TOC\o"1-4"\h\z\u原始數據1.設計題目：雙組分連續精餾篩板塔的設計2.原料處理量：1.30×104kg/h3.原料組成：組分名稱苯甲苯組成〔質量分率〕0.78〔苯〔M=78kg/kmol〕,二甲苯〔M=92kg/kmol〕)4.別離要求：〔1〕：餾出液中低沸點組分的含量不低于97.5%〔質量分率〕〔2〕：餾出液中低沸點組分的收率不低于97%〔質量分率〕5.操作條件：〔1〕：操作壓力：常壓〔2〕：進料及回流狀態：泡點液體設計計算1.全塔物料恒算計算餾出液及殘液產量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根據塔頂壓力及塔頂汽相組成用視差法計算塔頂溫度〔即露點溫度〕:(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，根據塔底壓力及塔底殘液組成用試差法計算塔底溫度〔即泡點溫度〕:(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計算平均相對揮發度2.4計算最小回流比Rmin因為進料狀態為泡點進料，所以q=1,那么3.確定最正確操作回流比及塔板層數采用逐板法計算3.1求相平衡方程式，并化成最簡的形式3.2初選操作回流比計算理論塔板數〔1〕當=1.1×0.78=0.8時,精餾段操作線方程提留段操作線方程用逐板計算法計算精餾段的板數:〔平衡方程與精餾段操作線方程聯立逐步求解〕=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為n-1=10-1=9塊用逐板計算法計算提餾段的板數:〔平衡方程與提餾段操作線方程聯立逐步求解〕所以提餾段的理論板數為m-1=13-1=12塊所以該精餾塔的總理論板數為13+12=25塊同理可得：〔2〕當=1.2×1.6173=1.9408時精餾段:所以精餾段的理論板數為n-1=12-1=11塊提餾段:所以提餾段的理論板數為m-1=11-1=10塊所以該精餾塔的總理論板數為11+10=21塊〔3〕當=1.3×1.6173=2.1025時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=11-1=10塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=10-1=9塊所以該精餾塔的總理論板數為10+9=19塊〔4〕當=1.4×1.6173=2.2642時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=10-1=9塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=10-1=9塊所以該精餾塔的總理論板數為n+m=9+9=18塊〔5〕當=1.5×1.6173=2.4260時精餾段；所以精餾段的理論板數為n-1=10-1=9塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數為9+8=17塊〔6〕當=1.6×1.6173=2.5877時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數為8+8=16塊〔7〕當=1.7×1.6173=2.7494時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=9-1=8塊所以該精餾塔的總理論板數為8+8=16塊〔8〕當=1.8×1.6173=2.9999時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數為8+7=15塊〔9〕當=1.9×1.6173=3.0729時精餾段：所以精餾段的理論板數為n-1=9-1=8塊提餾段：所以提餾段的理論板數為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數為8+7=15塊〔10〕當=2.0×1.6173=3.2346時精餾段:所以精餾段的理論板數為n-1=8-1=7塊提餾段:所以提餾段的理論板數為m-1=8-1=7塊所以該精餾塔的總理論板數為7+7=14塊3.3繪制R～NT曲線，并根據曲線轉點的位置，確定最正確回流比及最正確理論板數相關數據如下表：Ri為n倍Rmin全塔理論塔板數NTRi為n倍Rmin全塔理論塔板數NTR11.125R61616R21.221R71.716R31.319R81.815R41.418R91.915R51.517R102.014R～NT曲線根據曲線可知，最正確操作回流比R=R6=2.5877，最正確理論塔板數NT=16〔塊〕3.4塔板效率及全塔理論板數：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．塔板結構計算〔設計塔頂第一塊塔板〕塔精餾段第一塊塔板的設計：4.1塔頂實際氣液相體積流量ρ=ρ20+△ρ〔td－20〕/△t對液相來說：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對氣相來說：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確定液汽的動能參數查表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VG求DAG=VG/UG=7447.6359/(1.0209×3600)=2.0264塔截面積：塔徑：按標準塔徑圓整后D=1.8m4.8計算圓整后實際氣速=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)4.9在D=1.8m時，塔板結構尺寸：堰長：