甲醇—水分離過程板式精餾塔的設(shè)計2

1、化工原理課程設(shè)計 山 東 大 學(xué)題 目 分離甲醇-水篩板精餾塔的設(shè)計 系 （院） 化學(xué)與化工系 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 講師 2012 年 6 月 4 日 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 化工原理課程設(shè)計任務(wù)書化工原理課程設(shè)計任務(wù)書.一、摘 要.3二、設(shè)計任務(wù)書.3三、設(shè)計方案簡介.43.1 設(shè)計思路.43.2 選塔依據(jù).4四、精餾塔的工藝計算4.1 物料衡算.64.2 操作線方程.64.3 相對揮發(fā)度的計算及相平衡方程：.84.4 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置.84.54.5 實際塔板數(shù)的計算實際塔板數(shù)的計算4.51 全塔效率的計算.9五、板式塔有關(guān)物性及主要工藝尺寸的

2、設(shè)計計算5.1 物性數(shù)據(jù)計算物性數(shù)據(jù)計算5.1.1 操作壓強 P的計算.105.1.2 操作溫度 t 的計算.105.1.3 平均摩爾質(zhì)量計算.105.1.4 平均密度的計算.115.1.5 液體表面張力的計算.125.2 氣液負(fù)體積流率及塔徑的計算氣液負(fù)體積流率及塔徑的計算5.2.1 精餾段的氣液體積流率及塔徑.125.2.2 提餾段的氣液體積流率及塔徑.135.3 餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算.145.3.1 精餾段.145.3.2 提餾段.17六、篩板的流體力學(xué)驗算6.1 精餾段精餾段6.1.1 塔板壓降.196.1.2 液沫夾帶量 ev 的驗算.206.1.3 漏液的驗算.206.1.

3、4 液泛驗算.216.2 提餾段提餾段6.2.1 塔板壓降.216.2.2 液沫夾帶量 ev 的驗算.226.2.3 漏液的驗算.226.2.4 液泛驗算.23七、 塔板負(fù)荷性能圖7.1 精餾段精餾段7.1.1 液漏線.237.1.2 液沫夾帶線.247.1.3 液相負(fù)荷下限線.247.1.4 液相負(fù)荷上限線 .257.1.5 液泛線.257.2 提餾段提餾段7.2.1 液漏線.267.2.2 液沫夾帶線.277.2.3 液相負(fù)荷下限線.287.24 液相負(fù)荷上限線.287.2.5 液泛線.28 八、精餾裝置工藝流程圖八、精餾裝置工藝流程圖.29九、設(shè)計結(jié)論九、設(shè)計結(jié)論.30主要符號說明主要符

4、號說明.30參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).32第一章 摘要利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級接觸，在熱能驅(qū)動和相平衡關(guān)系的約束下，使得易揮發(fā)組分（輕組分）不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移，而難揮發(fā)組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到不斷分離，稱該過程為精餾。該過程中，傳熱、傳質(zhì)過程同時進(jìn)行，屬傳質(zhì)過程控制原料從塔中部適當(dāng)位置進(jìn)塔，將塔分為兩段，上段為精餾段，不含進(jìn)料，下段含進(jìn)料板為提餾段，冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。氣、液相回流是精餾重要特點。在精餾段,氣相在上升的過程中，氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷地增濃，在塔頂獲輕組分產(chǎn)品。 在提

5、餾段，其液相在下降的過程中，其輕組分不斷地提餾出來，使重組分在液相中不斷地被濃縮，在塔底獲得重組分的產(chǎn)品，精餾過程與其他蒸餾過程最大的區(qū)別，是在塔兩端同時提供純度較高的液相和氣相回流，為精餾過程提供了傳質(zhì)的必要條件。提供高純度的回流，使在相同理論板的條件下，為精餾實現(xiàn)高純度的分離時，始終能保證一定的傳質(zhì)推動力。所以，只要理論板足夠多，回流足夠大時，在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品，而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。通過對精餾塔的運算，主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，可以得出精餾塔的各種設(shè)計如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)是合理的

