第一篇：乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔(直接加熱)的設(shè)計(jì)

《化工原理》課程設(shè)計(jì)

乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

3.乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)題目：

試設(shè)計(jì)一座乙醇-水連續(xù)精餾塔提純乙醇。進(jìn)精餾塔的料液含乙醇20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為水；產(chǎn)品的乙醇含量不得低于94%；殘液中乙醇含量不得高于0.3%；要求產(chǎn)品乙醇的年產(chǎn)量為2.1萬噸/年。

(二)操作條件

1)塔頂壓力 常壓 2)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選

3)回流比 自選

4)塔底加熱蒸氣壓力 0.5Mpa（表壓）

(三)塔板類型

自選

(四)工作日

每年工作日為300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。

(五)設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容

1.設(shè)計(jì)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(jì)算；

(6)精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；

(7)塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；

(8)塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；

(9)塔板負(fù)荷性能圖；

(10)主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選?。ㄟM(jìn)料管、回流管、釜液出口管、塔頂蒸汽管、人孔等）

(11)塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表

(12)對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。2.設(shè)計(jì)圖紙要求：

1)繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號(hào)圖紙）；

2)繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖（A3號(hào)圖紙）。

目 錄

1．設(shè)計(jì)方案的確定…………………………………………………………………1 2．操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)……………………………………………………………1

3．精餾塔的物料衡算………………………………………………………………1

3．1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率……………………………………1

3．2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量………………………………1

3．3 物料衡算……………………………………………………………………2 4．塔板數(shù)的確定……………………………………………………………………2

4．1 理論板層數(shù)NT的求取…………………………………………………… 2 4．1．1 求最小回流比及操作回流比……………………………………… 2 4．1．2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷………………………………………… 3 4．1．3 求操作線方程……………………………………………………… 3 4．1．4 圖解法求理論板層數(shù)……………………………………………… 4

4．2 塔板效率的求取……………………………………………………………4

4．3 實(shí)際板層數(shù)的求取…………………………………………………………6 5．精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算……………………………………6

5．1 操作壓力計(jì)算………………………………………………………………6

5．2 操作溫度計(jì)算………………………………………………………………6

5．3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算………………………………………………………6

5．4平均密度的計(jì)算……………………………………………………………7 5．4．1 氣相平均密度計(jì)算………………………………………………… 7 5．4．2 液相平均密度計(jì)算………………………………………………… 7

5．5 液體平均表面張力計(jì)算……………………………………………………8

5．6 液體平均粘度計(jì)算…………………………………………………………8 6．精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算……………………………………………………9

6．1 塔徑的計(jì)算…………………………………………………………………9 6．1．1 精餾段塔徑的計(jì)算………………………………………………… 9 6．1．2 提餾段塔徑的計(jì)算………………………………………………… 10

6．2 精餾塔有效高度的計(jì)算……………………………………………………10

6．3 精餾塔（板式塔）的高度計(jì)算……………………………………………10 7．塔板主要工藝尺寸的計(jì)算………………………………………………………11

7．1 溢流裝置計(jì)算………………………………………………………………11 7．1．1 堰長(zhǎng)lW……………………………………………………………… 11 7．1．2 溢流堰高度 hW …………………………………………………… 11 7．1．3 弓形降液管寬度Wd和截面積Af……………………………………12 7．1．4 降液管底隙高度ho………………………………………………… 12

7．2 塔板布置……………………………………………………………………13 7．2．1 塔板的分塊……………………………………………………………13 7．2．2 邊緣區(qū)寬度確定………………………………………………………13 7．2．3 開孔區(qū)面積計(jì)算………………………………………………………13 7．2．4 篩孔計(jì)算及其排列……………………………………………………13 8．篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算……………………………………………………………13

8．1 塔板降………………………………………………………………………14 8．1．1 干板阻力hc計(jì)算…………………………………………………… 14 8．1．2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算…………………………………………14 8．1．3 液體表面張力的阻力hσ計(jì)算……………………………………… 14

8．2 液面落差……………………………………………………………………14

8．3 液沫夾帶……………………………………………………………………15

8．4 漏液…………………………………………………………………………15

8．5 液泛…………………………………………………………………………15 9．塔板負(fù)荷性能圖…………………………………………………………………16

9．1 漏液線………………………………………………………………………16

9．2 液沫夾帶線…………………………………………………………………16

9．3 液相負(fù)荷下限線……………………………………………………………17

9．4 液相負(fù)荷上線線……………………………………………………………17

9．5 液泛線………………………………………………………………………18 10．主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取…………………………………………… 20

10．1 蒸汽出口管的管徑計(jì)算……………………………………………………20

10．2 回流液管的管徑計(jì)算………………………………………………………20

10．3 進(jìn)料液管的管徑計(jì)算………………………………………………………20

10．4 釜液排出管的管徑計(jì)算……………………………………………………20

10．5 人孔相關(guān)尺寸的選取………………………………………………………21 11．塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表……………………………………………………………21 12．設(shè)計(jì)過程的評(píng)述及有關(guān)問題的討論……………………………………………22 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 25

設(shè)計(jì)計(jì)算

1．設(shè)計(jì)方案的確定

本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇—水混合物提純乙醇，采用連續(xù)精餾塔提純流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，回流比較大，故操作回流比取最小回流比的1.1倍。塔釜采用直接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。

2．操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

進(jìn)料中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wF?0.20； 產(chǎn)品中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wD?0.94； 塔釜中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wW?0.003； 處理能力

GF?10萬噸/年； 塔頂操作壓力

常壓操作； 進(jìn)料熱狀況

泡點(diǎn)進(jìn)料； 根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算如下。

3．精餾塔的物料衡算

3．1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率

乙醇的摩爾質(zhì)量 MA?46.07kg/kmol

水的摩爾質(zhì)量 MB?18.02kg/kmol

0.20/46.07?0.0890.20/46.07?0.80/18.020.94/46.07x??0.860

D0.94/46.07?0.06/18.020.003/46.07xW??0.0010.003/46.07?0.997/18.02xF?3．2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量

MF?0.089?46.07?(1?0.089)?18.02?20.52kg/kmol

MD?0.860?46.07?(1?0.860)?18.02?42.14kg/kmolMW?0.001?46.07?(1?0.001)?18.02?18.05kg/kmol

3．3 物料衡算

每年300天，每天工作24小時(shí)，其處理量為10萬噸/年

10?104?103/(300?24)故原料液的處理量為 F??676.85kmol/h

20.52總物料衡算 676.85?D?W

乙醇的物料衡算 676.85?0.089?0.860D?0.001W 聯(lián)立解得 D?69.34kmol/h

W?607.51kmol/h

4．塔板數(shù)的確定

4．1 理論板層數(shù)NT的求取

4．1．1求最小回流比及操作回流比

【1】 乙醇-水是非理想物系，先根據(jù)乙醇-水平衡數(shù)據(jù)（見下表1），繪出平衡線，如圖（a）所示，然后由a（0.860，0.860）點(diǎn)出發(fā)作平衡線的切線，由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，此切線與q線交于d點(diǎn)，d點(diǎn)坐標(biāo)為（xq,yq）。

表1 乙醇-水平衡數(shù)據(jù)

液相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.0 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.14 0.18 0.20

氣相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.0 0.11 0.175 0.273 0.34 0.392 0.43 0.482 0.513 0.525

液相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.894 0.95 1.0

氣相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.551 0.575 0.614 0.657.0698 0.755 0.82 0.894 0.942 1.0 2

因?yàn)閤q?xF?0.089，在圖上讀出yq?0.336 于是 Rmin?取操作回流比為

R?1.1Rmin?1.1?2.124?2.336 4．1．2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷

L?RD?2.336?69.34?161.98kmol/hV?(R?1)D?(2.336?1)?69.34?231.32kmol/hL'?L?F?161.98?676.85?838.83kmol/hV'?V?231.32kmol/hxD?yqyq?xq?0.860?0.336?2.124

0.336?0.089

4．1．3 求操作線方程 精餾段操作線方程為 y?LD161.9869.34x?xD?x??0.860?0.700x?0.258 VV231.32231.32提餾段操作線方程為

L''W838.83'607.51x??0.001?3.626x'?0.0026

y?'x?'xW?VV231.32231.32' 3

4．1．4 圖解法求理論塔板數(shù)

采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖（b）所示。

求解結(jié)果為：

總理論塔板數(shù)

NT?20(包括再沸器)進(jìn)料板位置

第17塊板 4．2 塔板效率的求取 操作溫度計(jì)算：

?xD?0.860?由乙醇—水的氣液兩相平衡圖【1】可查得組成分別為?xF?0.089的泡點(diǎn)溫度：

?x?0.001?W?塔頂溫度：tD?78.5?C??進(jìn)料板溫度：tF?86.5?C ?塔釜溫度：t?97.0?CW?由乙醇—水的氣液兩相平衡圖可查得：

??xA?0.860塔頂：????yA?0.860 塔頂和塔釜的氣液兩相組成為：

??xA?0.001?塔釜：???yA?0.042???頂?1.02查化工物性算圖手冊(cè)得：?

