精餾塔課程設(shè)計(jì)苯甲苯板式精餾塔的工藝設(shè)計(jì)

1、第一章 緒論1.1精餾的特點(diǎn)及分類(lèi)精餾是分離液體混合物的典型單元操作。它是通過(guò)加熱造成氣液兩相物系，利利用物系中各組分揮發(fā)度的不同的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的。按精餾方式分為簡(jiǎn)單精餾、平衡精餾、精餾和特殊精餾。1.1.1蒸餾分離具有以下特點(diǎn)（1）通過(guò)蒸餾分離，可以直接獲得所需要的產(chǎn)品。（2）適用范圍廣，可分離液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)混合物。（3）蒸餾過(guò)程適用于各種濃度混合物的分離。（4）蒸餾操作耗能較大，節(jié)能是個(gè)值得重視的問(wèn)題。1.1.2平衡蒸餾將混合液在壓力p1下加熱，然后通過(guò)減壓閥使壓力降低至p2后進(jìn)入分離器。過(guò)熱液體混合物在分離器中部分汽化，將平衡的氣、液兩相分別從分離器的頂部、底部引出，即實(shí)現(xiàn)了混合液的

2、初步分離。 1.1.3簡(jiǎn)單蒸餾原料液在蒸餾釜中通過(guò)間接加熱使之部分汽化，產(chǎn)生的蒸氣進(jìn)入冷凝器中冷凝，冷凝液作為餾出液產(chǎn)品排入接受器中。在一批操作中，餾出液可分段收集，以得到不同組成的餾出液。1.1.4連續(xù)精餾操作流程化工生產(chǎn)以連續(xù)精餾為主。操作時(shí)，原料液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱(chēng)為釜?dú)堃海?；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升蒸氣，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱(chēng)為餾出液）采出。1精餾塔 2全凝器3儲(chǔ)槽 4冷卻器 5回流液泵 6再沸器 7原料液預(yù)熱器 圖1連續(xù)精餾裝置示意圖1.

3、2精餾塔的踏板分類(lèi)1.2.1塔板的結(jié)構(gòu)形式 1.泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80mm、f100mm和f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑大小選擇。泡罩下部周邊開(kāi)有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。它的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性適中塔板不易堵塞。缺點(diǎn)是生產(chǎn)能力及板效率較低結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。圖2泡罩塔板（a)操作示意圖 (b)塔板平面圖 (c)圓形泡罩2.篩孔塔板 篩孔塔板簡(jiǎn)稱(chēng)篩板，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有許多均勻小孔，孔徑一般為38mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設(shè)置溢

4、流堰，使板上能保持一定厚度的液層。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低生產(chǎn)能力大，板上液面落差小，氣體壓降低，塔板效率較高。缺點(diǎn)是操作彈性小、篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、黏度大的物料。圖3篩孔塔板（a） 操作示意圖 （b）篩孔布置圖3.浮閥塔板浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可上下浮動(dòng)的閥片，閥片本身連有幾個(gè)閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)90°，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個(gè)略向下彎的定距片，當(dāng)氣速很低時(shí)，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，可防止閥片與板面的黏結(jié)。 a）F1 型浮閥 （b） V-4 型浮閥 （c）

5、T 型浮閥圖4浮閥塔板。1.3 待分離混合物1.3.1甲苯（toluene，又名methylbenzene）圖5甲苯的球棍模型甲苯系苯的同系物，亦名“甲基苯”、“苯基甲烷”，具有類(lèi)似苯的芳香氣味，沸點(diǎn)（常壓）110.63，熔點(diǎn)-94.99。甲苯不溶于水，溶于乙醇、乙醚和丙酮。蒸氣和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.27.0%（體積）。如甲苯溶解溴后，在光照條件下，甲基上的氫原子被溴原子取代（與甲烷相似）而在鐵作催化劑條件下，苯基上的氫原子被溴原子取代（與苯相似）；但甲苯分子中存在著甲基和苯基的相互影響，使得甲苯又具有不同于苯和甲烷的性質(zhì)，如苯環(huán)上的取代反應(yīng)（鹵化、硝化等），甲苯比苯容易進(jìn)行，甲

