

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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 《化工原理》專業(yè)課程設(shè)計(jì)</p><p> 設(shè)計(jì)題目 甲醇-水二元體系浮閥精餾塔的工藝設(shè)計(jì) </p><p> 學(xué)生姓名 班級(jí)、學(xué)號(hào) </p><p> 指導(dǎo)教師姓名
2、 </p><p> 課程設(shè)計(jì)時(shí)間20 年 月 日-20 年 月 日 </p><p><b> 課程設(shè)計(jì)成績(jī)</b></p><p> 指導(dǎo)教師簽字 </p><p><b> 化學(xué)化工學(xué)院
3、</b></p><p> 課程名稱: 化工原理課程設(shè)計(jì)</p><p> 設(shè)計(jì)題目: 甲醇-水二元體系篩板精餾塔的工藝設(shè)計(jì)</p><p> 學(xué)生姓名: 專業(yè):化學(xué)工程與工藝 </p><p><b> 班級(jí)學(xué)號(hào): 化工</b></p><p> 設(shè)計(jì)
4、日期: 2011-12-20至2011-12-31</p><p> 設(shè)計(jì)任務(wù): 甲醇-水體系</p><p><b> 設(shè)計(jì)條件:</b></p><p> 進(jìn)料量:F=320 kmol/h</p><p> 進(jìn)料組成:=0.30 (摩爾分率)</p><p> 進(jìn)料熱狀態(tài):
5、冷夜進(jìn)料tf=15.7℃</p><p> 常壓,塔釜間接蒸汽加熱</p><p> 塔頂冷凝水溫度t=25℃,</p><p> 塔釜加熱蒸汽溫度T=139℃</p><p><b> 設(shè)計(jì)要求:</b></p><p><b> (摩爾分率)</b></p
6、><p><b> ?。柗致剩?lt;/b></p><p><b> 目錄</b></p><p> 一 概述…………………………………………………………...</p><p><b> 二 工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>
7、1 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p> 1.1 操作壓強(qiáng)的選擇……………………………………………</p><p> 1.2 物料的進(jìn)料熱狀態(tài)…………………………………………</p><p> 1.3 回流比的確定………………………………………………</p><p> 1.4 塔釜的加熱方式…………………………
8、…………………</p><p> 1.5 回流方式選定………………………………………………</p><p> 2 精餾的工藝流程圖………………………………………………</p><p> 3 精餾塔塔板數(shù)的確定</p><p> 3.1 物料衡算………………………………………………………...</p><p&
9、gt; 3.2 物系相平衡數(shù)據(jù)………………………………………………...</p><p> 3.3 回流比確定……………………………………………………..</p><p> 3.4 逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)………………………………………..</p><p> 3.5 實(shí)際塔板數(shù)的確定……………………………………………...</p><
10、p> 4 塔徑塔板工藝尺寸的確定</p><p> 4.1 各設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p> 4.1.1 操作壓力……………………………………………………</p><p> 4.1.2 溫度………………………………………………………...</p><p> 4.1.3 平均摩爾質(zhì)量……………………………………………….&
11、lt;/p><p> 4.1.4 平均密度…………………………………………................</p><p> 4.1.5 液體表面張力……………………………………………….</p><p> 4.1.6 液體的粘度…………………………………………………</p><p> 4.1.7 液負(fù)荷計(jì)算</p>
12、<p> 4.2 塔徑塔板工藝尺寸確定</p><p> 4.2.1 塔徑塔板的計(jì)算………………………………………….</p><p> 4.2.1.1 塔徑的計(jì)算…………………………………………</p><p> 4.2.1.2 溢流裝置的確定……………………………………</p><p> 4.2.1.3
13、安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定……………………………</p><p> 4.2.1.4 鼓泡區(qū)閥孔數(shù)的確定及排列………………………</p><p> 4.2.2 塔盤流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p> 4.2.2.1 塔板壓降……………………………………………</p><p> 4.2.2.2 降液管停留時(shí)間……………………………………&l
14、t;/p><p> 4.2.2.3 霧沫夾帶……………………………………………</p><p> 4.2.3 負(fù)荷性能圖</p><p> 4.2.3.1 液相下限線…………………………………………</p><p> 4.2.3.2 液相上限線…………………………………………</p><p> 4.2.3
15、.3 漏液線………………………………………………</p><p> 4.2.3.4 溢流液泛線…………………………………………</p><p> 4.2.3.5 過(guò)量霧沫夾帶線……………………………………</p><p> 4.2.3.6 性能負(fù)荷圖…………………………………………</p><p> 4.3 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)
16、算結(jié)果……………………………………</p><p> 5 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p> 5.1 塔頂全凝器的計(jì)算及選型…………………………………….</p><p> 5.2 塔底再沸器面積的計(jì)算及選型……………………………….</p><p> 5.3 其他輔助設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p>
17、 5.3.1 進(jìn)料管……………………………………………………</p><p> 5.3.2 回流管……………………………………………………</p><p> 5.3.3 塔釜出料管………………………………………………</p><p> 5.3.4 再沸器蒸汽進(jìn)口管………………………………………</p><p> 5.3.5
