化工原理課程設(shè)計(jì)(苯-氯苯分離精餾塔——浮閥塔設(shè)計(jì))[教學(xué)內(nèi)容]

1、教育類別+ 課程設(shè)計(jì)說明書 課程設(shè)計(jì)名稱課程設(shè)計(jì)名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目課程設(shè)計(jì)題目 苯-氯苯混合液浮閥式精餾塔設(shè)計(jì) 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 專專 業(yè)業(yè) 化學(xué)工程與工藝 學(xué)學(xué) 院院 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 教育類別+ 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 (一一)設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 苯苯-氯苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)氯苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì) (二二)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) (1)原料液中含氯苯 32% (質(zhì)量)。 (2)塔頂餾出液中含氯苯不得高于 2(質(zhì)量)。 (3)處理量 250 kmol/h 操作條件操作條件 (1)塔頂壓強(qiáng) 4KPa(表壓

2、)，單板壓降小于 0.7KPa。 (2)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選。 (3)回流比 R=（1.1-3）Rmin。 (4) 塔釜加熱蒸汽壓力 0.45MPa 設(shè)備型式設(shè)備型式 F1 型浮閥塔 設(shè)備工作日：每年 330 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 （三）設(shè)計(jì)內(nèi)容（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 1） 設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容 1) 精餾塔的物料衡算； 2) 塔板數(shù)的確定； 3) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算； 4) 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算； 5) 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算； 6) 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算； 7) 塔板負(fù)荷性能圖； 8) 對設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。 9) 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 教育類別+ 2設(shè)計(jì)圖紙要求

3、： 1) 繪制工藝流程圖 2) 繪制精餾塔裝置圖 （四）參考資料（四）參考資料 1物性數(shù)據(jù)的計(jì)算與圖表 2化工工藝設(shè)計(jì)手冊 3化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì) 4化學(xué)工程手冊 5化工原理 苯、氯苯純組分的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù) 其他物性數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊。 教育類別+ 目錄目錄 前前 言言 .6 1設(shè)計(jì)方案的思考.6 2.設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn).6 3工藝流程的確定.6 一設(shè)備工藝條件的計(jì)算一設(shè)備工藝條件的計(jì)算 .8 1設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明.8 2全塔的物料衡算.8 2.1 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率.8 2.2 平均摩爾質(zhì)量.8 2.3 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率.8 3塔板數(shù)的確定.9 3.1 理論塔板數(shù)的

4、求取.9 T N 3.2 確定操作的回流比 R.10 3.3 求理論塔板數(shù).11 3.4 全塔效率.12 T E 3.5 實(shí)際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）.13 p N 4操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算.13 4.1 平均壓強(qiáng).13 m p 4.2 平均溫度.14 m t 4.3 平均分子量.14 m M 4.4 平均密度.15 m 4.5 液體的平均表面張力.16 m 4.6 液體的平均粘度.17 mL , 4.7 氣液相體積流量.18 6 主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì).19 6.1 塔徑.19 教育類別+ 7 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算.20 7.1 溢流裝置.20 7.2 塔板布置.23 二

5、二 塔板流的體力學(xué)計(jì)算塔板流的體力學(xué)計(jì)算 .25 1 塔板壓降.25 2 液泛計(jì)算.27 3 霧沫夾帶的計(jì)算.28 4 塔板負(fù)荷性能圖.30 4.1 霧沫夾帶上限線.30 4.2 液泛線.31 4.3 液相負(fù)荷上限線.32 4.4 氣體負(fù)荷下限線（漏液線）.33 4.5 液相負(fù)荷下限線.33 三三 板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備 .35 1 塔頂空間.35 2 塔底空間.36 3 人孔數(shù)目.36 4 塔高.36 浮閥塔總體設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖：浮閥塔總體設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖： .37 5 接管.38 5.1 進(jìn)料管.38 5.2 回流管.38 5.3 塔頂蒸汽接管.39 5.4 釜液排出管.39

6、 5.5 塔釜進(jìn)氣管.40 6 法蘭.40 7 筒體與封頭.41 7.1 筒體.41 7.2 封頭.41 7.3 裙座.41 8 附屬設(shè)備設(shè)計(jì).41 8.1 泵的計(jì)算及選型.41 8.2 冷凝器.42 8.3 再沸器.43 四四 計(jì)算結(jié)果總匯計(jì)算結(jié)果總匯 .44 五五 結(jié)束語結(jié)束語 .45 六六 符號(hào)說明：符號(hào)說明： .45 教育類別+ 前前 言言 1 1設(shè)計(jì)方案的思考設(shè)計(jì)方案的思考 通體由不銹鋼制造，塔節(jié)規(guī)格 25100mm、高度 0.51.5m，每段塔節(jié)可 設(shè)置 12 個(gè)進(jìn)料口/測溫口，亦可結(jié)合客戶具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造各種非標(biāo)產(chǎn) 品。整個(gè)精餾塔包括：塔釜、塔節(jié)、進(jìn)料罐、進(jìn)料預(yù)熱器、塔釜液儲(chǔ)

