分離工程脫乙烷塔課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一 綜述</b></p><p><b>　　1.1塔設(shè)備簡述</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>　　塔設(shè)備一

2、般分為級間接觸式和連續(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，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。</p><p>　　篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒有被廣泛采用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大于10.5

3、%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。</p><p>　　當(dāng)前各煉廠的氣體分離裝置大部分仍然采用精餾分離。化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)物和粗產(chǎn)品等幾乎都是由若干組分組成的混合物，蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作。低沸點(diǎn)烴類混合物是利用精餾方法使混合物得到分離的，其基本原理是利用被分離的各組分具有不同的揮發(fā)度，

4、即各組分在同一壓力下具有不同的沸點(diǎn)將其分離的。其實(shí)質(zhì)是不平衡的汽液兩相在塔盤上多次逆向接觸，多次進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，傳質(zhì)、傳熱，使氣相中輕組分濃度不斷提高，液相中重組分濃度不斷提高，從而使混合物得到分離。</p><p>　　塔設(shè)備是能夠?qū)崿F(xiàn)蒸餾的氣液傳質(zhì)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、石油等工業(yè)中，其結(jié)構(gòu)形式基本上可以分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔用途較廣，它是逐級接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。浮閥塔于50年代初

5、期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學(xué)工業(yè)中使用最普遍，對其性能研究也較充分。</p><p>　　浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干大孔，每個(gè)孔上裝有一個(gè)可以上、下浮動(dòng)的閥片，浮閥的型式很多，目前國內(nèi)最常用型式的為F1型和V-4型。F1型浮閥的結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB1118-68）

6、。操作時(shí)，由閥孔上升的氣流，經(jīng)過閥片與塔板的間隙與塔板上橫流的液體接觸，浮閥開度隨氣體負(fù)荷而變，當(dāng)氣量很小時(shí)，氣體仍能通過靜止開度的縫隙而鼓泡。</p><p>　　1.2我國化工工藝發(fā)展</p><p>　　我國石油工業(yè)具有一定的水平，但還是一個(gè)發(fā)展中的國家,擺在我們石油工作者面前的任務(wù)是繁重的。煉油工業(yè)要對現(xiàn)有的煉油廠進(jìn)行技術(shù)改造，繼續(xù)堅(jiān)持“自力更生，革新挖潛，全面提高，綜合利用，大搞

7、化工原料，趕超世界先進(jìn)水平”的發(fā)展方針。要立足現(xiàn)有基礎(chǔ)，搞好一、二次加工和系統(tǒng)工程的配套，擴(kuò)大綜合生產(chǎn)能力;要革新工藝，革新技術(shù)，革新設(shè)備，把老裝置開出新水平;要發(fā)展加氫技術(shù)，發(fā)展新型催化劑和添加劑，全面提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加品種;要開展綜合利用，大搞三次加工，增產(chǎn)有機(jī)化工原料;要充分利用熱能，大力降低消耗，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要?jiǎng)?chuàng)出新水平;要治理“三廢”，保護(hù)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)趕超世界先進(jìn)水平而奮斗。</p><p>　　二

8、 設(shè)計(jì)方案的選擇</p><p>　　2.1工藝設(shè)計(jì)的原則</p><p>　　工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，設(shè)備選型、工藝計(jì)算、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。只有流程確定后，其他各項(xiàng)工作才能展開，工藝流程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)各個(gè)方面，而各個(gè)方面的變化又反過來影響 工藝流程設(shè)計(jì)，設(shè)置使流程發(fā)生較大的變化。因此，工藝流程設(shè)計(jì)是動(dòng)手最早，而往往結(jié)束最晚。</p>&l

9、t;p>　　流程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括兩個(gè)方面：一是確定生產(chǎn)流程中各個(gè)生產(chǎn)過程的具體內(nèi)容、順序和組合方式；二是繪制工藝流程圖，要求以圖解的形式表示生產(chǎn)過程中，當(dāng)原料經(jīng)過各個(gè)單元操作過程得到產(chǎn)品時(shí)，物料和能量發(fā)生的變化及其流向，以及采用了哪些化工過程和設(shè)備，再進(jìn)一步通過圖解形式表示出化工管道流程和計(jì)量控制流程。</p><p>　　選型和工藝設(shè)計(jì)的原則如下：</p><p><b&g

