乙醇水溶液常压筛板精馏塔化工原理课程设计

1、動矗裟待険丈?化工单元过程及设备课程设计设计题目:乙醇-水溶液分离过程常压筛板糟镭塔设计 专业班级:化工1303班姓 名：xxx 学 号： 1315010xxx指导教师:张亚刚 完成时间：2016年1月15 h化学与化工学院化工原理课程组制设计题目乙醇-水溶液分离过程常压筛板精f留塔设计设计 任 务 及 要 求设计任务：设计用于乙醇-水溶液分离的常压筛板精懈塔;原料含乙醇20% （摩尔分 数，下同）的泡点液体，处理量为4000kg/h,要求馅出液含乙醇86%,釜液中 乙醇不大于2%,塔效率为0.6。设计要求：综合运用化工原理和相关选修课程知识，联系化工生产实际，完成精 懈操作过程及设备设计。要

2、求有详细的工艺设计过程（包括计算机辅助计算程 序）、工艺尺寸设计、辅助设备选型、设计结果概要及工艺设备条件图（cad 图），编写设计说明书。指老 师 评语成绩：指导教师签名：fi期：2016年丿j r摘要本设计采用筛板精憾塔分离分离乙醇-水溶液。通过对原料产品的要求和物性参数 的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对乙醇-水精憾 工艺流程和主休设备设计。乙醇-水溶液为非理想物系，利用作图法求出最小冋流比为 2.48；由精谓费用模型编程得到最优冋流比为3.97,理论板数为13块，则实际板数为 23块，其中精镭段9块，提憾段14块，进料位置为第9块。得到精憾塔的塔径为1.6

3、 米，总高12.9米；板开孔率为10.1%,精憾段操作弹性为2.16,提憾段操作弹性为 1.87。通过塔的流休力学验算，证明各指标数据均符合标准。塔休和群座材料为20r, 壁厚均为6mm ；强度校核表明，该精憾塔满足强度、刚度及稳定性等要求。目录摘要i1. 绪论111课程目的及要求112课程设计的背景意义11.2. 1课程设计题目11.2.2分离产物概述21.2.3分离产物的基本用途22. 设计方案32. 1精馆塔设计任务32.2精憾塔设计方案选定33. 工艺设计33. 1精馆塔的物料衡算33. 2精馆塔物料物性参数的计算43.2. 1温度的计算43. 2. 2精馆段、提馆段气液组成及摩尔质量

4、的计算53.2.3密度的计算53. 2. 3. 1原料液中乙醇的质量分数53. 2. 3. 2原料液的平均摩尔分数53. 2. 3. 3精馆段和提馆段液相平均密度63. 2. 4混合液体表面张力的计算73. 2. 4. 1乙醇、水的摩尔体积计算83. 2. 4. 2乙醇、水的表面张力计算83. 2. 4. 3塔顶、塔釜及进料液的表面张力计算83.2.5相对挥发度的计算93.2.6混合物的粘度的计算103. 3塔板的计算103. 3. 1确定操作的回流比103. 3. 2塔板数的计算123. 4精馆塔主题尺寸的计算133.4. 1气液相体积流量计算133.4. 1. 1精馆段流量计算133.4.

5、 12提馆段流量计算133.4.2塔径的计算143. 4. 2. 1 精憾段143. 4. 2. 2 提馆段153. 4. 2. 3精馆塔的有效高度计算163. 5塔板主要工艺尺寸的计算163. 5. 1溢流装置的计算163. 5.2塔板布置183. 6筛板的流体力学验算193.6.1塔板压降的计算193.6. 1. 1干板阻力he计算193.6.1. 2气体通过液层的阻力h计算193. 6. 1. 3液体表面张力的阻力计算203. 6. 2液面落差203. 6. 3液沫夹带203.6.4. 漏液203.6.5液泛213.6.6塔板负荷性能图213.6. 6. 1 漏液线213. 6. 6.