7、罐、塔頂 冷凝器、回流比控制器、產(chǎn)品儲(chǔ)罐等。塔壓降由變送器測量，塔釜上升蒸汽量 可通過采用釜液溫度或靈敏板進(jìn)行控制，塔壓可采用穩(wěn)壓閥控制，并可裝載自 動(dòng)安全閥。為使塔身保持絕熱操作，采用現(xiàn)代化儀表控制溫度條件，并可在室 溫300范圍內(nèi)任意設(shè)定。同時(shí)，為了滿足用戶的科研需要，每一段塔節(jié)內(nèi)的 溫度、塔釜液相溫度、塔頂氣相溫度、進(jìn)料溫度、回流溫度、塔頂壓力、塔釜 壓力、塔釜液位、進(jìn)料量等參數(shù)均可以數(shù)字顯示。 2.2.設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn) 浮閥塔由于氣液接觸狀態(tài)良好，霧沫夾帶量小(因氣體水平吹出之故)，塔 板效率較高，生產(chǎn)能力較大。浮閥塔應(yīng)用廣泛，對液體負(fù)荷變化敏感，不適宜 處理易聚合或者含有

8、固體懸浮物的物料，浮閥塔涉及液體均布問題在氣液接觸 需冷卻時(shí)會(huì)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜板式塔的設(shè)計(jì)資料更易得到，便于設(shè)計(jì)和對比，而且更 可靠。浮閥塔更適合，塔徑不是很大，易氣泡物系，腐蝕性物系，而且適合真 空操作。 3 3工藝流程工藝流程的確定的確定 原料液由泵從原料儲(chǔ)罐中引出，在預(yù)熱器中預(yù)熱后送入連續(xù)板式精餾塔 F1 型浮閥塔） ，塔頂上升蒸汽流采用強(qiáng)制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流 液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻至后送至產(chǎn)品槽；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供氣 相流，塔釜?dú)堃核椭翉U熱鍋爐。 以下是浮閥精餾塔工藝簡圖 教育類別+ 教育類別+ 一設(shè)備工藝條件的計(jì)算一設(shè)備工藝條件的計(jì)算 1 1設(shè)計(jì)方案的確定及工藝

9、流程的說明設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-氯苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精 餾過程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1） ，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入 精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，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。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng) 冷卻后送至儲(chǔ)罐。 2 2全塔的物料衡算全塔的物料衡算 2.12.1 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率 苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為 78.11 kg/kmol 和 112

10、.61kg/kmol。 68/78.11 0.754 68/78.11 32/112.61 F x 986 . 0 61.112/211.78/98 11.78/98 D x 0.4/78.11 0.006 0.4/78.11 99.6/112.61 W x 2.22.2 平均摩爾質(zhì)量平均摩爾質(zhì)量 F M =78.11 0.754+(1-0.754) 112.61=86.37kg/kmol kg/kmol59.7861.112986 . 0 1986 . 0 11.78 D M 78.11 0.0061 0.006112.61112.63kg/kmol W M 2.32.3 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的

11、摩爾流率料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率 依題給條件：全塔物料衡算： 教育類別+ 釜液處理量 250 (0.32 0.9960.68 0.004)80.36/Wkmol h 總物料衡算 WDF 苯物料衡算 0.7540.9860.006FDW 聯(lián)立解得 F 339.45kmol/h D 259.09kmol/h 3 3塔板數(shù)的確定塔板數(shù)的確定 3.13.1 理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)的求取的求取 T N 苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級(jí)圖解法（MT 法）求取，步驟 T N 如下： 1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取yx 依據(jù)，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下： BABt ppppx/ tA

12、 pxpy/ 表 3-1 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 溫度/ 8090100110120130140 苯 760102513501760225028402900 i p 氯苯 148205293400543719760 x10.6770.4420.2650.1270.0190 兩相 摩爾 分率y10.9130.7850.6140.3760.0710 相對 揮發(fā) 度 o A o B P P 5.1351 35 5 4.6075 094.4 4.1436 46 3.9499 3 3.8157 89 本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)際上略高于常壓） ，而表中所給為常壓下的 相平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其

13、對平衡關(guān)系的影響完全yx 可以忽略。 平均相對揮發(fā)度，則，汽液平衡方程為：436 . 4 教育類別+ x x x x y 436 . 3 1 436 . 4 ) 1(1 3.23.2 確定操作的回流比確定操作的回流比 R R 將表 3-1 中數(shù)據(jù)作圖得曲線。yx 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 01 x y y=x f(x) 圖 3-1 苯氯苯混合液的 xy 圖 在圖上，因，查得，而，。故有：yx 1q926. 0 e y0.754 eF xx986 . 0 D x 303 . 0 728 .

