化工原理課程設(shè)計(jì)-板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　–––––板式精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要4</b></p><p>　　Abstract…………………………………………………………………………………………….</p><p><b>　

2、　引言</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)條件與任務(wù)8</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的確定10</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝計(jì)算12</p><p>　　3.1 實(shí)際回流比12</p><p>　　3.2 全塔物料衡算12</p><p>　

3、　3.3 塔板數(shù)的計(jì)算12</p><p>　　3.3.1 理論塔板數(shù)12</p><p>　　3.3.2 實(shí)際塔板數(shù)13</p><p>　　3.4 精餾塔物性參數(shù)的計(jì)算12</p><p>　　3.4.1 操作壓力計(jì)算12</p><p>　　3.4.2 操作溫度計(jì)算13</p><

4、p>　　3.4.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算12</p><p>　　3.4.4 平均密度計(jì)算13</p><p>　　3.4.5 液體表面張力計(jì)算12</p><p>　　3.4.6 液體表面黏度計(jì)算13</p><p>　　3.5 精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算12</p><p>　　3.5.1塔徑計(jì)算12

5、</p><p>　　3.5.2 精餾塔有效高度的計(jì)算13</p><p>　　第四章 塔板工藝尺寸的計(jì)算14</p><p>　　4.1精餾段塔板工藝尺寸的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1.1溢流裝置的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1.2塔板設(shè)計(jì)15</p><p>　　4

6、.2提餾段塔板工藝尺寸的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2.1溢流裝置的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2.2塔板設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.3塔板的流體力學(xué)性能驗(yàn)算15</p><p>　　4.3.1精餾段塔板的流體力學(xué)性能驗(yàn)算15</p><p>　　4.3.2提餾段塔板的流體力學(xué)性能驗(yàn)算15

7、</p><p>　　4.4塔板的負(fù)荷性能圖15</p><p>　　4.4.1精餾段塔板的負(fù)荷性能圖15</p><p>　　4.4.2提餾段塔板的負(fù)荷性能圖15</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總17</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì)17</p><p>　　5.

8、2 參考文獻(xiàn)18</p><p>　　第六節(jié) 精餾裝置的附屬設(shè)備20</p><p>　　6.1 回流冷凝器20</p><p>　　6.2 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型21</p><p>　　6.2.1流體流動(dòng)阻力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算21</p><p>　　6.2.2管殼式換熱器的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟22&l

9、t;/p><p>　　6.3 再沸器23</p><p>　　6.4接管直徑24</p><p>　　6.4加熱蒸氣鼓泡管25</p><p>　　6.5離心泵的選擇25</p><p><b>　　附錄 </b></p><p><b>　　工藝流程圖<

10、;/b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　一、化工原理課程設(shè)計(jì)的目的和要求</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是《化工原理》課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。</p>&l

11、t;p>　　課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。</p><p>　　通過課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：</p><p>　　1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)

12、據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；</p><p>　　2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力；</p><p>　　3. 迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能力；</p><p>　　4. 用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能

13、力。</p><p>　　二、化工原理課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟</p><p>　?。ㄒ唬┱n程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容</p><p>　　1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 對(duì)給定或選定的工藝流程，主要的設(shè)備型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述；</p><p>　　2. 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p>

14、<p>　　3. 典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算 包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定；</p><p>　　4. 帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖 以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測(cè)量點(diǎn)；</p><p>　　5. 主體設(shè)備工藝條件圖 圖面上應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表；</p><

15、;p>　　完整的課程設(shè)計(jì)由說明書和圖紙兩部分組成。說明書是設(shè)計(jì)的書面總結(jié)，也是后續(xù)設(shè)計(jì)工作的主要依據(jù)，應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）封面（課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 ）；</p><p><b>　?。?）目錄；</b></p><p><b>　　（3）設(shè)計(jì)任務(wù)書；</b></

16、p><p>　?。?）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介；</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表；</p><p>　　（6）工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　（7）輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表；</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)評(píng)述及設(shè)計(jì)者對(duì)本設(shè)計(jì)有關(guān)問題的討論；<

17、;/p><p>　?。?0）工藝流程圖及設(shè)備工藝條件圖；</p><p><b>　?。?1）參考資料。</b></p><p>　?。ǘ┱n程設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　1. 動(dòng)員和布置任務(wù)；</p><p>　　2. 閱讀指導(dǎo)書和查閱資料；</p><p><b&

