分離甲醇-水混合液（混合氣）的填料精餾塔課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝 班級(jí)： 設(shè)計(jì)人： </p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　分離 甲醇-水 混合液（混合氣）的 填料 精餾塔</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件&l

2、t;/b></p><p>　　生產(chǎn)能力：年處理 甲醇-水 混合液（混合氣）： 16 萬(wàn)噸（開(kāi)工率300天/年）；</p><p>　　原 料： 甲醇 含量為 14 %（質(zhì)量百分率，下同）的常溫液體（氣體）；</p><p>　　分離要求： 塔頂 甲醇 含量不低于（不高于） 92 %；</p>&

3、lt;p>　　塔底 甲醇 含量不高于（不低于） 3 %。</p><p><b>　　建廠地址： 沈陽(yáng)</b></p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。ㄒ唬┚幹埔环菰O(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，主要內(nèi)容包括：</p><p><b>　　1、前言；<

4、;/b></p><p>　　2、流程的確定和說(shuō)明（附流程簡(jiǎn)圖）；</p><p>　　3、生產(chǎn)條件的確定和說(shuō)明；</p><p>　　4、精餾（吸收）塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；</p><p>　　5、附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；</p><p><b>　　6、設(shè)計(jì)結(jié)果列表；</b></p>

5、<p>　　7、設(shè)計(jì)結(jié)果的討論與說(shuō)明；</p><p>　　8、注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料；</p><p><b>　　9、結(jié)束語(yǔ)。</b></p><p>　?。ǘ├L制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#圖）</p><p>　?。ㄈ├L制精餾（吸收）塔的工藝條件圖</p><p>　　

6、四、設(shè)計(jì)日期： 2012年05月20日至2012年06月12日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1</p><p><b>　　目 錄2</b></p><p><b>　　前言4</b></p><

7、;p>　　第一章 流程確定和說(shuō)明5</p><p>　　1.1加料方式的確定5</p><p>　　1.2進(jìn)料狀況的確定5</p><p>　　1.3冷凝方式的確定5</p><p>　　1.4回流方式的確定5</p><p>　　1.5加熱方式的確定6</p><p>　　

8、1.6加熱器的確定6</p><p>　　第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算7</p><p>　　2.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.1.1操作壓力7</p><p>　　2.1.2氣液平衡關(guān)系與平衡數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.2精餾塔工藝計(jì)算8</p><p>　　2.

9、2.1物料衡算8</p><p>　　2.2.2 熱量衡算11</p><p>　　2.2.3理論塔板數(shù)計(jì)算15</p><p>　　2.3 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p>　　2.3.1精餾塔設(shè)計(jì)主要依據(jù)和條件16</p><p>　　2.3.2塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算23</p><

10、;p>　　2.3.3填料層高度的設(shè)計(jì)計(jì)算25</p><p>　　第三章 附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算28</p><p>　　3.1 冷凝器28</p><p>　　3.2 加熱器29</p><p>　　3.3 塔內(nèi)其他構(gòu)件29</p><p>　　3.3.1接管管徑的選擇29</p>

11、;<p>　　3.3.2除沫器32</p><p>　　3.3.3液體分布器32</p><p>　　3.3.4液體再分布器34</p><p>　　3.3.5填料及支撐板的選擇35</p><p>　　3.3.6塔釜設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.3.7塔的頂部空間高度36</p&g

12、t;<p>　　3.4精餾塔高度計(jì)算36</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果自我總結(jié)和評(píng)價(jià)37</p><p>　　4.1精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總37</p><p>　　4.2 自我評(píng)價(jià)和總結(jié)37</p><p>　　4.21滿足工藝和操作的要求37</p><p>　　4.2.