14、 0 926 . 0 926 . 0 986 . 0 ee eD m xy yx R 考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的 2.485 倍，即：753 . 0 303 . 0 485 . 2 485 . 2 m RR 求精餾塔的汽、液相負(fù)荷 LRD0.753 259.09195.09 kmol/h V(R1)D(0.753 1) 259.09454.18 kmol/h 教育類別+ LLF195.09454.18649.27 kmol/h : kmol/h 226.77VV ， 3.33.3 求理論塔板數(shù)求理論塔板數(shù) 精餾段操作線：568. 0430 . 0 11

15、x R x x R R y D 提餾段操作線：000584 . 0 203 . 1 x V W x V L y xw 提餾段操作線為過和兩點(diǎn)的直線。00288. 0 ,00288 . 0 881. 0 ,737 . 0 采用圖解法求理論板層數(shù),在 x-y 圖上作平衡曲線和對角線，并依上述方法作精 餾段操作線和提鎦段。從開始，在精餾段操作線與平衡線之)986. 0 ,986 . 0 ( D x 間繪由水平線和鉛垂線構(gòu)成的梯級(jí)。當(dāng)梯級(jí)跨過兩操作線交點(diǎn)時(shí)，)890. 0 ,737 . 0 (d 則改在提鎦段與平衡線之間繪梯級(jí)，直至梯級(jí)的鉛垂線達(dá)到或越過點(diǎn) 為止。用 Excel 作圖，各梯級(jí)的坐標(biāo)如下

16、：)00288. 0 ,002888 . 0 ( W x 表 3-2 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 xy 精餾段 0.9860.986 0.943440.986 0.943440.9677184 0.8730630.9677184 0.8730630.937488 0.7627760.937488 0.7627760.8901142 提鎦段 0.628830.8901142 0.628830.7558743 0.4005070.7558743 0.4005070.4812013 0.1719810.4812013 0.1719810.2062848 0.0538910.2062848 0.0538910.06

17、42218 教育類別+ 0.0135890.0642218 0.0135890.0157384 0.0030680.0157384 0.0030680.0030813 x0.002880.0024730.010878 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 01 x y f(x) 精餾段 提鎦段 y=x 水平鉛錘線 圖 3-2 苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解 按上法圖解得到： 總理論板層數(shù) 塊（包括再沸器）9 T N 加料板位置 4 F N 3.43.4 全塔效率全塔效率 T E 選用公式計(jì)算。

18、該式適用于液相粘度為 mT Elog616 . 0 17 . 0 0.071.4mPas 的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的 m 平均粘度。 查圖一，由=0.986 =0.006 查得塔頂及塔釜溫度分別為：DxWx 教育類別+ =80.43 =138.48，tD W t 全塔平均溫度 =(+)/2=(80.43+138.48)/2=109.5 m ttD W t 根據(jù)表 3-4 表 3-4 苯-氯苯溫度粘度關(guān)系表 溫度 20406080100120140 苯 粘度 mPas 0.6380.4850.3810.3080.2550.2150.184 氯苯 粘度 mPas 0.750

19、.560.440.350.280.240. 利用差值法求得：，。smPa24 . 0 A smPa261 . 0 B 10.24 0.7540.261 0.7540.245 mAFBF xx 53 . 0 25 . 0 log616 . 0 17 . 0 log616 . 0 17 . 0 mT E 3.53.5 實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）（近似取兩段效率相同） p N 精餾段：塊，取塊 1 4/0.537.54 p N 1 8 p N 提餾段：塊，取塊21.1353 . 0 /7 2 p N14 2 p N 總塔板數(shù)塊 12 22 ppp NNN 4 4操作工藝條件及相關(guān)物性

20、數(shù)據(jù)的計(jì)算操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 4.14.1 平均壓強(qiáng)平均壓強(qiáng) m p 取每層塔板壓降為 0.7kPa 計(jì)算。 塔頂：kPa 3 . 1054 3 . 101 D p 加料板：kPa 5 . 10967 . 0 3 . 105 F p 教育類別+ 塔底： kPa 3 . 119147 . 0 5 . 109 W p 精餾段平均壓強(qiáng)kPa4 .1072/ 5 . 109 3 . 105p 提鎦段平均壓強(qiáng)kPa 4 . 1142/ 3 . 119 5 . 109 p 4.24.2 平均溫度平均溫度 m t 利用表 3-1 數(shù)據(jù)，由拉格朗日差值法可得 塔頂溫度 , 1986. 0 80

21、677. 01 9080 D t 43.80 D t 加料板 ， 1737. 0 80 677. 01 9080 F t 14.88 F t 塔底溫度 ， 019 . 0 00288 . 0 130 0019 . 0 140130 W t 48.138 W t 精餾段平均溫度 29.842/14.8843.80 m T 提鎦段平均溫度 3 .1132/14.8848.138 m T 4.34.3 平均分子量平均分子量 m M 精餾段： 29.84 m T 液相組成：， 1 8029.84 1677 . 0 8090 1 x 861 . 0 1 x 氣相組成：， 1 8029.84 1913.

22、0 8090 1 y 963 . 0 1 y 所以kmolkgML/91.82861 . 0 161.112861 . 0 11.78 kmolkgMV/39.79963 . 0 161.112963 . 0 11.78 提鎦段： 3 . 113 m T 教育類別+ 液相組成：， 265 . 0 110 3 . 113 0127 . 0 265 . 0 120110 2 x 219 . 0 2 x 氣相組成：， 614 . 0 110 3 . 113 376 . 0 614 . 0 120110 2 y 535. 0 2 y 所以 kmolkgML/ 5 . 105219 . 0 161.11

23、2219 . 0 11.78 kmolkgMV/15.94535 . 0 161.112535 . 0 11.78 4.44.4 平均密度平均密度 m 4.4.1 液相平均密度 mL , 表 4-1 組分的液相密度（kg/m3） 溫度， （） 8090100110120130140 苯 817805793782770757745 氯苯 1039102810181008997985975 純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算 苯 ： 推薦：t A 187. 1912t A 1886 . 1 13.912 氯苯 ： 推薦：t B 111 . 1 1127 t B 0657. 1 4 . 1124

