化工原理課程設(shè)計(jì)---篩板塔分離苯和甲苯的混合物

1、<p><b>　　緒論</b></p><p>　　本次化工原理課程設(shè)計(jì)我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)篩板塔分離苯和甲苯的混合物。分離苯和甲苯對(duì)現(xiàn)實(shí)有著很重要的意義。</p><p>　　苯是染料、塑料、合成橡膠、合成樹脂、合成纖維、合成藥物和農(nóng)藥等的重要原料，也是涂料、橡膠、膠水等的溶劑，也可以作為燃料。苯的沸點(diǎn)為80.1℃，熔點(diǎn)為5.5℃，在常溫下是一種無色、味甜、

2、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為0.88g/ml，但其分子質(zhì)量比水重。苯難溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng)。</p><p>　　甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機(jī)化工的重要原料，但與同時(shí)從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產(chǎn)量相對(duì)過剩，因此相當(dāng)數(shù)量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯。甲苯衍生的一系列中間體，

3、廣泛用于染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、火炸藥、助劑、香料等精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)，也用于合成材料工業(yè)。甲苯進(jìn)行側(cè)鏈氯化得到的一氯芐、二氯芐和三氯芐，包括它們的衍生物苯甲醇、苯甲醛和苯甲酰氯（一般也從苯甲酸光氣化得到），在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料，特別是香料合成中應(yīng)用廣泛。甲苯的環(huán)氯化產(chǎn)物是農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料的中間體。甲苯氧化得到苯甲酸，是重要的食品防腐劑（主要使用其鈉鹽），也用作有機(jī)合成的中間體。甲苯及苯衍生物經(jīng)磺化制得的中間體，包括對(duì)甲苯磺酸及其鈉鹽、CLT酸、

4、甲苯-2,4-二磺酸、苯甲醛-2,4-二磺酸、甲苯磺酰氯等，用于洗滌劑添加劑，化肥防結(jié)塊添加劑、有機(jī)顏料、醫(yī)藥、染料的生產(chǎn)。甲苯硝化制得大量的中間體?？裳苌玫胶芏嘧罱K產(chǎn)品，其中在聚氨酯制品、染料和有機(jī)顏料、橡膠助劑、醫(yī)藥、炸藥等方面最為重要。</p><p>　　甲苯是最簡(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

5、苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為0．866克／厘米3，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 ℃。 </p><p&

6、gt;　　本次分離設(shè)計(jì)，我采用的塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為3~8mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　(１) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p><p>　　(２) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p>

7、<p>　　(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　(４) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。</p><p>　　篩板塔也有它的缺點(diǎn)，比如：</p><p>　　(１) 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　　(２) 操作彈性較小(約2～3)。</p>&l

8、t;p>　　(３) 小孔篩板容易堵塞。</p><p>　　雖然篩板塔也有它的缺點(diǎn)，但是設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明</p><p>　　1 . 生產(chǎn)工藝流程示意圖</p>&l

9、t;p>　　圖1-1 生產(chǎn)工藝流程示意圖</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　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，將原原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升采用全凝器，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余問部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬于分離物系，最小回流比較小，故操作回流比

10、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。</p><p><b>　　全塔物料衡算</b></p><p>　　1. 原料液與塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　?。?）原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 =78.11Kg/mol</

11、p><p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量 =92.13Kg/mol</p><p><b>　　==0.440</b></p><p><b>　　==0.983</b></p><p><b>　　==0.012</b></p><p>　?。?）原料液及塔頂、

12、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　=0.44078.11+(1-0.440)92.13=85.96Kg/mol</p><p>　　=0.98378.11+(1-0.983)92.13=78.35Kg/mol</p><p>　　=0.01278.11+(1-0.012)92.13=91.96Kg/mo</p><p><b&

