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化工原理精馏实验(最终版)
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化工原理实验期末考试_附答案_
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3秒自动关闭窗口冷凝器出现第一滴液滴时，开启塔身保温电压，开至150 V，整个实验过程保持保温电压不变。 ④等各块塔板上鼓泡均匀，保持加热电压不变，在全回流情况下稳定操作20min左右，用注射器在塔顶，塔底同时取样，分别取两到三次样，分析结果。 ⑹ 实验过程中，如何判断操作已经稳定，可以取样分析？ 答：判断操作稳定的条件是：塔顶温度恒定。温度恒定，则塔顶组成恒定。 ⑺ 分析样品时，进料、塔顶、塔底的折光率由高到底如何排列？ 答:折光率由高到底的顺序是：塔底，进料，塔顶。 ⑻ 在操作过程中，如果塔釜分析时取不到样品，是何原因？ 答：可能的原因是：釜内料液高度不够，没有对取样口形成液封。 ⑼ 若分析塔顶馏出液时，折光率持续下降，试分析原因？ 答：可能的原因是：塔顶没有产品馏出，造成全回流操作。 ⑽ 操作过程中，若发生淹塔现象，是什么原因？怎样处理？
⑾ 实验过程中，预热速度为什么不能升高的太快？ 答：釜内料液受热不均匀，发生瀑沸现象。 ⑿ 在观察实验现象时，为什么塔板上的液层不是同时建立？ 答：精馏时，塔内的蒸汽从塔底上升，下层塔板有上升蒸汽但无暇将液体；塔顶出现回流液体，从塔定下降，塔顶先建立液层，随下降液体通过各层塔板，板上液层液逐渐建立。 ⒀ 如果操作过程中，进料浓度发生改变，其它操作条件不变，塔顶、塔底产品的 浓度如何改变？
答：塔顶xD下降，xW上升 ⒁ 如果加大回流比，其它操作条件不变，塔顶、塔底产品的浓度如何改变？ 答：塔顶xD上升，xW下降。 ⒂ 如果操作时，直接开始部分回流，会有何后果？ 答：塔顶产品不合格。
⒃ 为什么取样分析时，塔顶、塔底要同步进行？ 答：打开进料转子流量计，开启回流比控制器，塔顶出料，打开塔底自动溢流口，塔底出料。 ⒄ 如果在实验过程中，实验室里有较浓的乙醇气味，试分析原因？ 答：原因可能是：塔顶冷凝器的冷却量不够，塔顶上升的乙醇蒸汽没有被完全冷却下来，散失于空气中。 ⒅ 在实验过程中，何时能观察到漏夜现象？ 答：在各层塔板尚未建立稳定的液层之前，可观察到漏液现象。 ⒆ 在操作过程中，若进料量突然增大，塔釜、塔顶组成如何变化？ 答：塔顶xD下降，xW上升。 ⒇ 用折光仪分析时，塔顶、塔底、进料应先分析哪一个？为什么？ 答：先分析塔顶，后分析塔底，避免塔顶乙醇大量挥发，带来偶然误差。 精馏实验 一、简答题 1、电加热开关何时开启？精馏过程如何调节电压？ 待塔釜料液加好后，将加热电压调节旋钮全关，再开电加热开关，以免启动功率过大，烧坏电加6 热管。刚开始加热电压可高些如200~220V，等塔釜温度稳定在九十几度也即釜温达泡点时，电压降至100~120V左右，注意加热电压不能太高，否则会出现淹塔现象。
2、其他条件都不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？ 3、进料板位置是否可以任意选择，它对塔的性能有何影响？ 4、为什么酒精蒸馏采用常压操作而不采用加压蒸馏或真空蒸馏？ 5、将本塔适当加高，是否可以得到无水酒精？为什么？ 6、为什么精馏开车时，常先采用全回流操作？ 精馏塔要保持稳定高效操作，首先必须使精馏塔从下到上建立起一整套与给定操作条件对应的逐板递升的浓度梯度和逐板递降的温度梯度。即使全塔的浓度梯度和温度梯度按需要渐变。所以，在精馏塔开车时，常先采用全回流操作，待塔内情况基本稳定后，再开始逐渐增大进料流量，逐渐减小回流比，同时逐渐增大塔顶塔底产品流量。 7、精馏塔操作时，若精馏段的高度已不能改变，要提高塔顶产品易挥发组分的浓度，则采用什么方法？ 影响塔顶产品质量的诸因素中，影响最大而且最容易调节的是回流比。所以若需提高塔顶产品易挥发组分的浓度，常采用增大回流比的办法。 8、精馏塔操作时，若提馏段的高度已不能改变，要提高塔底产品中难挥发组分的浓度，则采用什么办法？
最简便的办法是增大再沸器上升蒸汽的流量与塔底产品的流量之比。 （由7、8题可见，在精馏塔操作中，产品的浓度要求和产量要求是相互矛盾的，为此必须统筹兼顾，不能盲目地追求高浓度或高产量。一般是在保证产品浓度能满足要求以及能稳定操作的前提下，尽可能提高产量。此时提高产量的办法是在允许的范围内采用尽可能小的回流比和尽可能大的再沸器加热量。） 9、精馏操作稳定的必要条件是什么？ 精馏操作中的传质过程是否稳定与塔内流体流动过程是否稳定有关。因为精馏操作中有热交换和相变化，所以传质过程是否稳定还与塔内传热过程是否稳定有关，因此精馏操作稳定的必要条件是：①维持进出系统的总物料量和各组分的物料平衡且稳定；②回流比稳定；③再沸器的加热蒸汽压或加热电压稳定，维持塔顶冷凝器的冷却水流量和进口温度稳定；④使塔系统与环境之间的散热情况稳定；⑤使进料的热状态稳定。 10、如何判断精馏操作是否已经稳定？ 通常是观测监视塔顶产品质量用的塔顶温度计读数是否稳定，塔釜温度及回流流量（部分回流时回流比）是否稳定。 