化工課程設(shè)計(jì)--異丙醇-水萃取精餾分離

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：異丙醇-水萃取精餾分離</p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師：

2、</p><p><b>　　2013年7月4日</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　異丙醇-水萃取精餾分離</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)<

3、/b></p><p>　　原料名稱(chēng)：異丙醇-水共沸體系</p><p>　　原料組成：含異丙醇87.4%(質(zhì)量百分比)</p><p>　　產(chǎn)品要求：塔頂產(chǎn)品中異丙醇含量99.9%，水能夠達(dá)標(biāo)排放</p><p>　　生產(chǎn)能力：年產(chǎn)量1萬(wàn)噸/年</p><p>　　溶劑采用：NMF（N-甲酰嗎啉）</p&

4、gt;<p><b>　　設(shè)備形式：浮閥塔</b></p><p>　　生產(chǎn)能力：300天/年，每年24h運(yùn)行</p><p>　　進(jìn)料狀況：共沸組成進(jìn)料</p><p><b>　　操作壓力：常壓</b></p><p><b>　　加熱蒸汽壓力：</b><

5、;/p><p>　　冷卻水溫度：進(jìn)口30℃，出口40℃</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方案的選定及流程說(shuō)明</p><p><b>　　精餾塔的物料衡算</b></p><p>　　精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p>

6、<p><b>　　塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</b></p><p><b>　　塔板負(fù)荷性能圖</b></p>&l

7、t;p><b>　　換熱器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　精餾塔接管尺寸計(jì)算</b></p><p><b>　　繪制生產(chǎn)工藝流程圖</b></p><p>　　繪制板式精餾塔的總裝置圖</p><p>　　撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份</p><

8、p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明一份</b></p><p>　　工藝流程圖一張，主要設(shè)備總裝配圖一張（采用AoutCAD繪制）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)完成時(shí)間</b></p><p>　　2013年6月24日-2013

9、年7月13日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1. 概述6</b></p><p>　　2.工藝流程確定及說(shuō)明6</p><p>　　2.1 塔板類(lèi)型6</p><p>　　2.2 加料方式7</p><p&g

10、t;　　2.3 進(jìn)料狀況7</p><p>　　2.4 塔頂冷凝方式7</p><p>　　2.5 回流方式7</p><p>　　2.6 加熱方式8</p><p>　　2.7 操作壓力的確定8</p><p>　　3. Aspen Plus化工流程模擬8</p><p>　　3

11、.1 模型建立9</p><p>　　3.2 工藝流程9</p><p>　　3.3 模擬計(jì)算10</p><p>　　3.4 靈敏度分析與參數(shù)優(yōu)化10</p><p>　　3.4.1 原料進(jìn)料位置的影響10</p><p>　　3.4.2 萃取劑進(jìn)料位置的影響11</p><p>

12、　　3.4.3塔板數(shù)與溶劑量對(duì)分離效果的影響13</p><p>　　4. 塔板的工藝設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 精餾塔的全塔物料和能量衡算13</p><p>　　4.2 實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算14</p><p>　　4.3 塔徑計(jì)算14</p><p>　　4.4 溢流裝置的確定14</p&g

13、t;<p>　　4.4.1 溢流堰長(zhǎng)14</p><p>　　4.4.2 溢流堰高度15</p><p>　　4.4.3 弓形降液管寬度和弓形截面積15</p><p>　　4.4.4 降液管底隙高度15</p><p>　　4.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列16</p><p>　　4.5.1

14、浮閥數(shù)目16</p><p>　　4.5.2 排列16</p><p>　　4.5.3 校核17</p><p>　　5. 塔板的流體力學(xué)計(jì)算18</p><p>　　5.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降18</p><p><b>　　5.2 液泛18</b></p><

15、;p>　　5.3 霧沫夾帶18</p><p>　　5.4 塔的負(fù)荷性能圖19</p><p>　　5.4.1 霧沫夾帶線(xiàn)19</p><p>　　5.4.2 液泛線(xiàn)19</p><p>　　5.4.3 液體負(fù)荷上限線(xiàn)19</p><p>　　5.4.4 漏液線(xiàn)20</p><p&

16、gt;　　5.4.5 液相負(fù)荷下限線(xiàn)20</p><p>　　5.4.6 操作性能負(fù)荷圖20</p><p>　　6. 塔附件設(shè)計(jì)22</p><p><b>　　6.1 接管22</b></p><p>　　6.1.1 進(jìn)料管22</p><p>　　6.1.2 回流管22<

