化工原理課程設(shè)計(jì)--乙醇—水分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　論文題目：乙醇—水分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)</p><p>　　2012年6月28日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)題目</b></p>

2、<p>　　乙醇-水溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的確定</p><p>　　操作條件的選擇（包括操作壓強(qiáng)、進(jìn)料狀態(tài)、回流比等）</p>

3、<p><b>　　塔的工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　全塔物料衡算</b></p><p><b>　　最佳回流比的確定</b></p><p>　　理論板及實(shí)際板的確定</p><p><b>　　塔徑的計(jì)算</b></p

4、><p>　　降液管及溢流堰尺寸的確定</p><p>　　浮閥數(shù)及排列方式（篩板孔徑及排列方式）的確定</p><p><b>　　塔板流動(dòng)性能的校核</b></p><p>　　塔板負(fù)荷性能圖的繪制</p><p><b>　　塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</b></p>

5、<p><b>　　輔助設(shè)備工藝計(jì)算</b></p><p>　?。?）換熱器的面積計(jì)算及選型</p><p>　?。?）各種接管管徑的計(jì)算及選型</p><p>　?。?）泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型</p><p>　　6．塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（包括塔盤、裙座、進(jìn)出口料管）</p><p>&

6、lt;b>　　課程設(shè)計(jì)的要求</b></p><p>　　撰寫課程設(shè)計(jì)說明書一份</p><p><b>　　工藝流程圖一張</b></p><p><b>　　設(shè)備總裝圖一張</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)所需的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　原料

7、： 乙醇-水溶液</p><p>　　原料溫度： 30℃</p><p>　　處理量： 2萬噸/年</p><p>　　原料組成（乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：50%</p><p>　　產(chǎn)品要求：塔頂產(chǎn)品中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：92%；</p><p>　　塔頂產(chǎn)品中乙醇的回收率：99%</p><

8、p>　　生產(chǎn)時(shí)間： 300天（7200 h）</p><p>　　冷卻水進(jìn)口溫度：30℃</p><p>　　加熱介質(zhì)： 0.6MPa飽和水蒸汽</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排</b></p><p>　　查找資料，初步確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容，1-2天</p><p>

9、;　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)說明書初稿，2-3天</p><p>　　撰寫設(shè)計(jì)說明書，總裝圖，答辯，4-5天</p><p>　　課程設(shè)計(jì)考核方式與評(píng)分方法</p><p>　　指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)、設(shè)計(jì)說明書、繪圖質(zhì)量及答辯情況評(píng)定成績(jī)，采用百分制。</p><p>　　其中： 平時(shí)表現(xiàn) 20%</p

10、><p>　　設(shè)計(jì)說明書 40%</p><p>　　繪圖質(zhì)量 20%</p><p>　　答辯 20%</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p>

11、;<p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求1</p><p>　　1.2板式塔類型2</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的確定3</p><p>　　2.1操作條件的確定3</p><p>　　2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則

12、4</p><p>　　第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算6</p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算6</p><p>　　3.2塔板數(shù)的確定7</p><p>　　3.2.1理論板層數(shù)N的求取7</p><p>　　3.2.2最小回流比及操作回流比計(jì)算................................

13、...................................................8</p><p>　　3.2.3圖解法求理論塔板數(shù)...................................................................................................8</p><p>　　3.3 精餾塔有

14、關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算9</p><p>　　3.3.1 操作溫度計(jì)算..................................................................................................................10</p><p>　　3.3.2液體平均黏度計(jì)算10</p><p>

15、;　　3.3.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算10</p><p>　　3.3.4 平均密度計(jì)算11</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力計(jì)算12</p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4.1塔徑的計(jì)算13</p><p>　　3.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算15&

16、lt;/p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算15</p><p>　　3.5.1 溢流裝置計(jì)算15</p><p>　　3.5.2 塔板布置17</p><p>　　3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算18</p><p>　　3.6.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）19</p><p&

17、gt;　　3.6.2干板阻力19</p><p>　　3.6.3由表面張力導(dǎo)致的阻力19</p><p>　　3.6.4漏液驗(yàn)算19</p><p>　　3.6.5液泛驗(yàn)算19</p><p>　　3.6.6霧沫夾帶驗(yàn)算19</p><p>　　3.7操作性能負(fù)荷圖20</p><p&g

18、t;　　3.7.1霧沫夾帶上限線20</p><p>　　3.7.2液泛線 ...............................................................................................................21</p><p>　　3.7.3液體負(fù)荷上限線..................

19、.....................................................................................21</p><p>　　3.7.4漏液線......................................................................................................

