甲醇水溶液精餾塔工藝設(shè)計(jì).doc

目錄 1 誠(chéng)信聲明12緒論33餾塔的物料衡算44塔板數(shù)的確定45精餾塔的工藝條件數(shù)據(jù)的計(jì)算56精餾塔的塔體工藝尺寸的算107塔板主要工藝尺寸的算148篩板流體力學(xué)的驗(yàn)算199塔板負(fù)荷性能圖2310板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果3011 輔助設(shè)備的計(jì)算和選型3212參考文獻(xiàn)3913評(píng)述和有關(guān)問題的討論4014要符號(hào)說明4115 致謝43 一. 緒論 甲醇作為重要的有機(jī)化工原料之一，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)的變化，石油資源的緊缺貧乏將有力的推動(dòng)甲醇行業(yè)的發(fā)展。目前，我國(guó)甲醇市場(chǎng)總體趨勢(shì)走高,甲醇的價(jià)格還會(huì)穩(wěn)步提高。如何合理利用資源在甲醇精制過程中做到高效節(jié)能成為本文的選題。選擇最好的工藝?yán)O(shè)備，同時(shí)選用最合適的操作方法就成為投資者關(guān)注的重點(diǎn)。 在甲醇的生產(chǎn)中，由于粗甲醇產(chǎn)品含有大量雜質(zhì)而影響產(chǎn)品甲醇的質(zhì)量，因此精餾系統(tǒng)是甲醇生產(chǎn)中極為關(guān)鍵的部分。改進(jìn)和優(yōu)化甲醇的精制工藝，在熟悉甲醇精制的基礎(chǔ)上，以通過化工過程系統(tǒng)模擬軟件為工具，對(duì)改造設(shè)計(jì)措施進(jìn)行模擬分析，并將設(shè)計(jì)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比，從而尋找一條能量消耗和水資源消耗的途徑，提高產(chǎn)品甲醇質(zhì)量，最終提高經(jīng)濟(jì)效益，成為推動(dòng)甲醇生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。 2.設(shè)計(jì)方案的確定為分離甲醇-水混合物。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，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。塔釜采用間接蒸氣加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。關(guān)鍵詞： 泡點(diǎn)進(jìn)料 精餾塔 篩板 物料衡算二、精餾塔的物料衡算 原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量為32kg/kmol水的摩爾質(zhì)量為： 18kg/kmolxf=(0.42/32)/(0.42/32+0.58/18)=0.289xd=(0.92/32)/(0.92/32+0.08/18)=0.866 xw=（0.01/32）/（0.01/32+0.99/18）=0.0006 原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量Mf=320.289+18(1-0.289)=22.05kg/molMd=320.866+18(1-0.866)=30.12kg/mol則可知：原料的處理量：F=40000/(800022.05)=226.76kmol/h根據(jù)回收率： = xdD/(xfF)=(1-1%)(0.866D)/（0.289226.76）=99% 則有： D=74.92kmol/h 由總物料衡算：F= D+W所以 W=F-D=226.76-74.92=151.84kmol/h三、塔板數(shù)的確定 理論板層數(shù)NT的求取因?yàn)榧状寂c水屬于理想物系，可采用圖解法求解（見相平衡圖1-1）最小回流比及其操作回流比的求解：(回流比的大小是影響精餾操作產(chǎn)品優(yōu)質(zhì) ，高產(chǎn) ，低消耗的重要因素之一，因此回流比的正確選擇，控制與調(diào)節(jié)也是非常重要的。)查圖得 yq=0.66 xq=0.29根據(jù) Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.866-0.66)/(0.66-0.289)=0.560取操作回流比為：R=2Rmin=20.560=1.120精餾塔的氣、液相負(fù)荷L=RD=1.1274.92=83.91kmol/hV=(R+1)D=2.1274.92=158.83kmol/hL=L+F=83.91+226.76=310.67kmol/hV=V=158.83kmol/h2精餾段、提餾段操作線方程精餾段操作線：y=(Lx)/V +(Dxd)=0.528x+0.409提餾段操作線：y=(Lx)/V- (Wxw)/V=1.956x- 0.006圖解法求理論塔板層數(shù)根據(jù)圖一(1-1)所示，可求得結(jié)果為總理論塔板數(shù)NT為8塊(包括再沸器)進(jìn)料板位置NF為自塔頂數(shù)起第3塊 理論板層數(shù)NT的求取 根據(jù)ET=NT/NP50得：精餾段實(shí)際塔板數(shù) N精=3/50%=6塊提餾段實(shí)際塔板數(shù) N提=5/50%=10塊四精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 （1）.