課程設(shè)計(jì)---常壓乙醇-水篩板精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p>　　《化工原理》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目 常 壓 乙 醇-水 篩 板 精 餾 塔 的 設(shè) 計(jì) </p><p>　　課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>

2、;　　設(shè)計(jì)題目： 常 壓 乙 醇-水 篩 板 精 餾 塔 的 設(shè) 計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件及任務(wù)：</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體系：乙醇—水</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件:</b></p&

3、gt;<p>　　進(jìn)料量F= 200 kmol/h</p><p>　　進(jìn)料濃度ZF= 0.25 （摩爾分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)：q＝1.08 </p><p>　　操作條件：塔頂壓強(qiáng)為4 kPa(表壓)，單板壓降不大于0.7kPa。</p><p>　　塔頂冷凝水采用深井水，溫度T＝12℃；</p&g

4、t;<p>　　塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱</p><p>　　全塔效率：ET = 52%</p><p>　　分離要求：XD= 88% ； XW=1% ；回流比R/Rmin =1.6。</p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p><b>　　目錄<

5、;/b></p><p><b>　　一．前言1</b></p><p>　　1．精餾與塔設(shè)備簡介5</p><p><b>　　2.篩板塔特點(diǎn)5</b></p><p><b>　　3.體系介紹6</b></p><p>　　4.設(shè)計(jì)任務(wù)

6、及要求</p><p><b>　　二．設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)單元操作方案簡介</p><p>　　2. 篩板塔設(shè)計(jì)須知</p><p>　　3. 篩板塔的設(shè)計(jì)程序</p><p><b>　　三．工藝計(jì)算</b></p>

7、<p>　　1．設(shè)計(jì)參數(shù)的確定8</p><p><b>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p><b>　　1.2加熱方式8</b></p><p>　　1.3回流比（R）的選擇8</p><p>　　1.4塔頂冷凝水的選擇8</p><p>　

8、　2.流程圖簡介及流程圖</p><p><b>　　2.1流程簡介</b></p><p><b>　　2.2流程圖</b></p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定9</p><p>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算9</p><p>　　3.1.1物料衡

9、算13</p><p>　　3.1.2 q線方程14</p><p>　　3.1.3 平衡線方程14</p><p>　　3.1.4及Rmin和R的確定10</p><p>　　3.1.5精餾段操作線方程的確定11</p><p>　　3.1.6精餾段和提餾段氣液流量的確定11</p><

10、;p>　　3.1.7提餾段操作線方程的確定15</p><p>　　3.1.8圖解法求解理論板數(shù)16</p><p>　　3.2實(shí)際板數(shù)的確定16</p><p>　　4.精餾塔工藝條件計(jì)算</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇16</p><p>　　4.2操作溫度的計(jì)算16</p>

11、<p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算</p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定</p><p>　　4.3. 3 液體平均粘度計(jì)算</p><p><b>　　4.4塔徑的確定</b></p><p>　　4.4.1 精餾段</p><p>

12、　　4.4.2 提餾段</p><p><b>　　4.5塔有效高度</b></p><p><b>　　4.6整體塔高</b></p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b></p><p>

13、　　5.1.1堰長lw</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)w</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列</p><p>　　5.2.1塔板的分塊</p><p>

14、　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p>　　5.2.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　6. 篩板的力學(xué)檢驗(yàn)</p><p><b>　　6.1塔板壓降</b></p><p>　　6.1.1干板阻力計(jì)算</p>&

15、lt;p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算</p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高</p><p><b>　　6.2液沫夾帶</b></p><p><b>　　6.3漏液</b></p>

16、<p><b>　　6.4液泛</b></p><p>　　7.塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　7.1漏液線</b></p><p><b>　　7.2液沫夾帶線</b></p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線</p><

17、;p>　　7.4液相負(fù)荷上限線</p><p><b>　　7.5液泛線</b></p><p><b>　　7.6操作彈性</b></p><p>　　8.輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　8.1.