13、gt;　　2. 物料衡算</b></p><p>　　物料衡算原料處理量 </p><p>　　==56.55Kmol/h</p><p>　　總物料衡算 56.55=D+W</p><p>　　苯物料衡算 56.550.440=0.983D+0.012W<

14、/p><p>　　聯(lián)立解得 D=24. 93Kg/mol，W=31.62Kg/mol</p><p>　　第四章 塔板數(shù)的確定</p><p>　　1. 理論塔板數(shù)的求取</p><p>　　苯-甲苯屬理論物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。</p><p>　　(1)由手冊(cè)查得苯-甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-

15、y圖,見圖1-2</p><p>　　表1-1常壓下苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　（2）回流比的計(jì)算</p><p>　　采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e（0.44，,0.44）做垂線，ef 即為進(jìn)料線（q）線，該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為：</p><p>　　=0.650 =0.450</p>&

16、lt;p><b>　　故最小回流比為：=</b></p><p><b>　　取操作回流比為：</b></p><p>　?。?）精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　　Kmol/h</b>

17、</p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　　Kmol/h</b></p><p><b>　?。?）求操作線方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程 </b></p><p>&

18、lt;b>　　提餾段操作線方程 </b></p><p>　　（5）圖解法求理論板層數(shù)</p><p>　　采用圖解法求理論板層數(shù)，求解結(jié)果為：</p><p>　　總理論板層數(shù)，進(jìn)料板位置</p><p>　　2. 實(shí)際塔板數(shù)的確定</p><p><b>　　精餾段實(shí)際板層數(shù)：</

19、b></p><p><b>　　提餾段實(shí)際板層數(shù)：</b></p><p>　　第五章 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)</p><p><b>　　1.操作壓力計(jì)算</b></p><p>　　塔頂操作壓力 kPa</p><p>　　每層塔板壓降 kP

20、a</p><p>　　進(jìn)料板壓力 kPa</p><p>　　精餾段平均壓力 kPa</p><p>　　塔底操作壓力 kPa</p><p>　　提鎦段平均壓力 kPa</p><p><b>　　2.操作溫度的計(jì)算</b></p><p>　　依據(jù)操作壓力

21、，由泡點(diǎn)方程通過試差法，計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中苯、 甲苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，</p><p>　　安托尼方程： </p><p>　　注：po是物質(zhì)的飽和蒸氣壓，kPa。 </p><p>　　A、B、C是安托尼常數(shù)。</p><p>　　T是物質(zhì)的溫度，℃。</p>&l

22、t;p>　　表1-2 苯與甲苯的安托尼常數(shù)</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果如下：</b></p><p>　　塔頂溫度: tD=81.6℃ 進(jìn)料板溫度: tF=97.8℃</p><p>　　精餾段平均溫度：tm℃</p><p><b>　　塔底溫度：117℃</b>&

23、lt;/p><p>　　提餾段平均溫度：t℃</p><p>　　3.平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　?。?）塔頂摩爾質(zhì)量計(jì)算：由</p><p>　　（2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　由圖解理論板，得 </b></p><p><b>

24、　　查平衡曲線，得 </b></p><p>　?。?）精餾段平均摩爾質(zhì)量</p><p>　?。?）塔底摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　由</b></p><p>　?。?）提餾段平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　4.平均密度的計(jì)算</b>&l

25、t;/p><p>　?。?）氣相平均密度計(jì)算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即</p><p>　　（2）液相平均密度計(jì)算</p><p>　　液相平均密度依下式計(jì)算：</p><p>　?、偎斠合嗥骄芏扔?jì)算：</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b>

26、;</p><p>　　②進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算</p><p>　　③精餾段液相平均密度為 </p><p>　?。?）提餾段氣相平均密度計(jì)算</p><p>　　（4）

27、提餾段液相平均密度計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p>　　提餾段液相平均密度為 </p><p>　　5.液體平均表面張力計(jì)算</p><p>　　液相平均表面張力依下式計(jì)算，即</p><p>　?。?）塔頂液相平均表面張力計(jì)算</p>&l

