化工原理課程設(shè)計----乙醇精餾塔

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計題目：乙醇精餾塔</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。</p><p&

2、gt;　　蒸氣由塔底進入，與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液

3、體作為釜殘液取出。</p><p>　　精餾塔的工作原理是根據(jù)各混合氣體的汽化點（或沸點）的不同，控制塔各節(jié)的不同溫度，達到分離提純的目的。</p><p>　　化工生產(chǎn)常需進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的，精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。&l

4、t;/p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進行的，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸

5、器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實現(xiàn)整個操作。</p><p>　　本次設(shè)計的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過程。</p><p>　　本設(shè)計包括設(shè)計方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算——物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，輔助設(shè)備的

6、選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過對精餾塔的運算，調(diào)試出塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)，以保證精餾過程的順利進行并使效率盡可能的提高。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論6</b></p><p>　　§1.1 設(shè)計內(nèi)容6</p&

7、gt;<p>　　§1.2 設(shè)計方案6</p><p>　　§1.3 設(shè)計依據(jù)7</p><p>　　第二章 塔板的工藝設(shè)計8</p><p>　　§2.1 精餾塔全塔物料衡算8</p><p>　　§2.2理論及實際塔板數(shù)的確定8</p><p>　

8、　§2.3常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度10</p><p>　　2.3.1．溫度和壓力10</p><p>　　2.3.2．平均摩爾計算11</p><p>　　2.3.3．平均密度12</p><p>　　2.3.4．混合液體表面張力13</p><p>　　2.3.5．混合物的黏度13&l

9、t;/p><p>　　§2.4 塔徑的初步設(shè)計14</p><p>　　2.4.1．汽液相體積流率14</p><p>　　2.4.2．塔徑的計算14</p><p>　　§2.5溢流裝置15</p><p>　　2.5.1．堰長16</p><p>　　2.5.2．堰

10、高16</p><p>　　2.5.3．弓降液管的寬度和橫截面積16</p><p>　　2.5.4．降液管底隙高度17</p><p>　　§2.6塔板的分布、浮閥數(shù)目及排列17</p><p>　　2.6.1． 塔板的分塊17</p><p>　　2.6.2．區(qū)寬度的確定17</p>

11、;<p>　　2.6.3．區(qū)面積計算17</p><p>　　2.6.4．塔計算及其排列18</p><p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)驗算19</p><p>　　§3.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）19</p><p>　　§3.2液泛驗算20</p><p>

12、;　　§3.3 霧沫夾帶驗算20</p><p>　　§3.4 操作性能負荷圖21</p><p>　　3.4.1．氣相負荷下限圖（漏液線）21</p><p>　　3.4.2．過量液沫夾帶線21</p><p>　　3.4.3．液相負荷下限線21</p><p>　　3.4.4．液相負荷

13、上限線22</p><p>　　3.4.5．液泛線22</p><p>　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計24</p><p>　　§4.1 冷凝器的選擇24</p><p>　　§4.2再沸器的選擇24</p><p>　　第五章 精餾塔設(shè)備設(shè)計25</p><p>&l

14、t;b>　　§5.1接管25</b></p><p>　　5.1.1．進料管25</p><p>　　5.1.2．釜殘液出料管26</p><p>　　5.1.3．回流管26</p><p>　　5.1.4． 塔頂上升蒸汽管26</p><p>　　5.1.5．進氣管26<

15、/p><p>　　§5.2精餾塔塔體27</p><p>　　5.2.1．餾塔塔體材料的選擇27</p><p>　　5.2.2．壁厚的計算27</p><p>　　5.2.3．校核27</p><p>　　§5.3 封頭28</p><p>　　5.3.1．封頭的選型

16、：標準的橢圓封頭28</p><p>　　5.3.2．材料：28</p><p>　　5.3.3．封頭的高28</p><p>　　5.3.4．封頭的壁厚29</p><p>　　§5.4精餾塔的塔板類型選擇29</p><p>　　§5.5塔板結(jié)構(gòu)及與塔體的連接形式29</p&g

17、t;<p>　　§5.6降液管的形式30</p><p>　　§5.7受液盤的設(shè)計30</p><p>　　§5.8塔節(jié)的設(shè)計30</p><p>　　§5.9塔體高度設(shè)計30</p><p>　　§5.10塔體手孔及人孔的設(shè)計31</p><p&g

