吉林化工学院化工原理课程设计
进料板压强 PF?100.0?6?0.7?104.2kPa 塔底压强 PW?100.0?22?0.7?115.4kPa 精馏段平均压强 Pm1?PD?PF?100.0?104.2?102.1kPa 提馏段平均压强 Pm222?PF?PW?104.2?115.4?109.8kPa22
3.2操作温度
塔顶温度： tD?84.59℃ 进料温度： tF=93.05℃ 塔底温度： tW?110.11℃
精馏段平均温度： tm1?tF?tD?88.82℃
2提馏段平均温度： tm2?tF?tW?101.58℃
23.3物性数据计算
3.3.1平均摩尔质量计算
xD?y1?0.907,x1?0.799则：（1）塔顶： MVDm?0.907?78.11?0.093?92.13?79.41kg/kmol
MLDm?0.799?78.11?0.201?92.13?80.93kg/kmolxF?0.437,yF?0.656则：（2）进料板: MVFm?0.656?78.11?0.344?92.13?82.93kg/kmol
MLFm?0.437?78.11?0.563?92.13?86.00kg/kmolxW?0.007,yW?0.017则：（3）塔底: MVWm?0.017?78.11?(1?0.017)?92.13?91.89kg/kmol
MLWm?0.007?78.11?(1?0.007)?92.13?91.11kg/kmol（4）精馏段平均摩尔质量： 气相： MVm1?液相： MLm1?79.41?82.93280.93?86.002?81.77kg/kmol?83.47kg/kmol
（5）提馏段平均分子量： 气相： MVm2?液相： MLm2?3.3.2平均密度的计算 （1）气相平均密度
?Vm82.93?91.89286.00?91.112?87.41kg/kmol?88.56kg/kmol
的计算
Pm?MVmRTmm由理想气体状态方程：PV?
精馏段平均密度: ?Vm1?102.1?81.77?2.77kg/m3
8.314?(88.82?273.15)
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提馏段平均密度: ?Vm2?
109.8?87.41?3.08kg/m3
8.314?(101.58?273.15)（2）液相平均密度 ?Lm的计算
?A??由式 1??i??B 求相应的液相密度。
?Lm?i?LA?LB①塔顶平均密度的计算：
33tD=80.6℃时,查[3]《化工原理》 (上)得 ?A?812.1kg/m,?B?807.5kg/m
0.907?78.11?AD??0.8921
0.907?78.11?0.093?92.13 ?LDm?1/(0.89210.10793?)?811.6kg/m 812.1807.5②对于进料板： tF=93.05℃时得 ?A?799.91kg/m3,?B?796.7kg/m3
?A?0.437?78.110.437?78.11?(1?0.437)?92.130.397799.91?0.603796.7?0.397
?LFm?1/()?797.97kg/m3
③对于塔底：tW?110.11℃时得 ?A?779.05kg/m3,?B?779.17kg/m3
?AW?0.007?78.110.007?78.11?(1?0.007)?92.13?0.00594
?LWm?1/(0.00594779.05?1?0.00594779.17)?779.17kg/m3
3（3）精馏段平均液相密度: ?Lm1?提馏段平均液相密度: ?Lm2?3.3.3液体平均表面张力计算
n811.6?797.972?804.79kg/m
3779.17?797.972?788.57kg/m
i?1依下式计算
（1）对于塔顶： tD?80.6℃ ?LA?21.20mN/m ?LB?21.62mN/m ?LD?0.907?21.20?0.093?21.62?21.24mN/m
m?Lm??xi??i（2）对于进料板：tF=93.05℃ ?LA?19.69mN/m ?LB?20.39mN/m ?LF?0.437?19.69?0.563?20.39?20.08mN/m
m（3）对于塔底：tW=110.11℃ ?LA?17.65mN/m ?LB?18.40mN/m
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?LW?0.007?17.65?0.993?18.40?18.39mN/m
m（4）精馏段平均表面张力： ?Lm1?(?LF??LD)/2?(21.24?20.08)/2?20.09mN/m
提馏段平均表面张力： ?Lm2?(?LF??LW)/2?(18.39?20.08)/2?19.24mN/m 3.4 精馏塔体工艺尺寸的计算 3.4.1塔径的计算
（1）精馏段的气液体积流率为
V?MVm1S1?V3600???108.94?81.77?0.8933m3/s
Vm13600?2.77LL?MLm1161.50?83.47S1?3600???3600?804.79?4.65?10?3m3/s
Lm1
u??Vmax?C??L? （由式C?CL0.220(?V20)）
C20由史密斯关联图查取，图的横坐标为
L1h2V(pl?0.00465?3600804.791hp)v0.8933?3600?(2.77)2?0.0887
取板间距HT=0.4m 板上液层高度hL=0.06m HT -hL=0.4 -0.06=0.34m 查得史密斯关联图到C20?0.072
C?C.2.220(?20)0?0.072?(20.6620)0?0.0725
umax?0.0725?804.79?2.772.77?1.2336m/s
取安全系数为0.7，则空塔速度为u?0.7umax?0.8635m/s 塔径 D?4VS?u?4?0.89333.14?0.8635?1.1480m 按标准塔径圆整为 （2）提馏段气液相体积流率计算
VV‘?MVm2S2?3600???161.50?87.41Vm23600?3.08?1.2732m3/s
L?L’?MLm2208.94?88.563S23600???3600?788.57?6.5?10?3m/s
Lm2式中C由C?CL20(?20)0.2计算 其中的C20查史密斯关联图，图的横坐标为
L11hV(pl2p)?0.0065?3600?(788.57hv1.2732?36003.08)2?0.0817
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D?1.2m
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取板间距HT=0.4m 板上液层高度hL=0.06m HT -hL=0.4 -0.06=0.34m 查史密斯关联图得到C20?0.068
C?C20(?20)0.2?0.0675 788.57?3.083.08umax?0.0675??1.0780m/s
取安全系数为0.7，则空塔速度为u?0.7umax?0.7?1.0780?0.7546m/s 塔径 D?4VS?u'?1.4643m 按标准塔径圆整为 D?1.5m
根据上述精馏段和提留段塔径的计算，可知全塔塔径为D?1.5m 截面积 AT?实际空塔气速 u'?
?4?D2?3.144?1.5?1.766m22
Vs2?0.8933?0.506m/s 1.766AT'3.5 精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算 3.5.1精馏塔有效高度的计算
Z1?(N1?1)HT?(6?1)?0.4?2.0m
Z2?(N2?1)HT?(16?1)?0.4?6.0m
在进料板上方开一个小孔，气高度为0.8m
故精馏塔的有效高度为 Z?Z1?Z2?0.8?8.8m
精馏段有效高度为 提馏段有效高度为
3.5.2溢流装置计算
因D?1.5m，可采用单溢流弓型降液管，采用凹形受液盘，不设进口堰，各项计算如下： （1）溢流堰长lW
lW?0.66D?0.68?1.5?1.02mlW?0.66D?0.68?1.5?1.02m
(2) 溢流堰高度hW hW?hL?hOW 选平直堰，堰上液高度为hOW，近似取E=1，
hOW?2.84?10?3?E(LhlW)23?0.0183m
取板上清液层高度hL?60mm 故 hW?hL?hOW?0.06?0.0183?0.0417m (3)弓形降液管的宽度Wd与降液管的面积Af
W?1.02?0.68 查弓型降液管图 得 Wd/D=0.148，Af/AT=0.085 由lD1.5故 Wd?0.148D?0.148?1.5?0.222 Af?0.085AT?0.085?1.766?0.150 计算液体在降液管中停留时间
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