13、2滿足經(jīng)濟(jì)上的要求38</p><p>　　4.2.3保證生產(chǎn)安全38</p><p><b>　　4.3總結(jié)38</b></p><p><b>　　附錄39</b></p><p><b>　　一、符號(hào)說(shuō)明39</b></p><p>&l

14、t;b>　　二、參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>　　填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間

15、接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液

16、相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。 </p><p>　　填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率

17、高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。但近年來(lái)又傾向于認(rèn)為在一定塔徑范圍內(nèi)，采用新型高效填料（如鮑爾環(huán)或鞍型填料）可以得到很好的經(jīng)濟(jì)效果?？傊鶕?jù)不同的具體情況（特別是在小直徑塔，或壓降有一定限制，或有腐蝕情況時(shí)），填料塔還是具有很多適用的。</p>&

18、lt;p>　　本次課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)甲醇-水體系而進(jìn)行的常壓二元填料精餾塔的設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備選型。由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇請(qǐng)老師指出以便修正。</p><p>　　第一章 流程確定和說(shuō)明</p><p>　　選擇精餾設(shè)備，首先應(yīng)從經(jīng)濟(jì)考慮，在充分考慮整個(gè)系統(tǒng)熱能的利用，降低操作費(fèi)用。另外還應(yīng)考慮到它對(duì)操作穩(wěn)定性的影響，塔的操作如不穩(wěn)定就不能保證產(chǎn)品質(zhì)量

19、的均勻，具體情況如下：</p><p>　　1.1加料方式的確定</p><p>　　加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過(guò)控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速，通過(guò)重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用，但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。如果采用自動(dòng)控制泵來(lái)控制泵的流量和流速

20、，其控制原理較復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本設(shè)計(jì)采用高位槽進(jìn)料。</p><p>　　1.2進(jìn)料狀況的確定</p><p>　　進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定，對(duì)分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對(duì)于沈陽(yáng)地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在較大溫差，冷液進(jìn)料會(huì)增加塔底蒸汽上升量，增加建筑費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對(duì)穩(wěn)定塔操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮

21、，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。</p><p>　　1.3冷凝方式的確定</p><p>　　塔頂冷凝采用全冷凝器，用水冷凝，在常壓下乙醇和水不反應(yīng)，且容易冷</p><p>　　凝，故用全冷凝器符合要求。</p><p>　　1.4回流

22、方式的確定 </p><p>　　回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對(duì)于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。如果需要較高的塔處理量或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。</p><p>

23、　　1.5加熱方式的確定</p><p>　　加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時(shí)蒸汽直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)，由于重組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對(duì)回流液有稀釋作用，使理論塔板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱時(shí)通過(guò)加熱器使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。</p><p><b>　　

24、1.6加熱器的確定</b></p><p>　　采用U形管蒸汽間接加熱器，用水蒸氣做加熱劑。因?yàn)樗。蓪⒓訜崞鞣旁谒?nèi)，即再沸器，這樣釜液部分氣化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。</p><p>　　第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　2.1操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　2.1.1操作壓力

25、</b></p><p>　　精餾操作按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大，當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度將減小，對(duì)分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，對(duì)分離有利。但當(dāng)壓力太低時(shí)，對(duì)設(shè)備要求太高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾乙醇—水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。</p><p>　　2.1.2氣液平衡關(guān)系與平衡數(shù)據(jù)

26、</p><p>　　表2-1 常壓下甲醇-水的氣液平衡與溫度關(guān)系</p><p>　　注：摘自化工原理課程設(shè)計(jì) P710表19-38（2）。</p><p>　　2.2精餾塔工藝計(jì)算</p><p><b>　　2.2.1物料衡算</b></p><p><b>　?、?物料衡算圖

27、</b></p><p>　　圖2-1 物料衡算圖</p><p>　　——原料流量，； ——餾出液流量，；</p><p>　　——釜液流量，； ——原料中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；</p><p>　　——餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；——釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。</p><p><

28、;b>　　⑵ 物料衡算</b></p><p>　　已知:,質(zhì)量分?jǐn)?shù)：, , </p><p>　　=32.04kg/kmol =18.02kg/kmol </p><p><b>　　所以：=</b></p><p>　　進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量：</p><p><

29、b>　　原料液：</b></p><p><b>　　總物料衡算：</b></p><p><b>　　易揮發(fā)組分衡算： </b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量：</p><p&g

30、t;<b>　　塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：</b></p><p>　　塔釜產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量：</p><p><b>　　塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　(3)物料衡算結(jié)果</b></p><p>　　表2-2 物料衡算結(jié)果表</p>