7 11、开停工时冷凝器和再沸器操作顺序如何？ 开工时，务必先向冷凝器中通冷却水，然后再对再沸器加热。停工时，则先停止再沸器的加热再停止向冷凝器通冷却水。 12、精馏实验结束时，何时关冷却水阀？为什么？ 待塔内无液体回流时即可管冷却水阀，以避免塔内的物料蒸汽外逸，造成环境污染、火灾或浪费。 13、精馏塔顶全凝器冷却水的流量控制到何程度？为什么？ 塔顶全凝器冷却水的流量不宜过大，控制到使物料蒸汽能够全部冷凝且全凝器出口水温<45℃以防结垢为宜。其目的一是为了节约用水，二是为了避免塔顶回流液的温度过低，造成实际的回流比偏离设计值或测量值。 14、为什么填料精馏塔操作需要让塔达到液泛状态？ 目的是充分润湿填料，提高填料表面的利用率。 15、测定全回流和部分回流总板效率或等板高度时各需测几个参数？取样位置在何处？ 测定全回流总板效率或等板高度时需要测塔顶及塔釜中易挥发组分的含量，即xD,xW,及塔顶、塔釜温度。测定部分回流总板效率或等板高度时需要测xF,xD,xW,进料温度、塔顶温度、塔釜温度及进料流量F、回流流量L、塔顶产品流量D。全回流在塔顶和塔釜取样，部分回流在塔顶、塔釜和进料口三处取样。 16、在本实验室的精馏实验过程，打开回流阀，却没有回流，试分析原因并提出解决的方法。 （1） 可能回流阀开得太大，而冷凝回流液不足：应关小回流阀，检查冷却水是否正常，适当开大冷却水阀。 （2） 可能是回流管存在不凝性气体，应作排不凝性气体处理。 17、精馏塔顶为何需要放空？ 排放出不凝气，以保证为常压精馏；另外也为了设备安全。 18、塔身为何需要保温? 因为塔内温度大于环境温度，塔体热损失造成塔内气相的冷凝，这种现象称为内回流，内回流轻则导致塔效率下降，重则塔顶将无产品，所以保温以减轻内回流。 19、塔顶回流管为何使用U形管？ 塔顶回流管为正U形管，是防止塔顶蒸汽直接串入塔顶产品贮罐。 20、全回流操作转为部分回流操作时，为何需要增加电加热功率？ 由全回流转为部分回流时，塔顶、塔釜均匀热物料采出，且加料板有冷物料加入，这样一定会破坏原来的热平衡，使上升气量下降，轻则导致漏液及板效率下降，重则塔顶将无产品。所以必须8 提高塔釜的加入功率，以保证有正常的上升蒸汽量。 21、塔板效率受哪些因素影响？ 22、精馏塔操作中，塔釜压力为什么是一个重要操作参数，塔釜压力与哪些因素有关？ 23、板式塔气液两相的流动特点是什么？ 24、操作中增加回流比的方法是什么？能否采用减少塔顶出料量D的方法？ 25、精馏塔在操作过程中，由于塔顶采出率太大而造成产品不合格，恢复正常的最快、最有效的方法是什么？ 26、本实验中，进料状况为冷进料，当进料量太大时，为什么会出现精馏段干板，甚至出现塔顶既没有回流也没有出料的现象，应如何调节？ 27、其他条件不变，只改变回流比，对塔性能会产生什么影响？ 28、进料位置是否可以任意选择, 它对塔性能会产生什么影响？ 29、为什么酒精～水系统精馏采用常压操作而不采用加压精馏或真空精馏？ 30、什么叫回流比？精馏中为什么要引入回流比？试说明回流的作用。能否根据实验装置情况，确定和控制回流比？全回流、最小回流比、实际回流比关系及特点？ 31、板效率是什么？ 32、精馏能采用填料塔做生产和实验设备吗？ 33．塔釜加热对精馏塔的操作参数有何影响？你认为塔釜加热量主要消耗在何处？你有何节能措施？ 34、精馏塔内气液接触不正常现象有哪些？如何影响板效率？ 气液接触不正常现象有漏液、液泡夹带、液泛等。塔板上的气、液流量是板效率的主要影响因素，在精馏塔内，液体与气体应有错流接触，但当气速较小时，上升气量不够，部分液体会从塔板开孔处直接漏下，塔板上建立不了液层，使塔板上气液两相不能充分接触，板效率下降；若上升气速太大，又会产生严重液沫夹带甚至于液泛，这样减少了气、液两相接触时间而使塔板效率下降，严重时不能正常运行。 35、什么是灵敏板？如何确定灵敏板? 随生产条件发生变化，某块或某几块塔板的温度或组成变化较大，这些塔板称为灵敏板。 通常情况下，加料板上面一块板或下面一块板为灵敏板，上面一块板更多些。 同一个塔，随着操作条件变化，灵敏板也可能变的。比如：回流比变小，灵敏板位置可能上移的。 确定灵敏板，对精馏塔操作及控制是相当有帮助的。通常可以灵敏板温度的变化，预判精馏塔操作状态的变化，并作出相应的调整。 36、何谓全回流？为什么精馏操作一开始总是采用全回流？ 9 37、由全回流该为部分回流操作时理论板数如何变化？全塔效率如何变化？ 38、塔釜加热情况对精馏的操作有什么影响？怎样保持正常操作？ 39、当回流比 R?Rmin时精馏塔是否还能进行操作？这时塔顶产品将发生什么变化？ 能进行操作，但不能达到分离要求。 40、本实验是冷液进料，它与沸点进料相比，对精馏操作有什么影响？ 41、为什么要稳定塔釜液面？ 42、冷液进料对精馏操作有何影响？进料口如何确定？ 冷液进料有利于精馏操作，使塔顶轻组分浓度更高，塔底液相轻组分浓度更低。进料口应在塔内组成与进料组分最接近的地方。 精馏实验问题2： 1. 查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值？ 答：定性温度为进料液的泡点温度。 2. 如何判断塔的操作已达到稳定? 