乙醇水混合液浮閥精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　河 西 學(xué) 院</b></p><p>　　Hexi University</p><p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目: 乙醇-水混合液浮閥精餾塔設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院: 化學(xué)化工學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè): 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué) 號(hào): 2014210035 </p><p>　　姓 名: 張苗 </p><p>　　指導(dǎo)教師: 魏玉娟

3、 </p><p>　　2016 年 11 月 29日 </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　乙醇—水混合液篩板(浮閥)精餾塔設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p>

4、<p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　生產(chǎn)能力 100000 噸/年，（進(jìn)料量） t/h</p><p>　　操作周期 小時(shí)/年（年工作330天檢修一月）</p><p>　　進(jìn)料組成 30% （乙醇質(zhì)量分率，下同）</p><p>　　塔頂產(chǎn)品組成 ≥94%（乙

5、醇）</p><p>　　塔底產(chǎn)品組成 ≤0.5%（乙醇）</p><p>　　單板壓降 ≤700Pa </p><p><b>　　2.操作條件</b></p><p>　　操作壓力 塔頂4kPa (表壓) </p><p>　　進(jìn)料熱狀態(tài) 自選 （料液初溫20℃） </p&g

6、t;<p>　　加熱蒸汽 0.25MPa (表壓) </p><p>　　3.設(shè)備型式 篩板或浮閥塔板 </p><p>　　4.廠址 山東地區(qū) </p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明</p><p>

7、<b>　　2.塔的工藝計(jì)算</b></p><p>　　3.主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）塔徑、塔高及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　?。?）塔板的流體力學(xué)校核</p><p>　　（3）塔板的負(fù)荷性能圖</p><p>　?。?）總塔高、總壓降及接管尺寸的確定</

8、p><p>　　4.輔助設(shè)備選型與計(jì)算</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　6.繪制生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔設(shè)計(jì)條件圖</p><p><b>　　7.設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p><p><b>　　目 錄</b></

9、p><p><b>　　摘要：1</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用1</p><p>　　1.2 精餾塔對(duì)設(shè)備的要求1</p><p>　　1.3 常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型2</p

10、><p>　　1.4 本設(shè)計(jì)所選塔的特性2</p><p>　　1.5 流程的確定和說(shuō)明2</p><p><b>　　2塔的工藝設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　2.1 精餾塔全塔物料衡算3</p><p>　　2.2 溫度的計(jì)算3</p><p>　　2.3 密

11、度的計(jì)算4</p><p>　　2.4 液體的平均表面張力的計(jì)算6</p><p>　　2.5 混合物黏度的計(jì)算7</p><p>　　2.6 相對(duì)揮發(fā)度8</p><p>　　2.7 氣、液相體積流量計(jì)算8</p><p>　　2.8 理論板數(shù)NT的計(jì)算以及實(shí)際板數(shù)的確定10</p><

12、;p>　　2.9 塔經(jīng)的初步設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.10溢流裝置13</p><p>　　2.10.1 堰長(zhǎng)13</p><p>　　2.10.2 溢流堰高度：13</p><p>　　2.10.3弓形降液管的寬度和橫截面14</p><p>　　2.10.4降液管底隙高度：14</p

13、><p>　　2.11塔板布置及浮閥數(shù)目與排列14</p><p>　　2.11.1塔板分布14</p><p>　　2.11.2浮閥數(shù)目與排列15</p><p>　　3塔板的流體力學(xué)計(jì)算17</p><p>　　3.1氣相通過(guò)浮閥塔板壓降17</p><p><b>　　3.

