乙醇水溶液常壓篩板精餾塔化工原理課程設(shè)計(jì)

1、動矗裟待険丈?化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目:乙醇-水溶液分離過程常壓篩板糟鐳塔設(shè)計(jì) 專業(yè)班級:化工1303班姓 名：xxx 學(xué) 號： 1315010xxx指導(dǎo)教師:張亞剛 完成時間：2016年1月15 h化學(xué)與化工學(xué)院化工原理課程組制設(shè)計(jì)題目乙醇-水溶液分離過程常壓篩板精f留塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 任 務(wù) 及 要 求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)用于乙醇-水溶液分離的常壓篩板精懈塔;原料含乙醇20% （摩爾分 數(shù)，下同）的泡點(diǎn)液體，處理量為4000kg/h,要求餡出液含乙醇86%,釜液中 乙醇不大于2%,塔效率為0.6。設(shè)計(jì)要求：綜合運(yùn)用化工原理和相關(guān)選修課程知識，聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際，完成精 懈操作過程及設(shè)備設(shè)計(jì)。要

2、求有詳細(xì)的工藝設(shè)計(jì)過程（包括計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算程 序）、工藝尺寸設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備選型、設(shè)計(jì)結(jié)果概要及工藝設(shè)備條件圖（cad 圖），編寫設(shè)計(jì)說明書。指老 師 評語成績：指導(dǎo)教師簽名：fi期：2016年丿j r摘要本設(shè)計(jì)采用篩板精憾塔分離分離乙醇-水溶液。通過對原料產(chǎn)品的要求和物性參數(shù) 的確定及對主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)，完成對乙醇-水精憾 工藝流程和主休設(shè)備設(shè)計(jì)。乙醇-水溶液為非理想物系，利用作圖法求出最小冋流比為 2.48；由精謂費(fèi)用模型編程得到最優(yōu)冋流比為3.97,理論板數(shù)為13塊，則實(shí)際板數(shù)為 23塊，其中精鐳段9塊，提憾段14塊，進(jìn)料位置為第9塊。得到精憾塔的塔徑為1.6

3、 米，總高12.9米；板開孔率為10.1%,精憾段操作彈性為2.16,提憾段操作彈性為 1.87。通過塔的流休力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。塔休和群座材料為20r, 壁厚均為6mm ；強(qiáng)度校核表明，該精憾塔滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等要求。目錄摘要i1. 緒論111課程目的及要求112課程設(shè)計(jì)的背景意義11.2. 1課程設(shè)計(jì)題目11.2.2分離產(chǎn)物概述21.2.3分離產(chǎn)物的基本用途22. 設(shè)計(jì)方案32. 1精館塔設(shè)計(jì)任務(wù)32.2精憾塔設(shè)計(jì)方案選定33. 工藝設(shè)計(jì)33. 1精館塔的物料衡算33. 2精館塔物料物性參數(shù)的計(jì)算43.2. 1溫度的計(jì)算43. 2. 2精館段、提館段氣液組成及摩爾質(zhì)量

4、的計(jì)算53.2.3密度的計(jì)算53. 2. 3. 1原料液中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)53. 2. 3. 2原料液的平均摩爾分?jǐn)?shù)53. 2. 3. 3精館段和提館段液相平均密度63. 2. 4混合液體表面張力的計(jì)算73. 2. 4. 1乙醇、水的摩爾體積計(jì)算83. 2. 4. 2乙醇、水的表面張力計(jì)算83. 2. 4. 3塔頂、塔釜及進(jìn)料液的表面張力計(jì)算83.2.5相對揮發(fā)度的計(jì)算93.2.6混合物的粘度的計(jì)算103. 3塔板的計(jì)算103. 3. 1確定操作的回流比103. 3. 2塔板數(shù)的計(jì)算123. 4精館塔主題尺寸的計(jì)算133.4. 1氣液相體積流量計(jì)算133.4. 1. 1精館段流量計(jì)算133.4.

5、 12提館段流量計(jì)算133.4.2塔徑的計(jì)算143. 4. 2. 1 精憾段143. 4. 2. 2 提館段153. 4. 2. 3精館塔的有效高度計(jì)算163. 5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算163. 5. 1溢流裝置的計(jì)算163. 5.2塔板布置183. 6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算193.6.1塔板壓降的計(jì)算193.6. 1. 1干板阻力he計(jì)算193.6.1. 2氣體通過液層的阻力h計(jì)算193. 6. 1. 3液體表面張力的阻力計(jì)算203. 6. 2液面落差203. 6. 3液沫夾帶203.6.4. 漏液203.6.5液泛213.6.6塔板負(fù)荷性能圖213.6. 6. 1 漏液線213. 6. 6.