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查取液流收縮系數圖，得液流收縮系數E=1.021,選用平直堰，堰上液層高度=0.0028E0.018m=+=50+18=68mm4.11板面篩孔布置的設計〔1〕板面篩孔位置設計：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〕計算開孔區面積AaAa=－2Aa=2.54－2×0.2235=2.0930m2(3)求開孔率=A0/Aa=0.907〔do/t〕2=0.907×〔1/3〕2=0.101(4)計算塔板開孔面積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N=A0/〔πdo2/4〕=(0.2114×4)/(3.14×0.0052)=10772〔個〕4.12水力學性能參數的計算、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故在本設計液沫夾帶量EG在允許范圍內。(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,查充氣系數關聯圖，得充氣系數=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①產生漏液的干板壓降h0／h0／=0.0056+0.05〔hw+how〕=0.0056+0.05×0.068=0.0090②工作狀態下K=〔h0/h0／〕0.5=〔0.0232/0.009〕0.5=1.6055〉1.5故不會產生嚴重漏液5.降液管液泛情況校驗(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故在本設計中不會發生液泛現象(4)液體在降液管中停留時間的校驗τ=3600Hd/VL=3600×0.2235×0.1435/20.5140=5.63s>5s故降液管設計合理。6.負荷性能圖及操作性能評定6.1負荷性能圖(1)最大氣相負荷線〔最大允許液沫夾帶線〕=(2)最大液相負荷線以=3s作為液體在降液管中停留時間的下限，由=3得=(3)最小液相負荷線==3.8200(4)最小氣相負荷線==48940.54〔5〕降液管液泛線==48940.546.2綜上得VL與關系表如下：各負荷線方程最大氣相負荷線最小氣相負荷線最大液相負荷線最小液相負荷線降液管液泛線=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根據上表相關數據，作出篩板的負荷性能圖，如下:7.操作性能的評定：7.1本設計的操作條件為=23.5140,=7447.6359，在負荷性能圖上作出操作點P〔,〕，連接OP，即作出操作線。7.2根據操作線同負荷性能圖的交點及設計工作點的坐標，計算以下參數：根據負荷性能圖及操作線的交點，可以看出從圖上讀出:=14850.56，=5108.46,=40.94，=14.33?！?〕操作彈性系數〔極限負荷比〕：按氣相負荷計算：==按液相負荷計算：==〔2〕設計工作點的安定系數〔設計負荷對極限之比〕：對氣相負荷上限：==對氣相負荷下限：==對液相負荷上限：==對液相負荷下限：==工程符號單位數據平均氣相VGm3/h7447.6359流量液相VL20.5140實際塔板數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lWm1.26堰高hwm0.05溢流堰寬度Wdm0.252管底與受液盤距離h0m0.068板上清液層高度Hdm0.1435孔徑d0mm5開孔面積A0m20.2114篩孔氣速U0m/s9.7861塔板壓強△hm0.0682液體在降液管內停留時間τs5.63液沫夾帶分率----0.0069氣相負荷上限1.99氣相負荷下限1.46液相負荷上限KA、L--1.74液相負荷下限K/A、L--1.648.參考資料：化工原理上下冊〔譚天恩等編著〕化學工程手冊第13篇?氣液傳質設備?煉焦化學產品理化常數飽和蒸氣壓數據lg=Ai-Bi/(t+Ci)[mmHg]式中t：溫度，℃：飽和蒸氣壓，毫米汞柱Ai,Bi,Ci：同組分種類有關的常數組分名稱AiBiCi甲苯6.9531344219.4二甲苯7.0001463214.7液體的物理性質同溫度的近似關系：性質組分密度(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結束語通過本次對雙組分連續精餾篩板塔的設計，我了解了設計要求，掌握了設計步驟，學會熟練地計算在給定原料組成及處理量、產品組分或別離要求的情況下的設計過程，更為以后在工作中相似的實際操作中打下根底。在此感謝老師和同學的指導與幫助。目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一章原始數據 1第二章設計計算 11.全塔物料恒算計算餾出液及殘液產量 12.塔頂溫度、塔底溫度及最小回流比的計算 22.1確定操作壓力 22.2計算塔頂溫度: 22.3計算平均相對揮發度 42.4計算最小回流比 43.確定最正確操作回流比及塔板層數 53.1求相平衡方程式 53.2計算理論塔板數 53.3繪制R～NT曲線、確定最正確回流比及最正確理論板數 124.塔板結構計算 134.1塔頂實際氣液相體積流量 134.2塔板間距的選擇 144.3確定液汽的動能參數 144.4計算液泛速度 154.5空塔氣速 154.6確定溢流方式 154.7根據VG求D 154.8計算圓整后實際氣速 154.9塔板結構尺寸 154.10確定溢流堰高度和堰上液層高度 164.11板面篩孔布置的設計 164.12水力學性能參數的計算、校核 165.降液管液泛情況校驗 176.負荷性能圖及操作性能評定 186.1負荷性能圖 18(1)最大氣相負荷線 18(2)最大液相負荷線 PA