14、2淹塔17</b></p><p>　　3.3 物沫夾帶線19</p><p>　　3.4 塔板的負(fù)荷性能圖20</p><p>　　3.4.1 物沫夾帶線20</p><p>　　3.4.2液泛線20</p><p>　　3.4.3 液相負(fù)荷上限21</p><p>　

15、　3.4.4 漏液線21</p><p>　　3.4.5 液相負(fù)荷下限21</p><p>　　4浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果23</p><p>　　5 塔附件設(shè)計(jì)24</p><p><b>　　5.1 接管24</b></p><p>　　5.1.1進(jìn)料管24</p>&

16、lt;p>　　5.1.2回流管24</p><p>　　5.1.3塔釜出料管25</p><p>　　5.1.4塔頂蒸氣出料管25</p><p>　　5.1.5塔釜進(jìn)氣管25</p><p>　　5.1.6法蘭[4]25</p><p>　　5.2 筒體與封頭25</p><p&

17、gt;　　5.2.1筒體25</p><p>　　5.3 除沫器26</p><p><b>　　5.4 裙座26</b></p><p><b>　　5.5吊柱26</b></p><p><b>　　5.6 人孔26</b></p><p>

18、;　　5.7塔高計(jì)算27</p><p>　　5.8冷凝器的選擇27</p><p>　　5.8.1熱負(fù)荷27</p><p>　　5.8.2 冷卻水的用量27</p><p>　　5.8.3平均溫差27</p><p>　　5.8.4換熱系數(shù)28</p><p>　　5.8.5換熱

19、面積28</p><p>　　5.9 再沸器的選擇28</p><p>　　5.9.1熱負(fù)荷28</p><p>　　5.9.2加熱蒸氣用量28</p><p>　　5.9.3平均溫差28</p><p>　　5.9.4換熱系數(shù)28</p><p>　　5.9.5換熱面積28<

20、;/p><p><b>　　6 總結(jié)29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn):29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p>　　乙醇-水溶液浮閥精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　張苗<

21、/b></p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)是以乙醇-水的物系為設(shè)計(jì)物系，以浮閥塔為精餾設(shè)備分離乙醇和水。浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系乙醇-水的精餾問(wèn)題展開(kāi)。通過(guò)圖解法得出理論板數(shù)為11塊，回流比為3.78，算出塔板效率42.3%，實(shí)際板數(shù)為26塊，進(jìn)料位置為第11塊，在浮閥塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出：塔徑2米，總塔高19.9米，每層浮閥數(shù)目為300個(gè)。通過(guò)浮閥塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，

22、證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還對(duì)精餾塔的輔助設(shè)備進(jìn)行了選型計(jì)算。本次設(shè)計(jì)過(guò)程正常，操作合適。</p><p>　　關(guān)鍵詞：乙醇 水 連續(xù)精餾 浮閥塔</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1 精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾柱及精餾塔中精餾

23、時(shí)，汽化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾出液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的B物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的A物質(zhì)，精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純的低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。</p><p>　　1.2 精餾塔對(duì)設(shè)備的要求</p><p>　　精餾設(shè)備及其所用的設(shè)備之間相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，其核

24、心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和浮閥塔兩類，通稱為塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過(guò)程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： </p><p>　?、?生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。 </p><p>　?、?效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 </p><p>　　③ 流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小

25、，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 </p><p>　　④ 有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 </p><p>　?、?結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 </p><p>　　⑥ 能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。</p><p>　　

26、1.3 常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型</p><p>　　常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。 </p><p>　　浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便；塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大等。</p><p>　　1.4 本設(shè)計(jì)所選塔的特性<

27、/p><p><b>　　浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是：</b></p><p>　　① 生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥的安排比較緊湊，其開(kāi)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>

28、<p>　?、?塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，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>　?、?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><

29、p>　　但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼制成，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。近幾十年來(lái)，人們對(duì)浮閥塔的研究越來(lái)越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。</p><p>　　1.5 流程的確定和說(shuō)明</p><p>

30、;　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-水溶液的混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開(kāi)了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液

31、態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。</p><p><b>　　2塔的工藝設(shè)計(jì)</b></p>

32、<p>　　2.1 精餾塔全塔物料衡算</p><p>　　F:進(jìn)料量 ：進(jìn)料組成 </p><p>　　D:塔頂產(chǎn)品流量 塔頂組成</p><p>　　W：塔底殘液流量 ：塔底組成 </p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量 M乙=46</p><p

33、>　　水的摩爾質(zhì)量 M水=18</p><p><b>　　==14.36%</b></p><p><b>　　==85.98%</b></p><p><b>　　==0.19%</b></p><p>　　進(jìn)料量F==0.1752</p>&l