6、2液沫夹带线223.6. 6. 3液相负荷下限线233.6. 6. 4液相负荷上限线233. 6. 6. 5 液泛线243.6. 6. 6操作性能负荷图253. 7筛板塔的工艺设计计算结果汇总274附属设备的选型与设计284. 1热量衡算284. 2冷凝器的选择3043再沸器的选择305塔附件的设计315. 1接管的计算与选择315. 2筒体与封头325. 3液体分布器325. 4除沫器325. 5裙座335. 6吊柱335. 7塔结构设计336设计结果一览表347主要符号说明358参考文献389连续精f留流程图3910课程设计心得体会401 绪论1.1课程冃的及要求化工生产过程中我们所用的原

7、料、中间产物、粗产品几乎都是由若干组份组成的 混合物，为了分离其混合物得到较纯净产品，我们通常用精憎来完成。这也是工业上 应用最广的液休混合物分离单元操作。在此次设计屮我们主耍针对筛板精诸塔做一个较为全而合理的设计，以此加深对 课木所学的专业知识做一个系统的回顾，同时通过课程设计能对类似精1:留的单元操作 的实践冇一个较为明确的认识和收获。筛板精锚塔的优点主要体现在以下几个个方面：(1) 结构简单，易于加工；造价约为泡罩塔的60%,为浮阀塔的80%左右；(2) 气流压降小、板上液而落差小；(3) 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015%；(4) 气体分散均匀；(5) 传质效率高。筛板塔的缺

8、点主要是： 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀； 操作弹性较小(约23)； 小孔筛板容易堵赛。木设计通过对乙醇-水二元体系的分离，培养我们综合运用化工原理及相关 选修课的基本知识进行化工工艺设计的能力，使我们掌握化工设计的基本程序或方 法，进行化工设计的基本训练。并着重培养我们查阅资料、搜集数据、准确进行工程 计算、用简洁文字清晰图表表达设计结果、既考虑技术的先进性、可靠性，又思考经 济合理性、资源节约、环境生产安全、效益最优化等的设计思路的训练。在该思路的 指导下分析和解决工程实际问题。1.2课程设计的背景意义1.2.1课程设计题目乙醇-水溶液分离过程常压筛板精锚塔设计1. 2. 2

9、分离产物概述乙醇，俗称酒精。结构简式chqwh是一种一元饱和醇。常温常压下易燃、易挥 发。其沸点783°c,熔点-114. 1°c,能与水以任意比互溶，能与多数冇机溶剂混溶。乙醇可用于制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上常用70%-75%的乙醇 作消毒剂，早在19世纪就岀现了第一代生物能源-乙醇。将乙醇调入石油作为车用燃 料，即“e型汽油”。我国用90%普通汽油与10%乙醇混合制成此“e型汽油”,它极 大地改善了油品的性能与质量，降低了 c0及碳氢化合物等主要污染物的排放。面临 我国“富煤、贫油、少气”的现状乙醇在国防工业、医疗卫生、冇机合成、食品工业、 工农业生产中

10、都有广泛用途，能够有效地解决我国能源危机，改善我国能源结构。1.2.3分离产物的基本用途99. 5%的酒精称为无水酒精。叶绿体屮的色素能用无水乙醇捉取。95%的酒精用于 擦拭紫外线灯。70%75%的酒精用于消毒。40%50%的酒精可预防褥疮。25%50% 的酒精用于物理退热。乙醇是酒主要成分（含量和洒的种类有关系）如白酒为56度的洒。啤洒屮乙醇 浓度一般低于10%。乙醇可用来制取乙醛、乙瞇、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是 制取染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。乙醇可以调入汽油，作为车用燃料，我国雅津甜高粱乙醇在汽油中占10%。美国 销售乙醇汽油已有20年历史。乙醇汽油也被称为（e型汽油），它可以

11、改善油品的 性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。早在20世纪20年代，巴西就开始了乙醇汽油的使用。美国是世界上另一个燃料 乙醇的消费大国。1978年含10%乙醇汽油（e10汽油）在内布拉斯加州大规模使用， 燃料乙醇产量从1979年的3万吨迅速增加到1990年的269万吨。2000年美国燃料 乙醇产量达到500万吨。随着mtbe在美国使用量的减少和最终的禁用，燃料乙醇将 成为mtbe最佳含氧化合物的替代产品。到2004年全美国燃料乙醇需求将达到1000 万吨。国内乙醇汽油产量占世界第三位，今年国家发展与改革委员会上呈全国两会的报 告统计，乙醇汽油的消费量已占全国汽油消费量的20