18、gt;　　3. 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查；</b></p><p>　　4. 設(shè)計(jì)計(jì)算,繪圖和編寫說明書；</p><p><b>　　5. 考核和答辯。</b></p><p>　　整個(gè)設(shè)計(jì)是由論述、計(jì)算和繪圖三部分組成。論述應(yīng)該條理清晰，觀點(diǎn)明確；計(jì)算要求方法正確，誤差小于設(shè)計(jì)要求，計(jì)算公式和所用數(shù)據(jù)必須注明出處；圖表應(yīng)能簡(jiǎn)要表達(dá)計(jì)算的結(jié)果。&

19、lt;/p><p>　　設(shè)計(jì)后期的答辯，及時(shí)了解學(xué)生設(shè)計(jì)能力的補(bǔ)充過程，也是提高設(shè)計(jì)水平，交流心得和擴(kuò)大收獲的重要過程。答辯通常包括個(gè)別答辯和公開答辯兩種形式。個(gè)別答辯的目的不僅是對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面考核，更主要的是促進(jìn)學(xué)生開動(dòng)腦筋,提高設(shè)計(jì)水平。所以，在個(gè)別答辯后，應(yīng)允許學(xué)生修改補(bǔ)充自己的圖紙和說明書。公開答辯是在個(gè)別答辯的基礎(chǔ)上，選出幾個(gè)有代表性的學(xué)生在全班公開答辯，實(shí)際上是以他們的中心發(fā)言來引導(dǎo)全班性的討論，目的是交

20、流心得、探討問題和擴(kuò)大收獲。</p><p>　　三、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的繪制</p><p>　　帶控制點(diǎn)的工藝流程圖是一種示意性的圖樣,它以形象的圖形、符號(hào)、代號(hào)表示出化工設(shè)備、管路、附件和儀表自控等，借以表達(dá)出一個(gè)生產(chǎn)中物料及能量的變化始末。工藝流程圖繪制范圍如下：</p><p>　　必須反映出全部工藝物料和產(chǎn)品所經(jīng)過的設(shè)備；</p><

21、;p>　　1. 應(yīng)全部反映出主要物料管路，并表達(dá)出進(jìn)出裝置界區(qū)的流向；</p><p>　　2. 冷卻水、冷凍鹽水、工藝用的壓縮空氣、蒸汽(不包括副產(chǎn)品蒸汽)及蒸汽冷凝液系統(tǒng)等的整套設(shè)備和管線不在圖內(nèi)表示，僅示意工藝設(shè)備使用點(diǎn)的進(jìn)出位置；</p><p>　　3. 標(biāo)出有助于用戶確認(rèn)及上級(jí)或有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批用的一些工藝數(shù)據(jù)(例如:溫度、壓力、物流的質(zhì)量流量或體積流量、密度、換熱量等)；&

22、lt;/p><p>　　4. 包括繪制圖例，圖畫上必要的說明和標(biāo)注，并按圖簽規(guī)定簽署；</p><p>　　5. 必須標(biāo)注工藝設(shè)備，工藝物流線上的主要控制點(diǎn)符及調(diào)節(jié)閥等。這里指的控制點(diǎn)符包括被測(cè)變量的儀表功能(如調(diào)節(jié)、紀(jì)錄、指示、積算、連鎖、報(bào)警、分析、檢測(cè)及集中,就地儀表等)。</p><p>　　流程圖的繪制步驟如下：</p><p>　　1

23、. 用細(xì)實(shí)線(0.3mm)畫出設(shè)備簡(jiǎn)單外形，設(shè)備一般按1:100或1:50的比例繪制，如某種設(shè)備過高(如精餾塔)，過大或過小，則可適當(dāng)放大或縮??；</p><p>　　2. 常用設(shè)備外形可參照?qǐng)D0-1所示，對(duì)于無示例的設(shè)備可繪出其象征性的簡(jiǎn)單外形，表明設(shè)備的特征即可；</p><p>　　3. 用粗實(shí)線(0.9mm)畫出連接設(shè)備的主要物料管線，并注出流向箭頭；</p><

24、;p>　　4. 物料平衡數(shù)據(jù)可直接在物料管道上用細(xì)實(shí)線引出并列成表；</p><p>　　5. 輔助物料管道(如冷卻水、加熱蒸汽等)，用中粗實(shí)線(0.6mm)表示；</p><p>　　6. 設(shè)備的布置原則上按流程圖由左至右，圖上一律不標(biāo)示設(shè)備的支腳、支架和平臺(tái)等，一般情況下也不標(biāo)注尺寸。</p><p>　　工藝物料的介質(zhì)代碼自行編制，一般以分子式及其編寫字