17、/p><p>　　6.1.3 塔頂蒸汽出料管23</p><p>　　6.1.4 塔釜出料管23</p><p>　　6.1.5 塔釜進(jìn)氣管23</p><p>　　6.1.6 再沸器接管24</p><p>　　6.2 筒體與封頭24</p><p>　　6.2.1 筒體24</

18、p><p>　　6.2.2水壓試驗(yàn)校核24</p><p>　　6.2.3 封頭25</p><p>　　6.2.4裙座25</p><p>　　6.2.5地腳螺栓25</p><p>　　6.3 塔的總體高度25</p><p>　　6.3.1 塔的部的空間高度25</p>

19、<p>　　6.3.2 進(jìn)料板高度26</p><p>　　6.3.3 設(shè)有人孔的塔板間距26</p><p>　　6.3.4 封頭高度26</p><p>　　6.3.5 裙座高度26</p><p>　　6.3.6 塔底空間高度26</p><p>　　6.3.7 精餾塔總高度26<

20、/p><p><b>　　附屬設(shè)備設(shè)計(jì)27</b></p><p>　　7.1原料離心泵的選型27</p><p>　　7.2 原料預(yù)熱器28</p><p>　　7.3 塔頂冷凝器28</p><p>　　7.4 塔釜再沸器29</p><p>　　7.5 循環(huán)萃取

21、劑冷凝器30</p><p>　　7.6 公用工程31</p><p>　　7.7冷凝器及再沸器選型匯總31</p><p>　　8. 課程設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)31</p><p>　　9. 參考文獻(xiàn)32</p><p><b>　　1. 概述</b></p><p>

22、;　　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，其揮發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來(lái)實(shí)現(xiàn)分離目的。在工業(yè)精餾設(shè)備中，使部分汽化的液相與部分冷凝的氣相直接接觸，以進(jìn)行氣液相際傳質(zhì)，結(jié)果是氣相中的難揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入液相，液相中的易揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入氣相，也即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了液相的部分汽化和氣相的部分冷凝。</p><p>　　蒸餾按操作可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。工業(yè)中的蒸

23、餾多為多組分精餾，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>　　本設(shè)計(jì)選取異丙醇-水萃體系，異丙醇是一種重要的有機(jī)化工原料和有機(jī)溶劑，主要用在制藥、化妝品、塑料、香料、涂料及電子工業(yè)上。異丙醇一般通過(guò)丙烯水合法得到，再用蒸餾法蒸出異丙醇，但常壓下異丙醇與水在80.3℃時(shí)形成共沸物，共沸物中異丙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.4％。因此，采用普通蒸餾方

24、法難以得到高純度的異丙醇。傳統(tǒng)的異丙醇一水共沸物分離采用共沸精餾法，通常用苯做為共沸劑，此種工藝的能耗較大，且共沸劑在生產(chǎn)操作中存在人身危害和環(huán)境污染問(wèn)題。近幾年文獻(xiàn)中對(duì)異丙醇一水分離新工藝進(jìn)行了較多研究，萃取精餾是其中一種重要手段相對(duì)傳統(tǒng)的共沸精餾而言，由于萃取精餾所采用溶 劑沸點(diǎn)較高，不易揮發(fā)，溶劑從塔釜排放，因而具有 能耗低、污染少、溶劑易于回收等優(yōu)點(diǎn)，但萃取精餾 存在溶劑用量大、回收成本高的不足。</p><

25、p>　　2.工藝流程確定及說(shuō)明</p><p><b>　　2.1 塔板類(lèi)型</b></p><p>　　精餾塔的塔板類(lèi)型有三種：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板.</p><p><b>　　浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1.生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開(kāi)孔面積大于泡

26、罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 </p><p>　　2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。</p><p>　　3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 </p><p>　　4．氣體壓降及液面落差小，因氣

27、液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 </p><p>　　5．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30。 </p><p>　　綜合考慮，本設(shè)計(jì)選用浮閥塔。</p><p><b>　　2.2 加料方式</b></p><p>　　本精餾塔加

28、料選擇泵直接加料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，而且可以引入自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)流量及流速的調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　2.3 進(jìn)料狀況</b></p><p>　　本精餾塔選擇共沸組成進(jìn)料.</p><p>　　2.4 塔頂冷凝方式</p><p>　　本精餾塔選擇全凝器，用水冷凝。</p><p>