12、%,在全世界上继巴西、美国z 后成为生产乙醇汽油的第三人国。如全国都使用含10%的乙醇汽油，则每年可节省450 万吨汽油。乙醇汽油是i五计划的重点工作之一。国内从2003年起陆续宣称黑 龙江、吉林、山东、江苏等27个城市全面停用普通无铅汽油，改用添加10%酒精的 乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道，在9个城市调查报告屮，使用乙醇汽油期间，城市 空气中的二氧化氮、一氧化碳季均值与使用普通汽油比较，二氧化氮下降了 8%与一 氧化碳下降5%。此外乙醇述做：稀释剂、冇机溶剂、涂料溶剂等几大方而。因此，可见其涉及衣、食、住、行、用的各个方面，在国民支柱中占有举足轻重 的地位，分离回收其混合物中乙醇意义重

13、大。不仅是节约资源，更是对人类冇限资源 的经济合理利用，实现可持续发展的经济战略。2.设计方案2.1精馆塔设计任务设计用于乙醇-水溶液分离的常压筛板精谓塔;原料含乙醇20%（摩尔分数，下同） 的泡点液体，处理量为4000kg/h,要求留出液含乙醇86%,釜液中乙醇不大于2%, 塔效率为0. 6o表2-1设计条件表进料热状态塔处理量原料液乙醇量馆出液乙醇量釜液屮乙醇量塔效率q二 14000kg/h20%86%w2%0.62. 2精惚塔设计方案选定本设计用于分离乙醇-水二者混合溶液，采用连精傭流程。釆用泡点进料，将原 料液通过预热器加热至泡点后送入精懈塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝液在 泡点

14、温度下一部分回流至塔内，其余产品经冷凝器冷凝后送至储罐。该物系属于易分 离物系，回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用间接蒸汽加热。3.工艺设计3. 1精憾塔的物料衡算表31原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数一览表ma=46.06904kg/kmolmb=18.01528kg/kmol xf=0.20xd=0.86 x尸0.02n=0.6由混合法则m=sximi（xi为组分i的摩尔分数，mi为组分i的性质，m为混合物的性质），得原料液的摩尔质量为:mf=0.2x46.06904+ (1-0.2) x 18.01528=23.626032kg/kmol; 所以处理量 f=4000

15、/(23.6x3600)=0.047081 kmol/s; 全塔物料衡算式为：f=d+w;f x f=d x d+w x w;代入已知量解二元方程组：0.047081= d+w;0.047081 x0.2=0.86d+0.02w;解之得：w=( x d- x f)f/( x d- x *)=0.036991 kmol/s;d=f-w=0.01009kmol/s3. 2精镭塔物料物性参数的计算 3.2.1温度的计算表32常压下乙醇水体系气液平衡组成与温度温度/°c乙醇摩尔分数温度/°c乙醇摩尔分数液相x气相y液相x气相y1000.000.0081.50.32730.58269

16、5.50.01900.170080.70.39650.612289.00.07210.389179.80.50790.656486.70.09660.437579.70.51980.659985.30.12380.470479.30.57320.684184.10.16610.50897&740.67630.738582.70.23370.544578.410.74720.781582.30.26080.558078.150.89430.8943已知xd、xf、xw,利用表中数据由插值法可求得tf、t|）、two即已知tl、t2>ml、m2xt（memi,m2且其屮mi、m均为不

17、同温度下同物质的某种性质，在这里，分别表示的是同种物质在h、t2、t的性质，其表达式为（th）/ (t2-t) = (m-m) / (m2mjtf=83. 40°ctd=7& 21 °c .840-82.70 _鼻-8 40°，：16.61 23.37 一 20 16.61 ti）：78.15-78.41 _-78.1589.43-74.72 _ 86.00-89.43 tw： 95.50-89.00 = ° -95.50七尸95. 38°c1.90-7.212-1.90 精憎段平均温度：=83.40+ 78.21=8oki c22 提

18、憎段平均温度：匚皿二83.40 + 95.38二39.39 °c223.2.2精馆段、提馆段气液组成及摩尔质量的计算在此题中，由液相组成通过内插法求得物料的tf、td、tw，再由tf、td、tw再次使用内插法求得气相组成yd、yf> yw,具体如下：(1) yf:( tf-82.7)/(84.1-82.7)=(yf-0.5445)/(0.5089-0.5445),将 tf=83.40°c代入，求得 yf=0.5267；同理求得：yd=0.8683; yw=0.1740(2) 因此，对于精镉段有：液相组成 x 1 =(xd+xf)/2=0.5300;气相组成 y 1 =