18、1方案Ⅰ：垂直管</p><p>　　8.1.2方案Ⅱ：水平管</p><p>　　8.2各種管尺寸的確定</p><p><b>　　8.2.1進(jìn)料管</b></p><p>　　8.2.2釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p>　　8.2.3回流液管</p><p>

19、　　8.2.4再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　8.2.5塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管</p><p>　　8.2.6冷凝水管</p><p><b>　　8.3冷凝水泵</b></p><p><b>　　9.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　9.1乙醇～水

20、物性數(shù)據(jù)表</p><p>　　9.2物料與熱量衡算結(jié)果表</p><p><b>　　四．附錄</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊</p><p><b>　　一、概述　　</b></p><p>　　1、精餾與塔設(shè)備簡介</p><

21、p>　　蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來實(shí)現(xiàn)分離目的。例如，設(shè)計(jì)所選取的乙醇-水體系，加熱乙醇（沸點(diǎn)78℃）和水（沸點(diǎn)100℃）的混合物時(shí),由于乙醇的沸點(diǎn)較水為低,即乙醇揮發(fā)度較水高,故乙醇較水易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到乙醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過

22、程，即可將乙醇和水分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。</p><p>　　在工業(yè)中，廣泛應(yīng)用精餾方法分離液體混合物，從石油工業(yè)、酒精工業(yè)直至焦油分離，基本有機(jī)合成，空氣分離等等，特別是大規(guī)模的生產(chǎn)中精餾的應(yīng)用更為廣泛。 </p><p>　　蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式

23、。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾多為多組分精餾，本設(shè)計(jì)著重討論常壓下的雙組分精餾，即乙醇-水體系。</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緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。&

24、lt;/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。 塔設(shè)備一般分為階躍接觸式和連續(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。</p><p><b>　　2、篩板塔的特點(diǎn)</b></p><p&

25、gt;　　篩板塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)持點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小</p><p>　　孔徑篩板(孔徑為3—8mm)和大孔徑篩板(孔徑為10—25mm)兩類。工業(yè)應(yīng)用小以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合(如分離粘度大、易結(jié)焦的物系)。</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

26、。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%，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。本設(shè)計(jì)討論的就是篩板塔。</p><p>　　篩板的優(yōu)點(diǎn)足結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力

27、較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降．故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。</p><p><b>　　3、體系介紹<

28、;/b></p><p>　　乙醇-水是工業(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，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>　　長期以來，乙醇

29、多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇-水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對于得到高純度的乙醇來說產(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><b>　　二、設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　（1） 設(shè)計(jì)單元操作方案簡介 </p><p>　　蒸餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾

30、兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。故分離苯-甲苯混合物體系應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。</p><p>　　蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻劑中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全

31、凝器為主，以便準(zhǔn)確控制回流比。</p><p>　?。?） 篩板塔設(shè)計(jì)須知</p><p>　?。?）篩板塔設(shè)計(jì)是在有關(guān)工藝計(jì)算已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對于氣、液恒摩爾流的塔段，只需任選其中一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可將該設(shè)計(jì)結(jié)果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常選上面第一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)；全塔最下面一段塔段，通常選最下面一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣計(jì)算便于查取氣液相物性數(shù)據(jù)。</p>

32、;<p>　?。?）若不同塔段的塔板結(jié)構(gòu)差別不大，可考慮采用同一塔徑，若不同塔段塔板的篩孔數(shù)、空心距與篩孔直徑之比t/d0可能有差異。對篩孔少、塔徑大的塔段，為減少進(jìn)塔壁處液體“短路”，可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當(dāng)不同塔段的塔徑相差較大時(shí)才考慮采用不同塔徑，即異徑塔。</p><p>　?。?） 篩板塔的設(shè)計(jì)程序</p><p>　?。?）選定塔板液流形式、板間距 HT、溢流

33、堰長與塔徑之比lw/D、降液管形式及泛點(diǎn)百分率。</p><p><b>　?。?）塔徑計(jì)算。</b></p><p>　?。?）塔板版面布置設(shè)計(jì)及降液管設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）塔板操作情況的校核計(jì)算——作負(fù)荷性能圖及確定確定操作點(diǎn)。</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)計(jì)算書</b>&l

34、t;/p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</b></p><p><b>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、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，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。冷

