化工原理課程設計--乙醇—水分離過程板式精餾塔設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　論文題目：乙醇—水分離過程板式精餾塔設計</p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級：

2、 0 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　總評成績： </p><p><b>　　2010年7月2日</b></p><p><b>　　課程設計任務書

3、</b></p><p><b>　　課題名稱</b></p><p>　　乙醇——水分離過程板式精餾塔設計</p><p>　　課題條件（原始數據）</p><p>　　原料：乙醇、水 </p><p>　　年處理量：50000t</p><p>

4、　　原料組成（乙醇的質量分率）：0.40</p><p><b>　　料液初溫： 30℃</b></p><p>　　操作壓力、回流比、單板壓降：自選</p><p>　　進料狀態(tài)：飽和液體進料</p><p>　　塔頂產品濃度： 98%</p><p>　　塔底釜液含乙醇含量不高于0.2%（質量

5、分率）</p><p>　　塔頂采用全凝器，泡點回流</p><p>　　塔釜：飽和蒸汽間接/直接加熱</p><p><b>　　塔板形式：篩板</b></p><p>　　生產時間：330天/年，每天24h運行</p><p><b>　　冷卻水溫度：30℃</b><

6、;/p><p><b>　　設備形式：篩板塔</b></p><p><b>　　廠址：武漢地區(qū)</b></p><p>　　三、設計內容（包括設計、計算、論述、實驗、應繪圖紙等根據目錄列出大標題即可）</p><p><b>　　1 設計方案的選定</b></p>

7、<p><b>　　2精餾塔的物料衡算</b></p><p><b>　　3塔板數的確定</b></p><p>　　4精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算（加熱物料進出口溫度、密度、粘度、比熱、導熱系數）</p><p>　　5精餾塔塔體工藝尺寸的計算</p><p>　　6塔板主要工

8、藝尺寸的計算</p><p>　　7塔板的流體力學驗算</p><p>　　8塔板負荷性能圖（精餾段）</p><p><b>　　9換熱器設計</b></p><p>　　10餾塔接管尺寸計算</p><p>　　11制生產工藝流程圖（帶控制點、機繪，A2圖紙）</p><p

9、>　　12繪制板式精餾塔的總裝置圖（包括部分構件）（手繪，A1圖紙）</p><p>　　13撰寫課程設計說明書一份 </p><p>　　設計說明書的基本內容</p><p><b>　?、耪n程設計任務書</b></p><p>　?、普n程設計成績評定表</p><p><b>

10、　?、侵杏⑽恼?lt;/b></p><p><b>　?、饶夸?lt;/b></p><p><b>　?、稍O計計算與說明</b></p><p><b>　?、试O計結果匯總</b></p><p><b>　　⑺小結</b></p>&

11、lt;p><b>　　⑻參考文獻</b></p><p>　　14 有關物性數據可查相關手冊</p><p><b>　　15 注意事項</b></p><p>　　寫出詳細計算步驟，并注明選用數據的來源</p><p>　　每項設計結束后列出計算結果明細表</p><p&

12、gt;　　設計最終需裝訂成冊上交</p><p>　　四、進度計劃（列出完成項目設計內容、繪圖等具體起始日期）</p><p>　　1.設計動員，下達設計任務書 0.5天</p><p>　　2.收集資料，閱讀教材，擬定設計進度 1-2天</p><p>　　3.初步確定設計方案及設計計

13、算內容 5-6天</p><p>　　4.繪制總裝置圖 2-3天</p><p>　　5.整理設計資料，撰寫設計說明書 2天</p><p>　　6.設計小結及答辯 1天</p><

14、;p>　　指導教師（簽名）： 年 月 日 </p><p>　　學科部（教研室）主任（簽名）： 年 月 日</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1．學生進行課程設計前，指導教師應事先填好此任務書，并正

15、式打印、簽名，經學科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學生。設計裝訂時應將此任務書訂在設計說明書首頁。</p><p>　　2．如果設計技術參數量大，可在任務書后另設附表列出。</p><p>　　3．所有簽名均要求手簽,以示負責。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

16、要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1精餾操作對塔設備的要求1</p><p>　　1.2板式塔類型2</p><p>　　第二章 設計方案的確定3</p><

17、;p>　　2.1操作條件的確定3</p><p>　　2.2確定設計方案的原則4</p><p>　　第三章塔的工藝尺寸得計算6</p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算6</p><p>　　3.1.1摩爾分率6</p><p>　　3.1.2平均摩爾質量6</p><p>