24、式中的 t 為溫度， 塔頂： 3 , kg/m 5 . 81643.801886 . 1 13.9121886 . 1 13.912t ALD 3 , kg/m 7 . 103843.800657 . 1 4 . 11240657 . 1 4 . 1124t BLD 3 , , kg/m 0 . 820 7 . 1038 02 . 0 5 . 816 98. 01 mLD BLD B ALD A mLD aa 進(jìn)料板： 3 , kg/m 4 . 80714.881886 . 1 13.9121886 . 1 13.912t ALF 3 , kg/m 5 . 103014.880657 . 1

25、4 . 11240657 . 1 4 . 1124t BLF 3 , , kg/m 6 . 871 5 . 1030 34 . 0 4 . 807 66 . 0 1 mLF BLF B ALF A mLF aa 教育類別+ 塔底： 3 , kg/m 5 . 777 3 . 1131886 . 1 13.9121886 . 1 13.912t ALW 3 , kg/m 7 . 10033 .1130657 . 1 4 .11240657. 1 4 . 1124t BLW 3 , , kg/m 1 . 1003 7 . 1003 998 . 0 5 . 777 002 . 0 1 mLW BLW

26、B ALW A mLW aa 精餾段： 3 kg/m 8 . 8452/ 6 . 871 0 . 820 L 提鎦段： 3 kg/m 4 . 9372/ 1 . 1003 6 . 871 L 4.4.2 汽相平均密度 mV , 精餾段： 3, kg/m87 . 2 29.84273314 . 8 39.79 4 . 107 m mVm v RT Mp 提鎦段： 3 , kg/m35 . 3 3 . 113273314 . 8 15.94 4 . 114 m mVm v RT Mp 4.54.5 液體的平均表面張力液體的平均表面張力 m 表 5-1 組分的表面張力 溫度8085110115120

27、131 A 苯21.220.617.316.816.315.3 B 氯苯26.125.722.722.221.620.4 液體平均表面張力依下式計(jì)算，即 iiLm x 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由，用內(nèi)插法得43.80 D t ， 2 . 21 8043.80 6 . 20 2 . 21 8580 , AD N/m15.21 , AD , 1 . 26 8043.80 7 . 25 1 . 26 8580 , BD mN/m07.26 , BD 教育類別+ mN/m22.2107.26014 . 0 15.21986 . 0 m LD 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由，用內(nèi)插法得14.88

28、D t ， 6 . 20 8514.88 3 . 17 6 . 20 11085 , AF N/m19.20 , AF , 7 . 25 8514.88 7 . 22 7 . 25 11085 , BF mN/m32.25 , BF mN/m54.2132.25263 . 0 19.20737. 0 m LF 塔底液相平均表面張力的計(jì)算 由，用內(nèi)插法得 3 . 113 W t ， 3 . 17 110 3 . 113 8 . 16 3 . 17 115110 , AW N/m97.16 , AW , 7 . 22 110 3 . 113 2 . 22 7 . 22 115110 , BW mN

29、/m37.22 , BW mN/m35.2237.2299712 . 0 97.1600288 . 0 m LW 精餾段液相平均表面張力為 (16.9722.37)/ 219.67mN/m L 提鎦段液相平均表面張力為 (22.3722.35)/ 222.36mN/m L 4.64.6 液體的平均粘度液體的平均粘度 mL , 表三 不同溫度下苯氯苯的粘度 溫度 t， 6080100120140 苯 mPas 0.3810.3080.2550.2150.184 教育類別+ 氯苯 mPas 0.5150.4280.3630.3130.274 液相平均粘度可用 表示 lglg Lmii x 4.6.

30、1 塔頂液相平均粘度 ， 308 . 0 8043.80 308 . 0 255 . 0 80100 A smPa A 307 . 0 ， 428 . 0 8043.80 428 . 0 363 . 0 80100 B 427. 0 B ，426 . 0 lg)986 . 0 1 (307 . 0 lg986 . 0 lg , mLD smPa mLD 308. 0 , 4.6.2 進(jìn)料板液相平均粘度 ， 308 . 0 8014.88 308 . 0 255 . 0 80100 A smPa A 286 . 0 ， 428 . 0 8014.88 428 . 0 363 . 0 80100

31、B smPa B 402 . 0 ，402 . 0 lg)737 . 0 1 (286 . 0 lg737 . 0 lg , mLF smPa mLF 313 . 0 , 4.6.3 塔底液相平均粘度 ， 255 . 0 100 3 . 113 215 . 0 255 . 0 120100 A smPa A 228 . 0 ， 363 . 0 100 3 . 113 313 . 0 363 . 0 120100 B smPa B 332 . 0 , , lg0.006 lg0.006(1 0.006) lg0.332 LF m smPa mLF 332 . 0 , 4.74.7 氣液相體積流量