34、t;p>　　總物料衡算 F=D+W 0.1752=D+W</p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算 F=D+W 0.1752×14.36=85.98D+0.19W</p><p>　　聯(lián)立求解得 D=0.0289 W=0.1436</p><p&g

35、t;<b>　　2.2 溫度的計(jì)算</b></p><p>　　表1 常壓下乙醇—水氣液平衡與溫度的關(guān)系[5]</p><p>　　利用上表1中的數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 </p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　得 </b></p>

36、<p>　　： 得 </p><p>　　精餾段平均溫度：=℃</p><p>　　提餾段平均溫度：=℃</p><p><b>　　2.3 密度的計(jì)算</b></p><p>　　已知：混合液密度(α為質(zhì)量分率，為平均相對(duì)分子質(zhì)量），不同溫度下醇和水的密度見(jiàn)下表</p>&

37、lt;p><b>　　混合氣密度：</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　=81.47℃</b></p><p>　　液相組成：, </p><p>　　氣相組成， </p><p&

38、gt;　　所以 =46×0.3299+18×(1－0.3299)=27.24</p><p>　　=46×0.5933+18×(1－0.5933)=34.61</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　℃</b></p><p&

39、gt;　　液相組成： </p><p>　　氣相組成： </p><p>　　所以 =46×0.0464+18(1－0.0464)=19.30</p><p>　　=46×0.2832＋18(1-0.2832)=25.93</p><p>　　表2同溫度下乙醇和水的密度[3]</p

40、><p>　　求得在與下的乙醇和水的密度</p><p><b>　　℃ </b></p><p>　　， )</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　)</b></p><p><

41、b>　　)</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　液相密度: </b></p><p>　　解得 (kg/)</p><p><b>　　氣相密度:)</b></p><p&g

42、t;<b>　　提餾段</b></p><p><b>　　液相密度:</b></p><p>　　解得 (kg/)</p><p><b>　　氣相密度:)</b></p><p>　　2.4 液體的平均表面張力的計(jì)算</p><p&

43、gt;　　不同溫度下乙醇和水的表面張力見(jiàn)表3，二元有機(jī)物乙醇—水溶液表面張力可用下列公式計(jì)算。</p><p>　　表3 乙醇和水不同溫度下的表面張力[3]</p><p><b>　　進(jìn)料液：</b></p><p><b>　　塔頂液：</b></p><p><b>　　塔底液：&

44、lt;/b></p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　提餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　2.5 混合物黏度的計(jì)算 </p><p>　　表4 不同溫度下乙醇和水的粘度[3]</p><p><b>　　精餾段</b></p&

45、gt;<p>　　℃ 由插值法求得</p><p>　　=0.485×0.3299+0.352×（1－0.3299）=0.3959</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　℃ 由插值法求得</b></p><p>　　=0.41

46、4×0.0464+0.313×（1－0.0464）=0.3177(mpa s)</p><p><b>　　2.6 相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b>　　精餾段相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b&

47、gt;　　提餾段相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　2.7 氣、液相體積流量計(jì)算</p><p><b>　　相對(duì)揮發(fā)度：</b></p><p><b>　　由表1中數(shù)據(jù)得：</b></p><p&g

48、t;<b>　　平均揮發(fā)度:</b></p><p><b>　　相平衡方程:</b></p><p>　　選擇泡點(diǎn)進(jìn)料， 將其代入平衡方程得</p><p><b>　　故最小回流比：</b></p><p><b>　　取操作回流比：</b><

49、/p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　L=RD=3.78×0.0289=0.1092(kmol/s)</p><p>　　V=L+D=0.1092+0.0289=0.1381(kmol/s)</p><p><b>　　已知： ，</b></p><

50、;p><b>　　則有流量質(zhì)量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以q=1。</p><p><b>　　已知：</b></p&

51、gt;<p><b>　　質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p>　　2.8 理論板數(shù)NT的計(jì)算以及實(shí)際板數(shù)的確定</p><p>　　由上面計(jì)算得操作線方程：</p><p><b>　　精餾段：</b></p&