31、<p>　?。?）塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫度分別為：，，，</p><p>　　查表2-1，用內(nèi)插法解得</p><p>　　塔頂： 解得：</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　塔釜： 解得：</p><p>　　進(jìn)料： 解得：

32、</p><p><b>　　精餾段平均溫度： </b></p><p><b>　　提餾段平均溫度：</b></p><p>　?。?）相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算</p><p>　　取x-y曲線上兩端點(diǎn)的溫度下的平均值。</p><p><b>　　查表2-1得：<

33、;/b></p><p><b>　　t=92.9℃時(shí)，</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　(6)求最小回流比及操作回流比 </p><p><b>　　圖2-2 操作線圖</b></p><p><b&

34、gt;　　由圖2-2可知：</b></p><p>　　2.2.2 熱量衡算</p><p><b>　　1.加熱介質(zhì)的選擇</b></p><p>　　常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)到10

35、0～1000，適用于高溫加熱。煙道氣的缺點(diǎn)是比熱容及傳熱系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用選用300KPa(溫度為133)的飽和水蒸氣作加熱介質(zhì)。原因，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。</p><p><b>　　2. 冷凝劑的選擇</b></p><p>　　常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜地加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻

36、水一般為10～25。如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為沈陽(yáng)。沈陽(yáng)市夏季最熱月份平均氣溫為。故選用的冷卻水的冷卻水，選升溫，故冷卻水的出口溫度是。</p><p><b>　　3.熱量衡算</b></p><p>　?。?）冷凝器的熱負(fù)荷</p><p>　　式中 ——塔頂上升蒸汽的焓;</p>

37、;<p>　　——塔頂餾出液的焓。</p><p>　　又 </p><p>　　式中——甲醇的蒸發(fā)潛熱；</p><p><b>　　——水的蒸發(fā)潛熱。</b></p><p><b>　　蒸發(fā)潛熱的計(jì)算：</b></p><p>

38、;　　蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：</p><p>　　式中：——對(duì)比溫度。</p><p>　　表2 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表</p><p>　　水 100 2257 648.15</p><p>　　66.88℃時(shí)，甲醇：</p>

39、<p><b>　　蒸發(fā)潛熱：</b></p><p><b>　　同理，水:</b></p><p><b>　　蒸發(fā)潛熱：</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　所以：</b>

40、;</p><p><b>　　冷卻水消耗量：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　所以:</b></p><p>　　此溫度下冷水的比熱容 </p><p><b>　　所以：</b>&

41、lt;/p><p>　　加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算</p><p>　　列表計(jì)算甲醇和水在不同溫度下混合物的比熱容(單位：)</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　甲醇：</b></p><p><b>　　水：</b>&

42、lt;/p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　甲醇：</b></p><p><b>　　水：</b></p><p><b>　　質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算：</b></p><p>　　塔頂鎦出液的比熱容:<

43、;/p><p>　　塔釜鎦出液的比熱容：</p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即84.62℃時(shí)的焓值為基準(zhǔn)。</p><p>　　根據(jù)表2-2可得：，</p><p>　　對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　由于塔釜熱損

44、失為,則</p><p><b>　　所以:</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　熱量衡算的結(jié)果</b></p><p>　　表2-4 熱量衡算結(jié)果表</p><p>　　2.2.3理

45、論塔板數(shù)計(jì)算</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用圖解法。</p><p>　　精餾段操作線方程為 即：</p><p>　　本次所選為冷夜進(jìn)料，所以。</p><p><b>　　圖2-3 塔板數(shù)圖</b></p><p>　　由圖2-3可知，精餾塔理論塔板數(shù)為塊，其中精餾段塊，提餾段塊。&l

46、t;/p><p>　　2.3 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　2.3.1精餾塔設(shè)計(jì)主要依據(jù)和條件</p><p>　　表2-5 甲醇-水在不同溫度下的密度</p><p>　　表2-6 甲醇-水在特殊點(diǎn)的粘度</p><p>　　塔頂條件下的流量及物性參數(shù) </