操作壓力：常壓 101.3 kpa （2）.操作溫度的計(jì)算 ： （由于甲醇水溶液屬于雙組分理想溶液，因此可通過雙組分理想溶液的汽液相平衡圖t-x-y圖查取 如下圖12） 得： TD =66.5 TF =78.5 TW =98.2 所以精餾段平均溫度tm =（66.5+78.5）/2 =72.5提餾段平均溫度tm =（98.2+78.5）/2=88.35 （3）.平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由于xD=y1=0.866 查平衡曲線(圖1一1)得 x1=0.705MVDm=yFMA+（1-yF）MB = 0.86632+(1-0.866)18=3.12kg/molMLDm= x1MA+（1-x1）MB =0.70532+(1-0.705)18=27.87kg/mol. 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由yF=0.590 查平衡曲線(圖1一1)得 x2=0.220MVFm= yFMA+（1-yF）MB = 0.59032+(1-0.590)18=26.26kg/molMLFm= x2MA+（1-x2）MB = 0.22032+(1-0.220)18=21.08kg/mol. 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由yw=0.006 查平衡曲線(圖一)得 x1=0.002MVWm = ywMA+（1-yw）MB =0.00632+(1-0.006)18=18.08kg/molMLWm= x1MA+（1-x1）MB = 0.00232+(1-0.002)18 = 18.03kg/mol. 精餾段平均摩爾質(zhì)量MVm=(30.12+26.26)/2=28.19kg/molMLm=(27.87+21.08)/2=24.48kg/mol. 提餾段平均摩爾質(zhì)量MVm=(26.26+18.08)/2=22.17kg/molMLm=(21.08+18.03)/2=19.56kg/mol 平均密度的計(jì)算水的重要物理性質(zhì)溫度t/（）密度/（kg/m3）黏度/（mPa.s）張力/（mN/m）比熱容Cp /（Kj/kg.k）20998.21.00572.604.18360983.20.468866.204.17870977.80.406164.304.18780971.80.356562.604.19590965.30.316560.704.208100958.40.283858.804.220 化工單元第305頁(yè)甲醇的重要物理性質(zhì)溫度t/（）密度/（kg/m3）黏度/（mPa.s）張力/（mN/m）比熱容Cp /（Kj/kg.k）20804.80.580022.0760761.10.344017.3370749.40.307016.1880737.40.277015.049072490.250013.91100712.00.228012.80 化工手冊(cè)第492頁(yè). 精餾段平均密度的計(jì)算氣相由理想氣體狀態(tài)方程得Vm=PmMvw/RTm=(101.328.19)/8.314(273.15+72.5)=0.994kg/m3液相查（13）可得tD=66.5時(shí) H2O979.7kg/m3 CH3OH=753.5kg/m3tF=78.5時(shí) H2O972.7kg/m3 CH3OH=739.2kg/m3LDm=1/（A/A +B/B） = 1/(0.92/753.5+0.08/979.7)=767.7kg/m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率A=(0.22032)/(0.22032+0.78018)=0.334 LFm=1/(0.334/739.2+0.666/972.7)=879.9kg/m3精餾段液相平均密度為L(zhǎng)m=(767.7+879.9)/2=823.8 kg/m3. 