52、gt;<p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　則得氣液相平衡關(guān)系為表5：</p><p>　　表5 氣液相平衡關(guān)系</p><p>　　用軟件做出氣液平衡關(guān)系圖，做出操作線方程圖。再在圖上做操作線由點(diǎn)（0.8598,0.85

53、98）起平衡線與操作線間畫(huà)階梯，過(guò)精餾段操作線與q線交點(diǎn)，直到階梯與操作線交點(diǎn)小于0.0019為止。由此得到理論板11塊（不包括再沸器），加料板為第5塊理論板。</p><p>　　圖1 理論塔板數(shù)的圖解</p><p><b>　　實(shí)際理論板層數(shù)</b></p><p>　　總板效率可用奧康奈爾公式計(jì)算</p><p&

54、gt;<b>　　精餾段</b></p><p><b>　　已知：，</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　已知：</b></p><p>　　全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：</p><p><

55、;b>　　全塔效率：</b></p><p>　　2.9 塔經(jīng)的初步設(shè)計(jì)</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　由u=(0.6~0.8)×umax 式中C可圖2查出</p><p>　　圖2 史密斯關(guān)聯(lián)圖[1]</p><p>&

56、lt;b>　　橫坐標(biāo)數(shù)值：</b></p><p><b>　　取板間距[1]：</b></p><p><b>　　查圖可知</b></p><p>　　橫截面積：AT=0.785×22=2.834(m2)</p><p><b>　　空塔氣速：</b&

57、gt;</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　橫坐標(biāo)數(shù)值：</b></p><p><b>　　取板間距[1]：</b></p><p><b>　　查圖可知：</b></p><p><b

58、>　　圓整D2=2m</b></p><p>　　橫截面積：AT=0.785×22=2.834(m2)</p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　2.10溢流裝置</b></p><p>　　因塔徑為D=1.9m，可選用單溢流弓形降液管，

59、采用凹形受液盤(pán)[2]，各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p><b>　　2.10.1 堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　取，即：</b></p><p>　　2.10.2 溢流堰高度：</p><p><b>　　由公式計(jì)算。</b></p><p>

60、　　本設(shè)計(jì)選用平直堰[2]，堰上液層高度由下式計(jì)算，</p><p>　　即： 近似取 </p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　2.10.3弓形降液管的寬度和橫截面</p><p>　　由查弓形

61、降液管圖（的范圍) [2]</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　降液管內(nèi)停留時(shí)間：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>&

62、lt;b>　　提餾段：</b></p><p>　　停留時(shí)間，故降液管可使用。[1]</p><p>　　2.10.4降液管底隙高度：</p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　取降液管底隙的流速[2]</p><p><b>　　則:</b

63、></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　，則</b></p><p>　　要保證不會(huì)堵塞，一般不低于，故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　2.11塔板布置及浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　2.11.1塔板分布</

64、p><p>　　本設(shè)計(jì)塔徑D=2m，采用分塊式塔板[1]，由表7可知分為5塊，以便通過(guò)人孔裝拆塔板。</p><p>　　表6 板分塊數(shù)與塔徑的關(guān)系[2]</p><p>　　2.11.2浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　取閥孔動(dòng)能因子，用下式求孔速&

65、lt;/p><p>　　每層塔板上浮閥數(shù)目為：</p><p>　　取邊緣寬度：[2] 破沫區(qū)寬度： [2]</p><p>　　降液管寬度： 塔徑：</p><p>　　計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即：</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　浮閥

66、排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距t=75mm</p><p><b>　　則排間距：</b></p><p>　　考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用43mm，而應(yīng)小些，故取t’=40mm, 以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)為個(gè)300個(gè)</p><p>　　按

67、N=300重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)</p><p>　　閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大</p><p><b>　　塔板開(kāi)孔率=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　取閥孔動(dòng)能因子，用下式求孔速</p><p>　　每層塔板上浮閥數(shù)目為：<

68、/p><p>　　取邊緣寬度： 破沫區(qū)寬度： </p><p>　　降液管寬度： 塔徑：</p><p>　　按t=75mm則排間距：</p><p>　　取，排得閥數(shù)為260塊</p><p>　　按N=260塊重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)</p><p>　　閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9