47、p><p><b>　　,,</b></p><p>　　氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p>　　液相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p><b>　　氣相密度</b></p><p><b>　　液相密度</b></p><p>　　

48、,查表2-5，用內(nèi)插法得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p><b>　　液相粘度</b></p><p>　　查表2-6得：時(shí)，，</p><p><b>　　塔頂出料的質(zhì)量流

49、量</b></p><p>　　表2-7 塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p>　　塔釜條件下的流量及物性參數(shù)</p><p><b>　　,,</b></p><p>　　(1)液相相對(duì)分子質(zhì)量</p><p><b>　?。?）氣相密度</b><

50、/p><p><b>　?。?）液相密度</b></p><p>　　查表2-5，內(nèi)插法算得：，</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　(4)塔釜出料的質(zhì)量流量</p><p><b>　　(5)液相密度</b></p>

51、<p><b>　　查表2-6可得：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　表2-8 塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p>　　進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)</p><p><b>　　，，</b></p><

52、;p><b>　　查表2-1得：</b></p><p><b>　　由內(nèi)插法可得：</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p>　　液相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p><b

53、>　　（3）氣相密度</b></p><p><b>　?。?）液相密度</b></p><p>　　查表2-5，內(nèi)插法算得：，</p><p><b>　　解得：</b></p><p><b>　　（5）液相粘度</b></p><p&

54、gt;<b>　　查表2-6得：</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　(6) 進(jìn)料的質(zhì)量流量</p><p>　　表2-9 進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p>　　精餾段的流量及物性參數(shù)</p><p>　　氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量<

55、;/p><p>　　（2）液相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p><b>　　氣相密度</b></p><p><b>　　(4)液相密度</b></p><p><b>　　(5)液相粘度</b></p><p><b>　　(6)氣相流量<

56、/b></p><p><b>　　摩爾流量 </b></p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　?。?）液相流量</b></p><p><b>　　摩爾流量 </b></p><p><

57、;b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p>　　表2-10 精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p>　　提餾段數(shù)據(jù)及物性參數(shù)</p><p>　　（1）氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p>　?。?）液相平均相對(duì)分子質(zhì)量</p><p><b>　　（3）氣相密度</b>

58、;</p><p><b>　　(4)液相密度</b></p><p><b>　　(5)液相粘度</b></p><p><b>　　(6)氣相流量</b></p><p><b>　　摩爾流量 因?yàn)?</b></p><p>&

59、lt;b>　　所以 </b></p><p><b>　　式中 (冷夜進(jìn)料)</b></p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　?。?）液相流量</b></p><p><b>　　摩爾流量 </b><

60、;/p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p>　　表2-11 提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表</p><p>　　2.3.2塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　1.填料選擇</b></p><p>　　填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)和傳熱

61、的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方向進(jìn)行。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，金屬板波紋250Y型填料。</p><p>　　規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和整流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。</p>

62、<p>　　與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。</p><p>　　250Y型填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波紋填料，它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　第一，比表面積與通用散裝填料相比，可提高近1倍，填料壓降降低，通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高。</p>&l

63、t;p>　　第二，與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。</p><p>　　第三，工業(yè)生產(chǎn)中氣液介質(zhì)均可能帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔無(wú)法維持操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝填料塔不適宜的場(chǎng)合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。</p><p>　　鑒于以上250Y型填料的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用

64、Mellapok-250Y型填料，因本設(shè)計(jì)塔中壓力很低。</p><p><b>　　2.塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　精餾段空塔氣速及塔徑計(jì)算</p><p>　　查表2-10可知 ，</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>

65、;　　得：</b></p><p><b>　　解得：</b></p><p><b>　　因?yàn)榭账馑倏扇?lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　又 </b></p><p>

66、　　所以 塔徑 </p><p>　　圓整后：，代入上式可計(jì)算出此時(shí)的空塔氣速</p><p>　　提餾段空塔氣速及塔徑計(jì)算</p><p>　　查表2-11可知 ，</p><p><b>　　，，</b></p><p><b>　　得：</b></p&g

67、t;<p><b>　　解得：</b></p><p><b>　　因?yàn)榭账馑倏扇?lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　又 </b></p><p>　　所以 塔徑 </p>