28、t;p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p>　　（2）進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><p>　?。?）塔底液相平均表面張力計(jì)算</p><p>

29、<b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p>　　提餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　6.液體平均粘度計(jì)算</p><p>　　液相平均粘度依下式計(jì)算：</p><p>　?。?）頂液相平均粘度計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b>&l

30、t;/p><p><b>　　解得 </b></p><p>　?。?）進(jìn)料板液相平均粘度計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　精餾段液相平均粘度為 </p&g

31、t;<p>　　（3）塔底液相平均粘度的計(jì)算</p><p><b>　　由，查手冊(cè)得 </b></p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　提餾段液相平均粘度為 </p><p>　　第六章 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p>

32、;<b>　　1.塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為：</p><p>　　由，式中由式（5-5）計(jì)算，其中的由圖5-1查取，圖的橫坐標(biāo)為： </p><p><b>　　取板間距，則</b></p><p>　　查圖5-1得=0.073</p&g

33、t;<p>　　取安全系數(shù)為0.7，則 </p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 </p><p>　　塔截面積為 </p><p>　　實(shí)際空塔氣速為 </p><p>　　提餾段的氣、液相體積流率為：</p><p>　　由，式中由式（5-5）計(jì)算，其中的由圖5-

34、1查取，圖的橫坐標(biāo)為： </p><p>　　查圖5-1得=0.068</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 </p><p>　　塔截面積為 </p><p>　　2.精餾塔的有效高度的計(jì)算</p><p>　　精餾段有效高度為 </p><p>　　提

35、餾段有效高度為 </p><p>　　在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為</p><p>　　第七章 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1.溢流裝置計(jì)算</b></p><p>　　篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)塔的性能有著重要影響。

36、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，當(dāng)因D=1.0m,可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p><b>　?。?）堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　（2）溢流堰高度</b></p><p><

37、;b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　取板上清液層高度 </b></p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p>

38、<p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　取板上清液層高度 </b></p><p>　　（3）弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由</b></p>&l

39、t;p>　　故 </p><p>　　依式（5-9）驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　?。?）降液管底隙高度</p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>&

40、lt;b>　　取 </b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度</p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。&l

41、t;/p><p><b>　　2.塔板的布置</b></p><p><b>　　（1）塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查表5-3得，板塊分為3快。</p><p>　?。?）邊緣區(qū)快讀確定</p><p><b>　　取</b>

42、;</p><p>　?。?）開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p>　　開孔區(qū)面積按式（5-12）計(jì)算，即</p><p>　　其中 </p><p>　　以上三個(gè)方面精餾段和提餾段一樣。</p><p>　　（4）篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　本例所處理的物系無腐蝕性，可

43、選用碳鋼板，取篩孔直徑</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距</p><p><b>　　篩孔數(shù)目 </b></p><p><b>　　開孔率為 </b></p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為</p><p><b>　　對(duì)精餾段

44、 </b></p><p><b>　　對(duì)提餾段 </b></p><p>　　第八章 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b>　　1.塔板壓降</b></p><p><b>　?。?）干板阻力</b></p><p><b

45、>　　干板阻力</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　對(duì)精餾段 </p><p>　　對(duì)提餾段 </p><p>　　(2)氣體通過液層的阻力計(jì)算</p><p><b>　　對(duì)精餾段</b></p&g

46、t;<p>　　氣體通過液層的阻力由式（5-20）計(jì)算：</p><p>　　查圖5-11，得。故</p><p><b>　　對(duì)提餾段</b></p><p>　　氣體通過液層的阻力由式（5-20）計(jì)算：</p><p>　　查圖5-11，得。故</p><p>　　(3)液體表面

47、張力的阻力計(jì)算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式（5-23）計(jì)算：</p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計(jì)算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為： </p><p><b>　　對(duì)提餾段：&l

