苯——乙苯浮閥精餾塔研發(fā)設(shè)計書

1、目錄一、 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 1二、 設(shè)計題目及原始條件 2 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。三、 前言3 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。四、 物料衡算 4 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。五、 熱量衡算 4 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。六、 塔板工藝尺寸計算 （精餾段 ）6 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1、塔徑 7 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。2、溢流裝置 7 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。3、塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 7煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。七、 塔板流體力學驗算 8 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。1、氣相通過 浮閥塔板的壓強降 8籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2、淹塔8 預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。3、霧沫夾帶 8 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。八、 塔板負荷性能圖 8鐃誅

2、臥瀉噦圣騁貺頂廡。1、霧沫夾帶線 8擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2、液泛線 9贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3、液相負荷上限線 9 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。4、漏液線9 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。5、液相負荷下限線 9買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。九、計算結(jié)果十、塔板工藝尺寸， 流體力學驗算， 負荷性能圖 （提餾段 ） 10十一、參考文獻 13課程設(shè)計任務(wù)書題目 ：設(shè)計一個分離苯乙苯雙組分均相混合液的常壓連續(xù)浮閥精餾塔。工藝條件及數(shù)據(jù)：原料液量13000kg/h,含苯42%（質(zhì)量分率，下同）, 料液可視為理想溶液；餾出液含苯 98%，殘液含乙苯 97%；泡點進料。操作條件： 常壓操作；回流液溫度為塔頂蒸汽露點；間接蒸汽加

3、熱，加熱蒸汽壓力為 5kgf/cm2（絕壓）；冷卻水進口溫度30C，出口溫度40C;設(shè)備熱損失為加熱蒸汽供熱量的 5%。設(shè)計內(nèi)容：物料衡算，熱量衡算；塔板數(shù)，塔徑計算；溢流裝置，塔板設(shè)計；流體力學計算，負荷性能圖。設(shè)計成果： 設(shè)計說明書一份;設(shè)計圖紙三張為：浮閥塔工藝條件圖，塔盤布置圖，負荷性能圖1、設(shè)計題目設(shè)計一個分離苯乙苯雙組分均相混合液的常壓連續(xù)浮閥精餾塔2、原始數(shù)據(jù)：工藝條件及數(shù)據(jù)：原料液量13000kg/h,含苯42%（質(zhì)量分率，下同），料液可視為理想 溶液；餾出液含苯 98%，殘液含乙苯 97%；泡點進料。操作條件 ：常壓操作；回流液溫度為塔頂蒸汽露點；間接蒸汽加熱，加熱蒸汽壓力為

4、 5kgf/cm2（絕壓）；冷卻水進口溫度30C，出口溫度40C；設(shè)備熱損失為加熱蒸汽供熱量的 5%。前言在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。它的應(yīng)用 面廣，量大。據(jù)統(tǒng)計，塔設(shè)備無論其投資費用還是所消耗的鋼材重量，在整個過程設(shè)備中所占的比例 都相當高。塔設(shè)備的作用是實現(xiàn)氣（汽）液相或液液相之間的充分接觸，從而達到相際間進行傳 質(zhì)及傳熱的目的，塔設(shè)備廣泛用于蒸餾，吸收，介吸（氣提） ，萃取，氣體的洗滌，增濕及冷卻等單 元操作中，它的操作性能好壞，對整個裝置的生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量，質(zhì)量，成本以及環(huán)境保護， “三廢” 處理等都有較大的影響。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。

5、目前，塔設(shè)備的種類很多，對塔設(shè)備進行分類：按操作壓力分有加壓塔，常壓塔，減壓塔；按 單元操作分有精餾塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反應(yīng)塔，干燥塔等；按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分有填料塔，板 式塔。目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的還是填料塔和板式塔。 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。填料塔屬于微分接觸型的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 塔內(nèi)以填料作為氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件。 液體在填料 表面呈膜狀自上而下流動， 氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動， 并進行氣液兩相間的傳質(zhì)和傳 熱。兩相的組分濃度或溫度沿塔高呈連續(xù)變化。板式塔是一種逐級（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔內(nèi) 以塔板作為基本構(gòu)件， 氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過塔板上的液層， 使氣液

6、相密切接觸 而進行傳質(zhì)與傳熱，兩相的組分濃度呈階梯式變化。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。填料塔和板式塔均可用于蒸餾，吸收等氣液傳質(zhì)過程，但兩者之間選型時應(yīng)考慮諸多方面。 在進行選型時以下情況可以優(yōu)先考慮填料塔： 在分離程度要求較高的情況下， 因某些新型填料具 有很高的傳質(zhì)效率，故可以采用新型填料塔以降低塔的高度；對于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型 填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；具有腐蝕性的物料，可選用填料 塔，因為填料塔可采用非金屬材料，如陶瓷，塑料等；容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔，因為在填 料塔內(nèi)，氣相主要不以氣泡形式通過液相，可減少發(fā)泡的危險，此外，填料還可以使泡沫破碎