6、苯分子中的甲基可以被酸性高錳酸鉀溶液氧化,生成苯甲酸。 1.3.2性質(zhì)表1甲苯的理化性質(zhì)CAS號(hào)108-88-3沸點(diǎn)110.6 RTECS號(hào)XS5250000在水中的溶解度0.053 g/100 mL (20-25)SMILESCc1ccccc1黏度0.590 cP,20化學(xué)式C7H8 (C6H5CH3)主要危險(xiǎn)高度易燃摩爾質(zhì)量92.14 g/mol警示性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)詞R11, R38, R48/20, R63, R65, R67外觀清澈的無(wú)色液體安全建議標(biāo)準(zhǔn)詞S2, S36/37, S29, S46, S62密度0.8669 g/ml（l）閃點(diǎn)4 熔點(diǎn)?94.99 沸點(diǎn)110.6 甲苯(Tolue

7、ne）是最簡(jiǎn)單，最重要的芳烴化合物之一。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。甲苯的熔點(diǎn)為-95 ，沸點(diǎn)為111 。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類(lèi)似），在常溫常壓下是一種無(wú)色透明，清澈如水的液體，密度為0.866 g/cm³，對(duì)光有很強(qiáng)的折射作用（折射率：1.4961）。甲苯幾乎不溶于水(0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機(jī)溶劑中也有很好的溶解性。甲苯的粘性為0.6 mPa·s，也就是說(shuō)它的粘稠性弱于水。甲苯的熱值為40.940 kJ/kg，閃點(diǎn)為4 ，燃點(diǎn)為535 。圖6甲苯1.3.3甲苯的用

8、途甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的溶劑中。甲苯容易發(fā)生氯化，生成苯氯甲烷或苯三氯甲烷，它們都是工業(yè)上很好的溶劑；它可以萃取溴水中的溴，但不能和溴水反應(yīng)；它還容易硝化，生成對(duì)硝基甲苯或鄰硝基甲苯，它們都是染料的原料；它還容易磺化，生成鄰甲苯磺酸或?qū)妆交撬?，它們是做染料或制糖精的原料。甲苯與硝酸取代的產(chǎn)物三硝基甲苯一份甲苯和三份硝酸硝化，可得到三硝基甲苯（俗名TNT，梯恩梯），是威力很大的炸藥。 甲苯主要由原油經(jīng)石油化工過(guò)程而制行。作為溶劑它用于油類(lèi)、樹(shù)脂、天然橡膠和合成橡膠、煤焦油、瀝青、醋酸纖維素，也作為溶劑用于纖維素油漆和清漆，以及用為照相制版、墨水的溶劑。甲苯也是有機(jī)合成，特別是氯化苯酰和

9、苯基、糖精、三硝基甲苯和許多染料等有機(jī)合成的生要原料。它也是航空和汽車(chē)汽油的一種成分。1.4苯1.4.1苯的理化性質(zhì)表2苯的理化性質(zhì)分子量：78.11 表面張力（與空氣接觸，0）31.6mN/m熔點(diǎn)5.51導(dǎo)熱系數(shù)（12，液體,)0.0087671W/(mK)沸點(diǎn)80.1折射率（20)14462液體密度(20879.4kg/m3閃點(diǎn)-11氣體密度： 2.770kg/m3燃點(diǎn)562.2相對(duì)密度（38,空氣=1）：1.4爆炸界限1.3%-7.1% 氣化熱(25443.62kJ/kg 最大爆炸壓力9kg/cm2 臨界溫度288.94最大爆炸壓力的濃度3.9% 臨界壓力：302kg/m3 最易引燃濃度

