 d yx 1 0.5518x 2 0.613y 反復(fù)計(jì)算得： x2=0.3026 y3=0.421 x3=0.1661 x3=0.1661 lf=865.39kg/m b a a a wf 110.3370.663 713.87970.05 對(duì)于塔底：tw=99.68，l，a=709.87kgm-3，l，b=958.62kgm-3 質(zhì)量分率：0.03,1 0.030.97 wawb 則： = =lww=948.65kg/m3 12 12 1 ww lw 0.030.97 709.87958.62 則:精餾段的平均液相密度:lm1=(ld+lf)/2=798.355kg/m3 731.32865.39 2 則:提餾段的平均液相密度：lm2=( lw+lf)/2=907.02kg/m3 865.39948.65 2 2.氣相密度6vm：v= rt pm lm, 則精餾段的氣相密度:vm1= 1.33kg/m3 1 1102.725 37.41 8.314 (80.49273.15) vm pm m rt 則提餾段的氣相密度:vm2=0.8883kg/m3 2 2107.625 27.19 0.94 8.314 (273.1591.19) vm pm m rt 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 20 3.1.53.1.5 液體表面張力的計(jì)算液體表面張力的計(jì)算 由平均表面張力公式 ： n i iim x 1 1.對(duì)于塔頂：td=78.28，a=17.3mnm-1，b=21.80mnm-1 則塔頂?shù)钠骄砻鎻埩Γ?dm=0.81817.3+（1-0.818）21.80=18.12mn/m 2.對(duì)于進(jìn)料板：tf=82.69，a=16.9mnm-1，b=21.301mnm-1 進(jìn)料的平均表面張力： fm=0.166116.9+(1-0.1661)21.30=20.57mn/m 3.對(duì)于塔底：tw=99.68，a=15.2mnm-1，b=19.9mnm-1 則塔底的平均表面張力: wm=0.01215.2+(1-0.012)19.9 =19.84mn/m 則精餾段的平均表面張力：1m1=19.345mn/m 18.1220.57 2 則提餾段的平均表面張力：m2=20.205mn/m 19.8420.57 2 3.1.63.1.6 液體粘度液體粘度 mm 由前面設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果有 精餾段平均液相粘度： lm1=0.378mpa.s 0.4280.328 2 提餾段平均液相粘度： lm2=0.300mpa.s 0.3280.272 2 3.1.73.1.7 氣液負(fù)荷計(jì)算氣液負(fù)荷計(jì)算 精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 =0.493 1 1 63.08 37.41 36003600 1.33 vm s vm v m v 13 sm =0.000556 1 1 48.62 32.89 36003600 798.335 lm s lm l m l 13 sm lh=0.0005563600=2.0016m3h-1 提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 =0.507 2 2 63.08 27.19 36003600 0.94 vm s vm v m v 13 sm 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 21 =0.000641 2 2 96.99 21.58 36003600 907.02 lm s lm l m l 13 sm =0.0006413600=2.3076m3h-1 h l 3.23.2 塔和塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算塔和塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算 3.2.13.2.1 塔徑塔徑 d d 液氣流動(dòng)參數(shù) 精餾段：=0.0276 1lv f 2/1 1 1 1 1 )()( vm lm s s v l 0.5 0.000556798.335 0.4931.33 提餾段：= =0.0393 2lv f 2/1 2 2 2 2 )()( vm lm s s v l 0.5 0.000641907.02 0.5070.94 取板間距 ht=0.40m，板上液層高度 hl=0.06m，則 ht- hl=0.34m 查教材圖 10-42（p179） ，可得到表面張力為 20mn/m 時(shí)的負(fù)荷因子：精餾段 c20,1=0.074,提餾段 c20,2=0.075. 由如下公式（20mn/m）計(jì)算氣體負(fù)荷因子 c:c=c20（ 2 . 