29、;<b>　　2.5 回流方式</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用強(qiáng)制回流。</p><p><b>　　2.6 加熱方式</b></p><p>　　加熱方式可分為：直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對(duì)回流液有一定的稀釋作用，從而使理論板數(shù)增加，設(shè)備費(fèi)用上升，所以本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽

30、加熱。</p><p>　　2.7 操作壓力的確定</p><p>　　塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問(wèn)題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)綜合考慮，一般有下列原則：</p><p>　　1. 壓力增加可提高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，回流比或塔高增

31、加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。因此如果在常壓下操作時(shí)，塔頂蒸汽可以用普通冷卻水進(jìn)行冷卻，一般不采用加壓操作。</p><p>　　2. 考慮利用較高溫度的蒸汽冷凝熱，或可利用較低品位的冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問(wèn)題和設(shè)備費(fèi)用的增加，可以使用加壓操作。</p><p>　　綜合考慮以上因素本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。</p><p>　　3. Asp

32、en Plus化工流程模擬</p><p>　　用Aspen Plus化工流程模擬軟件，根據(jù)萃取精餾分離共沸物的適宜溶劑的要求和文獻(xiàn)報(bào)道，選擇N-甲酰嗎啉作為萃取劑，對(duì)異丙醇一水共沸體系的萃取精餾過(guò)程進(jìn)行模擬，并系統(tǒng)討論了各操作參數(shù)對(duì)分離效果的影響，得到最優(yōu)工藝參數(shù)。</p><p>　　對(duì)異丙醇一水共沸體系的萃取精餾過(guò)程進(jìn)行模擬與優(yōu)化。以N-甲酰嗎啉為萃取劑，基于UNIFAC模 型，使用

33、Aspen Plus化工模擬軟件中的RadFrac模塊進(jìn)行萃取精餾模擬，并利用靈敏度分析模塊對(duì)各工藝參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析與優(yōu)化。</p><p><b>　　3.1 模型建立 </b></p><p>　　RadFrac是一個(gè)嚴(yán)格模型，可用于模擬所有類(lèi)型的多級(jí)氣、液分離操作，如普通精餾、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸餾和共沸蒸餾等。適用體系包括氣、液兩相傳

34、質(zhì)體系，氣、液、液三相傳質(zhì)體系，窄沸程和寬沸程傳質(zhì)體系等。對(duì)氣、液兩相存在強(qiáng)非理想物系和理想物系都有良好的模擬效果，模擬數(shù)據(jù)具有可指導(dǎo)性。 </p><p>　　使用Aspen Plus模擬軟件進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，要尤其注意熱力學(xué)模型的選擇，其正確與否直接影響計(jì)算的物理性能的準(zhǔn)確程度，并影響計(jì)算結(jié)果的精確度。由于本計(jì)算體系中的異丙醇、N-甲酰嗎啉等均是極性化合物，故選用UNIFAC活度系數(shù)模型。</p>

35、<p><b>　　3.2 工藝流程</b></p><p><b>　　流程：</b></p><p>　　原料從8號(hào)流股加入，經(jīng)換熱器B3預(yù)熱后流入萃取精餾塔B1，萃取劑從1號(hào)流股進(jìn)入萃取精餾塔B1，在塔內(nèi)萃取精餾后，異丙醇從塔頂經(jīng)2號(hào)流股采出，N-甲酰嗎啉和水從塔釜經(jīng)3號(hào)流股流入精餾塔B2進(jìn)行分離，水從塔頂經(jīng)4號(hào)流股采出，N-甲

36、酰嗎啉從塔釜經(jīng)5號(hào)流股流入換熱器B3對(duì)原料進(jìn)行預(yù)熱，之后從6號(hào)流股流出，進(jìn)入換熱器B4換熱降溫至79℃后流入1號(hào)流股，對(duì)萃取劑進(jìn)行循環(huán)利用。</p><p><b>　　3.3 模擬計(jì)算 </b></p><p>　　原料進(jìn)料為異丙醇一水共沸體系，流量1250kg/h，組成為87．4％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的異丙醇和12．6％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水，萃取劑為N-甲酰嗎啉，兩股進(jìn)料的溫

37、度均為80℃，操作壓力為常壓。萃取精餾塔共有25塊板(包括塔頂冷凝器和塔底再沸器)，原料從第13塊板進(jìn)料，萃取劑從第3塊板進(jìn)料。在初設(shè)操作參數(shù)下進(jìn)行模擬計(jì)算，考察以N-甲酰嗎啉做萃取劑時(shí)的分離效果。然后通過(guò) Aspen Plus模擬軟件中的“Sensitivity”模塊，研究原料進(jìn)料位置、萃取劑進(jìn)料位置、回流比以及萃取劑和原料進(jìn)料比對(duì)塔的分離效果及塔的熱負(fù)荷的影響，進(jìn)而尋找最佳操作條件。 </p><p>　　在