??15.2?底則塔內(nèi)相對(duì)揮發(fā)度：?m??頂??底?1.02?15.2?3.94 全塔液體平均粘度的計(jì)算：

液相平均粘度的計(jì)算，即

lg?Lm??xilg?i 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由tD?78.5?C，查手冊(cè)【2】得：

?A?0.45mPa?s

?B?0.36mPa?s

lg?LDm?0.860lg(0.45)?0.140lg(0.36)

?s 解出

?LDm?0.44mPa塔底液相平均粘度的計(jì)算

塔釜yA?0.042

由tW?97.0?C，查手冊(cè)【3】得：

【】

?s ?A?0.34mP?s

?B?0.29mPa

lg?LWm?0.042lg(0.34)?0.958lg(0.29)

?s 解出

?LWm?0.29mPa則全塔液相平均粘度為

?Lm?(0.44?0.29)2?0.37mP?s 故

?m?Lm?3.94?0.37?1.46mP?s

查奧康內(nèi)爾（o'connell）關(guān)聯(lián)圖【1】得： E0?45%

因?yàn)楹Y板塔全塔效率相對(duì)值為1.1【1】，故精餾塔的全塔效率為

E?1.1?E0?1.1?45%?50% 4．3 實(shí)際板層數(shù)的求取

精餾段實(shí)際板層數(shù)

N精?160.50?32 提餾段實(shí)際板層數(shù)

N提?40.50?8

5．精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算

以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算。5．1 操作壓力計(jì)算

.3kPa塔頂操作壓力

PD?101

每層塔板壓降

?P?0.7kPa

進(jìn)料板壓力

PF?101.3?0.7?32?123.7kPa精餾段平均壓力

Pm?(101.3?123.7)2?112.5kPa 5．2 操作溫度計(jì)算

從乙醇—水溶液的氣液相平衡圖【1】查得個(gè)點(diǎn)的泡點(diǎn)溫度（近似看作是操作溫度）為：

塔頂溫度

tD?78.5?C

進(jìn)料板溫度

tF?86.5?C

精餾段平均溫度為：tm?(78.5?86.5)2?82.5?C 5．3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由xD?y1?0.860，查平衡曲線（見圖（b）），得

x1?0.848

MVDm?0.860?46.07?(1?0.860)?18.02?42.14kg/kmol

MLDm?0.848?46.07?(1?0.848)?18.02?41.81kg/kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由圖解理論板（見圖（b）），得

yF?0.383

查平衡曲線（見圖（b）），得

xF?0.074

MVFm?0.383?46.07?(1?0.383)?18.02?28.76kg/kmo l

MLFm?0.074?46.07?(1?0.074)?18.02?20.10kg/kmo l精餾段平均摩爾質(zhì)量

MVm?(42.14?28.76)2?35.45kg/kmo l

MLm?(41.81?20.10)2?30.96kg/kmo l5．4平均密度計(jì)算 5．4．1 氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即

?Vm?PmMVm112.5?35.45??1.35kg/m

3RTm8.314?(82.5?273.15)5．4．2 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算，即

1?Lm??ai?i 塔頂液相平均密度的計(jì)算 由tD?78.5?C，查手冊(cè)【2】得

.0kg/m3

?B?972.7kg/m3

?A?611塔頂液相的質(zhì)量分率

aA?0.860?46.07 ?0.9400.860?46.07?0.140?18.021?624.9kg/m3

0.940611.0?0.060972.7

?LDm?進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算 由tF?86.5?C，查手冊(cè)【2】得

.0kg/m3

?B?967.6kg/m3

?A?605進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率

aA?0.074?46.07 ?0.1700.074?46.07?0.926?18.021?878.1kg/m3

0.170605.0?0.830967.6

?LFm?精餾段液相平均密度為

.9?878.1)2?751.5kg/m3

?Lm?(6245．5 液體平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即

?Lm??xi?i

塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由tD?78.5?C，查手冊(cè)【2】得

?A?17.3mN/m

?B?62.9mN/m

?LDm?0.860?17.3?0.140?62.9?23.7mN/m 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由tF?86.5?C，查手冊(cè)得

?A?16.9mN/m

?B?61.4mN/m

?LDm?0.074?16.9?0.926?61.4?58.1mN/m 精餾段液相平均表面張力為

?Lm?(23.7?58.1)2?40.9mN/m 5．6 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即

lg?Lm??xilg?i 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由tD?78.5?C，查手冊(cè)【2】得：

?s

?B?0.36mPa?s

?A?0.45mPa

lg?LDm?0.860lg(0.45)?0.140lg(0.36)

解出

?LDm?0.44mPa?s 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 由tF?86.5?C，查手冊(cè)【3】得：

??s

?【】A?0.40mPB?0.33mPa?s 1

lg?LFm?0.074lg(0.40)?0.926lg(0.33)

解出

?LWm?0.33mPa?s 精餾段液相平均粘度為

?Lm?(0.44?0.33)2?0.39mPa?s 6．精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算

6．1 塔徑的計(jì)算

6．1．1 精餾段的塔徑計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為

VVMVms?3600??231.32?35.4535?1.69m3/s

Vm3600?1.LLMLms?3600??161.98?30.96.5?0.0019m3/s

Vm3600?751由

u??Vmax?C?L? V式中C由式C?C???0.2【4】20?L?20??計(jì)算，式中C20由圖（史密斯關(guān)系圖）查得，圖的橫坐標(biāo)為

1Lh??L?V????0.0019?3600?751.5?2h??V??1.69?3600???1.35???0.027 取板間距HT?0.40m，板上液層高度hL?0.06m，則

HT?hL?0.40?0.06?0.34m

查圖（史密斯關(guān)系圖）【4】

得

C20?0.073

???

C?C20?L??20?0.2?40.9??0.073??20??0.2?0.084

umax?0.084751.5?1.35?1.98m/s

1.35取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為

u?0.7umax?0.7?1.98?1.39m/s

D?4Vs4?1.69??1.24m?u??1.39

6．1．2 提餾段的塔徑計(jì)算

提餾段塔徑計(jì)算，所需數(shù)據(jù)可從相關(guān)手冊(cè)【1，2，4】查得，計(jì)算方法同精餾段。計(jì)算結(jié)果為

D?1.003m

比較精餾段與提餾段計(jì)算結(jié)果，兩段的塔徑相差不大，圓整塔徑，取

D?1.4m 塔截面積為

AT??4D2??4?1.42?1.54m2

實(shí)際空塔氣速為

u?Vs1.69??1.10m/s AT1.546．2 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為

（N精?1）HT?(32?1)?0.4?12.4m

Z精?提餾段有效高度為

（N提?1）HT?(8?1)?0.4?2.8m

Z提?故精餾塔的有效高度為

Z?Z精?Z提?12.4?2.8?15.2m 6．3 精餾塔（板式塔）的塔高計(jì)算

實(shí)際塔板數(shù)

n?40塊；

進(jìn)料板數(shù)

nF?1塊；

由于該設(shè)計(jì)中板式塔的塔徑D?1000mm，為安裝、檢修的需要，選取每8層塔板設(shè)置一個(gè)人孔【4】，故人孔數(shù)

np?5； 進(jìn)料板處板間距

HF?0.5m； 設(shè)人孔處的板間距Hp?0.6m；

為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距【4】，故選取塔頂間距

HD?1.7HT?1.7?0.40?0.68m； 塔底空間高度

HB?1.2m【4】

【5】封頭高度

H1?375mm；

裙座高度

H2?1000mm。故精餾塔的總高度為

H?(n?nF?np?1)HT?nFHF?npHp?HD?HB?2H1?H?(40?1?5?1)?0.40?1?0.50?5?0.60?0.68?1.20?2?0.375?1.00 ?20.33m7．塔板主要工藝尺寸的計(jì)算

7．1 溢流裝置計(jì)算

因?yàn)樗紻?1.4m，一般場(chǎng)合可選用單溢流弓形降液管【4】，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： 7．1．1 堰長(zhǎng)lW

取

lW?0.66D?0.66?1.4?0.92m 7．1．2 溢流堰高度hW 由

hW?hL?hOW

選用平直堰，堰上液層高度hOW由下式計(jì)算，即

hOW2.84?Lh??E??? 1000?l?W?23近似取E=1，則

hOW2.84?Lh??E???1000??lW?232.84?0.0019?3600???1???10000.92??23?0.011m

取板上清液層高度

hL?60mm

故

hW?hL?hOW?0.06?0.011?0.049m 7．1．3 弓形降液管寬度Wd和截面積Af 由

lW?0.66 D【4】查圖（弓形降液管的參數(shù)），得

AfAT?0.072

Wd?0.12 D故

Af?0.072AT?0.072?1.54?0.11m2Wd?0.12D?0.12?1.4?0.17m

依式??3600AfHTLh 【4】

驗(yàn)算液體在降液管中停留的時(shí)間，即

3600?0.11?0.40?23.16?5s

0.0019?3600

??3600AfHTLh?故降液管設(shè)計(jì)合理。7．1．4 降液管底隙高度ho

h0?Lh3600lWu0?

?取

u0?0.08m/s 則

h0?Lh3600lWu0??0.0019?3600?0.026m

3600?0.92?0.08

hW?h0?0.049?0.026?0.023m?0.006m 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。

?選用凹形受液盤，深度hW?50mm 【4】

7．2 塔板布置 7．2．1 塔板的分塊

【4】因?yàn)镈?800mm，故塔板采用分塊式。查表（塔板分塊數(shù)），D?1400mm，則塔板分為4塊。

7．2．2 邊緣區(qū)寬度確定

取

Ws?Ws??0.07m，Wc?0.035m 7．3．3 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積Aa按下式計(jì)算，即

??r222?1xr?x?sin

Aa?2??180?x?? ?r?D1.4?(Wd?Ws)??(0.17?0.07)?0.46m 22D1.r??Wc??0.035?0.67m

22其中

x?故

Aa?2?(0.460.67?0.46?7．2．4 篩孔計(jì)算及其排列

22??0.672180sin?10.46)?1.13m2 0.67本次所處理的物系無腐蝕性，可選用??3mm碳鋼板，取篩孔直徑d0?5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為

t?3d0?3?5?15mm 篩孔數(shù)目n為

n?開孔率為

?d??0.005?

??0.907?0??0.907????10.1%

t0.015????221.155Aa1.155?1.13??5801個(gè) 22t0.015氣體通過閥孔的氣速為

u0?Vs1.69??14.81m/s A00.101?1.138．篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算

8．1 塔板壓降

8．1．1 干板阻力hc計(jì)算 干板阻力hc由下式計(jì)算，即

?u0?

hc?0.051??c???0?2??V????L??? ?【4】由d0??53?1.67，查圖（干篩孔的流量系數(shù)）得，c0?0.772

?14.81??1.35?故

hc?0.051?????0.034m液柱

0.772751.5????28．1．2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算 氣體通過液層的阻力hl由下式計(jì)算，即

hl??hLVs1.69??1.18m/sAT?Af1.54?0.1ua?