7、。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。下列情況可優(yōu)先選用板式塔：塔內(nèi)液體滯液量較大，要求塔的操作負荷變化范圍較寬，對進料濃度變化要求不敏感，要求操作易于穩(wěn)定；液相負荷較小，因為這種情況下，填料塔會由于填料表面濕潤不充分而降低其分離效率；含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因為板式塔可選用液流通 道較大，堵塞的危險較小；在操作過程中伴隨有放熱或需要加料的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱 組件，如加熱盤管；需要多個進料口或多個側(cè)線出料口。這是因為一方面板式塔的結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)， 此外，塔板上有較多的滯液量，以便與加熱或冷卻管進行有效地傳熱。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。實踐證明，在較高壓力下操作的蒸餾塔仍讀采用板式塔，因為在

8、壓力較高時，塔內(nèi)氣液比過小，以 及由于氣相返混劇烈等原因，填料塔的分離效果往往不佳。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。一板式塔的種類很多，按塔板的結(jié)構(gòu)可以分為：泡罩塔，篩板塔，浮閥塔，舌形塔等。目前應(yīng)用最廣 泛的是篩板塔和浮閥塔。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。泡罩塔是工業(yè)應(yīng)用最早的板式塔。它的優(yōu)點是操作彈性大，因而在負荷波動范圍較大時，仍能保持 塔的穩(wěn)定操作及較高的分離效率；氣液比的范圍大，不易堵塞等。其缺點是結(jié)構(gòu)發(fā)雜，造價高，氣相 壓降大，以及安裝維修麻煩等。目前只在某些情況如生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定性要求高，要求有相當穩(wěn) 定的分離能力等時才考慮使用。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。浮閥塔因具有優(yōu)異的綜合性能，在設(shè)計和選用

9、塔型時常被首選的板式塔。優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，比 泡罩塔提高20% 40%;操作彈性大，在較寬的氣相負荷范圍內(nèi)，塔板效率變化較小，其操作彈 性較篩板塔有較大的改善；塔板效率較高，因為它的氣液接觸狀態(tài)較好，且氣體沿水平方向吹入液 層，霧沫夾帶較??；塔板結(jié)構(gòu)及安裝較泡罩塔簡單，重量較輕，制造費用低，僅為泡罩塔的60% 80%左右。其缺點：在氣速較低時，仍有塔板漏液，故低氣速時板效率有所下降；浮閥閥片有 卡死吹脫的可能，這會導致操作運轉(zhuǎn)及檢修的困難；塔板壓力降較大，妨礙了它在高氣相負荷及真 空塔中的應(yīng)用。 凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。篩板塔也是應(yīng)用歷史較久的塔型之一，與泡罩塔相比，篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，成本低，板效

10、率提高10%15%，安裝維修方便。近年發(fā)展了大篩孔，導向篩板等多種篩板塔。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。無降液管塔是一種典型的氣液逆流式塔，塔盤上無降液管。優(yōu)點是：由于沒有降液管，所以結(jié)構(gòu) 簡單，加工容易，安裝維修方便；因節(jié)省了降液管所占的塔截面，允許通過更多的蒸汽量，因此生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20% 100% :因為塔盤上開孔率大，柵縫或篩孔處的氣速比溢流式塔盤小， 所以壓降小，比泡罩塔低40% 80%，可用于真空蒸餾。缺點：板效率比較低，比一般板式塔低30% 60%，但因這種塔盤的開孔率大，氣速低，形成的泡沫層高度較低，霧沫夾帶量小，所以可 以降低塔板的間距，在同樣分離條件下，塔總高與泡罩塔基本；操

11、作彈性較小，能保持較好的分離 效率時，塔板負荷的上下限之比約為2.5 3.0。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。舌型塔是應(yīng)用較早的斜噴射型塔。結(jié)構(gòu)簡單，安裝檢修方便，但這種塔負荷彈性較小，塔板效率較 低，因此使用受到一定限制。碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。物料衡算：1進料組成：Xf= (42/78)/( 42/78+58/76 )=0.4960Xd= (98/78)/( 98/78+2/106)=0.9852Xw= ( 3/78)/( 3/78+97/106 )=0.04032原料液的平均摩爾質(zhì)量：Mf= 0.4960*78 + (1 0.4960) *106 = 92.1123全塔的物料衡算： F=13000/