38、N-甲酰嗎啉萃取劑作用下，異丙醇一水共沸體系被破壞，塔頂餾出液中異丙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到較好的分離效果。初設(shè)參數(shù)可以用于萃取精餾系統(tǒng)下一步操作參數(shù)優(yōu)化工作。</p><p>　　3.4 靈敏度分析與參數(shù)優(yōu)化</p><p><b>　　靈敏度分析步驟：</b></p><p>　　由左側(cè)數(shù)據(jù)瀏覽窗口選擇Model Analysis Tools |

39、Sensitivity,進(jìn)入Object manager 頁(yè)面，點(diǎn)擊New，出現(xiàn)Create new ID對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊OK。在Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1| Input| Define 頁(yè)面，點(diǎn)擊New，出現(xiàn)Create new variable對(duì)話(huà)框，輸入變量名F , 點(diǎn)擊OK 。</p><p>　　在Variable Definition 對(duì)話(huà)框中定義F變

40、量。</p><p>　　進(jìn)入Model Analysis Tools | Sensitivity | S-1| Input| Vary 頁(yè)面，定義操縱變量。</p><p>　　3.4.1 原料進(jìn)料位置的影響 </p><p>　　在相同條件下，原料進(jìn)料位置的不同將對(duì)分離效果產(chǎn)生影響，不同的精餾效果導(dǎo)致塔底和塔頂組成產(chǎn)生改變，進(jìn)而影響再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷，因此，

41、存在最佳進(jìn)料位置。改變?cè)袭惐家凰卜畜w系的進(jìn)料位置，考察原料進(jìn)料位置對(duì)分離效果和熱負(fù)荷的影響，模擬結(jié)果如圖1、2。</p><p>　　圖1 原料進(jìn)料位置對(duì)分離效果的影響</p><p>　　圖2 原料進(jìn)料位置對(duì)熱負(fù)荷的影響</p><p>　　由圖1、2可見(jiàn)，進(jìn)料位置在12-16塊板時(shí)分離效果較好，而再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷(冷凝器的熱負(fù)荷取絕對(duì)值)較低。進(jìn)

42、料在第13塊板時(shí)達(dá)到最佳效果。因此，選擇原料最佳進(jìn)料板為第13塊板。</p><p>　　3.4.2 萃取劑進(jìn)料位置的影響 </p><p>　　萃取劑的進(jìn)料位置也影響精餾分離效果和熱負(fù)荷。改變萃取劑的進(jìn)料位置，模擬不同位置進(jìn)萃取劑對(duì)分離效果和熱負(fù)荷的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3、4。</p><p>　　圖3 萃取劑進(jìn)料位置對(duì)分離效果的影響</p><p

43、>　　圖4萃取劑進(jìn)料位置對(duì)熱負(fù)荷的影響</p><p>　　由圖3、4可以看出，萃取劑在第一塊塔板進(jìn)料時(shí)，雖然再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷(冷凝器的熱負(fù)荷取絕對(duì)值)最低，但塔頂中異丙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有0.7，分離效果太差，因此，不予考慮。除第1塊塔板外，萃取劑進(jìn)料在第3,4塊塔板時(shí)，塔頂中異丙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷最低，因此，選擇第3塊塔板為萃取劑進(jìn)料板。</p><p>

44、　　3.4.3塔板數(shù)與溶劑量對(duì)分離效果的影響</p><p>　　在達(dá)到分離目標(biāo)時(shí)采用25或26塊板已影響不大，故采用25塊板適宜，溶劑量只要大于5000kg即可，取5200kg是適合的.</p><p>　　綜上所述，以N-甲酰嗎啉做萃取劑分離異丙醇一水共沸體系是可行的。對(duì)于處理流量1250kg·h 的異丙醇一水共沸溶液，精餾塔具有25塊塔板時(shí)，原料進(jìn)料位置在第13塊塔板，萃取

45、液進(jìn)料位置在第3塊塔板，摩爾回流比為3，萃取劑與原料的進(jìn)料比為4：1，塔頂異丙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)O.999，萃取精餾塔的分離效果和熱負(fù)荷達(dá)到最優(yōu)。</p><p>　　4. 塔板的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 精餾塔的全塔物料和能量衡算</p><p>　　由Aspen Plus模擬結(jié)果得整個(gè)流程進(jìn)出與出口的物料數(shù)值：</p><p>　