35、液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低，但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)是冷液進(jìn)料，q＝1.08。</p><p><b>　　1.2加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)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)；由于苯-甲苯體系中，苯是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得

36、到，甲苯為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，采用3kgf/cm2（溫度130℃）間接水蒸汽加熱。</p><p>　　1.3回流比（R）的選擇</p><p>　　實(shí)際操作的R必須大于Rmin，但并無上限限制。選定操作R時(shí)應(yīng)考慮，隨R選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量L，V，L’，V’增加，勢必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，既操作費(fèi)用增大

37、。若R值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳R值，常用的適宜R值范圍為：R＝（1.2～2）Rmin。本設(shè)計(jì)考慮以上原則，選用：R＝1.6Rmin。</p><p>　　1.4 塔頂冷凝水的選擇</p><p>　　采用深井水，溫度t＝12℃<

38、/p><p>　　2.流程簡介及流程圖</p><p><b>　　2.1流程簡介</b></p><p>　　含乙醇0.25（摩爾分?jǐn)?shù)）的乙醇－水混合液經(jīng)過預(yù)熱器，預(yù)熱到泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)入精餾塔后分離，塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含乙醇0.88），一部分回流再進(jìn)入塔中，塔底殘留液給再沸器加熱后，部分進(jìn)入塔中，部分液體作為產(chǎn)品排出塔體（含乙醇0.0

39、1）。</p><p><b>　　2.2流程圖：</b></p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定</p><p><b>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1.1物料衡算</b></p><p>　　已知

40、進(jìn)料量F＝200kmol/h，進(jìn)料組成XF＝0.25，進(jìn)料q＝1.08</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：XD＝0.88，Xw=0.01 </p><p>　　衡算方程 ： </p><p>　　3.1.2 q線方程</p><p>　　XF＝0.25 q＝1.08q線方程為：</p><p>　　3.1

41、.3平衡線方程</p><p>　　根據(jù)書中附錄給出的乙醇—水的汽液平衡數(shù)據(jù)，用origin畫圖得到平衡線。</p><p>　　3.1.4 Rmin和R的確定</p><p>　　由于乙醇—水的平衡線在某范圍內(nèi)出現(xiàn)下凹的曲線段，操作線首次與平衡線的重合點(diǎn)出現(xiàn)在兩線相切處，此時(shí)對應(yīng)的回流比即為最小回流比Rmin 。用origin畫圖得</p><

42、p>　　3.1.5精餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p>　　3.1.6精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p>　　已知 D＝55.17kmol/h R＝4.8</p><p>　　精餾段：L＝RD＝264.816kmol/h</p>&

43、lt;p>　　V＝（R＋1）D＝319.986kmol/h</p><p>　　提餾段：L’＝L＋qF＝264.826+1.08×200=480.826kmol/h</p><p>　　V’＝V－（1－q）F＝319.986－（1－1.08）×200=335.986kmol/h</p><p>　　3.1.7提餾段操作線方程的確定</

44、p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　3.1.8圖解法求解理論板數(shù)如下圖:</p><p>　　因冷凝器相當(dāng)于一塊理論板,故總理論板數(shù)為24塊</p><p>　　第23塊理論板為加料板</p><p>　　精餾段理論塔板數(shù)：NT精=22

45、提餾段理論塔板數(shù)：NT提=2</p><p>　　3.2實(shí)際板層數(shù)的確定</p><p>　　N精=22/0.52=42.3≈43</p><p>　　N提=2/0.52=3.84≈4 </p><p>　　NP＝N精+N提＝43+4=47塊</p><p>　　4精餾塔工藝條件計(jì)算</p><p&

46、gt;　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇</p><p>　　應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性原則。對熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對于物性無特殊要求的采用常壓操作。由于乙醇~水體系對溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓,其中:</p><p>　　塔頂壓力P頂=101.3

47、+4=105.3kPa </p><p>　　單板壓降ΔP=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力PF=105.3+0.7*43=135.4 kPa</p><p>　　塔底壓力 P底=105.3+0.7*47=138.2 kPa</p><p>　　平均操作壓力Pm=（105.3kPa+138.2kPa）/2=121.75 kPa&l