25、母表示。輔助物料如公用系統(tǒng)介質(zhì)代號(hào)規(guī)定如表0-1。</p><p>　　表0-1 輔助物料和共用系數(shù)介質(zhì)代號(hào)</p><p>　　圖上應(yīng)標(biāo)注單元設(shè)備的代號(hào)，單元設(shè)備分類代號(hào)見表0-2。</p><p>　　表0-2 單元設(shè)備分類代號(hào)</p><p>　　四、主體設(shè)備工藝條件圖</p><p>　　主體設(shè)備是指在每個(gè)

26、單元操作中處于核心地位的關(guān)鍵設(shè)備，如傳熱中的換熱器，蒸發(fā)中的蒸發(fā)器，蒸餾和吸收中的塔設(shè)備(板式塔和填料塔)，干燥中的干燥器等。一般，主體設(shè)備在不同單元操作中是不同的，即使同一設(shè)備在不同單元操作中其作用也不相同，如某一設(shè)備在某個(gè)單元操作中為主體設(shè)備，而在另一單元操作中就可變?yōu)檩o助設(shè)備。例如，換熱器在傳熱中為主體設(shè)備，而在精餾或干燥操作中就變?yōu)檩o助設(shè)備。泵、壓縮機(jī)等也有類似情況。</p><p>　　主體設(shè)備工藝條件

27、圖是將設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的計(jì)算結(jié)果用一張總圖表示出來。圖面上應(yīng)包括如下內(nèi)容:</p><p>　　1. 設(shè)備圖形 指主要尺寸(外形尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸、連接尺寸)、接管、人孔等；</p><p>　　圖0-1 流程圖設(shè)備外形圖例</p><p>　　2. 技術(shù)特性 指裝置的用途、生產(chǎn)能力、最大允許壓強(qiáng)、最高介質(zhì)溫度、介質(zhì)的毒性和爆炸危險(xiǎn)性；</p>

28、;<p>　　3. 設(shè)備組成一覽表 注明組成設(shè)備的各部件的名稱等。</p><p>　　應(yīng)予以指出，以上設(shè)計(jì)全過程統(tǒng)稱為設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)。完整的設(shè)備設(shè)計(jì)，應(yīng)在上述工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上再進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)，最后提供可供加工制造的施工圖。這一環(huán)節(jié)在高等院校的教學(xué)中，屬于化工機(jī)械專業(yè)中的專業(yè)課程，在設(shè)計(jì)部門則屬于機(jī)械設(shè)計(jì)組的職責(zé)。</p><p><b>　　第一節(jié) 概 述&

29、lt;/b></p><p>　　1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求</p><p>　　精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：</p><p>　　(１) 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)

30、，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。</p><p>　　(２) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　　(３) 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法

31、維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　(４) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　　(５) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　　(６) 塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)

32、特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。</p><p><b>　　1.2板式塔類型</b></p><p>　　氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的設(shè)計(jì)將在其他分冊(cè)中作詳細(xì)介紹，故本書將只介紹板式塔。</p><p>　　板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種

33、類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。</p><p>　　板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況

34、看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因此，本章只討論浮閥塔與篩板塔的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1.2.1篩板塔</b></p><p>　　篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　(１) 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p

35、><p>　　(２) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p><p>　　(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　(４) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。</p><p><b>　　篩板塔的缺點(diǎn)是：</b></p><p>　　(１) 塔板安裝的水

36、平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　　(２) 操作彈性較小(約2～3)。</p><p>　　(３) 小孔篩板容易堵塞。</p><p><b>　　1.2.2浮閥塔</b></p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣

37、體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國(guó)外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m，塔高可達(dá)80m，板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。</p><p>　　浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn)：

38、</p><p>　　(１) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。</p><p>　　(２) 操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。</p><p>　　(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　(４) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400～660N/

39、m2。</p><p>　　(５) 液面梯度小。 </p><p>　　(６) 使用周期長(zhǎng)。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。</p><p>　　(７) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。</p><p>　　本書雖未包括其它塔板的設(shè)計(jì)資料，但其設(shè)計(jì)的基本方法與浮閥塔和篩板塔是相同的

40、。學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)具體條件進(jìn)行板塔的選型，而不限于選用上述兩種塔板。</p><p>　　1.3精餾塔的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　本設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)階段進(jìn)行：</p><p>　　(１) 設(shè)計(jì)方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對(duì)精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。</p><p>　?。ǎ玻┱麴s塔的工藝計(jì)算，確