19、(yd+yf)/2=0.6975;液相平均摩尔质量 ml,i=ximc+(l-x1)mw=32.8840kg/kmol;气相平均摩尔质量 mv,i=yimc+(l-yi)mw=37.5830kg/kmol;对于捉傅段冇：液相组成 x2=(xw+xf)/2=0. 1100;气相组成 y2=(yw+yf)/2=0.35035;液相平均摩尔质量 ml,2=x2mc+( 1 -x2)mw=2 1.101 okg/kmol;气相平均摩尔质量 mv,2=y2mc+( 1 -y2)mw=27.8440kg/kmol;3.2.3密度的计算已知：混合液密度：丄=弘+鱼(a为质量分率初为平均相对分子量)pl pa

20、 pb混合气密度：几二込姜-(注：a为质量分数，m为平均摩尔质量)22.4 巩3.2. 3. 1原料液中乙醇(c)的质量分数acp=xfmc/( xfmc+( 1 -xf)mw)=0.3840;acd=x)mc/( xi)mc+( 1 -xd)mw)=0.9402;3cv=xwmc/( xwmc+( 1 -xw)mw)=0.0496;3. 2. 3. 2原料液的平均摩尔分数mv. d=ydmc+( l-yd)mw=42.37kg/kmol;my. w=ywmc+( 1 -yw)mw=22.897kg/kmol;my. f=fmc+( 1 -yf)mw=32.79kg/kmol;mu2 2 -_

21、 18.56 + 23.602 2mvd +mvf 42.31 + 32.752 ' 2m uw +mvf 22.88 + 32.752 2= 21.08 kg / mol27.82 kg/mol37.53 kg /molms+mjf _ 42.08 + 23.60 _ 32$4 kg /moi-xd x46 + (l-xd)x 18 = 42.08 kg / molmlf 二-xf x46 + (1-xf)x18 = 23.60 kg /molm lw z=my x 46 + (1 - xw )x 18 = 18.56 kg /mol3. 2. 3. 3精诸段和捉憎段液相平均密度表3

22、3不同温度下乙醇和水的密度温度(°c)pc(kg/m3)pw( kg/m3)80735971.885730968.690724965.395720961.85100716958.4用内插法求得在tf、td、tw下乙醇和水的密度如h*：tf=83.40°c: (tf-80)/(85-80)=( pcf-735)/(730-735);pcf=731.600kg/m3;(tf-80)/(85-80)= (pwf-971.8)/(96&6971.8);pwf=969.624kg/m3;1 /pf=acf/pcf+( 1 -acf)/ pwf,所以有 pf=861.939kg

23、/m3;t【)=78.21 °c:(td-80)/(85-80)=( pcd-735)/(730-735);pcd=736.790kg/m3;(td-80)/(85-80)= (pwd-971.8)/(968.6-971.8);pwd=972.946kg/m3;l/pd=acd/pcd+(l-acd)/ pwd,所以有 pd=747.642kg/m3;tw=95.38°c:(tw95)/(10095)=( pcw-720)/(716-720);pcw719.70kg/m3;(tw-95)/(100-95)=( pww-961.85)/(958.4-961.85)pww=96

24、1.588kg/m3;l/pw=acw/pcw+( 1 -aw)/ pww,所以有 pw=945.821 kg/m3;所以，精锚段和提锚段液相平均密度分别为：pl,i=(pf+pd)/2=804.79 1 kg/m3;pl,2=(pf+p w)/2=903.88kg/m3 ；精懈段和提懈段气相平均密度由公式 pv=topm/(22.4tpo)可得:pv 卜 =2735mvf/(22.4(273.15+t 卜)= 1.121 kg/m3;pvd=273.1 5mvd/(22.4(273.1 5+td)=1.470kg/m3;pvw=273.15mvw/(22.4(273.15+tw)=0.758

25、kg/m3;所以，精懈段和提懈段气相平均密度分别为：pv.i=(pvf+pvd)/2=1 .296kg/m3;pv,2=(pvf+pvw)/2=0.940kg/m3;3. 2. 4混合液体表面张力的计算二元冇机物-水溶液表面张力可用下列各式计算5 二久,+(psocro注：<ya = lg(q(pw,<2 = 0.441 xa(yok 1/2/3仇l qj 丿fi = lgf so式中，下角标,w, o, s分别代表水、有机物及表面部分，耳、£指主体部分的分子数，匕、匕主体部分的分子体积，low. <7。为纯水、有机物的表面张力；对乙醇q=2。3. 2. 4. 1乙

