乙醇-水篩板精餾塔設(shè)(化工原理課程設(shè)計(jì))

(一)設(shè)計(jì)題目乙醇—水二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)(二)設(shè)計(jì)條件常壓：P=1atm處理量：100kmol/hTOC\o"1-5"\h\z進(jìn)料組成：0.45餾出液組成：0.88釜液組成：0.12塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流加料熱狀況：q=0.98回流比R=(1.1-2.0)R.回流比min單板壓降□0.7kPa(三)設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)精餾塔塔體工藝設(shè)計(jì)，包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算(2)繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。(3)撰寫(xiě)精餾塔的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)?；ぴ韱卧O(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。TOC\o"1-5"\h\z第一章前言1精餾原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求1常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型2本設(shè)計(jì)所選塔的特性3第二章精餾塔的工藝設(shè)計(jì)5全塔物料衡算5溫度計(jì)算5氣相組成計(jì)算6摩爾組成計(jì)算8混合液體表面張力計(jì)算9平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算13精餾段和提餾段操作線方程14逐板法確定理論板數(shù)及進(jìn)料位置14理論板數(shù)的計(jì)算14實(shí)際塔板數(shù)及加料位置的計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。全塔效率的計(jì)算16粘度計(jì)算16板效率計(jì)算16第三章熱量衡算18加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算18熱量衡算19第四章精餾塔的主要工藝尺寸的計(jì)算20.1體積流量的計(jì)算20塔徑的計(jì)算21溢流裝置的計(jì)算22堰長(zhǎng)lW22溢流堰高度22A弓形降液管寬度W和截面積f23d降液底隙高度23塔板布置24邊緣區(qū)寬度確定24開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算24篩孔計(jì)算及其排列24口有效高度Z（以精餾段為例25總高度計(jì)算25第五章精餾塔立體力學(xué)計(jì)算27塔板壓降27液面落差28液沫夾帶29漏液29液泛30第六章塔板負(fù)荷性能圖31漏液線31液沫夾帶線32液相負(fù)荷下限線33液相負(fù)荷上限線33液泛線33結(jié)束語(yǔ)37主要符號(hào)說(shuō)明38附錄1錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)40化工單元設(shè)計(jì)教師評(píng)分表錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。摘要精餾是一種最常用的分離方法，它依據(jù)多次部分汽化、多次部分冷凝的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。本設(shè)計(jì)采用浮閥精餾塔，進(jìn)行甲醇－水二元物系的分離，此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，從而達(dá)到二元物系分離的目的。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的。本設(shè)計(jì)是以乙醇--水物系為設(shè)計(jì)物系，以篩板塔為精餾塔設(shè)備分離乙醇和水。篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系乙醇--水的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析，選取，計(jì)算，核算，繪圖等，是叫完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)逐板計(jì)算得出理論板9塊，，回流比為1.3，算出塔效率為0.45，實(shí)際板數(shù)為20塊，盡料位置為第9塊，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為米，通過(guò)篩板塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)交均符合標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)過(guò)程正常，操作合適。關(guān)鍵詞：乙醇--水，精餾，篩板塔AbstractDistillationisoneofthemostcommonlyusedmethodsofseparation,whichisbasedontheprincipleofmultiplepartialcondensationtoachievecontinuoushighpurityseparation.Thedesignusesfloatvalvedistillationcolumnfortheseparationofmethanolwatertwoyuansystem,thisdesignforthetwoelementsystemofdistillationcolumnanalysis,calculation,calculation,drawing,soastoachievethepurposeoftwoyuan.Thisdesignisinethanolwatersystemdesign,thesieveplatedistillationtowerequipmentseparationofethanolandwater.Sieveplatetoweristhemaingasliquidmasstransferinchemicalproductionequipment,thisdesigntosolvetheproblemofbinarysystemofethanol-waterdistillationanalysis,selection,calculation,accounting,drawingandsooniscalledacompletetheprocessofdistillationdesign.Byplatecalculatedtheoreticalplatenumber9,refluxratiois1.3,thecalculatedcolumnefficiencyof0.45,theactualnumberofboardfor20blocks,asrawmaterialsforthe9,towerdiameteris1meter.Bycalculatingthefluidmechanicsofthesieveplatetower,Mingtheindicatordataofthecrossareinlinewiththestandardscouldobtainedinthedesignandcalculationofthemainprocessdimensionofplatetower.Thedesignprocessisthenormaloperationright.Keywords:ethanol-waterdistillationtraytower第一章前言第一章前言1.1精餾原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用（1）精餾原理：化工生產(chǎn)常需將液體混合物分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的。