化工原理課程設(shè)計--甲醇—水板式精餾塔設(shè)計

1、<p><b>　　化工與制藥學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課題名稱：1萬噸/年甲醇—水板式精餾塔設(shè)計</p><p>　　專業(yè)班級：07級過控04班</p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號： </b></p

2、><p><b>　　學(xué)生姓名</b></p><p><b>　　學(xué)生成績:</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p>　　課題工作時間：2010年6月21日---2010年7月4日</p><p><b>　　化工與

3、制藥學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　課題名稱</b></p><p>　　甲醇-水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計</p><p>　　課題條件（文獻資料、儀器設(shè)備、指導(dǎo)力量）</p><p><b>

4、　?。ㄒ唬┰O(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　(1) 處理能力：　1.389　　 T/h。</p><p>　　(2) 原料溶液：　0.5　　組成(苯的質(zhì)量分數(shù)): </p><p>　　(3) 產(chǎn)品要求：塔頂甲醇的組成(質(zhì)量分數(shù)):　0.96　　</p><p>　　塔底甲醇組成(質(zhì)量分數(shù)): 0.02 。（二）操作

5、條件：</p><p>　?。?）生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，中間加料，泡點回流</p><p>　?。?）生間時間：每年以300天計算，每天24小時</p><p>　　（3）進料狀況： 泡點進料 </p><p>　?。?）回流比：自選，</p><p>　?。?）塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱</p&

6、gt;<p>　　（6）塔頂冷凝用冷卻水，冷卻水進口溫度：20℃</p><p>　　試設(shè)計一板式精餾塔，完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1 確定設(shè)計方案，繪制工藝流程圖。</p><p><b>　　2塔的工藝計算。</b><

7、/p><p>　?。?）精餾塔的物料衡算；</p><p>　?。?）最佳回流比的確定（3）塔板數(shù)的確定.</p><p><b>　　3塔工藝尺寸的計算</b></p><p><b>　　（1）板間距；</b></p><p><b>　?。?）塔徑；</b

8、></p><p>　　（6）塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計；</p><p>　　4塔板的流體力學(xué)核算；</p><p><b>　　5繪出負荷性能圖</b></p><p>　　6輔助設(shè)備的計算與選型</p><p>　　確定塔頂冷凝器、塔底再沸器的計算，加料泵，回流泵型號。</p><

9、;p><b>　　7附件尺寸確定</b></p><p>　　塔頂空間、塔底空間、人孔、裙座、封頭、進出管口等。</p><p>　　8設(shè)計計算結(jié)果匯總表</p><p><b>　　9設(shè)計結(jié)果評價</b></p><p>　　10、繪制精餾塔裝配圖</p><p>　

10、　11、編制設(shè)計說明書</p><p><b>　　設(shè)計所需技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　物性數(shù)據(jù)：熱容、粘度、密度、表面張力和飽和蒸氣壓等。</p><p><b>　　設(shè)計說明書內(nèi)容</b></p><p><b>　　1封面</b></p><

11、p><b>　　2任務(wù)書</b></p><p>　　3《課程設(shè)計》綜合成績評定表</p><p><b>　　4中英文摘要。</b></p><p><b>　　5目錄及頁碼</b></p><p><b>　　6概述</b></p>

12、<p>　　7按設(shè)計任務(wù)順序說明</p><p><b>　　8結(jié)語</b></p><p>　　簡述設(shè)計體會，收獲，提出建議等。</p><p>　　9參考文獻10附精餾塔裝配圖及流程圖</p><p>　　進度計劃（列出完成項目設(shè)計內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）</p><p>　　

13、1 設(shè)計動員，下達設(shè)計任務(wù)書 2010.6.21</p><p>　　2 搜集資料，閱讀教材，擬訂設(shè)計進度 2010.6.21—6.22</p><p>　　3 設(shè)計計算（包括電算） 2010.6.23—6.29</p><p>　　4

14、繪圖 2010.6.30—7.1</p><p>　　5 整理設(shè)計資料，撰寫設(shè)計說明書 2010.7.2—7.3</p><p>　　6 設(shè)計小結(jié)及答辯 2010.7.3—7.4</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）：