12、92.112 =141.13 Kmol/hF= D+WF Xf =D X d +W X w把已知數(shù)據(jù)帶入上式，得141.3=D+W141.3*0.4960=D*0.9852+W*0.0403解得D=68.06 Kmol/h W=73.07 Kmol/h熱量衡算：求相對揮發(fā)度：Lg Po = A B/(t+C)查表得：ABC苯6.0231206.35220.24將P=101.325 KPa代入式，在分別代入苯和乙苯的A,B,C o求得苯的沸點為 80.0488C，乙苯的沸點為136.1520Co閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。Lg Pao = 6.023 1206.35/ (136.1520+220.24

13、)得Pao=434.614氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。Lg Pbo = 6.079 1421.9 / ( 80.0488 +212.93)得Pb°=16.815釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。乙苯6.0791421.91212.93在80.0488C 136.1520 C間分成七段:t808896104112120128136Pao101.325128.626161.560200.657246.627300.203362.131434.614Pbo16.81522.59229.94339.12850.46064.28480.969101.325x10.7430.5420.3850.2590.1570

14、.0720y10.9430.8650.7620.6310.4650.2570a6.02585.69355.39545.12824.88754.67004.47254.2893乙苯6.0791421.91212.931/6a m = (5.6935*5.3954*5.1285*4.8875*4.6700*4.4725)= 5.02 慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。作t x y圖，見附圖一，由 Xd=0.9852 , Xw=0.0403 查得：塔頂t=82.5 C 塔底t=1295C , 諺辭調(diào)擔鈧諂動禪瀉類。由手冊 查得，t=82.5 Cb乙苯=20 mN/m苯=21 mN/m嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。t=1

15、29.5 C b 乙苯=14.9 mN/mb 苯=15 mN/m6頂=b 苯*Xd+ b 乙*(1 Xd )= 21*0.9852+20*(1 0.9852) =20.9852 mN/m 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。6底=b 苯*Xw+ b 乙苯*(1 Xw )= 15*0.0403+14.9*(1 0.0403) =14.90403 mN/m 鶼漬螻偉2.求Rmin ,Nmin閱劍鯫腎邏蘞。Xd) / ( 1 Xf 廠Rmin =: 1/ (a 1)* :Xd / Xf a ( 1=:1 /( 5 1) * : 0.9852/ 0.4960 5 (1 0.9852)/( 1 0.4960) =0.

16、46 紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。1= 3.55穎芻莖峽餑億Nmin = Lg X d /(1 Xd)*(1 Xw)/ Xd/ Lg a m 1=Lg0.9852/(1 0.9852)*(1 0.0403)/0.0403 / Lg 5.02頓裊賠瀧。3通過 R=1.1 7.5 Rmin，求 (R Rmin) / ( R+1 ),根據(jù)李德方程式 Y=0.545827 0.591422X+0.002743/X，求出(N Nmin) / ( N+2 )畫RN圖，見附圖二 ：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.03.06.07.07.5(R - Rmin )/(R

17、+1)0.0310.0590.0860.1120.1360.1590.1810.2010.2210.2400.3870.6120.6540.654(N Nmin )/(N + 1)0.620.560.530.500.490.470.450.440.430.420.320.190.180.16R0.5060.5520.5980.6440.6900.7360.7820.8280.8740.9201.382.763.223.45N12.6110.619.819.108.888.478.097.917.747.576.164.854.774.76由圖得， Ropt = 0. 640Nopt = 9.5

18、104塔高在塔頂，塔底溫度下的粘度2,如下表:82.5 C129.5 C苯0.306 cp0.172 cp乙苯0.388 cp0.232 cp底=0.172 Xw +0.232(1 Xw) =0.230cp=( 頂 + 底)/2= 0.268 cp全塔效率 Et =0.49( a i )'0.245 =0.455NP = NT / ET =10/0.455=22塊Z =( NP 1)* HT =(221)*0.45 =9 m5.求 Ls , Vs精餾段： M=78* X D +106* (1XD)=78*0.9852+106*(1 0.9852) = 78.41 g/mol 銚銻縵嚌鰻

19、鴻鋟 謎諏涼。由化工原理上冊附錄查得 ，20 C時，p苯=880 Kg/m3 , p乙苯=867Kg/m3擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。由于液體密度隨溫度變化不大，因此可視為定值。3p L =880 XD +867(1XD)=880*0.9852+867*(1 0.9852)=879.81 Kg/m 3賠荊紳諮侖驟遼輩襪 錈。p v =PM/RT 頂=101.325*78.41/ 8.315*(273+82.5)= 2.69Kg/m3塤礙籟饈決穩(wěn)賽*冊庫。對精餾段進行物料衡算：V =L+D= (R+1 )D =(0.640 +1)*68.06 = 111.61 Kmol/hL =RD =0.640 *