提餾段平均密度的計(jì)算 氣相由理想氣體狀態(tài)方程得Vm=PmMvw/RTm=(101.322.17)/8.314(273.15+88.35)=0.747kg/m3 液相查（13）可得tw=98.2時(shí) H2O959.6kg/m3 CH3OH=714.3kg/m3A=(0.00232)/(0.00232+0.99818)=0.0036Lwm=1/（A/A +B/B）=1/(0.0036/714.3+0.998/959.6)=959.00kg/m3 提餾段平均密度Lm=(959.00+879.90)/2=919.5 kg/m3 平均黏度的計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算 即lgLm=xilgi塔頂液相平均黏度的計(jì)算 由tD=66.5查手冊(cè)得H2O=0.4281mPa.s CH3OH=0.320mPa.slgLDm=0.866lg(0.32)+0.134lg(0.4281)=-0.49LDm=0.331mPa.s進(jìn)料板平均黏度的計(jì)算由tF=78.5查手冊(cè)得H2O=0.0.3639mPa.s CH3OH=0.2815mPa.slgLFm=0.220lg(0.2815)+0.780lg(0.0.3639)=-0.46LFm=0.347mPa.s精餾段平均黏度Lm=(0.331+0.347)/2=0.339mPa.s塔底液相平均黏度的計(jì)算 由tW=98.2查手冊(cè)得H2O=0.2897mPa.s CH3OH=0.2320mPa.slgLWm=0.002lg(0.2320)+0.9980lg(0.2897)=-0.54 LWm=0.288mPa.s提餾段平均黏度Lm=(0.0.347+0.0.288)/2=0.3175mPa.s 平均表面張力的計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算 即Lm=xii. 塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由tD=66.5查手冊(cè)得H2O=64.96mN/m CH3OH=16.58mN/mLDm=0.86616.58+0.13464.96=23.06 mN/m. 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由tF=78.5查手冊(cè)得H2O=62.86mN/m CH3OH=15.21mN/mLFM=0.22015.21+0.78062.86=52.38 mN/m. 塔底液相平均表面張力的計(jì)算 由tW=98.2查手冊(cè)得H2O=59.14mN/m CH3OH=13.01mN/mLWm=0.00213.01+0.99859.14=59.05 mN/m精餾段液相平均表面張力Lm=(23.06+52.38)/2=37.72 mN/m提餾段液相平均表面張力Lm=(52.38+59.05)/2=55.72mN/m五、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 由上面可知精餾段 L=83.91kmol/h V=158.83kmol/h 塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為 VS=VMVm/3600Vm=(158.8328.19)/(36000.994)=1.251m3/sLS=LMLm/3600Lm=(83.9124.48)/(3600823.8)=0.001m3/smax=C（Lv）/v 0.5式中，負(fù)荷因子C=C20（/0.02）0.2由史密斯關(guān)聯(lián)圖（14）查得C20求取圖的橫坐標(biāo)為 Flv=Lh/Vh(l/v)0.5=0.001/1.251（823.8/0.994）0.5=0.0230取板間距，HT=0.40m,板上清液層高度取hL=0.053m，則HT-hL=0.347 m（塔徑在0.81.6m之間，HT取0.350.45m） 史密斯關(guān)聯(lián)圖如下由上面史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知C20=0.069氣體負(fù)荷因子C= C20(/20)0.2=0.069（37.72/20）0.2=0.0783max=C（Lv）/v 0.5 =0.0783（823.8-0.994）/0.994 0.5=2.25取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為 U=0.8Umax=0.82.25=1.80m/s D=V/0.7850.5 = 1.251/（0.7851.8） 0.5 =0.941m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為At=D2/ 4 =/41.02 =0.785 m2 實(shí)際空塔氣速為U實(shí)際=V/At=1.251/0.785=1.594 m/sU實(shí)際/ Umax=1.594/2.25= 0.708(安全系數(shù)在允許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求) 由上面可知提餾段 L=310.67kmol/h V=158.83kmol/h 提餾段塔徑的計(jì)算提餾段的氣、液相體積流率為 