41、定塔高和塔徑。</p><p>　?。ǎ常┧逶O(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計(jì)算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。</p><p>　　（４）管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型，如再沸器、冷凝器。</p><p>　　(5) 抄寫說明書。</p><p>　　(6) 繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。</p>

42、<p>　　第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　2.1操作條件的確定</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式、余熱利用方案以及安全、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測(cè)量控制儀表的設(shè)置等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問題作些闡述。</p><

43、p><b>　　2.1.1操作壓力</b></p><p>　　蒸餾操作通?？稍诔?、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時(shí)，一般是

44、在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。</p><p>　　2.1.2 進(jìn)料狀態(tài)</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或

45、接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。</p><p><b>　　2.1.3加熱方式</b></p><p>　　蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大(如酒精

46、與水的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。但對(duì)有些物系(如酒精與水的二元混合液)，當(dāng)殘液的濃度稀薄時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)

47、采用直接蒸汽加熱是合適的。</p><p>　　值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表壓）。</p><p>　　飽和水蒸汽的溫度與壓力互為單值函數(shù)關(guān)系，其溫度可通過壓力調(diào)節(jié)。同時(shí)，飽和水蒸汽的冷凝潛熱較大，價(jià)格較低廉，因此通常用飽和水蒸汽作為加熱劑。但若要求加熱溫度超過

48、180℃時(shí)，應(yīng)考慮采用其它的加熱劑，如煙道氣或熱油。</p><p>　　當(dāng)采用飽和水蒸汽作為加熱劑時(shí)，選用較高的蒸汽壓力，可以提高傳熱溫度差，從而提高傳熱效率，但蒸汽壓力的提高對(duì)鍋爐提出了更高的要求。同時(shí)對(duì)于釜液的沸騰，溫度差過大，形成膜狀沸騰，反而對(duì)傳熱不利。</p><p>　　2.1.4冷卻劑與出口溫度</p><p>　　冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如

49、果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。</p><p>　　2.1.5熱能的利用</p><p&

50、gt;　　精餾過程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。</p><p>　　選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。與此同時(shí)，合理利用精餾過程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。</p><p>　　若不計(jì)進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。然而，在大

51、多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級(jí)低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。</p><p>　　此外，通過蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可以取得節(jié)能的效果。例如，采用中間再沸器和中間冷凝器的流程[1]，可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。因?yàn)樵O(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器則可回收溫度比塔頂高的熱量。 </p&g

52、t;<p>　　2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到

53、任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測(cè)生產(chǎn)過程是否正

54、常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。</p><p>　　(2) 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求</p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操

55、作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。</p><p>　　降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價(jià)廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。</p><p>　　(3)

56、 保證安全生產(chǎn)</p><p>　　例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。</p><p>　　以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。</p&

57、gt;<p>　　第三節(jié) 板式精餾塔的工藝計(jì)算</p><p>　　精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑、塔板各部分尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，塔板的布置，塔板流體力學(xué)性能的校核及繪出塔板的性能負(fù)荷圖。</p><p>　　3.1 物料衡算與操作線方程</p><p>　　通過全塔物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進(jìn)料流量、組成之間的關(guān)系。物料衡算主要解決

58、以下問題：</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)所給定的處理原料量、原料濃度及分離要求（塔頂、塔底產(chǎn)品的濃度）計(jì)算出每小時(shí)塔頂、塔底的產(chǎn)量；</p><p>　?。?）在加料熱狀態(tài)q和回流比R選定后，分別算出精餾段和提餾段的上升蒸汽量和下降液體量；</p><p>　　（3）寫出精餾段和提餾段的操作線方程，通過物料衡算可以確定精餾塔中各股物料的流量和組成情況，塔內(nèi)

59、各段的上升蒸汽量和下降液體量，為計(jì)算理論板數(shù)以及塔徑和塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)提供依據(jù)。</p><p>　　通常，原料量和產(chǎn)量都以kg/h或噸/年來表示，但在理想板計(jì)算時(shí)均須轉(zhuǎn)換為kmol/h。在設(shè)計(jì)時(shí)，汽液流量又須用m3/s來表示。因此要注意不同的場(chǎng)合應(yīng)使用不同的流量單位。</p><p><b>　　3.1.1 常規(guī)塔</b></p><p>　　常

60、規(guī)塔指僅有一處進(jìn)料和塔頂、塔底各有一個(gè)產(chǎn)品，塔釜間接蒸汽加熱的精餾塔。</p><p>　?。?）全塔總物料衡算</p><p>　　總物料F = D + W （3-1）</p><p>　　易揮發(fā)組分 FχF = DχD + WχW

