化工原理課程設(shè)計講稿(裝控)2011

1、1化工工藝與設(shè)備課程設(shè)計化工工藝與設(shè)備課程設(shè)計 中國石油大學(xué)（華東）中國石油大學(xué)（華東） 化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院 化學(xué)工程系化學(xué)工程系2第一部分第一部分 前言前言一、課程設(shè)計的目的一、課程設(shè)計的目的 運用已經(jīng)學(xué)過的各門課程的知識，特別是運用已經(jīng)學(xué)過的各門課程的知識，特別是化工原理化工原理與與化工工藝與設(shè)備化工工藝與設(shè)備的知識，進(jìn)行化工單元設(shè)備中常見設(shè)的知識，進(jìn)行化工單元設(shè)備中常見設(shè)備備精餾塔的設(shè)計，達(dá)到以下幾方面目的精餾塔的設(shè)計，達(dá)到以下幾方面目的。v培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、查閱化工資料獲取有關(guān)培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、查閱化工資料獲取有關(guān)知識和數(shù)據(jù)、進(jìn)行化工設(shè)備初步設(shè)計的能力。知識和數(shù)據(jù)

2、、進(jìn)行化工設(shè)備初步設(shè)計的能力。v培養(yǎng)學(xué)生獨立工作及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題培養(yǎng)學(xué)生獨立工作及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的綜合能力。的綜合能力。v提高計算能力、培養(yǎng)工程實際觀念。提高計算能力、培養(yǎng)工程實際觀念。v深入了解化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握板式精餾塔的各深入了解化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握板式精餾塔的各主要部件的結(jié)構(gòu)及作用。主要部件的結(jié)構(gòu)及作用。v培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的學(xué)風(fēng)和工作作風(fēng)。培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的學(xué)風(fēng)和工作作風(fēng)。3二、課程設(shè)計的任務(wù)二、課程設(shè)計的任務(wù)1. 已知條件已知條件分離對象：分離對象：苯、甲苯、乙苯、苯乙烯混合物分離；苯、甲苯、乙苯、苯乙烯混合物分離；正丁烷、異戊烷、正戊烷混合物的分離。正

3、丁烷、異戊烷、正戊烷混合物的分離。處處 理理 量：（例如：量：（例如：245 T/d245 T/d）原料組成：（原料組成：（例如：例如：苯苯 46% 46% ，甲苯，甲苯 54%54%） 進(jìn)料狀態(tài)：（例如：進(jìn)料狀態(tài)：（例如：q q1 1）產(chǎn)品要求：（例如：塔頂產(chǎn)品產(chǎn)品要求：（例如：塔頂產(chǎn)品 含苯含苯99%99%；塔底；塔底 產(chǎn)品：含甲苯產(chǎn)品：含甲苯99.5%) 99.5%) 塔體溫度塔體溫度：（例如要求：（例如要求：Tw102Tw102）42. 設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù) 工藝設(shè)計工藝設(shè)計 產(chǎn)品組成：產(chǎn)品組成：xD,xW（通過物料衡算）（通過物料衡算） 操作條件：操作條件：TD,PD,TW,PW 回流比

4、：最小回流比，回流比：最小回流比，Rm；操作回流比，；操作回流比，R 塔板數(shù)：提餾段板數(shù)；精餾段板數(shù)塔板數(shù)：提餾段板數(shù)；精餾段板數(shù) 塔徑：塔徑：D 熱負(fù)荷：冷凝器和再沸器熱負(fù)荷熱負(fù)荷：冷凝器和再沸器熱負(fù)荷 塔板設(shè)計：塔板設(shè)計： 溢流裝置；塔板布置；流體力學(xué)校核。溢流裝置；塔板布置；流體力學(xué)校核。 塔體初步設(shè)計：塔體初步設(shè)計： 塔體設(shè)計；封頭設(shè)計；人孔和手孔的選塔體設(shè)計；封頭設(shè)計；人孔和手孔的選用；接管設(shè)計。用；接管設(shè)計。 輔助設(shè)備選用：輔助設(shè)備選用： 冷凝器的選用與校核、再沸器的選用。冷凝器的選用與校核、再沸器的選用。 繪制浮閥排列圖繪制浮閥排列圖53. 需要上交的材料需要上交的材料 設(shè)計說明

5、書，主要包括：設(shè)計說明書，主要包括： 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書 第一章第一章 工藝設(shè)計工藝設(shè)計 第二章第二章 塔板設(shè)計塔板設(shè)計 第三章第三章 塔體的初步設(shè)計塔體的初步設(shè)計 第四章第四章 塔的輔助設(shè)備選用塔的輔助設(shè)備選用 第五章第五章 計算結(jié)果匯總表計算結(jié)果匯總表 第六章第六章 結(jié)果與討論結(jié)果與討論(2)(2)浮閥排列圖浮閥排列圖(3)(3)計算草稿計算草稿6 三、日程安排三、日程安排 2011年年8月月10日日8月月19日日,二周，扣除周六周日，實際二周，扣除周六周日，實際10天，天，8月月19日交說明書，其中：日交說明書，其中：工藝計算：工藝計算：3 3天天 塔板設(shè)計：塔板設(shè)計：3.53.5天天