46、　由此可以看出整個(gè)系統(tǒng)物料和能量守恒。</p><p>　　4.2 實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算</p><p>　　由Aspen Plus模擬得出符合生產(chǎn)要求時(shí)，塔板間距為0.45m，塔徑為1m，理論板數(shù)為25塊，取全塔效率為40%，所以實(shí)際塔板數(shù)為63.</p><p><b>　　4.3 塔徑計(jì)算</b></p><p>　　塔

47、板間距為0.45m，理論板數(shù)為25塊，全塔效率為40%，由Aspen Plus模擬結(jié)果得塔徑為0.82m，經(jīng)校核圓整計(jì)算取塔徑為1.0m。</p><p>　　4.4 溢流裝置的確定</p><p>　　選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤(pán)及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。單溢流又稱(chēng)直徑流，液體自液盤(pán)橫向流過(guò)塔板至溢流堰，流體流徑較大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，直徑小于2.2m的塔中廣泛使

48、用。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。</p><p>　　4.4.1 溢流堰長(zhǎng)</p><p>　　單溢流=(0.6-0.8)D 系數(shù)取0.7 則=0.7D=0.7m</p><p>　　4.4.2 溢流堰高度</p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度</p><p>　　由Aspen Plus模擬

49、軟件計(jì)算得塔內(nèi)液體流量8.53m³/h</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p><b>　　堰高 </b></p><p>　　4.4.3 弓形降液管寬度和弓形截面積</p><p><b>　　由</b></p><

50、p><b>　　故 </b></p><p>　　依式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　　4.4.4 降液管底隙高度</p><p><b>　　取 </b></p><p>

51、　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤(pán)，深度</p><p>　　4.5 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用浮閥式塔板，選用V-4型閥，孔徑為39mm。</p><p>　　4.5.1 浮閥數(shù)目</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b><

52、;/p><p>　　氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度</p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)F=10，那么，因此</p><p><b>　　4.5.2 排列</b></p><p>　　為保證塔板的強(qiáng)度，需留有一定的邊緣區(qū)和安定區(qū)，在邊緣區(qū)內(nèi)不設(shè)置浮閥。取邊緣區(qū)寬度0.05m，安定區(qū)寬度0.09m.</p><p>　

53、　單溢流塔板鼓泡面積為：</p><p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一橫排的閥孔中心距，那么相鄰兩排間的閥孔中心距為：</p><p><b>　　m</b></p><p>　　按照，t´=80mm 以等腰三角形叉排方式作圖，排得N=73</p><p><b>　　4.5.

54、3 校核</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔時(shí)的實(shí)際速度：</p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因數(shù)： (在9-12之間)</p><p><b>　　開(kāi)孔率：</b></p><p>　　開(kāi)孔率在10%-14%之間，滿(mǎn)足要求。</p><p>　　5. 塔板的流體力學(xué)計(jì)算</p&

55、gt;<p>　　5.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降</p><p>　　由Aspen Plus模擬結(jié)果得每次板壓降：</p><p>　　由此計(jì)算得平均壓降為0.01142bar</p><p><b>　　5.2 液泛</b></p><p><b>　　由此計(jì)算得</b></p

56、><p>　　符合防止淹塔的要求。</p><p><b>　　5.3 霧沫夾帶</b></p><p>　　由Aspen Plus模擬結(jié)果得：</p><p>　　由此計(jì)算得F=0.3303<60% 滿(mǎn)足要求。</p><p>　　5.4 塔的負(fù)荷性能圖</p><p&g

57、t;　　5.4.1 霧沫夾帶線(xiàn)</p><p>　　取泛點(diǎn)率為60%代入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾帶上限方程為：</p><p><b>　　5.4.2 液泛線(xiàn)</b></p><p><b>　　液泛線(xiàn)方程為</b></p><p>　　代入上式

58、化簡(jiǎn)后可得：

59、 </p><p>　　5.4.3 液體負(fù)荷上限線(xiàn)</p><p>　　取作為液體在降液管中停留時(shí)間的下線(xiàn)，那么</p><p><b>　　5.4.4 漏液線(xiàn)</b></p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，以限定氣體的最小負(fù)荷：</p>&

60、lt;p>　　5.4.5 液相負(fù)荷下限線(xiàn)</p><p><b>　　取代入的計(jì)算式：</b></p><p><b>　　整理可得：</b></p><p>　　5.4.6 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　由以上各線(xiàn)的方程式，可畫(huà)出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p

