(1-y) (5-17)

=

1?x

1????1?x当浓度很高即x值趋近于1时，式(5-17)等号右方的分母接近于α值，则有： (1-y) (5-18)

两边取对数得: log(1-y) (5-19)

上列各式中,y、x分别表示平衡状态时易挥发组分在气相和液相中的摩尔分数。对所讨论的VC—EDC体系，易挥发组分为VC，式中的α则为高浓度范围内易挥发组分对难挥发组分的平均相对挥发度，一般可用高浓度的气液平衡数据求之。

从式(5-19)可知，当塔顶产品纯度要求很高时，在log（1-y）对log（1-x）的坐标图上，平衡曲线乃是斜率等于1时的直线。由于在很高浓度范围内，通常实验数据很少，因此对坐标图上的平衡线可根据一个实验点来作。通过该点画一条斜率等于1或倾角为45°的直线，即为平衡线。

图5-1 高沸塔在高浓度范围内理论塔板数的确定（对数坐标纸作图）

= 1/α(1-x)

= log(1-x) – logα

在对数坐标图上，精馏段与提馏段的操作线不是直线方程，为了在对数坐标

图上作出操作线，就得给定一系列的x值 ，并根据操作线方程式求出相应的y

值，再将一系列的x、y值绘在对数坐标图上。

xRxD?D yn+1=

R?1R?1R?1?xn??1?xD =1 -

R?1R?1(5-20)

把R=0.2和xD=0.999999代入，得 yn+1= (5-21)

同理，对于沸点进料即q = 1 时，提馏段操作线方程式：

f?R'f?1'?x?x? (5-22) ym?1mR?1R?1中的常数也可照表5-1的数据计算。

由 f = F/D = 132.7298/131.0408 = 1.0129 , xw = 0.6 , R = 0.2 f?R1.012?90.2??1.0107 5

R?10.2?1f?11.012?91x???0.6 = 0.00645

R?10.2?1于是式（5-22）成为：

'' ym 5 xm5?0.0064?1?1.01071- 0.1667(1-xn) – 0.000000833

(5-23)

''在高浓度范围内给定适当的xn和xm，按上两式算得相应的yn+1和ym?1，记

于表5-2和表5-3中。把这些数据绘在对数坐标纸的y—x图上，即可得精馏段和提馏段的操作线，见图5-1.

表5-2 由式（5-21）求得的xn和yn+1数据

号数 xn yn+1 号数 xn yn+1

1 0.90 0.9833

2 0.96 0.9933

3 0.98 0.9967

4 0.99 0.99833

5 0.996

6 0.999

7 0.9996

0.99933 0.999832 0.9999325

8 0.9999

9 0.99996

10 0.99998

11 0.99999

12 0.999994

13 0.999996

14 0.999998 0.99999988

0.9999825 0.9999925 0.9999958 0.9999975 0.9999982 0.99999985

''表5-3 由式（5-23）求得的xm和ym?1数据

号数 ' xm'ym?1 1‘ 0.90 0.9023 2‘ 0.93 0.9335 3‘ 0.95 0.9538 4‘ 0.97 0.9740 5‘ 0.976 0.9800 6、 0.980 0.9841

作出平衡线和操作线之后，便可在它们之间画阶梯，从而求得高浓度范围内的理论塔板数。根据作图所得，高沸塔所需理论塔板数N = 14.6块，（已将塔釜作为一块理论板扣除）其中精馏段占12.1块，提馏段占2.5块，进料位置在从塔顶往下数的第13块理论板上。

5.2.2 实际塔板数的确定

前已指出，精馏塔所需的理论塔板数是按塔板上气液达平衡状态时推导出来的。由于多方面的原因，在实际塔板上气液一般不可能达到平衡状态，所以精馏塔所需的实际塔板数NT要比理论塔板数N为多。N与NT称为塔板效率，以η表示： η(5-24)

式（5-24）表示的η为全塔中所有塔板的总平均效率，当η确定后，由N可求得实际塔板数NT。

塔板效率η受到许多因素的影响，其中有被分离物系的物理化学性质、塔板的结构以及操作条件等。由于影响因素较复杂，已有的计算公式十分繁琐，所以η通常按试验方法求得，其范围一般在0.3—0.8之间。目前国内的高沸塔，依不同的塔板类型，η多取0.4—0.5的范围。本次设计取η为0.4.这样该塔所需的实际塔板数为37块，其中提馏段占6块，精馏段占31块。

=

N NT5.2.3 最小回流比的确定

回流比是精馏操作的重要条件，选择适宜的回流比R在精馏计算中占

有重要的地位。一般情况下适宜的回流比R由最小回流比Rmin来决定。

高沸塔的进料可近似各由氯乙烯与二氯乙烷组成的二元体系。已知xD=0.99999，xf=0.9948，由《聚氯乙烯生产原理》一书的163页表3.14可得yf＝0.99949，则：