15、 2010 年 6 月 21日 </p><p>　　學(xué)科部（教研室）主任（簽名）： 2010 年 6 月 21日 </p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1．學(xué)生進行課程設(shè)計前，指導(dǎo)教師應(yīng)事先填好此任務(wù)書，并正式打印、簽名，經(jīng)學(xué)科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學(xué)生。設(shè)計裝訂時應(yīng)

16、將此任務(wù)書訂在設(shè)計說明書首頁。</p><p>　　2．如果設(shè)計技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書后另設(shè)附表列出。</p><p>　　3. 所有簽名均要求手簽,以示負責(zé)。</p><p><b>　　摘要： </b></p><p>　　設(shè)計一座甲醇-水連續(xù)精餾塔，根據(jù)物性特征，產(chǎn)品產(chǎn)量和工程、經(jīng)濟合理性來確定塔型和操作條件；通

17、過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定以及對塔體主尺寸的計算，工藝設(shè)計和附屬設(shè)備選型的設(shè)計，完成對苯-甲苯精餾工藝流程和主體設(shè)備的設(shè)計。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：塔型，塔體，設(shè)備，流程 </p><p>　　Abstract: </p><p>　　I need to design an ethanol - water continuous distillati

18、on. According to the characteristics of properties, product production and engineering, economic rationality to determine the type of the tower and operational conditions .Thinking about the requirements of raw materials

19、 and product and the determination of physical parameters, I can calculate of the size of the column , design the process and select the ancillary equipment , then complete the ethanol - water distillation process and th

20、e d</p><p>　　Key words: type, size, ancillary equipment, process</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、概述- 6 -</p><p>　　1.1 設(shè)計背景- 6 -</p><p>　　1.

21、2 設(shè)計條件- 6 -</p><p>　　1.3 設(shè)計要求- 7 -</p><p>　　1.4 設(shè)計說明書的主要內(nèi)容- 7 -</p><p>　　二計算過程- 8 -</p><p>　　1. 塔型選擇- 8 -</p><p>　　2. 操作條件的確定- 8 -</p><p&g

22、t;　　2.1 操作壓力- 8 -</p><p>　　2.3 加熱方式- 8 -</p><p>　　2.4 熱能利用- 8 -</p><p>　　3. 物料的工藝計算- 9 -</p><p>　　3.1相對揮發(fā)度- 9 -</p><p>　　3.2回流比R的確定- 11 -</p>

23、<p>　　3.3 物料平衡- 13 -</p><p>　　3.4 理論塔板層數(shù)的確定- 14 -</p><p>　　4. 基本物性數(shù)據(jù)計算- 15 -</p><p>　　4.1 精餾段- 15 -</p><p>　　4.2 提餾段- 16 -</p><p>　　4.3 全塔的流量- 1

24、7 -</p><p>　　5. 塔徑的計算- 18 -</p><p>　　6. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定- 19 -</p><p>　　6.1 確定塔板的流型- 19 -</p><p>　　6.2 塔板尺寸- 19 -</p><p>　　6.3 弓形降液管- 21 -</p><p&g

25、t;　　6.3.1 堰上液流高度- 21 -</p><p>　　6.3.2 堰高- 21 -</p><p>　　6.3.3 溢流管底與塔盤間距離h0- 21 -</p><p>　　6.4 浮閥數(shù)目及排列- 22 -</p><p>　　6.4.1 浮閥數(shù)目- 22 -</p><p>　　6.4.2 排

26、列- 22 -</p><p>　　6.4.3 校核- 23 -</p><p>　　7. 塔高的計算- 23 -</p><p>　　8. 流體力學(xué)驗算- 23 -</p><p>　　8.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)- 23 -</p><p>　　8.2干板阻力- 23 -</p&g

27、t;<p>　　8.3 板上充氣液層阻力- 24 -</p><p>　　8.4 由表面張力引起的阻力- 24 -</p><p>　　8.5漏液驗算- 24 -</p><p>　　8.6 液泛驗算- 24 -</p><p>　　8.7 霧沫夾帶驗算- 25 -</p><p>　　9. 操