20、68.06 =43.55 Kmol/hVs =V *M/ 3600*p V/3600*p L = 43.55*78.41 / 3600*879.81=0.0011M'= 78*0.0403+106*(1 0.0403) =104.87 g/mol=880 X w +867(1 Xw)=880*0.0403+867*(1 0.0403)=867.52=112.02*78.41 / 3600*2.69 =0.904Ls =L*M提餾段： p'L3m3 / s 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。3m3 / s倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。Kg/m 3 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。=PM '/RT 第=

21、101.325*104.87/ 8.315*(273+129.5)= 3.17p 'VV'=V =111.61 Kmol/h3 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻Kg/m 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻m3 / s 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。 m3 / S鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。 0.9852) 櫛緶歐鋤棗鈕種鵑= 38374.58KJ/Kmol對精餾段：Q =V* y =w 水 *CPC *(t2 t1)w 水 = V* y / CPC *(t2 t1)=111.61*42268.98/ 4.174*(40 30)=1 13024.45Kg/h 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。對提餾段：L'= L+qF=

22、43，55+1*141.13 = 185.16 Kmol/hV's=V '*M /3600*p'V =111.61*104.87 / 3600*3.17=1.029L's=L'*M/ 3600* p 'L = 43.55*104.87 / 3600*867.52=0.00626.熱量衡算由手冊 查得：82.5 C 丫 苯=129Kcal / Kg=42260.4 KJ/Kmol丫乙苯=10.2 Kcal / g 分子=42840 KJ/Kmol129 C 丫苯=152.8Kcal / Kg=50057.28KJ/Kmol丫乙苯=9.02Kcal

23、/ g 分子=37884KJ/Kmol丫頂=丫苯 *Xd + y 乙苯(1 X d)=42260.4*0.9852+42840*(1瑤錟。= 42268.98KJ/Kmol丫底=丫苯 *Xw+ 丫乙苯(1 X w)=50057.28*0.0403+37884*(1 0.0403)轡燁棟剛殮攬瑤 麗鬮應(yīng)。y 加 =(2258.4 KJ/Kg) /(1/18 Kmol/Kg) =40651.2 KJ/Kmol 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。Q，= V ' 丫 ' +Q L = V 加* 丫 加V* 丫 ' = 0.95 V 加 * 丫 加V 加 =V* 丫 '0.95 丫加

24、 =111.61*38374.58/0.95*40651.2=110.90 Kmol/h 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。精餾段塔板工藝尺寸計算:1.塔徑：欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速U ，而 U =(安全系數(shù)) * UmaxUmax = C* ( p L p V ) /p V"2C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，橫標的數(shù)值為：(Lh / Vh) *(p L / p V ) 1/2 =(0.0011/ 0.904) *(879.8/ 2.69) 1/2 =0.022 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。取板間距 HT = 0.045 m ，取板上液層高度 hL = 0.05 m ，則圖中參數(shù)值為 HT hL = 0.45

25、 0.05 =0.40 md =21 mN/m ，校正，即 C =m/s 稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。 m 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。2m根據(jù)以上數(shù)值，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C20 =0.085 。因物系表面張力0.2C20 (b /20) . = 0.086，貝y Umax = 1.553 m/s鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。取安全系數(shù)為 0.8，貝空塔氣速為U =0.8* U max = 0.8*1.553 = 0.9631/2 1/2塔徑 D =(4* Vs / n u)= (4*0.904 / n *1.242 )= 0.963按標準塔徑圓整為D = 1 m ,則塔截面積At = n D2 /4 = 0.7

26、85實際空塔氣速 u =0.904/ 0.785 =1.51 m/s2溢流裝置 選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰。各項計算如下: 堰長lw :取堰長lw = 0.6 D，即lw = 0.6*仁0.6m 出口堰咼hw : hw =hL how，采用平直堰，堰上液層高度how可依2/3hOW = (2.84/1000) *E*(L h/ Iw )計算，近似取 E=1，則可根據(jù)化工原理下冊列線圖3-查出 how 值。 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。因 lw =0.6 m , Lh =0.0011*3600 = 3.96 m 3 /h，由該圖查得 how = 0.01 m，貝U hw = 0.04 m。 堰高