20、.................21</p><p>　　3.7.5液相負(fù)荷下限線.......................................................................................................21</p><p>　　第四章 塔附屬設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1

21、 冷凝器的選擇...................................................................................................................23</p><p>　　4.2各種接管管徑的計(jì)算及選型..........................................................

22、..................................24</p><p>　　4.2.1進(jìn)料管.........................................................................................................................24</p><p>　　4.2.2釜液

23、出料管.................................................................................................................24</p><p>　　4.2.3回流液管......................................................................

24、...............................................25</p><p>　　4.2.4塔頂上升蒸汽管.........................................................................................................25</p><p>　　4.3泵的揚(yáng)

25、程計(jì)算及選型........................................................................................................26</p><p>　　4.4塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..........................................................................

26、..................................27</p><p>　　4.4.1法蘭.............................................................................................................................27</p><p>　　4.4.

27、2筒體.............................................................................................................................27</p><p>　　4.4.3封頭............................................................

28、.................................................................27</p><p>　　4.4.4裙座...........................................................................................................................

29、..27</p><p>　　4.4.5人孔.............................................................................................................................28</p><p>　　4.5 塔總體高度設(shè)計(jì)28</p><p>　

30、　4.5.1 塔的頂部空間高度28</p><p>　　4.5.2 塔的底部空間高度28</p><p>　　4.5.3 塔體高度28</p><p>　　4.6熱能的利用...............................................................................................

31、.........................28</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　摘要</b><

32、/p><p>　　在化工生產(chǎn)中，氣體吸收過程是利用氣體混合物中各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸時(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其目的是:</p><p>　　回收或捕獲混合物中的有用物質(zhì)，以制造產(chǎn)品。</p><p>　　除去工藝氣體中的有害成分使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，除去工業(yè)中排

33、放到空氣中的有害氣體，以免污染大氣。</p><p>　　實(shí)際過程往往兼有凈化和回收的雙重目的。</p><p>　　實(shí)際混合氣體的分離，總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理和化學(xué)性質(zhì)的差異而進(jìn)行的。根據(jù)不同性質(zhì)上的差異，可以開發(fā)出不同的分離方法，吸收操作僅為其中之一，它利用混合物中各組分在液體中的溶解度不同或化學(xué)性質(zhì)差異，在氣液兩相接觸時(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。</p>

34、<p>　　一般說來完整的吸收過程包括吸收和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù)環(huán)境等方面都要用到氣體吸收過程。填料塔作為其中的主要設(shè)備之一，越來越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔以水為溶劑，經(jīng)濟(jì)合理，凈化度高，污染小。除此之外，由于二氧化硫和水反應(yīng)生成硫酸，具有很大的作用。</p><p><b>　　第一章 概述</b></p>

35、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。</p><p>　　乙醇~水是

36、工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。</p><p>　　長(zhǎng)期以來，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇~水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純

37、度的乙醇來說產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇`水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。</p><p>　　塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)注意的事項(xiàng)是非常必要的。</p><p>　　1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求</p><p>　　精餾所進(jìn)

38、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>　?。?）氣(汽)、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(汽)、

39、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)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p>

40、<p>　?。?）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　?。?） 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)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<

41、/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。</p><p>　　板式塔為逐級(jí)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>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的確定</p>

42、<p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為乙醇—水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)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(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。</p><p>　　2.1操作條件的確定<

43、;/p><p>　　操作條件對(duì)操作有著重要的影響，若條件不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效果不理想，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等都?xì)q生產(chǎn)有著重要的影響。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><p><b>　　2.1.1操作溫度</b></p><p>　　操作溫度主要計(jì)算進(jìn)料口溫度、塔頂溫度、塔釜溫

44、度，從而得到精餾段溫度和提餾段溫度。</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>

45、<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

46、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)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

47、壓力。對(duì)于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表壓）。</p><p><b>　　2.1.4冷卻裝置</b></p><p>　　冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，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

48、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>　　2.2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)：<

49、/p><p>　　2.2.1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

50、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>　　2.2.2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

51、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)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。</p><p>　　2.2.3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

52、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><p>　　第三章 塔的工藝尺寸得計(jì)算</p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算</p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量 <

53、/p><p>　　水的摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　原料液</b></p><p><b>　　塔頂</b></p><p>　　原料液平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　同理可得：塔頂</b></p><p>

54、;<b>　　進(jìn)料流量</b></p><p><b>　　餾出液流量</b></p><p><b>　　釜液流量</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得</b></p><

