乙醇和水精餾實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　乙醇與水連續(xù)篩板精餾塔</p><p>　　題目：醇-水溶液連續(xù)精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章：序言.........................................................4</p><p>　　第二章

2、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明6</p><p><b>　　2.1塔型選擇6</b></p><p><b>　　2.2操作流程6</b></p><p>　　第三章 塔的工藝計(jì)算7</p><p>　　3.1整理有關(guān)數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)表格7</p><p>　　3.2全塔

3、物料衡算9</p><p>　　3.3最小回流比與操作回流比10</p><p>　　3.4理論塔板數(shù)的確定11</p><p>　　3.5全塔效率的估算11</p><p>　　3.6實(shí)際塔板數(shù)的求取13</p><p>　　第四章 塔的工藝條件及物性計(jì)算13</p><p>　　

4、4.1平均摩爾質(zhì)量13</p><p>　　4.2平均密度14 </p><p>　　4.3液體表面張力15</p><p>　　4.4汽液相體積流率17</p><p>　　4.5塔徑的計(jì)算17</p><p>　　4.6精餾塔高度的計(jì)算21</p><p>　

5、　第五章 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算23</p><p>　　5.1 溢流裝置24</p><p>　　5.2 塔板布置25</p><p>　　第六章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算27</p><p>　　6.1 氣體通過塔板的壓力降hp液柱27</p><p>　　6.2 液面落差28</p><

6、p>　　6.3 液沫夾帶（霧沫夾帶）28</p><p><b>　　6.4 漏液29</b></p><p><b>　　6.5 液泛29</b></p><p>　　第七章 塔板負(fù)荷性能圖31</p><p><b>　　7.1漏液線31</b></p

7、><p>　　7.2液沫夾帶線31</p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線32</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線32</p><p><b>　　7.5液泛線32</b></p><p>　　第八章 各接管尺寸的確定及選型35</p><p>　　8.1進(jìn)料

8、管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p>　　8.2釜液出口管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p>　　8.3回流管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p>　　8.4塔頂蒸汽出口徑及選型36</p><p>　　第九章 精餾塔的主要附屬設(shè)備37</p><p><b>　　9.1冷凝器38</b

9、></p><p><b>　　9.2再沸器38</b></p><p>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表39</p><p>　　設(shè)計(jì)總結(jié)與體會.................................................40 </p>

10、<p>　　參考文獻(xiàn)..........................................................41</p><p><b>　　第一章 序言</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用《化工原理》課程和有關(guān)先修課程（《物理化學(xué)》，《化工制圖》等）所學(xué)知識，完成一個(gè)單元設(shè)備設(shè)計(jì)為主的一次性實(shí)踐教學(xué)，是

11、理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，在整個(gè)教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過課程設(shè)計(jì)，要求更加熟悉工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計(jì)算能力等。</p><p>　　精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑驅(qū)動下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣液兩相多次直

12、接接觸和分離，利用液相混合物中各組分的揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)的或間歇的，有些特殊的物系還可采用衡沸精餾或萃取精餾等特殊方法進(jìn)行分離。本設(shè)計(jì)的題目是乙醇-水連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)，即需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔用來分離易揮發(fā)的乙醇和不易揮發(fā)的水，采用連續(xù)操作方式，需設(shè)計(jì)一板式塔將其分離。乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，

13、是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇必須通過一定的方法。</p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，最簡單的方法就是用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離。化工廠中精餾操

14、作是在精餾塔內(nèi)進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是化工原理課程的一個(gè)非常重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的化工生產(chǎn)的理論知識，解決生產(chǎn)中實(shí)際問題的能力，

15、還能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。更能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。是對我們進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過對乙醇連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì),增加對化工生產(chǎn)過程的了解以及對化工原理這門課程的認(rèn)識。</p><p>　　第二章、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明</p><p><b>　　2.1 塔型選擇</b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日33

16、0天，每天開動設(shè)備24小時(shí)計(jì)算，年處理量為5萬噸，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，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，選用篩板塔。</p><p><b>　　2.2 操作流程</b></p><p>　　乙醇——水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽

17、再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。</p><p>　　精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。</p><p>　　乙醇—水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在

18、每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。</p><p>　　流程示意圖如下圖（圖一）</p><p>　　第三 章、塔的工藝計(jì)算</p><p>　　3.1整理有關(guān)數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)表格：</p><p>　　乙醇和水的汽液平衡數(shù)據(jù)（101.3KPa即760mmHg）</p><p>　　不同溫度下乙