分離互溶液體混合物有許多種方法，蒸餾是廣泛應(yīng)用的一種方法。液體具有揮發(fā)而成為蒸汽的能力。各種液體的揮發(fā)能力不同，因此，液體混合物汽化后所生成的蒸汽組成與原來(lái)液體的組成是有差別的，蒸餾就是藉液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異而進(jìn)行分離的一種操作。（2）精餾應(yīng)用：在精餾時(shí)，共沸組分能以恒沸物的形式從精餾塔頂蒸出，工業(yè)上把這種操作稱為恒沸精餾。恒沸精餾的過(guò)程中，所加入的共沸組分必須從塔頂蒸出，而后冷凝分離，循環(huán)使用。因而恒沸精餾消耗的能量（包括汽化共沸劑的熱量和輸送物料的電能）較多。恒沸精餾生產(chǎn)無(wú)水酒精有很大的優(yōu)點(diǎn)。作為塔底產(chǎn)品的乙醇并不汽化,要分出的水只占料液的極小部分共沸物）相對(duì)較小。三元恒沸物的冷凝液分為輕重兩相質(zhì)量進(jìn)一步提高.所示的工藝適于生產(chǎn)質(zhì)量要求不高品。用該法生產(chǎn)的無(wú)水酒精,可廣泛應(yīng)用于化學(xué)、也適用于汽油醇等方面。（無(wú)水酒精）,又不需要很大的回流比,故汽化量（三元,夾帶劑易于分離,循環(huán)利用。,只對(duì)酒精度有嚴(yán)格要求的產(chǎn)醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥、電子、化妝品等行業(yè)。1.2精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：氣液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。（2）操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。（3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。（6）塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.3常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型常用板式塔可分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔。①泡罩塔:塔板上開(kāi)有若干個(gè)孔，孔上焊有短管作為上升氣體的通道，稱為升氣管。短管上覆以泡罩，泡罩下部周邊開(kāi)有許多齒縫，齒縫一般有矩形，三角形及梯形三種，常用的是矩形；泡罩在塔板上依等邊三角形排列。操作時(shí)，液體橫向流過(guò)塔板，靠溢流堰保持塔板上有一定厚度的流動(dòng)液層，齒縫浸沒(méi)于液層之中而形成液封。上升氣體通過(guò)齒縫進(jìn)入液層時(shí)，被分散成許多細(xì)小的氣泡或流股，在板上形成了鼓泡層和泡沫層，為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。在泡罩塔板上由于有升氣管，即使在很低的氣速下操作，也不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，當(dāng)氣液負(fù)荷有較大波動(dòng)時(shí)，仍能保持穩(wěn)定操作，塔板效率不變，即操作彈性較大；塔板不易堵塞，適用于處理各種物料。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高；氣體流徑曲折，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低?！酢酢酰骸酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢?□□□□□3口8mm,□□□□□□□□三角形排列。操作時(shí)，液體橫向流過(guò)塔板，靠溢流堰，使板上能維持一定厚度的液層，上升氣流通過(guò)篩孔分散成細(xì)小的流股，在板上液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)。在正常操作氣速下，通過(guò)篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料?！酢酢酰骸酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢酢酡?9mm□□,□□□□□□□□□□上下浮動(dòng)的閥片。目前國(guó)內(nèi)已采用的浮閥有五種，但最常用的型式為F1型、V-4型及T型。閥片本身有三條“腿”，插入孔后將各腿底腳扳轉(zhuǎn)90°角□□□□□□□□□（8.5mm）；□□□□□□□□□□□□□□□□□,時(shí)，靠這三個(gè)定距片使閥片與塔板呈點(diǎn)接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板間始終保持2.5mm的開(kāi)度供氣體均勻地流過(guò)，避免了閥片啟閉不勻的脈沖現(xiàn)象，的點(diǎn)接觸也可防止停工后閥片與板面粘結(jié)。操作時(shí)，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過(guò)閥片與塔板間的間隙與板上橫流的液體接觸。浮閥開(kāi)度隨氣體負(fù)荷而變。在低氣量時(shí)，開(kāi)度較小，氣體仍能以足夠的氣速通過(guò)縫隙，避免過(guò)多的漏液；在高氣量時(shí)，閥片自動(dòng)浮起，開(kāi)度增大，使氣速不致過(guò)大。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低；塔板開(kāi)孔率大，由于閥片可隨氣量的變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間長(zhǎng)，故塔板效率高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。本設(shè)計(jì)采用的是浮閥式精餾塔。1.4本設(shè)計(jì)所選塔的特性本設(shè)計(jì)之所以采用篩板精餾塔，是因?yàn)榫哂幸韵绿匦裕海?）氣液處理量大；2）操作穩(wěn)定，彈性大；3）流動(dòng)流體的阻力小；4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗能小，造價(jià)和安裝容易；5）耐腐蝕不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)和檢修；6）塔內(nèi)的滯留量小。篩板塔是板式塔中較早出現(xiàn)的塔形之一，它綜合具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大，塔板效率較高，壓降小等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是操作彈性較小，篩孔也易堵塞。使用曾一度受限制，但是近幾十年來(lái)，經(jīng)過(guò)大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方案法，還開(kāi)發(fā)了大孔徑篩板，導(dǎo)向篩板等形式，使篩板的不足得到補(bǔ)救，即合理的設(shè)計(jì)可以保證較高的操作彈性?，F(xiàn)在，篩板塔已經(jīng)成為生產(chǎn)上最廣泛采用的塔徑之一。，用以限制閥片在當(dāng)氣速很低閥片與塔板生產(chǎn)能力大；制造維修方便，第二章精餾塔的工藝設(shè)計(jì)2.1全塔物料衡算將各項(xiàng)組成由摩爾分?jǐn)?shù)換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)：已知x/46x/46+1—x/18

