化工原理txt

0.10 0.43 0.75 0.785
0.14 0.482 0.80 0.82
0.18 0.513 0.85 0.855
0.20 0.525 0.894 0.894
0.25 0.551 0.90 0.898
0.30 0.575 0.95 0.942
0.35 0.595 1.0 1.0
验算：
液体在精馏段降液管内的停留时间
液体在精馏段降液管内的停留时间
5.2 弓形降液管
5.2.1 堰高
采用平直堰，堰高
取 ，则
5.2.2 降液管底隙高度h0
若取精馏段取 ，提馏段取为 ，那么液体通过降液管底隙时的流速为
精馏段：
长期以来，乙醇多以蒸馏法生产，但是由于乙醇~水体系有共沸现象，普通的精馏对于得到高纯度的乙醇来说产量不好。但是由于常用的多为其水溶液，因此，研究和改进乙醇`水体系的精馏设备是非常重要的。
塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，在此我们作板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项是非常必要的。
可以查得 ，所以
取水为冷凝介质，其进出冷凝器的温度分别为25℃和35℃则
平均温度下的比热 ，于是冷凝水用量可求：
3.4 热能利用
以釜残液对预热原料液，则将原料加热至泡点所需的热量 可记为：
其中
在进出预热器的平均温度以及 的情况下可以查得比热 ，所以，
釜残液放出的热量
3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算
以年工作日为300天，每天开车24小时计，进料量为：
由全塔的物料衡算方程可写出：
(蒸汽)
(泡点)
3.3 全凝器冷凝介质的消耗量
塔顶全凝器的热负荷：
由于适宜的空塔气速 ，因此，需先计算出最大允许气速 。
取塔板间距 ，板上液层高度 ，那么分离空间：
功能参数：
从史密斯关联图查得： ，由于 ，需先求平均表面张力：
全塔平均温度 ，在此温度下，乙醇的平均摩尔分数为 ，所以，液体的临界温度：
设计要求条件下乙醇~水溶液的表面张力
1.1 设计依据
本设计依据于教科书的设计实例，对所提出的题目进行分析并做出理论计算。
1.2 技术来源
目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，但是严格计算法对于连续精馏塔是最常采用的，我们此次所做的计算也采用严格计算法。
1.3 设计任务及要求
原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨
4132(1.15 )
4.2 塔径的计算
由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两段的塔径相等。有以上的计算结果可以知道：
汽塔的平均蒸汽流量：
汽塔的平均液相流量：
汽塔的汽相平均密度：
汽塔的液相平均密度：
塔径可以由下面的公式给出：
个
取人孔两板之间的间距 ，则塔顶空间 ，塔底空间 ，进料板空间高度 ，那么，全塔高度：
5. 塔板结构尺寸的确定
5.1 塔板尺寸
由于塔径大于800mm，所以采用单溢流型分块式塔板。
取无效边缘区宽度 ，破沫区宽度 ，
查得
弓形溢流管宽度
弓形降液管面积
3.6 全塔效率的估算
用奥康奈尔法( )对全塔效率进行估算：
由相平衡方程式 可得
根据乙醇~水体系的相平衡数据可以查得：
(塔顶第一块板)
(加料板)
(塔釜)
因此可以求得：
全塔的相对平均挥发度：
取 时画出的阀孔数目只有60个，不能满足要求，取 画出阀孔的排布图如图1所示，其中
图中，通道板上可排阀孔41个，弓形板可排阀孔24个，所以总阀孔数目为 个
5.3.3 校核
气体通过阀孔时的实际速度：
实际动能因数： (在9~12之间)
开孔率：
开孔率在10%~14之间，满足要求。
二：计算过程
1. 塔型选择
根据生产任务，若按年工作日300天，每天开动设备24小时计算，产品流量为 ，由于产品粘度较小，流量较大，为减少造价，降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选用浮阀塔。
2. 操作条件的确定
2.1 操作压力
由于乙醇~水体系对温度的依赖性不强，常压下为液态，为降低塔的操作费用，操作压力选为常压
6.4 雾沫夹带验算
泛点率=
查得物性系数 ，泛点负荷系数
所以，
泛点率=
可见，雾沫夹带在允许的范围之内
7. 操作性能负荷图