18、t;　　§5.11 除沫器的設(shè)計31</p><p>　　第六章 塔體各開孔補強設(shè)計31</p><p>　　§6.1 開孔補強設(shè)計方法31</p><p>　　§6.2開孔補強結(jié)構(gòu)設(shè)計32</p><p>　　第七章 支座設(shè)計32</p><p>　　§7.1 精餾塔

19、塔體質(zhì)量32</p><p>　　§7.2封頭質(zhì)量33</p><p>　　§7.3 塔內(nèi)物料質(zhì)量估算33</p><p>　　§7.4 附件質(zhì)量33</p><p>　　§7.5設(shè)備總質(zhì)量33</p><p><b>　　第一章 緒論</b>&

20、lt;/p><p>　　§1.1 設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　1、設(shè)計題目：乙醇精餾塔</p><p><b>　　2、設(shè)計任務(wù)及條件</b></p><p>　　（1）、進料含乙醇38.2﹪，其余為水（均為質(zhì)量分數(shù)，下同）</p><p>　　（2）、生產(chǎn)乙醇含量不低于93.1﹪；&l

21、t;/p><p>　?。?）、釜殘液中乙醇含量不高于0.01﹪；</p><p>　　（4）、生產(chǎn)能力50000T/Y乙醇產(chǎn)品，年開工7200小時</p><p><b>　?。?）、操作條件：</b></p><p>　　a、間接蒸汽加熱；b、塔頂壓力：1.03atm（絕對壓強）c、進料熱狀態(tài)：泡點進料；d、回流比：R=5

22、 e、單板壓降:75mm液注</p><p><b>　　3、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）、流程的設(shè)計與說明；</p><p>　?。?）、塔板和塔徑的計算；</p><p>　?。?）、塔盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計：</p><p>　　a、浮閥塔盤工藝尺寸及布置簡圖； b、流體力學(xué)驗算； c

23、、塔板負荷性能圖。</p><p>　　（4）、其它：a、加熱蒸汽消耗量； b、冷凝器的傳熱面積及冷卻水的消耗量</p><p><b>　　4、設(shè)計成果 </b></p><p>　?。?）、設(shè)計說明書一份</p><p>　?。?）、A4設(shè)計圖紙包括：流程圖、精餾塔工藝條件圖。 </p><p

24、>　　§1.2 設(shè)計方案</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離乙醇-水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p><b>　　圖2-

25、1 流程圖</b></p><p>　　§1.3 設(shè)計依據(jù)</p><p>　　課程設(shè)計方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力、進料狀況、加熱方式及其熱能的利用。</p><p><b>　?。?） 操作壓力</b></p><p>　　精餾常在常壓，加壓或減壓下進行，確定操作壓力主要是根據(jù)處理物料

26、的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。一般來說，常壓精餾最為簡單經(jīng)濟，若無聊無特殊要求，應(yīng)盡量在常壓下操作。加壓操作可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝，冷卻費用。在相同的塔徑下，適當(dāng)提操作壓力還可以提高塔德處理能力。所以我們采用塔頂壓力為1.03atm進行操作。</p><p><b>　?。?） 進料狀況</b></p>

27、<p>　　進料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這樣，進料溫度不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動的影響，塔的操作也比較好控制。此外，泡點進料時，精餾段和提餾的塔徑相同，設(shè)計制造比較方便。</p><p><b>　?。?）加熱方式</b></p><p>　　精餾塔通常設(shè)置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的能量，若待分離的物系為

28、某種輕組分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加熱方式，但在塔頂輕組分回收率一定時，由于蒸汽冷凝水的稀釋作用，使殘液輕組分濃度降低，所需塔板數(shù)略有增加。</p><p><b>　?。?）熱能的利用</b></p><p>　　精餾過程的原理是多次進行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進入再沸器的能量僅有5%左右被利用。塔頂蒸汽冷凝放出的熱量是大量的。但其位能較低，不可

29、能直接用來做塔釜的熱源，但可用作低溫?zé)嵩?，供別處使用?；蚩刹捎脽岜眉夹g(shù)，提高溫度后在用于加熱釜液。</p><p>　　第二章 塔板的工藝設(shè)計</p><p>　　§2.1 精餾塔全塔物料衡算</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　②</b></p>