VS=VMVm/3600Vm=(158.8322.17)/(36000.747)=1.309m3/sLS=LMLm/3600Lm=(310.6719.56)/(3600919.5)=0.0018m3/s式中，max=C（Lv）/v 0.5負(fù)荷因子C=C20（/0.02）0.2由史密斯關(guān)聯(lián)圖（14）查得C20求取 圖的橫坐標(biāo)為 Flv=Lh/Vh(l/v)0.5 =0.0018/1.309（919.5/0.747）0.5 =0.048取板間距，HT=0.40m，板上清液層高度取hL=0.06m，則HT-hL=0.34 m由史密斯關(guān)聯(lián)圖，得 C20=0.072氣體負(fù)荷因子 C= C20(/20)0.2=0.072（55.72/20）0.2 =0.088max=C（Lv）/v 0.5 = 0.088（919.5-0.747）/0.747 0.5 =3.571m/s 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為 U=0.6Umax=0.63.571=2.152m/s D=V/0.7850.5 =1.309/（0.7852.152） 0.5 =0.880m 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積:At=D2/ 4 =/41.02 =0.785 m2 實(shí)際空塔氣速為U實(shí)際=V/ At = 1.309/0.785=1.67m/s U實(shí)際 / Umax=1.67/3.571=0.5(安全系數(shù)在允許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求) 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 +（N提-1）=（6-1）0.40+（6-1）0.003=2.027 m提餾段有效高度為 Z提=（N提-1）HT +（N提-1）=（10-1）0.40+（10-1）0.003=3.627m在進(jìn)料板上方開一個(gè)人孔，其高度為0.8 m故精餾塔有效高度為Z=Z精+Z提+0.8=2.027+3.627+0.8=6.454m 精餾塔空間高度的計(jì)算 塔頂空間 （塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距，為便于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距。） 所以塔頂間距為HT HD =1.75 HT =1.750.40 =0.70m 塔底空間 假設(shè) 塔底高度選擇儲(chǔ)存液量為5分鐘，設(shè)塔底密度為1000kg/ m3 則有 V=158.8318.03（5/60）/1000=0.24 m3 V=R2h=0.24 解得：h=0.31m 所以塔底設(shè)計(jì)高度為1.50m 塔支座為H2 =2.5m （公稱直徑在10002000mm） 塔體高度為 1H =（n - nf- np-1）HT + nf HF + np Hp + HD + HB + H1 + H2 =（16-1-1-1）0.40+10.4+10.8+0.7+1.4+0.5+2.5 =11.6m六、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 精餾段溢流裝置計(jì)算由于塔徑D=1.0m （塔徑2.2m宜選取雙溢流降液管）所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。( 此種溢流方式液體流徑較長(zhǎng)，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，在直徑小于2.2m的塔中被廣泛使用。)各項(xiàng)計(jì)算如下：1) 堰長(zhǎng)lw 取lw=0.65D=0.651=0.65m2) 溢流堰高度hw由hw=hLhow選用平直堰，( 溢流堰板的形狀有平直形與齒形兩種，設(shè)計(jì)中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上層液高度how由下列公式計(jì)算，即有 how=2.84/1000E(Lh/lw)(2/3) 并由圖液流收縮系數(shù)計(jì)算圖查手冊(cè)（15），取E= 1.0 則how=0.00284（0.0013600）/0.65 2/3 =0.0089m取板上清液層高度hL=0.053 m故 hw= hLhow=0.053-00089=0.0441m滿足0.05- how hw01- how 且hw在4050mm之間因此設(shè)計(jì)符合要求。