32、氣液相體積流量 精餾段： 汽相體積流量/sm742 . 1 87 . 2 3600 39.7977.226 3600 3 , , mV mV s VM V 教育類別+ 汽相體積流量/h6271.2m/sm742 . 1 33 h V 液相體積流量/sm00254 . 0 8 . 8453600 91.8239.93 3600 3 , , mL mL s LM L 液相體積流量/h9.15m/sm0024 . 0 33 h L 提鎦段： 汽相體積流量/sm770. 1 35 . 3 3600 15.9477.226 3600 3 , , mV mV s MV V 汽相體積流量/h6372m/sm

33、770 . 1 33 h V 液相體積流量/sm00853 . 0 4 . 9373600 5 . 10575.272 3600 3 , , mW mL s ML L 液相體積流量/hm 7 . 30/sm00853 . 0 33 h L 6 6 主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì) 6.16.1 塔徑塔徑 精餾段： 初選塔板間距及板上液層高度，則：mm450 T Hmm60 L h m39 . 0 06 . 0 45. 0 LT hH 按 Smith 法求取允許的空塔氣速（即泛點(diǎn)氣速） max u F u 0237 . 0 87 . 2 8 . 845 742 . 1 0024. 0 5

34、 . 0 5 . 0 V L s s V L 查 Smith 通用關(guān)聯(lián)圖得085. 0 20 C 負(fù)荷因子086 . 0 20 38.21 085 . 0 20 2 . 02 . 0 20 CC 泛點(diǎn)氣速：m/s47 . 1 87 . 2 /87 . 2 8 .845086 . 0 / max VVL Cu 取安全系數(shù)為 0.7，則空塔氣速為 m/s03 . 1 7 . 0 max uu 教育類別+ 精餾段的塔徑 m47 . 1 )03 . 1 14 . 3 /(742 . 1 4/4uVD s 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整取.6m1D 提鎦段： 初選塔板間距及板上液層高度，則：mm450 T Hmm60

35、L h m39. 006 . 0 6 . 0 LT hH 按 Smith 法求取允許的空塔氣速（即泛點(diǎn)氣速） max u F u 08061 . 0 35 . 3 4 . 937 770 . 1 00853 . 0 5 . 0 5 . 0 V L s s V L 查 Smith 通用關(guān)聯(lián)圖得082 . 0 20 C 負(fù)荷因子084 . 0 20 02.22 082 . 0 20 2 . 02 . 0 20 L CC 泛點(diǎn)氣速：m/s4026 . 1 35 . 3 /35 . 3 4 . 937084 . 0 / max VVL Cu 取安全系數(shù)為 0.7，則空塔氣速為m/s98 . 0 7 .

36、 0 max uu 精餾段的塔徑m52 . 1 )98. 014 . 3 /(770. 14/4 uVD s 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整取.6m1D 教育類別+ 7 7 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 7.17.1 溢流裝置溢流裝置 因塔徑為 1.6m，所以采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液 盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。 7.1.1 溢流堰長（出口堰長） w l 取m.28 . 1 6 . 18 . 08 . 0Dlw 精餾段堰上溢流強(qiáng)度,滿hm/m130100hm/m75 . 6 28 . 1 /64 . 8 / 33 wh lL 足強(qiáng)度要求。 提鎦段堰上溢流強(qiáng)度,hm

37、/m130100hm/m43.2328 . 1 / 8 . 30/ 33 wh lL 滿足強(qiáng)度要求。 7.1.2 出口堰高 w h owLw hhh 對平直堰 3/2 /00284 . 0 whow lLEh 精餾段：由及，查化工原理課程設(shè)計(jì)圖8 . 0/Dlw45 . 4 28 . 1 /64 . 8 / 5 . 25 . 2 wh lL 5-5 得，1E 于是： （滿足要求）mmhow006. 0014 . 0 )28 . 1 /64 . 8 (100284 . 0 3/2 教育類別+ m0496 . 0 0104 . 0 06 . 0 owLw hhh 驗(yàn)證： (設(shè)計(jì)合理) owwow

38、hhh1 . 005 . 0 提鎦段：由及，查化工原理課程設(shè)8 . 0/Dlw51.1628. 1/6 .30/ 5 . 2 5 . 2 wh lL 計(jì)圖 5-5 得，于是：1E （滿足要求）m006 . 0 m0237 . 0 28 . 1 / 8 . 30100284 . 0 3/2 ow h m0363 . 0 0237 . 0 06 . 0 owLw hhh 驗(yàn)證： (設(shè)計(jì)合理) 1 . 005 . 0 owwow hhh 7.1.3 降液管的寬度和降液管的面積 d W f A 由，查化工原理課程設(shè)計(jì) P112 圖 5-7 得8 . 0/Dlw ，即：14 . 0 /,21 . 0 /

39、 Tfd AADW ，。m336 . 0 d W 22 m0096 . 2 4 DAT 2 m281 . 0 f A 液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 精餾段：（滿足要求）s5s25.5600240 . 0 /45 . 0 30 . 0 / sTf LHA 提鎦段：（滿足要求）5s15.7700856. 0/45 . 0 30 . 0 / sTf LHA 教育類別+ 7.1.4 降液管的底隙高度 o h 精餾段：取液體通過降液管底隙的流速，則有：m/s07 . 0 o u （不宜小于 0.020.025m，本結(jié)果滿足m0268 . 0 07 . 0 28 . 1 0024 . 0 0 ow s ul