10、t;　　⑴合理性 </b></p><p>　　即設(shè)備必須滿足工藝一般要求，設(shè)備與工藝流程、生產(chǎn)規(guī)模、工藝操作條件、工藝控制水平相適應(yīng)，又能充分發(fā)揮設(shè)備的能力。</p><p><b>　?、葡冗M(jìn)性 </b></p><p>　　要求設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、自控水平、生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、收率、效率要盡可能的達(dá)到先進(jìn)水平。</

11、p><p><b>　　⑶安全性 </b></p><p>　　要求安全可靠、操作穩(wěn)定、彈性好、無事故隱患 。對工藝和建筑，地基、廠房等無苛刻要求；工人在操作時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度小，盡量避免高溫高壓操作，盡量不用有毒有害的設(shè)備附件附料。</p><p><b>　?、冉?jīng)濟(jì)性 </b></p><p>　　

12、設(shè)備投資省，易于加工、維修、更新，沒有特殊的維護(hù)要求，運(yùn)行費(fèi)用減少。引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，亦應(yīng)反復(fù)對比報(bào)價(jià)，考察設(shè)備性能，考慮是否易于被國內(nèi)消化吸收和改進(jìn)利用，避免盲目性。</p><p>　　總之，在設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型中，要綜合考慮合理性、先進(jìn)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的原則，審慎的研究，認(rèn)真的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2.2精餾操作對塔設(shè)備的要求</p><p>　　

13、精餾所進(jìn)行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣、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、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，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、液負(fù)荷有較大范圍的

14、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。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　(４) 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p&

15、gt;　　(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>　　2.2.1板式塔類型：</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，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，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

16、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。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，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。<

17、/p><p><b>　　2.2.2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)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p><p>　　(２) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p>

18、<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)

19、。</p><p>　　(３) 小孔篩板容易堵塞。</p><p><b>　　2.2.3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

20、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)：</p><p>　　(１) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近

21、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/m2。</p><p>　　(５) 液面梯度小。 </p><p

22、>　　(６) 使用周期長。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>　　據(jù)此本課程設(shè)計(jì)選取浮閥塔。</p><p><b>　　2.3設(shè)計(jì)方案確定</b></p><p>　　2.3.1

23、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)。本設(shè)計(jì)的操作壓力為235.5kpa。塔頂設(shè)置冷凝器，塔底設(shè)置再沸器。</p><p>　　2.3.2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)或接近泡點(diǎn)才

24、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。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。</p><p>　　2.3.3加熱方式：</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)溶液的相對揮發(fā)度較大，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加

25、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。本設(shè)計(jì)采用間接加熱方式。</p><p>　　下圖是工藝裝置原則流程圖：</p><p>　　三 脫烷烴精餾塔工藝計(jì)算

26、</p><p>　　3.1全塔物料平衡計(jì)算</p><p>　　3.1.1 原始數(shù)據(jù)獲取：</p><p>　　表3-1 原料各組分?jǐn)?shù)據(jù)匯總</p><p><b>　　清晰分隔物料衡算：</b></p><p>　　根據(jù)題意得：正戊烷為輕關(guān)鍵組分，正己烷為重關(guān)鍵組分。由清晰分割法計(jì)算:&l

27、t;/p><p>　　表3-2 清晰分割物料衡算計(jì)算結(jié)果匯總</p><p>　　用泡點(diǎn)方程計(jì)算塔底溫度：</p><p>　　初設(shè)℃，由K-P-T圖查得各組分的值，計(jì)算得，表明原假設(shè)溫度偏高，按下表3-3計(jì)算結(jié)果可知汽相量最大的是正己烷，由公式得：</p><p>　　由K-P-T圖按P=235.5KP,查得t=107℃，再求得各組分相平衡常