61、（3-2）</p><p>　　若以塔頂易揮發(fā)組分為主要產(chǎn)品，則回收率η為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 F、D、W——分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃毫髁?，kmol/h；</p><p>　　χF、χD、χW——分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。

62、</p><p>　　由（3-1）和（3-2）式得：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　（3-5）</b></p><p><b>　?。?）操作線方程</b></p><p><b>　?。á。┚s段

63、</b></p><p>　　上升蒸汽量： （3-6）</p><p>　　下降液體量： （3-7）</p><p>　　操作線方程： （3-8）</p><p>　　或：

64、 （3-8a）</p><p>　　式中 R —— 回流比；</p><p>　　χn —— 精餾段內(nèi)第n層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率；</p><p>　　Уn+1——精餾段內(nèi)第n+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。</p><p><b>　?。áⅲ┨狃s段</b></

65、p><p>　　上升蒸汽量： （3-9）</p><p>　　或： (3-10)</p><p>　　下降液體量： （3-11）</p><p>　　操作線方程： （3-12）</p&

66、gt;<p>　　式中：χ’m—— 提餾段內(nèi)第m層板下降液體中易揮發(fā)組分摩爾分率；</p><p>　　У’m+1——提餾段內(nèi)第m+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分摩爾分率。</p><p>　　進(jìn)料線方程（ q線方程）</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　3.1.2 直接蒸汽加

67、熱</p><p>　　（1）全塔總物料衡算</p><p>　　總物料 （3-14）</p><p>　　易揮發(fā)組分 （3-15）式中 V0 ——直接加熱蒸汽的流量，kmol/h；</p><p>　　У0 ——加熱蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率，

68、一般У0=0；</p><p>　　W* ——直接蒸汽加熱時(shí)釜液流量，kmol/h；</p><p>　　χ*W——直接蒸汽加熱時(shí)釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分率。</p><p>　　由（3-14）和（3-15）式得：</p><p>　　W* = W + V0 （3-16）&l

69、t;/p><p>　?。?-17）(2) 操作線方程</p><p>　　（?。┚s段（同常規(guī)塔）</p><p><b>　　（3-18）</b></p><p>　　式中 R —— 回流比；</p><p>　　χn————精餾段內(nèi)第n層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率；</p>

70、<p>　　Уn+1————精餾段內(nèi)第n+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。</p><p><b>　?。áⅲ┨狃s段</b></p><p>　　操作線方程： （3-19）</p><p>　　與間接加熱時(shí)一樣，所不同的是間接加熱時(shí)提餾段操作線終點(diǎn)是（χW,χW），而直接蒸汽加熱時(shí)

71、，當(dāng)У′m+1=0 時(shí)，χ′m=χ*W，因此提餾段操作線與X軸相交于點(diǎn)（χ*W ，0）。</p><p>　　第四節(jié) 板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。</p><p>　　板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成

72、、溫度、壓力都不同。設(shè)計(jì)時(shí)，先選取某一塔板（例如進(jìn)料或塔頂、塔底）條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整；或分段計(jì)算，以適應(yīng)兩段的氣液相體積流量的變化，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。</p><p>　　所設(shè)計(jì)的板式塔應(yīng)為氣液接觸提供盡可能大的接觸面積，應(yīng)盡可能地減小霧沫夾帶和氣泡夾帶，有較高的塔板效率和較大的操作彈性。但是由于塔中兩相流動(dòng)情況和傳質(zhì)過程的復(fù)雜性，許多參數(shù)和塔板尺寸需

73、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來選取，而參數(shù)與尺寸之間又彼此互相影響和制約，因此設(shè)計(jì)過程中不可避免要進(jìn)行試差，計(jì)算結(jié)果也需要工程標(biāo)準(zhǔn)化?；谝陨显颍谠O(shè)計(jì)過程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計(jì)出較為滿意的板式塔。</p><p>　　4.1塔的有效高度和板間距的初選</p><p>　　4.1.1塔的有效高度</p><p>　　板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)

74、算：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　式中 Z——塔的有效高度，m；</p><p>　　ET——全塔總板效率；</p><p>　　NT ——塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；</p><p>　　HT——塔板間距，m。</p><p>　　4.