61、>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)P(0.002369,0.665)在正常的操作范圍內(nèi)。連接OP作出操作線(xiàn)，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負(fù)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0.8525/0.1675=5.09</p><p><b>　　6. 塔附件設(shè)計(jì)</b></p><p>&

62、lt;b>　　6.1 接管</b></p><p><b>　　6.1.1 進(jìn)料管</b></p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。</p><p>　?。?）溶劑進(jìn)料管（1號(hào)物流）：</p><p>　　管內(nèi)流速取u=2m/s</p&

63、gt;<p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取規(guī)格Ф38×3.5 則管內(nèi)徑d=32mm</p><p><b>　　進(jìn)料管實(shí)際流速</b></p><p>　　(2) 原料進(jìn)料管（9號(hào)物流）：</p><p>　　管內(nèi)流速取u=1.6m/s<

64、/p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取規(guī)格Ф25×3 則管內(nèi)徑d=20mm</p><p><b>　　進(jìn)料管實(shí)際流速</b></p><p><b>　　6.1.2 回流管</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采

65、用直管回流管，本回流管為塔頂冷凝器的出口管，由冷凝器的設(shè)計(jì)取u=2.0m/s，則：</p><p>　　取無(wú)縫鋼管規(guī)格Ф25×3 則管內(nèi)徑d=20mm</p><p>　　6.1.3 塔頂蒸汽出料管</p><p>　　對(duì)儲(chǔ)料罐的基本要求是：盡可能減少霧沫夾帶，以降低液體物料的損失，采用直管出料，取u=30m/s,則：</p>&l

66、t;p>　　取無(wú)縫鋼管規(guī)格Ф194×6 則管內(nèi)徑d=175mm</p><p>　　6.1.4 塔釜出料管</p><p>　　塔底液體的出料管一般有直管出料和經(jīng)過(guò)裙座的彎管出料，本塔塔徑不大，宜采用彎管出料，釜液出料管即為塔底再沸器的進(jìn)口管，由再沸器設(shè)計(jì)取u=2m/s，則：</p><p>　　取無(wú)縫鋼管規(guī)格Ф45×3.5

67、 則管內(nèi)徑d=40mm</p><p>　　6.1.5 塔釜進(jìn)氣管</p><p>　　管內(nèi)流速取u=30m/s</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　取規(guī)格Ф219×6 則管內(nèi)徑d=200mm</p><p><b>　　實(shí)際流速<

68、;/b></p><p>　　6.1.6 再沸器接管</p><p>　　取u=2m/s，則：</p><p>　　取無(wú)縫鋼管規(guī)格Ф38×3.5 則管內(nèi)徑d=32mm</p><p><b>　　6.2 筒體與封頭</b></p><p><b>　　6.2.1

69、 筒體</b></p><p>　　精餾塔可視為內(nèi)壓力容器，其各種參數(shù)如下：</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力：該精餾塔在常壓下操作，設(shè)計(jì)壓力取0.5MPa</p><p>　　設(shè)計(jì)溫度：該精餾塔采用加熱介質(zhì)為蒸汽，設(shè)計(jì)溫度取180℃</p><p>　　許用應(yīng)力：該精餾塔采用鋼板卷焊而成，材料選用,查得</p><

70、;p>　　焊縫系數(shù)：本設(shè)計(jì)采用全焊透對(duì)接焊，對(duì)焊縫作局部無(wú)損焊接，則</p><p><b>　　則計(jì)算壁厚：</b></p><p>　　取腐蝕余量C2=2mm,由2.81+2=4.81查得負(fù)偏差C1=0.5mm</p><p><b>　　計(jì)算厚度： </b></p><p>　　圓整取

71、厚度為6mm。</p><p>　　6.2.2水壓試驗(yàn)校核</p><p>　　由此可知，水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。</p><p><b>　　6.2.3 封頭</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，材料選擇Q235，除封頭的拼接焊縫100%無(wú)損外，其余均需對(duì)接焊縫局部焊接，則</p><p&g

72、t;　　取腐蝕余量C2=2mm,由2.81+2=4.81查得負(fù)偏差C1=0.25mm</p><p>　　由計(jì)算厚度查的，負(fù)偏差C1=0.25mm,腐蝕余量C2=2mm</p><p><b>　　計(jì)算厚度： </b></p><p><b>　　圓整取厚度為6mm</b></p><p>　　所