18、;　　3.1.3 物料衡算6</p><p>　　3.1.4 回收率6</p><p>　　3.2塔板數的確定7</p><p>　　3.2.1理論板層數N的求取7</p><p>　　3.3 精餾塔有關物性數據的計算9</p><p>　　3.3.1 操作壓力計算9</p><p>

19、;　　3.3.2 操作溫度計算10</p><p>　　3.3.3 平均摩爾質量計算10</p><p>　　3.3.4 平均密度計算11</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力計算12</p><p>　　3.3.6 液體平均黏度計算14</p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設計15

20、</p><p>　　3.4.1 塔徑的計算15</p><p>　　3.4.2 精餾塔有效高度的計算16</p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計算16</p><p>　　3.5.1 溢流裝置計算16</p><p>　　3.5.2 塔板布置18</p><p>　　3.6

21、 篩板的流體力學驗算19</p><p>　　3.6.1 塔板壓降19</p><p>　　3.6.2液面落差20</p><p>　　3.6.3 液沫夾帶20</p><p>　　3.6.4 漏液21</p><p>　　3.6.5 液泛21</p><p>　　3.7 塔板負荷性

22、能圖22</p><p>　　3.7.1 漏液線22</p><p>　　3.7.2 液沫夾帶線22</p><p>　　3.7.3 液相負荷下限線23</p><p>　　3.7.4 液相負荷上限線24</p><p>　　3.7.5 液泛線24</p><p>　　第四章 塔附屬

23、設計28</p><p>　　4.1 塔附件設計28</p><p>　　4.2 筒體與封頭30</p><p>　　4.3 塔總體高度設計31</p><p>　　4.3.1 塔的頂部空間高度31</p><p>　　4.3.2 塔的底部空間高度31</p><p>　　4.3.3

24、 塔體高度31</p><p>　　4.4 附屬設備設計32</p><p>　　4.4.1 冷凝器的選擇32</p><p>　　4.4.2 泵的選擇32</p><p><b>　　設計小結34</b></p><p><b>　　附錄35</b></p

25、><p><b>　　參考文獻36</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　化工原理課程設計是培養(yǎng)學生化工設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們初步掌握化工設計的基礎知識、設計原則及方法；學會各種手冊的使用方法及物理性質、化學性質的查找方法和技巧；掌握各種結果的校核，能畫出工藝流程、塔板結構

26、等圖形。在設計過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產上的安全性、經濟合理性。</p><p>　　板式精餾塔也是很早出現的一種板式塔，20世紀50年代起對板式精餾塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點：生產能力（20%——40%）塔板效率（10%——50%）而且結構簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝，維修都較容易。而在板式精餾塔中，

27、篩板塔有結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右，處理能力大等優(yōu)點，綜合考慮更符合本設計的要求。本課程設計的主要內容是過程的物料衡算，工藝計算，結構設計和校核。</p><p>　　關鍵詞：板式精餾塔 篩板 計算 校核</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The pr

28、inciples of chemical engineering course design is to cultivate students' ability of important chemical design teaching, through the curriculum design that we try to grasp the basic knowledge of chemical engineering d

29、esign, design principles and methods, To learn all kinds of manual operation and physical properties, chemical properties of searching methods and techniques, Grasp the results, can draw process, tower structure, etc. In

30、 the design process should not only consider the feasibili</p><p>　　Plate column is an early tower, since the 1950s to plate column on a large scale, industrial master sieve-plate tower, and formed a complet

31、e design method. Compared with the blister tower, has the following advantages: board distillation production capacity (20-40%) tower efficiency (10-50% plate) and simple structure, cost reduce 40% tray, installation, ma

32、intenance is easier. But in the plate column, sieve-plate tower structure than float valves is more simple, easy processing, the cost is abou</p><p>　　Keywords: plate rectifying column; sieve-plate tower; de

33、sign</p><p><b>　　第一章 概述</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，而被廣泛地應用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來，由于燃料價格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統燃料的趨勢，且已在鄭州、濟南等地的公交、出租車行業(yè)內被采用。山東

34、業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。</p><p>　　長期以來，乙醇多以蒸餾法生產，但是由于乙醇~水體系有共沸現象，普通的精餾對于得到高純度的乙醇來說產量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進乙醇`水體系的精餾設備是非常重要的。</p><p>　　塔設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過程中得到了廣泛的應用，在此我們作板式塔的設計以熟悉單元操作設備的設計