答：回流比及塔顶温度稳定时，认为塔的操作已达到稳定。 3.什么是全回流?全回流操作有哪些特点，在生产中有什么实际意义? 答：塔顶上升蒸汽经冷凝后全部回流到塔内，这种方式称为全回流。此时塔顶产品D为零，F和W也均为零，即不向塔内进料，也不从塔内取出产品。无精馏段和提馏段之分，两段的操作线合二为一，R=∞。由于这种情况下得不到精馏产品，即生产能力为零，因此对正常生产无实际意义。但在精馏的开工阶段或实验研究时，多采用全回流操作，以便于过程的稳定或控制。 4．压力对气液平衡有何影响？ 答：提高压力，则气液平衡温度随之升高，相对挥发度减小，反之亦然。所以一般在低压下平衡曲线偏离对角线愈远，即愈容易分离，可见低温有助于分离。 5.如何确定精馏塔的操作压强？ 答：精馏按操作压强可分为常压精馏、减压精馏、加压精馏，工业生产中多采用常压蒸馏。对在常压下物系的沸点较高，或在高温下易发生分解、聚合等现象的物系（即热敏性物系），常采用减压精馏；物系的沸点较低，室温下物系为气态混合物，常采用加压蒸馏。 6.比较精馏塔冷凝方式（全凝器冷凝和分凝器冷凝），它们有何特点和适用场合？ 答：全凝器冷凝：塔顶上升蒸汽进入冷凝器被全部冷凝成饱和液体，部分液体作为回流，其余液体作为塔顶产品。特点：便于调节回流比，但较难保持回流温度。因此该法流程较简单，工业上大多采用这种方式。 10精馏实验报告_百度文库
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分离甲醇——乙醇浮阀精馏塔 化工原理课程设计毕业论文
目录 化工原理课程设计任务 .................................. 3 一 精馏过程的生产流程及特点 ........................................ 4 1.1 概述 ......................................................... 4 二 精馏塔的工艺设计计算 ............................................... 6 2.1 物料衡算 ...................................................... 6 2.1.1 原始数据 ........................................................................................................... 6 2.1.2 查阅文献，整理有关物性数据 ....................................................................... 6 2.1.3 物料衡算 ........................................................................................................... 7 2.2 塔板数的确定 ............................................... ...7 2.2.1 理论塔板数 TN 的求取 …………………………………………………… 7 2.2.2 用奥康奈尔法对全塔效率进行估 算 ............................................................... 10 三 精馏塔的结构设计 ........................................................................... 10 3.1 塔的结构设计 ................................................. 10 3.1.1 精馏塔塔径的计算 ......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2 精馏塔有效高度的计算 ................................................. 错误！未定义书签。 3.2 塔板主要工艺尺寸的计算 ....................... 错误！未定义书签。 3.2.1 溢流装置计算 ................................................................. 错误！未定义书签。 3.2.2 降液管 ............................................................................................................. 17 3.2.3 塔板布置 ......................................................................................................... 18 3.3 流体力学验算 ................................................ 