10、5% 臨界密度：4898kPa 燃燒熱（液體，25）3269.7KJ/mol比熱容Cp=1361.96kJ/(kgK)毒性級(jí)別2 比熱比Cp/Cv=1.10易爆炸性級(jí)別0蒸氣壓(26.1)13.33kPa 易燃性級(jí)別3 粘度（20 0.647mPas苯在常溫常壓下為具有芳香氣味的無(wú)色透明揮發(fā)性液體。能放出有毒蒸氣。苯是一種不易分解的化合物，與其它化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，其基本結(jié)構(gòu)不變，僅僅是苯環(huán)中的氫原子被其它基團(tuán)取代而已。苯的蒸氣能與空氣形成爆炸性的混合物。液體苯比水輕，但其蒸氣比空氣重。遇到高熱或明火極容易引起燃燒和爆炸。苯蒸氣能擴(kuò)散很遠(yuǎn)，遇到火源就著燃，并能把火焰沿氣流引回來(lái)。苯容易產(chǎn)生和積

11、聚靜電。苯與氧化劑接觸反應(yīng)激烈。苯難溶于水，但易溶于酒精、乙醚、丙酮、氯仿、汽油、二硫化碳等有機(jī)溶劑。1.5課程設(shè)計(jì)的理念課程設(shè)計(jì)使教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性。學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的的初次嘗試。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是嚴(yán)肅認(rèn)真的高度責(zé)任感的工作作風(fēng)

12、同時(shí)也增強(qiáng)工程觀念、培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力。1.6 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。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，用低壓熱蒸汽對(duì)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(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。塔底一部分經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐作為產(chǎn)品產(chǎn)出，另一部分進(jìn)過(guò)再沸器加熱再次送入塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比是最小回流比的2倍。第二章 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表1-1苯(A)-甲苯(B)飽和蒸氣壓（總壓1.013×105Pa）溫度/80.

13、1859095100105110.6pA*/105Pa1.0131.1691.3351.5571.7922.042240PB*/105Pa0.400.4600.5400.6330.7430.860 表1-2 苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)溫度/80.1859095100105110.6液相中苯的摩爾分率xA1.0000.7800.5810.4120.2580.1300氣相中苯的摩爾分率yB1.0000.9000.7770.6300.2620 表1-3 苯-甲苯部分溫度下的密度溫度/8090100110120815803.9792.5780.3768.9810800.2790.3780.3770.0

14、 表1-4純組分的表面張力溫度/8090100110120苯mN/m21.2720.0618.8517.6616.49甲苯mN/m21.6920.5919.9418.4117.31 表1-5液體粘度uL溫度/8090100110120苯（mPa s）0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（mPa s）0.3110.2860.2640.2540.228表1-6苯和甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式分子量M沸點(diǎn)（）臨界溫度tc()臨界壓強(qiáng)Pc(kPa)苯AC6H678.1180.01288.56833.4甲苯BC6H5-CH392.13110.6318.574107.7表1-7 苯和甲苯的液

15、體汽化熱溫度t/8090100110120苯/KJ/kg394.1386.9379.3371.5363.2甲苯/KJ/kg379.9373.8367.6361.2354.62.2 精餾塔的物料衡算（1）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量MA=78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量MB=92.13kg/kmol（2）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF=0.388×78.11+(1-0.388)92.13= 86.69kg/kmolMD=0.966×78.11+(1-0.966)92.13=78.59kg/kmolMW=0.012×78.11+(1-0

16、.012)92.13=91.96kg/kmol（3）物料衡算原料處理量總物料衡算88.12=D+W苯物料衡算88.12×0.388=0.966D+0.012W聯(lián)立解得D=34.73kmol/hW=53.39kmol/h第三章 理論塔板層數(shù)NT的求取3.1 求最小回流比苯-甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。由手冊(cè)查得苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)表1-2，繪出x-y圖，如圖1-2求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在圖1-1中對(duì)角線上，自e(0.388,0.388)作垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為xq=0.388yq=0.61故最小回流比為取操作