3) 弓形降液管的寬度Wd和截面積Af由Wd/D=0.6 5m 查手冊(cè)（16）可求得Af/AT=0.075 Wd/D=0.135Af=0.0750.785=0.0589 m2Wd=0.1351.0=0.135 m依據(jù)下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間，即=3600 AfHT/Lh= 3600 0.05890.40/ (36000.001)=23.56s5s 其中HT即為板間距0.40m，Lh即為每小時(shí)的體積流量驗(yàn)證結(jié)果為降液管設(shè)計(jì)符合要求。4）降液管底隙高度ho (ho 不易小于2025mm)ho= Lh/（3600lwuo）取uo=0.07m/s （液體通過底隙時(shí)的流速一般取0.070.25m/s）則ho=0.0013600/(36000.650.07) =0.0220 m0.02m Hw-ho=0.0441-0.0220=0.02210.006 m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度hw=60mm。（0.6m,一般受液盤深度hw50mm）塔板布置1) 塔板的分塊因?yàn)镈 800mm，所以選擇采用分塊式，查手冊(cè)（17）可得，塔板可分為3塊。2) 邊緣區(qū)寬度確定（Ws取70100mm Ws50100mm Wc小塔3050mm大塔5070mm）取Ws=Ws= 70mm , Wc=40mm （Ws，Ws為溢流堰前或進(jìn)口堰后分配區(qū)寬度，Wc為無效區(qū) ）開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積Aa按下面式子計(jì)算，則有Aa=2x（r2x2）0.5+ r2/180sin-1（x/r）其中 x=D/2(WdWs)=1/2-（0.135+0.07）=0.295mr= D/2Wc=1/2-0.040=0.46m由Wd/D=0.135， 得Wd=0.135則有 Aa=20.295（0.462-0.2952）+（3.140.462）/180sin-1（0.295/0.46）=0.503m2. 篩孔計(jì)算與排列本設(shè)計(jì)研究的物系基本上沒有腐蝕性，可選用= 3mm（取34mm）碳鋼板，取篩孔直徑do=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3 do=35=15mm篩孔的數(shù)目n為n=1.155Ao/t2=（1.1550.503）/0.0152=2582個(gè)開孔率為=0.907（do/t）2=0.907（0.005/0.015）2=10.1%則 氣體通過閥孔的氣速為uo=Vs/Ao=1.251/（Aa）=1.251/（0.1010.503）=24.62m/s提餾段 (計(jì)算公式和原理同精餾段)溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.0m，宜選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤（同精餾段）。各項(xiàng)計(jì)算如下：1) 堰長(zhǎng)lw可取lw=0.65D=0.65m 2) 溢流堰高度hw由hw=hLhow可選取平直堰，堰上層液高度how（how不宜大于6070mm）由公式計(jì)算，即有how=2.84/1000E(Lh/lw)(2/3) 并由圖液流收縮系數(shù)計(jì)算圖（16），則可取用E= 1.0 ，則how=0.00284（0.00183600）/0.652/3=0.0133m取板上清液層高度hL=0.055 m故 hw=0.055-0.0133=0.0417 m 且計(jì)算結(jié)果滿足0.05- how hw01- how因此計(jì)算結(jié)果溢流堰高符合設(shè)計(jì)要求。3) 弓形降液管的寬度Wd和截面積Af由Wd/D=0.65 m 查圖手冊(cè)（16）得Af/AT=0.075 Wd/D=0.135Af=0.0750.785=0.0589 m2Wd=0.1351.0=0.135 m根據(jù)下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間，即=3600 AfHT/Lh= 3600 0.05890.40/ (36000.0018)=13.09s5s 其中HT即為板間距0.40m，Lh即為每小時(shí)的體積流量驗(yàn)證結(jié)果為降液管設(shè)計(jì)符合要求4）降液管底隙高度ho （ho不宜小于2025mm） ho= Lh/（3600lwuo）取 uo=0.13m （通過底隙時(shí)的流速，宜在0.070.25m之間）則ho=36000.0018/（36000.650.13）=0.213m0.02mHw-hO=0.0417-0.0213=0.02040.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度hw=60mm （0.6m,一般受液盤深度hw50mm） 塔板布置1) 塔板的分塊因?yàn)镈 800mm，所以選擇采用分塊式，查表可得，塔板可分為3塊。