6、2液沫夾帶線223.6. 6. 3液相負(fù)荷下限線233.6. 6. 4液相負(fù)荷上限線233. 6. 6. 5 液泛線243.6. 6. 6操作性能負(fù)荷圖253. 7篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總274附屬設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)284. 1熱量衡算284. 2冷凝器的選擇3043再沸器的選擇305塔附件的設(shè)計(jì)315. 1接管的計(jì)算與選擇315. 2筒體與封頭325. 3液體分布器325. 4除沫器325. 5裙座335. 6吊柱335. 7塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)336設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表347主要符號說明358參考文獻(xiàn)389連續(xù)精f留流程圖3910課程設(shè)計(jì)心得體會401 緒論1.1課程冃的及要求化工生產(chǎn)過程中我們所用的原

7、料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組份組成的 混合物，為了分離其混合物得到較純凈產(chǎn)品，我們通常用精憎來完成。這也是工業(yè)上 應(yīng)用最廣的液休混合物分離單元操作。在此次設(shè)計(jì)屮我們主耍針對篩板精諸塔做一個較為全而合理的設(shè)計(jì)，以此加深對 課木所學(xué)的專業(yè)知識做一個系統(tǒng)的回顧，同時通過課程設(shè)計(jì)能對類似精1:留的單元操作 的實(shí)踐冇一個較為明確的認(rèn)識和收獲。篩板精錨塔的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個個方面：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，易于加工；造價(jià)約為泡罩塔的60%,為浮閥塔的80%左右；(2) 氣流壓降小、板上液而落差??；(3) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015%；(4) 氣體分散均勻；(5) 傳質(zhì)效率高。篩板塔的缺

8、點(diǎn)主要是： 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻； 操作彈性較小(約23)； 小孔篩板容易堵賽。木設(shè)計(jì)通過對乙醇-水二元體系的分離，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用化工原理及相關(guān) 選修課的基本知識進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的能力，使我們掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序或方 法，進(jìn)行化工設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練。并著重培養(yǎng)我們查閱資料、搜集數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確進(jìn)行工程 計(jì)算、用簡潔文字清晰圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、既考慮技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性，又思考經(jīng) 濟(jì)合理性、資源節(jié)約、環(huán)境生產(chǎn)安全、效益最優(yōu)化等的設(shè)計(jì)思路的訓(xùn)練。在該思路的 指導(dǎo)下分析和解決工程實(shí)際問題。1.2課程設(shè)計(jì)的背景意義1.2.1課程設(shè)計(jì)題目乙醇-水溶液分離過程常壓篩板精錨塔設(shè)計(jì)1. 2. 2

9、分離產(chǎn)物概述乙醇，俗稱酒精。結(jié)構(gòu)簡式chqwh是一種一元飽和醇。常溫常壓下易燃、易揮 發(fā)。其沸點(diǎn)783°c,熔點(diǎn)-114. 1°c,能與水以任意比互溶，能與多數(shù)冇機(jī)溶劑混溶。乙醇可用于制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等。醫(yī)療上常用70%-75%的乙醇 作消毒劑，早在19世紀(jì)就岀現(xiàn)了第一代生物能源-乙醇。將乙醇調(diào)入石油作為車用燃 料，即“e型汽油”。我國用90%普通汽油與10%乙醇混合制成此“e型汽油”,它極 大地改善了油品的性能與質(zhì)量，降低了 c0及碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锏呐欧?。面臨 我國“富煤、貧油、少氣”的現(xiàn)狀乙醇在國防工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、冇機(jī)合成、食品工業(yè)、 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中

10、都有廣泛用途，能夠有效地解決我國能源危機(jī)，改善我國能源結(jié)構(gòu)。1.2.3分離產(chǎn)物的基本用途99. 5%的酒精稱為無水酒精。葉綠體屮的色素能用無水乙醇捉取。95%的酒精用于 擦拭紫外線燈。70%75%的酒精用于消毒。40%50%的酒精可預(yù)防褥瘡。25%50% 的酒精用于物理退熱。乙醇是酒主要成分（含量和灑的種類有關(guān)系）如白酒為56度的灑。啤灑屮乙醇 濃度一般低于10%。乙醇可用來制取乙醛、乙瞇、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是 制取染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn)品的原料。乙醇可以調(diào)入汽油，作為車用燃料，我國雅津甜高粱乙醇在汽油中占10%。美國 銷售乙醇汽油已有20年歷史。乙醇汽油也被稱為（e型汽油），它可以

11、改善油品的 性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锱欧?。早?0世紀(jì)20年代，巴西就開始了乙醇汽油的使用。美國是世界上另一個燃料 乙醇的消費(fèi)大國。1978年含10%乙醇汽油（e10汽油）在內(nèi)布拉斯加州大規(guī)模使用， 燃料乙醇產(chǎn)量從1979年的3萬噸迅速增加到1990年的269萬噸。2000年美國燃料 乙醇產(chǎn)量達(dá)到500萬噸。隨著mtbe在美國使用量的減少和最終的禁用，燃料乙醇將 成為mtbe最佳含氧化合物的替代產(chǎn)品。到2004年全美國燃料乙醇需求將達(dá)到1000 萬噸。國內(nèi)乙醇汽油產(chǎn)量占世界第三位，今年國家發(fā)展與改革委員會上呈全國兩會的報(bào) 告統(tǒng)計(jì)，乙醇汽油的消費(fèi)量已占全國汽油消費(fèi)量的20

