乙醇-水系簡(jiǎn) 篩板塔介 設(shè)計(jì)依 技術(shù)來 設(shè)計(jì)題 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條 設(shè)備形 2,4廠 2.5設(shè)計(jì)內(nèi) 塔的工藝的計(jì) 精餾塔的物 塔板數(shù)的確 壓強(qiáng)溫度的計(jì) 平均摩爾質(zhì)量的計(jì) 平均密度的計(jì) 液體平均表面張力計(jì) 液體平均黏度計(jì)算 氣液相體積流率計(jì)算 塔體工藝尺寸的計(jì) 塔徑的確 精餾塔有效高度的計(jì) 塔板主要工藝尺寸的計(jì) 溢流裝置計(jì) 降液 塔板布 塔板流體力學(xué)驗(yàn) 塔板阻力 單板壓 降液管層高 液體在降液管內(nèi)的停留時(shí) 夾帶量校 漏液 塔板性能負(fù)荷 氣相負(fù)荷下限 過量夾帶 精餾塔各接管尺寸的確 進(jìn)料 回流液 塔頂上升蒸汽 輔助設(shè)備的計(jì)算及選 主要輔助設(shè)備的選 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽 泵的選 、料液泵的計(jì) 、原料預(yù)熱 、塔頂回流冷凝 四．符號(hào)說 五．總結(jié)和設(shè)計(jì)評(píng) 六．參考文 一 概乙醇-水體的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，所以，想得到高純度的乙醇很篩板泡而出因而兩相可以充分接觸并相互作用式接觸氣液傳質(zhì)過程的一種形式，導(dǎo)向縫的篩板篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷熱塔應(yīng)用于蒸餾、設(shè)計(jì)依精餾可在常壓，加壓或減壓下進(jìn)行，確定操作壓30°C5%例如，可采用設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器的流程。技術(shù)來二.任務(wù)及要乙醇-水連續(xù)精餾塔（篩板塔）的設(shè)1生產(chǎn)能力（進(jìn)料量）7000720094%單板壓降進(jìn)料熱狀態(tài)：自選（本題選用：30°C）、廠址：地、對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)述、有關(guān)問題的討論和設(shè)計(jì)自我評(píng)設(shè)計(jì)方塔的工藝計(jì)WF

WD

M乙醇46g

M水18gXF

WFM/

X

MWDM

由算的F=175.62

XW

MWWM

)/M

由DXFX

DFXX

22.08kmol/表1物料數(shù)據(jù)記FXFDXDW

由圖0.115的乙醇-水溶液泡點(diǎn)為85°C，在平均溫度為下，由《化工原理（第三版，）附錄查得乙醇與水的有關(guān)物性為：CmA3.0246138.92kJ/(kmolK)rA914.24642053.2kJ/(komlK)

18[4.178(4.1834.178)56.636075.26kJ/(komlKrB2392.861843071.48kJCmpCmaXACmbXB92.0kJ/(kmolKrrAXArBXB42053.20.206943071.48142860.8kJ/rq1Cmp(Tr3.2

a（1）qyqXq q

Xq

11X

1.05得q（0.14,0.49xe0.14ye由

XD

0.591

Rmin

XD

（2）過點(diǎn)（0.860,0.860）Y由， 0.70得

Rmin

Rmin（3）作回流比R取操作的回流比為最小回流比Rmin2bLRD2.2823.07精餾段汽相流量：VR1)D2.28*23.0775.67

L

D

(52.60/75.67)X

L'LqF52.601.1*175.62

V'L'W245.8153.5492.26kmol/ L'XnDXDFX

245.8Xn23.07*0.860175.62*0.115

V V

c在y-x2621。見坐標(biāo)紙d由相平衡方程式y(tǒng) ，可得y(x1)1( x(y根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得y1xD0.860 yF0.464 XW

y1(x11) x(y yF(xF1)xFF (yxFF yw(xw1)xww (yxww31平均相對(duì)揮發(fā)度的求取31(2)塔頂：xD ，TD塔釜：xw ,twttwtD2由《化工原理（第三版，化學(xué)工 ）書中附表12查得在88.33°C下，乙醇0.410mPas ，水0.315mPas根據(jù)lg