48、t;/b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計(jì)算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為： </p><p><b>　　2.液面落差</b></p><p>　　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。 </p><p>

49、;<b>　　3.液沫夾帶</b></p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　液模夾帶量由式（5-24）計(jì)算：</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><

50、p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p>　　液模夾帶量由式（5-24）計(jì)算：</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　4.漏液</b></p>&l

51、t;p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由式（5-25）計(jì)算：</p><p><b>　　實(shí)際孔速 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。</p

52、><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。</p><p><b>　　5.液泛</b&

53、gt;</p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高</p><p>　　苯-甲苯物系屬一般物系，取</p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式（5-30）計(jì)算，即</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p>

54、<p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式（5-30）計(jì)算，即</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　第九章 塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　1. 漏液線</b></p><p>

55、;<b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　整理得： </p><p>　　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</p><p

56、>　　表1-3 精餾段漏液線數(shù)據(jù)表</p><p>　　據(jù)此表數(shù)據(jù)可作出漏液線1。</p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　整理得：

57、 </p><p>　　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</p><p>　　表1-4 提餾段漏液線數(shù)據(jù)表</p><p>　　據(jù)此表數(shù)據(jù)可作出漏液線1。</p><p><b>　　2.液末夾帶線</b></p><p><b>　　對(duì)精餾

58、段：</b></p><p>　　當(dāng)氣相負(fù)荷超過此線時(shí)，液沫夾帶量過大，使塔板效率大為降低。對(duì)于精餾，一般控制eV≤0.1kg液/kg氣。以ev=0.1kg液/kg為限,求Vs-Ls關(guān)系如下:</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p>&l

59、t;p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。</p><p>　　表1-5 精餾段液末夾帶線數(shù)據(jù)表</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p>　　當(dāng)氣相負(fù)荷超過此線時(shí)，液沫夾帶量過大，使塔板效率大為降低。對(duì)于精

60、餾，一般控制eV≤0.1kg液/kg氣。以ev=0.1kg液/kg為限,求Vs-Ls關(guān)系如下:</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。</p><p>　　表1-6

61、 提餾段液末夾帶線數(shù)據(jù)表</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p><b>　　3.液相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　液相負(fù)荷低于此線，就不能保證塔板上液流的均勻分布，將導(dǎo)致塔板效率下降。 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式（5-7）得</p><p>　　取E=1

62、，則 </p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。</p><p>　　精餾段和提餾段該項(xiàng)數(shù)據(jù)相同。</p><p><b>　　4.液相負(fù)荷上限線</b></p><p>　　該線又稱降液管超負(fù)荷線。液體流量超過此線，表明液體流量過大，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過短，進(jìn)入降液管的氣泡來不及與

63、液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。</p><p>　　以作為液體在漿液管中停留時(shí)間的下限，由式（5-9）得</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。</p><p>　　精餾段和提餾段該項(xiàng)數(shù)據(jù)相同。</p><p><b>　　5.液泛線</b></p>&

64、lt;p>　　若操作的氣液負(fù)荷超過此線時(shí)，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，在浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算中通常對(duì)降液管液泛進(jìn)行驗(yàn)算。為使液體能由上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度Hd</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　聯(lián)立得 </b>&

65、lt;/p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得：</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表：</p><p>　　表1-7 精餾段液泛線數(shù)據(jù)表</p

66、><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5</p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得：</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表：</p><p>　　表1-8 提餾段液泛線數(shù)據(jù)表</p><p>

67、;　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖。</p><p><b>　　對(duì)精餾段：</b></p><p>　　由圖可知，操作受液泛線和漏液控制。工藝操作條件下氣體流量，，操作點(diǎn)如圖中A點(diǎn)所示。操作線對(duì)應(yīng)的最小操作負(fù)荷，最大負(fù)荷，得：</p><p>　　精餾段塔板