12、%,在全世界上繼巴西、美國z 后成為生產(chǎn)乙醇汽油的第三人國。如全國都使用含10%的乙醇汽油，則每年可節(jié)省450 萬噸汽油。乙醇汽油是i五計(jì)劃的重點(diǎn)工作之一。國內(nèi)從2003年起陸續(xù)宣稱黑 龍江、吉林、山東、江蘇等27個城市全面停用普通無鉛汽油，改用添加10%酒精的 乙醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道，在9個城市調(diào)查報(bào)告屮，使用乙醇汽油期間，城市 空氣中的二氧化氮、一氧化碳季均值與使用普通汽油比較，二氧化氮下降了 8%與一 氧化碳下降5%。此外乙醇述做：稀釋劑、冇機(jī)溶劑、涂料溶劑等幾大方而。因此，可見其涉及衣、食、住、行、用的各個方面，在國民支柱中占有舉足輕重 的地位，分離回收其混合物中乙醇意義重

13、大。不僅是節(jié)約資源，更是對人類冇限資源 的經(jīng)濟(jì)合理利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略。2.設(shè)計(jì)方案2.1精館塔設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)用于乙醇-水溶液分離的常壓篩板精謂塔;原料含乙醇20%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同） 的泡點(diǎn)液體，處理量為4000kg/h,要求留出液含乙醇86%,釜液中乙醇不大于2%, 塔效率為0. 6o表2-1設(shè)計(jì)條件表進(jìn)料熱狀態(tài)塔處理量原料液乙醇量館出液乙醇量釜液屮乙醇量塔效率q二 14000kg/h20%86%w2%0.62. 2精惚塔設(shè)計(jì)方案選定本設(shè)計(jì)用于分離乙醇-水二者混合溶液，采用連精傭流程。釆用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原 料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精懈塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝液在 泡點(diǎn)

14、溫度下一部分回流至塔內(nèi)，其余產(chǎn)品經(jīng)冷凝器冷凝后送至儲罐。該物系屬于易分 離物系，回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用間接蒸汽加熱。3.工藝設(shè)計(jì)3. 1精憾塔的物料衡算表31原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)一覽表ma=46.06904kg/kmolmb=18.01528kg/kmol xf=0.20xd=0.86 x尸0.02n=0.6由混合法則m=sximi（xi為組分i的摩爾分?jǐn)?shù)，mi為組分i的性質(zhì)，m為混合物的性質(zhì)），得原料液的摩爾質(zhì)量為:mf=0.2x46.06904+ (1-0.2) x 18.01528=23.626032kg/kmol; 所以處理量 f=4000

15、/(23.6x3600)=0.047081 kmol/s; 全塔物料衡算式為：f=d+w;f x f=d x d+w x w;代入已知量解二元方程組：0.047081= d+w;0.047081 x0.2=0.86d+0.02w;解之得：w=( x d- x f)f/( x d- x *)=0.036991 kmol/s;d=f-w=0.01009kmol/s3. 2精鐳塔物料物性參數(shù)的計(jì)算 3.2.1溫度的計(jì)算表32常壓下乙醇水體系氣液平衡組成與溫度溫度/°c乙醇摩爾分?jǐn)?shù)溫度/°c乙醇摩爾分?jǐn)?shù)液相x氣相y液相x氣相y1000.000.0081.50.32730.58269

16、5.50.01900.170080.70.39650.612289.00.07210.389179.80.50790.656486.70.09660.437579.70.51980.659985.30.12380.470479.30.57320.684184.10.16610.50897&740.67630.738582.70.23370.544578.410.74720.781582.30.26080.558078.150.89430.8943已知xd、xf、xw,利用表中數(shù)據(jù)由插值法可求得tf、t|）、two即已知tl、t2>ml、m2xt（memi,m2且其屮mi、m均為不

17、同溫度下同物質(zhì)的某種性質(zhì)，在這里，分別表示的是同種物質(zhì)在h、t2、t的性質(zhì)，其表達(dá)式為（th）/ (t2-t) = (m-m) / (m2mjtf=83. 40°ctd=7& 21 °c .840-82.70 _鼻-8 40°，：16.61 23.37 一 20 16.61 ti）：78.15-78.41 _-78.1589.43-74.72 _ 86.00-89.43 tw： 95.50-89.00 = ° -95.50七尸95. 38°c1.90-7.212-1.90 精憎段平均溫度：=83.40+ 78.21=8oki c22 提