17、回流比為：R=1.6Rmin=1.6×1.6=2.563.2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷L=RD=2.56×34.73=88.9kmol/hV=(R+1)D=(2.56+1) ×34.73=123.64kmol/hL=L+F=123.64+88.12=211.76kmol/hV=V=123.64kmol/h3.3 求操作線方程精餾段操作線方程為提餾段操作線方程為3.4 圖解法求理論板層數(shù)采用圖解法求理論塔板層數(shù)，如圖1-1所示。求解結(jié)果為總理論板層數(shù)NT=15(包括再沸器)進(jìn)料板位置 的一些問(wèn)題，這次的實(shí)題的思維方式，不至于紙上談兵，這次的實(shí)習(xí)NF=63.5 實(shí)際塔板

18、數(shù)的求取精餾段實(shí)際板層數(shù)N精=5/0.535=9.3510提餾段實(shí)際板層數(shù)N提=9/0.535=16.8217第四章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.1操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 PD=101.3+4=105.3kPa每層塔板壓降 P =0.7kPa進(jìn)料板壓力PF=105.3+0.7×10=112.3kPa精餾段平均壓力Pm=(105.3+112.3)/2=108.8kPa4.2 操作溫度的計(jì)算依據(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，其中苯甲苯的飽和蒸氣壓由安東尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下：塔頂溫度tD=82.25進(jìn)料板溫度tF=99精餾段平均溫度tm=(82

19、.25+99)/2=90.6254.3 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由xD=y1=0.966,查平衡曲線（見(jiàn)圖1-1），得x1=0.9MVDm=0.966×78.11+(1-0.966)×92.13=78.59kg/kmolMLDm=0.9×78.11+(1-0.9)×92.13=79.512kg/kmol進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板（見(jiàn)圖1-1），得yF=0.601 查平衡曲線（見(jiàn)圖1-1），得xF=0.376MVFm=0.601×78.11+(1-0.601)×92.13=83.70kg/kmolMLFm=0.376

20、×78.11+(1-0.376)×92.13=86.85kg/kmol精餾段平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算MVm=（78.59+83.70）/2=81.145kg/kmolMLm=（79.512+86.85）/2=83.181kg/kmol4.4平均密度計(jì)算氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算 （1-1）塔頂液相平均密度的計(jì)算由tD=82.25,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)305得進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算由tF=99,查手冊(cè)得793.64進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率精餾段液相平均密度為4.5液體平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即

21、 （1-2）塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由tD=82.25,查手冊(cè)得進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由tF=99,查手冊(cè)得精餾段液相平均表面張力為4.6液體平均粘度計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，即 （1-3）塔頂液相平均粘度的計(jì)算由tD=82.25,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)303得進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算由tF=99,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)303得精餾段液相平均粘度為第五章 提餾段工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算5.1操作壓力計(jì)算塔底操作壓力 PD=105.3+0.7×27=124.2kPa每層塔板壓降 P =0.7kPa進(jìn)料板壓力PF=105.3+0.7×

22、;10=112.3kPa提餾段平均壓力Pm=(124.2+112.3)/2=118.25kPa5.2 操作溫度計(jì)算依據(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，其中苯甲苯的飽和蒸氣壓由安東尼方程計(jì)算，計(jì)算過(guò)程略。計(jì)算結(jié)果如下：塔底溫度 tD=116.8進(jìn)料板溫度 tF=99精餾段平均溫度 tm=(116.8+99)/2=107.95.3 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由xw =0.012,查平衡曲線（見(jiàn)圖1-1），得y1=0.035MVDm=0.035×78.11+(1-0.035)×92.13=91.63kg/kmolMLDm=0.012×78.11

23、+(1-0.012)×92.13=91.96kg/kmol進(jìn)料平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板（見(jiàn)圖1-1），得yF=0.601 查平衡曲線（見(jiàn)圖1-1），得xF=0.376MVFm=0.601×78.11+(1-0.601)×92.13=83.70kg/kmolMLFm=0.376×78.11+(1-0.376)×92.13=86.85kg/kmol提餾段平均摩爾質(zhì)量MVm=（91.63+83.70）/2=87.665kg/kmolMLm=（91.96+86.85）/2=89.405kg/kmol5.4 平均密度的計(jì)算氣相平均密度計(jì)算由理想氣體狀