30、;<p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　由①②③式可知</b></p><p>　　表1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　§2.2理論及實際塔板數(shù)的確定</p><p>　?。?）由相平衡方程式y(tǒng)=，可得a=</p><p&g

31、t;　　根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　Y1=XD=0.8408 X1=0.805 aD=1.2793</p><p>　　YF=0.515 XF=0.1948 aF=4.3891</p><p>　　YW=0.00035 XW=0.0000396 aw=8.8411</p>

32、<p>　　平均相對揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p>　　精餾段的平均相對揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p><b>　　泡點進料：</b></p><p>　　所以理論塔板數(shù)為N=11塊</p><p>　　確定適宜的進料板位置：</p><p>　　由上式知 N1=3.84</p&

33、gt;<p>　　即第4層理論數(shù)為進料板</p><p>　　（2）根據(jù)乙醇-水體系的相平衡衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　塔頂： tD=78.27℃</p><p><b>　　塔底： ℃</b></p><p>　　塔頂和塔釜的算術(shù)平均溫度：℃</p><p><

34、;b>　　查手冊得：</b></p><p>　　在89.085℃下，</p><p><b>　　根據(jù)公式得</b></p><p><b>　　由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：</b></p><p>　　球的實際塔板數(shù) 取N=21</p><p>　　§

35、2.3常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度</p><p>　　2.3.1．溫度和壓力</p><p><b>　　乙醇:</b></p><p><b>　　水：</b></p><p>　　進行試差，求的塔頂、進料板、及塔釜的壓力和溫度：</p><p><b>　

36、?。?）塔頂： ，℃</b></p><p>　?。?）進料板位置：NF=4</p><p><b>　　精餾段實際板層數(shù)：</b></p><p><b>　　每層塔板壓降：</b></p><p><b>　　進料板壓力：</b></p><

37、p><b>　　進料板：℃</b></p><p>　　（3）提餾段實際板層數(shù)：</p><p><b>　　塔釜壓力：</b></p><p><b>　　塔釜：℃</b></p><p>　　求得精餾段和提餾段的平均壓力和溫度：</p><p>

38、;<b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提餾段：℃</b></p><p>　　2.3.2．平均摩爾計算</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p>

39、;<b>　　塔釜：</b></p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　2.3.3．平均密度</p><p>　　1）氣相平均密度的計算：</p><p>　　精餾段平均密度計算： </p><p>　　提餾段

40、平均密度計算：</p><p>　　2）液相平均密度計算： </p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　塔釜：</b></p><p>　　精餾段液相平均密度：</p>

41、;<p>　　提餾段液相平均密度：</p><p>　　2.3.4．混合液體表面張力</p><p>　　液體平均表面張力按下式計算：</p><p><b>　　塔頂：,查手冊得：</b></p><p><b>　　進料板： </b></p><p><

42、;b>　　塔釜：℃,查附錄：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　精餾段液體表面平均張力：</p><p>　　提餾段液體表面平均張力：</p><p>　　2.3.5．混合物的黏度</p><p>　　液體平均黏度的計算按下式計算：</p

43、><p>　　塔頂：℃,查手冊得：，</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　進料板：℃，查附錄：，</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　精餾段液體平均黏度：</p><p>　　提餾段液體平均黏度：<

44、/p><p>　　§2.4 塔徑的初步設(shè)計</p><p>　　2.4.1．汽液相體積流率</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　氣相體積流率：</b></p><p><b>　　液相體積流率：</b></

45、p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　氣相體積流率：</b></p><p><b>　　液相體積流率：</b></p><p>　　2.4.2．塔徑的計算</p><p>　　由，C由下式計算：,由smith圖查取。</

46、p><p>　　取板間距，板上液層高度，則</p><p>　　（1）精餾段塔徑的確定：圖的橫坐標為</p><p>　　查smith圖得：=0.08 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣數(shù)為： </p><p><b>　　則精餾塔塔徑</b></p><p&

47、gt;　?。?）提餾段塔徑的確定：</p><p><b>　　橫的坐標為：</b></p><p>　　查smith圖得：=0.082 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p><b>　　則精餾塔塔徑</b></p><p>　?。?）按標準