27、hw 一般在0.03 0.05 m范圍內(nèi)，因此符合要求。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團藺。 弓形降液管寬度Wd和面積Af :用化工原理下冊圖 3-10求取 Wd及Af，因為2lw / D =0.6，由該圖查得: Af / AT= 0.0550， wd / D = 0.110，則 Af = 0.550*0.785 = 0.043 m 2 懨 俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。wd = 0.110*1 =0.110 m依下式驗算液體在降液管中停留時間，即0 = 3600* A f * Ht / Lh = Af * Ht / Ls = 0.043*0.110 / 0.011 = 17.59 s 謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。停留時間

28、0 >5 s，故降液管尺寸可用。 降液管底隙高度 ho: 依下式知:ho=Lh / (3600*lw * u'o ) = Ls / (lw * u'o ) 咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。取降液管底隙處液體流速u'o = 0.08 m/s ，則 ho = 0.0011 / ( 0.6*0.08 ) =0.029 m 取 ho=0.03 m 小塔一般取2530 mm,故符合要求。瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴減。3塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動能因子F。= 12，用下式求孔速Uo ,1/2 1/2Uo = Fo /( p V )= 12 /(2.49 )= 7.32 m/s依下式求每層

29、塔板上的浮閥數(shù),即N = Vs /( n * d2。* Uo /4 ) = 0.904/( n * 0,0392* 7.32 /4 )= 103 麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。取邊緣區(qū)寬度 wC = m ,破沫區(qū)寬度 ws = m 。依下式計算塔板上的鼓泡區(qū)面積,即2 2 1/2 2As = 2*x*( R X )+ n * R * arcsin (x/R) / 180R =D/2 wC = 1.0/2 0.04 =0.46 mx = D/2 (wd + ws )= 1.0/2 (0.110+ 0.06)=0.33 m 納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。2 2 1/2 2 2As =2*0.33* (0.46 0

30、.33 )+ n *0.46 * arcsin (0.33/0.46) / 180= 0.550 m 風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。取同一橫排的孔心距t = 75 mm=0.075 m ,則可按下式估算排間距t'即t' = As / (N*t) = 0.550/(103*0.075) =0.072 m= 72 mm 滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹?？紤]到塔的餓直徑較大 ,必須采用分快式塔板 ,而各分快板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用72 mm，而應(yīng)小于此值，故取 t' = 65mm = 0.065 m 。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。按

31、t=75 mm， t'= 65 mm 以等腰三角形叉排方式作圖，見附圖三,排得閥數(shù) 95 個。按 N= 95 重排核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 2uo = 0.904 / n * ( 0.039)*95 /4= 7.97m/s1/2Fo = 7.97*( 2.69) 1/2 = 12閥孔動能因數(shù) Fo 變化不大，仍在 9 12范圍內(nèi)。塔板開孔率 = u / uo = 1.242 /7.97* 100% = 15.58%攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。塔板流體力學驗算 ：1.氣相通過浮閥塔板的壓強降可根據(jù)下式計算塔板壓強降，即hp = he + hi + h。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。 干板阻力：由下式計

32、算，即Uoc = (73.1 / p V)1.825 = (73.1/2.69) 1.825= 6.10m/s夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。因 uo >uoc ，故按下式計算干板阻力，即22he =5.34* p v *u o / ( p l *2 *g )= 5.34*2.69 *8.45/ (879.81*2 *9.81 ) = 0.059 m 液柱視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。o= 板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離苯和乙苯的混合液，即液相為碳氫化合物，可取充氣系數(shù)0.5。根據(jù)下式知，h1 = £ o * hL =0.5 * 0.05 = 0.025m液柱偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。 液體表面張力所

33、造成的阻力：此阻力很小，可忽略不計。 因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨葹閔p =0.059+ 0.025= 0.084 m 液柱725.0 pa 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。HdW $ (Ht + hw ) 。Hd 可則 單板壓降 PP = hP *p L *g =0.084*879.81*9.812淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度,用下式計算，即Hd =hp +hL +hd騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。 與氣體通過塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨萮p :前已算出hp = 0.084 m液柱 液體通過降液管的壓頭損失：因不設(shè)進口堰，故按下式計算，即2hd = 0.153

34、*(LS / lW * ho ) 2 鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。0.153*20.0011 / 0.6 * 0.026) 2= 0.00076 m 液柱 癘騏 板上液層高度：前以選定板上液層高度為hL =0.050 m則 Hd = 0.084+ 0.05+0.00076= 0.135 m取 0 = 0.5 ，又已選定 Ht = 0.45 m, hw =0.04m。貝U$(HT + hW ) = 0.5( 0.45+0.04) = 0.245 m可見HdW $ ( ht + hw ),符合防止淹塔的要求。3霧沫夾帶按下式計算泛點率，即1/2泛點率 = VS *p V/(p Lp V) 1/2 +1.36