68、操作彈性=</p><p><b>　　對(duì)提餾段：</b></p><p>　　由圖可知，操作受液泛線和漏液控制。工藝操作條件下氣體流量，，操作點(diǎn)如圖中B點(diǎn)所示。操作線對(duì)應(yīng)的最小操作負(fù)荷，最大負(fù)荷，得：</p><p>　　提餾段塔板操作彈性=</p><p>　　第十章 總塔高及接管尺寸的確定</p>

69、<p><b>　　1．總塔高</b></p><p><b>　　（1）塔頂空間</b></p><p><b>　　（2）塔釜空間</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　?。?）裙座&l

70、t;/b></p><p>　　由于裙座內(nèi)徑大于800mm，故裙座壁厚取16mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm 考慮到再沸器，故裙座高度?。篐2=1.5m。</p><p><b>　?。?）封頭高度</b></p><p><b>　　取： </b></p><p><b&

71、gt;　　（5）人孔</b></p><p>　　開兩個(gè)人孔，并且每個(gè)人孔大小為：。</p><p><b>　?。?）進(jìn)料板高度</b></p><p><b>　　?。?，且進(jìn)料板數(shù)。</b></p><p><b>　?。?）總塔高：</b></p>

72、<p><b>　　2.接管尺寸的確定</b></p><p><b>　?。?) 進(jìn)料管</b></p><p>　　采用直管進(jìn)料管，安托尼方程算得原料泡點(diǎn)為tF=97.8℃，查表得</p><p>　　ρF=793.54kg/m3, VF=F/ρF =（85.96×56.55）/（793.54&

73、#215;3600）=0.00172m3/s，取管內(nèi)流速u=2m/s.</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取進(jìn)料管規(guī)格Φ45×3, 則管內(nèi)徑d=39mm</p><p><b>　　進(jìn)料管實(shí)際流速</b></p><p><b>　?。?) 回流

74、管</b></p><p>　　采用直管回流管，回流管的回流量，塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度</p><p><b>　　則液體流量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p><b>　　則回流管直徑</b></p>&

75、lt;p>　　可取回流管規(guī)格Φ32×5 則管內(nèi)直徑d=22mm</p><p><b>　　回流管內(nèi)實(shí)際流速</b></p><p>　?。?） 塔頂蒸汽接管</p><p>　　塔頂蒸汽密度，塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　則蒸汽體積流量：</b></

76、p><p><b>　　取管內(nèi)蒸汽流速</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ219×12，則實(shí)際管徑d=195mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實(shí)際流速</p><p><b>　?。?）塔釜排出管</

77、b></p><p>　　塔底w=31.62kmol/h 平均密度</p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速</b></p><p><b&g

78、t;　　則</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ32×2.5，則實(shí)際管徑d=27mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實(shí)際流速</p><p><b>　?。?）塔釜進(jìn)氣管</b></p><p>　　V′=107.95，塔釜蒸汽密度</p><p>　　塔釜汽相平均

79、摩爾質(zhì)量</p><p>　　則塔釜蒸汽體積流量：</p><p><b>　　取管內(nèi)蒸汽流速</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ219×15 則實(shí)際管徑d=189mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實(shí)際流速&l

80、t;/p><p><b>　　(6) 法蘭</b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN70 HG 5010</p><p>　　回流管接管法蘭：PN6DN50 HG 5010</p><p&

81、gt;　　塔釜出料管接法蘭：PN6DN80 HG 5010</p><p>　　塔頂蒸汽管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p>　　塔釜蒸汽進(jìn)氣管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p>　　第十一章 換熱器的計(jì)算</p><p>　　塔頂溫度tD=81.6℃，冷凝水t1=20℃,t2=30℃</p&g

82、t;<p><b>　　則℃，℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　由tD=81.6℃,查的苯汽化熱γ苯=392.5kJ/kg</p><p>　　又氣體流量Vs=0.827m3/h</p><p><b>　　塔頂被冷凝量 </b&g