0 ) 20 將 c20,1,c20,2及 分別代入解得 精餾段的氣體負(fù)荷因子：c1=0.074=0.0738 0.2 19.71 20 提餾段的氣體負(fù)荷因子：c2=0.075=0.0754 0.2 20.57 20 根據(jù)如下公式計(jì)算液泛速度uf值:uf= v vl c 則精餾段有：uf1=0.0738=1.807m/s 798.335 1.33 1.33 則提餾段有: uf2=0.0754=2.341m/s 907.020.94 0.94 取液泛百分率為 70，則設(shè)計(jì)氣速為:=0.7uf n u 則精餾段: =0.70 1.807=1.265m/s 1 nu 則提餾段: =0.70 2.341=1.639m/s 2 nu 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 22 則精餾段塔徑： =0.705m 1 1 44 0.493 3.14 1.265 s n v d u 則提餾段塔徑：=0.628m 2 2 44 0.507 3.14 1.639 s n v d u 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整精餾段塔徑為 d1=1.0m,提餾段塔徑 d2=1.0m。此塔徑與表 3-1 塔板間 距 ht相符。由此初選塔徑可以計(jì)算出： 精餾段實(shí)際塔板總面積： 22 2 1 1 785 . 0 1785 . 0 4 14 . 3 m d at 提餾段實(shí)際塔板總面積： 2 22 2 2 3.14 0.785 1.00.785 4 t d am 精餾段實(shí)際空塔氣速為：u=0.4930.785=0.628 ms 提留段實(shí)際空塔氣速為：u=0.5070.785=0.646 ms 3.2.23.2.2 液流形式、降液管及溢流裝置等尺寸的確定液流形式、降液管及溢流裝置等尺寸的確定 因塔徑和流量適中，選取單溢流弓形降液管、采用凹形受液盤。各項(xiàng)取值計(jì)算如下： 1. 溢流堰長 lw的值： 由以上設(shè)計(jì)結(jié)果可得溢流堰長 lw ，取 lw=0.66d=0.66 m ，則 精餾段堰長：lw1=0.7 提餾段堰長：lw2=0.7 2. 出口堰高 hw： 精餾段： 由 hw=hl-how ，選用平直堰，堰上液層高度 2/3 2.84 () 1000 h ow w l he l 近似取 e=1，則 2/3 2.840.000556 3600 1 ()0.00653 10000.66 ow h 取板上清液層高度 hl=60mm，故 hw =0.66-0.00653=0.05347m 提留段： 由 hw=hl-how ，選用平直堰，堰上液層高度 2/3 2.84 () 1000 h ow w l he l 近似取 e=1，則 2/3 2.840.000641 3600 1 ()0.00654 10000.66 ow h 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 23 取板上清液層高度 hl=60mm，故 hw =0.66-0.00654=0.05346m 3.降液管的寬度 wd和降液管的面積 af 由 lw/d=0.66，查教材(下冊)圖 10-40（p176）得：wd/d=0.14 即 wd=0.14d： 則精餾段降液管的寬度：wd1=0.141.0=0.14m 則提餾段降液管的寬度：wd2=0.141.0=0.14m 由 lw/d=0.66，查教材(下冊)圖 10-40（p176）得：af/at=0.08 精餾段降液管面積:af1=0.08=0.080.785=0.0628 m2 1t a 提餾段降液管面積:af2=0.08=0.080.785=0.0628 m2 2t a 4.降液管底隙高度 ho 精餾段： 0 0 3600 h w l h l u 取=0.08m/s ， 則 0 u =0.0124 m 0 0.000556 3600 3600 0.66 0.08 h hw -=0.05347-0.0124=0.04107m0.00653m 0 h 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 選用凹形受液盤，深度 hw=50mm。 提留段： 0 0 3600 h w l h l u 取=0.08m/s ， 則 0 u =0.0121 m 0 0.000641 3600 3600 0.66 0.08 h hw -=0.05346-0.0121=0.04136m0.00654m 0 h 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 選用凹形受液盤，深度 hw=50mm。 3.2.33.2.3 塔板布置塔板布置 1.精餾段和提餾段均取邊緣寬度 wc1=wc2=0.035m ，安定區(qū)寬度 ws1=ws2=0.065m 2.根據(jù)以下公式計(jì)算開孔區(qū)面積。 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 24 aa= 2 221 2 (sin) 180 rx xrx r (其中 x=d/2-(wd+ws) r=d/2-wc ) 則精餾段：x1=1