40、L h o h 要求） 故合理mmhhw006 . 0 0228 . 0 0268 . 0 0496 . 0 0 提鎦段：取液體通過降液管底隙的流速，則有：m/s25. 0 o u （不宜小于 0.020.025m，本結(jié)果滿足m0268 . 0 25 . 0 28 . 1 00856 . 0 ow s o ul L h o h 要求） 故合理mmhhw006 . 0 0096 . 0 0268 . 0 0364 . 0 0 選用凹形受液盤，深度mmhW50 7.27.2 塔板布置塔板布置 7.2.1 塔板的分塊 本設(shè)計(jì)塔徑為，故塔板采用分塊式，塔板分mmmmmD120016006 . 1 為

41、4 塊。 7.2.2 邊緣區(qū)寬度確定 取 mWs08 . 0 mWc05 . 0 7.2.3 開孔區(qū)面積計(jì)算 2221 2 (sin) 180 a x Ax rxr r 其中：mWW D x sd 384 . 0 )08 . 0 336 . 0 ( 2 6 . 1 )( 2 1.88 0.050.89 22 c D rWm 故 2 2212 3.14 0.750.384 2 0.384 0.750.384sin ()1.28 1800.75 a Am 7.2.4 浮閥數(shù)計(jì)算及其排列 教育類別+ 精餾段： 預(yù)先選取閥孔動(dòng)能因子,由 F0=可求閥孔氣速，12 0 F v u 0 u 即 0 0 1

42、2 7.01/ 2.93 v F um s F-1 型浮閥的孔徑為 39mm，故每層塔板上浮閥個(gè)數(shù)為 22 00 1.742 208 (0.039)7.01 44 s V N d u 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的孔心mmt75 則排間距 2.18 0.14 0.075 208 a A t tN 考慮到塔徑比較大，而且采用塔板分塊，各塊支撐與銜接也要占去一部分 鼓泡區(qū)面積，因而排間距不宜采用 0.071m,而應(yīng)小一點(diǎn)，故取，按mmt65 ，以等腰三角叉排方式作圖得閥孔數(shù)mmt75mmt65206N 實(shí)際孔速 0 22 0 1.742 4.85/ 0.785207 1.14 (0.

43、039) s V um s Nd 閥孔動(dòng)能因數(shù)為 99.1187 . 2 08 . 7 , 00 v uF 所以閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在 914 的合理范圍內(nèi)，故此閥孔實(shí)排數(shù)適用。 1224 . 0 ) 6 . 1 039. 0 (206)(/ 22 0 0 D d NAA T 此開孔率在 5%15%范圍內(nèi)，符合要求。所以這樣開孔是合理的。 提鎦段： 預(yù)先選取閥孔動(dòng)能因子,由 F0=可求閥孔氣速12 0 F v u 0 0 u 即sm F u v /56 . 6 35. 3 12 0 0 F-1 型浮閥的孔徑為 39mm，故每層塔板上浮閥個(gè)數(shù)為 教育類別+ 223 65 . 6 )039 .

44、 0 ( 4 770 . 1 4 2 0 2 0 ud V N s 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的孔心mmt75 則排間距066 . 0 223075 . 0 10. 1 Nt A t a 考慮到塔徑比較大，而且采用塔板分塊，各塊支撐與銜接也要占去一部分 鼓泡區(qū)面積，因而排間距不宜采用 0.066m,而應(yīng)小一點(diǎn)，故取，按mmt65 ，以等腰三角叉排方式作圖得閥孔數(shù)mmt75mmt65206N 實(shí)際孔速 sm Nd V u s /19 . 7 )039 . 0 (785 . 0 206 770 . 1 785 . 0 22 0 0 閥孔動(dòng)能因數(shù)為 15.1335 . 3 19 .

45、7 , 00 v uF 所以閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在 914 的合理范圍內(nèi)，故此閥孔實(shí)排數(shù)適用。 1224. 0) 6 . 1 039 . 0 (206)(/ 22 0 0 D d NAA T 此開孔率在 5%15%范圍內(nèi)，符合要求。所以這樣開孔是合理的。 閥孔排列 教育類別+ 二二 塔板流的體力學(xué)計(jì)算塔板流的體力學(xué)計(jì)算 1 1 塔板壓降塔板壓降 精餾段 （1）計(jì)算干板靜壓頭降 c h 由式可計(jì)算臨界閥孔氣速，即825 . 1 1 . 73 v c U oc U smU v oc /89 . 5 87 . 2 1 . 73 1 . 73 825 . 1 825 . 1 ，可用算干板靜壓頭降，

46、即 c UU 00 L vc c g U h 2 34. 5 2 0 mhc014. 0 8 . 845 87 . 2 8 . 92 )89 . 5 ( 34 . 5 2 （2） 計(jì)算塔板上含氣液層靜壓頭降 f h 由于所分離的苯和甲苯混合液為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù)，已知板上5 . 0 0 液層高度 所以依式,06. 0 L h Ll hh 0 mhl03 . 0 06 . 0 5 . 0 （3）計(jì)算液體表面張力所造成的靜壓頭降 h 由于采用浮閥塔板，克服鼓泡時(shí)液體表面張力的阻力很小，所以可忽略不 計(jì)。這樣，氣流經(jīng)一層，浮閥塔板的靜壓頭降為 p h mhhhh lcp 044 . 0 03.