83、t;</p><p><b>　　冷凝的熱量</b></p><p>　　取傳熱系數(shù)K=600W/m2k，</p><p><b>　　則傳熱面積</b></p><p><b>　　冷凝水流量</b></p><p>　　第十二章 相關(guān)符號(hào)說明<

84、;/p><p><b>　　英文字母</b></p><p>　　Aa— 塔板開孔區(qū)面積,m2；</p><p>　　Af — 降液管截面積,m2；</p><p>　　A0 — 篩孔總面積,m2；</p><p>　　AT —塔截面積,m2；</p><p>　　c0

85、—流量系數(shù),無因次；</p><p>　　C—— 計(jì)算umax時(shí)的負(fù)荷系數(shù),m/s；</p><p>　　CS —?dú)庀嘭?fù)荷因子,m/s；</p><p>　　d—— 填料直徑,m；</p><p>　　d0——篩孔直徑,m；</p><p><b>　　D—— 塔徑,m；</b></p&g

86、t;<p>　　ev— 液體夾帶量,kg（液）/kg（氣）；</p><p>　　E—— 液流收縮系數(shù),無因次；</p><p>　　ET— 總板效率,無因次；</p><p>　　F— 氣相動(dòng)能因子,kg1/2/(s·m1/2）；</p><p>　　F0— 篩孔氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(s·m1/2

87、) ；</p><p>　　g——重力加速度,9.81m/ s2；</p><p>　　h——填料層分段高度,m；</p><p>　　h1— 進(jìn)口堰與降液管間的水平距離,m；</p><p>　　hc— 與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；</p><p>　　hd— 與液體流過降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐?lt;/p>

88、;<p>　　hf— 塔板上鼓泡層高度,m；</p><p>　　h1 —與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨?m；</p><p>　　hL— 板上清液層高度,m；</p><p>　　h0— 降液管的底隙高度,m；</p><p>　　hOW—堰上液層高度,m；</p><p>　　hW— 出口堰高度,m；&

89、lt;/p><p>　　h,W—進(jìn)口堰高度,m；</p><p>　　hб——與阻力表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m液柱；</p><p>　　H——板式塔高度,m；</p><p>　　Hd——降液管內(nèi)清液層高度,m；</p><p>　　HD——塔頂空間高度,m；</p><p>　　HF——進(jìn)

90、料板處塔板間距,m；</p><p>　　HP——人孔處塔板間距,m；</p><p>　　HT——塔板間距,m；</p><p>　　K—— 穩(wěn)定系數(shù),無因次；</p><p><b>　　LW—堰長(zhǎng),m；</b></p><p>　　Lh —液體體積流量,m3/h；</p>&l

91、t;p>　　Ls —液體體積流量,m3/s；</p><p>　　Lw —潤(rùn)濕速率,m3/(m·s)；</p><p>　　m—— 相平衡系數(shù),無因次；</p><p><b>　　n— —篩孔數(shù)目；</b></p><p>　　NT——理論板層數(shù)；</p><p>　　P—— 操

92、作壓力,Pa；</p><p>　　△P—壓力降,Pa；</p><p>　　△PP氣體通過每層篩板的降壓,Pa；</p><p>　　t——篩孔的中心距,m；</p><p>　　u——空塔氣速,m/s；</p><p>　　uF— 泛點(diǎn)氣速,m/s；</p><p>　　u0—?dú)怏w通過篩孔的

93、速度,m/s；</p><p>　　u0, min—漏液點(diǎn)氣速,m/s；</p><p>　　u′0—液體通過降液管底隙的速度,m/s；</p><p>　　Vh——?dú)怏w體積流量,m3/h；</p><p>　　Vs——?dú)怏w體積流量,m3/s；</p><p>　　wL——液體質(zhì)量流量,kg/s；</p>