6、塔體設(shè)計：塔體設(shè)計：0.50.5天天附屬設(shè)備選用：附屬設(shè)備選用：1 1天天繪圖：繪圖：0.50.5天天整理說明書：整理說明書：1 1天天講課：講課：0.50.5天天 7四、課程設(shè)計過程注意問題四、課程設(shè)計過程注意問題v認(rèn)真閱讀教材，草擬進(jìn)度表，擬定設(shè)計的方法和步驟。認(rèn)真閱讀教材，草擬進(jìn)度表，擬定設(shè)計的方法和步驟。v計算過程中要隨時復(fù)核計算結(jié)果的正確性，做到有錯即改，計算過程中要隨時復(fù)核計算結(jié)果的正確性，做到有錯即改，避免大的返工。避免大的返工。v要求來教室進(jìn)行設(shè)計，以便于答疑和掌握進(jìn)度。要求來教室進(jìn)行設(shè)計，以便于答疑和掌握進(jìn)度。 8五、參考資料五、參考資料No題題 名名責(zé)任者責(zé)任者出版社出版社

7、索索 取取 號號1冷換設(shè)備工藝計算手冊冷換設(shè)備工藝計算手冊劉巍等劉巍等石油化工石油化工TE965-62/12石油加工單元過程原理上石油加工單元過程原理上沈復(fù)等沈復(fù)等石油化工石油化工TE624/7/13石油加工單元過程原理下石油加工單元過程原理下沈復(fù)等沈復(fù)等石油化工石油化工TE624/7/24化工原理課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計劉雪暖劉雪暖石油大學(xué)石油大學(xué)TQ02/635化工原理課程設(shè)計化工原理課程設(shè)計裴世紅裴世紅大連理工大連理工TQ02/726化工原理課程設(shè)計：化工原理課程設(shè)計：化工傳遞與單元操作課程設(shè)計化工傳遞與單元操作課程設(shè)計賈紹義賈紹義天津大學(xué)天津大學(xué)TQ02/607常用化工單元設(shè)備設(shè)計常用

8、化工單元設(shè)備設(shè)計李功樣李功樣華南理工華南理工TQ051.02/18石油煉制圖表計算機(jī)處理方法石油煉制圖表計算機(jī)處理方法金桂三金桂三石油化工石油化工TE62/99傳熱學(xué)傳熱學(xué)楊世銘楊世銘高等教育高等教育TK124/51/9第二部分第二部分 工藝計算設(shè)計要點工藝計算設(shè)計要點 v物料衡算物料衡算v塔頂和塔底溫度和壓力的確定塔頂和塔底溫度和壓力的確定v冷凝器及再沸器熱負(fù)荷的確定冷凝器及再沸器熱負(fù)荷的確定 v關(guān)于混合物物性參數(shù)的計算關(guān)于混合物物性參數(shù)的計算 v關(guān)于回流比的選擇關(guān)于回流比的選擇 v全塔效率的計算全塔效率的計算v部分物性數(shù)據(jù)部分物性數(shù)據(jù) 10一、物料平衡一、物料平衡 二、塔頂壓力、溫度的確定

9、二、塔頂壓力、溫度的確定1、回流罐凝液溫度的初步確定、回流罐凝液溫度的初步確定 回流罐冷凝液的溫度，即塔頂產(chǎn)品溫度，回流罐冷凝液的溫度，即塔頂產(chǎn)品溫度，由冷卻介質(zhì)的溫度決定，當(dāng)用水作為冷卻介由冷卻介質(zhì)的溫度決定，當(dāng)用水作為冷卻介質(zhì)時（水溫：質(zhì)時（水溫：2530），凝液溫度可?。?，凝液溫度可取4050 ，保證冷凝器要有，保證冷凝器要有1020 溫度的溫度的傳熱溫差。但要注意水的出口不高于傳熱溫差。但要注意水的出口不高于50。 1. 目的：計算塔頂、塔底產(chǎn)品組成和產(chǎn)品量。目的：計算塔頂、塔底產(chǎn)品組成和產(chǎn)品量。2. 方法：對于兩組分精餾，根據(jù)塔頂、塔底產(chǎn)品濃度要求，方法：對于兩組分精餾，根據(jù)塔頂、塔

10、底產(chǎn)品濃度要求，通過物料平衡計算即可求出塔頂、塔底產(chǎn)品組成。對于多組通過物料平衡計算即可求出塔頂、塔底產(chǎn)品組成。對于多組份體系，先假定清晰分割。再進(jìn)行物料平衡計算份體系，先假定清晰分割。再進(jìn)行物料平衡計算(注：濃度或注：濃度或組成有效數(shù)字位數(shù)，一般取小數(shù)點后組成有效數(shù)字位數(shù)，一般取小數(shù)點后4位位)。11補充：多組分精餾的計算 關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分：對多組分溶液分離起控制作用的兩個組分對多組分溶液分離起控制作用的兩個組分 ( (一般一般為工藝中最關(guān)心的、揮發(fā)度相鄰的兩個組分為工藝中最關(guān)心的、揮發(fā)度相鄰的兩個組分) )。揮發(fā)度高的。揮發(fā)度高的組分稱為組分稱為輕關(guān)鍵組分輕關(guān)鍵組分，揮發(fā)度低的稱為揮發(fā)度低