28、作性能負荷圖- 25 -</p><p>　　9.1 霧沫夾帶上限線- 25 -</p><p>　　9.2 液泛線- 25 -</p><p>　　9.3 液體負荷上限線- 26 -</p><p>　　9.4 漏液線- 26 -</p><p>　　9.5 液相負荷下限線- 26 -</p>

29、<p>　　9.6 操作性能負荷圖- 26 -</p><p>　　10.有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總于表7- 27 -</p><p>　　11. 各接管尺寸的確定- 27 -</p><p>　　11.1 進料管- 27 -</p><p>　　11.2 釜殘液出料管- 28 -</p><

30、;p>　　11.3 回流液管- 28 -</p><p>　　11.4 塔頂上升蒸汽管- 28 -</p><p>　　11.5 水蒸汽進口管- 29 -</p><p>　　12.輔助設(shè)備的計算及選型- 29 -</p><p>　　12.1原料預(yù)熱器- 29 -</p><p>　　12.2冷凝器熱

31、負荷- 29 -</p><p>　　12.3再沸器熱負荷- 30 -</p><p>　　12.4泵的選擇- 30 -</p><p>　　12.5法蘭的選用- 30 -</p><p><b>　　小結(jié)- 31 -</b></p><p>　　參考資料：- 32 -</p&g

32、t;<p><b>　　一、概述</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計背景</b></p><p>　　塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備的設(shè)計和研究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面，都有非常重大的影響

33、。</p><p>　　精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達到分離的目的。因此精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。</p><p>　　為了加強工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都在加大塔的研究力度。如今在我國常用的板式塔中主要為泡罩塔、浮閥塔、篩

34、板塔和舌型塔等。填料種類出拉西、環(huán)鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。更加強了對篩板塔的研究，提出了斜空塔和浮動噴射塔等新塔型。同時我國還進口一些新型塔設(shè)備，這些設(shè)備的引進也帶動了我國自己的塔設(shè)備的科研、設(shè)計工作，加速了我國塔技術(shù)的開發(fā)。</p><p>　　國外關(guān)于塔的研究如今已經(jīng)放慢了腳步，是因為已經(jīng)研究出了塔盤的效率并不取決與塔盤的結(jié)構(gòu)，而是主要取決與物系的性質(zhì)，如：揮發(fā)度、黏度、

35、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥院蛪毫?，并盡量提高塔盤的效率?！痹谛滦吞盍戏矫鎰t在努力的研究發(fā)展有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。</p><p>　　經(jīng)過我國這些年的努力，在塔研究方面與國外先進技術(shù)的差距正在不斷的減小</p><p>　　目前，精餾塔的設(shè)計方法以嚴格計算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴格計算法對于連續(xù)精餾塔

36、是最常采用的，我們此次所做的計算也采用嚴格計算法。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計條件</b></p><p><b>　　原料：甲醇、水</b></p><p><b>　　原料溫度：泡點進料</b></p><p><b>　　處理量：1萬噸/年<

37、/b></p><p>　　原料組成：甲醇的質(zhì)量分率=0.50（質(zhì)量分數(shù)）</p><p>　　產(chǎn)品要求：塔頂甲醇的質(zhì)量分率=0.96（質(zhì)量分數(shù)），塔底甲醇質(zhì)量分率=0.02（質(zhì)量分數(shù)）</p><p>　　生產(chǎn)時間：300天/年</p><p>　　冷卻水進口溫度：25℃</p><p>　　加熱劑：0.9MP

38、飽和水蒸汽</p><p>　　單板壓降：小于或等于0.7kpa</p><p>　　生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，泡點回流</p><p>　　全塔效率：Et=50%</p><p><b>　　1.3 設(shè)計要求</b></p><p>　　1.撰寫課程設(shè)計說明書一份</p><p&g

39、t;　　2.帶控制點的工藝流程圖一張</p><p>　　3.塔裝備的總裝圖一張</p><p>　　1.4 設(shè)計說明書的主要內(nèi)容</p><p><b>　　1.設(shè)計方案的確定</b></p><p>　　2.帶控制點的工藝流程圖的確定 </p><p>　　3.操作條件的選擇（包括操作壓強、進