2) 邊緣區(qū)寬度確定取Ws=Ws= 70mm Wc=40mm 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積Aa下式計(jì)算，則有Aa=2x（r2x2）0.5+ r2/180sin-1（x/r）其中 x=D/2(Wd+Ws)=0.5-（0.135+0.07）=0.295mr= D/2Wc=0.5-0.040=0.46m由Wd/D=0.135， 得Wd=0.135 Aa=20.295（0.462-0.2952）+（3.140.462）/180sin-1（0.295/0.46）=0.503m2 篩孔計(jì)算與排列本設(shè)計(jì)研究的物系基本上沒有腐蝕性，可選用= 3mm（取34mm）碳鋼板，取篩孔直徑do=5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3 do=35=15mm篩孔的數(shù)目n為n=1.155Ao/t2=（1.1550.503）/0.0152=2582個(gè)開孔率為=0.907（do/t）2=0.907（0.005/0.015）2=10.1%則 氣體通過閥孔的氣速為uo=Vs/Ao=1.251/（Aa）=1.309/（0.1010.503）=25.77m/s七、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 精餾段1) 塔板的壓降. 干板的阻力hc計(jì)算干板的阻力hc計(jì)算由公式hc=0.051(uo/co)2（V/L）（uo氣體通過篩孔氣速，co流量系數(shù)）取do/= 5/3=1.67 ,可查手冊(cè)史密斯關(guān)聯(lián)圖（1 - 8）得，co=0.85所以hc=0.051(24.62/0.85) 2(0.994/823.8)=0.0520m液柱. 氣體通過液層的阻力hl的計(jì)算氣體通過液層的阻力hl由公式hl=hL=（hw+how）ua=Vs/（ATAf）=1.251/(0.785-0.0589)=1.723m/s（ua通過有效傳質(zhì)區(qū)氣速，F(xiàn)o氣相動(dòng)能因子）Fo = ua（V）1/2 =1.723(0.994)1/2=1.73kg1/2/(s m1/2)可查手冊(cè)（19） 得=0.57因此hl=hL=0.570.053=0.030 m液柱. 液體表面張力的阻力h計(jì)算液體表面張力的阻力h由公式h=4L/（Lgdo）計(jì)算,則有h=(437.7210-3)/(823.89.810.005)=0.0037 m液柱氣體通過每層塔板的液柱高度hP，可按下面公式計(jì)算hP=hc+hl+h=0.0520+0.030+0.0037=0.0857m液柱氣體通過每層塔板的壓降為 Pp= hPLg =0.0857823.89.81=692.6Pa0.7KPa（設(shè)計(jì)允許值）2) 液面落差因?yàn)楹Y板塔，液面落差很小，并且塔徑和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影響。3) 液沫夾帶 液沫夾帶量，由公式 ev=5.710-6/L ua/(HThf)3.2hf=2.5hL=2.50.053=0.133m 所以：ev=(5.710-6/37.7210-3) 1.723/(0.4-0.133) 3.2=0.059kg液/kg氣0.1kg液/kg氣液沫夾帶量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，故本次設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液沫夾帶。4) 漏液對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速uo,min由公式Uo,min=4.4Co(0.0056+0.13 hL-h)/L /V1/2 =4.40.772（0.0056+0.130.053-0.0037） (767.7/0.994） 1/2=8.85m/s實(shí)際孔速為o=24.62m/sUo,min=8.85m/s穩(wěn)定系數(shù)為 =Uo/Uo,min=24.62/8.85=2.781.5故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。5) 液泛 （液泛分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種）為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液高度Hd應(yīng)服從Hd(HThw)甲醇與水屬于一般理想物系，取= 0.5，（為安全系數(shù)一般取值0.40.6范圍內(nèi)）則(HThw)=0.5（0.40+0.0441）=0.222m而Hd=hp+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則有hd=0.153(uo)2=0.153(0.07)2=0.0007m液柱Hd=hp+hL+hd=0.0857+0.053+0.0007=0.140m液柱則有： Hd(HThw)故本設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液泛。 