18、憎段平均溫度：匚皿二83.40 + 95.38二39.39 °c223.2.2精館段、提館段氣液組成及摩爾質(zhì)量的計(jì)算在此題中，由液相組成通過內(nèi)插法求得物料的tf、td、tw，再由tf、td、tw再次使用內(nèi)插法求得氣相組成yd、yf> yw,具體如下：(1) yf:( tf-82.7)/(84.1-82.7)=(yf-0.5445)/(0.5089-0.5445),將 tf=83.40°c代入，求得 yf=0.5267；同理求得：yd=0.8683; yw=0.1740(2) 因此，對于精鎘段有：液相組成 x 1 =(xd+xf)/2=0.5300;氣相組成 y 1 =

19、(yd+yf)/2=0.6975;液相平均摩爾質(zhì)量 ml,i=ximc+(l-x1)mw=32.8840kg/kmol;氣相平均摩爾質(zhì)量 mv,i=yimc+(l-yi)mw=37.5830kg/kmol;對于捉傅段冇：液相組成 x2=(xw+xf)/2=0. 1100;氣相組成 y2=(yw+yf)/2=0.35035;液相平均摩爾質(zhì)量 ml,2=x2mc+( 1 -x2)mw=2 1.101 okg/kmol;氣相平均摩爾質(zhì)量 mv,2=y2mc+( 1 -y2)mw=27.8440kg/kmol;3.2.3密度的計(jì)算已知：混合液密度：丄=弘+魚(a為質(zhì)量分率初為平均相對分子量)pl pa

20、 pb混合氣密度：幾二込姜-(注：a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，m為平均摩爾質(zhì)量)22.4 鞏3.2. 3. 1原料液中乙醇(c)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)acp=xfmc/( xfmc+( 1 -xf)mw)=0.3840;acd=x)mc/( xi)mc+( 1 -xd)mw)=0.9402;3cv=xwmc/( xwmc+( 1 -xw)mw)=0.0496;3. 2. 3. 2原料液的平均摩爾分?jǐn)?shù)mv. d=ydmc+( l-yd)mw=42.37kg/kmol;my. w=ywmc+( 1 -yw)mw=22.897kg/kmol;my. f=fmc+( 1 -yf)mw=32.79kg/kmol;mu2 2 -_

21、 18.56 + 23.602 2mvd +mvf 42.31 + 32.752 ' 2m uw +mvf 22.88 + 32.752 2= 21.08 kg / mol27.82 kg/mol37.53 kg /molms+mjf _ 42.08 + 23.60 _ 32$4 kg /moi-xd x46 + (l-xd)x 18 = 42.08 kg / molmlf 二-xf x46 + (1-xf)x18 = 23.60 kg /molm lw z=my x 46 + (1 - xw )x 18 = 18.56 kg /mol3. 2. 3. 3精諸段和捉憎段液相平均密度表3

22、3不同溫度下乙醇和水的密度溫度(°c)pc(kg/m3)pw( kg/m3)80735971.885730968.690724965.395720961.85100716958.4用內(nèi)插法求得在tf、td、tw下乙醇和水的密度如h*：tf=83.40°c: (tf-80)/(85-80)=( pcf-735)/(730-735);pcf=731.600kg/m3;(tf-80)/(85-80)= (pwf-971.8)/(96&6971.8);pwf=969.624kg/m3;1 /pf=acf/pcf+( 1 -acf)/ pwf,所以有 pf=861.939kg

23、/m3;t【)=78.21 °c:(td-80)/(85-80)=( pcd-735)/(730-735);pcd=736.790kg/m3;(td-80)/(85-80)= (pwd-971.8)/(968.6-971.8);pwd=972.946kg/m3;l/pd=acd/pcd+(l-acd)/ pwd,所以有 pd=747.642kg/m3;tw=95.38°c:(tw95)/(10095)=( pcw-720)/(716-720);pcw719.70kg/m3;(tw-95)/(100-95)=( pww-961.85)/(958.4-961.85)pww=96

24、1.588kg/m3;l/pw=acw/pcw+( 1 -aw)/ pww,所以有 pw=945.821 kg/m3;所以，精錨段和提錨段液相平均密度分別為：pl,i=(pf+pd)/2=804.79 1 kg/m3;pl,2=(pf+p w)/2=903.88kg/m3 ；精懈段和提懈段氣相平均密度由公式 pv=topm/(22.4tpo)可得:pv 卜 =2735mvf/(22.4(273.15+t 卜)= 1.121 kg/m3;pvd=273.1 5mvd/(22.4(273.1 5+td)=1.470kg/m3;pvw=273.15mvw/(22.4(273.15+tw)=0.758

25、kg/m3;所以，精懈段和提懈段氣相平均密度分別為：pv.i=(pvf+pvd)/2=1 .296kg/m3;pv,2=(pvf+pvw)/2=0.940kg/m3;3. 2. 4混合液體表面張力的計(jì)算二元冇機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算5 二久,+(psocro注：<ya = lg(q(pw,<2 = 0.441 xa(yok 1/2/3仇l qj 丿fi = lgf so式中，下角標(biāo),w, o, s分別代表水、有機(jī)物及表面部分，耳、£指主體部分的分子數(shù)，匕、匕主體部分的分子體積，low. <7。為純水、有機(jī)物的表面張力；對乙醇q=2。3. 2. 4. 1乙