40、料狀態(tài)、加熱劑、冷卻劑、回流比）</p><p><b>　　4.塔的工藝計算</b></p><p><b>　?。?）全塔物料衡算</b></p><p>　　（2）最佳回流比的確定</p><p>　?。?）理論板及實際板的確定</p><p><b>　　（

41、4）塔徑的計算</b></p><p>　?。?）降液管及溢流堰尺寸的確定</p><p>　　（6）浮閥數(shù)及排列方式（篩板孔徑及排列方式）的確定</p><p>　?。?）塔板流動性能的校核（液沫夾帶校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液體在降液管內(nèi)停留時間校核，嚴重漏液校核）</p><p>　　（8）塔板負荷性能圖的繪制&l

42、t;/p><p>　?。?）塔板設(shè)計結(jié)果匯總表</p><p>　　5.輔助設(shè)備工藝計算</p><p>　?。?）換熱器的面積計算及選型</p><p>　　（2）各種接管管徑的計算及選型</p><p>　?。?）泵的揚程計算及選型</p><p>　　6.塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計：（包括塔盤、裙座、進

43、出口料管）</p><p><b>　　二計算過程</b></p><p><b>　　1. 塔型選擇</b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開動設(shè)備24小時計算，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥塔。</p>

44、<p>　　2. 操作條件的確定</p><p><b>　　2.1 操作壓力</b></p><p><b>　　壓力為（Pa）</b></p><p><b>　　2.2 進料狀態(tài)</b></p><p>　　雖然進料方式有多種，但是飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)

45、、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計中采取飽和液體進料（q=1）。</p><p><b>　　2.3 加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計中多在塔底加一個再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于乙醇~水體系

46、中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這時只需在塔底安裝一個鼓泡管，于是可省去一個再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進行加熱，無論是設(shè)備費用還是操作費用都可以降低。</p><p><b>　　2.4 熱能利用</b></p><p>　　精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進入再沸器的能量只有5%左右可以

47、被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜殘液對原料液進行加熱。</p><p>　　3. 物料的工藝計算</p><p>　　由于精餾過程的計算均以摩爾分數(shù)為準，需先把設(shè)計要求中的質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分數(shù)。</p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p

48、><p>　　甲醇的摩爾質(zhì)量為：32 kg/kmol</p><p>　　水的摩爾質(zhì)量為： 18kg/kmol</p><p>　　以年工作日為300天，每天開車24小時計，進料量為：</p><p><b>　　進料液的平均摩爾數(shù)</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b

49、></p><p><b>　　可求出</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　求得</b></p><p>　　表1 原料液、餾出液與釜殘液的流量</p><p><b>　　3.1相對揮發(fā)度</b>

50、</p><p>　　可根據(jù)平衡線圖（圖1）查得塔頂、塔底溫度</p><p>　　1—汽相 2—液相</p><p>　　圖1 甲醇-水溶液的t-y-x圖</p><p><b>　　或用計算法求得：</b></p><p><b>　　安托因方程: </b></p

51、><p><b>　?、龠M料處：，</b></p><p>　　查圖1得：t = 77℃,利用安托因方程，</p><p><b>　　計算得出，</b></p><p><b>　　求得=3.87</b></p><p><b>　?、谒敚?l

52、t;/b></p><p>　　查圖得t=64.5℃, 同理求得，</p><p><b>　　此時的相對揮發(fā)度</b></p><p><b>　?、鬯祝?lt;/b></p><p>　　查圖得：t=98℃, 同理求得，</p><p><b>　　此時的相對

53、揮發(fā)度</b></p><p><b>　　全塔的相對揮發(fā)度</b></p><p>　　3.2回流比R的確定</p><p>　　由于是泡點進料（q=1），</p><p><b>　　相平衡方程 =</b></p><p>　　當(dāng),求出夾緊點，，因此：<

54、/p><p><b>　　操作回流比</b></p><p>　　最少理論板數(shù)的確定：利用芬斯克方程</p><p>　　由于設(shè)備的綜合費用與N(R+1)有直接的關(guān)系，因此繪制N(R+1)~R圖就可以求當(dāng)R值時N(R+1)最小的為實際R</p><p>　　令，由不同β得到R值</p><p>　　利