18、冷凝水管…………………………………………………</p><p> 5.3.6 冷凝水泵…………………………………………………</p><p> 5.3.7 進(jìn)料泵…………………………………………………….</p><p> 5.3.8 預(yù)熱器…………………………………………………….</p><p> 6 致謝……………………
19、…………………………………………</p><p> 7 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………</p><p><b> 三 附錄:</b></p><p> 1精餾段塔板布置圖…………………………………………………</p><p> 2提餾段塔板布置圖…………………………………………………&l
20、t;/p><p><b> 概述:</b></p><p> 塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔,后者的代表則為填料塔。一般,與填料塔相比,板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點(diǎn),但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,阻力降較大。在各種塔型中,當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。</p><p><b> 浮閥塔的優(yōu)
21、點(diǎn):</b></p><p> 1.生產(chǎn)能力大,由于塔板上浮閥安排比較緊湊,其開孔面積大于泡罩塔板,生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%~40%,與篩板塔接近。 </p><p> 2.操作彈性大,由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化,因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔,泡罩塔都大。 </p><p> 3.塔板效率高,由于上升氣體從水平方向吹入
22、液層,故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng),而霧沫夾帶量小,塔板效率高。 </p><p> 4.氣體壓降及液面落差小,因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小,使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 </p><p> 5.塔的造價(jià)較低,浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%~80%,但是比篩板塔高 20%~30。 </p><p> 但是,浮閥塔的抗腐蝕性較高(防止浮閥銹死在塔板上),
23、所以一般采用不銹鋼作成,致使浮閥造價(jià)昂貴,推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種新型填料,高效率塔板的不斷被研制出來(lái),浮閥塔的推廣并不是越來(lái)越廣。 </p><p><b> 二.工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p> 1.1 操作壓強(qiáng)的選擇 </
24、p><p> 精餾可以常壓,加壓或減壓條件下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì),技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮的。</p><p> 對(duì)于沸點(diǎn)低,常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進(jìn)行操作。在相同條件下適當(dāng)提高操作壓力可以提高塔的處理能力,但是增加了塔壓,也提高了再沸器的溫度,并且相對(duì)揮發(fā)度液會(huì)下降。</p><p> 對(duì)于熱敏性和高沸點(diǎn)的物料常用
25、減壓蒸餾。降低操作壓力,組分的相對(duì)揮發(fā)度增加,有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度,這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低,而且必須使用抽真空設(shè)備,增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費(fèi)用。</p><p> 本次任務(wù)分離的是甲醇和水體系,綜合考慮各個(gè)因素,決定采用常壓(1atm)下進(jìn)行操作。</p><p> 1.2 物料的進(jìn)料熱狀態(tài)</p>
26、<p> 采用冷液進(jìn)料的方式,進(jìn)料溫度為15.7℃,該溫度為南京市全年平均溫度,冷液進(jìn)料無(wú)需在進(jìn)料前進(jìn)行預(yù)熱,所以節(jié)省了操作費(fèi)用,簡(jiǎn)單方便。</p><p> 1.3 回流比的確定</p><p> 對(duì)于一定的分離任務(wù),采用較大的回流比時(shí),操作線的位置遠(yuǎn)離平衡線向下向?qū)蔷€靠攏,在平衡線和操作線之間的直角階梯的跨度增大,每層塔板的分離效率提高了,所以增大回流比所需的理論
27、塔板數(shù)減少,反之理論塔板數(shù)增加。但是隨著回流比的增加,塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加,操作費(fèi)用增加,所以操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用總和最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比為最佳回流比。本次設(shè)計(jì)任務(wù)中,綜合考慮各個(gè)因素,采用回流比為最小回流比的1.6倍。</p><p> 1.4 塔釜的加熱方式</p><p> 本次分離任務(wù)采設(shè)置再沸器,采用間接蒸汽加熱,以提供做夠的熱量。</p&g
28、t;<p> 1.5 回流方式選定</p><p><b> 重力回流</b></p><p> 2 精餾的工藝流程圖</p><p> 甲醇-水精餾體系冷夜進(jìn)料</p><p> 3 精餾塔塔板數(shù)的確定</p><p><b> 3.1 物料衡算<
29、;/b></p><p> 已知條件:F=320 kmol/h </p><p> (33.33-30)/(33.33-29.09)=(76.7-)/(76.7-77.8)</p><p> 該組成下的泡點(diǎn)77.414℃</p><p> 3.2 物系相平衡數(shù)據(jù)</p><p> 1) 基
30、本物性數(shù)據(jù)</p><p> 2) 甲醇-水汽液平衡組成</p><p> 常壓下甲醇和水的氣液平衡表(t—x—y)</p><p> 根據(jù)汽液平衡表,由內(nèi)插法求得</p><p> (5.31-0.1)/(5.31-0)=(92.9-)/(92.9-100)</p><p><b> 塔釜溫度℃&