28、數(shù)值，計(jì)算結(jié)果如下表3-3：</p><p>　　表3-3 泡點(diǎn)方程計(jì)算塔底溫度結(jié)果</p><p>　　在所設(shè)的107℃條件下，，，符合要求。</p><p>　　∴塔底溫度為107℃。</p><p>　　用露點(diǎn)方程計(jì)算塔頂溫度：</p><p>　　因?yàn)楸舅捎萌龤?，所以塔頂溫度就是塔頂產(chǎn)品的露點(diǎn)溫度。<

29、;/p><p>　　初設(shè)℃，由K-P-T圖查得各組分的值，計(jì)算得，表明原假設(shè)溫度偏低，按下表3-4計(jì)算結(jié)果可知液相量最大的是正戊烷，由公式得：</p><p>　　由K-P-T圖按P=235.5KP,查得t=57℃，再求得各組分相平衡常數(shù)值，計(jì)算結(jié)果如下表3-4：</p><p>　　表3-4 露點(diǎn)方程計(jì)算塔頂溫度結(jié)果</p><p>　　在所

30、設(shè)的57℃條件下，，，符合要求。</p><p>　　∴塔頂溫度為57℃。</p><p><b>　　不清晰分割驗(yàn)證：</b></p><p>　　求以重關(guān)鍵組分為對比組分的各組分的平均相對揮發(fā)度，用泡點(diǎn)方程計(jì)算列表如下：</p><p>　　表3-5 各組分平均相對揮發(fā)度</p><p>　

31、　代入漢斯特別克公式，得到：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　分別將各組分的平均相對揮發(fā)度代入上式求得，進(jìn)一步求得，，，。列表如下：</p><p>　　表3-6 ，，，計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　由上表數(shù)據(jù)可知：</b></p><p&g

32、t;<b>　　符合要求。</b></p><p>　　設(shè)塔底溫度為107℃，列表計(jì)算如下：</p><p><b>　　表3-7 </b></p><p>　　∴塔底溫度為107℃正確。</p><p>　　設(shè)塔頂溫度為57℃，列表計(jì)算如下：</p><p><b&

33、gt;　　表3-8</b></p><p>　　∴塔頂溫度為57℃正確。</p><p>　　3.1.6 用泡點(diǎn)方程計(jì)算進(jìn)料溫度：</p><p>　　設(shè)進(jìn)料溫度為℃，由K-P-T圖查得各組分的值，計(jì)算得，表明原假設(shè)溫度偏低，按下表3-9計(jì)算結(jié)果可知汽相量最大的是，由公式得：</p><p>　　由K-P-T圖按P=235.5K

34、P,查得t=62℃，再求得各組分相平衡常數(shù)值，計(jì)算結(jié)果如下表3-9：</p><p>　　表3-9 泡點(diǎn)方程計(jì)算進(jìn)料溫度結(jié)果</p><p>　　在所設(shè)的62℃條件下，，，符合要求。</p><p>　　∴進(jìn)料溫度為62℃.</p><p>　　3.2用芬克斯方程計(jì)算最少理論塔板數(shù)</p><p><b>

35、　　=5.99塊</b></p><p>　　3.3恩德伍德法求最小回流比</p><p>　　塔頂、塔底的平均溫度是：</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　以為對比組分求各組分在P=235.5KP, ℃時(shí)的相對揮發(fā)度：</p><p>　　表3-10 各組分

36、相對揮發(fā)度</p><p>　　因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以e=0</p><p><b>　　通過試差法計(jì)算求：</b></p><p><b>　　表3-11 列表</b></p><p><b>　　∴θ=1.2</b></p><p><b>

37、;　　∴最小回流比</b></p><p>　　3.4吉利蘭法計(jì)算求理論板數(shù)</p><p>　　操作回流比一般為最小回流比的倍。</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　本塔取1.6倍,</b></p><p><b>　

38、　Y==</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.5</b></p><p>　　解得：S=12.98</p><p>　　∴理論板數(shù)為12.98塊。</p><p>　　3.5計(jì)算理論進(jìn)料位置</p>&l