55、用吉利蘭圖~求出N值，進而能得到N(R+1)</p><p><b>　　圖2 吉利蘭圖</b></p><p>　　有吉利蘭圖關(guān)聯(lián)圖中的曲線近似值，表達式有</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　當(dāng)β=1.1時，R=β=1.1x0.78=0.858</p>&

56、lt;p>　　代入①式得N=15.8</p><p>　　總成本費用：=15.8x(0.858+1)=29.356</p><p>　　當(dāng)β=1.2時，R=β=1.2x0.78=0.936</p><p>　　代入①式得N=13.6</p><p>　　總成本費用：=13.6x(0.936+1)=26.33</p><

57、;p>　　當(dāng)β=1.3時，R=β=1.3x0.78=1.014</p><p>　　代入①式得N=12.4</p><p>　　總成本費用：=12.4x(1.014+1)=24.974</p><p>　　同理可求得當(dāng)β取不同值時對應(yīng)的R、N以及的值，列表如下：</p><p><b>　　表2 回流比計算表</b>

58、;</p><p>　　選取總成本最小時的R值。</p><p>　　由上表可知當(dāng)=1.9時總成本最小，最小為22.834。</p><p>　　此時最適回流比為：R=1.56</p><p><b>　　3.3 物料平衡</b></p><p><b>　?、倬s段操作方程：</

59、b></p><p>　　精餾段液體的摩爾流量：</p><p><b>　　氣體的摩爾流量：</b></p><p><b>　?、谔狃s段操作方程：</b></p><p><b>　　液體的摩爾流量：</b></p><p><b>

60、　　氣體的摩爾流量：</b></p><p><b>　　q線方程：</b></p><p>　　3.4 理論塔板層數(shù)的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><

61、;p><b>　　線方程：</b></p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p>　　利用逐板法計算理論塔板層數(shù)：</p><p><b>　　(進料板)</b></p><p>　　從上計算中可以得出理論塔板層數(shù)塊（含塔釜）</p>&

62、lt;p>　　其中，第4塊為進料板。</p><p><b>　　由條件知全塔效率</b></p><p>　　則可計算出實際塔板層數(shù)（含塔釜）</p><p>　　4. 基本物性數(shù)據(jù)計算</p><p><b>　　4.1 精餾段</b></p><p>　　整理精餾

63、段的已知數(shù)據(jù)列于表3(見下頁)，由表中數(shù)據(jù)可知：</p><p>　　表3 精餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、僖合嗥骄栙|(zhì)量：</p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　精餾段的液相負荷</b></p><p><b>

64、;　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　精餾段的汽相負荷</b></p><p>　　精餾段的負荷列于表4。</p><p>　　表4 精餾段的汽液相負荷</p><p><b>

65、;　　4.2 提餾段</b></p><p>　　整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負荷，結(jié)果列于表6。</p><p>　　表5 提餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、僖合嗥骄栙|(zhì)量：</p><p><b>　　液相平均密度：</b></p><

66、;p><b>　　提餾段的液相負荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　提餾段的汽相負荷</b></p><p>　　表6 提餾段的汽液相負

67、荷</p><p><b>　　4.3 全塔的流量</b></p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的計算結(jié)果可以知道：</p><p>　　汽塔的平均蒸汽流量：</p><p>　　汽塔的平均液相流量：</p><p>　　汽塔的汽相平

68、均密度：</p><p>　　汽塔的液相平均密度：</p><p><b>　　5. 塔徑的計算</b></p><p>　　塔徑可以由下面的公式給出：</p><p>　　由于適宜的空塔氣速，因此，需先計算出最大允許氣速。</p><p><b>　　初步設(shè)定板間距 </b>

69、;</p><p>　　板上清夜層高度取 =0.06m</p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p><b>　　圖3 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力：</p><p><b>　　全塔的平

70、均溫度：</b></p><p>　　在此溫度下,查《化工原理》書379頁液體表面張力共線圖并計算出液體表面張力</p><p>　　史密斯關(guān)聯(lián)圖是按液體表面張力的物系繪制的，若所處物系的表面張力為其他值，則需按式校正查出的負荷系數(shù)，即：</p><p><b>　　取安全系數(shù)為0.7</b></p><p>