68、<p>　　圓整后：，代入上式可計(jì)算出此時(shí)的空塔氣速</p><p><b>　　選取整塔塔徑</b></p><p>　　提餾段及精餾段圓整后，為精餾塔的塔徑。</p><p>　　2.3.3填料層高度的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　填料層高度計(jì)算</b></p>

69、<p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　動(dòng)能因子 </b></p><p><b>　　經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)</b></p><p>　　所以精餾段填料層高度為</p><p>　　式中 ——精餾段理論塔板數(shù)。</p><p&

70、gt;<b>　　提餾段</b></p><p><b>　　動(dòng)能因子 </b></p><p><b>　　經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)</b></p><p>　　所以提餾段填料層高度為</p><p>　　式中 ——精餾段理論塔板數(shù)。</p><p><

71、b>　　填料層總高度</b></p><p><b>　　填料層壓降計(jì)算</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　液體負(fù)荷 </b></p><p>　　用精餾段動(dòng)能因子查液體負(fù)荷分別為和時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算

72、得時(shí)的每米壓降。</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，</b></p><p><b>　　所以精餾段的壓降：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　液體負(fù)荷 </b></p><p>　　用

73、提餾段動(dòng)能因子查液體負(fù)荷分別為和時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算得時(shí)的每米壓降。</p><p><b>　　當(dāng)時(shí)，</b></p><p><b>　　所以提餾段的壓降：</b></p><p><b>　　全塔填料層總壓降：</b></p><p><b>　　填

74、料層持液量的計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　由上可知：液體負(fù)荷</b></p><p><b>　　氣體動(dòng)能因子</b></p><p>　　由內(nèi)插法算得：當(dāng)時(shí)的的值：</p><p&g

75、t;<b>　　所以 </b></p><p><b>　　（2）提餾段</b></p><p><b>　　由上可知：液體負(fù)荷</b></p><p><b>　　氣體動(dòng)能因子</b></p><p>　　由內(nèi)插法算得：當(dāng)時(shí)的的值：</p>

76、<p><b>　　所以 </b></p><p>　　表2-12 精餾段、提餾段各參數(shù)表</p><p>　　第三章 附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算</p><p><b>　　3.1 冷凝器</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)冷凝器選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理

77、。對(duì)于蒸餾塔的冷凝器，一般選用列管式，空冷凝螺旋板式換熱器。因本設(shè)計(jì)冷凝器與被冷凝流體溫差不大，所以選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液。</p><p>　　冷卻水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時(shí)，使其液膜厚度減薄，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)。取冷凝器傳熱系數(shù)</p><p>　　本設(shè)計(jì)建廠地址為沈陽(yáng)，沈陽(yáng)市夏季最熱月份平均氣溫為。<

78、/p><p>　　冷卻劑用深井水，冷卻水出口溫度一般不超過(guò)，否則易結(jié)垢，選擇升溫為，即冷卻水出口溫度為。</p><p><b>　　逆流：</b></p><p><b>　　查取有關(guān)數(shù)據(jù)如下</b></p><p><b>　　表3-1 </b></p>

79、<p>　　注：摘自《金屬設(shè)備》上冊(cè)P118表2-2-5和P132表2-2-8</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)： 設(shè)備型號(hào)：</p><p><b>　　3.2 加熱器</b></p><p>　　選用型加熱器，經(jīng)處理后放在塔釜內(nèi)。蒸汽選用飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)</p><p><b>　　由表2-4

80、可得：</b></p><p><b>　　換熱面積：</b></p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　注：摘自《金屬設(shè)備》上冊(cè)P118表2-2-5和P132表2-2-8。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)： 設(shè)備型號(hào)：</p><p>

81、　　3.3 塔內(nèi)其他構(gòu)件</p><p>　　3.3.1接管管徑的選擇</p><p><b>　　1.進(jìn)料管</b></p><p>　　本次加料選用高位槽進(jìn)料，所以可取0.4～0.8 m/s（見(jiàn)《浮閥塔》P195）。本次設(shè)計(jì)取。</p><p>　　式中 ——進(jìn)料液質(zhì)量流量，；</p><p&g