39、t;p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.78</b></p><p>　　S=n+m+1 =0.78</p><p>　　解得：n=5.2 m=6.7</p><p>　　精餾段理論塔板數(shù)：n=5.2塊</p><p>　　提

40、留段實(shí)際塔板數(shù)：m=6.7塊</p><p>　　3.6計(jì)算實(shí)際板數(shù)和實(shí)際進(jìn)料位置</p><p>　　查表得各組分在℃時(shí)的黏度：</p><p>　　3-12 各組分黏度</p><p><b>　　又∵=2.5</b></p><p><b>　　=0.5944</b>

41、</p><p><b>　　=59.44%</b></p><p><b>　　實(shí)際塔板數(shù)：塊</b></p><p>　　精餾段實(shí)際塔板數(shù)：塊</p><p>　　提留段實(shí)際塔板數(shù)：=21-9=12塊</p><p>　　精餾塔工藝計(jì)算部分計(jì)算結(jié)果列于下表：</p&

42、gt;<p>　　表3-13 精餾塔工藝計(jì)算結(jié)果</p><p>　　四 浮閥塔的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　4.1選取設(shè)計(jì)塔板</b></p><p>　　4.1.1板型選?。?lt;/p><p>　　根據(jù)化學(xué)工業(yè)出版社《化工原理》提供的液相流量參考表選取單流型塔板，單流型塔板是最常用的形式，

43、結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，且橫貫全板的流道長，有利于達(dá)到較高的塔板效率。</p><p>　　4.1.2板間距的初選：</p><p>　　板間距NT的選定很重要，對完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較高的空塔氣速，對塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會增加塔身總高度，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，

44、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，由塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取.初選板間距為0.45m.</p><p>　　4.2汽、液體體積流量計(jì)算</p><p

45、>　　4.2.1 精餾段、提餾段的摩爾流量計(jì)算：</p><p>　　精餾段氣體摩爾流量：</p><p>　　V=L+D=(R+1)D=(0.711+1)×130.0123=224.45kmol/h=0.0624kmol/s</p><p>　　提餾段氣體摩爾流量：</p><p>　　v′=v=0.0624kmol/s&

46、lt;/p><p>　　精餾段液體摩爾流量：</p><p>　　L=RD=130.0123×0.711=92.4kmol/h=0.0257kmol/s</p><p>　　提餾段液體摩爾流量：</p><p>　　L′=L+F=92.44+200=292.44kmol/h=0.0812kmol/s</p><p&g

47、t;　　4.2.2 精餾段、提餾段的體積流量計(jì)算：</p><p>　　表4-1 氣體體積流量計(jì)算表</p><p><b>　　塔頂氣體密度：</b></p><p><b>　　塔底氣體密度：</b></p><p><b>　　氣體平均密度：</b></p>

48、;<p><b>　　塔頂氣體體積流量：</b></p><p><b>　　塔底氣體積流量：</b></p><p>　　全塔平均氣體體積流量：</p><p>　　表4-2 液體體積流量計(jì)算表</p><p><b>　　塔底液體密度：</b></p&

49、gt;<p><b>　　塔頂液體密度：</b></p><p><b>　　液體平均密度：</b></p><p><b>　　塔底液體體積流量：</b></p><p><b>　　塔頂液體體積流量：</b></p><p>　　全塔平均

50、液體體積流量：</p><p>　　4.3液體表面張力計(jì)算</p><p>　　查表得各個(gè)組分的表面張力：</p><p>　　表4-3 各組分表面張力</p><p>　　∴液體平均表面張力：</p><p><b>　　4.4塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　4

51、.4.1 求上限空塔氣速：</p><p>　　取板間距(參考《化工原理》，浮閥塔板間距參考數(shù)值)，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：</p><p><b>　　則上限空塔氣速：</b></p><p><b>　　計(jì)算空塔氣速：</b></p><p>　　適宜的空塔氣速是乘以安全系數(shù),安全系數(shù)?。?.6～