x/46x/46+1—x/18x/461746+1^7718=0.45=0.88=0.12F=D+WXFXDXW換算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)x=67.65%x=94.93%x=25.84%解得D=43.42W:55.582.2溫度計(jì)算由附表1中數(shù)據(jù)，利用插值法求得tD、tW、tFt80.7-79.8t—80.7進(jìn)口溫度f(wàn)：=—F39.65-50.7945-39.65tF=80.27℃tn78.15-78.41_t—78.15塔頂溫度d：=—D89.53-74.7288—89.43tD=78.18℃t95.5—89.0t—95.5塔底溫度:=tW=85.46℃1-11_11_11_1@?w1.90—7.2112-1.90_t+1□□□□□□□：t1=尸2口=80.27+78.1812t+1Fw80-27+8546=79.23℃提餾段平均溫度：\=2=二___二^=82.87℃22t+1+1t“-W~D80.27+78.18+85.46.全塔平均溫度：［=3=3=81.30℃2.3氣相組成計(jì)算已知：混合液體密度：混合氣體密度：1aa已知：混合液體密度：混合氣體密度：1aa=+—BPLPAPB口a□□□□□，TPMP二一0v224Tp0M為平均相對(duì)分子質(zhì)量）塔頂溫度：tD=78.18℃氣相組成：yD=88.11%y.78.41-78.15二78.18氣相組成：yD=88.11%D：=78.15—89.43100y—89.43D進(jìn)料溫度：tF=80.27℃氣相組成：y80.7-79.880.7-80.27yyF:=yF=63.33%61.22—65.6461.22-100yF塔底溫度：tW=85.46℃氣相組成：y86.7—83.386.7—85.46y%:=%=4.66%43.75—47.0443.75-100yW精餾段：平均液相組成1nx+X0.88+0.451：―^——f==66.50%22平均氣相組成yny+y0.8811+0.6333，：-DF==/5./2%22液相平均分子量：M=46x0.6650+18x(1-0.6650)=36.62kg/kmolL1氣相平均分子量：M=46x0.7572+18xG-0.7572)=39.20kg/kmolv1提餾段：平均液相組成x&+X_0.12+0.452：^f==28.50%22平均氣相組成y口y.十九0.4666+0.6333,2：rF==55.00%22液相平均分子量：ML2=46x0.285+18x(1-0.285)=25.98kg/kmol

氣相平均分子量：M=46x0.55+18x(1-0.55)=33.40kg/kmol氣相平均分子量：V2t=80.27℃85-80_85-80.27p=734.73kg/m3OF730-735730-pOF85-80_85-80.27p=971.63kg/m3WF968.6-97.18730-pWF10.6765p734.73F1-0.0675+971.63p=800.00kg/m3FtD=78.18℃85-80_85-78.18p=737.00kg/m3OD730-735730-pD85-80_85-78p=973.08kg/m3WD968.6-971.8968.6-pWD10.9493p737D1-0.9493一+973.08p=746.27kg/m3D根據(jù)附表3中數(shù)據(jù)，利用插值法求得在?！鮓□I□□□□□□□□□t=85.46℃100-95100-95.38p=729.45kg/m3716-720716W—pOWOW90-8590-85.46p=968.30kg/m3965.3-961.85965.3-pWWWW10.25841-0.2584p=892.76kg/m3—二+p729.70W968.30Wpp+p800+746.27精餾段平均密度L:p=F-p-D-==773.14kg/m3L122pp+p800+892.76提餾段平均密度L2:p=jD==846.38kg/m3L222

2.4DDDDDDM=xx46+G—x)x18=42.64kg/kmolDDDM=xx46+G—x)x18=30.6kg/kmolFFFF=xx46+G—x)x18=21.36kg/kmolM+MLDLF242.64+30.6=36.62kg/kmolM+MLFLW230.6+21.36=25.98kg/kmolMvd=46xy+G—y)x18=42.67kg/kmolMvdMvf=46xy+G—y)x18=35.73kg/kmolMvfMV1MV2PVDPVW=58xy+G—MV1MV2PVDPVW=58xy+G—y)x18=31.07kg/kmolwM+M——VDVF2M+M——VWVF2=39.20kg/kmol=33.40kg/kmol二35.73+273」5、=1.23kg/m322.4x273.15+80.27)42.67+273.15、22.4x(273.15+78.18)=1.48kg/m331.07+273.15、22.4x(273.15+85.46)=1.06kg/m31.55+1.24=1.40V11.55+0.76,“=1.1622.5DDDDDDDDDD□□□□□q=2)o14=中o14+中o14swswsoxV+xVSWWsoxVB=lgswsoA=lgQ=0.441q注□□□□ODOWOFWFoV23-oV23w、o、saaaaaD□□□□□□□□□□□46□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□q=2。POD737=62.42mL46POW729.45=63.06mL46POF734.73=62.61mL18971.63=18.53mLWFm18=-==18.50mLwdp973.08WD=mW^=18=18.58mLWWp968.30WW□□：tD=78.18□tF=80.27□tw=85.461□□□□4□□□□□□4□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□90—8016.2—17.1590—80.27—16.2—oOF80—70_17.15—1880—78.18=17.15—oOD100—9015.2—16.2100—85.46=15.2—oOWtD□tw□tF□□□□□□□□□□□o=16.300Fo=17.32ODo=16.65OWoo=62.41WFo=62.94WDo=61.56WW□□□□□□□□□□□□□□a90—8060.7—62.690—80.27—60.7—oWF80—7062.6—64.380-78.18=62.6—oWD100—9058.8—60.7100—85.46=58.8—oWW□□□□□□□：①2[G—XVIWD=DD\WD①xV1—xV+xVODDODDWDDOD旗—0.88?18.5010.98x62.42x5—0.88)x18.50+0.88x62.241=1.41x10-3