19、醇和水的汽液平衡組成數(shù)據(jù)如下（表1）</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫出以下乙醇與水的t-x（y）相平衡圖（圖2）及乙醇與水的x-y（圖3）：</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　3.2全塔物料衡算</b></p><p>　　原料液中： 設(shè)A組分——乙醇；B組分

20、——水</p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量：M乙=46.07 kg/kmol；水的摩爾質(zhì)量： M水=18.02 kg/kmol</p><p>　　3.2.1查閱文獻(xiàn)，整理相關(guān)的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　水和乙醇的物理性質(zhì)（表2）</p><p>　　3.2.2塔頂，進(jìn)料液，塔底的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　原料

21、液以及塔頂,塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　3.2.3 物料衡算</p><p>　　進(jìn)料量F=5萬噸/年==0.0373 kmol/s</p><p>　　全塔總物料衡算 F=D+W </p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算 </p><p>　　聯(lián)立以上二式得：D=0.01705kmol/

22、s </p><p>　　W=0.05665kmol/s</p><p>　　3.3 最小回流比Rmin和操作回流比</p><p><b>　　由相平衡方程式可得</b></p><p>　　取乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)若干組代入上式并求其α。</p><p><b>　　α=3.38 &

23、lt;/b></p><p><b>　　則=2.60</b></p><p>　　故取操作回流比 R=2.60</p><p><b>　　操作方程的確定</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　

24、　提餾段：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　q線方程：x=xq=xF=0.2069</p><p>　　3.4理論塔板數(shù)的確定</p><p>　　理論板：指離開此板的氣液兩相平衡，而且塔板上液相組成均勻。</p><p>　　用逐板

25、計(jì)算法計(jì)算理論塔板數(shù)：</p><p><b>　　平衡方程</b></p><p>　　y1=0.8814 x1=0.6874</p><p>　　y2=0.7349 x2=0.4506</p><p>　　y3=0.5644 x3=0.2771</p><p>　　y4=0.

26、4395 x4=0.1883</p><p>　　x4=0.1883<0.2069</p><p>　　即第四層理論板為進(jìn)料板，一般進(jìn)料板作為提餾段，則精餾段理論板數(shù)為3.</p><p><b>　　平衡方程</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p&

27、gt;<p>　　x1=0.1883 </p><p>　　y2=0.3585 x2=0.1419</p><p>　　y3=0.2693 x3=0.0983</p><p>　　y4=0.1854 x4=0.0631</p><p>　　y5=0.1177 x5=0.0380</p

28、><p>　　y6=0.0695 x6=0.0216</p><p>　　y7=0.0379 x7=0.01152</p><p>　　y8=0.01855 x8=0.0056</p><p>　　y9=0.0072 x9=0.00214</p><p>　　x9=0.00214<

29、;0.00394</p><p>　　即提餾段9層板（不包括再沸器）</p><p>　　3.5全塔效率的估算</p><p>　　板效率與塔板結(jié)構(gòu)，操作條件，物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式：</p><p><b>　　計(jì)算。</b></p>

30、<p>　　其中：—塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度；</p><p>　　—塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mPa.s。</p><p>　　3.5.1塔頂、塔釜及進(jìn)料的溫度確定</p><p>　　利用乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)用差值法計(jì)算進(jìn)料溫度、塔頂溫度、塔底溫度</p><p>　　進(jìn)料溫度： =83.255<

31、/p><p>　　塔頂溫度： =78.17</p><p>　　塔底溫度： =99.99</p><p>　　精餾段平均溫度 </p><p>　　提留段平均溫度 </p><p>　　3.5.2塔頂、進(jìn)料處及塔底處的相對揮發(fā)度</p><p>　　根據(jù)乙醇與水溶

32、液x-y相平衡圖（圖7）可以查得：</p><p>　　y1==0.8814 x1=0.817 </p><p>　　=0.4115 =0.2069 </p><p>　　=0.0132 =0.00394 </p><p>　　精餾段的平均相對揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p>　　提餾段的平均相

33、對揮發(fā)度的求取：</p><p>　　3.5.3混合物的粘度 </p><p><b>　　利用黏性共線圖差得</b></p><p><b>　　時(shí) </b></p><p><b>　　時(shí) </b></p><p><b>　　精餾