71、;<b>　　則取適宜的空塔氣速</b></p><p><b>　　塔徑的確定：</b></p><p><b>　　氣相流量</b></p><p><b>　　塔徑</b></p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p

72、>　　6. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　　6.1 確定塔板的流型</p><p>　　塔徑小于800mm，采用單溢流弓形降液管。</p><p><b>　　6.2 塔板尺寸</b></p><p><b>　　選取，而0.714</b></p><p>&l

73、t;b>　　所以0.5m</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　然后根據(jù)上表弓形降液管的寬度與面積即可查出</p><p><b>　　，</b></p><p>

74、<b>　　從而計算出：</b></p><p><b>　　塔板總面積</b></p><p><b>　　弓形溢流管寬度</b></p><p><b>　　弓形降液管面積</b></p><p><b>　　驗算：</b><

75、;/p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間</p><p>　　液體在提餾段降液管內(nèi)的停留時間</p><p><b>　　6.3 弓形降液管</b></p><p>　　6.3.1 堰上液流高度 </p><p>　　本設(shè)計采用平堰，則堰上液頭高應(yīng)在（6~60mm之間）。</p>

76、<p>　　對于平堰，則堰上液頭高可用佛蘭西斯公式計算：</p><p>　　對于式中液流收縮系數(shù)E可用下表差得</p><p>　　圖5 溢流堰的液流收縮系數(shù)</p><p><b>　　則計算</b></p><p><b>　　6.3.2 堰高 </b></p>&

77、lt;p>　　采用平直堰，一般應(yīng)使塔板上得清夜層高度50~100mm，而清夜層高度，因此有：</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　6.3.3 溢流管底與塔盤間距離h0 </p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　取=30mm&

78、lt;/b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理</p><p>　　選用凹形受夜盤，深度=5mm</p><p>　　6.4 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>　　6.4.1 浮閥數(shù)目</p><p>　　閥孔數(shù)

79、n取決于操作時的閥孔氣速，而由閥孔動能因數(shù)決定。</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的速度</p><p>　　一般8~11，對于不同工藝條件，也可以適當(dāng)調(diào)整。</p><p>　　取動能因數(shù)，那么，因此</p><p><b>　　個 取n

80、=35</b></p><p><b>　　6.4.2 排列</b></p><p>　　閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。</p><p>　　按等腰三角形排列：取三角形底邊固定為75mm </p><p><b>　　開孔鼓泡區(qū)面積：</b></p><

81、;p><b>　　則計算可得到</b></p><p>　　則t==0.18/(350.075)=68.6mm 取t=65mm，畫圖知通道板上可排閥孔 35個。 </p><p><b>　　6.4.3 校核</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的實際速度：<

82、/p><p>　　實際動能因數(shù)：(在9~11之間)</p><p><b>　　開孔率：</b></p><p>　　開孔率在10%~14%之間，滿足要求。</p><p><b>　　7. 塔高的計算</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計算：</p>

83、<p>　　已知實際塔板數(shù)為塊，板間距由于料液較清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個人孔，則人孔的數(shù)目為： </p><p><b>　　個</b></p><p>　　取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p><b>　　8. 流體力學(xué)驗算<

84、;/b></p><p>　　8.1 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>　　8.2干板阻力</b></p><p>　　浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為：</p><p><b>　　因為

85、</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　8.3 板上充氣液層阻力</p><p>　　取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：</p><p>　　8.4 由表面張力引起的阻力</p><p>　　由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以

86、：</p><p><b>　　<0.7kpa</b></p><p><b>　　8.5漏液驗算</b></p><p>　　動能因數(shù)，相應(yīng)的氣相最小負荷為：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　所以&

87、lt;/b></p><p>　　可見不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p><b>　　8.6 液泛驗算</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　（可忽略）</b>&l

88、t;/p><p>　　為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：</p><p>　　可見，，即不會產(chǎn)生液泛。</p><p>　　8.7 霧沫夾帶驗算</p><p><b>　　泛點率=</b></p><p><b>　　由，查泛點負荷系數(shù)</b></p><

89、p>　　無泡沫正常系統(tǒng) K=1,所以，</p><p><b>　　泛點率=</b></p><p><b>　　泛點率=</b></p><p>　　取兩值中較大值 57.9%<65%</p><p>　　可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)</p><p>　　9.