48、t;/p><p>　　4.2操作溫度的計(jì)算</p><p>　　I．冷液進(jìn)料：q=1.08 XF＝0.25 通過“t-x-y”圖查得TF=82.46℃</p><p>　　進(jìn)料板上一塊塔板上組分為X＝0.49 所以該板上溫度為：</p><p>　　進(jìn)料板下一塊塔板上組分為X＝0.07 所以該板上溫度為：</p><p>

49、;<b>　　℃</b></p><p><b>　　II.塔頂溫度:</b></p><p><b>　　塔底溫度：</b></p><p>　　III.精餾段平均溫度：</p><p>　　提餾段平均溫度：℃ </p><p><b>　　

50、全塔平均溫度：℃</b></p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算</p><p>　　4.3.1 密度及流量</p><p>　　乙醇分子量為：46.07kg/kmol (Ma)　　　　　水的分子量為：18.02 kg/kmol (Mb)　　　</p><p><b>　　Ⅰ、精餾段<

51、/b></p><p><b>　　精餾段平均溫度</b></p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.6119， ya＝0.7045 =733.99</p><p>　　液相平均分子量：Ml=XaMa+(1-Xa) Mb=35.18kg/kmol</p><p>　　氣相平均分子量：Mv= yaMa+(1

52、-ya) Mb=37.78kg/kmol</p><p><b>　　液相密度： </b></p><p>　　氣相密度：（氣相視為理想氣體）</p><p><b>　　液相流量：</b></p><p><b>　　氣相流量：</b></p><p>

53、;<b>　?、?、提餾段</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度：℃</b></p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.0356，ya＝0.2386 ，=718.67，=975.52</p><p>　　液相平均分子量：Ml’=XaMa+(1-Xa) Mb=19.02 kg/kmol</p>

54、<p>　　氣相平均分子量：Mv’= yaMa+(1-ya) Mb= 24.71kg/kmol</p><p><b>　　液相密度：</b></p><p>　　氣相密度：（氣相視為理想氣體）</p><p><b>　　液相流量： </b></p><p><b>　　氣相

55、流量： </b></p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定：</p><p><b>　　塔頂液相表面張力：</b></p><p>　　=78.18℃, =17.4 ,=62.4</p><p>　　=0.88*17.4+(1-0.88)*62.4=22.8</p><p&g

56、t;　　進(jìn)料板液相表面張力：</p><p>　　TF=82.46℃, =17.0, =61.6</p><p>　　=0.25*17.0+0.75*61.6=50.45</p><p><b>　　塔底液相表面張力：</b></p><p>　　Tw=97.63℃，=15.6，=58.7</p><

57、p>　　=0.01*15.6+0.99*58.7=58.27</p><p>　　精餾段平均液相表面張力： </p><p>　　提餾段平均液相表面張力： </p><p>　　全塔平均液相表面張力： </p><p>　　4.3.3 液體平均粘度計(jì)算</p><p><b>　　塔

58、頂液體粘度:</b></p><p>　　=78.18℃,=0.4397,=0.3641</p><p><b>　　進(jìn)料板液體粘度：</b></p><p>　　, =0.4126,=0.3442</p><p><b>　　塔底液體粘度：</b></p><p&g

59、t;　　, , =0.2869</p><p>　　精餾段平均液相粘度：(+)/2=0.395</p><p>　　提餾段平均液相粘度：(+)/2=0.325</p><p>　　全塔平均液相粘度： (+)/2=0.360</p><p><b>　　4.4塔徑的確定</b></p><p&

60、gt;<b>　　4.4.1精餾段</b></p><p>　　欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速 u＝安全系數(shù)×umax </p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　取塔板間距=0.45m，板上液層高度，</p><p>　　那么分離空間：- h1=0.45-0.07=

61、0.38m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　U=0.7=0.7*2.17=1.52</p><p>　　圓整得 D=1.4m</p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p>

62、<p><b>　　4.4.2提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　取塔板間距，板上液層高度，那么分離空間：</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p><b>　　m/s</b></p>

63、;<p>　　U’=0.7=0.7*2.92=2.05</p><p><b>　　圓整取 </b></p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.5塔有效高度</b