75、1.2板間距的初選</p><p>　　板間距NT的選定很重要。選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。</p><p>　　對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對(duì)塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會(huì)增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價(jià)增加。反之，采用較小的板間距，只能允許較小的空塔氣速

76、，塔徑就要增大，但塔高可降低；但是板間距過小，容易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，降低板效率。所以在選取板間距時(shí)，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。如對(duì)易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大一些，以保證塔的分離效果。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)塔徑的大小，由表4-1列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。</p><p>　　表4-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系</p><p&

77、gt;　　化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 </p><p><b>　　4.2 塔徑</b></p><p>　　塔的橫截面應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處

78、理所需面積的要求。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。</p><p>　　計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。</p><p>　　4.2.1初

79、步計(jì)算塔徑</p><p>　　板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 D —— 塔徑m；</p><p>　　Vs —— 塔內(nèi)氣體流量m3/s；</p><p>　　u —— 空塔氣速m/s。</p><

80、p>　　由式（4-2）可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為</p><p><b>　?。?-4）&l

81、t;/b></p><p>　　式中 umax——允許空塔氣速，m/s；</p><p>　　ρV，ρL——分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ；</p><p>　　C——?dú)怏w負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔可用圖4-1確定；</p><p>　　圖4-1中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面

82、張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　所以，初步估算塔徑為： （4-6）</p><p>　　其中，u——適宜的空塔速度，m/s。</p><p>　　由于精餾段、提餾段

83、的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可按塔頂?shù)谝粔K板上物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算，提餾段的塔徑可按釜中物料的有關(guān)物理參數(shù)計(jì)算。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。</p><p>　　4.2.2塔徑的圓整</p><p>　　目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在1米以上者，

84、按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm……</p><p>　　圖4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　圖中 HT——塔板間距，m； hL——板上液層高度，m；V ,L——分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； ρV，ρL ——分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 。</p><p>　　4.2.3 塔徑的核算&

85、lt;/p><p>　　塔徑標(biāo)準(zhǔn)化以后，應(yīng)重新驗(yàn)算霧沫夾帶量，必要時(shí)在此先進(jìn)行塔徑的調(diào)整，然后再?zèng)Q定塔板結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并進(jìn)行其它各項(xiàng)計(jì)算。</p><p>　　當(dāng)液量很大時(shí)，亦宜先按式4-7核查一下液體在降液管中的停留時(shí)間θ。如不符合要求，且難以加大板間距來調(diào)整時(shí)，也可在此先作塔徑的調(diào)整。</p><p>　　第五節(jié) 板式塔的結(jié)構(gòu)</p><p>

86、;　　5.1 塔的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。</p><p>　　板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。如圖5-1為一板式塔的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

87、。一般說來，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有10～15min的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來的蒸氣，塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸

88、汽。另外，進(jìn)料板的板間距也比一般間距大。 </p><p>　　5.2 塔體總高度 </p><p>　　板式塔的塔高如圖5-2所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： </p><p>　　(5-1)式中 HD——塔頂空

89、間，m；</p><p>　　HB——塔底空間，m；</p><p>　　HT——塔板間距，m；</p><p>　　HT’——開有人孔的塔板間距，m； </p><p>　　HF——進(jìn)料段高度，m； </p><p>　　Np——實(shí)際塔板數(shù)；</p><p>　　S

90、——人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。</p><p>　　5.2.1塔頂空間HD </p><p>　　塔頂空間（見圖5-2）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取HD為（ 1.5～2.0）HT。若圖5-2 塔高示意圖需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間

91、。</p><p><b>　　5.2.2人孔數(shù)目</b></p><p>　　人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對(duì)于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔8～10塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔；對(duì)于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔4～6塊塔板開一個(gè)人孔。人孔直徑通常為450mm。</p><p>　　圖5-1 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p&g

92、t;<p>　　5.2.3塔底空間HB</p><p>　　塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當(dāng)進(jìn)料有15分鐘緩沖時(shí)間的容量時(shí)，塔底產(chǎn)品的停留時(shí)間可取3～5分鐘，否則需有10～15分鐘的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時(shí)，塔底容量可取小些，停留時(shí)間可取3～5分鐘；對(duì)易結(jié)焦的物料，停留時(shí)間應(yīng)短些，一般取1～1.5分鐘。</p><p>　　5.3

93、 塔板結(jié)構(gòu) </p><p>　　塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300～900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800～900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體情況選定。<