69、-13范圍內(nèi)</p><p><b>　　塔板開(kāi)孔率=</b></p><p>　　3塔板的流體力學(xué)計(jì)算</p><p>　　3.1氣相通過(guò)浮閥塔板壓降 </p><p><b>　　可根據(jù)計(jì)算</b></p><p><b>　　精餾段</b><

70、/p><p><b>　　干板阻力：</b></p><p><b>　　因，故</b></p><p>　　板上充氣液層阻力：取，[2]</p><p>　　液體表面張力所造成的阻力：</p><p>　　此阻力較小，可忽略不計(jì)因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?lt;/p

71、><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　干板阻力：</b></p><p><b>　　因，故</b></p><p>　　板上充氣液層阻力：取 </p><p>　　液體表面張力所造成的阻力：</p><p&g

72、t;　　此阻力較小，可忽略不計(jì)因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?lt;/p><p><b>　　3.2淹塔</b></p><p>　　為防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度。[2]</p><p><b>　　，其中</b></p><p><b>　　精餾段 </b>

73、;</p><p>　　單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊后w高度：</p><p>　　液體通過(guò)液體降液管的壓頭損失：</p><p><b>　　板上液層高度：</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　取[2]，選定，</b&

74、gt;</p><p><b>　　則</b></p><p>　　可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求。[1] </p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊后w高度：</p><p&

75、gt;　　液體通過(guò)液體降液管的壓頭損失：</p><p><b>　　板上液層高度：</b></p><p><b>　　則： 取，選定，</b></p><p>　　可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求。</p><p><b>　　3.3 物沫夾帶線</b></p>

76、<p>　　圖3 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖[1]</p><p><b>　　泛點(diǎn)率　　</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率= </b></p><p><b>　　其中由圖3查得。</b></p><p><b>　　精餾段：</b><

77、/p><p><b>　　板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　板上液流面積：</b></p><p>　　查物性系數(shù)：由于乙醇-水為無(wú)泡沫，正常系統(tǒng)則 [2]，查得[2]：</p><p><b>　　泛點(diǎn)率：</b></p><p>&

78、lt;b>　　泛點(diǎn)率：</b></p><p>　　對(duì)于大塔，為了避免過(guò)量的物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%。[1]因此符合。</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　查物性系數(shù)：由于乙醇-水為無(wú)泡沫，正常系統(tǒng)則，查得： </p><p><b>　　泛點(diǎn)率：<

79、;/b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率：</b></p><p>　　由計(jì)算可知，泛點(diǎn)率不丑超過(guò)80%。因此符合要求</p><p>　　3.4 塔板的負(fù)荷性能圖</p><p>　　3.4.1 物沫夾帶線</p><p><b>　　精餾段：</b></p

80、><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p>　　可做出精餾段、提餾段中的物沫夾帶線（1）。</p><p><b>　　3.4.2液泛線<

81、/b></p><p>　　，由此確定液泛線忽略。</p><p><b>　　而</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　做出精餾段、提餾段中的液泛線（2

82、）。</p><p>　　3.4.3 液相負(fù)荷上限 </p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3~5s。[2]</p><p>　　以5s作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　由此可做出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上

83、限線（3）。</p><p>　　3.4.4 漏液線 </p><p>　　以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)[2] </p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　由上可做出精餾段、提餾段的漏液線（4）。</

84、p><p>　　3.4.5 液相負(fù)荷下限 </p><p>　　取堰上液層高度[2]作為液相負(fù)荷下限條件作為液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。</p><p><b>　　取</b></p><p>　　由上可做出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線（5）。</p><p>　　由以上⑴-

85、⑸做出塔板負(fù)荷性能圖如下：</p><p>　　圖4 精餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　塔板負(fù)荷能圖可以看出：任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制；按照固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，所以，操作彈性=</p><p>　　圖5 提餾段塔板負(fù)荷性能圖&

86、lt;/p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：任務(wù)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制；按照固定的液氣比，由圖7查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，所以，操作彈性=</p><p>　　4浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　表7 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><

