TOC\o"1-4"\h\z\u原始數(shù)據(jù)1.設(shè)計(jì)題目：雙組分連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)2.原料處理量：1.30×104kg/h3.原料組成：組分名稱(chēng)苯甲苯組成〔質(zhì)量分率〕0.78〔苯〔M=78kg/kmol〕,二甲苯〔M=92kg/kmol〕)4.別離要求：〔1〕：餾出液中低沸點(diǎn)組分的含量不低于97.5%〔質(zhì)量分率〕〔2〕：餾出液中低沸點(diǎn)組分的收率不低于97%〔質(zhì)量分率〕5.操作條件：〔1〕：操作壓力：常壓〔2〕：進(jìn)料及回流狀態(tài)：泡點(diǎn)液體設(shè)計(jì)計(jì)算1.全塔物料恒算計(jì)算餾出液及殘液產(chǎn)量F=D+WF=L+W==0.7335==0.9787M=0.7335×78+〔1-0.7335〕×92=81.73g/molF==159.06Kmol/h=0.97D===115.63Kmol/hW=F－DW=159.06－115.63=43.43Kmol/h===0.08072.塔頂溫度、塔底溫度及最小回流比的計(jì)算2.1確定操作壓力塔頂：P頂=760mmHg塔底：P底=760mmHg+nΔP(n=20－30塊)ΔP=100mmH2On=20p底=760+20×=907.06mmHg2.2根據(jù)塔頂壓力及塔頂汽相組成用視差法計(jì)算塔頂溫度〔即露點(diǎn)溫度〕:(1)令td=81.14℃AA=6.906BA=1211CA=220.8AB=6.953BB=1344CB=219.4㏒P0i=Ai－Bi/(Ci+td)lgP0A=AA－BA/(CA+td)=6.906－=785.78mmHglgP0B=AB－BB/(CB+td)=6.953－=302.76mmHg(其中yA=XD)(其中yB=1－yA)<ε(0.0004)α頂=P0A/P0B=785.78/302.76=2.5954t頂=81.14℃同理，根據(jù)塔底壓力及塔底殘液組成用試差法計(jì)算塔底溫度〔即泡點(diǎn)溫度〕:(1)令tb=113.30C㏒P0A=Ai－Bi/(Ci+tb)AA=6.906BA=1211CA=220.8AB=6.953BB=1344CB=219.4lgP0A=AA－BA/(CA+tb)=1911.17mmHglgP0B=AB－BB/(CB+tb)=819.03mmHg2.10699×0.0807=0.1700(其中XA=XW)0.90295×(1－0.0807)=0.8300(其中XB=1－XW)0.0001<ε(0.0004)α底=P0A/P0B=1911.17/819.03=2.3335t底=113.30℃2.3計(jì)算平均相對(duì)揮發(fā)度2.4計(jì)算最小回流比Rmin因?yàn)檫M(jìn)料狀態(tài)為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1,那么3.確定最正確操作回流比及塔板層數(shù)采用逐板法計(jì)算3.1求相平衡方程式，并化成最簡(jiǎn)的形式3.2初選操作回流比計(jì)算理論塔板數(shù)〔1〕當(dāng)=1.1×0.78=0.8時(shí),精餾段操作線(xiàn)方程提留段操作線(xiàn)方程用逐板計(jì)算法計(jì)算精餾段的板數(shù):〔平衡方程與精餾段操作線(xiàn)方程聯(lián)立逐步求解〕=0.9787X1=0.9492→y2=0.9650→X2=0.9181→y3=0.9507→X3=0.8869→y4=0.9362→X4=0.8564→y5=0.9222→X5=0.8281→y6=0.9091→X6=0.8026→y7=0.8973→X7=0.7803→y8=0.8870→X8=0.7614→y9=0.8783→X9=0.7458→y10=0.8711→X10=0.7331<XF=0.7335所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=10-1=9塊用逐板計(jì)算法計(jì)算提餾段的板數(shù):〔平衡方程與提餾段操作線(xiàn)方程聯(lián)立逐步求解〕所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=13-1=12塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為13+12=25塊同理可得：〔2〕當(dāng)=1.2×1.6173=1.9408時(shí)精餾段:所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=12-1=11塊提餾段:所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=11-1=10塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為11+10=21塊〔3〕當(dāng)=1.3×1.6173=2.1025時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=11-1=10塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=10-1=9塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為10+9=19塊〔4〕當(dāng)=1.4×1.6173=2.2642時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