19 3.3.1 气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降） ................................................. 19 3.3.2 液泛验算 ......................................................................................................... 20 3.3.3 雾沫夹带验算 ................................................................. 错误！未定义书签。 3.3.4 操作性能负荷图 .............................. 错误！未定义书签。 附录 ................................... 错误！未定义书签。 附录一：设计结果一览表 ........................... 错误！未定义书签。 附录二：参考文献 ................................. 错误！未定义书签。 化工原理课程设计任务书 一、 设计题目：分离甲醇 -乙醇浮阀精馏塔 二、 设计任务及操作条件 1、工艺条件与数据 （ 1）原料液量 30000 kg/h,，含甲醇 54%（质量分数 ,下同），其余为乙醇 （ 2）馏出液组成为 97%，釜残液组成为 3% （ 3）液料可视为理想溶液。 2、操作条件 （ 1）常压 （ 2）泡点进料 （ 3）回流比 R/Rmin=1.6 （ 4）间接蒸汽加热 （ 5）冷却水进口温度 21°C （ 6） 设备热损失为加热蒸汽供热量的 5% （ 7） 单板压降不 大于 0.7KPa。 三、设备形式：浮阀塔 四、设计内容 1、 设计方案的确定及流程说明。 2、 设计工艺设计 计算。 3、 塔和塔板主要工艺尺寸的设计。 （ 1） 塔高 ,塔径及塔板结构尺寸的确定。 （ 2） 塔板的流体力学验算。 （ 3） 塔板的负荷性能 。 4、 设计结果概要货设计一览表。 5、 塔板结构俯视图和塔板安装图。 一 分离甲醇 -乙醇浮阀精馏塔设计 摘要 : 精馏是化工分离中经常遇到的环节 ，在工业与生活中更是常常运用 。本设计是采用浮阀塔对组成结构和性质相似的甲醇和乙醇进行精馏分离。本文详细的介绍了甲醇和乙醇浮阀塔精馏分离 的设计过程， 包括对工艺设计的计算、 操作条件的选择、塔结构设计以及接管的设计。画出了塔的布置 图，工艺条件图以及操作性能负荷图形象直观的展现了设计的结果。 关键词 ： 甲醇 -乙醇 精馏 浮阀塔 工艺设计 塔的 操作性能负荷 一 精馏过程的生产流程及特点 1.1 概述 甲醇 (俗称“工业酒精” )是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工， 塑料 等 领域， 甲醇常 用 于 制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷等有机产品， 但同时也是 农药 、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加 入 汽油 掺烧。甲醇和氨反应可以制造 一甲胺 。 不同的用途，对甲醇的纯度有不同的要求。在工业合成上，对甲醇的纯度要求较高（常常要求达到 99.9%以上），然而要获得高纯度的甲醇又有不同的方法，比如多级精馏、吸附、亚沸蒸馏等等。而本设计主要简述甲醇 -乙醇混合 物精馏分离。 精馏是利用混合物中各组分挥发性不同这一性质，将混合物中各组分进行分离的单元操作。虽然甲醇和乙醇在气味，外观以及其他许多物性上有很多相似之处，但由于二者的挥发度有一定的差异，因此我们可以选择用精馏的方法分离甲醇 -乙醇混合液。相对于乙醇，甲醇的挥发度 较 小，故在精馏中甲醇为轻组分从塔顶采出，乙醇为重组分从塔底得到。化工厂中的精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。因此，单有精馏塔还不能 完成精馏操作。所以为实现整个操作还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时甚至还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备。 浮阀塔由于兼有泡罩塔和筛板塔的优点，现在已成为国内应用广泛的精馏塔塔型之一，并且在石油、化学工业中使用最为普遍。因此本设计也采用浮阀塔设计。浮阀有很多种形式，但最常用的形式是 F1 型和 V-4 型。 F1 型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（ JB168-68）内， F1 型浮阀又分轻阀和重阀两种，但一般情况下都采用重阀，只有处理量大且要求压强降很低的系 统中，才用轻阀。浮阀塔具有下列优点： 1、生产能力大。 2、操作弹性大。 3、塔板效率高。 4、气体压强降及液面落差较小。 5、塔的造价低。 