87、;p><b>　　5 塔附件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1 接管</b></p><p><b>　　5.1.1進(jìn)料管</b></p><p>　　采用直管進(jìn)料，管徑計(jì)算：</p><p><b>　　取 </b></p&g

88、t;<p>　　則選擇進(jìn)料管道推薦尺寸取。[2]</p><p><b>　　5.1.2回流管</b></p><p>　　采用直管回流管取，則：</p><p>　　則選擇回流管道推薦尺寸取。[2]</p><p>　　5.1.3塔釜出料管 </p><p><b>　　

89、取 ，直管出料，</b></p><p>　　則選擇塔釜出料管道推薦尺寸取。[2]</p><p>　　5.1.4塔頂蒸氣出料管</p><p>　　直管出氣，取出口氣速，</p><p>　　則選擇塔頂蒸汽出料管道推薦尺寸取。[2]</p><p>　　5.1.5塔釜進(jìn)氣管</p><

90、p><b>　　采用直管，取，</b></p><p>　　則選擇塔釜進(jìn)氣管道推薦尺寸取。[2]</p><p>　　5.1.6法蘭[4]</p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)的法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN80 HG 5010&l

91、t;/p><p>　?、诨亓鞴芙庸芊ㄌm：PN6DN80 HG 5010</p><p>　　③塔釜出料管法蘭：PN6DN80 HG 5010</p><p>　　塔頂蒸汽管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p>　?、菟羝M(jìn)氣法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p><b>　　

92、5.2 筒體與封頭</b></p><p><b>　　5.2.1筒體</b></p><p>　　壁厚選6mm，所用材質(zhì)為5.2.2封頭</p><p>　　封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑 ，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積。選用封頭,。[4]</p><p>&

93、lt;b>　　5.3 除沫器</b></p><p>　　當(dāng)空塔氣速較大時(shí)，塔頂物沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出現(xiàn)較嚴(yán)重的物沫夾帶情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用的除沫器有：折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、質(zhì)量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b&

94、gt;　　設(shè)計(jì)氣速選取：</b></p><p><b>　　除沫器直徑：</b></p><p><b>　　選取不銹鋼除沫器：</b></p><p>　　類型：標(biāo)準(zhǔn)型，規(guī)格：40~100，材料：不銹鋼絲（1Gr18Ni9），絲網(wǎng)尺寸：圓絲Ø0.23[2]。</p><p>

95、;<b>　　5.4 裙座</b></p><p>　　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>，故裙座壁厚取。</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：</

96、b></p><p>　　圓整：，；基礎(chǔ)環(huán)厚度；考慮到腐蝕余量??；考慮到再沸器，裙座高度取，地角螺栓直徑取M30[2]。</p><p><b>　　5.5吊柱</b></p><p>　　對(duì)于較高的室內(nèi)無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般15米以上的塔物設(shè)吊柱。本設(shè)計(jì)中塔高度大

97、，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)D=2000mm,可選用吊柱500kg。S=1000mm,L=3400mm,H=1000mm。材料為A3[2]。</p><p><b>　　5.6 人孔</b></p><p>　　人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處板間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求。本塔共26塊塔板，

98、需設(shè)3個(gè)人孔，孔徑為。板間距為450mm，裙座上應(yīng)開(kāi)一個(gè)人孔，直徑為450mm。人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需磨圓。人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同[2]。</p><p><b>　　5.7塔高計(jì)算</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提

99、餾段：</b></p><p>　　進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其孔徑為。</p><p><b>　　故精餾塔高度為：</b></p><p><b>　　5.8冷凝器的選擇</b></p><p><b>　　5.8.1熱負(fù)荷</b></p><p&

100、gt;<b>　　塔頂溫度 </b></p><p><b>　　查得 </b></p><p><b>　　平均汽化潛熱為：</b></p><p>　　5.8.2 冷卻水的用量</p><p>　　取冷卻水的進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為40℃。[2]</p>

101、<p><b>　　水的比熱容為，則：</b></p><p><b>　　5.8.3平均溫差</b></p><p><b>　　5.8.4換熱系數(shù)</b></p><p><b>　　5.8.5換熱面積</b></p><p>　　5.9