64、></p><p><b>　　精餾段有效高度 </b></p><p><b>　　提餾段有效高度</b></p><p>　　從塔頂開始每隔7塊板開一個(gè)人孔，其直徑為0.6米,開人孔的兩塊板間距取0.7米,所以應(yīng)多加高(0.7-0.45)×6=1.5m</p><p>　　Z=+

65、+1.5=22.65m</p><p><b>　　4.6整體塔高</b></p><p><b>　　(1)塔頂空間HD</b></p><p>　　取HD=1.6=0.72m加一人孔，直徑0.6米,共為1.32m</p><p><b>　　(2)塔底空間</b></

66、p><p>　　塔底儲液高度依停留4min而定</p><p>　　取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間再開一直徑為0.6米的人孔</p><p><b>　　(3)整體塔高</b></p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b

67、></p><p>　　選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進(jìn)口堰,采用凹形受液盤。</p><p><b>　　5.1.1堰長lw</b></p><p>　　取堰長lw＝0.66D＝0.661.4＝0.924m</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)w</p><p>　　hw＝hL－h(huán)ow

68、 其中</p><p><b>　　，</b></p><p>　　得how=0.016m ，how’= 0.014m取</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af</p><p><b>　　查圖知</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間&

69、lt;/p><p>　　停留時(shí)間>5s 故降液管尺寸可用。</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度</p><p><b>　　，取，則=</b></p><p>　　，故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列</p>

70、<p>　　5.2.1塔板的分塊</p><p>　　D≥800mm，故塔板采用分層，查表塔板分為4塊。</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取m</b></p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p><b>　　=0.74

71、</b></p><p>　　5.2.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　物系無腐蝕性，選用δ=3mm碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為個(gè)</b></p><p>　　開孔率為φ=0.907<

72、/p><p>　　氣體通過閥孔的氣速:</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)</b></p><p><b>　　6.1塔板壓降</b>&

73、lt;/p><p>　　6.1.1干板阻力計(jì)算</p><p>　　由/δ=1.67查圖得=0.772</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算</p>&l

74、t;p>　　Ua=Vs/(At-2Af)=2.14/(1.54-2×0.11088)=1.62m/s=Ua=2.03 查表得β=0.57</p><p>　　Ua’=Vs’/(At-2Af)=2.34/(1.54-2×0.11088)=1.78m/s’=Ua’=1.77 查表得β’=0.58</p><p>　　精餾段Hl=β(hw+hw)=0.57×0

75、.08=0.0456m（液柱）</p><p>　　提餾段Hl’=β’(hw+h’w)=0.565×0.08=0.0452m（液柱）</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算</p><p><b>　　精餾段=液柱</b></p><p><b>　　提餾段=液柱</b>

76、</p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高</p><p><b>　　可按下計(jì)算</b></p><p>　　∴精餾段=0.14+0.0456+0.0039=0.1895m液柱</p><p>　　提餾段=0.087+0.0452+0.0047=0.1369m液柱</p><p>

77、　　6.2 篩板塔液面落差可忽略</p><p><b>　　6.3液沫夾帶</b></p><p><b>　　(kg液/kg氣)</b></p><p><b>　　精餾段,</b></p><p><b>　　提餾段,</b></p>

78、<p>　　本設(shè)計(jì)液沫夾帶量在允許范圍0.1 kg液/kg氣內(nèi),符合要求.</p><p><b>　　6.4漏液</b></p><p>　　篩板塔,漏液點(diǎn)氣速=</p><p>　　精餾段=8.29m/s,提餾段=11.18m/s</p><p>　　實(shí)際孔速:精餾段＞,提餾段＞</p>&l

79、t;p>　　穩(wěn)定系數(shù):精餾段K=Uo/Uomim=28.63/8.29=3.45,提餾段K’ =U’o/U’omim =31.31/11.18=2.80</p><p>　　K ，K’均大于1.5，所以設(shè)計(jì)無明顯液漏符合要求。</p><p><b>　　6.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)液層高Hd≤φ(

80、)</p><p>　　對于設(shè)計(jì)中的乙醇-水體系φ=0.55, Hd≤0.5=0.2827m</p><p>　　由于板上不設(shè)進(jìn)口堰,m液柱</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　所以不會發(fā)生液泛現(xiàn)象<