48、塔徑圓整后， </p><p><b>　　塔截面積： </b></p><p>　　精餾段實際空塔氣速為： </p><p>　　提餾段實際空塔氣速為：</p><p><b>　　§2.5溢流裝置</b></p><p><b>　　2.5.1．堰長&

49、lt;/b></p><p><b>　　單溢流：，取</b></p><p><b>　　2.5.2．堰高</b></p><p>　　因為，選用平直堰，堰上液層高度可用Francis計算，即</p><p><b>　?。?）精餾段：</b></p>&

50、lt;p><b>　　，，7</b></p><p>　　查得，則，取板上清夜層高度，故</p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p><b>　　，查得，則</b></p><p>　　，取板上清液層高度，故</p><p>

51、;　　2.5.3．弓降液管的寬度和橫截面積</p><p>　　因為，查（弓形降液管參數(shù)圖）得：，，所以，依下式驗算液體在降液管中停留的時間：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理</

52、b></p><p>　　2.5.4．降液管底隙高度</p><p>　　降液管底隙高度依下式計算：，取則</p><p><b>　　精餾段：，即</b></p><p><b>　　提餾段：，即</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。</p&g

53、t;<p>　　§2.6塔板的分布、浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　2.6.1． 塔板的分塊 </p><p>　　因為，故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　表 塔板分塊數(shù)</b></p><p>　　2.6.2．區(qū)寬度的確定</p><

54、p>　　溢流堰前的安定區(qū)寬度：，邊緣區(qū)寬度：</p><p>　　2.6.3．區(qū)面積計算</p><p>　　開孔區(qū)面積按下式計算：，其中0.4-0.1035-0.07=0.2265m，0.4-0.035=0.365m</p><p><b>　　故</b></p><p>　　2.6.4．塔計算及其排列</

55、p><p>　　采用型重閥，重量為33，孔徑為39mm</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　浮閥數(shù)目按下式計算：,氣體通過閥孔的速度：，取動能因數(shù)則精餾段：，個</p><p><b>　　提餾段：，個</b></p><p><b>　　

56、排列</b></p><p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排。設(shè)相近的閥孔中心距，畫出閥孔排列圖（如下圖）：通道板上可排閥孔26個。弓形板可排閥孔24個，所以總閥孔數(shù)目為個。</p><p><b>　　C.校核</b></p><p><b>　　1）精餾段：</b></p>&l

57、t;p>　　氣體通過閥空的實際速度：</p><p><b>　　實際動能因素：</b></p><p><b>　　2）提餾段</b></p><p>　　氣體通過閥孔的實際速度：</p><p><b>　　實際動能因素：</b></p><p&g

58、t;<b>　　3）開孔率</b></p><p>　　，開孔率在之間，且實際動能因素在之間，滿足要求。</p><p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)驗算</p><p>　　§3.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p><b>　　單板壓降：</b></p>

59、<p><b>　　閥片全開前：</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　閥片全開后：，，取兩者中較大者，則取板上液層充氣因數(shù)，那么</p><p>　　氣體克服液體表面張力所造成的阻力可由下式計算：</p><p>　　但由于氣體克服液體表面張力所造成的阻

60、力通常很小，可忽略不計。</p><p><b>　?。?）精餾段：</b></p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p><b>　　§3.2液泛驗算</b></p><p>　　降液管內(nèi)泡沫液層高度可按下式計算：</p><

61、;p>　　浮閥塔德液面落差不大，常可忽略不計</p><p>　?。?）精餾段 塔板上不設(shè)進口堰時：</p><p>　　取0.5(0.45+0.03995)=0.245，</p><p><b>　?。?）提餾段 </b></p><p>　　塔板上不設(shè)進口堰時：</p><p>

62、<b>　　取，</b></p><p>　　§3.3 霧沫夾帶驗算</p><p>　　泛點百分率可取下列兩式計算，取計算結(jié)果中較大的數(shù)值：</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>

63、;<b>　?。?）提餾段：</b></p><p>　　§3.4 操作性能負荷圖 </p><p>　　3.4.1．氣相負荷下限圖（漏液線）</p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p>

64、<p>　　3.4.2．過量液沫夾帶線</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><

65、p><b>　　得</b></p><p>　　3.4.3．液相負荷下限線</p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><