二 精馏塔的工艺设计计算 2.1 物料衡算 2.1.1 原始数据 表 3— 1 原始液：乙醇和水的混合物 原料液处理量 3000kg/h 原料液（含甲 醇） 54%（质量分数） 原料液温度 21 塔顶产品（ 含甲 醇） 97%（质量 分数） 塔底残液（含甲 醇） 3%（质量分数） 回流比 R=1.6／ minR 热损失 Q1=5%QB 热源条件 5kgf/ 2.1.2 查阅文献，整理有关物性数据 表 3— 2 甲醇和乙醇的物理性质 名称 分子式 相对分子质量 密度 (20℃ ) 3/kg m沸点(101.3kPa) ℃ 比热容 (20℃ ) Kg/(kg.℃) 黏度 (20℃ ) mPa· s 导热数 (20℃ ) ? /(m.℃ ) 表面 张力 ????? (20℃ ) N/m 甲醇 H 32.04 791 64.7 2.495 0.6 0.212 22.6 乙醇 OH 46.07 789 78.3 2.395 1.15 0.172 22.8 2.1.3 物料衡 算 进 料组成 的摩尔分数 ： Fx =07.404.0 馏出液组成 的摩尔分数 ： Dx =07..3297?= 0.9789 釜残 液组成 的摩尔分数 ： Wx=07.04.323?=0.0426 进料的 平均摩尔质量 ： FM =0.6280× 32.04+(1－ 0.6280)× 46.07=37.26 进料流量 ： F ==80.51kmol/h 总物料衡算 WDF ?? 易 挥发组分物料衡算 WDF WxDxFx ??联立以上二式得： ?D 50.34kmol/h ?W 30.17kmol/h 表 3— 3 物料衡算数据记录 F 80.51kmol/h 0.6280 D 50.34 kmol/h 0.9789 W 30.17kmol/h 0. 塔板数的确定 2.2.1 理论板数 TN 的求取 (1)相对挥发度的求取 甲醇的沸点 64.7℃ ， 乙醇 的沸点 78.3℃ 当温度为 64.7℃时 880.20..lg ????AP? 636.265..lg ????BP? 解得 ?AP? 758.6KPa ， ?BP? 432.5KPa 当温度为 78.3℃时 ???? 0.2 3 03.78 1.1 4 7 38 7 9.7lg AP? 3.101 ???? 65..lg BP? 2.880 解得 ?AP? 1261.8KPa ， ?BP? 758.6KPa 则有 754.15.432/6.7581 ??? 6 63.16.7 58/8.1 26 12 ??? 708.1 ???? ???(2)最小回流比的求取 由于是饱和液体进料，有 q=1，故 6280.0?? Fq xx ，根 据相平衡方程有 ) )1(1 ???? ?????qqq xxy?? 最小回流比为 065..0 .0m i n ???????qqqDxyyxR 回流比为最小回流比的 1.6 倍，即 304..1 m i n ???? RR (3)精馏塔的气、液相负荷 hk m o lRDL /32..3 ???? hk m o lDLV /66.216??? hk m o lFLL /83.246' ??? hk molVV /66.216' ?? (4)操作线方程 精馏段 操作线方程 ： .0111 ??????? nDnn xR xxR Ry提馏段操作线方程 ： 0 0 5 9.0139.11 ?????????? mwmm xWqFLWxxWqFL qFLy 平衡线方程 ：yyyyx 7 0 8.07 0 8.1)1( ????? ??xxxxy 708.01 708.1)1(1 ????? ??9 78 9.01 ?? Dxy 9645.01?x 9678.02 ?y ?2x 0. ?y 9236.03 ?x 9364.04 ?y 8961.04 ?x 8635.05 ?x8903.06 ?y 8261.06 ?x 8616.07 ?y 7847.07 ?x 8298.08 ?y 7406.08 ?x 7959.09 ?y 6954.09?x
?y Fxx ?? 6 09 5.011
?x 9153.05 ?y
所以，理论塔板数为 = 22 块（含再沸器）。其中 10 块精馏段理论板，第 11块板为进料板。 2.2.2 用奥康奈尔法对全塔效率进行估算 奥 — 康奈尔关联法，对精馏塔，采用挥发度 ? 与液相粘度 L? 的乘积为参数来表示全塔效率 TE 。 奥 — 康奈尔关联式： 245.0)(49.0 ?? LTE ?? 式中： ? —— 塔内液体在塔底和塔顶 平均温度下的挥发度 L? —— 塔内液体在塔底和塔顶平均温度下的粘度 iiL x ?? ??（其中ix为加料中 i 组分的摩尔分数，i?为液相中 i 组分的粘度） 查得甲醇的粘度 smPaAL ?? 33.0?乙醇的粘度 smPaBL ?? 42.0?sm P azz FLBFLAL ?????????? 0.01(42.)1(??? 相对挥发度 708.1?? %07.)(49.0 2 4 5.0 ???? ?TE 由PTT NNE ?,则