7.1 雾沫夹带上限线
取泛点率为80%代入泛点率计算式，有：
整理可得雾沫夹带上限方程为：
7.2 液泛线
液泛线方程为
其中，
代入上式化简后可得：
7.3 液体负荷上限线
取 ，那么
7.4 漏液线
取动能因数 ，以限定气体的最小负荷：
7.5 液相负荷下限线
取 代入 的计算式：
整理可得：
7.6 操作性能负荷图
由以上各线的方程式，可画出图塔的操作性能负荷图。
根据生产任务规定的气液负荷，可知操作点P(0.00146，1.103)在正常的操作范围内。连接OP作出操作线，由图可知，该塔的雾沫夹带及液相负荷下限，即由漏液所控制。由图可读得：
乙醇含量：35%(质量分数)，原料液温度：45℃
设计要求：塔顶的乙醇含量不小于90%(质量分数)
塔底的乙醇含量不大于0.5%(质量分数)
表1 乙醇~水溶液体系的平衡数据
液相中乙醇的含量(摩尔分数) 汽相中乙醇的含量(摩尔分数) 液相中乙醇的含量(摩尔分数) 汽相中乙醇的含量(摩尔分数)
精馏塔的设计中多在塔底加一个再沸器以采用间接蒸汽加热以保证塔内有足够的热量供应；由于乙醇~水体系中，乙醇是轻组分，水由塔底排出，且水的比热较大，故可采用直接水蒸气加热，这时只需在塔底安装一个鼓泡管，于是可省去一个再沸器，并且可以利用压力较底的蒸汽进行加热，无论是设备费用还是操作费用都可以降低。
2.4 热能利用
同理可计算出精馏段的汽相负荷。
精馏段的负荷列于表4。
表4 精馏段的汽液相负荷
名称 汽相 液相
平均摩尔质量/
30 36.13
平均密度/
814 1.251
体积流量/
2.43(0.000625 )
3804(1.056 )
4.1.2 提馏段
整理提馏段的已知数据列于表5，采用与精馏段相同的计算方法可以得到提馏段的负荷，结果列于表6。
摩尔质量
22.3 39.81 18.1
沸点温度 /℃
83.83 78.62 99.38
3.1 最小回流比及操作回流比的确定
由于是泡点进料， ，过点 做直线 交平衡线于点 ，由点 可读得 ，因此：
又过点 作平衡线的切线，切点为 ，读得其坐标为 ，因此：
所以，
可取操作回流比
6. 流体力学验算
6.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)
气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降)
6.1.1 干板阻力
浮阀由部分全开转为全部全开时的临界速度为 ：
因为
所以
6.1.2 板上充气液层阻力
取板上液层充气程度因数 ，那么：
6.1.3 由表面张力引起的阻力
精馏过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。
3. 有关的工艺计算
由于精馏过程的计算均以摩尔分数为准，需先把设计要求中的质量分数转化为摩尔分数。
若将釜残液温度降至
那么平均温度
其比热为 ，因此，
可知， ，于是理论上可以用釜残液加热原料液至泡点
3.5 理论塔板层数的确定
精馏段操作线方程：
提馏段操作线方程：
线方程：
在 相图中分别画出上述直线，利用图解法可以求出
块(含塔釜)
其中，精馏段13块，提馏段5块。
0.0 0.0 0.40 0.614
0.004 0.053 0.45 0.635
0.01 0.11 0.50 0.657
0.02 0.175 0.55 0.678
0.04 0.273 0.60 0.698
0.06 0.34 0.65 0.725
0.08 0.392 0.70 0.755
一、概述
乙醇~水是工业上最常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，是无色、无毒、无致癌性、污染性和腐蚀性小的液体混合物。因其良好的理化性能，而被广泛地应用于化工、日化、医药等行业。近些年来，由于燃料价格的上涨，乙醇燃料越来越有取代传统燃料的趋势，且已在郑州、济南等地的公交、出租车行业内被采用。山东业已推出了推广燃料乙醇的法规。
原料液的摩尔组成：
同理可求得：
原料液的平均摩尔质量：
同理可求得：
45℃下，原料液中
由此可查得原料液，塔顶和塔底混合物的沸点，以上计算结果见表2。
表2 原料液、馏出液与釜残液的流量与温度
名称 原料液 馏出液 釜残液
35 90 0.5
(摩尔分数)
0.1740 0.7790 0.0002
表5 提馏段的已知数据
位置 塔釜 进料板
质量分数
摩尔分数
摩尔质量/
温度/℃ 99.38 83.83
表6 提馏段的汽液相负荷