31、lt;/b></p><p> (100-99)/(100-87.41)=(64.7-)/(64.7-66.9)</p><p> 塔頂溫度64.7361℃</p><p><b> 進(jìn)料溫度15.7℃</b></p><p><b> ℃</b></p><p&g
32、t; 3) 甲醇-水各溫度下的粘度(內(nèi)插法求得)</p><p> 4) 甲醇-水各溫度下的表面張力(內(nèi)插法求得)</p><p> 5) 甲醇-水在各溫度下的密度(內(nèi)插法求得)</p><p> 6)甲醇-水在各溫度下地比熱容(內(nèi)插法求得)</p><p> 7)甲醇和水在各溫度下的汽化潛熱(內(nèi)插法求的)</p>&
33、lt;p><b> 解:當(dāng)T </b></p><p> 當(dāng)t=77.414℃</p><p><b> kJ/mol</b></p><p><b> 解得:</b></p><p><b> 回流比確定</b></p>&
34、lt;p> q=1.104,所以q線方程為 </p><p><b> 平衡線方程為</b></p><p> 聯(lián)立q線方程與平衡線方程得:</p><p> 3.4 逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)</p><p> 精餾段操作線方程為:</p><p><b> 提餾段:&l
35、t;/b></p><p><b> 提餾段方程:</b></p><p><b> 平衡線方程為:</b></p><p> 由上而下逐板計(jì)算,自X0=0.99開始到Xi首次超過(guò)X=0.3321時(shí)止</p><p> 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn)<
36、;/p><p> 1 (X0=0.99,Y1=0.99) (X1=0.95343, Y1=0.99)</p><p> 2 (X1=0.95343,Y2=0.9702) (X2=0.8438,Y2=0.9702)</p><p> 3 (X2=0.8438,Y3=0.9107) (X3=0.6786,Y
37、3=0.9107)</p><p> 4 (X3=0.6786,Y4=0.821) (X4=0.4868,Y4=0.821)</p><p> 5 (X4=0.4868,Y5=0.7168) (X5=0.3436,Y5=0.7168)</p><p> 6 (X6=0.3436,Y7=0.6391) (X
38、6=0.2680,Y6=0.6391)</p><p> 因?yàn)閄5 時(shí)首次出現(xiàn) Xi <Xq 故第6塊理論版為加料版,精餾段共有6塊理論板。</p><p><b> 提餾段理論板數(shù)</b></p><p> 提餾段操作線方程:y=1.908x-0.000911</p><p> 已知X5=0.2680,
39、由上而下計(jì)算,直到Xi 首次越過(guò)Xw=0.001時(shí)為止。</p><p> 操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn)</p><p> 7(X6=0.2680,Y7=0.5106) (X7=0.1775,Y7=0.5106)</p><p> 8(X7=0.1775,Y7=0.33776) (X8=0.0
40、954,Y8=0.33776)</p><p> 9(X8=0.0954,Y9=0.1811) (X9=0.0437,Y9=0.1811)</p><p> 10(X9=0.0437,Y10=0.08255) (X10=0.01827,Y10=0.08255)</p><p> 11(X10=0.01827,Y11=0.03
41、395) (X11=0.00721,Y11=0.03395)</p><p> 12(X11=0.00721,Y12=0.01285) (X12=0.002686,Y12=0.01285)</p><p> 13(X12=0.002686,Y13=0.004213) (X13=0.000874,Y13=0.004213)</p>&l
42、t;p> 由于到X13首次出現(xiàn)Xi < X w ,故總理論板數(shù)不足13塊</p><p> ∴總的理論板數(shù)NT=12+(X12-Xw)/(X12-X13)=12.93( 包括塔釜)</p><p> 3.5 實(shí)際塔板數(shù)的確定</p><p> 1)總板效率ET的計(jì)算</p><p> 塔頂溫度64.7361℃ 塔釜溫
43、度℃ 進(jìn)料溫度15.7℃</p><p><b> 定性溫度 ℃</b></p><p> 此溫度下組成為甲醇摩爾分率由內(nèi)插法求得X= 0.1818</p><p> 當(dāng)t=82.30℃ 時(shí)由內(nèi)插法求得α=6.151639</p><p><b> 由奧克梅爾公式:</b></p&
44、gt;<p><b> 2)實(shí)際塔板層數(shù)</b></p><p> ∵算得ET=0.4111</p><p> 其中: 精餾段:5/0.4111=12.12≈13塊</p><p> 提餾段: 6.93/0.4111=16.8≈17塊</p><p> ∴ 實(shí)際塔板數(shù)Np=精餾段板數(shù)+提餾段板數(shù)
45、+塔釜=31塊</p><p> 4 塔徑塔板工藝尺寸的確定</p><p> 4.1 各設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p> 4.1.1 操作壓力</p><p> 塔頂壓強(qiáng),∵△p≤0.64kPa ∴取每層踏板壓強(qiáng)△p=0.64kPa,</p><p> 則進(jìn)料板的壓力為: kPa</p>&l
46、t;p> 塔底壓力為: kPa,</p><p> 故精餾段平均操作壓力為:pm精 kPa</p><p> 故提餾段平均操作壓力為:p提 kPa</p><p><b> 4.1.2溫度</b></p><p> 塔頂溫度=64.7361℃ 進(jìn)料溫度=15.7℃ 塔釜溫度=99.866℃<
47、;/p><p> 則精餾段的平均溫度:℃</p><p> 提餾段的平均溫度:℃</p><p><b> 塔平均溫度為:℃</b></p><p> 3.平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p> 1)精餾塔的汽、液相負(fù)荷:</p><p> L=RD=1.188
48、5;96.7467=114.94kmol/h</p><p> V=(R+1)D=(1.188+1)×96.7467=211.68 kmol/h</p><p> L’=L+F×q=114.94+320×1.104=467.44kmol/h</p><p> V’=V-(1-q)F=211.68-(1-1.188)×32
49、0=244.94kmol/h</p><p> 2)塔頂平均分子量:</p><p> X1=0.95343, Y1=0.99</p><p> MVDM=0.99×32.04+(1-0.99)×18.0153=31.90g/mol</p><p> MLDM=0.95343×32.04+(1-0.953
50、43)×18.0153=31.387g/mol</p><p> 3)加料板上一塊塔板平均摩爾質(zhì)量:</p><p> X4=0.4868, Y4=0.821</p><p> MVFM =0.821×32.04+(1-0.821)×18.0153=29.53 g/mol</p><p> MLFM =0