94、/p><p>　　5.3.1整塊式塔板結(jié)構(gòu)</p><p>　　小塔的塔板均做成整塊式的，相應(yīng)地，塔體則分成若干段塔節(jié)，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。每個(gè)塔節(jié)中安裝若干塊疊置起來的塔板。塔板與塔板之間用一段管子支承，并保持所需要的板間距。圖5-3為整塊式塔板中的定距管式塔板結(jié)構(gòu)。塔節(jié)內(nèi)的板數(shù)與塔徑和板間距有關(guān)。如以塔徑Dg=600～700mm的塔節(jié)為例，對(duì)應(yīng)于不同的板間距， 圖5-2 板式

95、塔的塔高 </p><p>　　塔節(jié)內(nèi)安裝的塔板數(shù)NˊF塔板與下法蘭端面的距離h1以及塔節(jié)高度L如表5-1所示。</p><p>　　表5-1 塔板的有關(guān)尺寸</p><p>　　第六節(jié) 精餾裝置的附屬設(shè)備</p><p>　　精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四

96、種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。下面簡(jiǎn)要介紹。</p><p><b>　　6.1 回流冷凝器</b></p><p>　　按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強(qiáng)制循環(huán)式。</p><p><b>　?。?）整體式</b></p><p>　　如圖6-1(a)

97、和(b)所示。將冷凝器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點(diǎn)是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點(diǎn)是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維修，當(dāng)需用閥門、流量計(jì)來調(diào)節(jié)時(shí)，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導(dǎo)致塔體過高。</p><p>　　該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場(chǎng)合。</p><p>　　圖6-1 冷凝器的型式</p><p><b>　?。?）自流式</

98、b></p><p>　　如圖6-1（c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺(tái)架上，靠改變臺(tái)架的高度來獲得回流和采出所需的位差。</p><p><b>　?。?）強(qiáng)制循環(huán)式</b></p><p>　　如圖6-1（D）、（e）所示。當(dāng)冷凝器換熱面過大時(shí)，裝在塔頂附近對(duì)造價(jià)和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。&

99、lt;/p><p>　　需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因?yàn)榕P式的冷凝液膜較薄，故對(duì)流傳熱系數(shù)較大，且臥式便于安裝和維修。</p><p>　　6.2 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型</p><p>　　管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型的核心是計(jì)算換熱器的傳熱面積，進(jìn)而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號(hào)。</p><p>　　6.2.1流體流動(dòng)阻

100、力（壓強(qiáng)降）的計(jì)算</p><p>　?。?）管程流動(dòng)阻力 </p><p>　　管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對(duì)于多程換熱器，其阻力ΣΔpi等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。一般情況下進(jìn)、出口阻力可忽略不計(jì)，故管程總阻力的計(jì)算式為</p><p><b>　　(6-1)</b></p><p>　　式中

101、 ΔP1、ΔP2——分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，Pa；</p><p>　　Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，對(duì)Φ25mm×2.5mm的管子取1.4；對(duì)Φ19mm×2mm的管子取1.5；</p><p><b>　　NP——管程數(shù)；</b></p><p>　　Ns——串聯(lián)的殼程數(shù)。</p><p&g

102、t;　　上式中直管壓強(qiáng)降ΔP1可按第一章中介紹的公式計(jì)算；回彎管的壓強(qiáng)降ΔP2由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即</p><p><b>　　(6-2)</b></p><p><b>　?。?）殼程流動(dòng)阻力</b></p><p>　　殼程流動(dòng)阻力的計(jì)算公式很多，在此介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)降ΔP0的公式，即</p>

103、<p><b>　　(6-3)</b></p><p>　　式中 ΔP1’——流體橫過管束的壓強(qiáng)降，Pa；</p><p>　　ΔP2’——流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降，Pa；</p><p>　　FS——?dú)こ虊簭?qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取1.15，氣體可取1.0。</p><p><b>　　(6-

104、4)</b></p><p>　　式中 F——管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)，對(duì)正三角形排列F=0.5，對(duì)轉(zhuǎn)角三角形為0.4，正方形為0.3；</p><p>　　f0——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)；</p><p>　　Nc ——橫過管束中心線的管子數(shù)；Nc值可由下式估算：</p><p>　　管子按正三角形排列：

105、 (6-5)</p><p>　　管子按正方形排列： (6-6)</p><p>　　式中 n——換熱器總管數(shù)。</p><p>　　NB——折流擋板數(shù)；</p><p>　　h——折流擋板間距； </p><p&g

106、t;　　u0——按殼程流通截面積A0計(jì)算的流速，m/s，而A0=h(D-ncd0)。</p><p>　　6.2.2管殼式換熱器的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟</p><p>　　(1)計(jì)算并初選設(shè)備規(guī)格</p><p>　　a．確定流體在換熱器中的流動(dòng)途徑</p><p>　　b．根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)算熱負(fù)荷Q。</p><p>　