66、;p><b>　　得：</b></p><p>　　3.4.4．液相負荷上限線</p><p><b>　　3.4.5．液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p>

67、<p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　操作性能負荷圖</b></p><p><b>　　(1) 精餾段 ：</b></p><p>　　由圖可知，該塔的操作上限為過量液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖可讀得：</p><p><

68、b>　　，</b></p><p>　　所以，塔的操作彈性為</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p>　　由圖可知，該塔德操作上限為霧沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖可讀得：</p><p><b>　　，</b></p><p>

69、;　　所以，塔德操作彈性為 </p><p>　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計</p><p>　　§4.1 冷凝器的選擇</p><p>　　按泡點回流設(shè)計，采用25的水作為冷卻劑，逆流操作，水出口溫度為40，塔頂溫度81.63下，而</p><p><b>　　乙醇的氣化潛熱：</b></p><

70、;p><b>　　水的氣化潛熱：</b></p><p><b>　　故，又由于</b></p><p><b>　　則因為</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　冷卻水的消耗量，</b>

71、</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　§4.2再沸器的選擇</p><p>　　采用飽和水蒸汽間接加熱，逆流操作，則</p><p>　　查的塔釜溫度104.55下，</p><p><b>　　乙醇氣化潛熱：</b></p>

72、<p><b>　　水氣化潛熱：</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　因為設(shè)備蒸汽熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%，所以所需蒸汽的質(zhì)量流量為:</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　_加熱蒸汽的冷凝潛熱，</p

73、><p>　　第五章 精餾塔設(shè)備設(shè)計</p><p><b>　　§5.1接管</b></p><p><b>　　5.1.1．進料管</b></p><p>　　進料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進料管，彎管進料管，T型進料管。</p><p>　　本設(shè)計采用直管進料管，管

74、徑計算如下：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　進料體積流量： 取適宜的輸送速度，故 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：，實際管內(nèi)流速：</p><p>　　5.1.2．釜殘液出料管</p><p>　　釜殘液的體

75、積流量： 取適宜的輸送速度：，則經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： </p><p><b>　　5.1.3．回流管</b></p><p>　　回流液體積流量：，取適宜的回流速度那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速：</p><p>　　5.1.4． 塔頂上升蒸汽管</p><p>　　塔頂

76、上升蒸汽的體積流量：取適宜的速度，那么經(jīng)圓整選取拉制黃銅管，規(guī)格：，實際管內(nèi)流速：</p><p><b>　　5.1.5．進氣管</b></p><p>　　采用直管進氣，取出口氣速為：u=15 m/s則：</p><p>　　，經(jīng)圓整選取，實際管內(nèi)流速：</p><p><b>　　§5.2精餾塔

77、塔體</b></p><p>　　5.2.1．餾塔塔體材料的選擇</p><p><b>　　精餾塔塔體材料：</b></p><p>　　依據(jù)：我們的操作壓力是，最大的操作溫度為104.55℃，并且所要分離的物質(zhì)是乙醇和水，對材料的腐蝕性不大，在滿足條件的材料中的價格相對便宜，所以選擇。</p><p>　

78、　5.2.2．壁厚的計算</p><p><b>　　精餾塔的內(nèi)徑：</b></p><p>　　當(dāng)在6~16mm的范圍內(nèi)時，操作壓力，設(shè)計壓力為：， 選取雙面焊無損檢測的比例為全部，所以</p><p>　　計算壁厚： ，圓整后取取=0.6 ，=1</p><p>　　所以 圓整后取（因為選用材料的設(shè)備最小的壁厚為6

79、mm，即</p><p><b>　　5.2.3．校核</b></p><p>　　求水壓試驗時的應(yīng)力。得屈服極限，所以</p><p>　　為，中較大者，計算比較得：</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　，水壓試驗滿足要求。</p>

80、<p><b>　　§5.3 封頭</b></p><p>　　5.3.1．封頭的選型：標準的橢圓封頭</p><p>　　選型依據(jù)：從工藝操作 考慮，對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對各種凸形封頭進行計算、比較后，再確定封頭形狀。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，