=10-1=9塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=10-1=9塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為n+m=9+9=18塊〔5〕當(dāng)=1.5×1.6173=2.4260時(shí)精餾段；所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=10-1=9塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為9+8=17塊〔6〕當(dāng)=1.6×1.6173=2.5877時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為8+8=16塊〔7〕當(dāng)=1.7×1.6173=2.7494時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為8+8=16塊〔8〕當(dāng)=1.8×1.6173=2.9999時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為8+7=15塊〔9〕當(dāng)=1.9×1.6173=3.0729時(shí)精餾段：所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為8+7=15塊〔10〕當(dāng)=2.0×1.6173=3.2346時(shí)精餾段:所以精餾段的理論板數(shù)為n-1=8-1=7塊提餾段:所以提餾段的理論板數(shù)為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數(shù)為7+7=14塊3.3繪制R～NT曲線(xiàn)，并根據(jù)曲線(xiàn)轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置，確定最正確回流比及最正確理論板數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：Ri為n倍Rmin全塔理論塔板數(shù)NTRi為n倍Rmin全塔理論塔板數(shù)NTR11.125R61616R21.221R71.716R31.319R81.815R41.418R91.915R51.517R102.014R～NT曲線(xiàn)根據(jù)曲線(xiàn)可知，最正確操作回流比R=R6=2.5877，最正確理論塔板數(shù)NT=16〔塊〕3.4塔板效率及全塔理論板數(shù)：t=(td+tb)/2=(111.27+148.70)/2=129.99℃μ甲苯=μ20+△μ〔t－20〕/△t=0.586+[-0.0035×〔129.99－20〕]=0.2021μ二甲苯=μ20+△μ〔t－20〕/△t=0.687+[-0.0042×〔129.99－20〕]=0.2250μL=ΣxiμLi=XFμL甲苯+XFμL二甲苯=0.4751×0.2021+0.4751×0.2250=0.2024Nｅ=NT/1.1=16/0.6535=24.48圓整為25塊4．塔板結(jié)構(gòu)計(jì)算〔設(shè)計(jì)塔頂?shù)谝粔K塔板〕塔精餾段第一塊塔板的設(shè)計(jì)：4.1塔頂實(shí)際氣液相體積流量ρ=ρ20+△ρ〔td－20〕/△t對(duì)液相來(lái)說(shuō)：ρL甲苯=ρ20+△ρ〔td－20〕/△t=869+[-0.978×〔111.27－20〕]=773.8700Kg/m3ρL二甲苯=ρ20+△ρ〔td－20〕/△t=864+[-0.875×〔111.27－20〕]=784.1388Kg/m3ρL=ΣxiρLi=ρL甲苯X1+ρL二甲苯〔1－X1〕=773.8700×0.9712+784.1388×〔1－0.9712〕=774.1657Kg/m3ML=ΣxiMi=M甲苯X1+M二甲苯〔1－X1〕=92×0.9712+106×〔1－0.9712〕=93.2554對(duì)氣相來(lái)說(shuō)：ρG=PMG/RT=PΣyiMi/RT=101.325×[XDM甲苯+〔1－XD〕M二甲苯]/8.314×〔273.15+td〕=10.325×[0.9870×92+〔1-0.9870〕×106]/8.314×〔273.15+111.27〕=2.9224Kg/m3VG=〔R+1〕DMG/ρG=〔2.5877+1〕×65.8106×92.1820/2.9224=7447.6359VL=RDML/ρL=2.5877×65.8106×93.2554/774.1657=20.51404.2塔板間距HT的選擇HT=0.45m4.3確定液汽的動(dòng)能參數(shù)查表C20=0.084σ=σ20+△σ〔t－20〕/△tσ甲苯=σ20+△σ〔t－20〕/△t=28.53+〔-0.113〕×〔129.99－20〕=27.1001σ二甲苯=σ20+△σ〔t－20〕/△t=28.99+〔-0.109〕×〔129.99－20〕=17.0011σ=Σxiσi=σ甲苯XD+σ二甲苯〔1－XD〕=27.1001×0.9870+17.0011×〔1－0.9870〕=26.9688C=C20〔σ/20〕0.2=0.084×〔26.9688/20〕0.2=0.08924.4計(jì)算液泛速度UF〔Umax〕UF=C=0.0892×〕/2.9224〕0.5=1.4584m/s4.5空塔氣速取平安系數(shù)為0.7，那么空塔氣速=0.7=0.71.4584=1.0209m/s4.6確定溢流方式選用單溢流弓形降液管，取=0.7查弓形降液管的參