34、段粘度 </b></p><p><b>　　提餾段粘度</b></p><p>　　3.6實(shí)際塔板數(shù)的求取</p><p>　　（1）精餾段：已知=1.84 =0.4343mPa·s</p><p>　　=0.49=0.5177 ==≈5.79≈6塊</p><p>　

35、?。?）提餾段： 已知=3.03 =0.3174mPa·s</p><p>　　=0.49=0.495 ==≈20.2≈21塊</p><p>　　全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：= + =27塊</p><p><b>　　全塔效率：</b></p><p>　　加料板位置在第7塊塔板</p><

36、p>　　第四章、塔的物性計(jì)算及特性條件</p><p><b>　　4.1平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　根據(jù)乙醇與水的t-x（y）相平衡圖可知：</p><p>　　塔頂==0.8814 =0.8824</p><p>　　= 0.881446+ (1-0.8814) 18=42.68k

37、g/kmol</p><p>　　=0.882446+（1-0.8824）18=42.71 kg/kmol</p><p>　　進(jìn)料板：= 0.4115 =0.2069</p><p>　　= 0.411546+（1-0.4115）18=29.52kg/kmol</p><p>　　=0.206946+（1-0.2069）18=23.79

38、 kg/kmol</p><p>　　塔釜： =0.0132 =0.00394</p><p>　　= 0.013246+ (1-0.0132) 18=18.37kg/kmol</p><p>　　=0.0039446+（1-0.00394）18=18.11 kg/kmol</p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量</p>

39、;<p>　　== 36.10kg/kmol</p><p>　　= =33.25 kg/kmol</p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　==23.95kg/kmol</p><p>　　==20.95kg/kmol</p><p><b>　　表3</b>&

40、lt;/p><p>　　4.2平均密度 ρm</p><p>　　查表計(jì)算各溫度下乙醇和水的密度</p><p>　　=83.255 =731.74 kg/</p><p>　　=969.14 kg/</p><p>　　=857.82 kg/</p><p><b>

41、　　同理：</b></p><p>　　=78.17 =747.38 kg/</p><p>　　=99.99 =955.17 kg/</p><p>　　所以=（+）/2=802.6 kg/</p><p>　　=(+)/2=906.50 kg/</p><p>　　=83.255

42、 kg/</p><p>　　=78.17 kg/</p><p>　　=99.99 kg/</p><p>　　所以=(1.48+1.01)=1.245 kg/</p><p>　　=(1.01+0.60)=0.805 kg/</p><p>　　4.3操作壓強(qiáng)的確定

43、</p><p><b>　　塔頂?shù)膲簭?qiáng)：</b></p><p><b>　　每層塔板的壓降：△</b></p><p>　　進(jìn)料板壓力： kpa</p><p><b>　　塔釜壓力：</b></p><p>　　精餾段平均操作壓強(qiáng)kpa</p

44、><p><b>　　提餾段平均操作壓強(qiáng)</b></p><p>　　4.4混合液體表面張力的計(jì)算 </p><p><b>　　對乙醇q=2</b></p><p><b>　　ml </b></p><p>　　=46/716.01=64.24 m

45、l</p><p><b>　　ml</b></p><p><b>　　ml</b></p><p><b>　　ml</b></p><p><b>　　ml </b></p><p>　　查不同溫度下水和乙醇的表面張力列表計(jì)算

46、</p><p>　　乙醇的表面張力 16.84</p><p>　　同理用內(nèi)插法計(jì)算水的表面張力</p><p>　　經(jīng)推導(dǎo) </p><p><b>　　塔頂液面張力</b></p><p>　　B=lg0.0015=-2.8239</p>&l

47、t;p><b>　　Q=0.441</b></p><p>　　A=B+Q=-3.5877</p><p><b>　　聯(lián)立 </b></p><p><b>　　代入 </b></p><p><b>　　同理原料液表面張力</b>&l

48、t;/p><p><b>　　塔底液表面張力</b></p><p><b>　　精餾段表面張力 </b></p><p><b>　　提餾段表面張力</b></p><p>　　4.5汽液相體積流率</p><p><b>　　精餾段 &l

49、t;/b></p><p><b>　　氣相體積流率：</b></p><p>　　V=(R+1)D=(2.6+1)x0.01705=0.06138kmol/s m3/s</p><p><b>　　液相體積流率：</b></p><p>　　L=RD=2.6×0.01705=0.0