81、壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡半徑r加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標準橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標準橢圓形封頭。</p><p><b>　　5.3.2．材料：</b></p><p>　　5.3.3．封頭的高</p><p&g

82、t;<b>　　因為所以 </b></p><p>　　其中——精餾塔的內(nèi)徑</p><p><b>　　——封頭的高</b></p><p><b>　　直邊高度為：</b></p><p>　　5.3.4．封頭的壁厚</p><p>　　計算壁厚：對

83、于標準橢圓封頭，K=1取封頭是由整塊鋼板沖壓而成，所以，圓整后取</p><p><b>　　強度校核</b></p><p>　　水壓試驗強度，根據(jù)式式中</p><p><b>　　，，滿足條件。且</b></p><p><b>　　，</b></p>&l

84、t;p><b>　　所以>滿足條件。</b></p><p>　　§5.4精餾塔的塔板類型選擇</p><p><b>　　塔板類型：浮閥塔</b></p><p>　　依據(jù)：泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，氣體通過每層塔板的壓降大。篩板塔沒有升氣管和泡罩，篩板塔操作時液體橫過塔板，氣體則自板上小孔（篩孔）鼓

85、泡進入板上液層。當(dāng)氣速過低時篩孔會漏液；若氣速過高，氣體會通過篩孔后排開板上液體徑自向上方?jīng)_出，造成過量液沫夾帶即嚴重軸向混合。與之相比浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大20%~40%，操作彈性可達7~9，板效率比泡罩塔約高15%，制造費用為泡罩塔的60%~80%。所以采用浮閥塔。</p><p>　　§5.5塔板結(jié)構(gòu)及與塔體的連接形式</p><p>　　塔板設(shè)計要求：應(yīng)滿足具有良好

86、的拐度并且方便拆裝</p><p>　　塔板形式：自身梁式塔板</p><p>　　塔板結(jié)構(gòu)：矩形板。它是將矩形板沿其長邊向下彎曲而成，從而形成梁和塔板的統(tǒng)一整體。自身梁式矩形板僅有一邊彎曲成梁，在梁板過渡處有一凹平面，以便與另一塔板實現(xiàn)搭接安裝并與之保持在同一水平面。</p><p>　　連接形式：根據(jù)人孔位置及檢修要求，分塊式塔盤板間的連接分為上可拆連接和上下均

87、可拆連接兩種。常用的緊固件式螺栓和橢圓墊片。塔盤板安放于焊在塔壁上的支持圈上。</p><p>　　§5.6降液管的形式</p><p><b>　　采用弓形降液管</b></p><p>　　依據(jù)：因為弓形降液管具有較大的降液面積 ，氣液分離效果好，降液能力大。</p><p>　　§5.7受液盤的

88、設(shè)計</p><p><b>　　采用凹形受液盤</b></p><p>　　依據(jù)：因為它可保證液體采出側(cè)線滿液，即使在高蒸汽流速和低液體流量下仍能保證液封，對流出降液管的液體有緩沖作用，減少對塔盤入口區(qū)的沖擊力。</p><p><b>　　§5.8塔節(jié)的設(shè)計</b></p><p>　

89、　因為塔的直徑為800mm,如果再采用整塊式塔盤，則由于剛度的要求，勢必要增加塔盤板的厚度，而且在制造、安裝和檢修等方面很不方便。為了便于安裝所以采用分塊式塔盤。查表得，塔板分為3塊。此時，塔盤無需分成塔節(jié)。</p><p><b>　　表 塔板分塊數(shù)</b></p><p>　　§5.9塔體高度設(shè)計 </p><p>　　每隔7層

90、塔板開一人孔，人孔數(shù)：</p><p>　　塔頂空間：，塔底空間：，進料板處板間距：</p><p><b>　　人孔處板間距：</b></p><p><b>　　塔高：</b></p><p>　　§5.10塔體手孔及人孔的設(shè)計 </p><p>　　人孔主要

91、由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。根據(jù)精餾塔是在常溫最高工作壓力為0.131的條件下工作，人孔標準應(yīng)按公稱壓力為常壓的等級選取。從人孔類型系列標準可知，該人孔標記為：HG21515-95 人孔FSⅡⅢ（A.G）450-常壓 </p><p>　　公稱直徑DN=450mm</p><p>　　人孔數(shù)：每隔7層塔板開一人孔，人孔高度為0.45m，人孔數(shù)：</p><p&g