6、，以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。本設(shè)計是以甲醇水物系為設(shè)計物系，以篩板塔為精餾設(shè)備分離甲醇和水。篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計針對二元物系甲醇水的精餾問題進(jìn)行分析，選取，計算，核算，繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過程。通過逐板計算得出理論板數(shù)為 10 塊，回流比為 1.31,算出塔效率為 0.446，實際板數(shù)為 18 塊，進(jìn)料位置為第 5 塊，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算中得出塔徑為 1米，有效塔高 7.2 米。通過浮閥塔的流體力學(xué)驗算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。在此次設(shè)計中，對塔進(jìn)行了物料衡算，本次設(shè)計過程正常，操作合適。第二章 設(shè)計任務(wù)書2.1 設(shè)計題目設(shè)計題目

7、：甲醇水分離過程板式精餾塔的設(shè)計 設(shè)計要求：年產(chǎn) 70000 的甲醇噸，塔底餾出液中含甲醇不得高于 0.8%，原料液中含甲醇 50%，水 50% 。2.2 操作條件1) 操作壓力 常壓 2) 進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點進(jìn)料 3) 回流比 1.5 4) 塔底加熱蒸氣壓力 0.3Mpa（表壓）2.3 塔板類型篩孔塔2.4 工作日每年工作日為 300 天，每天 24 小時連續(xù)運行。2.5 設(shè)計說明書的內(nèi)容(1) 流程和工藝條件的確定和說明(2) 操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(3) 精餾塔的物料衡算； (4) 塔板數(shù)的確定； (5) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算； (6) 精餾塔的塔體工藝尺寸計算； (7) 塔板

8、主要工藝尺寸的計算； (8) 塔板的流體力學(xué)驗算； (9) 塔板負(fù)荷性能圖； (10) 主要工藝接管尺寸的計算和選取(11) 塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表(12) 對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論第三章第三章 設(shè)計方案介紹設(shè)計方案介紹一、設(shè)計方案本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇和水的混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程，因為其具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。甲醇水混合液以汽液混合物狀態(tài)(q=1) 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲罐,塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入儲罐(附簡單流程圖)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作

9、回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。 二、設(shè)計思路三、 選塔依據(jù)篩板塔是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的一種塔型，設(shè)計比較成熟，具體優(yōu)點如下：（1）結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價低廉.（2）氣體壓降小、板上液面落差也較小.（3）塔板效率較高. 改進(jìn)的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔精餾塔工藝尺寸計算篩板流體力學(xué)驗算塔負(fù)荷性能圖全塔熱量衡算塔工藝條件及物性計算第四章 精餾塔的工藝計算4.1 物料衡算4.1.1 原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量為：32.04kg/kmolaM 水的摩爾質(zhì)量為： 18.01kg/kmolbM 原料液摩爾分率：F0.5

10、/32.040.360.5/32.040.5/18.01塔頂摩爾分率：0.98/32.040.960.98/32.040.02/18.01D塔底摩爾分率：30.008/32.044.51 100.008/32.040.992/18.01W4.1.2 原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量原料液平均摩爾質(zhì)量：0.36 32.04(1 0.36) 18.0123.06/FMkg kmol塔頂產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量0.96 32.04(1 0.96) 18.0131.48/DMkg kmol塔底產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量 334.51 1032.04(1 4.51 10 ) 18.0118.07/WMkg kmol

11、4.1.3 全塔物料衡算77.0 1023.06(24 300)412.61/Fkmol h330.364.51 10412.61153.51/0.964.51 10FWDWDFkmol h412.61 153.51259.10/WFDkmol h4.2 操作線方程甲醇水屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。 由手冊查得甲醇水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)（表 1）。表 1 溫度/xy溫度/xy1000.000.0075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30

12、.080.36567.60.800.9151866.00.900.9581765.00.950.9797964.51.001.0078.00.300.665查得:y=0.7，x=0.36Rmin=(xD-y)/(y-x)=（0.96-0.7）/(0.7-0.36) =0.765R=1.5Rmin=1.5*0.765=1.1481.148 153.51176.23/LRDkmol h(1)(1.148 1) 153.51329.74/VRDkmol h329.74/VVkmol h176.23412.61588.84/LLFkmo