B=lg］疆］=1gG.64x10-5)=—2.85即OD」Q=0.441Q=0.441x專xOV232—ODOD—OV3qWDWD=0.441xx273.15+78.1817.32xG242'3=0.441xx273.15+78.182=—0.76A=B+Q=—2.85—0.76=—3.61A=1g①+PA=1gSWDSCD3=3=0.015SWD3=0.985SODo=17.72MDo14=0.015x(62.94)14+0.985x(17.32)14o=17.72MD□□□□□□□：①2［G—XVIWF=FF\WF=1①xV1—xV+xVJOFFOFFWFFOF二J1—0.45)x18.531r0.45x63.61x5—0.45)x18.6153+0.45x63.61J=0.09B=1gl^wfI=1g0,09=—1.046LOF」Q=0.441x專x

OV232—OFCF—OV3qWFWF=0.441x—62.41x(18,53>32r=0.441x—62.41x(18,53>3x273.15+80.272=—0.78A=B+Q=—0.78—1.046=—1.83

A=lgq+9=1SWFSOF□□□□□□：①□□□□□□：①=0.1144SWF①=0.8856SOFo=19.45MFo14=0.1144x(62.41)14+0.8856x(16.30)14o=19.45MF□□□□□□：①2[G-XVIWW=WW\WW=1①XV1-XV+XVJOWWOWWWWWOW二[1-0.12)x18.581.0.12x63.06x5-0.12)x18.58+0.12x63.06J=1.477B=lgl9wwI=lg1.477=0.169Lqow」Q=0.441x*Q=0.441x*xoV23—OWOW-oV3qwwww=0.441xx273.15+85.4616,65x(63.06)3-61.56x(18.58=-0.74=-0.74+0.169=-0.571A=A=lg(9J、SOW/9+9=1SWWSCW①=0.40SWW

①=0.60SOWoo=29.59MWo14=0.9426x(61,56)：+0.0574x(16.65)14=2.332DF18.6018.60-24.52o+o17.72+19.45TOC\o"1-5"\h\zO=—MFMD--二i22o+o29.59+19.45O——MFMW-2222.6DDDDDDDDDDyxA」a二yx=BxF=0.275yF=0.6333yxA,yxBA=1—xjy^!C=0.6333G-0.45)FFG—0.6333力.45aF=2.11D=0.88yD=0.8811yxA」yxBA=1—xjy^xD~=0.8811G—0.88)DDG—0.8811力.88d=1.01xw=0.02yw=0.1777yxAByxAByxBAa-6.41

WG-x)-y>fW=0.4666(1-0.12)WWG-0.4666力.0121.01+2.111”=1.5622.11+6.41…=4.26a□□22.11+1.01+6.41=3175a-aD-aw-2.72

□2.7精餾段和提餾段操作線方程平衡線方程dxx2.72x平衡線方程dxxy=1+(a-1)x-1+1.72xq線方程q

qq線方程q

q-1xq-1xF0.98-0.020.02聯(lián)立上述兩方程，解得聯(lián)立上述兩方程，解得xq=0.0052yq=0.6858最小回流比Rmin0.88-0.6858y-x0.6858-0.4452qq=1.2R=1.1R=1.3min精餾段下降蒸汽量：L=RD=3.1x44.79=138.85kmol/h精餾段上升蒸汽量：V=(R+1)D=(3.1+1)x44.79=183.64kmol/h提餾段下降蒸汽量：L=L+qF=154.45kmol/h提餾段上升蒸汽量：V=V用q-1DF=97.86kmol/h帶入數(shù)據(jù)得出精餾段操作線方程：yn+1R1.3x=——xR+12.3提餾段操作線方程：ym+1LxVmWxxW=1.578x-0.069Vm2.8逐板法確定理論板數(shù)及進(jìn)料位置2.8.1理論板數(shù)的計(jì)算已知：平衡方程：dxxy=1+td-^2.72x1+1.72x精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：y=0.565x+0.382