Lmxilg

得

10[02069lg0410(102069)lg0315]0.3327mPa（3） 爾關(guān)聯(lián)式ITE0.49(U)0245ITN=NT1

塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)魁）10lg(PskPaA

(T/K)

(T/K)[7A得:P0A

165205 (T/K)23148lg(PskPaA

(T/K)

(T/K)[7BP0B

165746 (T/K)22703P0P0P0xP0

P A B塔頂：P1=101.3+4=105.3，XAX1 試差得t1NFN精21/46.74%PPF105.30.7*11

113.4kPa，xA

0.115試差得tFN提PW105.30.75XA

試差得tWPm=119.3+113.4/2=116.35tm(tFtw2

MVDm0.8604610.8601842.08kgkmolMLDm42.08kg/kmol進(jìn)料板MVDm0.67414610.67411836.88kgkmolMVWm0.004*4610.004*1818.11kgMLWm0.0351*46(10.0351)*1818.98kg/精餾均摩爾質(zhì)量：

MVDm2

2M

MLDM2

2提餾均摩爾質(zhì)量：M

MVFmMVWm36.876618.11227.49kg/ M'

MLFM2

22平均摩爾質(zhì)量的計(jì)M量MMMM量M汽相平均密度計(jì)算：

m

113.558.314(273.15

1.482kg/Vm

'mM

113.55 1.0065kg/8.314(273.151 743.16kgm3972.74kg WA

XAM

MAX

A

LDM

731kg/1A1 B 725.26kgm3961.08kgm3 WA

XAM

MAX

A

1得LDM 1

909kg/A B 710kgm3961.36kgm3 WA

XAM

MAX(1

A

LDM

957.85kg/1A1 B精餾段液相平均密度：提餾段液相平均密度'

731909822.6kg/2909957.851545kg/23液相平均密度的計(jì)743.16kg/710kg/972.74kg/961.36kg/731kg/957.85kg/m725.26kg/822.6kg/961.08kg/1545kg/909kg/液體平均表面張力按下式計(jì)算：Lm十A17.5mN/m，B62.2mN/得：

tF96.39C，查手冊(cè)：A16mNm，B59.5mN得：

tW103.57C，查附錄：A15.2mNm，B58.48mN得：

58.30mN/精餾段液體表面平均張力：提餾段液體表面平均張力：

LDM2LDM2

36.15mN/53.18mN/4液體平均表面張力計(jì)lgLmxilgA0.41mPasB0.35mPas得：

tF96.39CA0.33mPasB0.29mPa得： 10xilg

tw103.57CA0.30mPasB0.274mPa得： 10xilg

0.3940.2980.346mPa2提餾段液體平均黏度：

0.2980.2740.286mPa25液體平均黏度

VS

3600

LM

0.000361m3/V'M提餾段汽相體積流率：V

0.444m3/s

L'M 0..0098m3/s6氣液相體積流率計(jì)0..646m3/Vs0.444m3/0.000361m3/s0.0098m3/塔體工藝尺寸的計(jì)Lm塔徑的確定，需Lm

，CC

(L)0C20Smith圖查取HT0.35m，板上液層高度hl0.05mHThl0.350.05（1）精 的確定：圖的橫坐標(biāo)LS(PL)1/20.000361(820)1/2smith

smith得C20CLMLM

1.209m/0.7，0.71.2090.846m43.14則精餾塔塔徑43.14提 的確定 P'

1/（1）圖的橫坐標(biāo)為

V smithC'C'

0.7，0.72.566則精餾塔塔徑D'(2)D1.

D24VSV

0.59m/'SZ（N1）0.357餾Z71.41.8塔板主要工藝尺寸的計(jì)D=1m，可選用單溢流弓形降液管A.lw單溢流：lw=（0.6~0.8）D，lw=0.6×1=0.6mB.hw因?yàn)檫x用平直堰，堰上液層高度howFrancis即

lh2/ L精餾段：l=0.00078×3600=2.8L液體收縮系數(shù)計(jì)Lh

12.6，lw0.54lw2 0.542lw

查上圖得，E=1.02,則h取板上清夜層高度h2=0.05m,故hw=0.05-h提餾段hE=1.045，取板上清夜層高度h=0.05m,故h′=0.05- A0.7，查下圖（弓形降液管參數(shù)圖）