Rmin＝

xD?yF0.99999?0.99949= = 0.11 0.99949?0.9948yF?xF可见高沸塔取R＝0.2，约为Rmin的1.8倍，是在R＝1.3～2.0Rmin的范围内，是适宜的，所以取回流比R＝0.2。

第六章 车间厂房布置设计

在初步设计阶段工艺流程图和设备工艺设计计算完成之后，下一步工作就是将各工段与各个工艺设备按生产流程在空间上(水平和垂直方向)进行组合、布置，并用管道将它们连接起来。前者称车间布置，后者称管道布置或配管设计，统称布置设计。车间布置分初步设计与施工图设计两个阶段，配管设计则属于施工图设计的内容。本章重点介绍车间布置设计。

6.1 厂房布置设计的条件和依据

6.1.1 常用的规范和规定

(1) 《化工装置布置设计规定》HG20546—92；

(2) 《建筑设计防火规范》GBJ16—87(1997年局部修订条文)；

(3) 《石油化工企业设计防火规范》GB50160—92(2001年局部修订条文)； (4) 《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058—92； (5) 《化工工程建设起重施工规范》HGJ201—83；

(6) 《石油化工企业工艺装置设备布置设计通则》SHJ11—89； (7) 《化工企业安全卫生设计规定》HG20571—95； (8) 《工业企业厂界噪声标准》GB2348—90。

6.1.2 设计的基本条件

(1) 要有厂区总平面图，已明确规定了本车间在总平面图中所处的位置。 (2) 已掌握本车间与其它各生产车间、辅助车间和生活设施的相互关系。 (3) 本厂房与厂外道路、铁路、码头、输电、运输和消防等关系。 (4) 熟悉生产工艺流程有关物料的物化数据，原料和产品的贮存、运输方式和要求，合理划分工段，生产和生活等辅助设施，以便通盘考虑。

(5) 要了解厂房内各种设备和设施的特点和要求，要顾及日后安装、拆卸、维修、操作位置、巡回路线和地段。

(6) 熟悉有关防火、防雷、防爆、防毒和卫生等标准，以便确定车间厂房的有关等级。

(7) 要了解土建、设备、仪表、电气、给排水、通风采暖等专业和机修、安装、操作和管理等方面的需要。

6.1.3 设计的基本依据

为了搞好车间厂房布置设计，必须具备下述技术资料。 (1) 厂区的总图布置，本车间在总图上的位置和允许占地面积。 (2) 化工工艺专业提供的工艺管道及仪表流程图及其设计资料。 (3) 车间设备一览表，定型设备和机泵的外形尺寸。 (4) 物料贮存运输等要求。

(5) 有关化验、配电、仪表控制等其他专业和办公等生活行政方面的要求。 (6) 有关布置方面的一些规范资料。 (7) 车间定员一览表 。

(8) 化工设备专业提出的容器和换热器等非标准设备图。 (9) 车间外主管廊的位置及方向。(水文、地质、主导风向) (10)公用工程资料。

6.2 车间厂房的布置设计

化工厂厂房布置比较复杂细致，其涉及内容较多，如土建、工艺、设备暗转检修、电气、仪表、安全卫生以及有关生活设施等等，因此，要求工艺设计人员掌握全局、统筹兼顾，与其它专业人员密切配合，力求使车间厂房布置做到：经济合理、节约投资、设备紧凑、操作维修方便、安全卫生、整齐美观。

根据生产规模和生产特点以及厂区面积、地形、地质等条件考虑厂房的整体布置，采用分离式或集体式。即将车间各工段及辅助房间分散在单独的厂房内或集中合并在一个厂房内，一般来说，凡生产规模较大、车间各工段的生产特点有显著差异(如防火等级等)。厂区面积较大、山区等情况，可适当考虑分离式。反之，凡生产规模较小、车间各工段联系频繁，生产特点无显著差异，厂区面积较小，厂区地势平坦等情况，可适当采用集中式。

在车间厂房的整体布置时，考虑的另一个问题是露天工厂问题。因为设备露天布置后，对建筑来说，有以下几点好处：1.可以节省大量建筑面积，因而可以节约大量基本建设投资；2.节约土建施工工程量，因而可加快基建进度，缩短基建工期；3.将具有火灾及爆炸危险的设备露天布置，就可降低厂房的防火、防爆等级，因而减少了厂房造价；4.将有毒物质的设备露天化，就可减少厂房的通风次数，节约通风设备及动力的消耗；5.对厂房的改建和扩建，灵活性较大。