26、醇、水的摩爾體積計(jì)算vcd=mc/pcd=46.06904/736.79=62.53ml/mol;k他摩爾體積計(jì)算方法同理,結(jié)果如下：表34乙醇、水的摩爾體積乙醇摩爾體積vc(ml/mol)水摩爾體積v、v(ml/mol)vcdvcwvcfvwdvwwvwf62.5364.0162.971&5218.7318.583. 2. 4. 2乙醇、水的表面張力計(jì)算表35不同溫度下乙醇和水的表而張力溫度(°c)乙醇的表面張力8c(10-3n/m)水的表面張力8w( 10 3n/m)701864.38017.1562.69016.260.710015.25&8由于前面已有多次使用

27、內(nèi)插法，這里不再舉例，將求得的乙醇和水的表面張力列 表如下：表36塔頂、塔釜、料液的乙醇和水的表面張力乙醇的表面張力8c (10'3n/m)水的表面張力8w (10'3n/m)§cd8cw8cf8wd8ww8wf17.3015.6616.8362.90459.67861.9543. 2. 4. 3塔頂、塔釜及進(jìn)料液的表面張力計(jì)算td=78.21°c:<pwd2/<pcd=(xwdvwd)2/(xcdvcd( xwdvwq+ xcdvcd)=0.0 1996; b=lg(pwd2/(pcd)=lg0.01996=-2.6998;q=0.441 (q

28、/td)( 8cdvcd2/3/q-8wdvwd2z3h-0.7627;a=b+q=3.4625;聯(lián)立方程組:a= lg(pswd2/<pscd)申 sw【)+申 sei)1，解一元二次方程得：(pswd=0.01839；<pscd=0.9816；再由 6d"4=(pswd幾d"+(pscd§cd"4=0.01839x62.904宓+0.9816x17.30“， 進(jìn)而求得塔頂表面張力5d=17.7891；同理；求得塔釜及進(jìn)料液的表面張力，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦拢罕?7塔底、塔釜、進(jìn)料的總表而張力計(jì)算項(xiàng)塔頂塔釜料液t78.2183.4095.38(p

29、/(pc0.0019960.638913.403b=lg(pw2/(pc)-2.6998-0.19461.1272q-0.7627-0.7466-0.7075a-3.4625-0.94120.4197psw0.018390.28590.7728(psc0.98160.71410.2272817.789125.550445.6905因此，精錨段的表面張力為：6】=(鼻+加)/2=21.670 (lon/m);提徭段的表面張力為：52=(5f+§w)/2=35.620 (lon/m)3.2.5相對揮發(fā)度的計(jì)算a= (yc/yw)/(xc/xw)，即 a= (yc/( 1 -yc) / (

30、xc/(l-xc);由兀d=0.86,=0.8683 ad = a86s3/ 1 °-s6s3 = 1>0733z " “ 0.86 1-0.86_ -j0.5267 .1-0.5267. ._由 xf； = 0.2 , y f = 0.5267 得 q，=/= 4.4513卜 1 卜 0.2 1-0.2由 x.v = 0.02 ,)伽=0.1740 得=()，1740/ ' ()，1740 = 10.32200.02 1-0.02將計(jì)算結(jié)果列如下表：表3-8塔頂、塔釜、料液的相對揮發(fā)度塔的部位液相組成x氣相組成y相對揮發(fā)度a塔頂0.860.86831.073

31、3塔底0.02074010.3220料液0.20.52674.4513因此，精館段的平均相對揮發(fā)度：山=(af+ad)/2=2.762;提惚段的平均相對揮發(fā)度：a2= (af+aw)/2=7.387 3.2.6混合物的粘度的計(jì)算4 =(s +6)/2 = 80.81 °c,查表得：u 水=0.355 mpa-s,u 乙醇=0.441 mpa - 5匚=(4+0)/2 = 89.39 °c，查表得： 卩水'=0305mpa-s9乙醇'=0.401 mpa-s 精懈段粘度：u fu乙醇州+p水(1西)=0.441 x0.5300 + 0.355x(1-0.530

32、0) = 0.40mpa s提飴段粘度：u 2二卩乙/ x2 + u水'(1 £)=0.401x0.1100 + 0.305x(l-0.1100) = 0.316mpa s3. 3塔板的計(jì)算3. 3. 1確定操作的回流比09876543210 匕o.o.ao.o.o.ao.o.o.0. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1液相組成x圖3-1常壓下乙醇一水的氣液平衡曲線由于泡點(diǎn)進(jìn)料，故q=l。本平衡具有下凹部分，操作線尚未落到平衡線，已與平衡線相切。如上圖知，截距xd/(rmin+l) = 0.24,解得最小回流比rm