82、t;　　——進(jìn)料條件下的液體密度，。</p><p>　　圓整后內(nèi)管重/(kg/m)</p><p>　　表3-3 進(jìn)料管參數(shù)表</p><p>　　注：摘自《浮閥塔》P197表5-3。</p><p><b>　　2. 回流管</b></p><p>　　冷凝管安裝在塔頂是，回流液在管道中的流

83、速一般不能過(guò)高，否則冷凝器高度也要相應(yīng)提高，對(duì)于重力回流，一般取速度為，本次設(shè)計(jì)取。</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　——回流液體質(zhì)量流量，</p><p><b>　　——塔頂液相密度，</b></p><p><b>　　圓整后</b>&

84、lt;/p><p>　　表3-4 回流管參數(shù)表</p><p>　　注：摘自《浮閥塔》P197表5-3。</p><p><b>　　3.塔頂蒸氣接管</b></p><p>　　從塔頂至冷凝器的蒸氣導(dǎo)管，尺寸必須適合，以免產(chǎn)生過(guò)壓降，特別在減壓過(guò)程中，過(guò)大壓降會(huì)影響他的真空度。</p><p>　

85、　操作壓力為常壓，蒸氣速度，本次設(shè)計(jì)取。，</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——塔頂蒸汽質(zhì)量流量，；</p><p>　　——塔頂氣相密度，。</p><p><b>　　圓整后</b></p><p><b>　　4. 塔釜出料管

86、</b></p><p>　　塔釜流出液體的速度一般可取，本次設(shè)計(jì)取。</p><p>　　式中：——塔釜蒸汽質(zhì)量流量，</p><p>　　——塔釜?dú)庀嗝芏?，?lt;/p><p><b>　　圓整后：</b></p><p>　　表3-5 塔釜蒸氣管參數(shù)表</p>

87、<p><b>　　3.3.2除沫器</b></p><p>　　為了確保氣體的純度，減少液體的夾帶損失，選用除沫器。常用的除沫器裝置有折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。本設(shè)計(jì)塔徑較小，且氣液分離，故采用小型除沫器，裝入設(shè)備上蓋。</p><p><b>　　氣速計(jì)算</b></p><p>　　式中 ——

88、—常數(shù)，取0.107；</p><p>　　、———精餾段氣體和液體密度。</p><p>　　除沫氣體器直徑計(jì)算：</p><p>　　式中，———?dú)怏w處理量 </p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　3.3.3液體分布器</p><p>　　采用

89、蓮蓬頭式噴淋器。選用此裝置能使截面積的填料表面較好的潤(rùn)濕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造了和維修方便，噴灑比較方便，安裝方便。</p><p><b>　　1.回流液分布器</b></p><p>　　測(cè)量系數(shù)取，本次設(shè)計(jì)取，推動(dòng)力液柱高度可取以上，本次設(shè)計(jì)取。</p><p><b>　　則小孔中液體流速</b></p>

90、<p><b>　　小孔輸液能力計(jì)算</b></p><p><b>　　由得</b></p><p>　　小孔總面積 </p><p><b>　　所以，小孔數(shù)</b></p><p>　　式中 ——小孔流速，；</p><p>&

91、lt;b>　　——小孔總面積，；</b></p><p>　　H——推動(dòng)力液柱高度，，?。?lt;/p><p>　　——小孔直徑，一般取,視介質(zhì)污潔而異，本次設(shè)計(jì)?。?lt;/p><p><b>　　——流速系數(shù)，??；</b></p><p><b>　　——小孔總數(shù)；</b></p

92、><p>　　——小孔輸液能力，。</p><p>　　噴灑器球面中心到填料表面距離計(jì)算</p><p>　　式中 ——噴射圓周半徑，；</p><p>　　——噴射角，即小孔中心線與垂直軸線間的夾角，，取</p><p><b>　　2. 進(jìn)料液分布器</b></p><p>

93、;<b>　　由前知，小孔流速 </b></p><p><b>　　小孔的輸液能力</b></p><p><b>　　取，</b></p><p><b>　　小孔總面積 </b></p><p><b>　　所以，小孔數(shù)</b>