47、 0014 . 0 Paghp Lpp 7 . 3648 . 9 8 . 845044 . 0 11 提鎦段： (1)計(jì)算干板靜壓頭降 c h 由式可計(jì)算臨界閥孔氣速，即825 . 1 1 . 73 v c U oc U 教育類別+ smU v oc /42 . 5 35 . 3 1 . 73 1 . 73 825 . 1 825 . 1 ，可用算干板靜壓頭降，即 00c UU 2 0 2 34 . 5 L vc c g U h mhc029 . 0 4 . 937 35 . 3 8 . 92 )42 . 5 ( 34 . 5 2 (2)計(jì)算塔板上含氣液層靜壓頭降 f h 由于所分離的苯和甲苯

48、混合液為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù)，已知板上5 . 0 0 液層高度 所以依式,06. 0 L h Ll hh 0 mhl03 . 0 06 . 0 5 . 0 (3)計(jì)算液體表面張力所造成的靜壓頭降 h 由于采用浮閥塔板，克服鼓泡時(shí)液體表面張力的阻力很小，所以可忽略不計(jì)。 這樣，氣流經(jīng)一層，浮閥塔板的靜壓頭降為 p h mhhhh lcp 059 . 0 03 . 0 029 . 0 Paghp Lpp 0 . 5428 . 9 4 . 937059 . 0 22 2 2 液泛計(jì)算液泛計(jì)算 式 Ldpd hhhH 精餾段 (1)計(jì)算氣相通過一層塔板的靜壓頭降 P h 前已計(jì)算mhp044 .

49、0 (2)液體通過降液管的靜壓頭降 d h 因不設(shè)進(jìn)口堰，所以可用式 2 0 153 . 0 hL L h w s d 式中mhmlsmL ws 0268 . 0 ,28 . 1 ,/00254 . 0 0 3 mhd000839 . 0 0268 . 0 28 . 1 00254 . 0 153 . 0 2 (3)板上液層高度：mhL06. 0 教育類別+ 則 mHd1048 . 0 06 . 0 000839 . 0 044 . 0 1 為了防止液泛，按式：，取安全系數(shù)，選定板間距)( wTd hHH5 . 0 ,45. 0 T Hmhw0496 . 0 mhH wT 250 . 0 )0

50、496 . 0 45 . 0 (5 . 0)( 從而可知，符合防止液泛的要求mhHmH wTd 250. 0)(1048 . 0 (4) 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間校核 應(yīng)保證液體早降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于 35 s,才能使得液體所夾帶氣體釋出。 本設(shè)計(jì) ss L HA s Tf 578.49 00254. 0 45 . 0 281. 0 可見，所夾帶氣體可以釋出。 提鎦段 (1)計(jì)算氣相通過一層塔板的靜壓頭降 P h 前已計(jì)算mhp059. 0 (2)液體通過降液管的靜壓頭降 d h 因不設(shè)進(jìn)口堰，所以可用式 2 0 153 . 0 hL L h w s d 式中mhmlsmL ws 0268 .

51、 0 ,28 . 1 ,/00853 . 0 0 3 mhd0095 . 0 0268 . 0 28 . 1 00853 . 0 153 . 0 2 (3)板上液層高度：，則mhL06 . 0 mHd129 . 0 06 . 0 0095 . 0 059 . 0 為了防止液泛，按式：，取安全系數(shù)，選定板間距)( wTd hHH5 . 0 ,60. 0 T Hmhw0304 . 0 mhH wT 243 . 0 )0363 . 0 45 . 0 (5 . 0) ( 從而可知，符合防止液泛的要求mhHmH wTd 243 . 0 )(129 . 0 教育類別+ (4) 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間校核

52、應(yīng)保證液體早降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于 35 s,才能使得液體所夾帶氣體釋出。 本設(shè)計(jì) ss L HA s Tf 58 .14 00856 . 0 45 . 0 281. 0 可見，所夾帶氣體可以釋出。 3 3 霧沫夾帶的計(jì)算霧沫夾帶的計(jì)算 判斷霧沫夾帶量是否在小于 10%的合理范圍內(nèi)，是通過計(jì)算泛點(diǎn)率來完成 V e 1 F 的。泛點(diǎn)率的計(jì)算時(shí)間可用式： 和%100 36 . 1 1 pF Ls vL v s AKc ZLV F %100 78 . 0 1 TF vL v s AKc V F 塔板上液體流程長度 mWDZ dL 928 . 0 336 . 0 26 . 12 塔板上液流面積 2 4

53、476 . 1 281 . 0 20096 . 2 2mAAA fTp 精餾段： 苯和氯苯混合液可按正常物系處理，取物性系數(shù) K 值，K=1.0,在從泛點(diǎn)負(fù)荷因 數(shù)圖中查得負(fù)荷因數(shù),將以上數(shù)值分別代入上式0.127 F C 教育類別+ %93.56%100 4476 . 1 127 . 0 1 928 . 0 0024 . 0 36 . 1 87 . 2 8 . 845 87 . 2 742 . 1 F 及%06.51%100 0096 . 2 127 . 0 0 . 178 . 0 87 . 2 8 . 845 87 . 2 742 . 1 F 提鎦段： 苯和氯苯混合液可按正常物系處理，取物