73、以選用封頭 DN1000×6 JB/T4729-94</p><p><b>　　6.2.4裙座</b></p><p>　　由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取12mm，</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：&l

74、t;/b></p><p>　　取20+18=38mm</p><p><b>　　6.2.5地腳螺栓</b></p><p>　　取n=36,C2=3取d=30,則地腳螺栓選用M36</p><p>　　6.3 塔的總體高度</p><p>　　6.3.1 塔的部的空間高度</p&g

75、t;<p>　　塔頂高度應(yīng)大于板間距，考慮到安裝除沫器的需要，取除沫器到第一塊塔板的距離為800mm（此處有一人孔）空間高度取1300mm。</p><p>　　6.3.2 進(jìn)料板高度</p><p>　　為了便于進(jìn)料和安裝進(jìn)料管，在進(jìn)料板處，管間距應(yīng)大一些，設(shè)為800mm。</p><p>　　6.3.3 設(shè)有人孔的塔板間距</p>&

76、lt;p>　　本精餾塔在塔頂，進(jìn)料板，塔釜處各設(shè)一人孔，在設(shè)有人孔的塔板處，板間距設(shè)為800mm，人孔內(nèi)徑450mm。</p><p>　　6.3.4 封頭高度</p><p>　　封頭高度包括曲面高度和直邊高度，H=350+40=390mm。</p><p>　　6.3.5 裙座高度</p><p>　　裙座高度為2.4m。</

77、p><p>　　6.3.6 塔底空間高度</p><p>　　(1)塔底釜液停留時(shí)間取5min;</p><p>　　(2)塔底液面到最下層塔板之間間距取1.0m；</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　6.3.7 精餾塔總高度</p><p>　　H

78、=(63-6)×0.45+0.8×6+1.3+0.39+3+1.57=32.4m</p><p><b>　　附屬設(shè)備設(shè)計(jì)</b></p><p>　　7.1原料離心泵的選型</p><p>　　取原料進(jìn)料板高度為（33-2）*0.45+2.4+1.57=17.92m</p><p>　　原料進(jìn)口速度

79、為u=1.21m/s</p><p>　　原料密度為ρ=1096.619kg/mз</p><p>　　原料粘度為2.034cP</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　查摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系圖，得&l

80、t;/p><p>　　取管長(zhǎng)為（包括當(dāng)量長(zhǎng)度），</p><p><b>　　阻力： </b></p><p><b>　　揚(yáng)程： </b></p><p>　　原料液進(jìn)料管管型為，則輸送流量</p><p>　　查IS型離心泵性能表，選用型離心泵能夠滿(mǎn)足操作要求。</p&

81、gt;<p>　　其輸送流量為,揚(yáng)程為29.6m。</p><p>　　根據(jù)塔高計(jì)算揚(yáng)程得到各流體輸送泵的規(guī)格如下：</p><p><b>　　7.2 原料預(yù)熱器</b></p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用共沸組成,80℃進(jìn)料，設(shè)原料溫度為40℃，因此需要一臺(tái)原料預(yù)熱器。本預(yù)熱器的熱流體采用的是回收利用的萃取劑。</p&g

82、t;<p>　　由Aspen Plus模擬結(jié)果得換熱器傳熱面積為4.36m²</p><p>　　查管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)得，應(yīng)選擇碳鋼管，管長(zhǎng)2m，管數(shù)32根，2管程，公稱(chēng)直徑273mm。</p><p><b>　　換熱面積S=4.8</b></p><p><b>　　7.3 塔頂冷凝器</b>&

83、lt;/p><p><b>　　，冷凝水,</b></p><p>　　由塔頂時(shí)，查物性手冊(cè)得：</p><p>　　氣化潛熱： </p><p><b>　　取 </b></p><p>　　查管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)得，應(yīng)選擇碳鋼管，管長(zhǎng)，管數(shù)245根，1管程，公稱(chēng)直

84、徑600mm。</p><p>　　換熱面積S=36.5</p><p><b>　　7.4 塔釜再沸器</b></p><p>　　，使用的水蒸汽，釜液出口溫度，水蒸氣出口溫度為165</p><p>　　由塔底時(shí)，查物性手冊(cè)得：</p><p>　　氣化潛熱： </p>

85、;<p><b>　　取</b></p><p>　　查管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)得，應(yīng)選擇碳鋼管，管長(zhǎng)6m，管數(shù)245根，1管程，公稱(chēng)直徑。</p><p>　　換熱面積S=113.5</p><p>　　7.5 循環(huán)萃取劑冷凝器</p><p><b>　　，萃取劑出口溫度，</b><