11、的稱為重關(guān)鍵組分重關(guān)鍵組分。 理論板數(shù)或填料層高度的確定，通常以關(guān)鍵組分所需達(dá)到的理論板數(shù)或填料層高度的確定，通常以關(guān)鍵組分所需達(dá)到的分離程度或回收率作為計算的依據(jù)。分離程度或回收率作為計算的依據(jù)。在一定條件下，其它組分在餾出液和釜殘液中的組成隨關(guān)鍵在一定條件下，其它組分在餾出液和釜殘液中的組成隨關(guān)鍵組分的分離程度或回收率而定，不能再任意規(guī)定。組分的分離程度或回收率而定，不能再任意規(guī)定。準(zhǔn)確地預(yù)測塔頂和塔底的組成和量較難。應(yīng)用關(guān)鍵組分的概準(zhǔn)確地預(yù)測塔頂和塔底的組成和量較難。應(yīng)用關(guān)鍵組分的概念，根據(jù)各組分間揮發(fā)度的差異，可按以下兩種情況進(jìn)行組念，根據(jù)各組分間揮發(fā)度的差異，可按以下兩種情況進(jìn)行組分

12、在產(chǎn)品中的預(yù)分配，再由物料衡算或近似估算得到塔頂和分在產(chǎn)品中的預(yù)分配，再由物料衡算或近似估算得到塔頂和塔底產(chǎn)品的組成。塔底產(chǎn)品的組成。1 1、關(guān)鍵組分、關(guān)鍵組分12所選兩關(guān)鍵組分為相鄰組分，所選兩關(guān)鍵組分為相鄰組分， 相差較大。重于重關(guān)鍵組分相差較大。重于重關(guān)鍵組分的組分全在塔底產(chǎn)品中，輕于輕關(guān)鍵組分的組分全部塔頂產(chǎn)的組分全在塔底產(chǎn)品中，輕于輕關(guān)鍵組分的組分全部塔頂產(chǎn)品中。非關(guān)鍵組分在產(chǎn)品中的分配可由物料衡算求得。品中。非關(guān)鍵組分在產(chǎn)品中的分配可由物料衡算求得。清晰分割清晰分割塔頂產(chǎn)品中有重于重關(guān)鍵組分的組分，塔底產(chǎn)品中有輕于輕塔頂產(chǎn)品中有重于重關(guān)鍵組分的組分，塔底產(chǎn)品中有輕于輕關(guān)鍵組分的組分

13、。組分在產(chǎn)品中分配不能由物料衡算求出，關(guān)鍵組分的組分。組分在產(chǎn)品中分配不能由物料衡算求出，需在一定假設(shè)條件下，用芬斯克全回流公式進(jìn)行估算。需在一定假設(shè)條件下，用芬斯克全回流公式進(jìn)行估算。如果兩個關(guān)鍵組分不是相鄰組分，或進(jìn)料中非關(guān)鍵組分的相如果兩個關(guān)鍵組分不是相鄰組分，或進(jìn)料中非關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度與關(guān)鍵組分的相差不大，均可能為非清晰分割。對揮發(fā)度與關(guān)鍵組分的相差不大，均可能為非清晰分割。非清晰分割非清晰分割嚴(yán)格地說，清晰分割是不存在的，但在有的情況下為了簡化嚴(yán)格地說，清晰分割是不存在的，但在有的情況下為了簡化問題可以把接近清晰分割的情況視為清晰分割來處理。問題可以把接近清晰分割的情況視為清晰分

14、割來處理。13回流比的確定回流比的確定 原則：先確定原則：先確定Rmin，再根據(jù)各種經(jīng)濟(jì)因素確定適宜的，再根據(jù)各種經(jīng)濟(jì)因素確定適宜的R 。式中：式中： ij 相對揮發(fā)度，取塔頂和塔釜的平均值；相對揮發(fā)度，取塔頂和塔釜的平均值； 兩式的通根，其值介于輕、重關(guān)鍵組分的相對兩式的通根，其值介于輕、重關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度之間。揮發(fā)度之間。 qxniijFiij1111minniijDiijxR恩德伍德（恩德伍德（Underwood）計算公式：）計算公式：2 2、求理論板數(shù)的簡捷法、求理論板數(shù)的簡捷法14若輕、重關(guān)鍵組分為相鄰組分，僅有一個若輕、重關(guān)鍵組分為相鄰組分，僅有一個 和和 Rmin 值；值；若

15、在輕、重關(guān)鍵組分之間還有若在輕、重關(guān)鍵組分之間還有 k 個其它組分，則個其它組分，則 有有 k+1 個個 和和 Rmin值，可取其平均值作為設(shè)計時的最小回流比。值，可取其平均值作為設(shè)計時的最小回流比。 應(yīng)用恩德伍德公式的條件：應(yīng)用恩德伍德公式的條件：(1) (1) 塔內(nèi)汽、液相為恒摩爾流；塔內(nèi)汽、液相為恒摩爾流；(2) (2) 各組分的相對揮發(fā)度為常數(shù)。各組分的相對揮發(fā)度為常數(shù)。 方法方法：將多組分精餾過程簡化為輕、重關(guān)鍵組分的雙組分精：將多組分精餾過程簡化為輕、重關(guān)鍵組分的雙組分精餾過程，其計算過程與雙組分精餾基本相同。餾過程，其計算過程與雙組分精餾基本相同?；娟P(guān)系式：芬斯克方程、恩德伍德