52、0.8）之間，本設(shè)計(jì)取安全系數(shù)為0.7,</p><p>　　4.4.3 選取塔徑和實(shí)際空塔氣速：</p><p>　　，根據(jù)浮閥塔直徑系列標(biāo)準(zhǔn)圓整取塔徑為1.4m。</p><p><b>　　實(shí)際空塔流速：</b></p><p><b>　　4.5計(jì)算塔截面積</b></p>

53、<p><b>　　塔截面積：</b></p><p>　　4.6計(jì)算塔的有效高度</p><p><b>　　塔的有效高度：</b></p><p><b>　　4.7塔板的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.7.1 確定塔板溢流形式：</p>&

54、lt;p>　　根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹選取單溢流塔板操作。</p><p>　　確定降液管的結(jié)構(gòu)形式：</p><p>　　根據(jù)有關(guān)資料降液管的結(jié)構(gòu)形式采用弓形降液管。</p><p>　　4.7.3 降液管的底隙高度：</p><p><b>　　對于單溢流取堰長：</b></p><p>　　

55、取液體通過降液管底隙時(shí)的流速</p><p>　　降液管的底隙高度：。</p><p>　　取值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般可取0.07～0.25之間。</p><p>　　確定的原則是保證流體流經(jīng)此處時(shí)的阻力不太大，同時(shí)要有良好的液封。</p><p>　　4.7.4 求降液管的寬度及截面：</p><p><b>　　

56、，查化工原理圖得：</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　4.7.5 求液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間τ</p><p><b>　　∴ 能夠滿足要求。</b></p><p>　　4.7.6 塔板四區(qū)尺寸的確定：</p><p>　　

57、邊緣區(qū)寬度WC取0.05m。</p><p>　　破沫區(qū)寬度WS取0.06m。</p><p>　　溢流區(qū)寬度Wd=0.196m。</p><p><b>　　鼓泡區(qū)面積Aa:</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　=1.585

58、</b></p><p>　　4.7.7 初算浮閥個(gè)數(shù)：</p><p>　　浮閥塔的操作性能以板上所有浮閥處于剛剛?cè)_時(shí)的情況為最好，此時(shí)塔板的壓強(qiáng)降及板上液體的泄露都比較小，且操作彈性較大，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)裝置的數(shù)據(jù)對F1型重浮閥而言，當(dāng)板上所有浮閥剛剛?cè)_時(shí),F0動(dòng)能因數(shù)常在9～12之間。本設(shè)計(jì)取F0=10，因?yàn)?∴,設(shè)為氣體通過閥孔時(shí)的速度，F(xiàn)0為氣體通過閥孔時(shí)的動(dòng)能因數(shù)

59、，為</p><p><b>　　氣體密度，則。</b></p><p>　　d0為浮閥孔直徑取d0=0.039m，</p><p><b>　　則,</b></p><p>　　4.7.8 核算閥孔動(dòng)能因數(shù)及孔速：</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b&

60、gt;</p><p>　　閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大仍在9～12范圍之內(nèi)，所以選取合理。</p><p>　　4.7.9計(jì)算塔板開孔率：</p><p>　　開孔率= 在（5%～15%）內(nèi)，符合要求。</p><p>　　4.8塔板的水力學(xué)計(jì)算</p><p>　　塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算，目的在于核算上述各項(xiàng)工藝尺寸已經(jīng)

61、確定的塔板，在設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下能否正常操作。其內(nèi)容包括對塔板壓強(qiáng)、液泛、霧沫夾帶、泄漏等項(xiàng)的驗(yàn)算。</p><p>　　4.8.1氣體通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降：</p><p><b>　　1、干板阻力hC：</b></p><p><b>　　臨界孔速：</b></p><p>　　∵ 故

62、用下式計(jì)算：</p><p>　　2、板上充氣液層阻hR：</p><p>　　因?yàn)榉蛛x的混合物為碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮嗜“迳铣錃獬潭纫驍?shù)ε0=0.45，取板上液層高度hL=0.06m。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　3、液體表面張力造成的阻力hP：</p><p>