13、l h4.2.1 精餾段操作線方程111DnnRyRR 11.1480.961.148 11.148 1nny10.5340.447nny4.2.2 提餾段操作線方程1mmWLWyLWLW31588.84259.104.51 10588.84259.10588.84259.10mmy311.7863.54 10mmy4.2.3 進(jìn)料方程由于為泡點進(jìn)料，則 q=1 11Fqyqq0.36Fy4.3圖解法確定塔板數(shù)圖解法確定塔板數(shù)甲醇水屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。 由手冊查得甲醇水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)（表 1），繪出 x-y 圖。繪圖后可得：精餾段理論塔板數(shù) NT=5 塊提留段理論塔板數(shù)

14、NT=4 塊可知，總理論塔板數(shù) NT 為 10（包括再沸器） ，可知，進(jìn)料板位置 NF 為自塔頂起第 6塊。4.4 相對揮發(fā)度的計算及相平衡方程：當(dāng)氣體服從道爾頓分壓定律時，由式得到相對揮發(fā)度如表 2：/ABiAByyxxi序號12345678910揮發(fā)度7.058.037.556.57.936.215.35序號111213141516171819揮發(fā)度5.184.495.114.033.53.082.592.581.64表 2 不同溫度下的相對揮發(fā)度數(shù)值1191218194.84 相平衡方程：14.843.84nnnnnyyxyy4.5 實際塔板數(shù)的計算實際塔板數(shù)的計算

15、4.51 全塔效率的計算（1）由化工原理-下冊查得溫度與組成的利用內(nèi)插法，求得組成溫度/塔頂組成為 0.9666.12塔底組成為 0.0045199.19進(jìn)料板處的組成 0.3676.65（2）液體黏度的計算由化工原理(上)查得 90%甲醇黏度和 40%甲醇黏度,并通過內(nèi)差法計算出 50%甲醇黏度,計算結(jié)果如表 2-5。溫度/水黏度/mpa.s90%甲醇黏度/mpa.s40%甲醇黏度/mpa.s50%甲醇黏度/mpa.s76.650.3950.3630.4910.42799.190.2710.2790.3200.299566.120.4710.4090.6500.5295表 2-5 不同溫度下

16、的液體黏度32(1)LDDCH OHDH Oxx0.96 0.5295(1 0.96) 0.4710.52716.amp s32(1)0.36 0.427(1 0.36) 0.3950.40652.LFFCH OHFH Oaxxmp s3233(1)4.51 100.2995(1 4.51 10 ) 0.2710.2711.LWWCH OHWH Oaxxmp s()3(0.527160.406520.2711)30.4016.LmLDLFLWamp s(3)全塔效率的計算0.2450.2450.49()0.49(4.84 0.4016)0.4163TLE精餾段實際板數(shù) 55120.4163TT

17、NE提餾段實際板數(shù) 44100.4163TTNE 0.4163TE 第五章第五章 板式塔有關(guān)物性及主要工藝尺寸的設(shè)計計算板式塔有關(guān)物性及主要工藝尺寸的設(shè)計計算5.15.1 物性數(shù)據(jù)計算物性數(shù)據(jù)計算5.1.1 操作壓強 P的計算：取每層塔板壓降為 則 P=0.7kPa,塔頂壓強 101.3kPaDP 進(jìn)料板壓強 101.3 12 0.7109.7kPaFP 塔底壓強 101.322 0.7116.7kPaWP 精餾段平均壓強 1101.3 109.7105.522DFmapppkp提餾段平均壓強 2116.7 109.7113.222FWmapppkp5.1.2 操作溫度 t 的計算：依據(jù)操作壓

18、強，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中甲醇、水的飽和蒸汽壓由安托因方程計算，計算過程如上，計算結(jié)果如下：塔頂溫度：=66.12Dt進(jìn)料溫度：=76.65Ft塔底溫度：99.19Wt精餾段平均溫度：1(66.1276.65)71.385 C22DFmttt提餾段平均溫度：2(76.6599.19)87.92 C22FWmttt5.1.3 平均摩爾質(zhì)量計算（1）塔頂:11-1-10.960.840.96 32.04(1 0.96) 18.0131.48kg mol0.84 32.04(1 0.84) 18.0129.79kg molDVDmLDmyxxMM （2）進(jìn)料板:-1-10.360.