F0?ua?V?1.181.35?1.37kg12/(s?m12)【4】查圖（充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖）得：??0.61

故

hl??hL??(hl?hOW)?0.61(0.049?0.011)?0.037m液柱 8．1．3 液體表面張力的阻力hσ計(jì)算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力hσ由下式計(jì)算，即

4?L4?40.9?10?3??0.0044m液柱

h???Lgd0751.5?9.81?0.005氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算，即

hp?hc?hl?h?hp?0.034?0.037?0.0044?0.075m液柱

氣體通過每層塔板的壓降為

?P?hp?Lg?0.075?751.5?9.81?552.9Pa?0.7kPa（設(shè)計(jì)允許值）8．2 液面落差

對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本次的塔徑（D?1.4m?2m）和液流量（Ls?0.0019m3/s）均不大，故可以忽略液面落差的影響。

8．3 液沫夾帶

液沫夾帶量由下式計(jì)算，即

ua?5.7?10???eV???

?L?HT?hf?hf?2.5hL?2.5?0.06?0.15m?63.25.7?10?6?1.18?故

eV???40.9?10?3?0.40?0.15?3.2?0.020kg液/kg氣?0.1kg液/kg氣

故在本次設(shè)計(jì)中液沫夾帶量eV在允許范圍內(nèi)。8．4 漏液

對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0，min可由下式計(jì)算，即

u0,min?4.4C0(0.0056?0.13hL?h?)?L?V

?4.4?0.772(0.0056?0.13?0.06?0.0044)?751.51.35 ?7.60m/s實(shí)際孔速u0?14.81m/s?u0,min 穩(wěn)定系數(shù)為

K?u0u0,min?14.81?1.95 7.601.5?K?2故在本次設(shè)計(jì)中無明顯漏液。8．5 液泛

為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從下式的關(guān)系，即

Hd??(HT?hW)

【4】乙醇—水物系屬一般物系，不易發(fā)泡，故安全系數(shù)取??0.6，則

?(HT?hW)?0.6?(0.40?0.049)?0.27m 而

Hd?hp?hL?hd

板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即

?

hd?0.153(u0)2?0.153?(0.08)2?0.001m液柱

Hd?0.075?0.06?0.001?0.136m液柱0.136m?Hd??(HT?hW)?0.27m15

故在本次設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。

9．塔板負(fù)荷性能圖

9．1 漏液線

由

u0,min?4.4C0(0.0056?0.13hL?h?)?L?V

u0,min?Vs,min A0

hL?hW?hOW

hOW得

Vs,min23??????Lh2.84?????4.4C0A0?0.0056?0.13?hW?E??h???L?V?l?1000??W?????????4.4?0.772?0.101?1.1323???2.84???3600Ls????0.0056?0.13?0.049??1?????0.0044?751.51.351000?0.92?????????2.84?1000?Lh?E??l?? ?W?23

?0.092Ls整理得 Vs,min?9.150.007623

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。9．2 液沫夾帶線

以eV?0.1kg液/kg氣為限，求Vs—Ls關(guān)系如下：

0.0006

0.83

0.0015

0.86

0.0030

0.89

0.0045

0.92 5.7?10??ua由

eV??L??HT?hf?6?? ??3.2 16

ua?VsVs??0.70Vs

AT?Af1.54?0.11

hf?2.5hL?2.5(hW?hOW)

hW?0.049

hOW2.84?3600Ls???1???10000.92??2323?0.71Ls23

故

hf?0.12?1.78Ls

233.2HT?hf?0.28?1.78Ls

?0.70Vs5.7?10?6???eV?23??3?40.9?10?0.28?1.78Ls?23?0.1

整理得 Vs?3.12?19.85Ls

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表3。

表3

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。9．3 液相負(fù)荷下限線

對(duì)于平直堰，取堰上液層高度hOW?0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。則

hOW取E?1，則

Ls,min?0.006?1000????2.84??20.0006

2.98

0.0015

2.86

0.0030

2.71

0.0045

2.58 2.84?3600Ls???E??1000?lW??23?0.006

0.92?0.0004m23/s 3600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。9．4 液相負(fù)荷上限線

以??4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式可得，即

??AfHTLs?4

故

Ls,max?AfHT4?0.11?0.40?0.011m3/s 4據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。9．5 液泛線

令

Hd??(HT?hW)

由

Hd?hp?hL?hd;hp?hc?hl?h?;hl??hL;hL?hW?hOW 聯(lián)立得

?HT?(????1)hW?(??1)hOW?hc?hd?h?

忽略h?，將hOW與Ls，hd與Ls，hc與Vs的關(guān)系式代入上式，并整理得

a?Vs?b??c?Ls?d?Ls 式中

a??0.051??V?2??A0c0???L??? ?2223

b???HT?(????1)hW

c??0.153(lWh0)2

?3600?

d??2.84?10?3E(1??)??l???W?23

將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得

a??0.051?1.35????0.012

?0.101?1.13?0.772?2?751.5?

b??0.6?0.40?(0.6?0.61?1)?0.049?0.19

c??0.153?267.40

(0.92?0.026)223?3?3600?

d??2.84?10?1?(1?0.61)???0.92?22?1.14

23故

0.012Vs?0.19?267.40Ls?1.14Ls

或

Vs?15.83?22283.33Ls?95.00Ls

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表4。

表4

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。

根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖（c）所示。

2223

0.0006

3.89

0.0015

3.81

0.0030

3.72

0.0045

3.58

在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)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沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖（c）可查得

Vs,max?2.74m3/s

Vs,min?0.84m3/s 故操作彈性為

Vs,maxVs,min?2.74?3.26 0.8410．主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取

10．1 蒸汽出口管的管直徑計(jì)算

由于是常壓精餾，允許氣速為12.00~20.00m/s[6]，故選取uv?16.00m/s，則

dv?4Vs4?1.69??0.37m ?uv??16.00圓整直徑為dv??377?8mm 10．2 回流管的管徑計(jì)算

冷凝器安裝在塔頂，一般流速為0.20~0.50m/s[6]，故選取uD?0.35m/s，則

dD?4Ls??uD4?0.0019?0.083m

??0.35圓整直徑為dD??89?4mm 10．3 進(jìn)料管的管徑計(jì)算

由于料液是由泵輸送的，一般允許流速為1.50~2.50m/suF?2.00m/s；

[6]，故選取進(jìn)料管中料液的體積流量

F??FMLFm676.85?20.10??0.0043m3/s

3600?LFm3600?878.104F???uF4?0.0043?0.052m

??2.00故

dF?圓整直徑為dF??57?3mm 10．4 釜液排出管的管徑計(jì)算

釜液流出速度一般范圍為0.50~1.00m/s[6]，故選取uW?0.80m/s； 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由x2?xW?0.001，得：MLWm?0.001?46.07?(1?0.001)?18.02?18.05kg/kmol

塔底液相平均密度的計(jì)算 由tW?97.0?C，查手冊(cè)【2】得

.0kg/m3

?B?960.5kg/m3

?A?599塔底液相的質(zhì)量分率

aA?0.042?46.07 ?0.1010.042?46.07?0.958?18.021?905.3kg/m3

0.101599.0?0.899960.?LWm?塔釜排液管的體積流量

W??WMLWm607.51?18.05??0.0034m3/s

3600?LVm3600?905.304W???uW4?0.0034?0.074m

??0.80故

dW?圓整直徑為dW??89?4mm 10．5 人孔相關(guān)尺寸的選取

由于本次設(shè)計(jì)中塔徑D?1.4m?1.0m，為安裝、檢修的需要，每隔八層塔板設(shè)置一個(gè)人孔，本次設(shè)計(jì)中實(shí)際塔板數(shù)有40塊，故要設(shè)置5個(gè)人孔。本次設(shè)計(jì)，人孔的直徑選取dR?500mm，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)為220mm，并且設(shè)置人孔處的板間距為600mm。

11．塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表

所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表5。

表5 篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果參數(shù)表

序 號(hào) 2 3 4 5

項(xiàng)

目平均溫度tm，℃平均壓力Pm，kPa 氣相流量Vs，（m3/s）液相流量Ls，（m3/s）

實(shí)際塔板數(shù)

數(shù)

值 82.5 112.5 1.69 0.0019 40 21 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

有效段高度Z，m 塔徑D，m 板間距HT，m 溢流形式 降液管形式 堰長(zhǎng)lW，m 堰高h(yuǎn)W，m 板上液層高度hL，m 堰上液層高度hOW，m 降液管底隙高度，m 安定區(qū)寬度Ws，m 邊緣區(qū)寬度Wc，m 開孔區(qū)面積Aa，m2 篩孔直徑d0，m 篩孔數(shù)目n 孔中心距t，m 開孔率φ，% 空塔氣速，m/s 篩孔氣速，m/s 穩(wěn)定系數(shù) 每層塔板壓降?P，Pa

負(fù)荷上限

負(fù)荷下限液沫夾帶eV，（kg液/kg氣）

氣相負(fù)荷上限Vs，max，m3/s 氣相負(fù)荷下限Vs，min，m3/s

操作彈性

15.2 1.4 0.40 單溢流 弓形 0.92 0.049 0.06 0.011 0.026 0.07 0.035 1.13 0.005 5801 0.015 0.01 1.39 14.81 1.951.95 552.9 液沫夾帶控制 漏液控制 0.020 2.74 0.84 3.26 12．對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論

12．1 篩板塔的特性討論

篩板塔式最早使用的板式塔之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)較低；

在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%~40%； 踏板效率較高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮閥塔； 氣體壓降較小，約比泡罩塔低30%； 但也有一些缺點(diǎn)，即是：