35、 LS ZL /K e F AT * 1 00%鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘?；?泛點率 = VS *p V/(p Lp V) 1/2/0.78K eF AT *100%板上液體流徑長度ZL =D2 wd = 1 2* 0.11= 0.78 m2 板上液流面積 Ab = At 2 Af = 0.785 2* 0.043=0.699 m榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。苯和乙苯正常系統(tǒng)，可按表史密斯關(guān)聯(lián)圖取物性系數(shù) K=1.0 ，又由化工原理下冊圖 3-13查得泛 點負荷系數(shù) eF = 0.126 ，將以上數(shù)值代入下式得 邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。泛點率 = 0.908* 2.69 /( 879.81 2.69 ) 1

36、/2 +1.36 *0.0011 * 0.78/ 1.0*0.126* 0.699*100%嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。= 58.36%又得泛點率 =0.908* 2.69 /( 879.81 2.69) 1/2 / 0.78 *1.0*0.126* 0.785*100%該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。=65.18%根據(jù)上式計算出的泛點率都在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev < O.IKg (液)/Kg (氣)的要求。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。塔板負荷性能計算：1霧沫夾帶線依下式做出，即泛點率 = V S * p v/ ( p L p V) 1/2 +1.36 Ls Zl /K C f At *10

37、0% 臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。按泛點率為80%計算如下：泛點率= Vs * 2.69/( 879.81 2.69 )1/2 +1.36 * Ls * 0.78/ 1.0*0.126 *0.699*100%鰻順褸悅漚縫輾屜鴨騫。= 80 %整理得 Vs =1.28219.29* Ls 由式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個Ls值，依式算出相應(yīng)的Vs值列與下表中。據(jù)此可做出霧沫夾帶線。穡釓虛綹滟鰻絲懷紆濼。3Ls / m /s)0.00190.0023Vs / m /s)1.261.242液泛線聯(lián)立三式，得0/Ht + hw ) = hp +hL+ hd =he +h1 +ho+hL +hd

38、隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。由上式確定液泛線。忽略式中ho，將各式帶入上式，得2 20 / Ht + hw ) =5.34* p v *u o / / p l *2 *g ) +0.153 / Ls / Iw ho )+ /1+ £ o) hw + / 2.184/1000)2/3*E /3600 Ls / Iw )浹繢膩叢著駕驃構(gòu)碭湊。因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，貝V Ht , hw , ho , I w , p V , p L , S o及0等均為定值， 而Uo與Vs又有如下關(guān)系，即 u o = Vs / / n * d2o * N /4 ) =9.306Vs 式中閥孔數(shù) N與孔徑d

39、o亦 為定值，因此可將上式簡化成Vs與Ls的如下關(guān)系：鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。222/3Vs = 2.57 8731.94 Ls 19.58 Ls 愜執(zhí)緝蘿紳頎陽灣愴鍵。在操作范圍內(nèi)任取若干個 Ls值，依式 算出相應(yīng)的Vs值列入下表:3Ls / / m /s)0.0010.00150.0020.0033Vs /m /s)1.541.501.461.39根據(jù)表中數(shù)據(jù)做出液泛線。3液相負荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于35 s。易下式知液體停留時間為0 =3600* Af * Ht / Lh = 3 5 s貞廈給鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。以B =5s作為液體在降液管中停留時間的下限，則/

40、Ls ) max= Af * H t /5 =0.043 * 0.45/ 5 = 0.0039 m /s嚌鰭級廚脹鑲銦礦毀蘄。求出上限液體流量Ls值(常數(shù))。在Vs Ls圖上液相負荷上限線為與氣體流量Vs無關(guān)的豎直線。薊鑌豎牘熒浹醬籬鈴騫。4. 漏液線對于F1型重閥，依式F。= u o * / p v ) 1/2 = 5計算，則u o =5/ / p v ) 1/2。齡踐硯語蝸鑄轉(zhuǎn)絹攤濼。又知Vs =/ n /4) * d2o* N * uo ,則得Vs =/ n /4) * d2o* N *5/ pv ) 1/2 以Fo =5作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，則2 2 1/2 一/ Vs ) mi

41、n = / n /4) * d o * N * u o = / n /4) * d o * N *5/ / p v )紳藪瘡顴訝標販繯轅賽。21/23=(n /4) * (0.039)*90*5/ (2.69 ) = 0.328 m /s飪籮獰屬諾釙誣苧徑凜。據(jù)此做出與液體流量無關(guān)的水平漏液線。5. 液相負荷下限線 取堰上液層高度how = 0.006 m作為液相負荷下限條件，依 how的計算式 計算出LS的下限值，依次做出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。烴斃潛籬賢擔視蠶賁粵。2/3(2.184/1000) *E*3600( Ls ) min/ lw =0.0062/33取 E=