55、;p><b>　　水的回收率：</b></p><p><b>　　3.2塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　3.2.1相對(duì)揮發(fā)度</p><p>　　由相平衡方程式 可得</p><p>　　根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可得：</p><p><b>

56、;　　因此可以求得：</b></p><p><b>　　相對(duì)揮發(fā)度：</b></p><p>　　3.2.2最小回流比及操作回流比計(jì)算：</p><p>　　由origin作圖可知 </p><p>　　R=1.5472~2.813</p><p>　　故取最佳操作回流比R=

57、2.5</p><p>　　3.2.3圖解法求理論塔板數(shù)：</p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p><b>　　提留段操作線方程</b></p><p>　　精餾段操作線、提留段操作線、乙醇-水汽液相平衡線如下圖所示：</p><p>　　由圖可

58、知：精餾段理論塔板數(shù)9塊，提留段理論塔板數(shù)4塊；</p><p>　　總的理論塔板數(shù)13塊，從第10塊板開始加料。</p><p>　　3.3 精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　3.3.1操作溫度計(jì)算</p><p>　　表5-1乙醇—水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系</p><p>　　利用表5-1中數(shù)

59、據(jù)由拉格朗日插值可求得、、。</p><p>　　進(jìn)料口： , =82.05℃</p><p>　　塔頂：，=78.28℃</p><p>　　塔釜：，=98.99℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度 ℃</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度 ℃</b&g

60、t;</p><p><b>　　全塔的平均溫度℃</b></p><p>　　3.3.2 液體平均黏度和實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算</p><p>　　在溫度86.44℃下查得水的粘度</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　所以有</b&

61、gt;</p><p><b>　　全塔效率</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　實(shí)際塔板數(shù)=</b></p><p><b>　　精餾段實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p><b>

62、;　　提留段實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p>　　總的實(shí)際塔板數(shù)29塊</p><p>　　3.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　精餾段平均溫度=80.17℃</p><p>　　液相組成：，=46.21%</p><p>　　氣

63、相組成 ：，=63.82%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　提餾段平均溫度=90.52℃</p><p>　　液相組成：，=5.97

64、%</p><p>　　氣相組成：，=33.79%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　3.3.4平均密度計(jì)算</p><p>　　求得在與下乙醇與水的密度。不同溫度下乙醇和水的密度見表5-2。</p>

65、<p>　　表5-2不同溫度下乙醇和水的密度</p><p><b>　　1、精餾段</b></p><p>　　平均溫度=80.17℃ ，=734.83 kg/</p><p>　　, =971.69 kg/</p><p>　　在精餾段，液相密度：</p><p><b&g

66、t;　　氣相密度：</b></p><p>　　==1.2380 kg/</p><p><b>　　2、提餾段</b></p><p>　　平均溫度 =90.52℃ ， =723.584 kg/</p><p>　　， =964.9412 kg/</p><p><b>

67、　　液相密度：</b></p><p><b>　　氣相密度：</b></p><p>　　==0.921 kg/</p><p>　　3.3.5液體平均表面張力計(jì)算</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的表面張力見表5-3。</p><p>　　表5-3乙醇和水不同溫度下的表面張力

68、</p><p>　　3.3.5.1 精餾段液體平均表面張力</p><p>　　提餾段平均溫度=80.17℃</p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p><p><b>　　水表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)</

69、b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　3.3.5.2 提餾段精餾段液體平均表面張力</p><p>　　提餾段平均溫度=90.52℃</p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p><p><b>　　水表面張力：<

70、;/b></p><p><b>　　乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1塔徑的計(jì)算</p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為</p>&

71、lt;p>　　(精餾段V=L+D=(R+1)+D,L=RD)</p><p>　　提餾段的氣、液相體積流率為</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　式中 C由式 計(jì)算，其中 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖橫坐標(biāo)為</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p

72、><p>　　取板間距 ，板上液層高度 ，則</p><p>　　取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實(shí)際空塔氣速為</b></p><

73、;p><b>　?。?）提餾段 </b></p><p>　　同理，提餾段的板間距取 ，板上液層高度 。</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m</p><p><b>　　提餾段的為 </b></p><p>　　3.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算;</p>&

74、lt;p><b>　　精餾段有效高度：</b></p><p><b>　　提留段有效高度;</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開一入孔，其高度為0.8m，</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p&g

75、t;　　3.5.1溢流裝置計(jì)算</p><p>　　因塔徑 D=1.0m ，可選用單溢流弓形降液管，各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p>　　3.5.1.1 堰長(zhǎng)</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p>　　3.