小孔篩板易堵塞，不易處理一些粘性較大或帶固體粒子的料液； 操作彈性相對(duì)較小。

本次設(shè)計(jì)中的物系是乙醇—水體系，故選用篩板塔。12．2 進(jìn)料熱狀況的選取

本次設(shè)計(jì)中選用泡點(diǎn)進(jìn)料，原因是泡點(diǎn)進(jìn)料的操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響。12．3 回流比的選取

一般篩板塔設(shè)計(jì)中，回流比的選取是最小回流比的1.1~2.0倍。本次設(shè)計(jì)中，由于最小回流比比較大，故選用R?1.1Rmin。12．4 理論塔板數(shù)的確定

理論塔板數(shù)的確定有多種方法，本次設(shè)計(jì)中采用梯級(jí)圖解法求取理論塔板數(shù)。利用求得的精餾段操作線、提餾段操作線及q線，在操作線和平衡線間畫梯級(jí)得出理論塔板數(shù)，由此也得到了最佳進(jìn)料位置。本次設(shè)計(jì)中求取到的理論塔板數(shù)為20塊，進(jìn)料板是第17塊。12．5 操作溫度的求解

本次設(shè)計(jì)中，為計(jì)算方便，均根據(jù)其組成選取泡點(diǎn)溫度作為其操作溫度。12．6 溢流方式的選擇

本次設(shè)計(jì)中，由于塔徑為1.4m，不超過2.0m，可選用單溢流弓形降液管，此種溢流方式液體流徑較長(zhǎng)，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。12．7 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算結(jié)果討論

本次設(shè)計(jì)中，氣體通過每層塔板的壓降：?P?552.9Pa?0.7kPa； 液面落差忽略（塔徑及液流量均不大）；

液沫夾帶：eV?0.020kg液/kg氣?0.1kg液/kg氣； 穩(wěn)定系數(shù)：K?1.95,且1.5?K?

2降液管內(nèi)液層高度：0.136m?Hd??(HT?hW)?0.27m

綜上數(shù)據(jù)表明，本次設(shè)計(jì)的結(jié)果塔板壓降合理、液面落差的影響極小、液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)、不會(huì)發(fā)生漏液及液泛現(xiàn)象。12．8 塔板負(fù)荷性能圖結(jié)果討論

由本次設(shè)計(jì)所得的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的塔板負(fù)荷性能圖如圖（c）所示，圖中A點(diǎn)為本次設(shè)計(jì)中精餾塔的操作點(diǎn)。由圖中可看出，操作點(diǎn)在理論范圍內(nèi)，但偏邊界位置，即該操作點(diǎn)并非最佳操作點(diǎn)，可能由于回流比取值較小導(dǎo)致的。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊祖榮，劉麗英，劉偉 化工原理（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [2] 劉光啟，馬連湘，邢志有 化工物性算圖手冊(cè) 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [3] 程能林 溶劑手冊(cè)（第三版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [4] 賈紹義，柴誠(chéng)敬 化工原理課程設(shè)計(jì) 天津：天津大學(xué)出版社，2002.8 [5] 林大鈞，于傳浩，楊靜 化工制圖 北京：高等教育出版社，2007.8 [6] 板式精餾塔的設(shè)計(jì)，太原理工大學(xué)化工學(xué)院：化工教研室

第二篇：乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

《化工原理》課程設(shè)計(jì)

標(biāo)題:乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

學(xué) 院 醫(yī)藥化工學(xué)院 專 業(yè) 應(yīng)用化學(xué) 班 級(jí) 11化妝品（2）班 姓 名 廖神娣 學(xué) 號(hào) 1115512231 指導(dǎo)教師 朱繼芳、龍春霞

乙醇-水分離過程連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)題目：

試設(shè)計(jì)一座乙醇-水連續(xù)精餾塔提純乙醇。進(jìn)精餾塔的料液含乙醇30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為水；產(chǎn)品的乙醇含量不得低于90%；殘液中乙醇含量不得高于0.8%；要求產(chǎn)品乙醇的年產(chǎn)量為16萬噸/年。

(二)操作條件

1)塔頂壓力 4KPa 2)進(jìn)料熱狀態(tài) 自選

3)回流比 自選

4)塔底加熱蒸氣壓力 0.5Mpa（表壓）

(三)塔板類型

自選

(四)工作日

每年工作日為300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。

(五)設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容

1.設(shè)計(jì)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(jì)算；

(6)精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；

(7)塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；

(8)塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；

(9)塔板負(fù)荷性能圖；

(10)主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選?。ㄟM(jìn)料管、回流管、釜液出口管、塔頂蒸汽管、人孔等）

(11)塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表

(12)對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。2.設(shè)計(jì)圖紙要求：

1)繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號(hào)圖紙）；

2)繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖（A3號(hào)圖紙）。

目 錄

1．設(shè)計(jì)方案的確定…………………………………………………………………1 2．操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)……………………………………………………………1

3．精餾塔的物料衡算………………………………………………………………1

3．1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率……………………………………1

3．2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量………………………………1

3．3 物料衡算……………………………………………………………………2 4．塔板數(shù)的確定……………………………………………………………………2

4．1 理論板層數(shù)NT的求取…………………………………………………… 2 4．1．1 求最小回流比及操作回流比……………………………………… 3 4．1．2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷………………………………………… 3 4．1．3 求操作線方程……………………………………………………… 3 4．1．4 圖解法求理論板層數(shù)……………………………………………… 4

4．2 塔板效率的求取……………………………………………………………4

4．3 實(shí)際板層數(shù)的求取…………………………………………………………5 5．精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算……………………………………5

5．1 操作壓力計(jì)算………………………………………………………………5

5．2 操作溫度計(jì)算………………………………………………………………6

5．3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算………………………………………………………6

5．4平均密度的計(jì)算……………………………………………………………6 5．4．1 氣相平均密度計(jì)算………………………………………………… 6 5．4．2 液相平均密度計(jì)算………………………………………………… 7

5．5 液體平均表面張力計(jì)算……………………………………………………7

5．6 液體平均粘度計(jì)算…………………………………………………………8 6．精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算……………………………………………………8

6．1 塔徑的計(jì)算…………………………………………………………………8 6．1．1 精餾段塔徑的計(jì)算………………………………………………… 8

6．2 精餾塔有效高度的計(jì)算……………………………………………………10

7．塔板主要工藝尺寸的計(jì)算………………………………………………………10

7．1 溢流裝置計(jì)算………………………………………………………………10 7．1．1 堰長(zhǎng)lW……………………………………………………………… 10 7．1．2 溢流堰高度 hW …………………………………………………… 10 7．1．3 弓形降液管寬度Wd和截面積Af……………………………………10 7．1．4 降液管底隙高度ho………………………………………………… 11

7．2 塔板布置……………………………………………………………………11 7．2．1 塔板的分塊……………………………………………………………11 7．2．2 邊緣區(qū)寬度確定………………………………………………………11 7．2．3 開孔區(qū)面積計(jì)算………………………………………………………11 7．2．4 篩孔計(jì)算及其排列……………………………………………………12 8．篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算……………………………………………………………12

8．1 塔板降………………………………………………………………………12 8．1．1 干板阻力hc計(jì)算…………………………………………………… 12 8．1．2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算…………………………………………13 8．1．3 液體表面張力的阻力hσ計(jì)算……………………………………… 13

8．2 液面落差……………………………………………………………………13

8．3 液沫夾帶……………………………………………………………………13

8．4 漏液…………………………………………………………………………13

8．5 液泛…………………………………………………………………………14 9．塔板負(fù)荷性能圖…………………………………………………………………14

9．1 漏液線………………………………………………………………………14

9．2 液沫夾帶線…………………………………………………………………15

9．3 液相負(fù)荷下限線……………………………………………………………16

9．4 液相負(fù)荷上線線……………………………………………………………16

9．5 液泛線………………………………………………………………………16 10．主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取…………………………………………… 18

10．1 蒸汽出口管的管徑計(jì)算……………………………………………………20

10．2 回流液管的管徑計(jì)算………………………………………………………20

10．3 進(jìn)料液管的管徑計(jì)算………………………………………………………20

10．4 釜液排出管的管徑計(jì)算……………………………………………………20

10．5 人孔相關(guān)尺寸的選取………………………………………………………21 11．塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表……………………………………………………………21 12．設(shè)計(jì)過程的評(píng)述及有關(guān)問題的討論……………………………………………22 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 25

設(shè)計(jì)計(jì)算

1．設(shè)計(jì)方案的確定

本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇—水混合物提純乙醇，采用連續(xù)精餾塔提純流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，回流比較大，故操作回流比取最小回流比的1.1倍。塔釜采用直接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。

2．操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

進(jìn)料中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wF?0.30； 產(chǎn)品中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wD?0.90； 塔釜中乙醇含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

wW?0.008； 處理能力

GF?16萬噸/年； 塔頂操作壓力

4KPa 進(jìn)料熱狀況

泡點(diǎn)進(jìn)料； 根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算如下。

3．精餾塔的物料衡算

3．1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率

乙醇的摩爾質(zhì)量 MA?46.07kg/kmol

水的摩爾質(zhì)量 MB?18.02kg/kmol

0.30/46.07?0.1440.30/46.07?0.70/18.020.90/46.07x??0.779

D0.90/46.07?0.10/18.020.008/46.07xW??0.0030.008/46.07?0.992/18.02xF?3．2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量

MF?0.144?46.07?(1?0.144)?18.02?22.06kg/kmol

MD?0.779?46.07?(1?0.779)?18.02?39.87kg/kmol

MW?0.003?46.07?(1?0.003)?18.02?18.10kg/kmol3．3 物料衡算

每年300天，每天工作24小時(shí)，其處理量為16萬噸/年

16?104?103/(300?24)故原料液的處理量為 F??1007.35kmol/h

22.06總物料衡算 1007.35?D?W

乙醇的物料衡算 1007.35?0.144?0.779D?0.003W 聯(lián)立解得 D?183.04kmol/h

W?824.31kmol/h

4．塔板數(shù)的確定

4．1 理論板層數(shù)NT的求取

4．1．1求最小回流比及操作回流比

【1】 乙醇-水是非理想物系，先根據(jù)乙醇-水平衡數(shù)據(jù)（見下表1），繪出平衡線，如圖所示，表1 乙醇-水平衡數(shù)據(jù)