102、 再沸器的選擇</p><p><b>　　5.9.1熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　塔底溫度 </b></p><p>　　5.9.2加熱蒸氣用量</p><p>　　選用（表壓）[2]的飽和蒸汽加熱，溫度為 </p><p>　　考慮到10%的熱損失，&l

103、t;/p><p><b>　　5.9.3平均溫差</b></p><p><b>　　5.9.4換熱系數(shù)</b></p><p><b>　　5.9.5換熱面積</b></p><p>　　考慮到10%熱損失，</p><p><b>　　6 總結(jié)

104、 </b></p><p>　　經(jīng)過(guò)十余天的奮戰(zhàn)，我終于完成了一個(gè)課題設(shè)計(jì)，這幾天我過(guò)的很充實(shí)，是我大學(xué)里最充實(shí)的生活，看著自己的勞動(dòng)成果，心里有種說(shuō)不出的感覺(jué)。畢竟自己的努力還算有所回報(bào)，我為自己的努力感到自豪，當(dāng)然我也認(rèn)識(shí)到了自己學(xué)習(xí)中的不足，看到了自己在運(yùn)用知識(shí)方面欠缺,化工CAD的運(yùn)用方面是不怎么熟練的,估計(jì)圖也就剛剛達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　我想說(shuō)：為完成這次課

105、程設(shè)計(jì)我們確實(shí)很辛苦，但苦中仍有樂(lè)。我們一邊忙著復(fù)習(xí)備考，一邊還要做課程設(shè)計(jì)，時(shí)間對(duì)我們來(lái)說(shuō)一下子變得很寶貴，真是恨不得睡覺(jué)的時(shí)間也拿來(lái)用了。當(dāng)自己越過(guò)一個(gè)又一個(gè)難題時(shí)，笑容在臉上綻放。當(dāng)我看到設(shè)計(jì)終于完成的時(shí)候，我樂(lè)了。對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我不僅鞏固了課本的知識(shí)，還學(xué)到了許許多多其他的知識(shí)。我知道了每一個(gè)課程之間是融會(huì)貫通的，在化工原理的課程設(shè)計(jì)中也用到了機(jī)械基礎(chǔ)的知識(shí)，但是在這方面我

106、學(xué)的不是很好，于是就要重新翻書(shū)來(lái)確定自己的一些設(shè)計(jì)是否正確。當(dāng)我遇到電腦上的難題時(shí)，很感謝我的舍友和我的同學(xué)，是他們給了我無(wú)盡的幫助。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！</p><p>　　當(dāng)然

107、我的設(shè)計(jì)肯定有不足之處，希望老師批評(píng)指正，下次一定會(huì)做得更好。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　[1] 夏清, 賈紹義. 化工原理(下冊(cè))[M] . 天津大學(xué)出版社, 2012. </p><p>　　[2] 馬江權(quán), 冷一欣. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M] . 中國(guó)石化出版社, 2011. </p>

108、<p>　　[3] 劉光啟, 馬連湘, 劉杰. 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè), 有機(jī)卷[M] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. </p><p>　　[4] 潘紅良. 過(guò)程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M] . 華東理工大學(xué)出版社, 2005. </p><p>　　[5] 華南化工學(xué)院化工原理教研組. 化工過(guò)程及設(shè)備手冊(cè)[M] . 華南化工學(xué)院出版社, 1986. </p>&

109、lt;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)完成之際，我要向我的指導(dǎo)老師魏玉娟老師及教我們化工原理課程的白慶玲老師、佟永純老師致以誠(chéng)摯的謝意！無(wú)論是在學(xué)術(shù)上，還是在論文的撰寫(xiě)過(guò)程中，佟老師都給了我莫大的幫助。而魏玉娟老師從選題指導(dǎo)、論文框架到細(xì)節(jié)修改，都給予了細(xì)致的指導(dǎo)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)與建議，感謝他們?cè)谖覀兊膶W(xué)習(xí)、生活上給予的幫助和支持。感謝舍友、同學(xué)在