51、.4868×32.04+(1-0.4868)×18.0153=24.843 g/mol</p><p> 4)加料板平均分子量:</p><p> Xf=0.3 , yf=0.6745</p><p> MVFM=0.6745×32.04+(1-0.6745)×18.0153=27.475 g/mol</p>
52、<p> MLFM=0.3×32.04+(1-0.3)×18.0153=22.22g/mol</p><p> 5)塔底平均分子量:xw=0.001, yw=0.00482</p><p> MVWM=0.00482×32.04+(1-0.00482)×18.0153=18.083g/mol</p><p&g
53、t; MLWM=0.001×32.04+(1-0.001)×18.0153=18.029g/mol</p><p> ∴精餾段平均摩爾質(zhì)量:</p><p> MVm=(MVDm+MVFm)/2=(31.90+29.53)/2=30.715g/mol</p><p> MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(31.387+24.843)/
54、2= 28.115g/mol</p><p> 提餾段平均摩爾質(zhì)量:</p><p> MVm=(MVDm+MVFm)/2=(27.475+18.083)/2=22.78g/mol</p><p> MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(22.22+18.029)/2=20.12g/mol</p><p><b> 4.1
55、.4平均密度</b></p><p><b> 1)氣相密度</b></p><p><b> 液相密度</b></p><p> 甲醇-水在各溫度下的密度(內(nèi)插法求得)</p><p> 已知: 混合液密度: </p><p><b> X
56、F=0.3</b></p><p><b> XD=0.99</b></p><p><b> XW=0.001</b></p><p> 4.1.5液體表面張力</p><p> 甲醇-水各溫度下的表面張力(內(nèi)插法求得)</p><p><b>
57、; tf=15.7℃</b></p><p><b> 64.7361℃</b></p><p><b> 99.866℃</b></p><p> 精餾段液相平均表面張力:</p><p> 提餾段液相平均表面張力:</p><p> 4.1.6液體
58、的粘度</p><p> 甲醇-水各溫度下的粘度(內(nèi)插法求得)</p><p> 1) td=64.7361℃</p><p> 0.3281mpa.s 0.4372mpa.s</p><p> 2) tf=15.7℃</p><p> 0.62709mpa.s 1.1199mpa.s </
59、p><p> 3) tw=99.866℃</p><p> 0.2283mpa.s 0.2842mpa.s</p><p> 精餾段液相平均粘度:</p><p> 提餾段液相平均粘度:</p><p> 4.1.7液負(fù)荷計(jì)算</p><p><b> 精餾段:</
60、b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p> 4.2. 塔徑塔板工藝尺寸的確定 </p><p><b> a.塔徑的計(jì)算</b></p><p> 欲求塔徑應(yīng)先求出u,而u=安全系數(shù)×umax </p><p><b
61、> 式中: </b></p><p><b> 精餾段 </b></p><p><b> 取塔板間距,</b></p><p><b> 板上液層高度,</b></p><p> 塔板間距與塔徑的關(guān)系</p><p><
62、;b> 那么分離空間: </b></p><p><b> 功能參數(shù):</b></p><p> 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得:</p><p><b> 由于</b></p><p><b> 取安全系數(shù)=0.7</b></p><p&
63、gt;<b> 則</b></p><p> 取圓整得 D=1.2m</p><p><b> 塔截面積:</b></p><p><b> 空塔氣速:</b></p><p><b> 提餾段</b></p><p>&
64、lt;b> 功能參數(shù):</b></p><p> 取塔板間距,板上液層高度,</p><p><b> 那么分離空間:</b></p><p> 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得:</p><p><b> 取安全系數(shù)=0.7</b></p><p><b
65、> 則</b></p><p><b> 所以圓整取m</b></p><p><b> 塔截面積: m2</b></p><p><b> 空塔氣速:</b></p><p> 4.2.1.2 溢流裝置的確定 </p><
66、p> 選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰,不設(shè)進(jìn)口堰。單溢流又稱直徑流,液體自液盤橫向流過(guò)塔板至溢流堰,流體流徑較大,塔板效率高,塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工方便,直徑小于2.2m的塔中廣泛使用。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。</p><p><b> 溢流堰長(zhǎng)</b></p><p><b> 精餾段:</b></p&
67、gt;<p><b> 根據(jù)塔徑=1.2m</b></p><p><b> 溢流堰長(zhǎng) </b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p><b> 根據(jù)塔徑=1.2m</b></p><p><b>
68、溢流堰長(zhǎng) </b></p><p><b> 2)出口堰高</b></p><p> 選用平直堰,堰上液層高度</p><p><b> 液流收縮系數(shù)</b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b&g
69、t; 提流段:</b></p><p> 3)弓形降液管寬度和面積</p><p><b> 查圖知 </b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p> WD=0.15×1.2=0.18m</p><p> 驗(yàn)算液體在降液
70、管內(nèi)停留時(shí)間 </p><p><b> 提鎦段:</b></p><p> 停留時(shí)間 故降液管尺寸可用。</p><p> 4) 降液管底隙高度</p><p> 降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離,以h0表示。降液管底隙高度應(yīng)低于出口堰高度hw,(hw-ho)不應(yīng)低于6mm才能保證降