76、5.1.2溢流堰高度</p><p><b>　　由</b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度：，近似取E=1</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p><b>　

77、　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p>　　3.5.1.3弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由</b></p><p>　　由

78、弓形降液管的參數(shù)圖查得</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間為：</p><p>　　同理，提餾段的為 &

79、lt;/p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理</b></p><p>　　3.5.1.4 降液管底隙高度</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　3.5.1.5塔板的分塊<

80、/p><p><b>　　a塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查得塔板分塊數(shù)表得，塔板分為3塊</p><p><b>　　b邊緣區(qū)寬度的確定</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　3.5

81、.2 塔板布置</p><p>　　3.5.2.1浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g,孔徑為39mm</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過閥孔時(shí)的速度：</p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)F=11，那么,因此</p>&

82、lt;p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排。</p><p>　　取中心距t=75mm，用CAD畫圖得浮閥數(shù)為83個(gè)</p><p><b>　　3.5.2.2校核</b></p><p>　　氣體通過閥孔時(shí)的實(shí)際速度：</p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因素：（在9和12之間）</p><

83、;p><b>　　開孔率:</b></p><p>　　開孔率在10%~14%之間滿足要求</p><p>　　3.6 浮閥的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　3.6.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p>　　氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p><b

84、>　　3.6.2干板阻力</b></p><p>　　浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開的臨界速度為</p><p>　　因?yàn)?lt;=10.53m/s,</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　3.6.3由表面張力導(dǎo)致的阻力</p><p>　　由表面張力導(dǎo)致的阻

85、力一般來說比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：</p><p><b>　　3.6.4漏液驗(yàn)算</b></p><p>　　動(dòng)能因數(shù),相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷為：</p><p><b>　　其中=</b></p><p><b>　　所以</b></p><p

86、>　　可見不會(huì)產(chǎn)生過量漏液。</p><p><b>　　3.6.5液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p>　　其中，=0.0729m,=0.07m,</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　為防止液泛，通常,取

87、校正系數(shù)=0.5，則有： m</p><p>　　可見,即不會(huì)產(chǎn)生液泛。</p><p>　　3.6.6霧沫夾帶驗(yàn)算</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=?</b></p><p>　　查得物性系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)</p><p><b>　　所以，泛點(diǎn)率</b>&l

88、t;/p><p><b>　　=</b></p><p>　　可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.7操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　3.7.1霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點(diǎn)率為80%帶入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾

89、帶上限方程為：</p><p><b>　　3.7.2液泛線</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　即：</b></p><p>　　3.7.3液體負(fù)荷上限線</p><p><b>　　取,那么</

90、b></p><p><b>　　3.7.4漏液線</b></p><p>　　取動(dòng)能因數(shù),以限定氣體的最小負(fù)荷：</p><p>　　3.7.5液相負(fù)荷下限線</p><p><b>　　取帶入的計(jì)算式：</b></p><p><b>　　整理可得：<

91、;/b></p><p>　　表9-4浮閥塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　第四章 塔附屬設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 冷凝器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)取K=28800000J/(m2hk)</p><p>　　出料液溫度：78.3℃（飽和氣）～78.3℃（飽和

92、液）</p><p>　　冷卻水溫度：30℃～40℃</p><p><b>　　逆流操作：℃ ，℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　4.2各種接管管徑的計(jì)算及選型<

93、;/p><p><b>　　4.2.1進(jìn)料管</b></p><p>　　30℃時(shí)，查表可知原料液中， </p><p><b>　　則進(jìn)料液密度，</b></p><p><b>　　進(jìn)料液的體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=2.0

94、m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ32×4mm</p><p>　　4.2.2釜液出料管</p><p>　　同理，98.99℃時(shí)，釜液密度</p><p><b>　　進(jìn)料液的體積流量

95、</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=1.5m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ22×2.5mm</p><p><b>　　4.2.3回流液管</b></p>

96、<p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=0.5m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ68×3mm </p><p>　　4.2.4塔頂上升蒸汽管&l

97、t;/p><p>　　當(dāng)塔頂溫度t=78.28℃時(shí)，查表數(shù)據(jù)由拉格朗日插入方程可得：</p><p><b>　　，=83.79%</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　塔頂蒸汽密度</b></p><p><b

98、>　　塔頂蒸汽體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=20m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ273×9mm</p><p>　　4.3泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型</p><p

99、>　　進(jìn)料溫度℃，，，，，，</p><p><b>　　已知進(jìn)料量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速為,則</b></p><p><b>　　故選</b></p><p><b>　　則內(nèi)徑，代入得</b></p>&