92、t;　　§5.11 除沫器的設(shè)計 </p><p><b>　　采用絲網(wǎng)除沫器</b></p><p>　　依據(jù)：絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點。特別是它具有除沫效率高，壓力降小的特點，因而是應(yīng)用最廣泛的除沫裝置。合理的氣速食除沫器取的較高的除沫效率的重要因素。實際使用中常用的設(shè)計氣速取1~3m/s。絲網(wǎng)層的厚度按工藝條件由試

93、驗確定。當(dāng)金屬絲直徑為0.076~0.4mm，網(wǎng)層重度為480~5300，在上述適宜氣速下，絲網(wǎng)層的畜液厚度為25~50mm，此時取絲網(wǎng)厚度為100~150mm，可獲得較好的沫效果。</p><p>　　第六章 塔體各開孔補強設(shè)計 </p><p>　　§6.1 開孔補強設(shè)計方法</p><p><b>　　1、等面積補強法</b>

94、</p><p>　　(1)適用的開孔范圍</p><p>　　圓筒當(dāng)內(nèi)徑時，開孔最大直徑且。凸形封頭的開孔最大直徑</p><p>　　(2)內(nèi)壓容器開孔所需補強的面積</p><p>　　2、殼體開孔所需補強面積</p><p>　　內(nèi)壓容器的圓筒、橢圓形封頭開孔夠所需的補強面積為 </p><

95、p>　　式中——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm</p><p>　　——殼體開孔處的計算厚度，</p><p><b>　　——接管有效厚度</b></p><p>　　——強度削弱系數(shù)，等于設(shè)計溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該比值大于1.0時，取</p><p>　　殼體開孔處的計

96、算壁厚按以下公式計算</p><p><b>　?。╝）圓筒：</b></p><p><b>　?。╞）橢圓形封頭：</b></p><p><b>　　筒體人孔補強面積：</b></p><p>　　筒體上升蒸汽管補強面積：</p><p>　　&#

97、167;6.2開孔補強結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　(1)補強形式</b></p><p><b>　　外加強接管</b></p><p>　　依據(jù)：外加強接管結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，又能滿足補強要求，特別適用于中低壓容器的開孔補強。</p><p><b>　　(2) 補強結(jié)構(gòu)<

98、;/b></p><p><b>　　采用整段件補強</b></p><p>　　依據(jù)：這種結(jié)構(gòu)是將接管與殼體連同加強部分作成整體鍛件，然后與殼體焊在一起。其優(yōu)點是補強金屬集中于開孔應(yīng)力最大部分，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到大大緩和。</p><p><b>　　第七章 支座設(shè)計</b></p><p>

99、<b>　　選型：圓筒型裙座</b></p><p>　　§7.1 精餾塔塔體質(zhì)量</p><p>　　精餾塔內(nèi)徑，，塔高H=11.95m查《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》附表四，6mm厚的16MnR的每米質(zhì)量所以： </p><p><b>　　§7.2封頭質(zhì)量</b></p><p>　

100、　封頭內(nèi)徑，，查得6mm厚的16MnR材質(zhì)封頭的質(zhì)量</p><p>　　§7.3 塔內(nèi)物料質(zhì)量估算</p><p><b>　　精餾塔體積： </b></p><p><b>　　物料密度： </b></p><p><b>　　塔內(nèi)物料質(zhì)量： </b></p

101、><p><b>　　§7.4 附件質(zhì)量</b></p><p>　　人孔約重200kg，其他接管的總和按300kg計算</p><p><b>　　則附件質(zhì)量： </b></p><p><b>　　§7.5設(shè)備總質(zhì)量</b></p><p

102、>　　塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取16mm。</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：</b></p><p>　　圓整：，基礎(chǔ)環(huán)厚

103、度，考慮到腐蝕余量取18mm，考慮到再沸器，裙座高度取2m。地角螺栓直徑取M30。</p><p>　　參 考 文 獻</p><p>　　1 涂偉萍，陳佩珍等．化工過程及設(shè)備設(shè)計．北京：化工工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2 譚蔚等．化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)．天津：天津大學(xué)出版社，2007</p><p>　　3 匡國柱，史啟才等．