16、方程和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖基本關(guān)系式：芬斯克方程、恩德伍德方程和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖( (P284P284) )。理論板數(shù)的簡捷計算法：理論板數(shù)的簡捷計算法：mWWDDxxxxN loglogloglogminmin 110.51 54.411 exp11 117.2XXYXX minmin21NNRRYXNR15步驟步驟:(1) 根據(jù)料液組成及分離要求確定輕、重關(guān)鍵組分，并由物根據(jù)料液組成及分離要求確定輕、重關(guān)鍵組分，并由物料衡算初估各組分在塔頂和塔底中的組成；料衡算初估各組分在塔頂和塔底中的組成；(2) 求全塔平均相對揮發(fā)度，用芬斯克方程計算最少理論板求全塔平均相對揮發(fā)度，用芬斯克方程計算最少理論板數(shù)數(shù)N

17、min（取輕、重關(guān)鍵組分進(jìn)行計算）；（取輕、重關(guān)鍵組分進(jìn)行計算）；(3) 用恩德伍德公式計算用恩德伍德公式計算Rmin，并確定適宜的，并確定適宜的R；(4) 用吉利蘭圖求取全塔理論板數(shù)；用吉利蘭圖求取全塔理論板數(shù)；(5) 由柯克布萊德經(jīng)驗式求精餾段所需理論板數(shù)，確定加料由柯克布萊德經(jīng)驗式求精餾段所需理論板數(shù)，確定加料板位置。板位置。此部分內(nèi)容參見石油加工單元過程原理下冊此部分內(nèi)容參見石油加工單元過程原理下冊P155-P170)lg()()lg()lg()()lg()()(5 . 05 . 0minminFDWBAFBAFWFBADBASRSRxxxxxxxxNNNN16 2、回流罐壓力的初步計

18、算、回流罐壓力的初步計算 用泡點方程計算回流罐的壓力。用泡點方程計算回流罐的壓力。 （1）常壓或減壓時：）常壓或減壓時： 用用Antonine(安托因安托因)方程計算方程計算 （2）加壓時：）加壓時： 已知已知T,設(shè)壓力設(shè)壓力P，查平衡常數(shù)列線圖，查平衡常數(shù)列線圖(P250)得得Ki， 代入上式是否成立，進(jìn)行試差計算代入上式是否成立，進(jìn)行試差計算P。 3、回流罐壓力的確定、回流罐壓力的確定 （1）計算值大于）計算值大于101.3kPa時，采用加壓操作。時，采用加壓操作。 （2）計算值小于）計算值小于101.3kPa時，采用常壓或減壓操作。時，采用常壓或減壓操作。 4、塔頂壓力的確定。、塔頂壓力

19、的確定。 回流罐的壓力加上管線阻力即為塔頂壓力。管線阻力可回流罐的壓力加上管線阻力即為塔頂壓力。管線阻力可取取0.1-0.2 atm，減壓塔可取，減壓塔可取25 mmHg左右。左右。iixPP00P1 iixK175、塔頂溫度的確定、塔頂溫度的確定 在塔頂壓力下計算塔頂產(chǎn)品的露點溫度即為塔頂溫度。在塔頂壓力下計算塔頂產(chǎn)品的露點溫度即為塔頂溫度。6、塔底壓力的確定、塔底壓力的確定 塔底壓力等于塔頂壓力加上全塔壓降。塔底壓力等于塔頂壓力加上全塔壓降。 常、加壓塔的每板壓降可取：常、加壓塔的每板壓降可?。?-6mmHg； 減壓塔的每板壓降可取：減壓塔的每板壓降可?。?2-3mmHg。 7、塔底溫度的

20、確定、塔底溫度的確定 在塔底壓力下，塔底產(chǎn)品的泡點溫度即為塔底產(chǎn)品的溫度。在塔底壓力下，塔底產(chǎn)品的泡點溫度即為塔底產(chǎn)品的溫度。18三、冷凝器及再沸器熱負(fù)荷的確定三、冷凝器及再沸器熱負(fù)荷的確定1、冷凝器熱負(fù)荷的計算、冷凝器熱負(fù)荷的計算 冷凝器的熱負(fù)荷是塔頂飽和蒸汽從露冷凝器的熱負(fù)荷是塔頂飽和蒸汽從露點氣相冷凝為泡點液相所放出的熱量，可點氣相冷凝為泡點液相所放出的熱量，可用以下辦法計算。用以下辦法計算。露點氣露點氣相，相，Td泡點液泡點液相，相，Tb液相，液相，TdQcHVHL=Cp(Td-Tb)Qc=Hv+HL19 2、再沸器熱負(fù)荷的計算、再沸器熱負(fù)荷的計算 再沸器的熱負(fù)荷是塔底液相部分汽化成飽

21、再沸器的熱負(fù)荷是塔底液相部分汽化成飽和蒸汽所吸收的熱量，蒸汽的量就是塔內(nèi)氣相和蒸汽所吸收的熱量，蒸汽的量就是塔內(nèi)氣相流量，可用全塔熱平衡計算。流量，可用全塔熱平衡計算。QBFHFDHLDWHLWQCQ損損QBDHLDWHLWQCQ損損FHFQ損損5 QB或近似由下式計算或近似由下式計算QBVw(HVW-HLW)20四、關(guān)于混合物物性參數(shù)的計算四、關(guān)于混合物物性參數(shù)的計算 混合物的分子量、密度、粘度、表面張力等參數(shù)參混合物的分子量、密度、粘度、表面張力等參數(shù)參考圖表集的計算方法計算考圖表集的計算方法計算 五、回流比及理論板的計算五、回流比及理論板的計算 首先用首先用Underwood公式求最公式

