化工原理課程設計說明書 苯一甲苯分離過程篩板式精餾塔
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目錄
1 設計方案的選擇及流程說明 4
1.1 概述 4
1.1.1 精餾原理 4
1.1.2 精餾塔選定 4
1.2 設計方案的確定 4
2 精餾塔的物料衡算 5
2.1 原料液及塔頂和塔底產品的平均摩爾質量 5
2.2 原料液及塔頂和塔底的摩爾分率 5
2.3 物料衡算 5
3 塔數的確定 6
3.1 理論板層數 的求取 6
3.1.1 相對揮發度的求取 6
3.1.2 求最小回流比及操作回流比 6
3.1.3 求精餾塔的氣、液相負荷 7
3.1.4 求操作線方程 7
3.1.5 采用逐板法求理論板層數 7
3.2 實際板層數的求取 8
4 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 8
4.1 操作壓力的計算 8
4.2 操作溫度的計算 9
4.3 平均摩爾質量計算 9
4.4 平均密度計算 10
4.4.1 氣相平均密度計算 10
4.4.2 液相平均密度計算 10
4.5 液體平均表面張力的計算 11
4.6 液體平均黏度計算 12
5 塔及塔板的工藝尺寸的設計計算 13
5.1 塔徑的設計計算 13
5.1.1 精餾段： 13
5.1.2 提餾段： 14
5.2 塔的有效高度的計算 15
5.3 塔的實際高度的計算 15
5.4 溢流裝置的計算 15
5.4.1 精餾段： 15
5.4.2 提餾段： 16
5.5 塔板布置 17
5.5.1 精餾段： 17
5.5.2 提餾段： 18
6 流體力學驗算 20
6.1 塔板壓強降 20
6.1.1 精餾段： 20
6.1.2 提餾段： 21
6.2 液沫夾帶量的校核 21
6.2.1 精餾段： 21
6.2.2 提餾段： 22
6.3 溢流液泛的校核 22
6.3.1 精餾段： 22
6.3.2 提餾段： 23
6.4 液體在降液管內停留時間的校核 23
6.4.1 精餾段： 23
6.4.2 提餾段： 23
6.5 漏液點的校核 23
6.5.1 精餾段： 23
6.5.2 提餾段： 24
7 塔板負荷性能圖（以精餾段為例） 25
7.1 漏液線 25
7.2 液沫夾帶線 25
7.3 液相負荷下限線 26
7.4 液相負荷上限線 26
7.5 液泛線 27
7.6 負荷性能圖及操作彈性 28
8 計算結構匯總表 29
9 小結 30
設計方案的選擇及流程說明
1.1 概述
1.1.1 精餾原理
利用從塔底部上升的含輕組分較少的蒸氣，與從塔頂部回流的含重組分較少的液體逆流接觸，同時進行多次部分汽化和部分冷凝，使原料得到分離。
同時進行多次部分汽化和部分冷凝是在精餾塔中實現的。塔板上有一層液體，氣流經塔板被分散于其中成為氣泡，氣、液兩相在塔板上接觸，液相吸收了氣相帶入的熱量。使液相中的易揮發組分汽化，由液相轉移到氣相；同時，氣相放出了熱量，使氣相中的難揮發組分冷凝，由氣相轉移到液相。部分汽化和部分冷凝的同時進行是汽化、冷凝潛熱相互補償。精餾就是多次而且同時進行部分汽化和部分冷凝，使混合液得到分離的過程。
1.1.2 精餾塔選定
精餾是氣液兩相之間的傳質過程，而傳質過程是由能提供氣液兩相充分接觸的塔設備完成，并要求達到較高的傳質效率。根據塔內氣液接觸部件的結構型式，可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔內設置一定數量塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進行質量、熱量傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬于逐級接觸逆流操作過程。填料塔內裝有一定高度的填料層，液體自塔頂填料表面下流，氣體逆流而上，與液相接觸進行質量、熱量傳遞，氣液相組成沿塔高連續變化，屬于微分接觸操作過程。我們選擇的是板式塔。
板式塔大致可分為兩類：一類是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板等；另一類是無降液管塔板，如柵板、穿流式波紋板等。工業上應用較多的是前者。這里，我們選擇的是具有降液管的篩板塔。篩板塔是在塔板上鉆有均勻分布的篩孔，上升氣流經篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群）。
篩板塔的優點是結構簡單，制造維修方便，造價低，相同條件下生產能力高于浮閥塔。其缺點是穩定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的液料。但設計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易阻塞的物系可采用大孔徑篩板。
工業上對塔設備的主要要求：（1）生產能力大；（2）傳質、傳熱效率高；（3）氣流的摩擦阻力小；（4）操作穩定，適應性強，操作彈性大；（5）結構簡單，材料耗用量小；（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外還要求不易堵塞、耐腐蝕等。
實際上，任何塔設備都難以滿足上述所有要求，因此，設計者應根據塔型特點、物系性質、生產工藝條件、操作方式、設備投資、操作與維修費用等技術經濟評價以及設計經驗等因素,依矛盾的主次，綜合考慮，選擇適宜的塔型。
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