26、醇、水的摩尔体积计算vcd=mc/pcd=46.06904/736.79=62.53ml/mol;k他摩尔体积计算方法同理,结果如下：表34乙醇、水的摩尔体积乙醇摩尔体积vc(ml/mol)水摩尔体积v、v(ml/mol)vcdvcwvcfvwdvwwvwf62.5364.0162.971&5218.7318.583. 2. 4. 2乙醇、水的表面张力计算表35不同温度下乙醇和水的表而张力温度(°c)乙醇的表面张力8c(10-3n/m)水的表面张力8w( 10 3n/m)701864.38017.1562.69016.260.710015.25&8由于前面已有多次使用

27、内插法，这里不再举例，将求得的乙醇和水的表面张力列 表如下：表36塔顶、塔釜、料液的乙醇和水的表面张力乙醇的表面张力8c (10'3n/m)水的表面张力8w (10'3n/m)§cd8cw8cf8wd8ww8wf17.3015.6616.8362.90459.67861.9543. 2. 4. 3塔顶、塔釜及进料液的表面张力计算td=78.21°c:<pwd2/<pcd=(xwdvwd)2/(xcdvcd( xwdvwq+ xcdvcd)=0.0 1996; b=lg(pwd2/(pcd)=lg0.01996=-2.6998;q=0.441 (q

28、/td)( 8cdvcd2/3/q-8wdvwd2z3h-0.7627;a=b+q=3.4625;联立方程组:a= lg(pswd2/<pscd)申 sw【)+申 sei)1，解一元二次方程得：(pswd=0.01839；<pscd=0.9816；再由 6d"4=(pswd几d"+(pscd§cd"4=0.01839x62.904宓+0.9816x17.30“， 进而求得塔顶表面张力5d=17.7891；同理；求得塔釜及进料液的表面张力，计算结果汇总如下：表37塔底、塔釜、进料的总表而张力计算项塔顶塔釜料液t78.2183.4095.38(p

29、/(pc0.0019960.638913.403b=lg(pw2/(pc)-2.6998-0.19461.1272q-0.7627-0.7466-0.7075a-3.4625-0.94120.4197psw0.018390.28590.7728(psc0.98160.71410.2272817.789125.550445.6905因此，精锚段的表面张力为：6】=(鼻+加)/2=21.670 (lon/m);提徭段的表面张力为：52=(5f+§w)/2=35.620 (lon/m)3.2.5相对挥发度的计算a= (yc/yw)/(xc/xw)，即 a= (yc/( 1 -yc) / (

30、xc/(l-xc);由兀d=0.86,=0.8683 ad = a86s3/ 1 °-s6s3 = 1>0733z " “ 0.86 1-0.86_ -j0.5267 .1-0.5267. ._由 xf； = 0.2 , y f = 0.5267 得 q，=/= 4.4513卜 1 卜 0.2 1-0.2由 x.v = 0.02 ,)伽=0.1740 得=()，1740/ ' ()，1740 = 10.32200.02 1-0.02将计算结果列如下表：表3-8塔顶、塔釜、料液的相对挥发度塔的部位液相组成x气相组成y相对挥发度a塔顶0.860.86831.073

31、3塔底0.02074010.3220料液0.20.52674.4513因此，精馆段的平均相对挥发度：山=(af+ad)/2=2.762;提惚段的平均相对挥发度：a2= (af+aw)/2=7.387 3.2.6混合物的粘度的计算4 =(s +6)/2 = 80.81 °c,查表得：u 水=0.355 mpa-s,u 乙醇=0.441 mpa - 5匚=(4+0)/2 = 89.39 °c，查表得： 卩水'=0305mpa-s9乙醇'=0.401 mpa-s 精懈段粘度：u fu乙醇州+p水(1西)=0.441 x0.5300 + 0.355x(1-0.530

32、0) = 0.40mpa s提饴段粘度：u 2二卩乙/ x2 + u水'(1 £)=0.401x0.1100 + 0.305x(l-0.1100) = 0.316mpa s3. 3塔板的计算3. 3. 1确定操作的回流比09876543210 匕o.o.ao.o.o.ao.o.o.0. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1液相组成x图3-1常压下乙醇一水的气液平衡曲线由于泡点进料，故q=l。本平衡具有下凹部分，操作线尚未落到平衡线，已与平衡线相切。如上图知，截距xd/(rmin+l) = 0.24,解得最小回流比rm

