化工原理課程設(shè)計(jì)——板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)題目 板式精餾塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)：乙醇-水二元混合液連續(xù)操作常壓篩板精餾塔的設(shè)計(jì)三、工藝條件生產(chǎn)負(fù)荷（按每年7200小時(shí)計(jì)算）：6、7、8、9、10、11、12萬噸/年進(jìn)料熱狀況：自選回流比：自選加熱蒸汽：低壓蒸汽單板壓降：0.7Kpa工藝參數(shù)組成濃度（乙醇mol%）塔頂78加料板28塔底0.04四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.確定精餾裝置流程，繪出流程示意圖。2.工藝參數(shù)的確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論塔板數(shù)，塔板效率，實(shí)際塔板數(shù)等。3.主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置等。4.流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù)荷性能圖及操作彈性。5.主要附屬

2、設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型塔頂全凝器設(shè)計(jì)計(jì)算：熱負(fù)荷，載熱體用量，選型及流體力學(xué)計(jì)算。料液泵設(shè)計(jì)計(jì)算：流程計(jì)算及選型。 管徑計(jì)算。五、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯六、主要符號說明七、參考文獻(xiàn)八、圖紙要求1、工藝流程圖一張(A2圖紙) 2、主要設(shè)備工藝條件圖（A2圖紙）目錄前言31概述41.1 設(shè)計(jì)目的41.2 塔設(shè)備簡介42設(shè)計(jì)說明書62.1 流程簡介62.2 工藝參數(shù)選擇73 工藝計(jì)算83.1物料衡算83.2理論塔板數(shù)的計(jì)算83.2.1 查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)8如表3-183.2.2 q線方程93.2.3 平衡線93.2.4 回流比103.2.5 操作線方程103.2.6 理論板數(shù)的計(jì)算113.3 實(shí)際塔板數(shù)的

3、計(jì)算113.3.1全塔效率ET113.3.2 實(shí)際板數(shù)NE124塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算134.1混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算134.1.1平均分子量的計(jì)算134.1.2 平均密度的計(jì)算144.2塔高的計(jì)算154.3塔徑的計(jì)算154.3.1 初步計(jì)算塔徑164.3.2 塔徑的圓整174.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定174.4.1溢流裝置的設(shè)計(jì)174.4.2塔盤布置（如圖4-4）174.4.3 篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率184.4.4 篩口氣速和篩孔數(shù)的計(jì)算195 精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算205.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算205.1.1液沫夾帶校核205.2.2塔板阻力校核215.2.3溢流液泛

4、條件的校核235.2.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核235.2.5 漏液限校核235.2 分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖245.3 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總266 塔的總體結(jié)構(gòu)287 輔助設(shè)備的選擇297.1塔頂冷凝器的選擇297.2塔底再沸器的選擇297.3管道設(shè)計(jì)與選擇317.4 泵的選型327.5 輔助設(shè)備總匯.32前言化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動下（有時(shí)加質(zhì)量劑）

5、，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S

6、中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。1概述1.1 設(shè)計(jì)目的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,來解決實(shí)際化工問題的能力,做到能獨(dú)立進(jìn)行化工初步設(shè)計(jì)；掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法；學(xué)會查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)；用

7、簡潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果；用CAD制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，為以后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 塔設(shè)備簡介塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一,他可以使氣(或汽)或液液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各方面都有重大影響。塔設(shè)備中常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等。最常見的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質(zhì)過程的

8、塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求：1、生產(chǎn)能力大；2、操作穩(wěn)定，彈性大；3、流體流動阻力??；4、結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量少，制造和安裝容易；5、耐腐蝕和不易阻塞，操作方便，調(diào)節(jié)和檢修容易。在本設(shè)計(jì)中我使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏液。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體