54、性系數(shù) K 值，K=1.0,在從泛點(diǎn)負(fù)荷因 數(shù)圖中查得負(fù)荷因數(shù),將以上數(shù)值分別代入上式140 . 0 F C %63.57%100 4476 . 1 140. 01 928 . 0 00856. 036 . 1 35. 34 .937 35. 3 770. 1 F 及%30.48%100 0096 . 2 140 . 0 0 . 178 . 0 35 . 3 4 . 937 35 . 3 770 . 1 F 為避免霧沫夾帶過量，對于大塔，泛點(diǎn)需控制在 80%以下。從以上計(jì)算的結(jié)果 可知，其泛點(diǎn)率都低于 80%，所以霧沫夾帶量能滿足 的要求。干氣）（液）/kg(1 . 0 kge V 4 4 塔

55、板負(fù)荷性能圖塔板負(fù)荷性能圖 4.14.1 霧沫夾帶上限線霧沫夾帶上限線 對于苯氯苯物系和已設(shè)計(jì)出塔板結(jié)構(gòu)，霧沫夾帶線可根據(jù)霧沫夾帶量的上限 值所對應(yīng)的泛點(diǎn)率 (亦為上限值),利用式干氣）（液）/kg(1 . 0 kge V 1 F 和便可作出此線。%100 36 . 1 1 pF Ls vL v s AKc ZLV F %100 78 . 0 1 TF vL v s AKc V F 由于塔徑較大，所以取泛點(diǎn)率，依上式有 1 80F 教育類別+ 精餾段：8 . 0 410. 1127. 00 . 1 928. 036 . 1 87 . 2 8 .845 87 . 2 ss LV 整理后得143

56、. 0 262 . 1 0583 . 0 ss LV 即 即為負(fù)荷性能圖中的線(y1) ss LV65.2141 . 2 此式便為霧沫夾帶的上限線方程，對應(yīng)一條直線。所以在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè) 值便可依式算出相應(yīng)的。利用兩點(diǎn)確定一條直線，便 s L ss LV65.2145 . 2 s V 可在負(fù)荷性能圖中得到霧沫夾帶的上限線。 0.001 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 s L 2.4312.345 2.236 2.128 2.0199 1.912 s V 提鎦段：8 . 0 410 . 1 140 . 0 0 . 1 928 . 0 36 . 1 35 . 3 4 .

57、 937 35 . 3 ss LV 整理后得158 . 0 262 . 1 0599 . 0 ss LV 即 即為負(fù)荷性能圖中的線(y1) 07.2164. 2 ss LV 0.001 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 s L 2.6192.534 2.429 2.323 2.219 2.113 s V 4.24.2 液泛線液泛線 由式， )( wTd hHH owdwpd hhhhhH hhhh lcp 聯(lián)立。即 owdwlcowdwpwT hhhhhhhhhhhhhH )( 式中， ，板上液層靜壓頭降 g U h L v c 2 34 . 5 壓壓 壓壓壓 壓壓壓 2

58、 0 Ll hh 0 從式知，表示板上液層高度，。所以 owwL hhh L h 3 2 1000 84 . 2 w s ow l L Eh 教育類別+ 板上 3 2 000 1000 84 . 2 )(壓 壓壓壓壓壓壓 w s wowwLl l L Ehhhhh 液體表面張力所造成的靜壓頭和液面落差可忽略 hh 液體經(jīng)過降液管的靜壓頭降可用式 2 0 153. 0 hl L h w S d 則 LdcdLLcwT hhhhhhhhH）（ 00 1)( 3 2 0 2 0 2 0 3600 1000 84 . 2 1153 . 0 2 34 . 5 w S w w S L v l L h hl

59、 L g u ）（ 式中閥孔氣速與體積流量有如下關(guān)系 0 u Nd V u S 2 0 0 4 精餾段： 式中各參數(shù)已知或已計(jì)算出，即 ;206;/8 .845;/87 . 2 ; 5 . 0;0472 . 0 ;45. 0; 5 . 0 33 0 NmkgmkgmhmH lvwT ；代入上式。mlw28 . 1 mh0268 . 0 0 0 0.039dm 整理后便可得與的關(guān)系，即 s V s L 3 2 2 2 4855.552141.84996227.11 SSS LLV 此式即為液泛線的方程表達(dá)式。在操作范圍內(nèi)任取若干值，依 s L 3 2 2 2 4855.552141.849962

60、27.11 SSS LLV 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 s L 3.41 3.13 2.86 2.522.03 1.25 s V 用上述坐標(biāo)點(diǎn)便可在負(fù)荷性能圖中繪出液泛線，圖中的(y2)。 ss LV: 提鎦段： ;206;/ 4 . 937;/35. 3; 5 . 0;0304 . 0 ;45. 0; 5 . 0 33 0 NmkgmkgmhmH LvwT ；代入上式mlw28 . 1 mh0266 . 0 0 0 0.039dm 整理后便可得與的關(guān)系，即 s V s L 3 2 2 2 7417.52357.80780502.11 SSS LLV 0.001