22、求最小回流比小回流比Rmin，再由芬斯克公式，再由芬斯克公式求最小理論板數(shù)求最小理論板數(shù)Nmin，然后再由，然后再由吉利蘭圖求不同吉利蘭圖求不同R下的下的N，最后，最后通過下式作圖：通過下式作圖：在在N(R+1)最小處即為適宜回流比。最小處即為適宜回流比。同時得到理論板數(shù)。同時得到理論板數(shù)。min 1RRNR21六、清晰分割檢驗六、清晰分割檢驗 如果前面進(jìn)行了清晰分割假定，在確定了回流比如果前面進(jìn)行了清晰分割假定，在確定了回流比和理論板數(shù)后，要對清晰分割的假定進(jìn)行驗證，驗證和理論板數(shù)后，要對清晰分割的假定進(jìn)行驗證，驗證方法見方法見石油加工單元過程原理石油加工單元過程原理P160。 22七、全塔

23、效率的計算七、全塔效率的計算245. 049. 0TTE建議采用奧建議采用奧康奈爾法康奈爾法應(yīng)用條件：應(yīng)用條件：注意：混合物粘度用進(jìn)料溫度、進(jìn)料總組成下液體粘度，單注意：混合物粘度用進(jìn)料溫度、進(jìn)料總組成下液體粘度，單位位cP。5 . 71 . 0 T23已經(jīng)確定塔頂溫度已經(jīng)確定塔頂溫度TD假定塔底溫度假定塔底溫度TW計算各組分相對揮發(fā)度計算各組分相對揮發(fā)度計算理論塔板數(shù)計算理論塔板數(shù)計算塔板效率計算塔板效率計算實際板數(shù)計算實際板數(shù)假設(shè)每板壓降計算塔底壓力假設(shè)每板壓降計算塔底壓力計算塔底溫度（計算塔底溫度（TW）TW（TW）？）？是是計算結(jié)束計算結(jié)束否否重設(shè)重設(shè)TW八、塔底溫度、壓力、理論板數(shù)的

24、迭代計算八、塔底溫度、壓力、理論板數(shù)的迭代計算減壓塔或常壓塔：由平均溫度減壓塔或常壓塔：由平均溫度求得各組份的飽和蒸氣壓再求求得各組份的飽和蒸氣壓再求相對揮發(fā)度。相對揮發(fā)度。加壓塔：先由塔底溫度求得塔加壓塔：先由塔底溫度求得塔底壓力，再求平均塔壓。由塔底壓力，再求平均塔壓。由塔平均壓力和溫度求平均壓力和溫度求Ki，再求相，再求相對揮發(fā)度。對揮發(fā)度。24物質(zhì)名物質(zhì)名M Mt tb b()()t tc c()()p pc c(atm(atm) )苯苯78.278.280.180.128928946.346.3甲苯甲苯92.192.1110.6110.631931940.640.6乙苯乙苯106.2

25、106.2136.2136.234434435.635.6苯乙烯苯乙烯104.2104.2145.2145.237437439.539.5焦油焦油650650320320表表 1 分子量、沸點及臨界數(shù)據(jù)分子量、沸點及臨界數(shù)據(jù)九、部分物性數(shù)據(jù)九、部分物性數(shù)據(jù)25P Pb b (mmHg) (mmHg)苯苯甲苯甲苯乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯飽和溫度（飽和溫度（）1 1-36.7-36.7-26.7-26.7-9.8-9.8-7.0-7.05 5-19.6-19.6-4.4-4.413.913.918.018.01010-11.5-11.56.46.425.925.930.830.82020-2.6-2.

26、618.418.438.638.644.644.640407.67.631.831.852.852.859.859.8606015.415.440.340.361.861.869.569.510010026.126.151.951.974.174.182.082.020020042.242.269.569.592.792.7101.3101.340040060.660.689.589.5113.6113.6122.5122.576076080.180.1110.6110.6136.2136.2145.2145.2表表2 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓 26溫度（溫度（）苯苯甲苯甲苯乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯密

27、密 度度(kg/m(kg/m3 3) )20208828828638632525862862901901404086486484484484984988788760608378378258258318318698698080815815807807814814851851100100790790787787796796832832表表3 液體的密度液體的密度 27溫度（溫度（）苯苯甲苯甲苯乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯液體的表面張力（液體的表面張力（dyne/cmdyne/cm）202028.8028.8028.5428.5429.3031.153027.5227.3728.2230.084026.25

28、26.2227.1429.015024.9925.0726.0827.956023.7423.9425.0126.90707022.5022.8123.9623.9625.86表表4 液體的表面張力液體的表面張力 溫度與表面張力的關(guān)系：溫度與表面張力的關(guān)系：2 . 11212TTTTcc非水混合物的表面張力可用下式估算：非水混合物的表面張力可用下式估算： iimx其中：其中：xi為為i組分的摩爾分率。組分的摩爾分率。28物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱苯苯甲苯甲苯乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯常壓沸點常壓沸點T Tb b（K K）351.3351.3383.6383.6409.2409.2418.2418.2汽化潛熱汽