9、進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的60左右，為浮閥塔的80%左右；在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%40%；塔板效率較高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮閥塔；氣體壓力降較小，每板降比泡罩塔約低30%左右。缺點(diǎn)是：小孔篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；操作彈性較?。s23）。2設(shè)計(jì)說明書2.1 流程簡介圖1-1 精餾過程流程圖2.2 工藝參數(shù)選擇(1) 處理能力：5000T/y ,年開工7200小時(shí)(2) 進(jìn)料濃度：Xf=0.15（mo

10、l%）(3) 進(jìn)料溫度：tf=18 (4) 塔頂冷凝水采用12深井水, 塔釜間接蒸汽加熱(5) 壓力： 常壓操作 單板壓降0.7 kPa(6) 要求： xd=86 mol % xw= 1mol % 3 工藝計(jì)算3.1物料衡算進(jìn)料濃度為XF=0.15（mol%），則MF=46*0.15+18*0.85=22.2Kg/KmolF=5000T/y=5000000/(MF*7200)=31.28Kmol/h由 F=D+W FXF=DXD+WXW得：D=5.152 Kmol/hW=26.128 Kmol/h 3.2理論塔板數(shù)的計(jì)算 查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)如表3-1 表3-1 乙醇-水汽液平衡組成溫度

11、 液相組成 氣相組成/% /%100 0 095.5 1.90 17.0089.0 7.21 38.9186.7 9.66 43.7585.3 12.38 47.0484.1 16.61 50.89溫度 液相組成 氣相組成/% /%82.7 23.37 54.4582.3 26.08 55.8081.5 32.73 59.2680.0 39.65 61.2279.8 50.97 65.6479.7 51.98 65.99溫度 液相組成 氣相組成/% /%79.3 57.32 68.4178.74 67.63 73.8578.41 74.72 78.1578.15 89.43 89.43 q線方

12、程18進(jìn)料：查物性數(shù)據(jù)：易揮發(fā)組分比熱c1 2.453 kJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c2 4.184 kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱r1 902 kJ/kgK難揮發(fā)組分汽化潛熱r2 2458 kJ/kgK進(jìn)料溫度t1 18 ，進(jìn)料組成對應(yīng)的泡點(diǎn)溫度t2 83 則平均r =zf r1*M輕組分+(1- zf) r2*M重組分=0.15*902*46+0.85*2458*18=43831.2 KJ/Kmol 平均cp= zf c1*M輕組分+(1- zf) c2*M重組分 =0.15*2.453*46+85*4.184*18=80.941KJ/KmolK 得q=（cp*t+r）/r=80.941*(

13、83-18)+43831.2/43831.2=1.119則q線方程： 平衡線根據(jù)表3.1作出平衡線圖，并畫出理論塔板數(shù)，如圖3-1和3-2。圖3-1乙醇水的氣液平衡x-y圖圖3-2乙醇水的氣液平衡局部放大圖 回流比由0.259=xD/(Rmin+1) 得最小回流比Rmin2.32 又R=（1.1-1.8）Rmin取回流比R=4 操作線方程精餾段操作線方程為: =0.8xn+0.2xD提餾段操作線方程為: =1.887xm-0.00887 理論板數(shù)的計(jì)算用作圖法（如圖3-1）,總塔板數(shù)=20+（0.0241-0.01）/(0.0241-0.0036)=20.69塊第19塊板與q線相交，為進(jìn)料板。

14、精餾段理論板數(shù)= 18 ，第 19 塊為進(jìn)料板提餾段= 2.69 總理論板數(shù)NT= 20.69 3.3 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算全塔效率ET塔頂xD=0.86查表得平衡溫度t=78.21塔底xW=0.01查表得平衡溫度t=97.63平均粘度的計(jì)算：塔頂塔底平均溫度t=87.92，查得乙醇粘度1=0.39mPa/s,圖3-2 Oconnel關(guān)聯(lián)圖水的粘度2=0.3242mPa/s；則av= 1xF+ 2（1xF）=0.39*0.15+0.3242*0.85=0.334查得平均溫度下的平衡組分：x=0.0937，y=0.0433，又： y=x/1+(-1)x得：=7.388由av=2.47，查Oconne