90、 操作性能負荷圖</p><p>　　9.1 霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點率為80%代入泛點率計算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾帶上限方程為：</p><p><b>　　9.2 液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程為</b>&l

91、t;/p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　代入上式化簡后可得：</p><p>　　9.3 液體負荷上限線</p><p><b>　　取，那么</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取若干個值，算出相應(yīng)的V值，列表如下：</p><

92、;p><b>　　9.4 漏液線</b></p><p>　　取動能因數(shù)，以限定氣體的最小負荷：</p><p>　　9.5 液相負荷下限線</p><p><b>　　取代入的計算式：</b></p><p><b>　　整理可得：</b></p><

93、;p>　　9.6 操作性能負荷圖</p><p>　　由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負荷，可知操作點P(0.00047，0.472)在正常的操作范圍內(nèi)。連接OP作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負荷下限，即由漏液所控制。由圖可讀得：</p><p>　　所以，塔的操作彈性為</p>

94、;<p>　　10.有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總于表7</p><p>　　表7 浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果</p><p>　　11. 各接管尺寸的確定</p><p><b>　　11.1 進料管</b></p><p><b>　　進料體積流量</b></p>

95、<p>　　進料管內(nèi)適宜流速一般取1.5~2.5取適宜的輸送速度，故</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.2 釜殘液出料管</p><p><b>　　釜殘液的體積流量：</b&g

96、t;</p><p>　　塔釜出料管內(nèi)適宜流速一般取0.5~1.0取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB 8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　11.3 回流液管</b></p><

97、;p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進行回流適宜流速一般取0.2~0.5，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.4

98、塔頂上升蒸汽管</p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：</p><p>　　塔頂蒸汽的適宜流速為：常壓操作時取12~20，取適宜速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.

99、5 水蒸汽進口管</p><p>　　通入塔的水蒸氣體積流量：</p><p>　　蒸汽的適宜流速為：常壓操作時取12~20，取適宜速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　12.輔助

100、設(shè)備的計算及選型</p><p><b>　　12.1原料預(yù)熱器</b></p><p>　　原料加熱：采用壓強為0.9MPa的水蒸汽加熱，溫度為175℃。原料溫度從25℃升高到77℃。流體形式采用逆流加熱　　則</p><p><b>　　原料流量：</b></p><p>　　原料的比熱容：

101、 </p><p><b>　　進料的質(zhì)量分數(shù)：</b></p><p><b>　　混合液的比熱容為：</b></p><p><b>　　原料吸熱量為：</b></p><p>　　選擇傳熱系數(shù)K=2800w/(m2·K)</p><p&g

102、t;　　則傳熱面積由下列公式計算：</p><p>　　采用加熱管的直徑為：19×2mm</p><p>　　12.2冷凝器熱負荷</p><p>　　按泡點回流設(shè)計，即飽和蒸汽冷凝且飽和回流，采用25℃的水作為冷卻劑，逆流操作，則 Q=Wr1r1=VMVDr1</p><p>　　查液體的汽化潛熱圖，可知塔頂溫度77℃下，<

103、;/p><p>　　乙醇汽化潛熱：rA=1050KJ/kg</p><p>　　水的汽化潛熱：rB=2400KJ/kg</p><p>　　r1=∑rixi=1050×0.931×32+（1-0.9311）×2400×18=34262.4KJ/Kmol</p><p>　　故Q=55.85×342

104、62.4/3600=557.24KJ/s</p><p>　　又由于Q=KAΔtm</p><p><b>　　則</b></p><p>　　因為 K=2800J/s·(m2·K)</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　12.3再

105、沸器熱負荷</p><p>　　采用飽和水蒸氣間接加熱，逆流操作，則 Q=Wh2r2</p><p>　　查得塔釜溫度98℃下</p><p>　　乙醇汽化潛熱rA=1100KJ/kg</p><p>　　水的汽化潛熱：rB=2260KJ/kg</p><p>　　r2=∑rixi=1100×0.011