數(shù)圖，查取降液管面積同塔截面積的比值=0.088降液管寬度同塔徑的比值=0.144.7根據(jù)VG求DAG=VG/UG=7447.6359/(1.0209×3600)=2.0264塔截面積：塔徑：按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后D=1.8m4.8計(jì)算圓整后實(shí)際氣速=πD2/4=3.14×1.82/4=2.54m2AG=A〔1－Ad/A〕=2.54×〔1－0.088〕=2.3165UG=VG/AG=7447.6359/(2.3165×3600)=0.8931m/sUG/UF=0.8931/1.4584=0.6124m/s(在0.6～0.8范圍內(nèi))4.9在D=1.8m時(shí)，塔板結(jié)構(gòu)尺寸：堰長(zhǎng)：LW=0.7D=0.7×1.8=1.26m降液管寬度：Wd=0.14D=0.14×1.8=0.252m降液管面積：=0.088=0.088×2.54=0.2235m24.10確定溢流堰高度hw和堰上液層高度how選hw=0.05m查取液流收縮系數(shù)圖，得液流收縮系數(shù)E=1.021,選用平直堰，堰上液層高度=0.0028E0.018m=+=50+18=68mm4.11板面篩孔布置的設(shè)計(jì)〔1〕板面篩孔位置設(shè)計(jì)：板面篩孔孔徑：do=5mm孔中心距/孔徑比t/do=3孔中心距t=3d0=3×5=15mm選塔板厚度=3.5mm〔碳鋼板〕〔2〕計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積AaAa=－2Aa=2.54－2×0.2235=2.0930m2(3)求開(kāi)孔率=A0/Aa=0.907〔do/t〕2=0.907×〔1/3〕2=0.101(4)計(jì)算塔板開(kāi)孔面積A0=Aa=0.101×2.0930=0.2114(5)孔速U0=VG/A0=7447.6359/(0.2114×3600)=9.7861m/s(6)孔數(shù)N=A0/〔πdo2/4〕=(0.2114×4)/(3.14×0.0052)=10772〔個(gè)〕4.12水力學(xué)性能參數(shù)的計(jì)算、校核(1)液沫夾帶分率的校核EG==0.057×[0.8931/〔0.45－2.59×(0.05+0.018〕]/26.9688=0.0069〈0.1故在本設(shè)計(jì)液沫夾帶量EG在允許范圍內(nèi)。(2)塔板壓降①干板壓降=〔9.7860/0.892〕2〔2.9224/774.1657〕/2×9.8=0.0232m②液體靜壓降,查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得充氣系數(shù)=0.62=β〔hw+how〕=0.62×0.068=0.0422③外表壓力降=4×10-3×26.9688/〔9.8×784.1388×0.005〕=0.0028m④單板壓降△h==0.0232+0.0422+0.0028=0.0682m⑤全塔總壓降=760＋mmHg(3)液面落差△＜h0/2忽略(4)塔板漏液情況校驗(yàn)①產(chǎn)生漏液的干板壓降h0／h0／=0.0056+0.05〔hw+how〕=0.0056+0.05×0.068=0.0090②工作狀態(tài)下K=〔h0/h0／〕0.5=〔0.0232/0.009〕0.5=1.6055〉1.5故不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液5.降液管液泛情況校驗(yàn)(1)選取降液管下緣到下層塔板距離=20mmAda=0.02×lW=0.02×1.26=0.0252m2(2)液體流出降液管的阻力損失hda=1.39〔VL/3600Ada〕2/g=(3)計(jì)算液層高度Hd，泡沫層高度HdHd=△Ht+hw+how+△+hda=0.0682+0.05+0.018+0.00725=0.1435m二甲苯—三甲苯物系屬一般物系，取=0.5，Hd／=Hd/=0.1435/0.5=0.2869Hd／／(HT+hw)=0.285／(0.45+0.05)=0.57＜1故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象(4)液體在降液管中停留時(shí)間的校驗(yàn)τ=3600Hd/VL=3600×0.2235×0.1435/20.5140=5.63s>5s故降液管設(shè)計(jì)合理。6.負(fù)荷性能圖及操作性能評(píng)定6.1負(fù)荷性能圖(1)最大氣相負(fù)荷線(xiàn)〔最大允許液沫夾帶線(xiàn)〕=(2)最大液相負(fù)荷線(xiàn)以=3s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由=3得=(3)最小液相負(fù)荷線(xiàn)==3.8200(4)最小氣相負(fù)荷線(xiàn)==48940.54〔5〕降液管液泛線(xiàn)==48940.546.2綜上得VL與關(guān)系表如下：各負(fù)荷線(xiàn)方程最大氣相負(fù)荷線(xiàn)最小氣相負(fù)荷線(xiàn)最大液相負(fù)荷線(xiàn)最小液相負(fù)荷線(xiàn)降液管液泛線(xiàn)=8358.8576-171.2923=48940.54VL==3.8200=48940.54VL(m3/h)(m3/h)(m3/h)VL==3.8200(m3/h)08358.85764719.654820219.264957857.99644951.391019387.4983107563.79045082.584218984.6228157317.04205190.074718368.1082207096.76545284.167817826.6164256894.36055369.181617283.6124306705.08615447.479116583.3128356526.09495520.501315918.5708406355.46005589.226215038.86136.3根據(jù)上表相關(guān)數(shù)據(jù)，作出篩板的負(fù)荷性能圖，如下:7.