63、　　浮閥塔的hσ值通常很小，計(jì)算時(shí)可以忽略，所以氣體通過浮閥板的壓降為hP=hC+hR=0.0356+0.027=0.0626m液柱，單板壓降ΔPP=hPρLg=0.0626×713.8×9.81=438.35KPa</p><p><b>　　4.8.2液泛：</b></p><p>　　該塔板不設(shè)進(jìn)口堰，故液體通過降液管的壓降：</p&g

64、t;<p>　　降液管降液管中當(dāng)量清液層高度為：實(shí)際降液管中液體和泡沫的總高度大于0.13216這個(gè)值，為了防止液泛，應(yīng)保證降液管中泡沫液體的總高度不超過上層塔板的出口堰，所以在設(shè)計(jì)中令,φ是參數(shù)考慮到降液管內(nèi)液體充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)。一般物系取φ=0.5，取出口堰高度hW=0.05m，HT=0.45m</p><p><b>　　符合要求不會淹塔。</b><

65、/p><p>　　4.8.3霧沫夾帶：</p><p>　　式中：VS、VL分別為氣、液負(fù)荷m3/s；、分別為塔內(nèi)氣、液密度kg/m3；ZL為板上液體流經(jīng)長度m，對單溢流塔板ZL=D-2WS=1.4-2×0.196=1.008m；Ab為板上液體流經(jīng)面積m2，對單溢流塔板Ab=AT-2Af=1.5386-2×0.123=1.2926m2；CF為泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，可根據(jù)氣相密度及

66、板距HT查得，CF=0.128，</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　=45.84%<80%</p><p><b>　　或泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　=44.2%&l

67、t;80%</p><p>　　對于D＞0.9m的大塔，泛點(diǎn)率都應(yīng)小于80%，實(shí)際求得的泛點(diǎn)率均小于80%，符合要求，所以霧沫夾帶量能滿足eV＜0.1kg（液）/kg（氣）。</p><p>　　4.9塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　4.9.1泄漏線</b></p><p>　　以F0=5作為規(guī)定氣體取小負(fù)荷

68、的標(biāo)準(zhǔn)，則</p><p>　　根據(jù)(VS)min在縱坐標(biāo)軸上定出一點(diǎn)作水平線，即為泄漏線。</p><p>　　4.9.2液相負(fù)荷上限線：</p><p>　　以τ=5秒作為液體在降液管中停留時(shí)間下限值，即(LS)max=AfHT/5=0.123×0.45/5=0.0111m3/s。</p><p>　　根據(jù)(LS)max在橫坐標(biāo)

69、軸上定出一點(diǎn)C并作垂線，即為液相負(fù)荷上限線。</p><p>　　4.9.3液相負(fù)荷下限線：</p><p>　　對于平堰，一般取堰上液層高度h0W=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，低于此限時(shí)便不能保證板上液流的均勻分布，降低氣液接觸效果，根據(jù)公式:</p><p>　　,一般how取作為下限條件。</p><p>　　根據(jù)在橫坐標(biāo)軸取定一

70、點(diǎn)B作垂線，即為液相負(fù)荷下限線。</p><p><b>　　4.9.4液泛線：</b></p><p>　　根據(jù)可導(dǎo)出VS與VS的關(guān)系式，即。</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><

71、;b>　　表4-4</b></p><p>　　根據(jù)表的數(shù)據(jù)，再繪制出液泛線。</p><p>　　4.9.5霧沫夾帶上限線：</p><p>　　霧沫夾帶上限線表現(xiàn)了霧沫夾帶量eV=0.1kg（液）/kg（汽）時(shí)的LS～VS的關(guān)系。</p><p>　　按泛點(diǎn)率=80%時(shí)找出LS與VS的關(guān)系，即</p>&l

72、t;p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=80%</b></p><p>　　繪圖即霧沫夾帶上限線。</p><p>　　根據(jù)以上五條線繪出塔板負(fù)荷性能圖：</p><p>　　圖4

73、-1 塔板負(fù)荷性能曲線圖</p><p>　　4.9.6技術(shù)分析：</p><p>　　(1)由塔板負(fù)荷性能圖可以看出，在規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)在適宜操作區(qū)內(nèi)的適宜位置，這說明本設(shè)計(jì)比較合理。</p><p>　　(2) 因操作上限受霧沫夾帶線控制，因此，若處理量提高較大時(shí)，適當(dāng)將霧沫夾帶線上移，即提高板間距或加大開孔區(qū)面積。</p><p&