24、態(tài)方程計(jì)算，即液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即 （5-1）塔底液相平均密度的計(jì)算由tw=116.8,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)305得進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算由tF=99,查手冊(cè)得793.64進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率提餾段液相平均密度為5.5 液體平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即（5-2）塔底液相平均表面張力的計(jì)算由tw=116.8,查手冊(cè)得進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算由tF=99,查手冊(cè)得提餾段液相平均表面張力為5.6 液體平均粘度計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，即（5-3）塔底液相平均粘度的計(jì)算由tw=116.8,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)303得進(jìn)

25、料板液相平均粘度的計(jì)算由tF=99,查“化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) 有機(jī)卷1”P(pán)303得提餾段液相平均粘度為第六章 精餾段的塔徑及塔板的計(jì)算6.1 塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為由（6-1） 式中計(jì)算，其中的C20由“史密斯關(guān)聯(lián)圖”查取，圖的橫坐標(biāo)為取板間距HT=0.40m,板上液層高度hL=0.06m,則HT-hL=0.40-0.06=0.34m查“史密斯關(guān)聯(lián)圖”得C20=0.073取安全系數(shù)為0. 7，則空塔氣速為u=0. 7umax=0. 7×1.210=0.847m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.2m塔截面積為實(shí)際空塔氣速為第七章 塔徑的計(jì)算7.1 提餾段塔徑的計(jì)算提餾段的氣、

26、液相體積流率為由 （7-1）式中計(jì)算，其中的C20由“史密斯關(guān)聯(lián)圖”查取，圖的橫坐標(biāo)為取板間距HT=0.40m,板上液層高度hL=0.08m,則HT-hL=0.40-0.08=0.32m查“史密斯關(guān)聯(lián)圖”得C20=0.06取安全系數(shù)為0. 7，則空塔氣速為u=0. 7umax=0. 7×0.904=0.633m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.4m塔截面積為實(shí)際空塔氣速為7.2 精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為Z精=(N精-1)HT=(10-1)×0.40=3.6m提餾段有效高度為Z提=(N提-1)HT=(17-1)×0.40=6.4m在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度

27、為0.8m 故精餾塔的有效高度為Z=Z精+Z提+0.6=10.8m第八章 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算8.1 溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.2m，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：堰長(zhǎng)lW取lW=0.66D=0.66×1.2=0.792m溢流堰高度hW精餾段：由hW=hL-hOW (6-1）選用平直堰，堰上液層高度（8-1）近似取E=1,則取板上清液層高度hL=60mm故hW=0.06-0.0117=0.0483m提餾段：由hW=hL-hOW （6-3）選用平直堰，堰上液層高度 （8-2） 近似取E=1,則取板上清液層高度hL=80mm故hW=0.08-0.0182=0.0

28、618m8.2 弓形降液管寬度Wd和截面積Af由 查“弓形降液管的參數(shù)圖”，得故Af=0.0722AT=0.0722×1.1304=0.0816m2Wd=0.124D=0.124×1.2=0.1488m依式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即精餾段：提餾段：故降液管設(shè)計(jì)合理。8.3 降液管底隙高度h0（8-3）取u0=0.09m/s則精餾段：hw-h0=0.00483-0.0256=0.0227m>0.006m提餾段：hw-h0=0.0619-0.05=0.0227m>0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤(pán)，深度hw=50mm。8.4 塔板布置塔板的分塊