86、;/p><p><b>　　冷凝水</b></p><p>　　由塔底時(shí)，查物性手冊(cè)得：</p><p>　　氣化潛熱： </p><p><b>　　取</b></p><p>　　查管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)得，應(yīng)選擇碳鋼管，管長(zhǎng)6m，管數(shù)94根，2管程，公稱(chēng)直徑400

87、mm。</p><p>　　換熱面積S=43.5</p><p><b>　　7.6 公用工程</b></p><p>　　7.7冷凝器及再沸器選型匯總</p><p>　　表4-1 冷凝器及再沸器型號(hào)及材質(zhì)列表</p><p>　　8. 課程設(shè)計(jì)自我評(píng)價(jià)</p><p>

88、;　　經(jīng)過(guò)近三個(gè)周的奮戰(zhàn)，化工原理課程設(shè)計(jì)終于圓滿(mǎn)完成。這是個(gè)艱辛的過(guò)程，更是個(gè)豐收的過(guò)程。在理論知識(shí)方面，對(duì)課本上的知識(shí)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，懂得了實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)的不易；在學(xué)習(xí)工作方面，學(xué)會(huì)了耐心、堅(jiān)持與認(rèn)真。當(dāng)把自己近四十頁(yè)的設(shè)計(jì)文檔排版時(shí)，不管它設(shè)計(jì)的優(yōu)不優(yōu)秀，有沒(méi)有瑕疵，心里都極其高興，因?yàn)樗亲约盒羷诘某晒＿@30多頁(yè)的設(shè)計(jì)，看著有種沉甸甸的感覺(jué)，它凝結(jié)了我所有的努力和成果，其中設(shè)計(jì)的糾結(jié)成功的喜悅只有自己知道。</p>

89、<p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出實(shí)際應(yīng)用的東西，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，設(shè)計(jì)教會(huì)了我耐心，很多地方都是需要先假設(shè)數(shù)據(jù)，再驗(yàn)算，不符合時(shí)再調(diào)整數(shù)據(jù)重新進(jìn)行驗(yàn)算。很多地方我都不得不重復(fù)的算上好幾遍，而且大量繁瑣的計(jì)算要求我必須克服毛躁的

90、毛病，計(jì)算必須準(zhǔn)確到位才能更快的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)系統(tǒng)的串了起來(lái)。 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)僅僅是真正工業(yè)生產(chǎn)的一小部分，它令我了解了從理論到實(shí)際需要耗費(fèi)多大的人力物力，未來(lái)要學(xué)習(xí)的東西有太多太多，我們需要更多的努力。平常的學(xué)習(xí)所做的題目都是理想化后簡(jiǎn)單的計(jì)算，物性數(shù)據(jù)也已經(jīng)給之，但在設(shè)

91、計(jì)中大量用到了物性數(shù)據(jù)是我們需要自己去查取的。我學(xué)會(huì)了去互聯(lián)網(wǎng)上和設(shè)計(jì)手冊(cè)查取這些數(shù)據(jù)（要注意數(shù)據(jù)表的各種條件），而這些東西的學(xué)習(xí)僅僅是一個(gè)開(kāi)始。</p><p>　　由于時(shí)間比較有限，整個(gè)課程設(shè)計(jì)與實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)相比還有很多不完善之處，還可能還存在一些問(wèn)題，懇請(qǐng)老師指正。</p><p>　　在此，感謝在課程設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的所有的同學(xué)和老師！</p><p>&l

92、t;b>　　9. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]華東理工大學(xué)化工原理教研室編. 化工過(guò)程設(shè)備及設(shè)計(jì). 廣州：華南理工大學(xué)出版社. 1996.02</p><p>　　[2]《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》 李功樣, 陳蘭英, 崔英德編</p><p>　　[3]王國(guó)勝. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2005. 參考資

93、料：</p><p>　　[4]匡國(guó)柱，史啟才. 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 賈紹義，柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 大連：天津大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[6]《化工原理》上冊(cè)，天津大學(xué)出版社，姚玉英主編。</p><p>　　[7]《化工原理》下冊(cè)，天津

94、大學(xué)出版社，姚玉英主編。</p><p>　　[8]《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，華南理工大學(xué)編。</p><p>　　[9]化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)），賈紹義，柴誠(chéng)敬，</p><p>　　天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[10]《化工原理課程設(shè)計(jì)》柴誠(chéng)敬，王軍.張纓.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006