提餾段1) 塔板的壓降. 干板的阻力hc計(jì)算干板的阻力hc計(jì)算由公式hc=0.051(uo/co)2（V/L）并取do/= 5/3=1.67 ,可查手冊(cè)（18）得，co=0.850所以hc= 0.051（25.77/0.85）2（0.747/919.5）=0.0381m液柱. 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算氣體通過液層的阻力hl由公式hl=hL=（hw+how）ua=Vs/（ATAf）=1.309/（0.785-0.0589）=1.803m/sFo= ua （V）1/2 =1.8030.747 1/2 =1.56kg1/2/s m1/2可查手冊(cè)（19）得=0.59則hl=hL=0.590.055=0.0325m液柱. 液體表面張力的阻力h計(jì)算液體表面張力的阻力h根據(jù)公式h=4L/（Lgdo）計(jì)算則有h=(455.7210-3)/(919.59.810.005)=0.0049 m液柱氣體通過每層塔板的液柱高度hP，由公式hP=hc+hl+h =0.0381+0.0325+0.0049=0.0755m液柱氣體通過每層塔板的壓降為Pp= hPLg =0.07559.81919.5= 681.03Pa0.7kPa 計(jì)算結(jié)果在設(shè)計(jì)允許值內(nèi)。2) 液面落差 由于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，因此可忽略液面落差的影響。3) 液沫夾帶 液沫夾帶量，采用公式ev=5.710-6/Lua/(HThf)3.2 由 hf=2.5hL=2.50.055=0.1375m則ev=5.710-6/55.7210-3 1.803/(0.40-0.1375)3.2 =0.049 kg液/kg氣0.1 kg液/kg氣液沫夾帶量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，故本次設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液沫夾帶。4) 漏液對(duì)于篩板塔，漏液點(diǎn)氣速uo,min根據(jù)公式Uo,min=4.4Co(0.0056+0.13 hL-h)/L /V1/2 =4.40.772（0.0056+0.130.055-0.0049） （919.5/0747） 1/2=10.56m/sUo=25.77m/sUo,min=10.56m/s穩(wěn)定系數(shù)為 K= Uo / Uo,min =25.77/10.56=2.441.5故在本次設(shè)計(jì)中無明顯漏液。5) 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液高度Hd須滿足Hd(HThw) （安全系數(shù)取0.40.6 之間為宜）甲醇與水屬于一般物系，取= 0.5 則(HThw)=0.5（0.40+0.0417）=0.221mHd=hp+hL+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則有 hd=0.153(uo)2=0.153（0.13）2 =0.003m液柱Hd=hp+hL+hd=0.0755+0.055+0.003=0.134m液柱則有：Hd(HThw)故次本設(shè)計(jì)不會(huì)發(fā)生液泛。八、塔板負(fù)荷性能圖 精餾段.漏液線Uo,min=4.4Co(0.0056+0.13 hL- h)L /V1/2Uo,min=Vs, min/AohL= h w +hOWhOW =2.84/1000E(Lh/lw)(2/3)Vs, min =4.4Co Ao0.0056+0.13( hW+2.84/1000E(Lh/lw)(2/3)- hL /V 1/2 =4.40.7720.1010.5030.0056+0.13（0.441）+0.00284 （3600 Ls/0.65）2/3 -0.0037（823.80.994） 1/2 =4.968 (0.0076+0.1189Ls2/3) 1/2 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，根據(jù)上式計(jì)算出相應(yīng)Vs值計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs m3/s 0.456 0.475 0.497 0.516. 液沫夾帶線以ev =0.1kg液/kg氣為限，求VsLs關(guān)系如下：ev=5.710-6/L ua/(HThf)3.2ua=Vs/(AT-Af)=Vs/（0.785-0.0589）=1.377 Vshf=2.5hL=2.5(hw+ how)=2.5(0.0441+ 0.91 Ls2/3)=0.11+2.3 Ls2/3hw =0.441mhow=2.84/1000E(Lh/lw)(2/3) =0.00284（3600Ls/0.65 m）2/3 =0. 