33、in=2.48選擇r=(1.41.8)rmind 再由 antonine 方程, in = a,t + c則溫度為:>273. 15+83. 40=356. 55k表3-9 antonine常數(shù)一覽表名稱abc乙醇9.64173615.064&60水9.38763826.36 45.47用=0.12276mpa , p? = 0.05433m/m冋流上匕r相對揮發(fā)度理 論 板 數(shù)n m i nrm i nn圖3-2理論板數(shù)與回流比的關(guān)系經(jīng)計(jì)算得：理論板數(shù)越多，設(shè)備費(fèi)用越大；回流比越大，操作費(fèi)用越大；冋流比與費(fèi)用的關(guān) 系圖如下，顯然存在著一個總費(fèi)用的最低點(diǎn)，與此對應(yīng)的即為最適宜回流

34、比r°p“ 一 般有 ropt=(1.2-2)rmin圖3-3最適宜回流比的選擇當(dāng)選擇不同的回流比與最小回流比倍數(shù)時，計(jì)算結(jié)果列在下表，經(jīng)綜合比較，得到回流比r=1.6rmin=3.97吋，操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用最少。3. 3. 2塔板數(shù)的計(jì)算已知：精餡段操作線方程：兒+嚴(yán)一£+- = 0.798陸+0.1730 r + 1 " r + 1rd + qff-d= 1.7378x-0.0107提館段操作方程：x(r + 1)d-(1-q)f(r +1)0-(1-q)f表3-10逐板計(jì)算法板 數(shù)精飴段板數(shù)提餡段y (n+l>=0. 7988xn+0. 1730xn=

35、yn/(2. 46-1. 4 6*yn)y(n+i)=l. 7378xn-0.0107xn=yn/(2. 46-1. 46*yn)10.860.71404848960.33667913907370269010.53255669770.28652952905936665350.37261428380.2331845520.11001603740.4673280220.26288335390.1804858690.08217010750.380651560.199895925100.1320952110.058265107110.09055310

36、20.038900848120.0569018940.023939307130.0309017270.012796364故得到理論塔板數(shù)為n尸13塊，理論加料板第5塊。實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算：總板效率et = 0.6 ,則 精憾段實(shí)際板數(shù)：n間=歸=丄=9塊et 0.6 提懈段實(shí)際板數(shù)：2腐=吐=二=14塊eqr 0.6 金塔所需實(shí)際塔板數(shù)：np=np 精+n 礙 74 + 9 = 23 塊加料板位置在第9塊塔板。3. 4精憎塔主題尺寸的計(jì)算3. 4. 1氣液相體積流量計(jì)算3.4.1.1精惚段流量計(jì)算：l = rd = 3.97x0.01009 = 0.040kmol / sv = (/? + 1)

37、p = (3.97 + l)x 0.01009 = 0.050 mol! s已知：m l = 32.s4kg /kmol,m v = 37.53kg /kmol質(zhì)量流量:pl =s04.76kg /m3,pv = .30kg /m3lx =mlil = 32.84x0.04016 = 1.3169焰 /s=mviv =37.53x0.0501 = 1.8803/5l= a = 13169 = 1.6289 x1 o'3 m3 / s體積流量:51 pl、 804.761z%1.88033 /以 i = 1.4464/7?j / sa/i 1-303.4.1.2捉諸段流量計(jì)算木設(shè)計(jì)為飽和

38、液體進(jìn)料：q=l1 = l + qf = 0.0401 + 0.047081 = 0.0872fcm<?/ / s y'=v + (-l)f = 0.050kmou s又已知：ml2 = 21.08 kg /mol , mv2 = 27.82 kg /molpi 2 = 903.15kg / ?', pv2 = 0.94kg /m3質(zhì)量流量：匚=臥2 厶'=21.08 x 0.0872 = 1.8382 / sa*v/ = mviv9 = 27.82x0.0501 = 1.3938焙 /sl_ s .52 一 體積流量：p<pv21.83822“ j n-3

39、 3 / n= 2.0353x10 in / s903.15= 1.4828/77/50.943.4.2塔徑的計(jì)算3. 4. 2. 1精憾段 u =（安全系數(shù)丿x%x，安全系數(shù)= 0.60.8,見喚=ckl ,式中c nj由史v pv密斯關(guān)聯(lián)圖查出。0.010j50j00.080-030.020.60 0-80 l000.060.050.020.03 0.04圖3-4史密斯關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)數(shù)值：仏（魚嚴(yán)vsi pv1.6289x10180476 z21.44641.30=0.0280取板間距：ht = 0alm,hl = 0.07m,則-hl =040加查圖可知：c2（） = 0.076c = c