122 ???PN块 三 精馏塔的结 构设计 3.1 塔的结构设计 3.1.1 精馏塔塔径的计算 1.查得有关甲醇与乙醇的安托因方程： 甲醇： 得 : 0.230 1.lg ??? TP A?乙醇： 得 : 65.222 3.lg ??? TP B?将 ?AP ， ?BP 代入 PxPxP BBAA ?? ?? 进行试差 ,求塔顶、进料板、及塔釜的压力和温度： 1)塔顶： = 101.3 + 0.7 = 102kPa, = Dx = 0.9789, 试差得 Dt = 62.1 2)进料板位置： 11 精馏段实际板层数： = 10/ 55.07% 18 每层塔板压降： = 0.7kPa 进料板压力： = 101.3+0.7 18=113.9kPa， = =0.6080, 试差得 = 67.4 3 提馏段实际板层数： = 38－ 18=20 塔釜压力： = 101.3+0.7 37 = 127.2kPa 塔釜： = = 0.0426， 试差得 = 79.5 求得精馏段及提馏段的平均压力及温度： 精馏段： = 75.642 ?? FD tt℃ = 1082 ?? FD PPkPa 提馏段： = 5.732 ?? FW tt℃ = 5.1202 ?? FW PPkPa 2.平均摩尔质量的计算： 塔顶： = 0.+(1 0.=32.34kg/kmol = 0.+(1 0.= 32.54kg/kmol 进料板： = 0.+(1 0.=35.88 kg/kmol =0.+(1 0.=37.52 kg/kmol 塔釜： = 0.+(1 0.=45.41 kg/kmol = 0.+(1 0.=45.69 kg/kmol 精馏段平均摩尔质量 : = = 34.11kg/kmol = =35.03kg/kmol 提馏段平均摩尔质量： = = 40.65 kg/kmol = =41.60 kg/kmol 3.平均密度的计算： 1)汽相平均密度计算： 精馏段汽相平均密度： =)75. 3(3 1 4.8 11.341 0 8 ?? ?= 1.311kg/ 提馏段汽相平均密度： = = )5..8 65.405.120 ?? ?= 1.700kg/ 2)液相平均密度计算： = 塔顶： = 749.25 kg/ ， = 750.11 kg/ 得 ： = = 11.7 5 003.025.7 4 997.01?= 749.29 kg/ 进料板： = 746.4kg/ ， = 747.4 kg/ 得： = = 4.54.01?= 746.88 kg/ 塔釜： = 733.5kg/ ， = 735.04 kg/ 得： = = 04.7 3 597.05.7 3 303.01?= 734.97 kg/ 精馏段液相平均密度： = 2 88. ?= 748.085 kg/ 提馏段液相平均密度： = 2 88. ?= 740.925 kg/ 4.液体平均表面张力计算 液体平均表面张力按下式计算： Lm i ix??? ? 塔顶： = 62.1 ，由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录 = 18.35mN/m， = 18.40mN/m 得： = +(1- ) =0.+(1-0.9645) = 18.35 进料板： = 67.4 ，查手册 ： = 17.86mN/m， = 18.00mN/m 得： = +(1- ) =0.628 17.86+(1-0.628) = 17.91 mN/m 塔釜： =79.5 ，查附录： =16.80 mN/m， = 17.18mN/m 得： = +(1- ) =0.+(1-0.0426) = 17.16 mN/m 精馏段液体表面平均张力： = = 18.13mN/m 提馏段液体表面平均张力： = =17.55 mN/m 5.液体平均黏度计算： 液体平均黏度按下 式计算： = 塔顶： = 62.1℃ 查由《化工原理》（第三版，化学工业出版社，陈敏恒）附录 = 0.315 mPa ， = 0.520 mPa 得： = = 0.32mPa 进料板： = 67.4℃，查附录： = 0.305 mPa , = 0.485 mPa 得： = = 0.34mPa 塔釜： = 79.5℃，查附录： = 0.256 mPa , = 0.394 mPa 得： = = 0.38mPa 精馏段液体平均黏度： = 0.33 mPa 提馏段液体平均黏度： = 0.36 mPa 6.气液相体积流率计算 精馏段汽相体积流率： = = 1.566 /s 液相体积流率： = = 0.00216 /s 提馏段汽相体积流率： = '''3600 VmVmMV?= 1.439 /s 液相体积流率： = '''3600 LmLmML?= 0.00385 /s 7.塔径的确定 塔径的确定，需求 = C ， C 由下式计算： 20C 由 Smith 图查取。 取板 间距 0.45THm? ，板上液层高度 0.05lhm? ，则 0 .4 5 0 .0 5 0 .4 0LTH h m? ? ? ? （ 1） 段塔径的确定 图的横坐标为 = 5.0)311.1 085.748(66.15 021.0= 0.032，查 smith 图： Smith 图 20C 由 Smith 图查取。 