19、73470.7347 32.04(1 0.7347) 18.0128.32kg mol0.36 32.04(1 0.36) 18.0123.06kg molFFVFmLFmxyMM （3）塔底:-1-10.004510.028310.02831 32.04(1 0.02831) 18.0118.41kg mol0.00451 32.04(1 0.00451) 18.0118.07kg molwwVWmLWmxyMM （4）精餾段平均摩爾質(zhì)量：氣相：-1131.4828.3229.90kg mol2VmM液相：-1127.7923.0626.43kg mol2LmM（5）提餾段平均分子量：氣相：

20、-1228.32 18.4123.37kg mol2VmM液相：-1223.06 18.0720.57kg mol2LmM5.1.4 平均密度的計算 （1）氣相平均密度的計算Vm精餾段平均密度:-31111105.5 29.891.12kg m8.314 (273.1566.12)mvmVmmpMR T提餾段平均平均密度: -32222113.2 21.530.84kg m8.314 (273.1576.65)mvmVmmpMR T（2）液相平均密度 的計算 Lm由式 求相應(yīng)的液相密度。1ABiLmiLALB塔頂平均密度的計算：=66.12化工原理 (上)得, Dt33745/983.038/

21、ABkg mkg m 0.96 32.040.9770.91 32.041 0.9618.01Aa30.9770.0231/()749.06/745983.038LDmkg m對于進(jìn)料板： 時得: 76.65Ft 33717/973.81/ABkg mkg m 0.36 32.040.50010.36 32.040.64 18.01Aa30.50010.49991/()850.34/754973.81LFmkg m對于塔底：時得: 99.19Wt33753.86/959.435/ABkg mkg m 0.0045 32.040.007980.0045 32.040.9955 18.01Aa30

22、.007980.92021/()1031.256/753.86959.435LWmkg m（3）精餾段平均液相密度: -31850.34749.06799.7kg m22LDmLFmLm餾段平均液相密度: -321031.256850.34940.80kg m22LWmLFmLm5.1.5 液體表面張力的計算 根據(jù)化工原理課程設(shè)計指導(dǎo)下甲醇和水的表面張力， 如表 6。位置平均溫度 C甲醇 mN/m水 mN/m塔頂66.1218.0965.057進(jìn)料76.6516.8763.073塔底99.1915.2458.717根據(jù)式平均表面張力，如下：niiim1則塔頂： 0.96 18.091 0.96

23、65.05719.97/DmmN m進(jìn)料： 0.36 16.871 0.3663.07346.44/FmmN m塔底： 0.0045 15.241 0.004558.71758.52/wmmN m則精餾段：119.9746.4433.205/22DMFMmlmN m提餾段：244.4458.5252.48/22FMWMlmmN m5.25.2 氣液負(fù)體積流率及塔徑的計算氣液負(fù)體積流率及塔徑的計算5.2.1 精餾段的氣液體積流率及塔徑31111329.74 29.902.445ms36003600 1.12VmSVmV MV31111176.23 26.43L0.00162ms36003600

24、799.7LmSLmL M （由式）max1LVVuC0.2L20()20CC由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為20C11220.00162 3600799.7()()0.01772.445 36001.12hLhVLV 取板間距 HT=0.5m 板上液層高度 hL=0.05m HT -hL=0.5 -0.05=0.45查得史密斯關(guān)聯(lián)圖到200.093C0.20.212033.205()0.093 ()0.1032020LCC-1max1799.7 1.120.1032.75m s1.12u取安全系數(shù)為 0.6 則空塔速度為 -1max0.60.6 2.751.65m suu塔徑 11144 2