50、4433kmol/s</p><p><b>　　m3/s</b></p><p>　　提餾段：L′=RD+qF =0.11803kmol/s</p><p>　　氣相體積流率： m3/s</p><p>　　液相體積流率：== m3/s</p><p><b>　　4.6.塔徑的計(jì)算&

51、lt;/b></p><p><b>　　板間距與塔徑的關(guān)系</b></p><p><b>　　表10</b></p><p>　　塔徑的確定，需求，C由下式計(jì)算：,由smith圖查取，取板間距HT=0.45m，板上液層高度，</p><p><b>　　則</b>&l

52、t;/p><p><b>　　史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　圖中 HT——塔板間距，m； hL——板上液層高度，m；V ,L——分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； ρV，ρL ——分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3 。</p><p>

53、　　4.6.1精餾段塔徑的確定：</p><p>　　圖的橫坐標(biāo)為：=0.0248</p><p>　　查smith圖得：=0.075 </p><p>　　C=C20（）0.2 =0.076</p><p>　　umax=C=0.076×=1.928m/s</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，<

54、/p><p>　　則空塔氣速為：u=0.70umax=0.70×1.928=1.35m/s</p><p>　　則精餾段塔徑D==1.33m</p><p>　　塔徑圓整 D=1.4m</p><p><b>　　塔橫截面積 </b></p><p>　　4.6.2提餾段塔徑的確定：&

55、lt;/p><p>　　圖的橫的坐標(biāo)為：=0.0246</p><p>　　查smith圖得：= 0.071</p><p><b>　　=0.085</b></p><p>　　max=0.085×=2.85m/s</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為=0.70max=0.

56、70×2.85=1.996m/s</p><p>　　則提餾段塔徑D=1.113m</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，D=1.4m</p><p><b>　　塔橫截面積</b></p><p>　　精餾段實(shí)際空塔氣速為：=1.22m/s</p><p>　　提餾段實(shí)際空塔氣速為：=

57、1.26 m/s</p><p>　　4.6精餾塔高度的計(jì)算</p><p>　　塔的高度可以由下式計(jì)算：</p><p><b>　　n--實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p><b>　　--進(jìn)料板數(shù)</b></p><p><b>　　--人孔數(shù)</b&g

58、t;</p><p><b>　　--進(jìn)料板處間距</b></p><p><b>　　--人孔處板間距</b></p><p>　　--塔頂空間（不包括頭蓋部分）</p><p><b>　　--塔底空間</b></p><p><b>　　

59、--塔頂封頭高度</b></p><p><b>　　--裙座高度</b></p><p>　　塔頂封頭（選橢圓形封頭=1400mm）查附錄得曲面高度350mm，直邊高度40mm，內(nèi)表面積2.3005，容積0.4202。則封頭高度=390mm</p><p>　　塔頂空間=2=0.9m 考慮安裝除沫器取=1.2m</p>

60、<p>　　塔底空間=1.585m</p><p>　　人孔D>1000mm每隔6-8個(gè)塔板設(shè)一個(gè)人孔，則本設(shè)計(jì)需要3個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為450mm人孔處板間距=600mm</p><p>　　進(jìn)料處板間距=800mm</p><p>　　裙座（圓筒形）裙座內(nèi)經(jīng)大于800mm,故取壁厚16mm</p><p><b

61、>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)經(jīng)</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑</b></p><p>　　圓整后 考慮到再沸器取=2500mm</p><p><b>　　塔體總高</b></p><p><b>　　H=</b></p><p

62、>　　第五章、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b></p><p>　　采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。</p><p><b>　　塔徑：D=1.4m</b></p><p>　　5.1.1溢流堰長單溢流：，取堰長=0.65D

63、，即</p><p>　　=0.65×1.4=0.91 m</p><p>　　5.1.2溢流堰出口堰高</p><p>　　hW=hL-hOW </p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度可用Francis計(jì)算，即</p><p>　　精餾段： Lh= 6.61m3/h,所以 Lh/lW2.3==7.04

64、, =0.65</p><p><b>　　液流收縮系數(shù)計(jì)算圖</b></p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　查上圖得:E=1.023，則 依式hOW=，得hOW==0.011m</p><p>　　取板上清夜層高度，故hW=0.07-0.011=0.059m</p&