液相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.0 0.01 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.14 0.18 0.20

氣相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.0 0.11 0.175 0.273 0.34 0.392 0.43 0.482 0.513 0.525

液相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.894 0.95 1.0

氣相中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)

0.551 0.575 0.614 0.657.0698 0.755 0.82 0.894 0.942 1.0 2

乙醇-水x-y相平衡圖0.80.70.60.5y0.40.30.20.1000.10.20.30.40.50.60.70.8x

因?yàn)閤q?xF?0.144，在圖上讀出yq?0.484 于是 Rmin?取操作回流比為

R?1.5Rmin?1.5?0.867?1.30 4．1．2 求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 xD?yqyq?xq?0.779?0.484?0.867

0.484?0.144 L?RD?1.30?183.04?237.95kmol/hV?(R?1)D?(1.30?1)?183.04?420.99kmol/hL?L?F?237.95?1007.35?1245.3kmol/hV'?V?420.99kmol/h'

4．1．3 求操作線方程 精餾段操作線方程為

y?LD237.95183.04x?xD?x??0.779?0.565x?0.339 VV420.99420.99提餾段操作線方程為

L''W1245.3'824.31x??0.003?2.958x'?0.0059

y?'x?'xW?VV420.99420.99' 3

4．1．4 圖解法求理論塔板數(shù) 采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖所示。

（b）

求解結(jié)果為：

總理論塔板數(shù)

NT?16(包括再沸器)進(jìn)料板位置

第13塊板 4．2 塔板效率的求取 操作溫度計(jì)算：

?xD?0.779?由乙醇—水的氣液兩相平衡圖【1】可查得組成分別為?xF?0.144的泡點(diǎn)溫度：

?x?0.003?W?塔頂溫度：tD?78.69?C??進(jìn)料板溫度：tF?99.43?C ?塔釜溫度：t?99.99?CW?由乙醇—水的氣液兩相平衡圖可查得：

??xA?0.779塔頂：????yA?0.815 塔頂和塔釜的氣液兩相組成為：

??xA?0.003?塔釜：???yA?0.044???頂?1.05查化工物性算圖手冊(cè)得：?

??14.6?底則塔內(nèi)相對(duì)揮發(fā)度：?m??頂??底?1.05?14.6?3.92

塔的平均溫度為 0.5×（78.69＋99.99）＝89.34℃（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查手冊(cè)【2】得：

?A?0.38mPa?s，?B?0.32mPa?s。

lg?Lm??xilg?i 則全塔液相平均粘度

?Lm?0.144?0.38?(1?0.144)?0.32?0.3286mP?s

全塔效率由奧康奈爾O’connell關(guān)聯(lián)式計(jì)算：

E?0.49??L T ? m??0.245?0.49??3.92?0.3286??0.245?0.464．3 實(shí)際板層數(shù)的求取

精餾段實(shí)際板層數(shù)

N精?12/0.46?26.8?27 提餾段實(shí)際板層數(shù)

N提?4/0.46?8.69?9

5．精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算

以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算。5．1 操作壓力計(jì)算

塔頂操作壓力

PD?10.1 3?4?10.53kPa每層塔板壓降

?P?0.7kPa

進(jìn)料板壓力

PF?105.3?0.7?27?124.2kPa 精餾段平均壓力

Pm?(10.5 3?12.42)2?11.48kPa 5

5．2 操作溫度計(jì)算

從乙醇—水溶液的氣液相平衡圖【1】查得個(gè)點(diǎn)的泡點(diǎn)溫度（近似看作是操作溫度）為：

塔頂溫度

tD?78.69?C

進(jìn)料板溫度

tF?99.43?C

精餾段平均溫度為：tm?(78.69?99.43)2?89.06?C 5．3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由xD?y1?0.779，查平衡曲線，得

x1?0.73MVDm?0.779?46.07?(1?0.779)?18.02?39.87kg/kmol

MLDm?0.735?46.07?(1?0.735)?18.02?38.64kg/kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 由圖解理論板（見圖（b）），得

yF?0.450 查平衡曲線，得

xF?0.120

MVFm?0.450?46.07?(1?0.450)?18.02?30.64kg/kmo l

MLFm?0.120?46.07?(1?0.120)?18.02?21.39kg/kmo l精餾段平均摩爾質(zhì)量

MVm?(39.87?30.64)2?35.26kg/kmo l

MLm?(38.64?21.39)2?30.02kg/kmo l5．4平均密度計(jì)算 5．4．1 氣相平均密度計(jì)算 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即

?Vm? PmMVm114.8?35.26??1.34kg/m

3RTm8.314?(89.06?273.15)6

5．4．2 液相平均密度計(jì)算 液相平均密度依下式計(jì)算，即

1?Lm??ai?i 塔頂液相平均密度的計(jì)算 由tD?78.69?C，查手冊(cè)【2】得

?A?61.15kg/m3

?B?97.35kg/m3 塔頂液相的質(zhì)量分率

aA?0.779?46.07?0.90

0.779?46.07?0.221?18.0 ?LDm?1?635.1kg/m3

0.90611.5?0.10973.5進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算 由tF?99.43?C，查手冊(cè)【2】得

?A?59.45kg/m3

?B?95.78kg/m3 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率

aA?0.12?46.07?0.26

0.12?46.07?0.88?18.02

?LFm?1?826.5kg/m3

0.26/594.5?0.74957.8精餾段液相平均密度為

?Lm?(63.51?82.65)2?73.08kg/m3 5．5 液體平均表面張力計(jì)算 液相平均表面張力依下式計(jì)算，即

?Lm??xi?i

塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由tD?78.69?C，查手冊(cè)【2】得

?A?17.3mN/m

?B?62.8mN/m

?LDm?0.779?17.3?0.221?62.8?27.36mN/m

進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由tF?99.43?C，查手冊(cè)得

?A?15.3mN/m

?B?58.9mN/m

?LFm?0.12?15.3?0.88?58.9?53.67mN/m 精餾段液相平均表面張力為

?Lm?(27.36?53.67)2?40.51mN/m 5．6 液體平均粘度計(jì)算 液相平均粘度依下式計(jì)算，即

lg?Lm??xilg?i 塔頂液相平均粘度的計(jì)算 由t2】D?78.69?C，查手冊(cè)【得：

?A?0.45mPa?s

?B?0.38mP?as

lg?LDm?0.779lg(0.45)?0.221lg(0.38)解出

?LDm?0.43mP?as 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算 由tF?99.43?C，查手冊(cè)【3】得：

?A?0.31mP?s

?B?0.28mP?as

lg?LFm?0.12lg(0.31)?0.88lg(0.28)

解出

?LWm?0.28mPa?s 精餾段液相平均粘度為

?Lm?(0.43?0.28)2?0.36mP?as

6．精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算

6．1 塔徑的計(jì)算

6．1．1 精餾段的塔徑計(jì)算

1】

【

精餾段的氣、液相體積流率為

VVMVms?3600??420.99?35.2634?3.08m3/s

Vm3600?1.LLMLms?3600??237.95?30.02.8?0.0027m3/s

Vm3600?730由

u??Vmax?C?L? V式中C由式C?C??L?0.2【4】20??20??計(jì)算，式中C20由圖（史密斯關(guān)系圖）查得，圖的橫坐標(biāo)為 Lh??L?12V???0.0027?3600?7302h???V??3.08?3600??.8??1.34???0.020 6取板間距HT?0.40m，板上液層高度hL?0.06m，則

HT?hL?0.40?0.06?0.34m

查圖（史密斯關(guān)系圖）【4】

得

C20?0.072

0.20.C?C???20?L?20???0.072??40.51??20???0.08 u730.8?1.34max?0.0831.34?1.94m/s

取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為

u?0.7umax?0.7?1.94?1.36m/s

D?4Vs?4?3.08?1

?u??1.36.70m圓整塔徑，取

D?2.0m

塔截面積為

A?2T?4D??4?22?3.14m2

實(shí)際空塔氣速為

u?Vs3.08??0.98m/s AT3.146．2 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為

Z精?（N精?1）HT?(27?1)?0.4?10.4m 提餾段有效高度為

Z提?（N提?1）HT?(9?1)?0.4?3.2m 故精餾塔的有效高度為

Z?Z精?Z提?10.4?3.2?13.6m

7．塔板主要工藝尺寸的計(jì)算

7．1 溢流裝置計(jì)算

因?yàn)樗紻?2.0m，一般場(chǎng)合可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： 7．1．1 堰長(zhǎng)lW

取

lW?0.66D?0.66?2?1.32m 7．1．2 溢流堰高度hW 由

hW?hL?hOW

選用平直堰，堰上液層高度hOW由下式計(jì)算，即

hOW2.84?Lh?? ?E???1000?lW?23近似取E=1，則

hOW2.84?Lh???E??1000?lW??232.84?0.0027?3600???1???10001.32??23?0.0107m

取板上清液層高度

hL?60mm

故

hW?hL?hOW?0.06?0.011?0.0493m 7．1．3 弓形降液管寬度Wd和截面積Af

由

lWD?0.66 查圖（弓形降液管的參數(shù)）【4】，得

AfA?0.072

WdTD?0.12 故

Af?0.072AT?0.072?3.14?0.227m2W?0.124?2?0.248m

d?0.124D依式??3600AfHT4】L 【驗(yàn)算液體在降液管中停留的時(shí)間，即

h

??3600AfHT?0.227?0.40L?3600h0.0027?3600?42.04?5s

故降液管設(shè)計(jì)合理。7．1．4 降液管底隙高度ho

hLh0?