40、?o （乞嚴(yán)=0.076 x（il）o2 = 0.0772-° 20 20wmax = c plpv = 0.072x嚴(yán)4.76-1.3? = l 9l92m/spvv1.30取安全系數(shù)為0.7,則u 帖=0.7"max = 07 xl.9192 = 1.51085加 / s4vt i 4x1.4464d. = = j= 1.3616m1* 叫 ”3.14x1.5108圓整:d. = 1.60/77.橫截面=-r>2 =0.785xl.62 =2.010亦，空塔氣速：=-=竺聖=0.7196m/s4ar 2.0103. 4. 2. 2提餡段_3橫坐標(biāo)數(shù)值：21（生）”

41、2 = 2.0353x10，x（22h）”2 =o 0425vs.2 pv21.48280.94取板間距：查圖可知：c20 = 0.078 ,c = c20（-）°2 = 0.078x）02 = 0.0875 hr =0alm9hl= 0.07m,則血_位=0.40加"ma、= c r_pv = 0 0875x j95"0-9! =2.91 85/m/s pvv 0.94取安全系數(shù)為0.7,鳳捉=0.7 x 2.9185 = 2.0430/n / s咕匡 j 4x1.4828 “ jo伽“斗叫 y3.14x2.0430圓整：£>2 = 1.6九橫截

42、面積：缶=-d2 =0.785xl.62=2.010/n2,空塔氣速：=冬=竺空= 0.7377加/$4每 2.010表311塔徑的初步設(shè)計(jì)結(jié)果計(jì)算項(xiàng)精鐳段提館段橫坐標(biāo)0.02800.0425hy-ht0.40000.4000c200.0760.078c0.07720.0875umax1.91922.9185安全系數(shù)0.70000.7000u (m/s)1.51082.0430塔徑d (m)1.36161.404圓整后，d(m)1.6001.600橫截面積at(m2)2.0102.010空塔氣速d(m/s)0.71960.7377開孔率0.1010.1013.423精鐳塔的有效高度計(jì)算：實(shí)際精

43、館段有效高度:z楷=(n耗-l)ht =(9-1)x0.47 = 3.76m實(shí)際提謂段有-效高度:z提=(n提一 1)ht =(14-1)x0.47 = 6alm在進(jìn)料上方開一人孔，其高度約為0.8m ,故精餛塔的有效高度為:z = z 輅 +z提 +0.8 = 3.76 + 6.11 + 0.8 = 10.67m3. 5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算3. 5. 1溢流裝置的計(jì)算因塔徑0 = 1.6/77,可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如2堰長ay取匚=0.75d,貝 ijg =0.75x1.6 = 1.2 加出口堰高：垠上液高度可按馬w =總嗆嚴(yán)(近似取計(jì)算)，出口堰咼為/如=hf

44、 how o精憎段：=0.0176mlj4xl 1.6289x10-x36001000 1.2取板上清液層高度 = 70mm ,故hw = hl how = 0.07 0.0176 = 0.0524m提餡段:亠xix(2.0353x10-x3600= q"1000 1.2hw = hl how = 0.07 0.0094 = 0.0606m查圖得：由于zu./£> = 0.75,故儀= 0.1253,監(jiān)= 0.1808, daf = 0.1253 x 2.010 = 0.2519m2,w(/ =0.1808x1.6 = 0.2893加驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時間：精懈段：0

45、= 0 2519x0.45 = 69ls 1.6289x10提餛段：0 =型£= 0.2519x0.4：= 55.69sl522.0353x1()7停留吋間。>5” 故降液管可使用。降液管底隙高度：精傅段取降液管底隙的流速w()=0.10m/5, h嚴(yán) 1,6289x10 3 = 0.0136m,取 3600/汕01.2x0.10h0 = 0.02m提憾段取心=0.10,h；人"()2.0353x1071.2x0.10=0.0170m 、取 h； = 0.02m3. 5. 2塔板布置塔板的分塊：因本設(shè)計(jì)塔徑d=1.6m800mm,故塔板采用分塊式。塔板分為四塊。邊緣區(qū)

46、寬度確定進(jìn)口堰前的安定區(qū)ws.,進(jìn)口堰后的安定區(qū)取 = % = 0.080m , wc = 0.035/7?開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積用觀=2xr2-x2 + 缶疋sin'1瑕式計(jì)算x = 2.-（w（i 4-叫）二字一（0.2893 + 0.080） = 0.43lm/?= -w = - 0.035 = 0.765m2 c 2ao =2x0.431 x70.7652 -0.4312 +0.7652 sin-1 - = 1.245m21800.765篩孔計(jì)算及其排列本系統(tǒng)無腐蝕，可選用5 = 3mm碳鋼管，取篩孔直徑d0 = 5mm .篩孔按正三角排列，取孔屮心距r = 3d°

47、 =3x5 = 15m/n篩孔數(shù)目為二l15fa° = 1155x1嚴(yán) =6390個t20.0152開孔率為/ = 0.907（乞）2 =0.907 x（空s）2 =10t0.015精憾段氣休通過篩孔的氣速為：知=直=1曲4 = 11.50/n / 5° 入 1.245x0.101提憾段氣體通過篩孔的氣速為：血=協(xié)=2.0353=16 1伽/$1 觀 1.245x0.1013. 6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算3. 6. 1塔板壓降的計(jì)算3.6.1.1干板阻力九計(jì)算干板阻力幾=0.051（色尸（色）5 pl由d°/5 = 5/3 = 1.67 ,查干篩孔的流量系數(shù)圖，得=0.