94、<p>　　wV—?dú)怏w質(zhì)量流量,kg/s；</p><p>　　Wc——邊緣無效區(qū)寬度,m；</p><p>　　Wd——弓形降液管寬度,m；</p><p>　　Ws——泡沫區(qū)寬度,m；</p><p>　　x— 液相摩爾分?jǐn)?shù)；</p><p><b>　　X——液相摩爾比；</b>

95、;</p><p>　　y——?dú)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)；</p><p>　　Y——?dú)庀嗄柗直龋?lt;/p><p>　　Z——板式塔的有效高度,m；</p><p><b>　　填料層高度,m。</b></p><p><b>　　下標(biāo)</b></p><p>&

96、lt;b>　　max—最大的；</b></p><p><b>　　min—最小的；</b></p><p><b>　　L—— 液相的；</b></p><p>　　V— —?dú)庀嗟摩取后w在降液管內(nèi)停留時(shí)間,s； </p><p>　　μ——粘度,mPa·s；&l

97、t;/p><p>　　Φ—開孔率或孔流系數(shù)，無因次；</p><p>　　σ——表面張力,N/m；</p><p>　　ρ——密度,kg/m3；</p><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　δ——篩板厚度,m。</p><p>　　第十三章 篩板塔工藝設(shè)

98、計(jì)計(jì)算結(jié)果總表</p><p>　　第十四章 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p>　　表1-10 苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　表1-11 苯和甲苯的飽和蒸汽壓</p><p>　　表1-12 純組分的表面張力 </p><p>　　表1-13 組分的液相密度 </p><p>　　

99、表1-14 液體粘度µ </p><p>　　第十五章 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述及有關(guān)問題的分析討論</p><p>　　這幾天的課程設(shè)計(jì)下來我收獲了很多，包括專業(yè)知識(shí)上的鞏固和發(fā)現(xiàn)，還有處理問題能力的提高以及自身性格上細(xì)心程度的培養(yǎng)。首先在設(shè)計(jì)中有幾個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)引起我的重視。</p><p><b>　　1.回流比的選擇</b></p&

100、gt;<p>　　回流是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)定操作的必要條件之一，且回流比是影響精餾操作費(fèi)用和投資費(fèi)用的重要因素。總費(fèi)用中最低所對(duì)應(yīng)的回流比即為適宜回流比。</p><p>　　在精餾設(shè)計(jì)中，一般并不進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)衡算，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。通常，操作回流比可取最小回流比的1.1~2倍。我計(jì)算的回流比為1.665，我取的回流比R=2Rmin=3.33。</p><p><b&g

101、t;　　2.塔高和塔徑</b></p><p>　　影響塔板效率的因素有很多，概括起來有物性性質(zhì)﹑塔板結(jié)構(gòu)及操作條件三個(gè)方面。物性性質(zhì)主要是指黏度﹑密度﹑表面張力﹑擴(kuò)散系數(shù)及相對(duì)揮發(fā)度等。塔板的結(jié)構(gòu)主要包括塔板類型板間距堰高及開孔率等。操作條件是指溫度壓強(qiáng)氣體上升速度及氣液流量比等。影響塔板效率的因素多而復(fù)雜，很難找到各因素之間的定量關(guān)系。設(shè)計(jì)中所用的板效率數(shù)據(jù)，一般是從相近的生產(chǎn)裝置或中式裝置中取得

102、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，我通過經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和查表在綜合算得塔徑為1.20m，塔高為15.2m。</p><p><b>　　3.進(jìn)料狀況的影響</b></p><p>　　由于不同進(jìn)料狀況的影響，使從進(jìn)料板上升蒸汽量及下降液體量發(fā)生變化，也即上升到精餾段的蒸汽量及下降到提留段的液體量發(fā)生了變化。我們選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，由于原料液的溫度與板上液體的溫度相近，因此，原料液全部進(jìn)入提留段，作