n+1ny=1.304x-0.0061

m+1my=x=0.88一?1D口餾a-(a-1)yi0.880.88+2.72G—0.88)=0.81=0.565x=0.565x0.81+0.382=0.84^方>=0.565x0.66+0.382=0.76^平衡方0>口口一等二0.660.84+2.72U—0.84)0.760.76+2.72G-0.76)".=0.565=0.565x0.54+0.382=0.88—方>0.69+2.72G—0.69)".y5y5二0.565x0.49+0.382二0?0.66+2.72(1-0.66);.X=0.42<X=0.45,□□□□□□□5F□□□□□□□y=1.578x0.42-0.069=0.59382"變=0.34960.5938+2.7(1-0.5938口口y=1.578x0.3496-0.069=0.4827—平衡方程——>30.4827X30.4827+2.7(1-0.4827-0.2554y4-1-578x0.2554-0.069-0.33400.3340口餾口餾0.3340+2.7(1-0.3340-0.1557平衡方程>y5二1.578xg-0.069二0.1平衡方程>-二0.0-二0.0□x50.24661767+2.7(1-0.17因?yàn)閤<x-0.12,□□□□□□□□9塊5W2.9全塔效率的計(jì)算2.9.1粘度計(jì)算已知：T=79.23℃1t-87.83℃根據(jù)附表22中數(shù)據(jù)，利用插值法求得：0.3439—0.355N—0.35582.79-8079.23-80H=0.3584mpa水0.433—0.495日—0.495I:-^醇乙醇82.79—8079.23—80日-0.5121mpa乙醇小0.3148-0.355J-0.35590—8082.87—80W-0.3665mpa水乙醇0.406-0.495從?—0.495——乙醇90—8082.87—80H'=0.5205mpa乙醇□□□□：h=hx+hG—x)=0.5121x0.6650+0.3350x0.3584=0,46061乙醇1水1□□□□：h-H'x+H'G-x)=0.5205x0.2850+0.7250x0.3665-0.47772乙醇2水22.9.2板效率計(jì)算□□□□□□□□□□□ET=0.49xQ匕I。。式中：a--塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度HL--塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mpa.s精餾段*=1.56《=0.4606所以E=0.49xG.56x0.4606K*=0.53N=Ni=3=8]tp精E0.53T1提餾段a2=3.71%=0.4777所以E'=0.49x(3.71x0.3=0.4777=0.42TN5N=—T2-==12]P提E0.42T22.8.2實(shí)際塔板數(shù)及加料位置的計(jì)算N=N+N=8+12=20]pp精p提得出全塔共20塊板，進(jìn)料位置是第9塊板。第三章熱量衡算3.1加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算已知：tD=78.18℃tF=80.27℃tW=85.46℃(1)塔頂溫度tD下的比熱容對(duì)于乙醇查液體比熱容共線圖t=78.18口，查得C=3.46kJ/(kg-k);159.16kJ/(kmol-k)DPOC-C4.195-C80-78.18.尸W,80尸W,78.0018=尸W,78.18=C—C4.195—4.18580—70PW,80PW,70C=4.193kJ/(kg?k)=75.47kJ/(kmol?k)PW,78.18C=Cx+C(1-x)=157.49kJ/(kmol?k)PDPODPWD(2)進(jìn)料溫度tF下的比熱容t=80.27℃，查得C=3.51kJ/(kg-k);161.46kJ/(kmol-k)FPOC-C4.208-C90-80.27-PW,90PW,8270=PW,8270=C-C4.208-4.19590-80PW,90PW,80C=4.179kJ/(kg?k)=75.22kJ/(kmol?k)PW,80.27C=Cx+C(1-x)=114kJ/(kmol?k)PFPOFPWF(3)塔底溫度tW下的比熱容t=85.46口，查得C=2.94kJ/(kg-k)=135.24kJ/(kmol-k)WPOC-C4.220-C90-85.46-PW,90PW,8546=PW,8546=C-C4.220-4.20890-80PW,90PW,80C=4.216kJ/(kg?k)=75.80kJ/(kmol?k)PW,85.46C=Cx+C(1-x)=76.99kJ/(kmol?k)PWPOWPWW

(4)塔頂溫度下的汽化潛熱Y=598.01kJ/kgy=1241kJ/(kmol-k)OWY=yx+y(1-x)=598x0.98+1241x0.08=610.86kJ/kgODWD3.2熱量衡算FBDWCQf=0所以DWCFBDWCQf=0所以DWC由于塔釜熱損失為10%，則“=90%所以Q，=QB=71329.19kJ/hBH式中：QB加熱器理想熱負(fù)荷，kJ/hQB'--加熱器實(shí)際熱負(fù)荷，kJ/h式中：QB加熱器理想熱負(fù)荷，kJ/hQB'--加熱器實(shí)際熱負(fù)荷，kJ/hQD塔頂餾出液帶出熱量，kJ/hQW塔釜餾出液帶出熱量kJ/h表4-1熱量衡算計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目進(jìn)料冷凝器塔頂流出液塔底殘液再沸器平均比熱容(kJ項(xiàng)目進(jìn)料冷凝器塔頂流出液塔底殘液再沸器平均比熱容(kJ/(kmol?k)1114157.49熱量1006278121973.04550210.21405423.9479254.66Q/(kJ/h)