48、772精懈段：pv =1.30kg/mpl=s04.76kg/m3故hc = 0.051 x （丄旳丫 x （丄豈一）=0.0183加液注f0.772804.76提傅段：幾=°94kg/ 久=903.15kg/”fi a i of） 94故億=0.051 x （-az.）2 x （） = 0.0233/n液注0.772903.153.6. 1.1氣體通過液層的阻力/v計(jì)算精飴段：“己廠 麗'器tt°823皿a化=化隔=0.823x7135 = 0.94 檢"2（$加厲） 杳充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得：0 = 0.58提錨段:2.03532.010-0.2519/?,

49、 =0/2/ =0（/如 + how） = 0.58 x （0.0592 + 0.0108） = 0.0406/n 液柱=1.35/7?/ s坨=11 a 7 py 二 1.35 x jo.94 = 1.3|氣$嚴(yán)）查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖511得：0 = 0.62=0血=0（饑 +/2艸）= 0.62x（0.0562+ 0.0138） = 0.0434加液柱3. 6.1. 2液體表面張力的阻力計(jì)算精惚段：液體表面張力所產(chǎn)生的阻力力異=_4 =4x21.69x10=° 0022加液柱” pm) 804.76x9.81x0.005氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計(jì)算:hp = hc + 片

50、+ha = 0.0471 + 0.0406 + 0.0022 = 0.0879m 液柱氣體通過每層塔板的壓降為：幾=%= 0.0879x804.76x9.81 = 693.94幾 <0.7kpa,故符合設(shè)計(jì)要求。 提飾段：ha =亠空-=4x3503x10，_ = ° 0032,”液柱plgd. 9035x9.81x0.005hp = hc + % + ha = 0.0319 + 0.0434 + 0.0032 = 0.0785m 液柱= hpplg = 0.0785x903.15x9.81 = 695.50/7. <0.7kpa,故符合設(shè)計(jì)要求。3. 6. 2液面落差對

51、于篩板塔，液面落差很小，故可忽略液面落差的影響。3. 6. 3液沫夾帶液沫夾帶量式：幺pt(/八 "2力2“。吩。皿精鐳段:=0.040kg液 / 氣kg < 0.1kg液 / kg氣5.7x10"1.323.221.69x10-0.45-0.175提館段:'=ee 1.35 嚴(yán)35.63x100.45 0.175=0.026kg液 / 氣kg < 0.1 焙液 / kg氣故在本設(shè)計(jì)屮液沫夾帶量耳在允許范圍內(nèi)。3. 6. 4漏液對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速；精餡段：= 4.4c07(0.0056 + 0.13/ - ha )pl / pv ,貝ijwomin =

52、 4.4 x 0.772 x (0.0056 + 0.13 x 0.07 - 0.0022)x 804.76 /1.30 = 7.45m / s 實(shí)際孔速"o =11.50/71/5 >womin穩(wěn)定系數(shù)為= 1.551.5wo,min 7.45提懈段：如.斷=4.4 x 0.772x j（0.0056+0.13 x 0.07 0.0032）x 903.15 / 0.94 = 10.29m/5 實(shí)際孔速：u =15.60m/5>10.29m/5“0,min15.6010.29=1.6915故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。3. 6. 5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層應(yīng)服弘&#

53、171;(p(ht+hw)乙醇-水物系屬易發(fā)泡物系，取(p = 0.4,則精憾段:(p(ht + 氐)二 0.4x (0.45 + 0.0592) = 0.2037m而 hd = hp + hl + hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，則hd = 0.153（知）2 =0.153x0.102 = 0.00153加液柱hd = 0.0879 + 0.07 + 0.00153 = 0594也液柱hd«（p（ht+h,故在本設(shè)計(jì)中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。提謂段:（p（ht + 氐）二 0.4 x （0.45 + 0.0562） = 0.2025加/ =0.0785 + 0.07 + 0.00153 = 0500加液柱h； <y（h丁+hw）,故在本設(shè)計(jì)屮不會發(fā)生液泛現(xiàn)彖。3.6.6塔板負(fù)荷性能圖3.6.6.1漏液線宙 min = 4.4c。j（0.0056 + 0.13% - 石）久 7q則精鎘段l-7、j 0.0056+ 0.13卜鑑譏嚴(yán)kanin = 4-4c0m4 x 0.772 x 0wxl.245x 腫56忑莎2為二（警帀0022804贏30整理得k.min=0.427x76.8714 + 47.484/3