33、in=2.48选择r=(1.41.8)rmind 再由 antonine 方程, in = a,t + c则温度为:>273. 15+83. 40=356. 55k表3-9 antonine常数一览表名称abc乙醇9.64173615.064&60水9.38763826.36 45.47用=0.12276mpa , p? = 0.05433m/m冋流上匕r相对挥发度理 论 板 数n m i nrm i nn图3-2理论板数与回流比的关系经计算得：理论板数越多，设备费用越大；回流比越大，操作费用越大；冋流比与费用的关 系图如下，显然存在着一个总费用的最低点，与此对应的即为最适宜回流

34、比r°p“ 一 般有 ropt=(1.2-2)rmin图3-3最适宜回流比的选择当选择不同的回流比与最小回流比倍数时，计算结果列在下表，经综合比较，得到回流比r=1.6rmin=3.97吋，操作费用和设备费用最少。3. 3. 2塔板数的计算已知：精馅段操作线方程：儿+严一£+- = 0.798陆+0.1730 r + 1 " r + 1rd + qff-d= 1.7378x-0.0107提馆段操作方程：x(r + 1)d-(1-q)f(r +1)0-(1-q)f表3-10逐板计算法板 数精饴段板数提馅段y (n+l>=0. 7988xn+0. 1730xn=

35、yn/(2. 46-1. 4 6*yn)y(n+i)=l. 7378xn-0.0107xn=yn/(2. 46-1. 46*yn)10.860.71404848960.33667913907370269010.53255669770.28652952905936665350.37261428380.2331845520.11001603740.4673280220.26288335390.1804858690.08217010750.380651560.199895925100.1320952110.058265107110.09055310

36、20.038900848120.0569018940.023939307130.0309017270.012796364故得到理论塔板数为n尸13块，理论加料板第5块。实际塔板数的计算：总板效率et = 0.6 ,则 精憾段实际板数：n間=归=丄=9块et 0.6 提懈段实际板数：2腐=吐=二=14块eqr 0.6 金塔所需实际塔板数：np=np 精+n 礙 74 + 9 = 23 块加料板位置在第9块塔板。3. 4精憎塔主题尺寸的计算3. 4. 1气液相体积流量计算3.4.1.1精惚段流量计算：l = rd = 3.97x0.01009 = 0.040kmol / sv = (/? + 1)

37、p = (3.97 + l)x 0.01009 = 0.050 mol! s已知：m l = 32.s4kg /kmol,m v = 37.53kg /kmol质量流量:pl =s04.76kg /m3,pv = .30kg /m3lx =mlil = 32.84x0.04016 = 1.3169焰 /s=mviv =37.53x0.0501 = 1.8803/5l= a = 13169 = 1.6289 x1 o'3 m3 / s体积流量:51 pl、 804.761z%1.88033 /以 i = 1.4464/7?j / sa/i 1-303.4.1.2捉诸段流量计算木设计为饱和

38、液体进料：q=l1 = l + qf = 0.0401 + 0.047081 = 0.0872fcm<?/ / s y'=v + (-l)f = 0.050kmou s又已知：ml2 = 21.08 kg /mol , mv2 = 27.82 kg /molpi 2 = 903.15kg / ?', pv2 = 0.94kg /m3质量流量：匚=臥2 厶'=21.08 x 0.0872 = 1.8382 / sa*v/ = mviv9 = 27.82x0.0501 = 1.3938焙 /sl_ s .52 一 体积流量：p<pv21.83822“ j n-3

39、 3 / n= 2.0353x10 in / s903.15= 1.4828/77/50.943.4.2塔径的计算3. 4. 2. 1精憾段 u =（安全系数丿x%x，安全系数= 0.60.8,见唤=ckl ,式中c nj由史v pv密斯关联图查出。0.010j50j00.080-030.020.60 0-80 l000.060.050.020.03 0.04图3-4史密斯关联图横坐标数值：仏（鱼严vsi pv1.6289x10180476 z21.44641.30=0.0280取板间距：ht = 0alm,hl = 0.07m,则-hl =040加查图可知：c2（） = 0.076c = c

40、?o （乞严=0.076 x（il）o2 = 0.0772-° 20 20wmax = c plpv = 0.072x严4.76-1.3? = l 9l92m/spvv1.30取安全系数为0.7,则u 帖=0.7"max = 07 xl.9192 = 1.51085加 / s4vt i 4x1.4464d. = = j= 1.3616m1* 叫 ”3.14x1.5108圆整:d. = 1.60/77.横截面=-r>2 =0.785xl.62 =2.010亦，空塔气速：=-=竺聖=0.7196m/s4ar 2.0103. 4. 2. 2提馅段_3横坐标数值：21（生）”