91 Ls2/3HThf=0.40-0.11-2.30Ls2/3=0.29-2.30 Ls2/3 則 ev=5.710-6/37.7210-3 1.377Vs/(0.29-2.30 Ls2/3)3.2 =0.1化簡(jiǎn)整理得 Vs=1.60-12.72 Ls2/3 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，根據(jù)上式計(jì)算出相應(yīng)Vs值計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs m3/s1.512 1.437 1.340 1.259. 液相負(fù)荷下限線對(duì)于平流堰，堰上高度過大會(huì)增大塔板壓降及液沫夾帶量，取堰上液層高度how=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由式how=2.84/1000E(Lh/lw)(2/3) =0.006整理得 Ls,min=0.00055m/s據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 如圖（110）. 液相負(fù)荷上限線 以=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由公式=（AfHT）/Ls=5故Ls,max=（AfHT）/5=（0.05890.40）/5=0.00447 m3/s據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限. 液泛線令Hd=(HThw)Hd=hp+hL+hdhP=hc+hl+ hhl=hLhL= h w +hOW聯(lián)立上式得 HT(-1)hw=(+1) hOW+ hc + hd + h忽略h，將hOW與Ls、hd和Ls、hc與Vs的關(guān)系及數(shù)據(jù)代入上式，得a V2s=b-c Ls2-d Ls2/3 式中a=0.051/(Aoco)2（V/L） =0.051/（0.1010.5030.85）2（0.994/823.8）=0.037b=HT(-1)hw =0.50.4+（0.5-0.57-1）0.0441=0.153c=0.153/(lwhO)2 =0.153/（0.650.022 ）2 =748.203d=2.8410-3E( 1+)(3600/lw)(2/3) =0.002841（1+0.57）（3600/0.65）2/3 =1.436則有0.037Vs 2 =0.153-748.203 Ls2 -1.436 Ls2/3 整理得V2s=4.14-20221.7 Ls2-38.81 Ls2/3上在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依式計(jì)算出Vs的值，計(jì)算結(jié)果如下表Ls m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs m3/s 1.965 1.897 1.780 1.641在負(fù)荷性能圖（110）上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即所求操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏控制。由圖查得Vs,max= 1.915m3/s Vs,min=0.465m3/s故操作彈性為Vs,max/ Vs,min=1.915/0.465=4.118 提餾段.漏液線Uo,min=4.4Co(0.0056+0.13 hL- h)/L /V1/2Uo,min=Vs, min/AohL= h w +hOWhOW =2.84/1000E(Lh/lw)(2/3)Vs, min =4.4Co Ao0.0056+0.13( hW+2.84/1000E(Lh/lw)(2/3)- hL /V 1/2 =4.40.7720.1010.5030.0056+0.130.0417+0.00284 （3600 Ls/0.65）2/3 -0.0049（919.5/0.747） 1/2 整理得Vs, min = 6.054 (0.00612+0.1189Ls2/3) 1/2 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，根據(jù)上式計(jì)算出相應(yīng)Vs值計(jì)算結(jié)果列于下表：Ls m3/s0.00060.00150.00300.0045Vs m3/s 0.5040.529 0.560 0.584. 液沫夾帶線以ev =0.1kg液/kg氣為限，求取VsLs關(guān)系如下：ev=5.710-6/L ua/(HThf)3.2ua=Vs/(AT-Af