25、.4451.37m3.14 1.65sVDu 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D=1.8m 塔截面積為 At==2.54 m2D 1.6-2.0 對應(yīng) HT450-600,符合設(shè)計要求5.2.2 提餾段的氣液體積流率及塔徑,2312,2329.74 23.372.548ms36003600 0.84VmsVmV MV,2312,2588.84 20.570.00358ms36003600 940.80LmsLmL ML 其中的查史密斯關(guān)聯(lián)圖，圖的橫坐標(biāo)為0.220C()20LCC式中由計算20C11220.00358 3600940.80()()0.0472.548 36000.84h

26、LhVLV取板間距 HT=0.5 板上液層高度 hL=0.05m HT -hL=0.5-0.05=0.45查史密斯關(guān)聯(lián)圖得到200.074C0.20.222052.48()0.074 ()0.0902020LCC-1max2940.800.840.0903.01m s0.84u取安全系數(shù)為 0.6 則空塔速度為-1max0.60.6 3.011.806m suu塔徑 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為 22244 2.5481.34m3.14 1.806sVDu21.8mD 根據(jù)上述精餾段和提留段塔徑的計算，可知全塔塔徑為 1.8mD 截面積為2221.82.54m44TADD 1.6-2.0 對應(yīng) HT450

27、-600,符合設(shè)計要求5.35.3 餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算5.3.1精餾段1 塔有效高度的計算： 精餾段有效高度為11(12 1) 0.55.5mZ TN-1 H提餾段有效高度為22(10 1) 0.54.5mZ TN -1 H在進(jìn)料板上方開一個小孔，氣高度為 0.8m故精餾塔的有效高度為0.810.8mZZZ2、裝置計算因，可采用單溢流弓型降液管，采用凹形受液盤，不設(shè)進(jìn)口堰，各項計算2.0mD 如下：(1) 溢流堰長 Wl0.600.60 1.81.08mWlD(2) 溢流堰高度 WhWLOWhhh選平直堰，堰上液高度為，近似取 E=1

28、，OWh2233333600 0.001622.84 10()2.84 101 ()0.00871.08hOWWLhEml 取板上清液層高度故 50mmLh 0.050.00870.0413mWLOWhhh(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積dWfA由 查弓型降液管圖 得 Wd/D=0.115 /AT=0.0560.60wlDfA故 0.1150.115 1.80.207mdWD20.0560.048 2.540.142mfTAA計算液體在降液管中停留時間136003600 0.142 0.543.835s0.00162 3600fThA HsL故降液管設(shè)計合理。(4) 降液管底隙高度 h0取

29、液體通過降液管底隙的流速，-100.07m su 依下式計算降液管底隙高度 h010100.00162 36000.021m1.08 0.07 3600SWLhlu1010.04130.0210.0203m0.006mWhh故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤 深度55whmm3、塔板布置（1）塔般的分塊因，故塔板采用分塊式。由文獻(xiàn)（一）查得，塔板分為 3 塊。80mmD（2）邊緣區(qū)寬度確定 取。0.065m0.065msscWWW （3）開孔區(qū)面積計算 其中：22212 (sin)180axAx rxrr1.8(0.2070.065)0.628m22dSDxWW1.80.0650.835

30、m22CDrW故 222123.14 0.8350.6282 0.628 0.8350.628sin ()1.87m1800.835aA（4）篩孔數(shù) n 與開孔率 本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。3mm5mmd篩孔按正三角形排列，取 孔中心距為 33 515mmtd 取篩孔的孔徑 d0=5mm塔板上篩孔數(shù)目為 21.1551.155 1.8795990.000225Ant塔板開孔區(qū)的開孔率 2200.0050.907()0.907()100%10.1%0.015dt開孔率在 5-15%范圍內(nèi)，符合要求。氣體通過篩孔的氣速 -1002.4459.53m s0.101 2.5

31、4SVuA5.3.2提餾段裝置計算因，可采用單溢流弓型降液管，采用凹形受液盤，不設(shè)進(jìn)口堰，各項計算2.0mD 如下：(1) 溢流堰長 Wl0.600.60 1.81.08mWlD(2) 溢流堰高度 WhWLOWhhh選平直堰，堰上液高度為，近似取 E=1，OWh2233333600 0.003582.84 10()2.84 101 ()0.0151.08hOWWLhEml 取板上清液層高度 故 50mmLh 0.050.0150.035mWLOWhhh(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積dWfA由 查弓型降液管圖 得 Wd/D=0.115 /AT=0.0560.60wlDfA故 0.1150.