41、2 = 2.0353x10，x（22h）”2 =o 0425vs.2 pv21.48280.94取板间距：查图可知：c20 = 0.078 ,c = c20（-）°2 = 0.078x）02 = 0.0875 hr =0alm9hl= 0.07m,则血_位=0.40加"ma、= c r_pv = 0 0875x j95"0-9! =2.91 85/m/s pvv 0.94取安全系数为0.7,凤捉=0.7 x 2.9185 = 2.0430/n / s咕匡 j 4x1.4828 “ jo伽“斗叫 y3.14x2.0430圆整：£>2 = 1.6九横截

42、面积：缶=-d2 =0.785xl.62=2.010/n2,空塔气速：=冬=竺空= 0.7377加/$4每 2.010表311塔径的初步设计结果计算项精镭段提馆段横坐标0.02800.0425hy-ht0.40000.4000c200.0760.078c0.07720.0875umax1.91922.9185安全系数0.70000.7000u (m/s)1.51082.0430塔径d (m)1.36161.404圆整后，d(m)1.6001.600横截面积at(m2)2.0102.010空塔气速d(m/s)0.71960.7377开孔率0.1010.1013.423精镭塔的有效高度计算：实际精

43、馆段有效高度:z楷=(n耗-l)ht =(9-1)x0.47 = 3.76m实际提谓段有-效高度:z提=(n提一 1)ht =(14-1)x0.47 = 6alm在进料上方开一人孔，其高度约为0.8m ,故精馄塔的有效高度为:z = z 辂 +z提 +0.8 = 3.76 + 6.11 + 0.8 = 10.67m3. 5塔板主要工艺尺寸的计算3. 5. 1溢流装置的计算因塔径0 = 1.6/77,可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如2堰长ay取匚=0.75d,贝 ijg =0.75x1.6 = 1.2 加出口堰高：垠上液高度可按馬w =总呛严(近似取计算)，出口堰咼为/如=hf

44、 how o精憎段：=0.0176mlj4xl 1.6289x10-x36001000 1.2取板上清液层高度 = 70mm ,故hw = hl how = 0.07 0.0176 = 0.0524m提馅段:亠xix(2.0353x10-x3600= q"1000 1.2hw = hl how = 0.07 0.0094 = 0.0606m查图得：由于zu./£> = 0.75,故仪= 0.1253,监= 0.1808, daf = 0.1253 x 2.010 = 0.2519m2,w(/ =0.1808x1.6 = 0.2893加验算降液管内停留时间：精懈段：0

45、= 0 2519x0.45 = 69ls 1.6289x10提馄段：0 =型£= 0.2519x0.4：= 55.69sl522.0353x1()7停留吋间。>5” 故降液管可使用。降液管底隙高度：精傅段取降液管底隙的流速w()=0.10m/5, h严 1,6289x10 3 = 0.0136m,取 3600/汕01.2x0.10h0 = 0.02m提憾段取心=0.10,h；人"()2.0353x1071.2x0.10=0.0170m 、取 h； = 0.02m3. 5. 2塔板布置塔板的分块：因本设计塔径d=1.6m800mm,故塔板采用分块式。塔板分为四块。边缘区

46、宽度确定进口堰前的安定区ws.,进口堰后的安定区取 = % = 0.080m , wc = 0.035/7?开孔区面积计算开孔区面积用观=2xr2-x2 + 缶疋sin'1瑕式计算x = 2.-（w（i 4-叫）二字一（0.2893 + 0.080） = 0.43lm/?= -w = - 0.035 = 0.765m2 c 2ao =2x0.431 x70.7652 -0.4312 +0.7652 sin-1 - = 1.245m21800.765筛孔计算及其排列本系统无腐蚀，可选用5 = 3mm碳钢管，取筛孔直径d0 = 5mm .筛孔按正三角排列，取孔屮心距r = 3d°

47、 =3x5 = 15m/n筛孔数目为二l15fa° = 1155x1严 =6390个t20.0152开孔率为/ = 0.907（乞）2 =0.907 x（空s）2 =10t0.015精憾段气休通过筛孔的气速为：知=直=1曲4 = 11.50/n / 5° 入 1.245x0.101提憾段气体通过筛孔的气速为：血=協=2.0353=16 1伽/$1 观 1.245x0.1013. 6筛板的流体力学验算3. 6. 1塔板压降的计算3.6.1.1干板阻力九计算干板阻力几=0.051（色尸（色）5 pl由d°/5 = 5/3 = 1.67 ,查干筛孔的流量系数图，得=0.