3600lWu?0取

u?0?0.16m/s

則

h0027?36000?Lh?0.3600l?Wu03600?0.16?1.32?0.0128m

hW?h0?0.0493?0.0128?0.0365m?0.006m 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。

選用凹形受液盤，深度h?W?50mm 【4】

7．2 塔板布置 7．2．1 塔板的分塊

因?yàn)镈?800mm，故塔板采用分塊式。查表（塔板分塊數(shù)）【4】，則塔板分為5塊。

7．2．2 邊緣區(qū)寬度確定

取

W?s?Ws?0.07m，Wc?0.035m

7．3．3 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積Aa按下式計(jì)算，即

D?2000mm，??r2?1x?22

Aa?2??xr?x?180sinr??

??D2?(Wd?Ws)??(0.248?0.07)?0.682m 22D2?0.965m

r??Wc??0.03522其中

x?故

Aa?2?(0.6820.965?0.682?7．2．4 篩孔計(jì)算及其排列

22??0.9652180sin?10.682)?2.39m2 0.965本次所處理的物系無腐蝕性，可選用??3mm碳鋼板，取篩孔直徑d0?5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為

t?3d0?3?5?15mm 篩孔數(shù)目n為

n?開孔率為 1.155Aa1.155?2.39??1226個(gè)9 2t20.015?d??0.005?

??0.907?0??0.907????10.1%

t0.015????氣體通過閥孔的氣速為

u0?Vs3.08??12.76m/s A00.101?2.39228．篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算

8．1 塔板壓降

8．1．1 干板阻力hc計(jì)算 干板阻力hc由下式計(jì)算，即

?u0??

hc?0.051?c???0?2??V?????? ?L?【4】由d0??53?1.67，查圖（干篩孔的流量系數(shù)）得，c0?0.772

?12.76?故

hc?0.051??0.772??

2?1.34????0.026m液柱 730.8??12

8．1．2 氣體通過液層的阻力hl計(jì)算 氣體通過液層的阻力hl由下式計(jì)算，即

hl??hLVs3.08??1.057m/sAT?Af3.14?0.227

ua?

F0?ua?V?1.0571.34?1.22kg12/(s?m12)【4】查圖（充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖）得：??0.62

故

hl??hL??(hl?hOW)?0.62(0.0493?0.0107)?0.0372m液柱 8．1．3 液體表面張力的阻力hσ計(jì)算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力hσ由下式計(jì)算，即

4?L4?40.51?10?3

h????0.004m液柱

?Lgd0730.8?9.81?0.005氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算，即

hp?hc?hl?h?hp?0.026?0.0372?0.004?0.0672m液柱

氣體通過每層塔板的壓降為

?P?hp?Lg?0.0672?730.8?9.81?481.8Pa?0.7kPa（設(shè)計(jì)允許值）8．2 液面落差

對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本次的塔徑和液流量均不大，故可以忽略液面落差的影響。8．3 液沫夾帶

液沫夾帶量由下式計(jì)算，即

3.2ua?5.7?10???eV??

?L??HT?hf?hf?2.5hL?2.5?0.06?0.15m?65.7?10?6?1.057?故

eV???40.51?10?3?0.40?0.15?3.2?0.014kg液/kg氣?0.1kg液/kg氣

故在本次設(shè)計(jì)中液沫夾帶量eV在允許范圍內(nèi)。8．4 漏液

對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0，min可由下式計(jì)算，即

u0,min?4.4C0(0.0056?0.13hL?h?)?L?V

?4.4?0.772(0.0056?0.13?0.06?0.004)?730.81.34 ?7.69m/s實(shí)際孔速u0?12.76m/s?u0,min 穩(wěn)定系數(shù)為

K?u0u0,min?12.76?1.66 7.691.5?K?2故在本次設(shè)計(jì)中無明顯漏液。8．5 液泛

為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從下式的關(guān)系，即

Hd??(HT?hW)

【4】乙醇—水物系屬一般物系，不易發(fā)泡，故安全系數(shù)取??0.6，則

?(HT?hW)?0.6?(0.40?0.0493)?0.27m 而

Hd?hp?hL?hd

板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式計(jì)算，即

?

hd?0.153(u0)2?0.153?(0.16)2?0.004m液柱

Hd?0.0672?0.06?0.004?0.131m液柱0.131m?Hd??(HT?hW)?0.27m

故在本次設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。

9．塔板負(fù)荷性能圖

9．1 漏液線

由

u0,min?4.4C0(0.0056?0.13hL?h?)?L?V

u0,min?Vs,min A0

hL?hW?hOW

hOW得

Vs,min2.84?Lh??E??? 1000?l?W?2323??????L2.84??h???4.4C0A0?0.0056?0.13?hW?E??h??L?V???1000?lW??????????4.4?0.772?0.101?2.3923???2.84???3600Ls????0.0056?0.13?0.0493??1?????0.004?730.81.341000?1.32?????????

?0.821.22?13.93L2s整理得 Vs,min23

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。9．2 液沫夾帶線

以eV?0.1kg液/kg氣為限，求Vs—Ls關(guān)系如下：

0.0006

0.916

0.0015

0.925

0.0030

0.936

0.0045

0.945

5.7?10??ua由

eV??L??HT?hf?6?? ??3.2

ua?VsVs??0.3433Vs

AT?Af3.14?0.227

hf?2.5hL?2.5(hW?hOW)

hW?0.0493

hOW2.84?3600Ls???1???10001.32??232323 ?0.554L4s故

hf?0.12?31.38L6s

HT?hf?0.227?1.386Ls233.2

?0.3433Vs5.7?10???eV?23??3?40.51?10?0.277?1.386Ls??6?0.1

整理得 Vs?6.29?31.46Ls

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表3。

表3

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。9．3 液相負(fù)荷下限線

對(duì)于平直堰，取堰上液層高度hOW?0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。則

hOW取E?1，則 2.84?3600Ls???E??1000?l?W?2323

0.0006

6.07

0.0015

5.88

0.0030

5.64

0.0045

5.43

?0.006

?0.006?1000?

Ls,min???2.84??230.923?0.0004m2/s 3600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。9．4 液相負(fù)荷上限線

以??4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式可得，即

??AfHTLs?4

0.11?0.40?0.011m3/s 4故

Ls,max?AfHT4?據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。9．5 液泛線

令

Hd??(HT?hW)

由

Hd?hp?hL?hd;hp?hc?hl?h?;hl??hL;hL?hW?hOW 聯(lián)立得

?HT?(????1)hW?(??1)hOW?hc?hd?h?

忽略h?，將hOW與Ls，hd與Ls，hc與Vs的關(guān)系式代入上式，并整理得

2223

a?Vs?b??c?Ls?d?Ls

式中

a????V?0.051?? 2???A0c0???L?

b???HT?(????1)hW

c??0.153(lWh0)2

?36?3??d?2.84?10E(1??)

?l?W0?0?? ?23將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得

a??0.051?1.34???0.0027 2??0.101?2.39?0.772??730.8?

b??0.6?0.40?(0.6?0.62?1)?0.0493?0.19

c??0.153?535.95

(1.32?0.0128)223?3600?

d??2.84?10?3?1?(1?0.62)???1.32?22?0.90

23故

0.0027Vs?0.19?535.95Ls?0.90Ls 或

Vs?70.37?198500Ls?333.33Ls

在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依上式計(jì)算出Vs值，計(jì)算結(jié)果列于表4。

表4

Ls,m3/s

Vs,m3/s

由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。2223

0.0006

3.8

0.0015

3.81

0.0030

3.72

0.0045

3.58

根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖（c）所示。

在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)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沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖（c）可查得

Vs,max?2.74m3/s

Vs,min?0.84m3/s 故操作彈性為

Vs,maxVs,min?2.74?3.26 0.8410．主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取

10．1 蒸汽出口管的管直徑計(jì)算

由于是常壓精餾，允許氣速為12.00~20.00m/s[6]，故選取uv?16.00m/s，則

dv?4Vs4?1.69??0.37m ?uv??16.00 18

圓整直徑為dv??377?8mm 10．2 回流管的管徑計(jì)算

冷凝器安裝在塔頂，一般流速為0.20~0.50m/s[6]，故選取uD?0.35m/s，則

dD?4Ls4?0.0019??0.08m3 ?uD??0.35圓整直徑為dD??89?4mm 10．3 進(jìn)料管的管徑計(jì)算

由于料液是由泵輸送的，一般允許流速為1.50~2.50m/suF?2.00m/s；

[6]，故選取進(jìn)料管中料液的體積流量

F??FMLFm676.85?20.10??0.0043m3/s

3600?LFm3600?878.10故

dF?4F?4?0.0043??0.052m ?uF??2.00圓整直徑為dF??57?3mm 10．4 釜液排出管的管徑計(jì)算

釜液流出速度一般范圍為0.50~1.00m/s[6]，故選取uW?0.80m/s； 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算

由x2?xW?0.001，得：MLWm?0.001?46.07?(1?0.001)?18.02?18.05kg/kmol 塔底液相平均密度的計(jì)算 由tW?97.0?C，查手冊(cè)【2】得

?A?59.90kg/m3

?B?96.05kg/m3 塔底液相的質(zhì)量分率

aA?0.042?46.07?0.101

0.042?46.07?0.958?18.02

?LWm?1?90.53kg/m3

0.10159.90?0.89996.05 19

塔釜排液管的體積流量

W??WMLWm607.51?18.05??0.0034m3/s

3600?LVm3600?905.30故

dW?4W?4?0.0034??0.07m4 ?uW??0.80圓整直徑為dW??89?4mm 10．5 人孔相關(guān)尺寸的選取

由于本次設(shè)計(jì)中塔徑D?1.4m?1.0m，為安裝、檢修的需要，每隔八層塔板設(shè)置一個(gè)人孔，本次設(shè)計(jì)中實(shí)際塔板數(shù)有40塊，故要設(shè)置5個(gè)人孔。本次設(shè)計(jì)，人孔的直徑選取dR?500mm，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)為220mm，并且設(shè)置人孔處的板間距為600mm。

11．塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表

所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表5。

表5 篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果參數(shù)表

序 號(hào) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

項(xiàng)