107、　c．確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計(jì)算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。</p><p>　　d．計(jì)算平均溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。</p><p>　　e．依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇總傳熱系數(shù)K值。</p><p>　　f．由總傳熱速率方程Q = KSΔtm，初步計(jì)算出傳熱面積

108、S，并確定換熱器的基本尺寸（如D、L、n及管子在管板上的排列等），或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格。</p><p>　　（2）計(jì)算管程、殼程壓強(qiáng)降</p><p>　　根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管程、殼程流體的流速和壓強(qiáng)降。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，在確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。</p>&l

109、t;p>　　（3）核算總傳熱系數(shù)</p><p>　　計(jì)算管程、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻Rsi和Rso，在計(jì)算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設(shè)值和計(jì)算值，若K’ /K=1.15～1.25，則初選的換熱器合適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計(jì)算步驟。</p><p><b>　　6.3 再沸器</b></p><p>　　精餾塔底的再沸器可分為

110、：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強(qiáng)制循環(huán)再沸器。</p><p><b>　?。?）釜式式再沸器</b></p><p>　　如圖6-2（a）和（b）所示。（a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進(jìn)入底液池中，再進(jìn)入再沸器的管際空間被加熱而部分汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與

111、垂直塔板之間的空間至少停留8～10分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對(duì)于小設(shè)備，管束上方至少有300mm高的分離空間，對(duì)于大設(shè)備，取再沸器殼徑為管束直徑的1.3～1.6倍。</p><p>　?。╞）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。</p><p>　?。?）熱虹吸式再沸

112、器</p><p>　　如圖6-2（c）、（D）、（e）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動(dòng)從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再沸器汽化率不大于40%，否則傳熱不良。</p><p>　　（3）強(qiáng)制循環(huán)再沸器</p><p>　　如圖6-2中（f）所示。對(duì)于高粘度液體和熱敏性氣體

113、，宜用泵強(qiáng)制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時(shí)間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。</p><p>　　原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計(jì)算。 </p><p>　　圖6-2 再沸器的型式</p><p><b>　　6.4接管直徑</b></p><p>

114、;　　各接管直徑由流體速度及其流量，按連續(xù)性方程決定，即：</p><p>　?。?-7）式中：VS——流體體積流量，m3/ s；</p><p>　　u——流體流速，m/ s；</p><p>　　d——管子直徑，m。</p><p>　?。?）塔頂蒸氣出口管徑DV

115、 </p><p>　　蒸氣出口管中的允許氣速UV應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表6-1。</p><p>　　表6-1 蒸氣出口管中允許氣速參照表</p><p>　　（2）回流液管徑DR</p><p>　　冷凝器安裝在塔頂時(shí)，冷凝液靠重力回流，一般流速為0.2～0.5m/s，速度太大，則冷凝器的高度也相應(yīng)增

116、加。用泵回流時(shí)，速度可取1.5～2.5m/s。 </p><p><b>　?。?）進(jìn)料管徑dF</b></p><p>　　料液由高位槽進(jìn)塔時(shí)，料液流速取0.4～0.8m/s。由泵輸送時(shí)，流速取為1.5～2.5 m/s。</p><p>　?。?）釜液排除管徑dW</p><

117、p>　　釜液流出的速度一般取0.5～1.0m/s。</p><p><b>　?。?）飽和水蒸氣管</b></p><p>　　飽和水蒸氣壓力在295kPa（表壓）以下時(shí)，蒸氣在管中流速取為20～40m/s；表壓在785 kPa以下時(shí)，流速取為40～60m/s；表壓在2950 kPa以上時(shí)，流速取為80m/s。</p><p>　　6.4

118、加熱蒸氣鼓泡管</p><p>　　加熱蒸氣鼓泡管（又叫蒸氣噴出器）若精餾塔采用直接蒸氣加熱時(shí)，在塔釜中要裝開孔的蒸氣鼓泡管。使加熱蒸氣能均勻分布與釜液中。其結(jié)構(gòu)為一環(huán)式蒸氣管，管子上適當(dāng)?shù)拈_一些小孔。當(dāng)小孔直徑小時(shí)，汽泡分布的更均勻。但太小不僅增加阻力損失，而且容易堵塞。其孔直徑一般為5～10mm，孔距為孔徑的5～10倍。小孔總面積為鼓泡管橫截面積的1.2～1.5倍，管內(nèi)蒸氣速度為20～25m/s。加熱蒸氣管距