42、1，則(Ls ) min = ( 0.006 *1000 ) / ( 2.84*1 ) * (0.6/3600) = 0.0005 m /s鋝豈濤軌躍輪蒔講嫗鍵。根據(jù)式可分別做出塔板負荷性能圖上的五條線，如附圖四。由塔板負荷性能圖可以看出： 任務(wù)規(guī)定的氣，液負荷下的操作點P (設(shè)計點)，處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 塔板的氣相負荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。 按照固定的液氣比，由塔板負荷性能圖查出塔板的氣相負荷上限(Vs ) max= 1.258 m3/s ,氣相負荷下限(Vs ) min = 0.39 m3/s，所以操作彈性 =1.25 / 0.44 = 3.13擷偽氫鱧轍冪聹

43、諛詼龐?，F(xiàn)將計算結(jié)果列表:項目精餾段數(shù)值及說明備注塔徑D/m1.00板間距Ht /m0.45塔板形式單溢流弓形降液管分快式塔板空塔氣速u / ( m/s)1.242堰長lw /m0.6堰咼hW/m0.04板上液層咼度 hL /m0.05降液管底隙高度 ho /m0.029浮閥數(shù)N /個95等腰三角形叉排閥孔氣速u °/ (m/s)7.97閥孔動能因數(shù)F。12臨界閥孔氣速u -/ (m/s)6.10孔心距t /m0.075指同一橫排的孔心距排間距17m0.065指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降厶Pp /Pa725.0液體在液降管內(nèi)停留時間0 /s17.59液降管內(nèi)清液層高度Hd /m0

44、.135泛點率%58.36氣相負荷上限(Vs)max/ ( m3/s)1.25霧沫夾帶控制氣相負荷下限(Vs)min/ ( m3/s)0.40漏液控制操作彈性3.13提餾段塔板工藝尺寸計算：1.塔徑：欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速U ,而 U =(安全系數(shù))* UmaxUmax = C* ( p L - P V ) /p v"C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出，橫標的數(shù)值為：(Lh / Vh) * ( p L / p V ) 1/2 =(0.0062/ 1.026) * (867.52/ 3.17) 1/2 =0.10 蹤飯夢摻 釣貞綾賁發(fā)蘄。取板間距 HT =0.5 m ，取板上液層高度 hL =

45、0.07m ，則圖中參數(shù)值為 HT hL = 0.43m根據(jù)以上數(shù)值，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C20 =0.095。因物系表面張力 d =15 mN/m ，校正，即C =0.2C20 (d /20)0.2 = 0.090 ，則 umax = 1.49 m/s 婭鑠機職銦夾簣軒蝕騫。取安全系數(shù)為 0.6，則空塔氣速為u = 0.8 * umax =1.192m/s塔徑 D =(4* Vs / n u) 1/2 = (4*1.03 / n *1.00) 1/2 = 1.04 m 譽諶摻鉺錠試監(jiān)鄺儕瀉。22按標準塔徑圓整為D = 1.0 m ,則塔截面積 At = n D /4 = 0.7854 m儔聹執(zhí)

46、償閏號燴鈿膽賾。實際空塔氣速 u = 1.026 /0.7854 =1.306 m/s2溢流裝置選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰。各項計算如下： 堰長lw :取堰長lw = 0.8 D，即lw = 0.8m 出口堰咼hW : hw =hl 一 how，米用平直堰，堰上液層高度how可依2/3hOW =(2.84/1000) *E*(L h/ Iw ) 計算，近似取E=1，則可根據(jù)化工原理下冊列線圖 3-9查出 how 值。 縝電悵淺靚蠐淺錒鵬凜。因 Iw =0.8m , Lh =0.0062*3600 = 22.32 m3 /h,由該圖查得 hoW = 0.026 m ,貝U hW =0.07

47、-0.026=0.044m。堰高hw 一般在0.03 0.05 m范圍內(nèi)，因此符合要求。驥擯幟褸饜兗椏長絳粵。 弓形降液管寬度Wd和面積Af :用化工原理下冊圖 3-10求取 Wd及Af，因為lw / D = 0.716 ,由該圖查得： Af / AT= 0.106 , wd / D = 0.146 ,則 Af =0.106*0.7854 =0.0835 m2癱噴導閽騁艷搗靨驄鍵。wd = 0.146D=0.146 m依下式驗算液體在降液管中停留時間,即0 = 3600* Af * Ht / Lh = Af * Ht / Ls = 0.0835 *0. 5 /0.0062 =6.7s 鑣鴿奪圓