4.1體積流量的計(jì)算已知：第四章精餾塔的主要工藝尺寸的計(jì)算R=1.2R4.1體積流量的計(jì)算已知：第四章精餾塔的主要工藝尺寸的計(jì)算R=1.2R=1.1R=1.3minmin精餾段：已知：L=RD=0.016kmol/sV=(R+1)D=0.028kmol/sM=36.62kg/kmolL1p=773.14kg/m3L1則質(zhì)量流量：M=39.20kg/kmolV1p=1.36kg/m3V1L1=ML1L=36.62x0.016=0.59kg/sV=MV1V=39.20x0.028=1.13kg/s體積流量：S1L1S1L10.59773.14=7.68x10-4m3/sVSVS2—1p1.13V==0.83m3/s11.36提餾段：已知：q=0.98L=L+qD=0.0278kmol/sq-1DF=0.0274kmol/sM=25.98kg/kmolM=25.98kg/kmolL2p=846.38kg/m3L2M=33.40kg/kmolV2p=1.15kg/m3V2則質(zhì)量流量：L2=Ml2L=25.98x0.0278=0.68kg/s

匕二MV22V=33.40*0.0274=0.80kg/s體積流量：LSLS2—2P0.68,==7.79義10-4m3/s846.38S2PV20.801.15=0.70m3/s4.2塔徑的計(jì)算精餾段：由u=（安全系數(shù)）xumax由u=（安全系數(shù)）xumax，安全系數(shù)C=0.610.8,umax=P-PLPV式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出。橫坐標(biāo)數(shù)值：L廣聯(lián)圖查出。橫坐標(biāo)數(shù)值：L廣XS1PL1PV1=0.0292取板間距=0.40m,h=0.06m則LH-h取板間距=0.40m,h=0.06m則LH-h=0.34mTL查圖可知：C=0.095920C=C[is0.2=0.09570x(18.44)0.2=0.095u=0.095xmax773.14-1.36=2.26m/s1.3644VS1兀u1=0.7u=0.7x2.26=1.58m/smax4x0.83=0.82m圓整D1=1m,橫截面積=0.785圓整D1=1m,橫截面積=0.785x12=0.785m2,空口氣口Vu1=才T0.83=1.06m/s0.785提餾段：橫坐標(biāo)數(shù)值：L聲乂S2pL2pV2=0.0287查圖可知：C=0.0956920o.2(2452、提餾段：橫坐標(biāo)數(shù)值：L聲乂S2pL2pV2=0.0287查圖可知：C=0.0956920o.2(2452、=0.09569xI20)0.2=0.0996圓整Du=0.0996maxu=0.7u1max4VS2兀u2x846.38-1.15=2.8921m/s1.15=0.7*2.8921=2.0245m/s4X1.42=0.8939m3.14x2.0245A'T:0.785*12:0.785m2,□□□□u'20.70.7850.89m/s4.3溢流裝置的計(jì)算口徑D=1m,□□□□□□□□□□□,□□□□□□□,□□□□□□：堰長(zhǎng)lW取l=0.6D=0.6義1=0.6W4.3.2溢流堰高度精餾段：hOW2.84EIL

100017)hOW2.84EIL

100017)W2

、3出x1X1000(7.68義10-4*36000.65=0.0075mh=h-h=0.06-0.0075=0.0525mWLOW提餾段：h'OW2.84/LE一1000至x1x1000(7.79x10-4x3600120.653=0.0075m==0.0525mh'=h'—h'=0.06—0.0075WLOW4.3.3弓形降液管寬度和截面積查圖得出查圖得出A-4-=0.0721T

WD=0.124A=0.0721x3.14=0.226m2fW=0.124x2=0.248md驗(yàn)算降液停留時(shí)間精餾段：AH/~TLS10.057XO,=29.69s7.68x10-4提餾段：AH一~TLS20.057x0.4=29.27s7.79X10-4停留時(shí)間0>5s,故降液管可用。4.3.4降液底隙高度精餾段：取降液底隙的流速u=0.13m/取降液底隙的流速u=0.13m/s0luW07.68x10-4=0.0091m0.65x0.13h—h=0.06—0.0091=0.0509提餾段：取降液底隙的流速u=0.13m/s取降液底隙的流速u=0.13m/s0L則h'=-Sr-

0luW07.79X10-4=0.0092m0.65x0.13h'W—h'=0.06—0.00920=0.05024.4DDDDDDDDDDD□W=0.035mW=0.065mSCDDDDDDD□□□□□Aa□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,冗r2.x)r2—x2+sin-1—180r)x=D-W+W)□□□2dS,m?一xsin-1—r□□□□□□□□□□1(0.124+0.065)=0.311m2-0.035=0.465兀r2.x)+sin-1—180r)=2xf0.311x=2xf0.311x

k”「八…3.14x0.462?0.34)0.4652-0.3112+sin-11800.465；=0.532m24.4.3DDDDDDDD□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□5□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□5=3mm□□□□□t=t=3義t=3義5=15mm0d0=5mm□□□□□□□□□□□□□□□□篩孔數(shù)目：1.158An=at2式中：AAa--鼓泡區(qū)面積，m2n--篩孔的中心孔距，則：n=1158X103則：n=1158X103X筌=2738個(gè)152開(kāi)孔率：d中=0.907(f)x100%=