15、l關(guān)聯(lián)圖（圖3-2）得全塔效率ET=38%實(shí)際板數(shù)NENE=NT/ET=20.69/38%=54.4塊表 3-1 塔內(nèi)氣液流率匯總氣相流率（kmol/h）液相流率（kmol/h）精餾段25.7620.608提餾段29.4855.64塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。板式塔為逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算精餾段、提餾段平均條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。4.1混合組分的平均物

16、性參數(shù)的計(jì)算平均分子量的計(jì)算（1） 塔頂?shù)钠骄肿恿?（x1為與y1=XD平衡 的液相組成）MVDM= XD×M輕組分+（1XD）×M重組分MLDM= x1×M輕組分+（1x1）×M重組分（2）進(jìn)料板的平均分子量 進(jìn)料板對應(yīng)的組成Xn 和yn MVFM= yn×M輕組分+（1yn）×M重組分MLFM= Xn×M輕組分+（1Xn）×M重組分（3）塔底的平均分子量（yw為與xw平衡的氣相組成）MVWM= yw×M輕組分+（1yw）×M重組分MLWM= xw×M輕組分+（1xw）×

17、M重組分（4）精餾段、提餾段的平均分子量精餾段平均分子量 提餾段平均分子量 平均密度的計(jì)算（1）液相平均密度查物性數(shù)據(jù)： 易揮發(fā)組分密度1 790 Kg/m3 難揮發(fā)組分密度2 998.595 Kg/ m3塔頂易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a194.11% 進(jìn)料易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a224.598% 塔底易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a32.516% 塔頂液相密度：LD1/a1/1+(1-a1) /2= 800.008Kg/ m3進(jìn)料液相密度：LF1/a2/1+(1-a2) /2= 937.69Kg/ m3塔底液相密度：LW1/a3/1+(1-a3) /2= 922.005Kg/ m3精餾段的平均液相密度：LM(

18、LD+LF)/2=868.849Kg/ m3提餾段的平均液相密度：LM(LF+LW)/2=964.85Kg/ m3（2）汽相平均密度根據(jù)塔頂組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 塔頂溫度TD=78.21根據(jù)進(jìn)料板組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 進(jìn)料板溫度TF85.85根據(jù)塔底組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 塔底溫度TW97.63精餾段：TM=（TF+TD）/2=82.03VMPMV/RTM=1.456Kg/ m3提餾段：TM=（TF+TW）/2=91.74VMPMV/RTM=1.16K4g/ m3表 4-1 塔內(nèi)氣液流率匯總氣相流率（m3/h）液相流率（m3/h）精餾段750.6240.7475提餾段882.491.10554.2塔高

19、的計(jì)算板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，按下式計(jì)算：式中 Z塔的有效高度，m；ET全塔總板效率；NT 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；HT塔板間距，m。 HT的初選選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。表4-2 塔板間距與塔徑的關(guān)系塔 徑/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/HT，mm200300250350300450350600400600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。此設(shè)計(jì)中我取HT=300mm4.3塔

20、徑的計(jì)算計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。本次數(shù)據(jù)采用第一種方法。 初步計(jì)算塔徑精餾段：圖中V ,L分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； V，L分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3圖 4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖由：，查圖4-1得，C20=0.06又有精餾段平均溫度TM=82.03,查得乙醇和水的表面張力分別為：1=0.0168N/m，2=0.06257N/m，從而算出混合液體的表面張力=0

21、.04N/m。=0.069=1.8266m/s，又取u=1.2m/s，則=0.470m提餾段：與精餾段同樣的方法算得塔的直徑為0.4165m 塔徑的圓整綜合精餾段與提留段，圓整后的塔徑取500mm4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定溢流裝置的設(shè)計(jì)溢流裝置包括降液管、溢流堰、授液盤等幾個(gè)部分，是液體的通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對塔的性能有著重要影響。A 降液管截面積 AfB溢流堰包括堰高h(yuǎn)w、堰長lw及howC 受液盤和底隙h0r 圖4-2溢流裝置 圖4-3 塔盤布置塔盤布置（如圖4-4）A 受液區(qū)或降液區(qū)Af=0.01396m2B 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)Ws50 mmC 邊緣區(qū)Wc=30 mmD 有效傳質(zhì)區(qū)：塔板