71、液管底端有良好的液封. 工程上ho一般取20-25mm。本次設(shè)計(jì)中取22mm。</p><p> hw-ho=39- 22 =17 mm> 6 mm </p><p> 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p> 4.2.1.3 安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定 </p><p> 1) 入口安定區(qū) 塔板上液流的上游部位有狹長(zhǎng)的
72、不開孔區(qū),叫入口安定區(qū),其寬度為。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性液封,同時(shí)也防止氣泡竄入降液管。一般取=(50~100)mm,精餾段取=70mm,提鎦段取=70mm。</p><p> 2) 出口安定區(qū) 在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也有狹長(zhǎng)的不開孔區(qū),叫出口安定區(qū),其寬度與入口安定區(qū)相同,亦為。這部分不開孔是為了減小因流進(jìn)降液管的液體中含氣泡太多而增加液相在降液管內(nèi)排氣的困難。精餾段取
73、=70mm,提鎦段取=70mm。</p><p> 3) 邊緣固定區(qū) 在塔板邊緣有寬度為WC的區(qū)域不開孔,這部分用于塔板固定。一般=(25~50)mm。精餾段取=40mm,提鎦段取=40mm。</p><p> 4.2.1.4 鼓泡區(qū)閥孔數(shù)的確定及排列</p><p> D精=D提=1200mm</p><p> 所以查表得:塔板
74、分塊數(shù)(精餾)=塔板分塊數(shù)(提餾)=3</p><p><b> 工藝要求:孔徑</b></p><p><b> 精餾段</b></p><p> 取閥孔動(dòng)能因子 =10</p><p><b> 孔速</b></p><p><
75、b> 浮閥孔數(shù) </b></p><p> 取無(wú)效區(qū)寬度 =0.04m </p><p> 安定區(qū)寬度 =0.07m </p><p><b> 弓形降液管寬度 </b></p><p> 開孔區(qū)面積 =0.7294m2</p><p>
76、; 其中 R==0.56</p><p><b> x==0.35m</b></p><p> 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排</p><p><b> 圖如下:</b></p><p> 經(jīng)過(guò)精確繪圖,得知,當(dāng)t’=65mm時(shí),閥孔數(shù)N實(shí)際=118個(gè)</p>
77、<p> 按N=118重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù):</p><p> 孔速u0= VS/(π× 1/4 ×d2× N)=10.46 m/s</p><p> F0=uo×(ρV,M) 0.5=11.63</p><p> 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大,仍在9~12范圍內(nèi)。</p><p>
78、 ∴ 開孔率 </p><p> (∵5%<%<14%,∴符合要求)</p><p> 故:t=75mm , t’=65mm, 閥孔數(shù)N實(shí)際=118個(gè)</p><p> ∴則每層板上的開孔面積</p><p> AO =A a × φ = 0.7294×12.46 %=0.09089m2&l
79、t;/p><p><b> 提留段:</b></p><p> 取閥孔動(dòng)能因子 </p><p><b> 孔速</b></p><p><b> 浮閥數(shù) </b></p><p> 取無(wú)效區(qū)寬度 0.04m </p&
80、gt;<p> 安定區(qū)寬度 0.07m</p><p><b> 弓形降液管寬度 </b></p><p> 開孔區(qū)面積 =0.7294m2</p><p> 其中 0.56</p><p><b> 0.35m</b></p>
81、<p> 由圖可得實(shí)際浮閥孔數(shù)118塊</p><p><b> 11.25</b></p><p> 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大,仍在9~12范圍內(nèi)</p><p> ∴ 開孔率% </p><p> (∵5%<%<14%,∴符合要求)</p><p>
82、 4.2.2 塔盤流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b> a.塔板壓降校核</b></p><p> 4.2.2.1干板壓強(qiáng)降</p><p> 浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時(shí)的臨界速度為U0,c</p><p> U0,c=(73.1/ρV,M)(1/1.825)=9.4m/s</p><p
83、><b> 液層阻力</b></p><p><b> ε取0.45</b></p><p><b> 液體表面張力</b></p><p> 數(shù)值很小,設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略不計(jì)</p><p> 氣體通過(guò)每層塔板的壓降△P為</p><p>
84、 4.2.2.2 降液管停留時(shí)間</p><p> 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間</p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p><b> 故降液管設(shè)計(jì)合理</b></p><p><b
85、> b. 液泛的校核</b></p><p> 為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管高度應(yīng)大于管內(nèi)泡沫層高度。</p><p> 即:Hd≤ψ(HT+hW)</p><p> Hd=hw+how+hd+hp+△</p><p> hd=0.2(LS/(lwho))2 甲醇-水屬于一般物系,ψ取0.4</p>
86、<p><b> 對(duì)于浮閥塔△≈0</b></p><p> 則Hd=hw+how+hd+hp+△=0.055+0.2(0.001079/(0.84×0.022))2+0.06045=0.1272m</p><p> ψ(HT+hW)=0.4(0.4+0.04694)=0.1788m</p><p> 因0.127
87、2m<0.1788m, 故本設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)液泛</p><p> 4.2.2.3 霧沫夾帶</p><p> 綜合考慮生產(chǎn)能力和塔板效率,一般應(yīng)使霧沫夾帶量eV限制在10%以下,校核方法常為:控制泛點(diǎn)百分率F1的數(shù)值。所謂泛點(diǎn)率指設(shè)計(jì)負(fù)荷與泛點(diǎn)負(fù)荷之比的百分?jǐn)?shù)。其經(jīng)驗(yàn)值為大塔F1<80%-82%</p><p><b> 精餾段:<