t0.907——x100%=10.11%3.02氣體通過(guò)篩孔的氣速：精餾段V0.83u=—S-==15.46m/s0A0.05370提餾段V0.7u1=f=——=13.04m/s0A0.053704.4.4塔有效高度4.4.4塔有效高度Z(以精餾段為例Z=7X0.4=2.8m4.4.5總高度計(jì)算⑴塔頂封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓封頭，有公稱直徑DN=2000mm,查得由曲面高度本設(shè)計(jì)采用橢圓封頭，有公稱直徑DN=2000mm,查得由曲面高度h=500mm，1直邊高度A=4.5873m2，容積V=1.1729m3,□□□□□：直邊高度H=h+h=500+40=54m112⑵塔頂空間設(shè)計(jì)中取塔頂間距H=2H

a=2x0.40=0.8m,□□□□□□□T1.2m塔底空間高度塔底空間高度⑶塔底空間HB□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□留時(shí)間為5min，則塔底液面至最下一層塔板之間距離為1.5m,則tL'x60—V5x7.44x60—1.1729―s==2.541m0.785V——口頭容積⑷進(jìn)料板處間距考慮在進(jìn)口處安裝防沖設(shè)施，取進(jìn)料板間距H=800mmF⑸裙座□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□16mm?！酢酢酢酢酰骸酢酢酢酢酰骸酢酢酰骸酢酢酢酢酰篋=(2000+2x16)-(0.2?0.6)x103=1632mmD'=(2000+2x16)+6.2?0.6)x103=2432mmboD=1800mmD=2600mm□□□□□□□□□□□bi/、boH=(n—n-1)H+nH+H+H+H+HFTFFDB123m。=(20-1-1-1)x0.4+1x0.8+1.2+0.6x1+2.541+0.54+3=15.481mDDDDDDDDDDDD5.11□降□□□:⑴□□□□r丫0.051uC0-0P1C=0.840h=0.051CI0.84只=0.0304□□⑵□□□□□□□□hh□□h=Ph=B（h+h）LWOWV0.83S

A—A0.785—0.057Tf-1.14-1.141.36-1.33□F01P-0.971—0.355Fa+0.075Fa2-0.633h-0.633（0.06）-0.0380m□□i⑶□□□□□□□□□□□4oLPgdL104X18.6X10-3773.14x9.81x0.005-0.00196m□□□□□□□□□□□□□□□h-0.0380+0.00196+0.0304P1hPAp=hpg-0.07036x773.14x9.81-533.65pa□0.7kpa1P1L10.07036m□□□□□⑴□□□□(he(he=0.051u

cQ_0py

pLd0d0=5&=1.67□63□□□C=0.840h'=0.051C(13.04h'=0.051C(13.04丫(1.15I0.84；1846.38；=0.0167m⑵□□□□□□□□hhi□口+h)

OWV

^——V

^——A—ATf0.700.785—0.057=0.96F’=0.961.15=1.03aFF□F01p’=0.971—0.355Fa’+0.075Fa’2=0.685h=0.685x0.06=0.0411m□□i⑶□□□□□□□□□□□M4x24.52x10-3h'=―—==0.00236m□□◎pgd846.38x9.81x0.005L20□□□□□□□□□□□□ah=□□□□□□□□□□□□ah=0.0167+0.0411+0.00236P20.060m□□Ap=0.06x846.38x9.81=499.51pa10.7kpaP25.2口面口口□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□a□□□□□5.3DDDD5.7x10-6ual—oH-hLiTTh=2.5h=2.5x0.05=0.15mfLeVi5.7x10-6(1.14fa1.86x10-210.40-0.15/=0.039kg}/kg}<0.1g□/kg}5.7x10-6(u'02-H-hTTf73.2h=2.5h=2.5x0.05=0.15mfL□e5.7x10-6(0.963.22.452x10-3(0.40-0.15)=0.017kg}/kg}<0.1g□/kg}5.4DD□□□□□□□□□□□U0min□□□□□□□□：u=4.4C(0.0056+0.13h-h)Pl0min0L0PV=4.4x0.84(0.0056+0.13x0.06-0.00196)773.141.36=9.43m/s□□□K:k==15竺=1,64>1,5u9.430min□□:u'=4.4C().0056+0.13h-h')Pl0min0LopV

=4.4x0.84(0.0056+0.13x0.06—0.00236)846.381.15=10.54m/s□□□□K:k=-u0-=1304=1,52>1.5u10.540min5.5DD□□□□□□□□□□□□□□□□□aHd□□□□□□□:H<p(H+h)dTW□□□□□□□□□□中取0.5口則□□：①(H+h)=0.5x(0.4+0.0525)=0.226TWH=h+h+hdpLd□□□□□□h=0.15。)=0.15x[768X10"丫=0.0195口口d010.65x0.0091)H=h+h+h=0.07036+0.06+0.0195=0.1499m□□H<d□□：①(H+h)=0.5x(0.4+0.0525)=0.226TWh=0.15(')h=0.15(')=0.15x(7.79x10-4110.65x0.0092)2=0.0195DQ=h+h+h=0.06+0.06+0.0195=0.1395m□口p2<p(HDDDDDDDDDDU=0minV―sminA0h=h+hLWOWhow2.84/U=0minV―sminA0h=h+hLWOWhow2.84/L1000l寸ww、23□：V=4.4CAsmin0040.0056+0.132.84JL