22、上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為Aa結(jié)合我的設(shè)計(jì)任務(wù)，由于流量較小，我選用U型塔板，如圖4-4：圖4-4 U形流型參數(shù)選擇，?。篽b=30mm,hw=50mm,lw=200mm.在CAD軟件中求得：AT=0.19625m2,AF=0.01396m2，Aa=0.1185m2則AF/AT=0.07,在（0.06,0.12）的范圍內(nèi)。 =6.84mm>6mm,符合要求。 篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率取孔徑d0=6mm,開孔率取0.1，帶入上述公式，得出孔距t=18mm，t/d0=3,在（2.5,5）范圍內(nèi)，符合基本要求。 篩口氣速和篩孔數(shù)的計(jì)算，精餾段和提餾段的篩口氣速和篩孔數(shù)分別用上述公

23、式計(jì)算，得出：精餾段 u0=17.6m/s,n=419.2個(gè) 提餾段 u0=20.7m/s,n=419.2個(gè) 所以篩孔數(shù)取420個(gè)。5 精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算液沫夾帶校核，查圖5-1，圖5-1 液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖由，得=0.11將數(shù)據(jù)帶入上述公式，得出精餾段ev=0.0734kg液/kg0.1kg液/kg同樣的方法，可得出精餾段ev=0.0909kg液/kg0.1kg液/kg則液沫夾帶校核通過。塔板阻力校核精餾段的踏板阻力校核： 干板阻力 由d0=6mm,查圖5-2圖5-2 塔板孔流系數(shù)得，孔流系數(shù)C0=0.65帶入公式，得h0=0.0473

24、液層阻力 A'a=(1-2Ad/AT)=0.16833m2Fa=Vs/A'a(V)2=1.495根據(jù)Fa，查圖5-3圖5-3 充氣系數(shù)圖得，=0.59，則 hL=(hW+hOW)=0.59*(0.05+0.00684)=0.03354 液體表面張力所造成阻力非常之小，此項(xiàng)可以忽略不計(jì)。故氣體流經(jīng)一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：=0.0473+0.03354=0.08084 =0.08084*868.849*9.8=0.688Kp(<0.7K,符合設(shè)計(jì)要求) 題餾段的踏板阻力校核方法同上， 最后得出=0.0645Kp(<0.7K,符合設(shè)計(jì)要求綜上所述，塔板阻力校核

25、通過。溢流液泛條件的校核精餾段：液面落差一般較小，可不計(jì)。液體通過降液管阻力 hd，包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。hd=hd1+hd2=0.0153(LS/lWhb)2+0=0.000183mHd=hW+hOW+(P1-P2)/Lg+hd=0.139m對于一般物系，值可取0.5，對于不易起泡物系，值約為0.60.7，對于易起泡物系，可取值0.30.4。乙醇-水屬于不易起泡物系，取0.5。則Hd/=0.278m<HT+hW題餾段方法同上得，Hd/=0.263m<HT+hW綜上所述，溢流液泛條件的校核通過。 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核精餾段t=AdHT/Ls=0.01396

26、*0.3/0.00020764=20.1s>5s題餾段t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.00030700=13.6s>5s則液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核通過。 漏液限校核精餾段=0.0073m=6.006m/s k=u0/u'0=17.6/6=2.93>2提餾段用同樣的方法得，k=u0/u'0=20.7/7.0775=2.92>2綜上所述，漏液限校核通過。5.2 分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖（1）負(fù)荷性能圖的其它幾條曲線的依據(jù)分別是: 霧沫夾帶線 泛點(diǎn)率據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線。按泛點(diǎn)率80%計(jì)算。精餾段整理得：0.1194=0