88、;/b></p><p> CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素由 查表得 K=1.0</p><p> Ab=AT-2Af=1.131-20.1018=0.9074</p><p><b> 提餾段:</b></p><p> CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素由 查表得 K=1.0</p><p> A,b
89、=A,T-2A,f=1.131-20.1018=0.9074</p><p> 故本設(shè)計(jì)中的霧沫夾帶量在允許范圍之內(nèi)。</p><p> ∵對(duì)于大塔,為避免過(guò)量霧沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%。計(jì)算出的泛點(diǎn)率在80%以下,故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0.1kg液/kg(干氣)的要求。</p><p><b> e. 漏液驗(yàn)算</b&g
90、t;</p><p><b> 精餾段:</b></p><p> 0.634m3/s<Vs’=1.6223 m3/s, 可見不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。</p><p><b> 提餾段:</b></p><p> 0.721m3/s<Vs’=1.6223 m3/s, 可見不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏
91、液。</p><p> 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p> 4.2.3 負(fù)荷性能圖</p><p> 4.2.3.1 液相下限線</p><p> 4.2.3.2 液相上限線</p><p> 4.2.3.3 漏液線</p><p> 4.2.3.4 溢流液泛線<
92、;/p><p> 4.2.3.5 過(guò)量霧沫夾帶線</p><p> 4.2.3.6 性能負(fù)荷圖</p><p><b> 4.2.3.1 </b></p><p> 4) 塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性</p><p><b> ?、僖合嘞孪蘧€</b></p>
93、<p> 因堰上液層厚度how’為最小值時(shí),對(duì)應(yīng)的液相流量為最小。</p><p> 設(shè)how,小’=0.006m</p><p><b> a)精餾段:</b></p><p><b> LW=0.84</b></p><p><b> b)提餾段:</b&
94、gt;</p><p><b> LW=0.84</b></p><p><b> ?、谝合嗌舷蘧€</b></p><p> 當(dāng)停留時(shí)間取最小時(shí),LS’為最大,求出上限液體流量LS’值(常數(shù)),在VS—LS圖上,液相負(fù)荷上限線為與氣體流量VS無(wú)關(guān)的豎直線。</p><p> 以作為液體在降液管
95、中停留時(shí)間的下限,</p><p> 因Af=0.1018m2 , HT=0.4 ∵θ=AfHT/LS </p><p><b> a)精餾段:</b></p><p> 則LS,大=0.1018×0.4 / 5=0.008144m3/s</p><p><b> b)提餾段:</b&g
96、t;</p><p> 則LS,大’=0.1018×0.4 / 5=0.008144m3/s</p><p><b> ?、勐┮壕€</b></p><p><b> a)精餾段:</b></p><p><b> b)提餾段:</b></p>&l
97、t;p> 據(jù)此可作出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線。</p><p><b> ④霧沫夾帶線</b></p><p> a)精餾段:CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素由 查表得 K=1.0</p><p> Ab=AT-2Af=1.131-20.1018=0.9074</p><p> 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,因該塔徑1.2m 控制其
98、泛點(diǎn)率為80%</p><p><b> 代入上式</b></p><p> K物性系數(shù)查表得K=1, CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素,查表得CF=0.105</p><p> 代入計(jì)算式,整理可得:</p><p><b> b)提餾段:</b></p><p> CF泛點(diǎn)負(fù)荷
99、因素由 查表得 K=1.0</p><p> 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,因該塔徑1.2m 控制其泛點(diǎn)率為80%</p><p><b> 代入上式</b></p><p> ∵lL=D-2Wd=1.2-20.18=0.84</p><p> A,b=A,T-2A,f=1.131-20.1018=0.9074</p&g
100、t;<p> K物性系數(shù)查表得K=1, CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素,查表得CF=0.097</p><p> 代入計(jì)算式,整理可得:</p><p> 由上式知霧沫夾帶線為直線,則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)LS值,依式算出相應(yīng)的VS值列于下表中。</p><p> 由上式知霧沫夾帶線為直線,則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)LS’值,依式算出相應(yīng)的VS’值列于下表中。&l
101、t;/p><p><b> ⑤液泛線</b></p><p> 為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管高度應(yīng)大于管內(nèi)泡沫層高度。</p><p><b> 聯(lián)立以下三式:</b></p><p> 由上式確定液泛線。忽略式中項(xiàng),將以下五式代入上式,</p><p><b>
102、; 得到:</b></p><p> 因物系一定,塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定,則、、、、、、及φ等均為定值,而與又有如下關(guān)系,即: </p><p> 式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值。因此,可將上式簡(jiǎn)化成與的如下關(guān)系式:</p><p><b> 其中 :</b></p><p>&l
103、t;b> 帶入數(shù)據(jù):</b></p><p><b> 由得</b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p><b> ?、薏僮髫?fù)荷線</b></p>