106、15;32+（1-0.011）×2260×18=40619.72KJ/Kmol</p><p>　　故Q=（L′-W）Mflr=58.55×40619.72/3600=660.63KJ/s</p><p>　　又由于Q=KAΔtm</p><p>　　因為K=2800J/s·(m2·K)</p><

107、;p><b>　　所以</b></p><p><b>　　12.4泵的選擇</b></p><p>　　在進料口加料時，本設(shè)計采用換熱器加熱原料</p><p>　　進料口高度為：H=2.5+4.8+7×0.4</p><p><b>　　=10.5m</b>

108、</p><p><b>　　進料流量：</b></p><p>　　考慮到氣蝕余量和阻力損失：</p><p>　　選取IS50-32-125 型泵。</p><p>　　流量為6.3 m3/h，揚程為20m</p><p><b>　　12.5法蘭的選用</b></

109、p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭采用標(biāo)準法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用法蘭。</p><p>　　進料管接管法蘭：Pg6Dg40HG20593</p><p>　　回流管接管法蘭：Pg6Dg70HG20593</p><p>　　塔釜出料管法蘭：Pg6Dg55HG20593</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：

110、Pg6Dg230HG20593</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　將近兩周的化工原理課程設(shè)計讓我真正的懂得了什么是精餾塔,什么是精餾塔的工藝流程。在整個設(shè)計過程中我們要完成的作業(yè)量包括草稿本（主要是各參數(shù)的計算和校核），一張工藝流程圖，一張裝配圖和完整的設(shè)計說明書。雖然天氣比較熱以及在計算過程中遇到了很多問題，但是在杜老師和同學(xué)的幫助下,經(jīng)

111、過我和小組成員—黃齊樂共同的努力：合理的安排時間和分工。最終，在規(guī)定的時間內(nèi)順利的完成了設(shè)計要求。</p><p>　　化工原理課程設(shè)計，不僅讓我們學(xué)會了怎樣將課堂上所學(xué)的有關(guān)塔各部分零散的理論計算（包括精餾段操作線方程﹑提留段操作線方程﹑q線方程以及相對揮發(fā)度﹑理論板等參數(shù)的計算）結(jié)合實際的工藝要求得以完整的運用。而且在完成整個計算過程后，讓我們對各部分的相關(guān)參數(shù)有了更深入的認識和理解，同時，讓我們懂得了如何更

112、好的利用電腦以及相關(guān)書籍查相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　在設(shè)計的過程中，讓我們學(xué)會了設(shè)計精餾塔的大致步驟，即根據(jù)工藝要求選擇合適的塔型，計算塔的各部分參數(shù)，對部分參數(shù)進行校核。這對我們機械類學(xué)生來說很有必要，因為在以后的工作中將有可能遇到有關(guān)設(shè)計的問題。而且還教會了我們在設(shè)計計算時對計算能力的要求，因為設(shè)計寫草稿本的時候，有時一個數(shù)據(jù)或值選錯，會導(dǎo)致后面一大片數(shù)據(jù)可能都不滿足要求，所有的數(shù)據(jù)又不得不重新選擇，計

113、算過程也要重新進行。所以，在設(shè)計中嚴謹與一絲不茍是最基本的要求。工藝流程圖與裝配圖的繪制也使我們再一次練習(xí)和提高了用CAD繪圖的能力，這也是機械類學(xué)生必須掌握的技能。</p><p>　　總之，通過化工原理課程設(shè)計，我們受益匪淺，不僅將課堂上學(xué)習(xí)過的理論知識加以綜合運用，而且進一步提高了對理論知識的理解，還提高了我們對計算機的使用技能，提前為我們進入工作崗位做了準備。</p><p>　　

114、在此，向老師和給予幫助的同學(xué)表示深深的感謝！</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　華東理工大學(xué)化工原理教研室編. 化工過程設(shè)備及設(shè)計. 廣州：華南理工大學(xué)出版社. 1996.02</p><p>　　天津大學(xué)化工原理教研室編. 化工原理(下). 天津：天津大學(xué)出版社. 1999.04</p><