29、因D800mm，故塔板采用分塊式。查“塔板分塊數(shù)表”得，塔板分為3塊。邊緣區(qū)寬度的確定取Ws=Ws=0.075m，Wc=0.055m。開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積（8-4）其中故8.5 篩孔計(jì)算及其排列本題所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d0=3×5=15mm篩孔數(shù)目n為開(kāi)孔率為氣體通過(guò)閥孔的氣速精餾段：提餾段：第九章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算及負(fù)荷性能圖9.1 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算9.1.1 精餾段：干板阻力hc計(jì)算干板阻力hc由式（9-1）故由，查“干篩孔的流量系數(shù)圖”得，c0=0.81氣體通過(guò)液層的阻力hl計(jì)算氣體通過(guò)液層

30、的阻力h1由式計(jì)算查“充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖”，得0.64故液體表面張力的阻力計(jì)算表面張力所產(chǎn)生的阻力由式（9-2）氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算氣體通過(guò)每層塔板的壓降為液面落差對(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。液沫夾帶液沫夾帶量由式（9-3）故故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量eV在允許范圍內(nèi)。漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u(mài)0,min可如下計(jì)算（9-4）實(shí)際孔速u(mài)0=8.52m/s>u0,min穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)有苯-甲苯物系屬一般物系，取，則而板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由式計(jì)算，即Hd=0.0889+

31、0.06+0.00124=0.150液柱故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。9.1.2 提餾段：干板阻力hc計(jì)算干板阻力hc由式（9-5）由，查“干篩孔的流量系數(shù)圖”得，c0=0.81故氣體通過(guò)液層的阻力hl計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力h1由式（9-6）查“充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖”，得0.62故液體表面張力的阻力計(jì)算表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計(jì)算氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算氣體通過(guò)每層塔板的壓降為液面落差對(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。液沫夾帶液沫夾帶量由式計(jì)算 （9-7）故故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量eV在允許范圍內(nèi)。漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u(mài)0,min可如下

32、計(jì)算實(shí)際孔速u(mài)0=10.99m/s>u0,min穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)有苯-甲苯物系屬一般物系，取，則而 （9-8）板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由式計(jì)算，即Hd=0.09034+0.08+0.0012=0.172液柱故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。9.2塔板負(fù)荷性能圖9.2.1 精餾段漏液線由得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s0.3530.3630.3750.386由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg

33、氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下:由故整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.7491.6721.5731.49由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度hOW=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，則=0.006取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則故據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線線4液泛線令由聯(lián)立得忽略，將與LS，與LS，與VS的關(guān)系式帶入上式，并整理得式中將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，

34、得故或在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)LS值，依上式計(jì)算出VS值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.2761.2371.1751.109由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下：在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。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。并可查得：Vs,max=1.175m3/sVs,min=0.35m3/s故操作彈性為9.2.2 提餾段：漏液線由得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00

35、150.00300.0045Vs，m3/s0.2330.2460.2620.275由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。液沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下:由故整理得 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.4841.4091.3131.233由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度hOW=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，則=0.006取E=1，則據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的

36、下限，則故據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線線4液泛線令由聯(lián)立得忽略，將與LS，與LS，與VS的關(guān)系式帶入上式，并整理得：式中將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得故或在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)LS值，依上式計(jì)算出VS值，計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls，m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs，m3/s1.3321.2471.1341.033由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下：在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。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。并可查得Vs,max=0.975m3/sVs,min=0.25m3/s故

37、操作彈性為第十章 所設(shè)計(jì)篩板塔的主要結(jié)果匯總于下表表8-1主要結(jié)果匯總于下表篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算總表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)備注精餾段提餾段各段平均壓強(qiáng)pmkPa109.15117.9各段平均溫度tm90.35107.9平均流量氣相Vsm3/s85.4485.44液相Lsm3/s64.08112.55實(shí)際塔板數(shù)N塊1115板間距HTm0.40.4塔的有效高度Zm116塔徑Dm11.2空塔氣速u(mài)m/s0.580.568塔板液流形式單溢流單溢流降液管形式弓形弓形溢流裝置堰長(zhǎng)lWm0.7920.792堰高h(yuǎn)Wm0.04830.0618溢流堰寬度Wdm0.1488管底與受液盤(pán)距離hom0.02560.05板