81、;/p><p><b>　　7.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p><b>　　7.1漏液線</b></p><p><b>　　由=</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　精餾段：=

82、</b></p><p><b>　　得=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)值,算出,列表作圖得漏液線-、</p><p><b>　　7.2液沫夾帶線</b></p><p>　

83、　以kg液/kg氣為限求-關(guān)系：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　精餾段,</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b&

84、gt;　　提餾段</b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對平直堰取堰上上層清液高度</p><p>　　精餾段how=0.016m ，</p><p>　　提餾段how’= 0.014m，</p>

85、<p>　　7.4液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以θ=4s作為液體在降液管中停留的下限</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　7.5液泛線</b></p><p><b>　　Hd=φ()</b></p><p&

86、gt;<b>　　由，，，</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中帶入數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　精餾段 提餾段</b></p><p><b>　　所以精餾段</b><

87、/p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　7.6操作彈性</b></p><p>　　由以上各線的方程式，可畫出塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線</p><p><b&

88、gt;　　由圖，</b></p><p>　　故精餾段操作彈性為/=4.52</p><p><b>　　由圖，</b></p><p>　　故提餾段操作彈性為/=3.70</p><p>　　精餾段提餾段操作彈性均大于3,符合要求。</p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)<

89、;/p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　乙醇-水走管程，冷凝水走殼程，采用逆流形式</p><p>　　8.1.1方案Ⅰ：垂直管</p><p>　　8.1.1.1估計(jì)換熱面積</p><p>　?、伲掖?水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p>　　tD=78.18℃冷

90、凝蒸汽量：</p><p>　?、冢淠紲貫?2℃，取冷凝器出口水溫為20℃，在平均溫度</p><p>　　物性數(shù)據(jù)如下：（乙醇，水，乙醇-水都?。?8.18+20）/2=49.09℃，冷凝水取16℃）</p><p>　?、踑. 設(shè)備的熱參數(shù)：</p><p><b>　　b．水的流量：</b></p>

91、;<p><b>　　c．平均溫度差：</b></p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”查由“冷凝有機(jī)液體蒸汽到水”取K=1000W/(m2.℃)</p><p>　　傳熱面積的估計(jì)值為：</p><p>　　選型，有關(guān)參量見下表：</p><p>　　核算管程、殼程的流速及Re:</p>

92、<p><b>　　（一）管程</b></p><p><b>　　流通截面積：</b></p><p><b>　　管內(nèi)乙醇-水的流速</b></p><p><b>　?。ǘこ?lt;/b></p><p><b>　　流通截面積：

93、 </b></p><p>　　取折流板間距 h=300mm，</p><p><b>　　殼內(nèi)水流速 </b></p><p><b>　　當(dāng)量直徑 </b></p><p>　　8.1.1.2計(jì)算流體阻力</p><p><b>　　管程流體阻力&l

94、t;/b></p><p>　　設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=0.005,</p><p>　　查得摩擦系數(shù)λ=0.022</p><p><b>　　符合一般要求</b></p><p><b>　　殼程流體阻力</b></p><p>　　Re=4.7>

95、;500，故f</p><p>　　管子排列為正三角形排列，取F=0.5</p><p><b>　　擋板數(shù) N</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p>　　取污垢校正系數(shù)F=1.0&l

96、t;/p><p>　　=7629Pa<0.02MPa</p><p>　　故管殼程壓力損失均符合要求</p><p>　　8.1.1.3計(jì)算傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程對流給熱系數(shù)</b></p><p>　　膜的雷諾數(shù)所以為垂直湍流管</p><p>&l

97、t;b>　　=6741</b></p><p><b>　　殼程對流給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　Re </b></p><p><b>　　Pr0==</b></p><p><b>　　=0.36</b></p&

98、gt;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　計(jì)算傳熱系數(shù)</b></p><p>　　取污垢熱阻 Rs0.15m℃/kW Rs=0.58 m℃/kW</p><p>　　以管外面積為基準(zhǔn) 則K=</p><p>　　K=（）=1053 </p>

99、<p>　　計(jì)算傳熱面積 A=</p><p>　　所選換熱器實(shí)際面積為</p><p><b>　　A=n=</b></p><p><b>　　裕度Δ=</b></p><p><b>　　所選換熱器合適</b></p><p>　　8.