103、為提留段的回流液，兩端上升的蒸汽流相等，即L,=L+F, V,=V。</p><p><b>　　4.熱量衡算和節(jié)能</b></p><p>　　對(duì)連續(xù)精餾裝置的熱量衡算，可以求得冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷以及冷卻介質(zhì)和加熱介質(zhì)的消耗量，并為設(shè)計(jì)這些換熱設(shè)備提供基本數(shù)據(jù)。從傳質(zhì)角度而言，宜將熱量加入塔底，即選擇冷進(jìn)料，這樣可提供更多的氣相回流。</p>&l

104、t;p>　　隨著進(jìn)料帶入熱量增加，塔底再熱器供熱必將減少，加熱蒸汽消耗量降低，但全塔總的耗熱量是一定的。從廢熱回收利用和能量回收品味而言，加熱原料所需的品味較低，且多可利用廢熱。因此我們采用熱進(jìn)料。</p><p>　　精餾過程需要消耗大量的能量，我們采取的降低能耗的具體措施如下：</p><p>　　1)選擇經(jīng)濟(jì)合理的回流比；</p><p>　　2)回收精

105、餾裝置的余熱，以用作本裝置和其他裝置的熱源；</p><p>　　3)對(duì)精餾過程進(jìn)行優(yōu)化控制，減小操作裕度，使其在最佳狀況下操作，可確保過程能耗為最低。</p><p>　　總結(jié)下來，我們可以得到結(jié)論，對(duì)于我們的精餾塔和物系，保持精餾穩(wěn)態(tài)操作采取的措施是：塔壓穩(wěn)定；進(jìn)出塔系統(tǒng)物料平衡和穩(wěn)定；進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；塔系統(tǒng)和環(huán)境間散熱穩(wěn)定等。</

106、p><p>　　第十六章 設(shè)計(jì)心得</p><p>　　通過本次篩板塔的設(shè)計(jì)，我對(duì)精餾塔的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，體會(huì)到課程設(shè)計(jì)是我們所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，也深深感受到設(shè)計(jì)的過程沒有自己想象的那么簡(jiǎn)單。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中自己做了近九天時(shí)間,深深體會(huì)到計(jì)算過程中的的繁鎖，一不小心按錯(cuò)計(jì)算器上的一個(gè)數(shù)字，就會(huì)影響到整個(gè)工藝設(shè)計(jì)，一個(gè)系數(shù)取值不合理就

107、會(huì)影響到其他數(shù)據(jù)的結(jié)果。</p><p>　　計(jì)算時(shí)有許多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來取數(shù)據(jù)的如：塔頂空間、塔板間距、上液層高度、篩孔直徑等，這些對(duì)于我們這些只學(xué)了一些簡(jiǎn)單的理論知識(shí)的學(xué)生來說簡(jiǎn)直是難上加難，以至于自己再算到這些時(shí)，算了一次又一次，才滿足了工藝要求。</p><p>　　設(shè)計(jì)的過程中遇到過阻礙，不是那么順利，但是當(dāng)我畫完最后一個(gè)篩板塔結(jié)構(gòu)圖時(shí)，心里充滿了成就感，之前一遍遍驗(yàn)算數(shù)據(jù)結(jié)果的辛苦

108、也就顯得微不足道了。</p><p>　　在老師的親切指導(dǎo)下，我的課程設(shè)計(jì)完成了。短短的幾天的課程設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)很多化工原理的知識(shí)并沒有真正掌握，自己所掌握的知識(shí)是如此的匱乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)及時(shí)讓我看到自己本身存在的很多不足，磨煉了我的意志和耐性，相信此次設(shè)計(jì)訓(xùn)練對(duì)自己的今后工作都會(huì)有一定的幫助。最后，也感謝老師們一直以來

109、給我們的幫助，使我們能順利完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉雪暖,湯景凝《化工原理課程設(shè)計(jì)》,中國(guó)石油大學(xué)出版社，2008年.</p><p>　　[2] 譚天恩,竇梅,周明華《化工原理》（第三版）,化學(xué)工業(yè)出版社,2002年.</p><p>　　[3