29、化潛熱r rb b（kcal/kmolkcal/kmol）7.357.3510103 37.937.9310103 38.508.5010103 38.858.8510103 3表表5 液體的汽化潛熱液體的汽化潛熱 汽化潛熱與溫度的關(guān)系：汽化潛熱與溫度的關(guān)系：38. 011rbrbTTrr其中：其中：Tr、Trb分別為溫度分別為溫度T和常壓沸點溫度和常壓沸點溫度Tb時的對比溫度。時的對比溫度。29A AB BC C苯苯15.90082788.51-52.36甲苯甲苯16.01373096.52-53.67乙苯乙苯16.01953279.47-59.95苯乙烯苯乙烯16.01933328.57-

30、63.72表表6 各組分的各組分的Antoine常數(shù)常數(shù) (mmHg) lnCTBAPo30物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱苯苯甲苯甲苯乙苯乙苯苯乙烯苯乙烯C Cp pkcal/(kmolkcal/(kmolK K) 34.234.240.240.248.648.644.344.3表表7 液體的平均比熱（液體的平均比熱（0100范圍）范圍） 31第三部分第三部分 塔板尺寸設(shè)計要點塔板尺寸設(shè)計要點v板間距板間距HT的選定的選定v塔徑的計算塔徑的計算v標(biāo)準(zhǔn)浮閥的選用標(biāo)準(zhǔn)浮閥的選用v塔板開孔率的計算塔板開孔率的計算 v標(biāo)準(zhǔn)塔板的選取標(biāo)準(zhǔn)塔板的選取v浮閥塔板的流體力學(xué)計算浮閥塔板的流體力學(xué)計算v塔板結(jié)構(gòu)塔板結(jié)構(gòu)v精餾

31、塔設(shè)計框圖精餾塔設(shè)計框圖32一、塔板間距一、塔板間距HT的選定的選定選擇塔板間距時，主要考慮以下因素選擇塔板間距時，主要考慮以下因素v霧沫夾帶霧沫夾帶v物料的起泡性物料的起泡性 v操作彈性操作彈性 v安裝與檢修的要求安裝與檢修的要求 v塔徑塔徑塔徑/mm塔板間距mm6007008001000120014001600300032004200300 350 450 *350 450 500 600 *350 450 500 600 *800 *450 500 600 800 600 800注: 帶*者不推薦使用表1 塔板間距與塔徑的關(guān)系33塔徑公式計算塔徑公式計算 ：計算空塔氣氣速計算空塔氣氣速(

32、 (u u) ) 應(yīng)注意以下事項：應(yīng)注意以下事項：uVDs4二、塔徑的計算二、塔徑的計算v空塔氣速的經(jīng)驗計算公式很多，可根據(jù)經(jīng)驗公式的使用條空塔氣速的經(jīng)驗計算公式很多，可根據(jù)經(jīng)驗公式的使用條件進(jìn)行選擇。件進(jìn)行選擇。v推薦使用比較普遍的史密斯和波津方法，取兩法計算的較推薦使用比較普遍的史密斯和波津方法，取兩法計算的較大直徑。大直徑。v精餾段與提餾段應(yīng)分別計算精餾段與提餾段應(yīng)分別計算, ,如兩段塔徑相差不多如兩段塔徑相差不多, ,可采用可采用同一塔徑同一塔徑. .34種類種類閥質(zhì)量閥質(zhì)量(g)閥片厚度閥片厚度(mm)適用塔板厚度適用塔板厚度(mm)F-1型輕閥型輕閥251.52,3,4F-1型重閥

33、型重閥3322,3,4三、標(biāo)準(zhǔn)浮閥的選用三、標(biāo)準(zhǔn)浮閥的選用 浮閥基本知識：浮閥基本知識： F-1型浮閥有輕、重兩種。閥片直徑均為型浮閥有輕、重兩種。閥片直徑均為48mm，閥孔，閥孔直徑均為直徑均為39mm，最小開度，最小開度2.5mm、最大開度、最大開度8.5mm。35%1000TAA塔板總面積閥孔總面積四、塔板開孔率的計算四、塔板開孔率的計算%1000uuT361 1、取適宜閥孔氣速要大于臨界閥孔氣速的一個值、取適宜閥孔氣速要大于臨界閥孔氣速的一個值對于對于F1型重閥，型重閥，臨界閥孔氣速用下式計算。臨界閥孔氣速用下式計算。548. 008 .72VCu 取一個大于臨界閥孔氣速的值作為適宜的

34、閥孔氣速，取一個大于臨界閥孔氣速的值作為適宜的閥孔氣速，其取值原則為：常壓塔：其取值原則為：常壓塔：3-7m/s，減壓塔：，減壓塔：10m/s，加，加壓塔：壓塔：0.5-3m/s37對于輕閥對于輕閥, 臨界閥孔氣速可用下式計算臨界閥孔氣速可用下式計算液柱全開前：muAtmhcL,17 . 0175. 000液柱，全開后：mguAtmhcLg1244. 3200m0,單個閥質(zhì)量，單個閥質(zhì)量，kg；At,單個閥孔面積，單個閥孔面積，m2 。兩式聯(lián)立試差求解出臨界閥孔氣速。兩式聯(lián)立試差求解出臨界閥孔氣速。382、由閥孔動能因數(shù)計算適宜閥孔氣速、由閥孔動能因數(shù)計算適宜閥孔氣速VuF00 浮閥正常操作時