65、gt;<p><b>　　提餾段： /h</b></p><p>　　Lh/lW2.5==5.44</p><p>　　查得:E=1.005，則hOW==0.009m</p><p>　　取板上清夜層高度，故=0.07-0.009=0.061m</p><p>　　5.1.3降液管寬度Wd和截面積<

66、/p><p>　　弓形降液管參數(shù)圖 圖13</p><p>　　因?yàn)?，查上圖得：Wd/D=0.125,Af/AT =0.071，所以 Wd=0.125D=0.175m</p><p>　　Af=0.071×1.593=0.1093m2</p><p>　　由式計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，即</p>&

67、lt;p>　　精餾段：=26.79s≥5s</p><p>　　提餾段： =34.64s≥5s</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　　5.1.4降液管底隙高度</p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速為0.1m/s</p><p><b>

68、;　　依式得：</b></p><p>　　精餾段：==0.020m,即≥20mm</p><p>　　提餾段： ==0.0156 m，取=20mm</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p><b>　　5.2.塔板布置</b></p><p>　　5.2.1 塔

69、板的分塊 </p><p>　　本設(shè)計(jì)塔徑D=1.4m，故塔板采用分塊式，以便通過入孔裝拆塔板。</p><p>　　查表得，塔板分為4塊。</p><p>　　表十一 塔板分塊數(shù)</p><p>　　5.2.2 邊緣區(qū)寬度的確定</p><p>　　取邊緣區(qū)寬度：Wc=0.03m，溢流堰前的安定區(qū)寬度：Ws=0.0

70、7m</p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p>　　開孔區(qū)面積按下式計(jì)算：</p><p>　　其中= =0.455m</p><p><b>　　==0.67m</b></p><p><b>　　==1.117m2</b></p><

71、;p>　　5.2.4 篩板的篩孔和開孔率</p><p>　　因乙醇-水組分無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩空直徑d0=5mm</p><p>　　篩空按正三角排列，孔中心距t=3d0=35=15mm </p><p><b>　　篩孔數(shù)目 </b></p><p>　　開孔率 （在5--15%范圍內(nèi)）</p

72、><p>　　氣體通過篩孔的氣速為 </p><p><b>　　則 精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　第六章、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　6.1 氣體通過塔板的壓力降液柱</p><p>　

73、　氣體通過塔板的壓力降(單板壓降)</p><p>　　——?dú)怏w通過每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱</p><p>　　——?dú)怏w通過篩板的干板壓降，m液柱</p><p>　　——?dú)怏w通過板上液層的阻力，m液柱</p><p>　　——克服液體表面張力的阻力，m液柱</p><p>　　6.1.1 干板阻力<

74、/p><p><b>　　干板壓降 =</b></p><p>　　——篩孔氣速，m/s</p><p><b>　　——孔流系數(shù)</b></p><p>　　——分別為氣液相密度，Kg/m3</p><p><b>　　圖14</b></p&g

75、t;<p>　　根據(jù)/=5/3=1.67 </p><p>　　查干篩孔的流量系數(shù)圖C0 =0.78</p><p><b>　　精餾段 液柱</b></p><p><b>　　提餾段 液柱</b></p><p>　　6.1.2 板上充氣液層阻力</p><

76、;p>　　板上液層阻力用下面的公式計(jì)算：</p><p>　　——板上清液層高度，m</p><p>　　——反映板上液層充氣程度的因數(shù)，可稱為充氣因數(shù)</p><p>　　取=0.5 =0.07m</p><p>　　則 精餾段 hl==0.5×0.07=0.035m</p><p>　　提餾段

77、 hl=0.5×0.07=0.035m</p><p>　　6.1.3 由表面張力引起的阻力忽略不計(jì)。</p><p>　　6.1.4與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?lt;/p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提餾段：</b></p>

78、<p><b>　　6.2 液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大，故可忽略液面落差的影響</p><p>　　6.3 液沫夾帶（霧沫夾帶）</p><p>　　精餾段 泛點(diǎn)率=</p><p>　　板上液體流經(jīng)的長度 =D-=1.05m</p&g

79、t;<p><b>　　板上液流面積 </b></p><p>　　取物性參數(shù)K=1.0 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.103</p><p><b>　　則泛點(diǎn)率=<80%</b></p><p>　　對于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%，由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能夠滿足</p&

80、gt;<p>　　提留段 取物性參數(shù)K=1.0 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.103</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　對于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%，由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能夠滿足</p><p><b>　　6.4 漏液</b></p>