E1000-ho1PL1PV1=4.4x0.801x0.237x0.10140.0056+0.130.0462+2.84(3600xL、23x10000.65—0.00196773.14>1.366.1DDDu=4.4C(0.0056+0.13h—h)Pl0min0L0PV=4.65x0.0094+0.116LAs1V=4.4CAsmin0040.0056+0.132.84(L

E1000PL2PV2=4.4x0.801x0.237x0.10140.0056+0.130.036+2.84(3600xLx1000S20.657、23—0.00236>846.381.15=5.44x0.0089+0.166CAS2

在Ls□□□□□□□□□Ls值表,依上式計(jì)算出3-1Ls-Vs關(guān)Vs□,□□□□□□1系數(shù)據(jù)3-1口餾段提餾段Ls(m3/s)Vs(m3/s)Ls(m3/s)Vs(m3/s)0.0010.480.0010.550.0020.500.0020.560.0030.510.0030.580.0040.520.0040.593.26.2液沫夾帶線3.25.76x10-6aH-hTfA-A0.785-0.0567Tf=1.37Vh=2.5h=2.5x(hOWhOW*x1x1000(3600L丫aH-hTfA-A0.785-0.0567Tf=1.37Vh=2.5h=2.5x(hOWhOW*x1x1000(3600L丫I0.65)3=0.892L23S精餾段：5.76x10-6(1.373VS18.6x10-310.4-0.1313-2.223Ls2/33.2=0.1整理得：V=1.26-9.85L23S1

提餾段：S1e'V5.7x10-6(1.373V3.2整理得：24.52x10-310.4-0.1313-2.223Ls=0.12/3V=1.47-11.77L23S2在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)S2Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-2表3-2Ls-Vs關(guān)系數(shù)據(jù)Ls(m3/s)Vs(m3/s)Ls(m3/s)Vs(m3/s)0.0011.160.0011.350.0021.100.0021.280.0031.060.0031.230.0041.010.0041.17精餾段提餾段6.3液相負(fù)荷下限線h0006m對(duì)于平直堰，取堰上高度how0.006m,□□□□□□□□□□,□對(duì)于平直堰，取堰上高度hOW2.841000hOW2.841000^=0.006L-5.61義10-4m3/ssminAHT~TLS6.4AHT~TLS以0-4s□□□□□□□□□□□□□□□□□：AHL-^—--5.67義10-3m3/ssmin46.5液泛線H=y(H+h)H-h+h+hdTWdpLd聯(lián)立得：口H+h1-h+h+h+hTWPWdOW

L3600Lh=2.84x10一3E(f"/3=2.84義10(注)2/3owL0.65w故h=0.89L2/3ows1由式精餾段：h=0.051c^v精餾段：h=0.051c^vi□=0.51(^1p0.84x0.0537L1)2(1.36773.140.0457Vs12h=h=eh=e(h+h)=0.55(0.0525+0.89L2/田=0.02610L0wowS1+0.49L2/3S1h=0.028+0.0457V2+0.49L2/3pS1S1h=0.153用dLs—h=0.153用dLs—)2Lh=0.153(L

s

0.65x0.0091)2=1267.92L2swowo將H=將H=0.40m

Th=0.0525mw0.5□□□□□：V2□□□□□：V2=3.26—30.20L2-17087.87L23s1s1s1提餾段：L3600Lh=2.84x10-3E(f)2/3=2.84x10(冷)2/3owL0.65w故h=0.89L2/3ows1由式h=h由式h=h+h+hpcloh=0.051u0h=0.051u0□(

cc0PV2)PL2V=0.051(s2——0.84x0.0537)2(1.15)=0.033V

846.38sh=8h=8(h+h)=0.5710.0525+0.89L2/30=0.02810L0wows1+0.508L2/3s2h=0.031+0.033V2+0.51L2/3s2ss2h=0.153用d-LS^)2=0.153(L2——Lh0.65x0.0092WO)2=684.56L2S2將H=0.4mT①h=0.0525m令w0.5整理得：在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)Ls□,□□□□□□表3-3Ls-Vs關(guān)系數(shù)據(jù)Vs□,□□□□□□3-3精餾段提餾段Ls(m3/s)Vs(m3/s)Ls(m3/s)Vs(m3/s)0.0011.710.0012.000.0021.650.0021.910.0031.570.0031.830.0041.490.0041.74V2=4.39—20744L—40.3L23S2S2s由漏液線、液沫夾帶線、液相負(fù)荷上限線、液限負(fù)荷下限線、液泛線分別畫(huà)出精餾段和提餾段塔板負(fù)荷性能圖如下圖。提餾段3系系列1漏液線」液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷下限線0T-提餾段操作線00.0020.0040.0060.008LS(m3/S)2.5m1-5V10.5結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程