35、的閥孔動能因數(shù)的經(jīng)驗值為：浮閥正常操作時的閥孔動能因數(shù)的經(jīng)驗值為：817817。利。利用該經(jīng)驗值可計算出適宜的閥孔氣速。用該經(jīng)驗值可計算出適宜的閥孔氣速。開孔率也可以直接選取，其選取原則為：開孔率也可以直接選取，其選取原則為：常壓塔或減壓塔中：常壓塔或減壓塔中：1015%加壓塔較?。杭訅核^?。?9%，有時達(dá)，有時達(dá)34%。3、由經(jīng)驗直接選取開孔率、由經(jīng)驗直接選取開孔率39五、標(biāo)準(zhǔn)塔板的選取五、標(biāo)準(zhǔn)塔板的選取 當(dāng)已知塔徑和開孔率，可以從附表十當(dāng)已知塔徑和開孔率，可以從附表十單溢流浮閥單溢流浮閥塔板標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)表塔板標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)表選取浮閥塔板的參數(shù)。選取浮閥塔板的參數(shù)。 注意要選擇和計算開孔率相

36、近的標(biāo)準(zhǔn)塔板。注意要選擇和計算開孔率相近的標(biāo)準(zhǔn)塔板。 從標(biāo)準(zhǔn)浮閥塔板中可得到浮閥塔板的如下參數(shù)：從標(biāo)準(zhǔn)浮閥塔板中可得到浮閥塔板的如下參數(shù)： 塔截面積（塔截面積（AT）；降液管堰長、堰寬；浮閥個數(shù)、）；降液管堰長、堰寬；浮閥個數(shù)、排列方式；出口堰高度等。排列方式；出口堰高度等。40v對精餾段和提餾段進(jìn)行水力學(xué)校核。對精餾段和提餾段進(jìn)行水力學(xué)校核。v繪出塔板負(fù)荷性能圖。繪出塔板負(fù)荷性能圖。六、塔板水力學(xué)校核六、塔板水力學(xué)校核1塔板壓降塔板壓降 ：hp不高于不高于6mmHg（常壓或加壓塔）（常壓或加壓塔）,減壓塔不高于減壓塔不高于3mmHg2霧沫夾帶量：霧沫夾帶量：阿列克山德羅夫經(jīng)驗公式阿列克山德羅

37、夫經(jīng)驗公式及及泛點率泛點率分別核算分別核算3. 降液管內(nèi)液面高度降液管內(nèi)液面高度 Hd：4. 漏液漏液 ：FoFoa5液體在降液管內(nèi)停留時間及流速液體在降液管內(nèi)停留時間及流速 ：41塔板的負(fù)荷性能圖繪制塔板的負(fù)荷性能圖繪制過量霧沫夾帶線過量霧沫夾帶線淹塔線（液泛線）淹塔線（液泛線） 過量泄漏線（氣相負(fù)荷下限線）過量泄漏線（氣相負(fù)荷下限線）降液管超負(fù)荷線（液相負(fù)荷上限線）降液管超負(fù)荷線（液相負(fù)荷上限線）液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷下限線操作線：操作線：直角坐標(biāo)紙上繪制塔板負(fù)荷性能圖直角坐標(biāo)紙上繪制塔板負(fù)荷性能圖，并計算塔的操作彈性并計算塔的操作彈性K，要求，要求K不小于不小于3。根據(jù)塔板的流體力學(xué)計算

38、結(jié)果和塔板的負(fù)荷性能圖，分析討根據(jù)塔板的流體力學(xué)計算結(jié)果和塔板的負(fù)荷性能圖，分析討論所設(shè)計塔板的特點及優(yōu)缺點。論所設(shè)計塔板的特點及優(yōu)缺點。 42v塔板有整塊式和分塊式兩種類型。塔板有整塊式和分塊式兩種類型。 當(dāng)塔直徑小于當(dāng)塔直徑小于800mm時，一般將塔板加工成整塊式；當(dāng)時，一般將塔板加工成整塊式；當(dāng)塔直徑大于塔直徑大于800mm，一般將塔板加工成分塊式。，一般將塔板加工成分塊式。v分塊式塔板由兩塊弓形板、一塊通道板和數(shù)個矩形板構(gòu)分塊式塔板由兩塊弓形板、一塊通道板和數(shù)個矩形板構(gòu)成。成。七、塔板結(jié)構(gòu)七、塔板結(jié)構(gòu)43分塊式塔板示意圖分塊式塔板示意圖44分塊式塔板裝配圖45分塊式塔板裝配圖46分塊式