81、<p><b>　　漏液驗(yàn)算</b></p><p>　　K=>1.5--2.0</p><p>　　u0 ——篩孔氣速 uow——漏液點(diǎn)氣速</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速</b></p

82、><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。

83、</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應(yīng)服從的關(guān)系</p><p>　　乙醇-水組分為不易發(fā)泡體系 故取0.5</p><p><b>　　（1）精餾段 </b></p><p><b>　　又

84、</b></p><p><b>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　液體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?hd=0.153（)2=0.00156m</p><p>　　單層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?=0.071m</p&g

85、t;<p>　　板上液層高度 =0.07m</p><p>　　Hd=0.071+0.00156+0.07=0.14256m液柱</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　液體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?hd=0.153（)2=0.00146m</p><p>　　單

86、層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?=0.068m</p><p>　　板上液層高度 =0.07m</p><p>　　Hd=0.068+0.07+0.00146=0.1395m液柱</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象</p><p>　　第七章、塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b&g

87、t;　　7.1漏液線</b></p><p><b>　　得精餾段</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù) </b></p><p><b>　　同理提餾段：</b></p><p><b>　　7.2液沫夾帶線</b></p&

88、gt;<p>　　泛點(diǎn)率=作出液沫夾帶線按80%計(jì)算</p><p>　　精餾段 0.8==</p><p><b>　　為一直線</b></p><p><b>　　提餾段：0.8==</b></p><p><b>　　為一直線</b></p>

89、;<p><b>　　可作出液沫夾帶線。</b></p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度how=0.006m作最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由</p><p><b>　　=</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限。

90、</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線</p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證再降液管內(nèi)停留時(shí)間不低于3到5秒</p><p>　　以5s 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線。</p><p><b>　　7.5液泛線</b>&l

91、t;/p><p><b>　　令 ，，</b></p><p><b>　　， 聯(lián)立得</b></p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　解得 </b></p><p><b&

92、gt;　?。?）提餾段：</b></p><p><b>　　解得 </b></p><p>　　取若干個(gè)Ls值，計(jì)算相應(yīng)的Vs值。結(jié)果如下：</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可做出篩板塔的精餾段負(fù)荷性能圖如下：</p><p>　　由圖可知：故操作彈性為Vs，max/Vs，min=2.8/0.

93、3=9.33＞2</p><p><b>　　提餾段負(fù)荷性能圖：</b></p><p>　　由圖可知：故操作彈性為Vs，max/Vs，min=3.5/0.3=11.66</p><p>　　第八章、各接管尺寸的確定及選型</p><p>　　8.1進(jìn)料管尺寸的計(jì)算及選型</p><p>　　則

94、 Kg/m3</p><p><b>　　則其體積流量：</b></p><p><b>　　取館內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　則進(jìn)料管管徑：</b></p><p>　　則可選擇進(jìn)料管 Ф423規(guī)格的熱扎無縫鋼管。</p><p>

95、　　8.2回流管尺寸的計(jì)算及選型</p><p><b>　　采用直管回流管</b></p><p>　　取釜液出塔的速度ul=1.6m/s</p><p>　　=747.38 Kg/m3</p><p><b>　　則釜液出口管管徑：</b></p><p>　　則可選擇釜

96、液出口管Ф423規(guī)格熱軋無縫鋼管。</p><p>　　8.3釜液出料管尺寸的計(jì)算及選型</p><p>　　取釜液出塔的速度uw=1.0m/s</p><p>　　=955.17 Kg/m3</p><p><b>　　則釜液出口管管徑：</b></p><p>　　則可選擇回流管Ф423規(guī)格熱

97、軋無縫鋼管。</p><p>　　8.4塔底蒸汽出口徑及選型</p><p><b>　　Kg/m3</b></p><p>　　采用直管進(jìn)氣，取適當(dāng)流速 u=23m/s</p><p><b>　　d=</b></p><p>　　所選規(guī)格為：Ф3518熱軋無縫鋼管。<

98、;/p><p>　　8.5塔頂蒸汽出口徑及選型</p><p><b>　　Kg/m3</b></p><p>　　采用直管出氣，取適當(dāng)流速 u=20m/s</p><p>　　所選規(guī)格為：Ф4028熱軋無縫鋼管。</p><p>　　第九章、精餾塔的主要附屬設(shè)備</p><p&g