32、115 1.80.207mdWD20.0560.056 2.540.142mfTAA計算液體在降液管中停留，136003600 0.142 0.519.835s0.00358 3600fThA HsL 故降液管設(shè)計合理。(4) 降液管底隙高度 h0取液體通過降液管底隙的流速，-100.2m su 依下式計算降液管底隙高度 h010100.00358 36000.0194m1.08 0.2 3600SWLhlu1010.0350.01940.0156m0.006mWhh故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤 深度55whmm3、塔板布置（1）塔般的分塊因，故塔板采用分塊式。由文獻(xiàn)（一）查得，塔

33、板分為 3 塊。80mmD（2）邊緣區(qū)寬度確定 取。0.065m0.065msscWWW （3）開孔區(qū)面積計算 其中：22212 (sin)180axAx rxrr1.8(0.2070.065)0.628m22dSDxWW1.80.0650.835m22CDrW故 222123.14 0.8350.6282 0.628 0.8350.628sin ()1.87m1800.835aA（4）篩孔數(shù) n 與開孔率 本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。3mm5mmd篩孔按正三角形排列，取 孔中心距為 33 515mmtd 取篩孔的孔徑 d0=5mm塔板上篩孔數(shù)目為 個21.1551.

34、155 1.8795990.000225Ant塔板開孔區(qū)的開孔率 2200.0050.907()0.907()100%10.1%0.015dt開孔率在 5-15%范圍內(nèi)，符合要求。氣體通過篩孔的氣速 -1002.54813.49m s0.101 1.87SVuA第六章 篩板的流體力學(xué)驗算6.1 精餾段6.1.1 塔板壓降（1）干板阻力計算： 干板阻力，由查文獻(xiàn)得 chch051.673dC0=0.77202202.44512.98/3.1495990.00544sVum snd220012.981.120.051() ()0.051 ()()0.020m0.772799.7VcLuhC液柱（2

35、）氣流穿過板上液層的阻力 hl計算-12.4451.02m s2.540.142SaTfVuAA1/21/21.021.121.08/()aaVFukgs m查文獻(xiàn)（3）中，得0.64故 液柱0.640.04130.00870.032mlLwowhhhh（3）液體表面張力的阻力計算h3044 33.205 100.0034m799.7 9.81 0.005LLhg d氣體通過每層塔板的液柱高度ph0.020.0320.00340.0554mpclhhhh氣體通過每層塔板的壓降為（設(shè)計允許值）0.0554 799.7 9.81434.6Pa700PaPPLPhg（4）液面落差 對于篩板塔液面落差

36、很小，但本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略。6.1.2 液沫夾帶量 ev的驗算塔板上鼓泡層的高度2.52.5 0.050.125mfLhhkg 液/kg 氣0.1 kg 液6 105.7 102.11()()0.004233.205 100.50.125avLTfueHh/kg 氣ev在本設(shè)計中在允許范圍內(nèi)，精餾段在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶。6.1.3 漏液的驗算對篩板塔，漏夜點氣速為0,min04.4(0.00560.13)799.74.4 0.772 (0.00560.13 0.050.0034)8.52/1.12LLVuChhm s 實際孔速00,min12.