27、.4097VS+5.984LS提餾段整理得：0.1194=0.3476VS+5.984LS液泛線 根據(jù)確定液泛線，由于很小，故忽略式中的精餾段：代入數(shù)據(jù)得：2.4996*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1提餾段:代入數(shù)據(jù)得：1.8000*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1液相負(fù)荷上限線 全塔LS,max在降液管中停留時(shí)間5s時(shí)求出。 漏液線 液相負(fù)荷下限線 以堰上液層高度how=0.006m計(jì)。分別作出精餾段和提餾段的踏板負(fù)荷性能圖，如圖5-4,圖5-5圖5-4 精餾段踏板負(fù)荷性能圖圖5-5 提餾段踏板負(fù)荷性能圖由塔板負(fù)荷性能

28、圖可以看出：1. 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。2. 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。3. 按固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限VSMAX=0.31(0.4)m3/s氣相負(fù)荷下限VSMIN=0.125(0.15)m3/s所以，精餾段操作彈性=0.31/0.125=2.48 。 提留段操作彈性=0.4/0.15=2.67。5.3 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總表5-1 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總項(xiàng)目符號單位計(jì)算數(shù)備注精餾段提餾段塔徑Dm0.50.5板間距HTm0.30.3塔板類型U形流型降液管空塔氣速um/s1.061.25堰長m0.20.2堰高m0

29、.0500.050板上液層高度m0.070.07降液管底隙高m0.0300.030堰上方液頭高度 hOWm0.006840.00684閥空氣速m/s17.620.7降液管面積mm20.013960.01396塔盤面積mm20.196250.19625孔心距tm0.0180.018孔徑m0.0060.006孔為正三角形式排列單板壓降Pa688645降液管內(nèi)清液曾高度Hdm0.1390.1316 塔的總體結(jié)構(gòu)6.1 塔體總高度板式塔的塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： 上式中：HD塔頂空間，0.5m；HB塔底空間，0.5m；HT塔板間距，0.3m；HT開有手孔的塔板間距，0.4m；HF進(jìn)料段高度

30、，0.6m；Np實(shí)際塔板數(shù),54；S人孔數(shù)目，6個(gè)?？傮w高度為H=0.5+(54-2-6)*0.3+6*0.4+0.6+0.8=18.1m6.2塔板結(jié)構(gòu)塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。本設(shè)計(jì)中塔徑為500mm，所以采用整塊式塔板。7 輔助設(shè)備的選擇表7-1 換熱器結(jié)果列表換熱器名稱介質(zhì)溫度，進(jìn)出塔頂冷凝器殼程乙醇-水混合氣體78.2178.21管程循環(huán)冷凝水1240塔底再沸器管程乙醇-水溶液8387殼程蒸汽1681687.1塔頂冷凝器的選擇查第四章傳熱表4-8：取總

31、傳熱系數(shù)K= 800 W/m2塔頂溫度TD=78.21,查得：易揮發(fā)組分汽化潛熱r1=600kJ/kg； 難揮發(fā)組分汽化潛熱r2=2312.2kJ/kgrD=r1×y1+r2×(1-y1)=600*0.86+2312.2*0.14=839.7kJ/kgQ=(R+1)DrD得：Q=(4+1)*（5.152*42.08/3600）*839.7=252.84kJ/s傳熱面積： A=252.84*1000/(800*50.93)=6.2m2選型：則該換熱器的公稱面積為7m2，型號G273I257。其參數(shù)如表7-2：7.2塔底再沸器的選擇查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數(shù)K= 3000 W/m2塔底溫度TW=97.63，查得：易揮發(fā)組分比熱c13.8kJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c24.25 kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱r1=680kJ/kg難揮發(fā)組分汽化潛熱r1=2264.5kJ/kg平均 =4.25*0.99+3.