取板间距 0.45THm? ，板上液层高度 0.05lhm? ，则 0 .4 5 0 .0 5 0 .4 0LTH h m? ? ? ? （ 2） 段塔径的确定 图的横坐标为 = 5.0)311.1 085.748(66.150 2 1 6.0= 0.033，查 smith 图： 0 .220 ()20LCC?? Smith 图 得 = 0.087 ,C = 0.0853 m a x LVVuC????? =0. 311. ? = 2.036m/s 取安全系数为 0.7，则空塔气速为： u = 0.7 2.036 = 1.42m/s 则 塔径 D = = 42.114.3566.14?? = 1.18m （ 3）按标准塔径圆整后， D = 1.2m 塔截面积： = = ?414.322.1 = 1.13 实际空塔气速为： u = = 1.566/1.13 = 1.386m/s 3.1.2 精馏塔有效高度的计算 21)1( ZZHNZ TT ???? 其中 1Z 为最上面一块塔板距塔顶的高度 1Z 为最下面 一块塔板距塔底的高度 取 mZ 11 ? mZ 8.02 ? Z=(38－ 1)? 0.45+1+0.8=18.45m 3.2 塔板主要工艺尺寸的计算 3.2.1 溢流装置计算 因塔径 D = 1.2m，可选用单 溢流弓形降液管 1. 堰长 单溢流： =（ 0.6～ 0.8） D ，取 = 0.7× 1.2= 0.84m 2.溢流堰高度 因owl hhwh ??选用平直堰，堰上液层高度 how 可用 Francis 计算， 即 精馏段：hl= 0. = 7.776 /h 液体收缩系数计算图 whll= 12.0, = 0.7 whll= 12.0, = 0.7 2 / 32 . 8 4 ()1000 how lhElw? 查上图得 E=1.020, 则 =(2.84/ 3/2)84.0/776.7(? = 0.0128m 取板上清夜层高度 mhl 05.0?，故 = 0.05-0.2m 3.2.2 降液管 1.降液管高度和截面积 因 7.0?Dlw，由下图得 15.0?DWd09.0?TfAA 所以 mWd 18.02.115.0 ???3.1 mAf ???弓形降液管参数图 液体在降液管中的停留时间 sLHAhTf .600 ?????? 为降低气泡夹带，液体在降液管内应有 足够的停留时间以使气体从液相中分离出。一般要求 ? 不应小于 3-5 秒，满足要求。 2.降液管底隙高度 液体流过降液管底端出口处的流速 oLu ，根据经验一般取 smuoL /25.0~07.0?，估取 smuoL /09.0? 降液管底隙高度 mulLhoLWs .0 00216.00 ????＜wh在设计中，塔径较小时可取0h为 25— 30mm，塔径较大时取约为 40mm，最大时可达 150mm，满足要求。 3.2.3 塔板布置 1． 塔板的分块 因为 D=1200mm,故塔板采用分块式，查表得，塔板分为 3 块。 表 4— 6 塔板分块数 塔径 /mm 800~00 00~2400 塔板分块数 3 4 5 6 2． 边缘区宽度确定 取 溢流堰前的安定区宽度：sW=0.072m 取 边缘区宽度：cW=0.036m 3． 开孔区面积计算 开孔区面积按下式计算： 其中 mWWDxsd 3 4 8.0)(2 ????cWDr ?? 2=0.564m 故 ?aA0.732 2m 4． 浮阀塔计算及其排列 采用 F1 型重阀，重量为 33g，孔径为 39mm 1)浮法数目 浮法数目按下式计算： 气体通过阀孔的速度： 取动能因数 F=12 则 0204udVN S??VFu??0)s in180(2 1222 rxrxrxA a ???? ? 48.10??u m/s N=125.1 取 126 个 等腰三角形排列时， t=75mm,由NtAt a?'， 't =71.2mm,实际取 't =75mm 根据上述已确定的孔距，按等腰三角形叉排方式作图，得到在鼓泡区内可以布置的浮阀总数为 126，其排列方式如附图所示。 2）校核 F smNdVu s /4.66.142200 ???? ??9. ???? VuF ? F 在 9-12 范围内，此浮阀数能满足要求。 3) 校核塔板开孔率 %3.13% 039.0%100%???????????????????? NDdDNd??? 一般对常压塔 %14~%10?? ，则满足要求。 3.3.1 气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降） 塔板压降等于干板压降和液层压降之和，即lcp hhh ??阀全开前 液柱）muhuuLcoc(9.19)( 1 7 5.000 ??? 阀全开后 液柱）mguhuuLVcoc (234.5)( 200 ???? 其中阀孔临界气速825.1 1.73 Vocu ??3/311.1 mkgV ?? 3/08 5.74 8 mkgL ?? smu /4.100 ? 求得smu oc /055.9?阀全开后 液柱mhc 051.081.. 2 ??? ??? )( OWWl hhh ?? ? 式中： ? 为充气系数，反映板上液层充气程度，无量纲，此处 5.0~4.0?? 液柱mh l 02.0).0(4.0 ???? 液柱mhhh lcp 071.002.0051.0 ????? 气体进、出一块塔板的压强降 K P aPaghPpLP 7.0543 ???? ?