94、</p><p>　　因?yàn)樯徟铑^直徑可取，本設(shè)計(jì)選</p><p>　　3.3.4液體再分布器</p><p>　　由于規(guī)整填料本身就具有使液體均與分布的性能，故本次設(shè)計(jì)不需另外設(shè)液體再分布器對(duì)液體再次分布。</p><p>　　3.3.5填料及支撐板的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用波紋板網(wǎng)板支撐板，板網(wǎng)支撐的結(jié)

95、構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，自由截面大，但強(qiáng)度較低。本設(shè)計(jì)填料高度較低，所以此支撐板適用。</p><p>　　表3-6 梁型氣體噴射式支撐的設(shè)計(jì)參數(shù)表 </p><p>　　注：摘自《塔設(shè)備設(shè)計(jì)》P272表5-36。</p><p>　　表3-7 支撐圈尺寸參數(shù)表（采用不銹鋼）</p><p>　　注：摘自《

96、塔設(shè)備設(shè)計(jì)》P273表5-41。</p><p><b>　　3.3.6塔釜設(shè)計(jì)</b></p><p>　　料液在釜內(nèi)停留，裝料系統(tǒng)取</p><p><b>　　塔底高</b></p><p><b>　　塔底料液量 </b></p><p><

97、;b>　　塔底體積</b></p><p>　　因?yàn)?， </p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　3.3.7塔的頂部空間高度</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取，本設(shè)計(jì)

98、取。</p><p>　　3.4精餾塔高度計(jì)算</p><p>　　表3-8 精餾塔各部分高度列表 單位：mm</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的填料塔的實(shí)際高度為：</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果自我總結(jié)和評(píng)價(jià)</p><p>　　4.1精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總</p><p

99、>　　表4-1 精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表</p><p>　　4.2 自我評(píng)價(jià)和總結(jié)</p><p>　　工程設(shè)計(jì)本身存在一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，同時(shí)又是政策性很強(qiáng)的工作。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮諸多影響因素，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。</p><p>　　4.21滿足工藝和操作

100、的要求</p><p>　　所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)和控制生產(chǎn)過(guò)程。</p><p>　　4.2.2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)備與基建

101、的費(fèi)用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘?duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。</p><p>　　4.2.3保證生產(chǎn)安全 </p><p>　　生產(chǎn)中應(yīng)防止物

102、料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車(chē)間的電器均應(yīng)為防爆品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。</p><p><b>　　4.3總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我們的設(shè)計(jì)任務(wù)基本已全部完成。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們遇到了很多困難，比如：精餾塔操作條件及附屬設(shè)備的選取，精餾塔主要參數(shù)的計(jì)算，后期工藝流程圖及主體設(shè)備

103、圖的繪制等，但在同學(xué)的幫助下與我們自己的努力下這些問(wèn)題都被一一解決。 </p><p>　　1、使我們對(duì)《化工原理》課本上填料精餾塔部分的內(nèi)容有了進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)，為今后《化工原理》的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　2、使我們接觸到了設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一些直觀和清晰的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了我們的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)觀念。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中各種明確分

104、工，使我們深深體會(huì)到團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)合作的重要性。</p><p>　　4、培養(yǎng)了我們做事認(rèn)真仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?lt;/p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　一、符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　表4-1 符號(hào)說(shuō)明</p><p><b>　　二、

105、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]北京化工研究院“板式塔”專(zhuān)題組.浮閥塔[M].北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社，1972.12.</p><p>　　[2]王國(guó)勝.化工原理課程設(shè)計(jì)（第二版）[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2006.8.</p><p>　　[3]吳德榮.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.8.<

106、/p><p>　　[4]柴誠(chéng)敬等.化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津大學(xué)出版社，2002，6</p><p>　　[5]夏清，陳常貴主編.化工原理，上冊(cè).天津：天津大學(xué)出版社，2005，1</p><p>　　[6]夏清，陳常貴主編.化工原理，下冊(cè).天津：天津大學(xué)出版社，2005，1</p><p>　　[7]《化學(xué)工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)—