74、gt;　　表4-5 浮閥塔板設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號一覽表</p><p><b>　　五接管尺寸計(jì)算</b></p><p>　　5.1進(jìn)料管尺寸計(jì)算：</p><p>　　表5-1 進(jìn)料液體密度計(jì)算</p><p><b>　　進(jìn)料管密度：</b></p><p><

75、b>　　取</b></p><p>　　，經(jīng)圓整取114mm.</p><p>　　5.2塔頂蒸汽管尺寸計(jì)算：</p><p><b>　　塔頂 </b></p><p>　　5.3釜液出口管尺寸計(jì)算：</p><p><b>　　，取</b></

76、p><p><b>　　5.4塔高的計(jì)算：</b></p><p><b>　　nF—進(jìn)料板數(shù)</b></p><p><b>　　HF—進(jìn)料板間距</b></p><p><b>　　nP—人孔數(shù)</b></p><p>　　HB—塔

77、底空間高度(6到8層設(shè)一人孔)</p><p><b>　　HP—人孔板間距</b></p><p><b>　　HD—塔頂空間高度</b></p><p><b>　　H1—封頭高度</b></p><p><b>　　H2—裙座高度</b></p

78、><p>　　取, ,,,,0.7</p><p><b>　　1.5,</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　六 熱量衡算</b></p><p>　　6.1塔頂冷凝器熱量衡算</p><p>

79、;　　冷凝器體系選取如下圖：</p><p><b>　　圖6-1 冷凝器</b></p><p>　　下表為基準(zhǔn)焓值為57℃時(shí)飽和液相焓值，列匯總表如下：</p><p>　　表6-1 塔頂冷凝器熱量衡算計(jì)算表</p><p>　　6.2塔底再沸器熱量衡算</p><p>　　下表為基準(zhǔn)焓值

80、為107℃時(shí)飽和液相焓值，列匯總表如下：</p><p>　　表6-2 塔底再沸器熱量衡算計(jì)算表</p><p><b>　　七 課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　對于設(shè)計(jì)過程我們通過查閱各種文獻(xiàn)得到數(shù)據(jù)、公式，最后匯總。通過給出的任務(wù)進(jìn)行計(jì)算，使我們的自學(xué)能力，匯總能力都得到了提高。對于最后部分塔附屬高度的計(jì)算還不甚了解，很不熟練

81、，有待提高。通過本次課程設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了自己的自學(xué)能力，更促進(jìn)了對分離工程知識的進(jìn)一步了解，同時(shí)通過同學(xué)之間，同學(xué)和老師之間的相互交流使我的設(shè)計(jì)更加完善。 在良好的互動(dòng)環(huán)境下我們大家都很努力認(rèn)真，不僅是為了取得成績，更是為了能在知識上，在能力上都有所提高。特別使對一些參考文獻(xiàn)的使用，和對圖表的查詢都有了實(shí)質(zhì)性的操作，動(dòng)手能力也有了顯著提高，使我們大家都很高興。雖然我們做設(shè)計(jì)的時(shí)間較以前的學(xué)哥學(xué)姐時(shí)間短，但我們相信我們的收獲不比他們

82、少。當(dāng)然我知道自己的設(shè)計(jì)也許還存在這樣或那樣的不足，但我知道這是我努力的結(jié)果。我感謝能有這次讓我努力并增長知識的機(jī)會，缺點(diǎn)和不足一定回盡力改正。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)確實(shí)是我自己第一次完整的來完成一件裝置設(shè)計(jì)，真正讓我體會到了設(shè)計(jì)好并非易事。書本的知識所有人都會學(xué)，但怎樣把它用活，卻是需要通過不斷的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累獲得的一種能力，需要自己有足夠的耐心和毅力，還要有不恥下問虛心向他人請教的精神，學(xué)會獨(dú)立思考