37、98/um su篩板的穩(wěn)定性系數(shù) 00,min12.981.521.58.52uKu該值大于 1.5，符合設(shè)計要求。故本設(shè)計中精餾段在設(shè)計負(fù)荷下無明顯漏液。6.1.4 液泛驗算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度)(WTdhHH甲醇水物系屬一般物系，取，則0.5()0.5(0.50.0413)0.27mTWHh而dpLdHhhh板上不設(shè)進(jìn)口堰，則液柱2200.153()0.153 (0.07)0.00075mdhu 柱0.05540.050.000750.106mdPLdHhhh0.2677m ()dTWHHh故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。6.26.2 提餾段提餾段6.2.1 塔板壓

38、降（1）干板阻力計算： 干板阻力，由查文獻(xiàn)得 C0=0.772chch051.673d 02202.54813.53/3.1495990.00544sVum snd液柱220013.530.840.051() ()0.051 ()()0.014m0.772940.8VcLuhC（2）氣流穿過板上液層的阻力 hl計算-12.5481.06m s2.540.142SaTfVuAA1/21/21.060.840.97/()aaVFukgs m查文獻(xiàn)（3）中 5-11，得。 0.65故 液柱0.650.0350.0150.0325mlLwowhhhh（3）液體表面張力的阻力計算h3044 52.48

39、100.0045m940.8 9.81 0.005LLhg d氣體通過每層塔板的液柱高度ph0.0140.03250.00450.051mpclhhhh氣體通過每層塔板的壓降為（設(shè)計允許值）0.051 940.8 9.81470.7Pa700PaPPLPhg（4）液面落差 對于篩板塔液面落差很小，但本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略。6.2.2 液沫夾帶量 ev的驗算塔板上鼓泡層的高度2.52.5 0.050.125mfLhhkg 液/kg 氣0.1 kg 液6 105.7 101.06()()0.00352.48 100.50.125avLTfueHh/kg 氣ev在本

40、設(shè)計中在允許范圍內(nèi)，精餾段在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生過量液沫夾帶。6.2.3 漏液的驗算對篩板塔，漏夜點氣速為0,min04.4(0.00560.13)940.84.4 0.772 (0.00560.13 0.050.0045)9.98/0.84LLVuChhm s 實際孔速00,min13.53/um su篩板的穩(wěn)定性系數(shù) 00,min13.531.5011.59.98uKu該值大于 1.5，符合設(shè)計要求。故本設(shè)計中精餾段在設(shè)計負(fù)荷下無明顯漏液。6.2.4 液泛驗算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度)(WTdhHH甲醇水物系屬一般物系，取，則0.5()0.5(0.50.035)0.26

41、75mTWHh而dpLdHhhh板上不設(shè)進(jìn)口堰，則液柱2200.153()0.153 (0.2)0.0061mdhu 液柱0.271m0.051 0.050.00610.107mdPLdHhhh ()dTWHHh故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。第七章 塔板負(fù)荷性能圖7.1 精餾段7.1.1 漏液線0,min04.4(0.00560.13)LLVuChh由0.min2,min302.84()1000ShLwowowwVLuhhhhEAl 得 234.43 0.772 0.101 1.8736002.84799.70.00560.130.04131 ()0.00341.1210001.08sL 得

42、23,min17.26 0.007570.0824SsVL在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 的值，計算結(jié)果見下表 7 由上表數(shù)據(jù)可做出漏液線 17.1.2 液沫夾帶線取霧沫夾帶極限值 依式 0.1kg/kgve 液氣53.25.7 10()avTfueHh式中0.422.540.142SSaSTfVVuVAA 2.5()fwOWhhhWh =0. 0413223336002.841()0.6210001.08sowsLhL 故 22332.5 0.04130.620.103 1.55fsshLLLs,3ms0.00060.00150.00300.0045Vs，3ms1.56

43、1.611.661.7123,min002.844.4(0.00560.13()1000hLSWVWLVChEhAl 22330.50.103 1.550.397 1.55TfssHhLL3.2663.22330.425.7 105.7 10()0.133.205 100.397 1.55aSvLTfSuVeHhL 則 236.91 26.99ssVL 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 的值，計算結(jié)果見表 8： 表由上表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線 2。7.1.3 液相負(fù)荷下限線 對于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。 0.005mOWh 取 23336002.84 10