48、鯢齙慫餞離龐。停留時間0 >5 s，故降液管尺寸可用。 降液管底隙高度ho:依下式知: ho=Lh / (3600*lw * u'o ) = Ls / (lw * u'o)欖閾團皺鵬緦壽驏頦蘊。取降液管底隙處液體流速u'o= 0.25 m/s ,則 ho = 0.0062/ (0.8 *0.25 ) = 0.031m 符合要求 遜輸吳貝義鰈國鳩猶騸。3. 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列取閥孔動能因子Fo = 12，用下式求孔速 Uo ,1/2 1/2Uo = Fo / ( p V )= 12/ (3.18)= 6.73 m/s依下式求每層塔板上的浮閥數(shù),即N = Vs

49、/( n * d2。* Uo /4 ) = 1.03 /( n * (0.039) 2 * 6.73 /4 )= 128.2 129 幘覘匱駭儺紅鹵齡鐮瀉。取邊緣區(qū)寬度 wC = 0.04 m ,破沫區(qū)寬度 ws =0.06 m 。依下式計算塔板上的鼓泡區(qū)面積,即 誦 終決懷區(qū)馱倆側(cè)澩賾。2 2 1/2 2Aa = 2*x*( R x )+ n * R * arcsin (x/R) / 180R =D/2 wC = 1.0/2 0.04 = 0.56mx = D/2 (wd + ws ) =1.0/2 ( 0.146+0.06) = 0.294 m2 2 1/2 2 2Aa =2*0.294*

50、(0.56 0.294 )+ n * 0.56 * arcsin ( 0.294/0.56) / 180=0.742 m 醫(yī)滌侶綃噲睞齒辦銩凜。浮閥排列方式采用等腰三角形叉排。 取同一橫排的孔心距 t =75 mm=0.075 m ,則可按下式估算 排間距 t'即 t' = Aa /(N*t) =0.756/(129*0.075) = 0.077 m=77mm 臚當為遙頭韙鰭啰暈糞。考慮到塔的餓直徑較大 ，必須采用分快式塔板 ，而各分快板的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用77mm,而應(yīng)小于此值，故取t" =65 mm = 0.065 m。鴣湊鸛齏

51、嶇燭罵獎選鋸。按 t=75 mm, t'= 65 mm 以等腰三角形叉排方式作圖,如附圖五,排得閥數(shù) 107 個。按 N= 129 重排核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 2uo = 1.03/ n * (0.039 )* 107/4 = 7.06 m/s 筧驪鴨櫨懷鏇頤嶸悅廢。1/2Fo =7.06*( 3.17 ) 1/2 =12.0閥孔動能因數(shù) Fo 變化不大，仍在 912 范圍內(nèi)。塔板開孔率 = u / uo = 0.912 / 7.06 * 100% =12.9%塔板流體力學驗算 ：1.氣相通過浮閥塔板的壓強降可根據(jù)下式計算塔板壓強降，即hp = hc+hi + h。韋鋯鯖榮擬滄閡懸贖

52、蘊。 干板阻力：由下式計算，即u°c = (73.1 /p v ) 1.825 = (73.1/3.17 ) 1.825=5.58 m/s濤貶騸錟晉鎩錈撳憲騸。因 uo >uoc ，故按下式計算干板阻力，即22he =5.34* p v *u o / ( p l *2 *g ) = 5.34* 3.17*6.69/ (867.5Z2 *9.81 ) = 0.045 m 液柱鈿蘇饌?cè)A檻榪鐵樣說瀉。o= 板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離苯和乙苯的混合液，即液相為碳氫化合物，可取充氣系數(shù)0.5。根據(jù)下式知，h1 = £ o * hL =0.5 * 0.07= 0.035m液柱戧

53、礱風愴澆鄖適濘嚀贗。 液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，可忽略不計。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨葹閔P =0.045+ 0.035= 0.080單板壓降 PP = h P * p L *g =m 液柱0.080*867.52*9.81=680.83 Pa 購櫛頁詩燦戶踐瀾襯鳳。2淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度，HdW 0(Ht + hw ) 。Hd可用下式計算，即出= hp +hL +hd囁奐闃頜曖躑谫瓚獸糞。 與氣體通過塔板的壓強降所相當?shù)囊褐叨萮p :前已算出hp = 0.080 m液柱 液體通過降液管的壓頭損失：因不設(shè)進口堰，故按下式計算，即22hd = 0.153* ( Ls / lw * ho ) = 0.153* ( 0.0062/ 0.8*0.03)= 0.0589 m 液柱虛齬鐮寵確嶁誄禱艫鋸。 板上液層高度：前以選定板上液層高度為hL =0.07m則 Hd = 0.080+ 0.07 +0.00589 = 0.160 m取 0