83、的同時(shí)又要重視團(tuán)隊(duì)集體的智慧和力量。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對從精餾塔設(shè)計(jì)方案到精餾塔設(shè)計(jì)的基本過程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識。它相當(dāng)于實(shí)際精餾塔設(shè)計(jì)工作的模擬。在課程設(shè)計(jì)過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對精餾塔的特點(diǎn)，收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改、再討論，逐步了解設(shè)計(jì)填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下

84、進(jìn)行擴(kuò)充詳細(xì)設(shè)計(jì)，并計(jì)算物料守衡、傳質(zhì)系數(shù)、填料層高度、塔高等，最后進(jìn)行塔附件設(shè)計(jì)。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題。理論的數(shù)據(jù)計(jì)算不難，困難就在于實(shí)際選材，附件選擇等實(shí)際問題。這些方面都應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)中得以加強(qiáng)與改進(jìn)。</p><p><b>

85、　　八 體會</b></p><p>　　以上是本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過程中的心得與體會以及對課程設(shè)計(jì)完成情況的總結(jié)，希望在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中能揚(yáng)長避短，以取得更好的學(xué)習(xí)效果。 本次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過兩周的時(shí)間得以完成，主要包括目錄、緒論、設(shè)計(jì)方案、吸收塔的工藝計(jì)算等內(nèi)容，主要通過上網(wǎng)搜集資料，查找統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)的整合計(jì)算，文字的篩選以及上機(jī)調(diào)試等部分組成，在此基礎(chǔ)上形成了該課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)框架，最后由本人加

86、以總結(jié)整合，提出了相關(guān)設(shè)計(jì)方案，具體內(nèi)容在課程設(shè)計(jì)各章節(jié)均有所體現(xiàn)。本次課程設(shè)計(jì)讓我取得了很多收獲。 首先，通過課程設(shè)計(jì)資料的搜索以及對數(shù)據(jù)的計(jì)算中，讓我對分離工程有了更加清晰、深刻的認(rèn)識，課程設(shè)計(jì)本身的完成過程，其實(shí)也是自己對分離工程輪廓的理解，對內(nèi)容的把握的過程，這樣可以更加豐富的了解分離工程的全貌，對自己的專業(yè)知識學(xué)習(xí)也更加深刻，不再流于表面。 其次，通過本次課程設(shè)計(jì)提高了我的邏輯思維能力以及對材料的整合和篩選能力

87、，這對于我今后的研究和學(xué)習(xí)有很大的幫助，通過了整個(gè)課程設(shè)計(jì)方案的描述，讓我更加全面的拓寬自己的思考能力。 再次，課程設(shè)計(jì)讓我更加重視實(shí)踐，重視對實(shí)際工作的關(guān)注，有利于提高我理論聯(lián)系實(shí)際的能力。</p><p><b>　　參考資料和文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《化工原理》（上、下冊）譚天恩 竇梅 周明華 編著?；瘜W(xué)工業(yè)出版社（第三版） 2009年4月

88、第21次印刷</p><p>　　2.《分離工程》.張順澤 劉麗華 徐輝 李翔 馬江濤編著。河南城建學(xué)院</p><p>　　3.《化學(xué)單元操作基礎(chǔ)》. 化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　4.《化學(xué)工程手冊》.北京:化學(xué)業(yè)出版社,1991</p><p>　　5.《化工原理課程設(shè)計(jì)》.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1994</p>

89、<p>　　6.《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》.北京:清華大學(xué)出版社,1996</p><p>　　7.《精細(xì)化工裝備》.李春燕 陸辟疆主編。化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　8.《化工基本過程與設(shè)備》.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　9.《化工物性算圖手冊》.劉光啟 馬連湘 刑志有。化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　10.《化工原理

90、課程設(shè)計(jì)》.柴誠敬 劉國維 李阿娜編。天津科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　11.《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　12.《化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)》.劉道德編著。中南工業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　13.《傳質(zhì)過程及設(shè)備》.</p><p>　　14.《化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》.任曉光主編?；瘜W(xué)工業(yè)出版社<