48、772精懈段：pv =1.30kg/mpl=s04.76kg/m3故hc = 0.051 x （丄旳丫 x （丄岂一）=0.0183加液注f0.772804.76提傅段：几=°94kg/ 久=903.15kg/”fi a i of） 94故亿=0.051 x （-az.）2 x （） = 0.0233/n液注0.772903.153.6. 1.1气体通过液层的阻力/v计算精饴段：“己厂 丽'器tt°823皿a化=化隔=0.823x7135 = 0.94 檢"2（$加厲） 杳充气系数关联图得：0 = 0.58提锚段:2.03532.010-0.2519/?,

49、 =0/2/ =0（/如 + how） = 0.58 x （0.0592 + 0.0108） = 0.0406/n 液柱=1.35/7?/ s坨=11 a 7 py 二 1.35 x jo.94 = 1.3|气$严）查充气系数关联图511得：0 = 0.62=0血=0（饥 +/2艸）= 0.62x（0.0562+ 0.0138） = 0.0434加液柱3. 6.1. 2液体表面张力的阻力计算精惚段：液体表面张力所产生的阻力力异=_4 =4x21.69x10=° 0022加液柱” pm) 804.76x9.81x0.005气体通过每层塔板的液柱高度可按下式计算:hp = hc + 片

50、+ha = 0.0471 + 0.0406 + 0.0022 = 0.0879m 液柱气体通过每层塔板的压降为：几=%= 0.0879x804.76x9.81 = 693.94几 <0.7kpa,故符合设计要求。 提饰段：ha =亠空-=4x3503x10，_ = ° 0032,”液柱plgd. 9035x9.81x0.005hp = hc + % + ha = 0.0319 + 0.0434 + 0.0032 = 0.0785m 液柱= hpplg = 0.0785x903.15x9.81 = 695.50/7. <0.7kpa,故符合设计要求。3. 6. 2液面落差对

51、于筛板塔，液面落差很小，故可忽略液面落差的影响。3. 6. 3液沫夹带液沫夹带量式：幺pt(/八 "2力2“。吩。皿精镭段:=0.040kg液 / 气kg < 0.1kg液 / kg气5.7x10"1.323.221.69x10-0.45-0.175提馆段:'=ee 1.35 严35.63x100.45 0.175=0.026kg液 / 气kg < 0.1 焙液 / kg气故在本设计屮液沫夹带量耳在允许范围内。3. 6. 4漏液对筛板塔，漏液点气速；精馅段：= 4.4c07(0.0056 + 0.13/ - ha )pl / pv ,贝ijwomin =

52、 4.4 x 0.772 x (0.0056 + 0.13 x 0.07 - 0.0022)x 804.76 /1.30 = 7.45m / s 实际孔速"o =11.50/71/5 >womin稳定系数为= 1.551.5wo,min 7.45提懈段：如.斷=4.4 x 0.772x j（0.0056+0.13 x 0.07 0.0032）x 903.15 / 0.94 = 10.29m/5 实际孔速：u =15.60m/5>10.29m/5“0,min15.6010.29=1.6915故在本设计中无明显漏液。3. 6. 5液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层应服弘&#

53、171;(p(ht+hw)乙醇-水物系属易发泡物系，取(p = 0.4,则精憾段:(p(ht + 氐)二 0.4x (0.45 + 0.0592) = 0.2037m而 hd = hp + hl + hd板上不设进口堰，则hd = 0.153（知）2 =0.153x0.102 = 0.00153加液柱hd = 0.0879 + 0.07 + 0.00153 = 0594也液柱hd«（p（ht+h,故在本设计中不会发生液泛现象。提谓段:（p（ht + 氐）二 0.4 x （0.45 + 0.0562） = 0.2025加/ =0.0785 + 0.07 + 0.00153 = 0500加液柱h； <y（h丁+hw）,故在本设计屮不会发生液泛现彖。3.6.6塔板负荷性能图3.6.6.1漏液线宙 min = 4.4c。j（0.0056 + 0.13% - 石）久 7q则精镉段l-7、j 0.0056+ 0.13卜鑑讥严kanin = 4-4c0m4 x 0.772 x 0wxl.245x 肿56忑莎2為二（警帀0022804赢30整理得k.min=0.427x76.8714 + 47.484/3