WdD弓形降液管參數(shù)依下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：3600Af

3~精餾段：36000.0430.4320.57提餾段：36000.0430.439.57B.uw0降液管底隙高度依下式計(jì)算：h uw000

0.07m/s

則精餾段：h0 ，即h0h'0

，即

D=1000mm,3r2x2r2x2

r

1xrxD其

)rDW A故WC為50～70mm。塔板上液體的和出口需設(shè)安定區(qū)。以避免大量含有氣泡的液WS50～100mm中的塔板不能開孔。Wc=0.04m；0.003-0.008m，2.5-5圍內(nèi)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，t/d03-4時(shí)，對(duì)于不合金鋼塔板的厚度為0.002-0.0025m。綜上所述，本設(shè)計(jì)選取d05mm;t2.65 10%~14%范圍A0

0.907

(td0(td0r2x2A r2sinr2x2

rxDWW1.20.150.07 rD0.040.56maA0.189ma由0.1450A0.1450.875601158nt

Aa

1158

0.87565999(6).Nd204

10%~14%F09~12塔板流體力學(xué)塔板阻力氣體通過塔板的壓降hp包括：干板壓降hc，板上充氣液層阻力hl以及克服液體表面張力的阻力hσ，可表示為hPhC式中：hP—?dú)怏w通過每一層塔板的阻力，mhC—干板阻力，mh1—塔板上的液層阻力，mu2 hC0.0510C0

VLu0—篩孔氣速V、

C09LL09C與d0的關(guān)0

d02，得

0.7635h0.051(u0)2(v)

)2

F0

10F0

10有效液層阻力查 所

hc

PphpLg0.043851.459.81359Pa，在適宜的范圍內(nèi)。降液管層高頂，通?？赏ㄟ^求出的降液管內(nèi)清液層高度Hd是否滿足Hd≤Ф（HT+hw）來進(jìn)行驗(yàn)算，即Ф為降液管中層的相對(duì)密度。對(duì)于一般物系，Ф=0.5；取Ф=0.5。

0.153 sLwho2 2d0h0.153 sd0

0.1530.0727.497104Lwho、前面已定HT0.35mhw0.0399m。(HTHW)0.5(0.350.0399)H=h+h+h+h=0.043+0.0399+0.0101+7.497×10-

HWAfHT式中HT—塔板間距fAfLs—液體流量，m3/s3s；7s。若求得的停留時(shí)間過小，可適當(dāng)增加Af或HT。Af

0.08160.4022.1s指塔板的液體量不超過0.1kg，即控制夾帶量ev＜0.1kg（液）/kg（氣。用泛點(diǎn)百分率關(guān)聯(lián)法先求LL1LLVV

由附圖4關(guān)聯(lián)圖，查得C2020dyn/cm，C

()0規(guī)定塔板開孔率φ≥10%時(shí)，β=1φ10%C20須乘以β校正。φ=0.08，β=0.9；φ=0.06，β=0.8φ=13.4%≥10%，β=1因?yàn)?9.37mNm19.370校 C200.073

20

uF

2.0m/操作氣速：u V

1.065m/AT

1.13液泛分率：

1.065查附圖11夾帶分率圖得：

圖11夾帶分ev1V1

37.8

ev＜0.1kg/kg3.6.6般將漏液量明顯增多時(shí)的空塔氣速稱為在該液體流量下的漏液點(diǎn)空速uom，由于人們對(duì)漏液點(diǎn)判別的定量指標(biāo)不同，所以不同研究者計(jì)算漏液點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)式亦不同0.00560.00560.13hLh

L0 9810 L0h

49810851.45

1.855103m液0.00560.130.050.00560.130.051.85103851.45孔氣速uo與漏液點(diǎn)篩孔氣速uom之比稱為穩(wěn)定系數(shù)

9.39m/

Fu一般情況下，F(xiàn)1，1.5~2.0Fu

14.3以氣相負(fù)荷VLV-LC0howLh b0.00560.130.03991.855103c3.69104/0.7942/3所以V3.941104(8.9321034.303104L2/3)所以過量夾帶量過大，使板效率嚴(yán)重下降，而此時(shí)的夾帶量ev一般大于0.1kg液/kg氣。 夾帶最大量為0.1kg/kg氣