104、<p> 由以上各線的方程式,可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p> 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷,可知操作點(diǎn)P’(0.00173,0.9312)在正常的操作范圍內(nèi)。過(guò)圓點(diǎn)連接OP’作出操作線.</p><p> 由塔板負(fù)荷性能圖可以看出:</p><p> ?。?)在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P’(設(shè)計(jì)點(diǎn)),處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。&l
105、t;/p><p> ?。?)塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶控制,操作下限由漏液控制。</p><p> (3)操作彈性Vmax=2.73, Vmin=0.45075</p><p> 操作彈性=Vmax/ Vmin =2.73/0.45075=6.0566>3</p><p><b> ∴此設(shè)計(jì)符合要求。</b>
106、;</p><p> 5 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p> 5.1 塔頂全凝器的計(jì)算及選型</p><p> (1)全凝器的選擇:(列管式全凝器)</p><p> 全凝器置于塔下部適當(dāng)位置,用泵向塔頂送回流冷凝水,在全凝器和泵之間需設(shè)回流罐,這樣可以減少臺(tái)架,且便于維修、安裝,造價(jià)不高。</p><p>
107、 (2)全凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量</p><p> 甲醇-水走殼程,冷凝水走管程,采用逆流形式</p><p> ?、伲状?水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p><b> 64.7361℃</b></p><p><b> 冷凝蒸汽量:</b></p><p>
108、 由于甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.99,所以可以忽略水的冷凝熱,r=1100.18KJ/kg </p><p> ?、冢淠紲貫?0℃,取全凝器出口水溫為42℃,在平均溫度</p><p> 物性數(shù)據(jù)如下(甲醇在膜溫40.3℃下,水在平均溫度36℃下)</p><p> ?、踑. 設(shè)備的熱參數(shù):</p><p><b> b.水
109、的流量:</b></p><p><b> c.平均溫度差:</b></p><p> 根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”取K=2000W/(m2.℃)</p><p> 傳熱面積的估計(jì)值為:</p><p> 安全系數(shù)取1.2 換熱面積A=1.2×36.44=43.732m2</p>
110、<p> 管子尺寸取25mm 水流速取ui=1.0m/s</p><p><b> 管數(shù):個(gè)</b></p><p><b> 管長(zhǎng):</b></p><p><b> 取管心距</b></p><p> 殼體直徑取600mm</p>
111、<p> 折流板:采用弓形折流板</p><p> 取折流板間距B=200mm</p><p> 由上面計(jì)算數(shù)據(jù),選型如下:</p><p> 核算管程、殼程的流速及Re:</p><p><b> ?。ㄒ唬┕艹?lt;/b></p><p><b> 流通截面積:<
112、/b></p><p><b> 管內(nèi)水的流速</b></p><p><b> ?。ǘこ?lt;/b></p><p> 流通截面積: 取=13</p><p><b> 殼內(nèi)甲醇-水流速 </b></p><p><b> 當(dāng)量
113、直徑 </b></p><p> 8.1.2計(jì)算流體阻力</p><p><b> 1 管程流體阻力</b></p><p> 設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm,則ε/d=0.005,</p><p> 查得摩擦系數(shù)λ=0.0335</p><p> 取污垢校正系數(shù)F=1.0&l
114、t;/p><p><b> 符合一般要求</b></p><p> 2 殼程流體阻力</p><p> Re=1364.4>500,故</p><p> 管子排列為正三角形排列,取F=0.5</p><p><b> 擋板數(shù) 塊 </b></p>
115、<p><b> 代入得 </b></p><p> 取污垢校正系數(shù)F=1.0</p><p> =8376.9Pa<10kPa</p><p> 故管殼程壓力損失均符合要求</p><p> 3 管程對(duì)流給熱系數(shù)</p><p> 膜的雷諾數(shù)所以為垂直湍流管&
116、lt;/p><p> =2.749×104</p><p><b> 殼程對(duì)流給熱系數(shù)</b></p><p><b> Re=1364.4</b></p><p> Pr0== </p><p><b> =0.36</b&
117、gt;</p><p><b> =</b></p><p><b> 計(jì)算傳熱系數(shù)</b></p><p> 取污垢熱阻 RS0.15m℃/kW RS=0.58 m℃/kW</p><p> 以管外面積為基準(zhǔn) 則K==2.357kW/(m2.℃)</p><p>
118、; 計(jì)算傳熱面積 A=m2</p><p> 所選換熱器實(shí)際面積為</p><p> A=n=13.3m2</p><p><b> 裕度</b></p><p><b> 所選換熱器合適</b></p><p> 5.2 塔底再沸器面積的計(jì)算及選型</
119、p><p> (1)再沸器的選擇:列管式蒸發(fā)器</p><p> 對(duì)直徑較大的塔,一般將再沸器置于塔外。其管束可抽出,為保證管束浸于沸騰器液中,管束末端設(shè)溢流堰,堰外空間為出料液的緩沖區(qū)。其液面以上空間為氣液分離空間。</p><p><b> 換熱面積</b></p><p><b> 換熱量為 <
120、/b></p><p> 考慮到5%的熱損失后 </p><p><b> 傳熱面積: A=</b></p><p> 蒸汽溫度為120℃,冷液進(jìn)口溫度為99.866℃,出口溫度為99.592℃</p><p><b> 則 ℃</b></p><p> 取
121、傳熱系數(shù)K=1000W/(m2.K)</p><p><b> ∴ </b></p><p> 5.3 其他輔助設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p> 5.3.1 進(jìn)料管</p><p> 進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多,有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。</p><p&g
122、t;<b> 管徑的計(jì)算</b></p><p><b> ,取,</b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管,規(guī)格Φ42×3mm</p><p> 5.3.2 回流管</p><p><b> 回流液體積流量</b></p><