99、t;<b>　　9.1熱量衡算</b></p><p>　　比熱容及汽化潛熱的計(jì)算</p><p>　　9.1.1塔頂溫度下的比熱容 </p><p><b>　　插值法計(jì)算</b></p><p>　　同理進(jìn)料溫度下的比熱容</p><p><b>　　塔底溫

100、度下的比熱容</b></p><p>　　塔頂溫度下的汽化潛熱 </p><p><b>　　9.1.2熱量衡算</b></p><p><b>　　時(shí)塔頂上升的熱量</b></p><p><b>　　回流液的熱量</b></p><

101、;p><b>　　塔頂餾出液的熱量</b></p><p><b>　　塔底殘夜的熱量</b></p><p><b>　　冷凝器消耗的熱量</b></p><p>　　再沸器提供的熱量 塔釜熱損失為10%</p><p>　　=7284699.07KJ/h</p

102、><p><b>　　9.2冷凝器</b></p><p>　?。?）冷凝器的選擇：強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器</p><p>　　冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐，這樣可以減少臺架，且便于維修、安裝，造價(jià)不高。</p><p><b>　　T=78.17℃時(shí)</b>

103、</p><p>　　查表得r=2493KJ/Kg</p><p>　　則 =6384322.6KJ/h</p><p>　　取水為冷凝器介質(zhì)其進(jìn)出冷凝器的溫度為25℃和40℃ </p><p>　　出料液溫度78.17℃飽和氣體到78.17℃飽和蒸汽</p><p>　　所以，傳熱面積： A=</p

104、><p><b>　　==45.26℃</b></p><p><b>　　A=48.21</b></p><p>　　取安全系數(shù)1.04 A=50.14 </p><p>　　因此選用BES 600-1.6-108-6/19 2II浮頭式換熱器。</p><p><

105、b>　　9.3再沸器</b></p><p>　　選用120℃飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取K取700W·m-2/℃</p><p>　　料液溫度：99.99℃100℃，水蒸汽溫度：120℃120℃</p><p><b>　　逆流操作：則</b></p><p><b>　　==20.

106、00℃</b></p><p>　　QB=7284699.07KJ/h</p><p>　　A==124.48取安全系數(shù)1.04 A=129.46</p><p>　　選用BES 1000-1.6-311-6/19 4II浮頭式換熱器。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p>

107、<p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)，在化工行業(yè)有較廣的應(yīng)用，通過短短兩周的設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到精溜在應(yīng)用是十分廣泛的，但是，要把此塔設(shè)計(jì)好是有一定難度的，它不僅要求我們擁有較高的理論基礎(chǔ)，還要求我們掌握一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)難度大，主要是計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，考慮的細(xì)節(jié)較多，對同一個(gè)設(shè)備

108、分成兩部分進(jìn)行考慮，既相互獨(dú)立又須彼此照應(yīng)，始終要考慮計(jì)算是為一個(gè)設(shè)備進(jìn)行。通過這次設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到不僅要學(xué)好《化工原理》等專業(yè)課，還要對設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都要學(xué)好用好，只有這樣才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要考慮很多問題，尤其是一些不容易引起重視細(xì)節(jié)問題，否則“小毛病出大問題”，這就要我考慮問題要全面詳細(xì)。學(xué)以致用，要多學(xué)各方面的知識并充分利用，用融合的，相互聯(lián)系的知識能更好地解決問題。</p><p&g

109、t;　　但是由于時(shí)間短、工藝復(fù)雜，加上首次進(jìn)行這樣的大型設(shè)計(jì)，經(jīng) 驗(yàn)不足且水平有限，在本次設(shè)計(jì)中，缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免，敬請各位老師指正。但是只要我們在計(jì)算中保持高的精確度，這種誤差可以大大地減小。在計(jì)算中，精餾段和提餾段有一定的差別，這就要綜合所學(xué)知識，將二者合二為一，使其統(tǒng)一。</p><p>　　總之，在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識，同時(shí)使我認(rèn)識到理論于實(shí)踐的結(jié)合有多重要，并且意識到這樣的大型設(shè)計(jì)僅僅靠自己一個(gè)

110、人是很難完成的，我們要互相學(xué)習(xí)，借閱各種資料詢問老師達(dá)到自己想要的結(jié)果，只有這樣，我們才能做出更好的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　柴誠敬. 化工原理 （第二版）上.北京：高等教育出版社，2010</p><p>　　柴誠敬. 化工原理 （第二版）下.北京：高等教育出版社，2010</p>