满足要求。 3.3.2 液泛验算 泡沫液层的高度)( WTd hHH ?? ?式中： ? 为泡沫液层相对密度，取 0.6 与降液管中泡沫液层高度相当的清液层dpld hhhH ???液体经过降液管的阻力损失 mhlLhWsd .084.0 .0220??????? ??????????? mH d 1 2 2 8.00 0 1 8.00 7 1.005.0 ???? ? ? ? ? mhH WT 29.00 3 7 2.045.06.0 ?????? 可见，)( WTd hHH ?? ?，不会发生液泛。 3.3.3 雾沫夹带验算 泛点率FTVLVsKCAVF 78.01 ????? 查得物性系数 0.1?K 泛点负荷因子 查得 108.0?FC %9..00.113.178.0 311..1566.11 ???????F 一般对大塔，泛点率 %801 ?F ，因此满足泛点率要求，不会发生过量液沫夹带 3.3.4 操作性能负荷图 1） 漏液线（气相负荷下限线） 对 F1 型重阀取阀孔动能因子 50 ?F时的气体负荷为操作的下限值。 （ 3/311.1 mkgV ??126?N ） smFuV/37. ??? ? smNudV s /657.037. 32020 ?????? ?? 在负荷性能图上表示为 1 线。 2） 过量液沫夹带线（气相负荷上限线） VLVsLFbsLZCKAFV?????????? 36.1m a x,1m a x,式中： max,1F对一般常压塔，如直径大于 0.8m 的大塔，取 %70max,1 ?F，现取 %70max,1 ?F。 292 66.010 17.0213.12 mAAA fTb ?????? mWDZ dL 84.018.022.12 ?????? 代入数据得ss LV 26.2767.1 ??在负荷性能图上表示为 2 线。 3） 液相负荷下限线 对于平顶直堰 ，取平堰上液层高度 mmhOW 6?作为液相负荷下限的标准 3/6.0 ??????????wsow lLEh 代入数据得 smhmLs /0 0 0 6 9 5.0/5.2 33 ??在负荷性能图上表示为 3 线。 4） 液相负荷上限线 液体在降液管中最短停留时间以 3s 计算， ? ? smAHL fTs /.045.0 3???? ? 在负荷性能图上表示为 4 线 。 5） 溢流液泛线 dpOWWd hhhhH ????式中： ? ? ? ? mhHH WTd 292..0 ?????? ? 6 6 7.03/23/ 284. ssWsOW LLlLEh ??????? ????????????? ? ? 2..6.081. ssLVc VVguh ????????? ?? ? ? 6 6 7..04.0 sOWWLl Lhhhh ????? ? 6 6 7.02 .00342.0 sslcp LVhhh ????? 8.084. ssWsd LLhl Lh ?????????????????? 整理得 26 6 7.02 6.15.7sss LLV ???在负荷性能图上表示为 5 线。 6) 负荷性能图 将上述五条线在负荷性能图中画出，如下图 7) 操作弹性 塔精馏段的设计点 )/1.1( 33 smLsmVfss ??位于图中心偏左，且由图可知塔的操作负荷上限受雾沫夹带限制，下限低液层控制。 45..1 ??? 负荷下限负荷上限塔的操作弹性 附录 附录一：设计结果一览表 项目 数值及说明 备注 塔径 D/m 1.2 板间距 TH /m 0.45 塔板形式 单溢流弓形降液管 分块式塔板 空塔气速 u/（ m/s） 1.386 堰长wl/m 0.84 堰高wh/m 0.0372 板上液层高度 Lh /m 0.05 降液管底隙高度 ?h /m 0.0286 浮阀数 N/个 126 等腰三角形叉排 阀孔气速 ?u /(m/s) 10.4 阀孔动能因数 ?F 11.9 临 界 阀 孔 气 速ocu（ m/s） 9.055 孔心距 t /m 0.075 指同一横排的孔 心距 排间距 't 指相邻两排的中心线距离 单板压降 PaPP /? 543 液体在降液管内 停留时间 ? /s 21 降液管内清液层高度dH/m 0.1228 泛点率 /% 68.9 气 相 负 荷 上 限max)( SV/( sm/3 ) 1.609 雾沫夹带控制 气 相 负 荷 下 限min)( SV/( sm/3 ) 0.657 漏液控制 操作弹性 2.45 附录二：参考文献 [ 1 ]、汪恺主编，《机械设计标准应用手册》，第 1 版， 机械 工业出版社， 1997 [ 2 ]、夏清、陈常贵主编，《化工原理》（修订版），天津大学出版社， 2005 [ 3 ]、《化工原理课程设计》，化工原理教研室 [ 4 ]、 夏清、贾绍义 主编，《化工原理》（上 、下 册），天津大学出版社， 2005 [ 5 ]、《化工设计设计基础》，上海科学技 术出版社 [ 6 ]、《化工设备设计基础》，编写组编， 1987 年 6 月版 [ 7 ]、《塔设备》，工设备设计全书编辑委员会，上海科学技术出版社化， 1988 年4
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