100、1.2方案Ⅱ：水平管</p><p>　　8.1.2.1估算面積</p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”查由“冷凝有機(jī)液體蒸汽到水”取K=600W/(m2.℃)</p><p>　　傳熱面積的估計(jì)值為：</p><p>　　選型，有關(guān)參量見下表：</p><p>　　8.1.2.2核算流體阻力</p>

101、<p><b>　　管程流體阻力</b></p><p>　　設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=0.005,</p><p>　　查得摩擦系數(shù)λ=0.022</p><p><b>　　符合一般要求</b></p><p>　　殼程流體阻力與垂直管數(shù)據(jù)相同，所以也符合要求。<

102、/p><p>　　8.1.2.3計(jì)算傳熱系數(shù)</p><p><b>　　=1789.2</b></p><p><b>　　K=</b></p><p><b>　　K=（）=682</b></p><p>　　計(jì)算傳熱面積 A=</p>

103、<p>　　所選換熱器實(shí)際面積為</p><p><b>　　A=n=</b></p><p><b>　　裕度Δ=</b></p><p><b>　　所選換熱器合適</b></p><p>　　8.2各種管尺寸的確定</p><p><

104、;b>　　8.2.1進(jìn)料管</b></p><p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，故</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p>　　8.2.2釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：

105、</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.2.3回流液管</b></p><p><b>　　回流液體積流量

106、</b></p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.2.4再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　V=335.986×18.

107、30/995.0=6.18=0.0017</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為10m/s,</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.2.5 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管</p><p>　　V=319.986×

108、42.704/791.8=17.26=0.0048</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為10m/s,</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.2.6冷凝水管</b></p><p>　

109、　深井水溫度為12℃，水的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　ρ=999.4kg/m3,μ=1.2363,</p><p>　　深井水的質(zhì)量流率，取流速為8m/s</p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　選取 Φ146×5.0mm熱軋無縫鋼管</p><p><b

110、>　　實(shí)際流速為</b></p><p><b>　　8.3冷凝水泵</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p>　　取ε=0.01，,查圖摩擦系數(shù)λ=0.0175</p><p>　　各管件及閥門阻力系數(shù)如下:</p><p>　　

111、設(shè)管長為5米, </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=214.66</b></p><p><b>　　揚(yáng)程取26m</b></p><p><b>　　流量</b></p><p>　　選擇I

112、S200-150-315型離心泵,參數(shù)為</p><p>　　流量V=460,揚(yáng)程,轉(zhuǎn)速,</p><p><b>　　泵效率,軸功率</b></p><p><b>　　9.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號匯總表</p><p>　　10.

113、 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊</p><p>　　1.管國鋒.趙汝溥.化工原理（第二版），北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　2.湯金石等 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 北京：化學(xué)工業(yè)出版設(shè)，1998</p><p>　　3.國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊（上、下），北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1996.</p><p>　　

114、4.賈紹義，柴誠敬?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)），天津:天津大學(xué)</p><p><b>　　版社，2002， </b></p><p>　　5.王國勝?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)，大連:大連理工大學(xué)出版社，2006</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　以

115、前常聽其他人說做課程設(shè)計(jì)很簡單，但經(jīng)過這兩個(gè)星期的親自實(shí)踐才發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)其實(shí)不僅是自己已學(xué)知識的綜合運(yùn)用，而且也是擴(kuò)充自己知識的深度和廣度的過程。完成課程設(shè)計(jì)需要查很多工具書，也經(jīng)常要翻看以前化工原理的課堂筆記，在這個(gè)過程中不知不覺就完成了對自己知識的擴(kuò)充；課程設(shè)計(jì)中有多處需要用origin 作圖，原來只聽老師提到origin 這個(gè)軟件，但自己從來沒有認(rèn)真去學(xué)過，平時(shí)也缺乏足夠的動力和機(jī)會去學(xué)它，但這兩周下來我對origin從陌生到熟悉