38、上清液層高度hLm0.060.08孔徑domm0.0050.005孔間距tmm0.0150.015孔數(shù)n個(gè)2967開(kāi)孔面積m20.5780.578篩孔氣速u(mài)om/s11.2410.99塔板壓降hpkPa0.70.7液體在降液管中停留時(shí)間s17.849.42降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.02560.05霧沫夾帶evkg液/kg氣0.10.1液相負(fù)荷上限液沫夾帶線液泛線液相負(fù)荷下限漏液線漏液線氣相最大負(fù)荷Vs，maxm3/s1.1750.975氣相最小負(fù)荷Vs，minm3/s0.350.25操作彈性3.3573.9第十一章 精餾塔接管尺寸計(jì)算和冷凝器的選取及檢驗(yàn)11.1 塔主要連接管直徑的確定（1）

39、進(jìn)料管徑采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下： （11-1）取uF=1.5m/s,查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取42mm×2.5mm檢驗(yàn)：符合u取值范圍，所以管徑選擇合理。（2）回流管徑采用直管回流管，管徑計(jì)算如下： 取uD=1.5m/s,查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取45mm×2.5mm檢驗(yàn)：符合u取值范圍，所以管徑選擇合理。（3）塔釜出料管徑采用直管出料管。管徑計(jì)算如下： 取uW=1.5m/s,查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取63.5mm×3mm檢驗(yàn)：符合u取值范圍，所以管徑選擇合理。（4）塔頂出氣管徑采用直管出氣管。管徑計(jì)算如下： （11-2）取uD=15m/s,查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取219mm×6mm.

40、檢驗(yàn)：符合u取值范圍，所以管徑選擇合理。（5）塔底進(jìn)氣管徑采用直管出氣管。管徑計(jì)算如下： 取 uD=15m/s,查標(biāo)準(zhǔn)系列，選取219mm×6mm.檢驗(yàn)：符合u取值范圍，所以管徑選擇合適。11.2冷凝器的選取及檢驗(yàn)出料液溫度：81.7 （飽和氣）81.7 （飽和液）冷卻水溫度：3545kj/kg2619008.032kJ/h假設(shè)K=500）選擇面積S=35.7m2)故選擇K=500基本符合條件根據(jù)S=35.7 查手冊(cè)可知選擇的尺寸如下：公稱(chēng)直徑：500mm公稱(chēng)面積：44.8管長(zhǎng)：3000mm管子總數(shù)：206管程數(shù)：2管程流通面：0.0182中心排管數(shù)：11第十二章 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和

41、有關(guān)問(wèn)題的討論12.1設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述經(jīng)過(guò)這幾天的化工課程設(shè)計(jì)，使我知道了身為一名化工人應(yīng)該具備的素質(zhì)、應(yīng)該具備的條件，課程設(shè)計(jì)需要的不僅是廣博的知識(shí)水平，還需要閱讀大量文獻(xiàn)，也使我知道了更加了解專(zhuān)業(yè)的發(fā)展方向。化工原理不是一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，它與其他學(xué)科又是密不可分的，所以我們?cè)趯W(xué)習(xí)中不僅要注重專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)還要掌握其他課程，將其他課程的知識(shí)融匯到化工原理知識(shí)里，才更能培養(yǎng)我們實(shí)戰(zhàn)能力。同時(shí)原理課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我們從實(shí)際情況考慮問(wèn)題的思維方式，不至于紙上談兵，這次的設(shè)計(jì)使我對(duì)我們的專(zhuān)業(yè)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用有了很深的認(rèn)識(shí)，經(jīng)過(guò)老師們的認(rèn)真的講解與指導(dǎo)，我們將我們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)更好的運(yùn)用到實(shí)踐中，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我們也算和化工具體行業(yè)有了一次親密接觸，總之我們真的是受益匪淺。首先，作為工程設(shè)計(jì)人員計(jì)算的準(zhǔn)確率是很致命的問(wèn)題，一個(gè)小