39、塔板裝配圖47第四部分第四部分 塔輔助設(shè)備的選用與校核塔輔助設(shè)備的選用與校核v塔頂冷凝器的選用與校核塔頂冷凝器的選用與校核v塔頂再沸器的選用塔頂再沸器的選用 48一、塔頂冷凝器的選用與校核一、塔頂冷凝器的選用與校核49二、塔底再沸器的選用二、塔底再沸器的選用 選用塔底再沸器的主要步驟如下：選用塔底再沸器的主要步驟如下：v根據(jù)塔釜溫度和熱源溫度計算換熱平均溫差根據(jù)塔釜溫度和熱源溫度計算換熱平均溫差tm。v初步選取換熱總傳熱系數(shù)初步選取換熱總傳熱系數(shù)K v用用QW=AKtm計算換熱面積計算換熱面積 Av查表選取標(biāo)準(zhǔn)換熱器，得到換熱器的基本參數(shù)。查表選取標(biāo)準(zhǔn)換熱器，得到換熱器的基本參數(shù)。50第五部分

40、第五部分 塔體的初步設(shè)計塔體的初步設(shè)計一、塔體設(shè)計一、塔體設(shè)計筒體：建議采用碳鋼，筒體的壁厚根據(jù)塔徑、材料、操筒體：建議采用碳鋼，筒體的壁厚根據(jù)塔徑、材料、操作溫度及壓力從表作溫度及壓力從表3-1中選取。中選取。封頭的設(shè)計：封頭的設(shè)計：常用的有橢圓形、蝶形、球形等幾種，建議采用橢圓形封常用的有橢圓形、蝶形、球形等幾種，建議采用橢圓形封頭（參照表頭（參照表3-2和附錄和附錄11）。）。51人孔及手孔的設(shè)計人孔及手孔的設(shè)計 直徑大于或等于直徑大于或等于800mm的塔，每隔的塔，每隔68塊塔板設(shè)一個塊塔板設(shè)一個人孔；人孔； 塔頂、塔底及進(jìn)料處必須設(shè)置人孔；塔頂、塔底及進(jìn)料處必須設(shè)置人孔； 最常用的人

41、孔規(guī)格為最常用的人孔規(guī)格為Dg450； 凡有人孔的地方，塔板間距要等于或大于凡有人孔的地方，塔板間距要等于或大于600mm。52塔高塔高 m 214212 DLALHsTsB 塔頂空間塔頂空間HD由塔頂?shù)谝话宓酵搀w與封頭接線距離（不包括封頭空間）由塔頂?shù)谝话宓酵搀w與封頭接線距離（不包括封頭空間）稱塔頂空間。通常取稱塔頂空間。通常取HD1.21.5m塔底空間塔底空間HB由塔底第一板到塔底封頭接線距離稱塔底空間。由塔底第一板到塔底封頭接線距離稱塔底空間。取產(chǎn)品停留時間取產(chǎn)品停留時間1015min，排量大，排量大 取取35min。計算結(jié)果再加上計算結(jié)果再加上12m作為塔底空間，即：作為塔底空間，即：

42、53 進(jìn)料空間進(jìn)料空間HF液相進(jìn)料，液相進(jìn)料，HF大于一般板間距并滿足安裝人孔需要即可大于一般板間距并滿足安裝人孔需要即可兩相進(jìn)料，則兩相進(jìn)料，則HF要取得大些，以利于進(jìn)料兩相的分離，要取得大些，以利于進(jìn)料兩相的分離，一般可?。阂话憧扇。?HF1.01.2m塔的總高塔的總高H：裙座：裙座： 塔類的裙座分為圓柱形與圓錐形。塔類的裙座分為圓柱形與圓錐形。當(dāng)塔高與塔徑之比大于當(dāng)塔高與塔徑之比大于30時用圓錐形裙座，時用圓錐形裙座，一般用圓筒形裙座。一般用圓筒形裙座。塔徑為塔徑為1.22m塔裙座開塔裙座開4個個50mm的排氣孔，的排氣孔，塔徑在塔徑在1m以上要開兩個以上要開兩個Dg450的人孔。的人孔

43、。 圖圖3-4(a)m 11, niiTFBDHHHHH54二、接管的設(shè)計二、接管的設(shè)計 塔頂蒸汽出口管徑塔頂蒸汽出口管徑dv：原則：避免過大的壓力降。特別是減壓塔。原則：避免過大的壓力降。特別是減壓塔。參看表參看表3-5選擇導(dǎo)管中蒸汽的常用速度選擇導(dǎo)管中蒸汽的常用速度uv，計算管徑，計算管徑dv，并查表并查表3-8，取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列。，取接管的標(biāo)準(zhǔn)系列。 回流管管徑回流管管徑dR：一般回流泵輸送時，一般回流泵輸送時，可取可取uR1.52.5m/s，計算回流管，計算回流管管徑管徑dR，并選取標(biāo)準(zhǔn)系列。，并選取標(biāo)準(zhǔn)系列。55 進(jìn)料管管徑進(jìn)料管管徑dFeFFVmVFZRTMP , mFVFVmFVFVFsFMeFMVV, euuf fsFfuVd ,4 液相進(jìn)料采用泵送時液相進(jìn)料采用泵送時可取可取uF1.52.5m/s，標(biāo)準(zhǔn)系列，標(biāo)準(zhǔn)系列查表查表3-6，結(jié)構(gòu)如圖，結(jié)構(gòu)如圖3-14。 若為氣液混相進(jìn)料，則只用氣相流量計算管徑，但若為氣液混相進(jìn)料，則只用氣相流量計算管徑，但允許氣速應(yīng)為經(jīng)驗氣速的允許氣速應(yīng)為經(jīng)驗氣速的 倍，經(jīng)驗氣速取值范圍仍倍，經(jīng)驗氣速取值范圍