44、()0.005sOWWLhEl1E 1.2Wlm 233,min0.005 10001.08m()0.00070s2.843600sL據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3。7.1.4 液相負(fù)荷上限線 取作為液體在降液管中的停留時間的下限，4s4fTsA HL3,max0.142 0.50.0178m /s44fTsA HL 據(jù)此可作出與氣體流量 VS無關(guān)的垂直線，液相負(fù)荷上限線 4。7.1.5 液泛線令 由 ()dTWHHh11;dPLdPcLLWOWHhhhhhhhhh hhh；Ls，3ms000060.00150.00300.0045Vs，3ms6.726.566.356.17

45、 聯(lián)立得TWOWcdHhhhhh （-1）（1）,OWdcShhhhVSS忽略，將與L與L，與的關(guān)系式代入上式，并整理得22Sa VbcdSS2/ 3LL20020.051()()0.0511.12()0.0021(0.101 2.54 0.772)799.7VLaA C0.5 0.5TWbHh -10. 5-0. 64-10. 0413=0. 2032200.1530.153297.41.08 0.021Wcl h 33360036002.84 10()2.84 101 (0.64)1.041.08WdEl 2/ 32/ 311故 220.00210.203297.41.04SV SS2/

46、3LL 2296.67 141619.05495.24SV SS2/ 3LL在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 的值，計算結(jié)果見下表 9：表由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5 Ls，3ms0.00060.00150.00300.0045Vs，3ms9.659.499.228.96 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點 A，連接 OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏控制。由圖查得Vs,max= 6.0m3/s Vs,min=1.45 m3/s故操作彈性為Vs,max/ Vs,min=6.0/1.45=4.14（操作彈性大于 3）7.2 提餾段7.2.1 漏液線0

47、,min04.4(0.00560.13)LLVuChh由0.min2,min302.84()1000ShLwowowwVLuhhhhEAl 得 234.43 0.772 0.101 1.8736002.84940.80.00560.130.0351 ()0.00450.8410001.08sL 23,min002.844.4(0.00560.13()1000hLSWVWLVChEhAl得 23,min21.62 0.005650.083SsVL在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式計算出 Vs 的值，計算結(jié)果見下表 10 由上表數(shù)據(jù)可做出漏液線 17.2.2 液沫夾帶線取霧沫夾帶極限值 依式

48、 0.1kg/kgve 液氣53.25.7 10()avTfueHh式中0.422.540.142SSaSTfVVuVAA 2.5()fwOWhhhWh =0. 035223336002.841()0.6310001.08sowsLhL 故 22332.5 0.0350.630.0875 1.575fsshLL 22330.50.0875 1.5750.4125 1.575TfssHhLL3.2663.22330.425.7 105.7 10()0.152.48 100.4125 1.575aSvLTfSuVeHhL 則 238.2431.65ssVL 在操作范圍內(nèi)，任取幾個 Ls 值，依上式

49、計算出 Vs 的值，計算結(jié)果見表 11： 表由上表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線2。7.2.3 液相負(fù)荷下限線 Ls,3ms000060.00150.00300.0045Vs，3ms1.711.781.861.92Ls，3ms0.00060.00150.00300.0045Vs，3ms8.017.837.587.34對于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。 0.005mOWh 取 23336002.84 10()0.005sOWWLhEl1E 1.08Wlm 233,min0.005 10001.08m()0.00073s2.843600sL據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 3。7.

50、2.4 液相負(fù)荷上限線 取作為液體在降液管中的停留時間的下限，4s4fTsA HL3,max0.142 0.50.018m /s44fTsA HL 據(jù)此可作出與氣體流量 VS無關(guān)的垂直線，液相負(fù)荷上限線 4。7.2.5 液泛線令 由 ()dTWHHh11;dPLdPcLLWOWHhhhhhhhhh hhh； 聯(lián)立得TWOWcdHhhhhh （-1）（1）,OWdcShhhhVSS忽略，將與L與L，與的關(guān)系式代入上式，并整理得22Sa VbcdSS2/ 3LL20020.051()()0.0510.84()0.0021(0.101 1.87 0.772)940.8VLaA C0.5 0.5TWbHh -10. 5-0. 65-10. 035=0. 212200.1530.153348.531.08 0.0194Wcl h 33360036002.84 10()2.84 101 (0.65)1.0461.08WdEl 2/ 32/ 311故 2