目平均溫度tm，℃平均壓力Pm，kPa 氣相流量Vs，（m3/s）液相流量Ls，（m3/s）

實(shí)際塔板數(shù) 有效段高度Z，m 塔徑D，m 板間距HT，m 溢流形式 降液管形式 堰長(zhǎng)lW，m 堰高h(yuǎn)W，m 板上液層高度hL，m

數(shù)

值

112.5 1.69 0.0019 40 15.2 1.4 0.40 單溢流 弓形 0.92 0.049 0.06 20 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

堰上液層高度hOW，m 降液管底隙高度，m 安定區(qū)寬度Ws，m 邊緣區(qū)寬度Wc，m 開孔區(qū)面積Aa，m2 篩孔直徑d0，m 篩孔數(shù)目n 孔中心距t，m 開孔率φ，% 空塔氣速，m/s 篩孔氣速，m/s 穩(wěn)定系數(shù) 每層塔板壓降?P，Pa

負(fù)荷上限

負(fù)荷下限液沫夾帶eV，（kg液/kg氣）

氣相負(fù)荷上限Vs，max，m3/s 氣相負(fù)荷下限Vs，min，m3/s

操作彈性

0.011 0.026 0.07 0.035 1.13 0.005 5801 0.015 0.01 1.39 14.81 1.951.95 552.9 液沫夾帶控制 漏液控制 0.020 2.74 0.84 3.26 12．對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論

12．1 篩板塔的特性討論

篩板塔式最早使用的板式塔之一，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)較低；

在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%~40%； 踏板效率較高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮閥塔； 氣體壓降較小，約比泡罩塔低30%； 但也有一些缺點(diǎn)，即是：

小孔篩板易堵塞，不易處理一些粘性較大或帶固體粒子的料液； 操作彈性相對(duì)較小。

本次設(shè)計(jì)中的物系是乙醇—水體系，故選用篩板塔。12．2 進(jìn)料熱狀況的選取

本次設(shè)計(jì)中選用泡點(diǎn)進(jìn)料，原因是泡點(diǎn)進(jìn)料的操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響。12．3 回流比的選取

一般篩板塔設(shè)計(jì)中，回流比的選取是最小回流比的1.1~2.0倍。本次設(shè)計(jì)中，由于最小回流比比較大，故選用R?1.1Rmin。12．4 理論塔板數(shù)的確定

理論塔板數(shù)的確定有多種方法，本次設(shè)計(jì)中采用梯級(jí)圖解法求取理論塔板數(shù)。利用求得的精餾段操作線、提餾段操作線及q線，在操作線和平衡線間畫梯級(jí)得出理論塔板數(shù)，由此也得到了最佳進(jìn)料位置。本次設(shè)計(jì)中求取到的理論塔板數(shù)為20塊，進(jìn)料板是第17塊。12．5 操作溫度的求解

本次設(shè)計(jì)中，為計(jì)算方便，均根據(jù)其組成選取泡點(diǎn)溫度作為其操作溫度。12．6 溢流方式的選擇

本次設(shè)計(jì)中，由于塔徑為1.4m，不超過2.0m，可選用單溢流弓形降液管，此種溢流方式液體流徑較長(zhǎng)，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。12．7 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算結(jié)果討論

本次設(shè)計(jì)中，氣體通過每層塔板的壓降：?P?552.9Pa?0.7kPa； 液面落差忽略（塔徑及液流量均不大）；

液沫夾帶：eV?0.020kg液/kg氣?0.1kg液/kg氣； 穩(wěn)定系數(shù)：K?1.95,且1.5?K?

2降液管內(nèi)液層高度：0.136m?Hd??(HT?hW)?0.27m

綜上數(shù)據(jù)表明，本次設(shè)計(jì)的結(jié)果塔板壓降合理、液面落差的影響極小、液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)、不會(huì)發(fā)生漏液及液泛現(xiàn)象。12．8 塔板負(fù)荷性能圖結(jié)果討論

由本次設(shè)計(jì)所得的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的塔板負(fù)荷性能圖如圖（c）所示，圖中A

點(diǎn)為本次設(shè)計(jì)中精餾塔的操作點(diǎn)。由圖中可看出，操作點(diǎn)在理論范圍內(nèi)，但偏邊界位置，即該操作點(diǎn)并非最佳操作點(diǎn)，可能由于回流比取值較小導(dǎo)致的。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊祖榮，劉麗英，劉偉 化工原理（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [2] 劉光啟，馬連湘，邢志有 化工物性算圖手冊(cè) 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [3] 程能林 溶劑手冊(cè)（第三版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [4] 賈紹義，柴誠(chéng)敬 化工原理課程設(shè)計(jì) 天津：天津大學(xué)出版社，2002.8 [5] 林大鈞，于傳浩，楊靜 化工制圖 北京：高等教育出版社，2007.8 [6] 板式精餾塔的設(shè)計(jì)，太原理工大學(xué)化工學(xué)院：化工教研室

第三篇：分離食鹽和水教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)過程

一、情境導(dǎo)入

出示上節(jié)課留下的濃鹽水，為什么杯底有鹽呢？

（預(yù)設(shè)學(xué)生行為：一定量的水不能限地溶解食鹽，有的食鹽不能完全溶解。）

設(shè)計(jì)意圖：既復(fù)習(xí)上節(jié)課100ml水能溶解多少克食鹽所學(xué)內(nèi)容，又能引出本課的學(xué)習(xí)。

二、科學(xué)探究

1.提出問題：有辦法讓這些食鹽繼續(xù)溶解嗎？（加水?dāng)嚢瑁?.預(yù)測(cè)推理

（1）燒杯中的食鹽完全溶解后貼上標(biāo)記，放在窗臺(tái)上，會(huì)怎樣呢？（水會(huì)蒸發(fā)，食鹽還會(huì)出現(xiàn)在杯底。）

（2）還有辦法讓食鹽從水中分離出來嗎？（加熱水就會(huì)蒸發(fā)得快）

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)及前面所學(xué)知識(shí)體驗(yàn)溶解在水中的食鹽還能結(jié)晶析出。3.實(shí)驗(yàn)操作

（1）認(rèn)識(shí)酒精燈的構(gòu)造 幻燈片出示酒精燈構(gòu)造圖（2）酒精燈的規(guī)范安全使用

講解并指導(dǎo)學(xué)生小組合作，按要求操作：平穩(wěn)取放、從容點(diǎn)燃、外焰加熱、安全熄滅（學(xué)生對(duì)酒精燈非常有興趣，但是點(diǎn)燃、熄滅酒精燈時(shí)會(huì)有個(gè)別學(xué)生會(huì)害怕，講解細(xì)致耐心，小組同學(xué)會(huì)互相激勵(lì)，互相糾正使用時(shí)出現(xiàn)的問題，指導(dǎo)到位，幫助學(xué)生削除對(duì)火的恐懼）

（3）用蒸發(fā)皿加熱濃鹽水

給每組學(xué)生發(fā)放盛濃鹽水的蒸發(fā)皿，用酒精燈加熱，要注意觀察現(xiàn)象，也要注意安全，不要湊得太近，避免濺出物燙傷

（加熱過程中學(xué)生會(huì)比較認(rèn)真地觀察到水的蒸發(fā)和食鹽顆粒的析出，會(huì)很興奮）加熱時(shí)的安全是要隨時(shí)關(guān)注的 4.得出結(jié)論

蒸發(fā)皿里的水分消失停止加熱，觀察蒸發(fā)皿里的物質(zhì)是什么，與食鹽顆粒對(duì)比（學(xué)生很容易得出結(jié)論，蒸發(fā)皿里的物質(zhì)是食鹽，學(xué)生會(huì)很有成就感）

三、總結(jié)收獲，拓展延伸

通過加熱蒸發(fā)濃鹽水，我們發(fā)現(xiàn)溶解在水里的食鹽不能通過自行沉降和過濾的方法分離，卻能用蒸發(fā)的方法從水中分離出來。

（學(xué)生對(duì)溶解的概念會(huì)有更完整的理解。學(xué)生經(jīng)歷了探究的全過程，總結(jié)水到渠成）幻燈片出示人們曬鹽的圖片及文字資料，拓展本課所學(xué)知識(shí)。

第四篇：大班科學(xué)《油和水的分離》教學(xué)設(shè)計(jì)

大班科學(xué)《油和水的分離》

一、活動(dòng)目標(biāo)

1.感知水和油不相容的特征，知道洗潔精能分解油

2.能觀察油和水的分離現(xiàn)象并表述觀察結(jié)果

3.愿意并積極參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，體驗(yàn)科學(xué)帶來的樂趣

二、活動(dòng)重點(diǎn)：能觀察油和水的分離現(xiàn)象并表述觀察結(jié)果，感知水和油不相容的特征

三、活動(dòng)難點(diǎn)：知道洗潔精能分解油

四、活動(dòng)準(zhǔn)備

油、水、一次性透明杯子、筷子、洗潔精、音樂一段

五、活動(dòng)過程

（一）導(dǎo)入

1.老師：用手拿不起，用刀劈不開，煮飯和洗衣，都得請(qǐng)我來。(水)

2.老師：本來我們今天是要做一個(gè)水的實(shí)驗(yàn)，但是昨天老師不小心把油倒到了水里面，現(xiàn)在老師就要請(qǐng)小朋友們來幫幫老師，把油和水分開來？（攪拌等）

游戲分組，兩人一組，一名小朋友負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)，另一名小朋友觀察現(xiàn)象

3.出示實(shí)驗(yàn)材料（油、水、洗潔精）

（二）幼兒自主探索

1.證實(shí)猜想是否正確，請(qǐng)小朋友做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。

規(guī)則：

(1)每小組一杯油一杯水一杯洗潔精，先操作、再觀察

(2)操作時(shí)保持桌面的干凈

3.幼兒操作，教師巡回指導(dǎo)