3HeV H

T

hOW

u AT

1.13

0.0057

319.370.402.5(0.03990.0101)

即 V2.2240.061L2/Ahow=0.006m限線方程為：Vhow

ELlw

2/2.84103 L 0.794V=1.339×10-4B以θ=5sθ=（Af×HT）/Ls=5Ls=（Af×HT）/5=（0.0816×0.40）/5=0.006528m3/s據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線BCHd。令Hd=ψ(HT＋hw)Hd=hp+hL+hdhL=hw聯(lián)立 ψHT＋(ψ-β-1)hw=(β+1)hOW+hc+hd+忽略hσ，hOWLs、hdLs、hcVsaV2=b-cL2-c=1.18×10-d=2.84×10-3×E×(1+β)d=2.84×10-3×1×(1+1)/(0.749)(2/3)=6.624×10-3故6.43×10-10V2=0.1848-2.665×10-5L2-6.624×10-31212，即為該設(shè)計(jì)篩板的負(fù)荷性能圖。在負(fù)荷性能圖上可看出所設(shè)計(jì)的塔板是否何調(diào)整。對(duì)于回流比一定（即L/V為定值）的精餾過程，由設(shè)計(jì)條件L和V可定出操作點(diǎn)P，過原點(diǎn)點(diǎn)O和點(diǎn)P便可畫出該設(shè)計(jì)條件下的操作線。由圖可以看出：設(shè)計(jì)點(diǎn)作線交嚴(yán)重漏液線于點(diǎn)A，過量夾帶線于B點(diǎn)。由此可見，此塔操作負(fù)荷上下限受嚴(yán)重漏夜線和過量夾帶線的控制。分別從圖中A（9.139×10-4,1.011，B（0.001783,2.223Vmax=2.223m3/hVs,min=1.011m3/h操作彈性=Vmax/精餾塔各接管尺寸的確30℃時(shí)，ρ=787Kg/m3，ρ=995.7Kg/m3A

900.2kg/

FM

109.51723.8900.243.14取適宜的輸送速43.14

經(jīng)圓整選取熱軋無 (GB8163-87)，規(guī)格

43.14

1.3m/

76958.95

43.1443.14

經(jīng)圓整選取熱軋無 ，規(guī)格

43.14

0.985m/

69.0531.300.000745m3/805.79利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度u4那u4經(jīng)圓整選取熱軋無 ，規(guī)格

40.0007450.49m/

107.4139.810.928m3/1.482取適宜速度uV=20m/s，

d計(jì) 4

40.92818.91m/輔助設(shè)備的計(jì)算及選a公稱直徑法蘭Dδd規(guī)格數(shù)量管子直法蘭內(nèi)徑法蘭理論質(zhì)量KABAB管.4回004出004口管管095051258管067051251回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭人孔尺寸(HG21518—密封面型公稱壓力公稱直徑dDb突面ABL螺栓總質(zhì)M33×2Pg2.5Pg50JB593-14-Pg2.5Dg15HGJ49-Pg2.5Dg25HGJ49-Pg2.5Dg32HGJ49-Pg2.5Dg25HGJ49-SLHRel重量具體圖形見常用單元設(shè)備設(shè)計(jì)（塔頂?shù)踝?：H=3+0.69+3×0.40=4.89m進(jìn)料密度：927.9由Qm,v=Qm,h/U=4Qm,v/(Л×R2Rdu0.0650.6268927.963007.5 =[λ(∑li+∑lei)/d12.5m3/h，12.5mHT汽相平均密度kg液相平均密度kgN汽相體積流率m3/液相體積流率m3/塔徑有效高度7溢流堰長(zhǎng)度lW1溢流堰高度hW間Hd3.11．泵的選

100℃，故塔底不須冷凝器。0.1435，QFM

109.51722.04072413.83kg/ 25oC時(shí) 743.16kg/m3, 972.74kg/

1

934.14kg/所以體積流量為：Q'Q2778.012.97m3 又泵距塔底為：H2HB710.3520.631.12.11.2所以初定型號(hào)為3BA13A流量39.6m3h揚(yáng)程設(shè)原料液溫度為25℃，經(jīng)預(yù)熱器加熱溫度達(dá)到泡點(diǎn)，既約為80℃，則平均溫度為（25+80）/2為52.5℃，此時(shí)水的比熱為