100、lt;p><b>　　取絕對(duì)粗糙度為</b></p><p><b>　　相對(duì)粗糙度為</b></p><p><b>　　摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　進(jìn)料口位置高度</b

101、></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　揚(yáng)程m</b></p><p>　　選擇IS-50-32-250型號(hào)的離心泵。</p><p>　　4.4塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p><b>　　4.4.1法蘭</b>

102、</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)法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN40 HG 5010</p><p>　　回流管接管法蘭：PN6DN60 HG 5010</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p

103、>　　釜液排出管法蘭：PN6DN30 HG 5010</p><p><b>　　4.4.2筒體</b></p><p>　　壁厚選6mm，所用材質(zhì)為。</p><p><b>　　4.4.3封頭</b></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

104、DN=1000mm ，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積 ，容積。選用封頭DN600*6，JB 1154-73。</p><p><b>　　4.4.4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＞800mm，故裙座壁厚取16mm。</p>

105、;<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)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取M30。</p><p><b>　　4.4.5人孔</b></p>

106、<p>　　人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的惟一通道，人孔的位置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人空處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔6～8塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔。本塔中共29塊板，設(shè)置4個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為500mm。在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座上應(yīng)開2個(gè)人孔，直徑為500mm。人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓。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，本

107、設(shè)計(jì)也是如此。</p><p>　　4.5 塔總體高度設(shè)計(jì) </p><p>　　4.5.1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到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>　　4.5.2 塔的底部空間高度</p><p

108、>　　塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時(shí)間取5min。</p><p>　　4.5.3 塔體高度</p><p><b>　　總塔高度</b></p><p>　　塔頂高度，開有人孔的板間距：</p><p><b>　　塔底空間高度：</b></p&

109、gt;<p>　　進(jìn)料板空間高度： 裙座高度：3m</p><p><b>　　塔體總高</b></p><p>　　加裙座后的高度：16.1+3=19.1m ，取整后20m。</p><p><b>　　4.6 熱能利用</b></p><p>　　以釜?dú)堃簩?duì)預(yù)熱原料液，則將原料

110、加熱至泡點(diǎn)所需要的熱量可記為：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　在進(jìn)出預(yù)熱器的平均溫度以及=56.027的情況下，可查的比熱容并計(jì)算</p><p>　　50℃時(shí)，求的進(jìn)料口的比熱容：</p><p>　　70℃時(shí)，求的進(jìn)料口的比熱容： </p><p>　　得平均

111、溫度下進(jìn)料口的比熱容：</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　釜?dú)堃悍懦龅臒崃浚?lt;/b></p><p>　　若將釜?dú)堃簻囟冉档偷?30℃，</p><p><b>　　則平均溫度℃</b></p><p><b&g

112、t;　　查表的其比熱容為</b></p><p><b>　　因此</b></p><p>　　可知，,所以理論上不能用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)，需要加再沸器。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　我們?cè)俣潭痰膬芍苤畠?nèi)完成了繁重的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，之所以說他繁重是

113、因?yàn)閺淖罱K的定方案到設(shè)計(jì)計(jì)算、畫圖、整理電子檔，我們都付出了艱辛的勞動(dòng)。在課程設(shè)計(jì)的過程中，我們經(jīng)歷了感動(dòng)，經(jīng)歷了一起奮斗的酸甜苦辣。也一起分享了成功的喜悅。這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們每個(gè)人來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)。每個(gè)人都有自己薄弱的環(huán)節(jié)。這時(shí)候小組的力量就體現(xiàn)出來了，各司其職，各盡其能。發(fā)揮了集體的效用。</p><p>　　現(xiàn)在后頭看看，感覺課程設(shè)計(jì)確實(shí)挺好的，一方面檢驗(yàn)了我們隊(duì)化工原理知識(shí)的掌握，更重要的是讓我們接觸到

114、了工業(yè)設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，我覺得這些都是對(duì)以后的工作有很大幫助的，課程設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的設(shè)計(jì)，而是一系列的作業(yè)，包括了各種軟件的使用，計(jì)算，手工畫圖等等。同時(shí)，通過這次小組合作的課程設(shè)計(jì)，我也深刻體會(huì)到了小組合作的重要性。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　[1] 帶控制點(diǎn)生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　[2] 板

115、式精餾塔的總裝置圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳敏恒等.化工原理.第二版化.學(xué)工業(yè)出版社.1999 </p><p>　　[2]化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料板式精餾塔 侯新麗編 化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　　[3]板式精餾塔設(shè)計(jì) 伍欽 梁坤編 化學(xué)工業(yè)出版社 &