（三）幼兒分享結(jié)果，教師講解油水分離的原理

1.幼兒分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，老師：小朋友們，你們知道為什么油和水不會(huì)融合在一起嗎？是因?yàn)橛鸵人晕⒁p一些，所以油就會(huì)浮在我們的水上面。

教師出示準(zhǔn)備好的天平

2.幼兒分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師小結(jié)：因?yàn)橄礉嵕谢钚詣┖腿榛瘎鼈儠?huì)把我們水中的油分散，所以我們看起來油水就融合在一起了。

六、結(jié)束部分

小朋友們今天晚上回家可以幫爸爸媽媽洗碗，去感受一下我們能不能用洗潔精把油洗掉

第五篇：《分離鹽與水的方法》教學(xué)設(shè)計(jì)

《分離鹽與水的方法》教學(xué)設(shè)計(jì)

吉首市民族實(shí)驗(yàn)學(xué)校 陳紅艷 ***

教學(xué)內(nèi)容.教科版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材《科學(xué)》四年級(jí)上 《溶解》單元.實(shí)驗(yàn)操作課《分離鹽與水的方法》 教學(xué)目標(biāo).1、通過實(shí)驗(yàn)操作.明白食鹽既可溶解于水.又可從水中分離出來.知道這一過程是可逆的。

2、初步經(jīng)歷控究性實(shí)驗(yàn)——“把鹽從鹽水中分離出來”.學(xué)會(huì)設(shè) 計(jì)和觀察驗(yàn)證。

3、激發(fā)探究其它溶解問題的興趣 教學(xué)重點(diǎn).鹽從鹽水中分離的方法探究及操作 教學(xué)難點(diǎn).證明蒸發(fā)皿中白色顆粒是鹽 教具準(zhǔn)備.燒杯鹽、攪拌棒、三角架、石棉網(wǎng)、燕發(fā)皿.或燒杯.、打火機(jī)、酒精燈、放大鏡 教學(xué)過程:

一、故事引路

1、教師講述《閃閃的紅星》潘冬子的運(yùn)鹽故事..簡(jiǎn)述.預(yù)設(shè)問 題.怎樣躲過地主的搜查.把鹽安全的帶出去.請(qǐng)學(xué)生幫忙想辦法生相互交流.估計(jì)會(huì)提出加水溶解.2、模擬故事情境.學(xué)生動(dòng)手探究。

師.同學(xué)們.桌上擺放了燒杯、食鹽包、攪拌棒等材料.請(qǐng)根據(jù) 所學(xué)知識(shí)把食鹽變不見。

3、播放視頻.潘冬子運(yùn)鹽的片斷。.估計(jì)學(xué)生看到潘冬子的方法

.學(xué) 與他們的做法一致.必會(huì)歡呼雀躍.為自己的成功高興.。

.設(shè)計(jì)意圖.本堂課的設(shè)計(jì).我舍棄了教材中提供的“飽和鹽水 中的鹽還可以溶解嗎.”的固定教學(xué)內(nèi)容.因?yàn)樵凇兑槐芙舛嗌?食鹽》一課中對(duì)此類問題會(huì)有所涉及.所以開頭部分.我采用了學(xué)生 喜聞樂見的“故事情境創(chuàng)設(shè)法”.用把食鹽變不見的活動(dòng).使學(xué)生積極 投入到“溶解”實(shí)驗(yàn)中來。利用故事引路.讓學(xué)生帶著問題進(jìn)入教學(xué).其注意力相對(duì)集中些.模擬情境.充分讓學(xué)生動(dòng)手操作.滿足他們的 動(dòng)手欲.利用影片片斷的印證.使學(xué)生體驗(yàn)到探究的樂趣以及成功的

快樂。至此.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣完全的衩調(diào)動(dòng)起來.學(xué)習(xí)熱情高漲.為下一段實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的順利開展打良好的心理基礎(chǔ)。.二、分離鹽與水的方案研究及實(shí)驗(yàn)

1、師.鹽水是帶出去了.總不能帶著棉花吃下去.有沒有什么辦 法把鹽“變”回來。這是本節(jié)課的重點(diǎn)探究的內(nèi)容——分離鹽與水的 方法.板書.2、結(jié)合學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn).設(shè)計(jì)分離鹽水的方法。

.估計(jì)學(xué)生會(huì)說出如下方法.①用風(fēng)吹干.②放到太陽(yáng)下曬。③ 放到火上煮或燒開等等。教師根據(jù)學(xué)生的回答進(jìn)行講解.使學(xué)生初步 了解“自然蒸發(fā)”與“加熱蒸發(fā)”.并采用排除法.最終確定加熱的方 法。因?yàn)榧訜嵴舭l(fā)在較短時(shí)間內(nèi)能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。.3、各實(shí)驗(yàn)小組擬定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃.討論需要的器材。

4、集體討論實(shí)驗(yàn)中需要注意的安全事項(xiàng).如燃燒用的酒精燈的安全使用方法.預(yù)防燙傷.不要注意觸摸加熱中或未冷卻的器材等。

5、教師補(bǔ)充注意事項(xiàng).提出具體要求.如實(shí)驗(yàn)中要學(xué)會(huì)控制變量.蒸發(fā)皿中鹽水不能太滿.以防沸騰時(shí)水溢出澆熄酒精燈或燙傷皮膚.燃燒不宜過長(zhǎng).以鹽水將干之際移走酒精燈等。

.設(shè)計(jì)意圖.教育學(xué)上認(rèn)為.兒童思維發(fā)展是從具體形象思維到 抽象思維.他們需要各種活動(dòng)來學(xué)習(xí)知識(shí).發(fā)展自己的智慧。在科學(xué) 上則體現(xiàn)為“做中學(xué)”的教學(xué)理念。延續(xù)故事中的疑難點(diǎn).讓學(xué)生在 自我探究活動(dòng)中解決產(chǎn)生的新問題——“怎樣把鹽從鹽水中分離出 來”。解決問題的先驅(qū)在于喚起學(xué)生的已有生活經(jīng)驗(yàn).利用學(xué)生的觀察、體驗(yàn).找出各種減少水分的方法。方法確定后的重點(diǎn)應(yīng)放在實(shí)驗(yàn)探究 計(jì)劃的制定以及實(shí)驗(yàn)前的安全教育.其它注意事項(xiàng)的提醒交待上.有 了良好的理論指導(dǎo)基礎(chǔ).才能保障實(shí)驗(yàn)的成功。特別是學(xué)生在時(shí)隔3、4 個(gè)月后重新感受實(shí)驗(yàn)探究的樂趣.其興奮之情不言而喻.難免不會(huì)出 現(xiàn)個(gè)別學(xué)生迫不急待.躍躍欲試.為避免安全事故的發(fā)生.安全教育 必不可少。.6、分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn).教師給予指導(dǎo)

7、小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

三、驗(yàn)證白色顆粒

1、師.你們能確定這些白色顆粒真的是鹽嗎.科學(xué)的猜想是必須

有事實(shí)依據(jù)來論證的。除非.你們能用事實(shí)證明讓我信服。

2、學(xué)生采用對(duì)比方法.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)前的食鹽顆粒.與實(shí)驗(yàn)后出現(xiàn) 的白色顆粒.在外形特征與顏色等對(duì)比中.利用放大鏡的放大功能.初步判定兩者為同一物質(zhì)。

3、學(xué)生進(jìn)一步論證白色顆粒是鹽.教師可引導(dǎo)學(xué)生.“如果是鹽的話.它有什么特性.”教師的頭腦中會(huì)浮現(xiàn)“食鹽可以溶中在水中” 的科學(xué)概念.于是二次驗(yàn)證就成立了。

.設(shè)計(jì)意圖.教師明知故問的質(zhì)疑必然引起學(xué)生的“不服氣”.學(xué) 生會(huì)想出各種方法來證明自己的觀點(diǎn)是正確的。他們可能會(huì)把以前掌 握的方法如.看、聞、嘗、摸等統(tǒng)統(tǒng)用上.教師在給予肯定的同時(shí)要 繼續(xù)安全教育.面對(duì)不知名的、不熟悉的物品.不要輕易去“嘗”。在 “嘗試”無法奏效后.必然促使學(xué)生另辟溪徑.找尋其它的方式方法 來驗(yàn)證自己的猜測(cè).這一環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí).使學(xué)生經(jīng)歷 “猜想——論證——得出結(jié)論”的探究學(xué)習(xí)的全過程.感受科學(xué)的嚴(yán) 謹(jǐn)性。.4、教師小結(jié)并板書.師.像食鹽這樣既能溶解在水中.又能從水中分離出來的.兩者 可以相互轉(zhuǎn)化的過程叫可道。蒸發(fā)減少水分 鹽

鹽水

溶解增加水分

5、播放潘冬子把鹽“變”回來的視頻片段學(xué)生的猜測(cè).解決印證 前面留下的疑問。

.設(shè)計(jì)意圖.通過播放影象資料《閃閃的紅星》貫穿于教學(xué)活動(dòng) 的始未。使學(xué)生能夠長(zhǎng)時(shí)間的保持較好的學(xué)習(xí)狀態(tài).讓課堂充滿生機(jī) 和活力。.四、拓展應(yīng)用.師.從今天的實(shí)驗(yàn)探究中.你們學(xué)到了什么.或者有什么感受.學(xué)生一一回答

師.那你們知道鹽是怎么來的.教師播放海水曬鹽的圖片資料。

.設(shè)計(jì)意圖.使學(xué)生再次感悟到生活與科學(xué)的關(guān)系.科學(xué)知識(shí)可 以應(yīng)用于生活實(shí)際.指導(dǎo)我們的生活。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生“愛科學(xué)、學(xué) 科學(xué)、用科學(xué)”積極的情感態(tài)度價(jià)值觀。.五、作業(yè).探究其它溶液如味精溶于水后.能否像食鹽一樣能被分離出來。

.設(shè)計(jì)意圖.將“溶解與分離的科學(xué)探究活動(dòng)持續(xù)下去.培養(yǎng)學(xué) 生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和動(dòng)手實(shí)踐操作能力.