操作性能的評(píng)定：7.1本設(shè)計(jì)的操作條件為=23.5140,=7447.6359，在負(fù)荷性能圖上作出操作點(diǎn)P〔,〕，連接OP，即作出操作線(xiàn)。7.2根據(jù)操作線(xiàn)同負(fù)荷性能圖的交點(diǎn)及設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算以下參數(shù)：根據(jù)負(fù)荷性能圖及操作線(xiàn)的交點(diǎn)，可以看出從圖上讀出:=14850.56，=5108.46,=40.94，=14.33?！?〕操作彈性系數(shù)〔極限負(fù)荷比〕：按氣相負(fù)荷計(jì)算：==按液相負(fù)荷計(jì)算：==〔2〕設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的安定系數(shù)〔設(shè)計(jì)負(fù)荷對(duì)極限之比〕：對(duì)氣相負(fù)荷上限：==對(duì)氣相負(fù)荷下限：==對(duì)液相負(fù)荷上限：==對(duì)液相負(fù)荷下限：==工程符號(hào)單位數(shù)據(jù)平均氣相VGm3/h7447.6359流量液相VL20.5140實(shí)際塔板數(shù)N塊25板間距HTm0.45塔徑Dm1.8空塔氣速UGm/s1.0209塔板液流型式單流型溢流裝置降液管型式弓型堰長(zhǎng)lWm1.26堰高h(yuǎn)wm0.05溢流堰寬度Wdm0.252管底與受液盤(pán)距離h0m0.068板上清液層高度Hdm0.1435孔徑d0mm5開(kāi)孔面積A0m20.2114篩孔氣速U0m/s9.7861塔板壓強(qiáng)△hm0.0682液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間τs5.63液沫夾帶分率----0.0069氣相負(fù)荷上限1.99氣相負(fù)荷下限1.46液相負(fù)荷上限KA、L--1.74液相負(fù)荷下限K/A、L--1.648.參考資料：化工原理上下冊(cè)〔譚天恩等編著〕化學(xué)工程手冊(cè)第13篇?氣液傳質(zhì)設(shè)備?煉焦化學(xué)產(chǎn)品理化常數(shù)飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)lg=Ai-Bi/(t+Ci)[mmHg]式中t：溫度，℃：飽和蒸氣壓，毫米汞柱Ai,Bi,Ci：同組分種類(lèi)有關(guān)的常數(shù)組分名稱(chēng)AiBiCi甲苯6.9531344219.4二甲苯7.0001463214.7液體的物理性質(zhì)同溫度的近似關(guān)系：性質(zhì)組分密度(kg/m3)粘度(CP)外表張力(dyne/cm)甲苯869-0.9780.586-0.003528.53-0.113二甲苯864-0.8750.687-0.004228.99-0.109結(jié)束語(yǔ)通過(guò)本次對(duì)雙組分連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)，我了解了設(shè)計(jì)要求，掌握了設(shè)計(jì)步驟，學(xué)會(huì)熟練地計(jì)算在給定原料組成及處理量、產(chǎn)品組分或別離要求的情況下的設(shè)計(jì)過(guò)程，更為以后在工作中相似的實(shí)際操作中打下根底。在此感謝老師和同學(xué)的指導(dǎo)與幫助。目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一章原始數(shù)據(jù) 1第二章設(shè)計(jì)計(jì)算 11.全塔物料恒算計(jì)算餾出液及殘液產(chǎn)量 12.塔頂溫度、塔底溫度及最小回流比的計(jì)算 22.1確定操作壓力 22.2計(jì)算塔頂溫度: 22.3計(jì)算平均相對(duì)揮發(fā)度 42.4計(jì)算最小回流比 43.確定最正確操作回流比及塔板層數(shù) 53.1求相平衡方程式 53.2計(jì)算理論塔板數(shù) 53.3繪制R～NT曲線(xiàn)、確定最正確回流比及最正確理論板數(shù) 124.塔板結(jié)構(gòu)計(jì)算 134.1塔頂實(shí)際氣液相體積流量 134.2塔板間距的選擇 144.3確定液汽的動(dòng)能參數(shù) 144.4計(jì)算液泛速度 154.5空塔氣速 154.6確定溢流方式 154.7根據(jù)VG求D 154.8計(jì)算圓整后實(shí)際氣速 154.9塔板結(jié)構(gòu)尺寸 154.10確定溢流堰高度和堰上液層高度 164.11板面篩孔布置的設(shè)計(jì) 164.12水力學(xué)性能參數(shù)的計(jì)算、校核 165.降液管液泛情況校驗(yàn) 176.負(fù)荷性能圖及操作性能評(píng)定 186.1負(fù)荷性能圖 18(1)最大氣相負(fù)荷線(xiàn) 18(2)最大液相負(fù)荷線(xiàn) PA