123、p> 利用液體的重力進(jìn)行回流,取適宜的回流速度,那么</p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管,規(guī)格:Φ50mm3mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p> 5.3.3 塔釜出料管</p><p><b> 釜?dú)堃旱捏w積流量:</b></p>
124、;<p> =0.001338m3/s</p><p> 取適宜的輸送速度uw=0.785m/s則</p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管,規(guī)格:Φ42mm2mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p> 5.3.4 再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p
125、> 設(shè)蒸汽流速為20m/s,</p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管,規(guī)格:Φ325mm12.5mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p> 5.3.5 冷凝水管</p><p> 冷凝水進(jìn)口溫度為30℃,水的物性數(shù)據(jù):</p><p><b&
126、gt; 水的物性數(shù)據(jù):</b></p><p> ρ=995.7kg/m3,μ=0.8012,=4.174kJ/(kg.K) </p><p> 冷凝水質(zhì)量流率,取流速為1.6m/s</p><p><b> 管徑</b></p><p> 選取 Φ180×4.5mm熱軋無(wú)縫鋼管</
127、p><p><b> 實(shí)際流速為</b></p><p> 5.3.6 冷凝水泵</p><p><b> 雷諾數(shù)</b></p><p> 取ε=0.01,,查圖摩擦系數(shù)λ=0.031</p><p> 各管件及閥門阻力系數(shù)如下:</p><p&
128、gt;<b> 設(shè)管長(zhǎng)為50米,</b></p><p> 塔有效高度加裙座加全凝器高度取Ho=20m</p><p><b> 揚(yáng)程取33m</b></p><p><b> 流量</b></p><p> 選擇IS150-125-315型離心泵,參數(shù)為</p
129、><p> 流量V=200,揚(yáng)程H=34m,轉(zhuǎn)速,</p><p><b> 泵效率,軸功率</b></p><p> 5.3.7 進(jìn)料泵</p><p> 塔總高(不包括群座)由下式?jīng)Q定</p><p> 式中 H—塔高,m;--塔頂空間,m;--塔板間距,m;</p>
130、<p> --開有人孔的塔板間距,m;--進(jìn)料段高度,m;</p><p> --塔底空間,m;--實(shí)際塔板數(shù),m;</p><p> --人孔數(shù)(不包括塔頂空間與塔底空間的人孔數(shù))。</p><p> 所以取1.5m , =31塊 ,=0.4m ,=0.35m , =0.8m,每7塊取一個(gè)人孔,則=4個(gè)。</p><p>
131、 的計(jì)算,塔釡料液最好能在塔底有3~5分鐘的存儲(chǔ),所以取5分鐘來(lái)計(jì)算。</p><p> 因?yàn)?=0.00209×300=0.627m3</p><p><b> ∴=0.555m</b></p><p> 則=1.5+(31-2-4)×0.4+4×0.35+0.8+0.555=14.255m</p&
132、gt;<p> 裙座高度取5m,所以總高度為 19.255m。</p><p> F=250kmol/h=2.161kg/s=9.08m3/h</p><p> 料液罐的壓強(qiáng)為常壓1atm,加料板的壓強(qiáng)為110925Pa</p><p> 進(jìn)料口的高度為12.13m ,進(jìn)料段的表壓為1.0947atm,管路阻力</p><p
133、> 管路的高度為 12.13+1.0947×10+=23.077+,所以要選一個(gè)適合這個(gè)流量和高度的泵,查型離心泵性能表 </p><p> 從各個(gè)方面考慮下來(lái),IS65-40-315比較適合作進(jìn)料泵,其有關(guān)參數(shù)為:</p><p><b> 使用重力回流。</b></p><p><b> 6 感想與致謝
134、</b></p><p> 6.1 體會(huì)&小結(jié)</p><p> 進(jìn)行了整整兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)終于告一段落,對(duì)我自己而言兩周的辛勤勞動(dòng)是收獲頗豐的。</p><p> 對(duì)化工設(shè)計(jì)有了比較深刻的認(rèn)識(shí),在平常的化工原理課程學(xué)習(xí)中總是只針對(duì)局部進(jìn)行了計(jì)算,而對(duì)參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)缺乏認(rèn)識(shí)。平常的學(xué)習(xí)總會(huì)有題設(shè)的條件,省去了我們很多勞動(dòng),但在設(shè)
135、計(jì)中大量用到了物性數(shù)據(jù)是我們需要自己去查取的。我學(xué)會(huì)了去互聯(lián)網(wǎng)上查取這些數(shù)據(jù),如在中科院過(guò)程工程研究所的數(shù)據(jù)庫(kù)中就有許多我們所需要的數(shù)據(jù)。</p><p> 設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了離開老師進(jìn)行自主學(xué)習(xí),參看多本指導(dǎo)書,還查閱了一些超星圖書館中的資料。這樣的設(shè)計(jì)讓我從中獲得了一些自信,覺得專業(yè)還是學(xué)了不少東西的,至少學(xué)會(huì)了一種研究的方法,將來(lái)工作中或?qū)W習(xí)遇到了什么困難或從未接觸過(guò)的領(lǐng)域,我也不再會(huì)感到畏懼。因?yàn)槲乙呀?jīng)有了
136、一定的自主研究的能力,我能通過(guò)自學(xué)慢慢的將問(wèn)題化解。</p><p> 設(shè)計(jì)幫助我更好的熟悉了WORD、EXCEL、CAD的操作。平常天天用電腦上網(wǎng),進(jìn)行些娛樂活動(dòng),真正這些實(shí)用的軟件卻觸碰的很少,雖然以前有學(xué)過(guò)但隔的時(shí)間也比較久了,大多都淡忘了。</p><p> 設(shè)計(jì)教會(huì)了我耐心,很多地方都是需要先假設(shè)數(shù)據(jù),再驗(yàn)算,不符合時(shí)再調(diào)整數(shù)據(jù)重新進(jìn)行驗(yàn)算。很多地方我都不得不重復(fù)的算上好幾遍
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