35、流程和應注意的事項是非常必要的。</p><p>　　1.1精餾操作對塔設備的要求</p><p>　　精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質，而作為氣(汽)、液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質效率。但是，為了滿足工業(yè)生產和需要，塔設備還得具備下列各種基本要求：</p><p>　　（1）氣(汽)、液處理量大，即

36、生產能力大時，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象。</p><p>　?。?）操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　　（3）流體流動的阻力小，即流體流經塔設備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個

37、系統無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　?。?） 結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　?。?）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節(jié)和檢修。</p><p>　?。?） 塔內的滯留量要小。</p><p>　　實際上，任何塔設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

38、某些獨特的優(yōu)點，設計時應根據物系性質和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。</p><p><b>　　1.2板式塔類型</b></p><p>　　氣－液傳質設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，填料塔的設計將在其他分冊中作詳細介紹，故本書將只介紹板式塔。</p><p>　　板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備

39、，其種類繁多，根據塔板上氣－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、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。</p><p>　　板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學工業(yè)生產的迅速發(fā)展，相繼出現了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內外實際使

40、用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因此，本章只討論篩板塔的設計。</p><p>　　篩板塔也是傳質過程常用的塔設備，它的主要優(yōu)點有：</p><p>　　（1） 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p><p>　?。?）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p&

41、gt;<p>　?。?） 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。</p><p><b>　　篩板塔的缺點是：</b></p><p>　?。?）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　?。?） 操作彈性較小(約2～3

42、)。</p><p>　?。?）小孔篩板容易堵塞。</p><p>　　第二章 設計方案的確定</p><p>　　本設計任務為乙醇—水混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最

43、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，塔底產品經冷卻后送至儲罐。</p><p>　　2.1操作條件的確定</p><p>　　確定設計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設備的結構型式和某些操作指標。例如組分的分離順序、塔設備的型式、操作壓力、進料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結合課程設計的需要，對某些問題作些闡述。</p><p&g

44、t;<b>　　2.1.1操作壓力</b></p><p>　　蒸餾操作通?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進行。確定操作壓力時，必須根據所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應在加壓下進行蒸餾。當物性無特殊要求時，一般是在稍高

45、于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當地提高操作壓力可以提高塔的處理能力。有時應用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。</p><p>　　2.1.2 進料狀態(tài) </p><p>　　進料狀態(tài)與塔板數、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯系。在實際的生產中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預熱到泡點或接近

46、泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設計和制造上提供了方便。</p><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，設置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產物近于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大(如酒精與水

47、的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費用和設備費用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對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)組分的濃度應較低，因而塔板數稍有增加。但對有些物系(如酒精與水的二元混合液)，當殘液的濃度稀薄時，溶液的相對揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數并不多，此時采用

48、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，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壓力。對于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表壓）。</p><p>　　2.1.4冷卻劑與出口溫度</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

49、用常溫水作冷卻劑，是最經濟的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設計者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當地水資源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。</p><p>　　2.2確定設計方案的原則</p><p>　　確定設計方案總的原則是在可能的條件下，盡量

50、采用科學技術上的最新成就，使生產達到技術上最先進、經濟上最合理的要求，符合優(yōu)質、高產、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點：</p><p>　　2.2.1滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設計出來的流程和設備，首先必須保證產品達到任務規(guī)定的要求，而且質量要穩(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，從而需要采取相應的措施。其次所定的設計方案需要有一定

51、的操作彈性，各處流量應能在一定范圍內進行調節(jié)，必要時傳熱量也可進行調整。因此，在必要的位置上要裝置調節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積和選取操作指標時，也應考慮到生產上的可能波動。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計、壓強計，流量計等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應措施。</p><p>　　2.2.2滿足經濟上的要求</p>

52、<p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當地利用塔頂、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，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，即對操作費和設備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設備費也有很大影響。</p><p>　　2.2.3保證安全生產</p><p>　

53、　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)生火花的設備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內壓力過大或塔驟冷而產生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。</p><p>　　以上三項原則在生產中都是同樣重要的。但在化工原理課程設計中，對第一個原則應作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。</p><p>　　第三章塔的工藝尺寸得計算&

54、lt;/p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算</p><p><b>　　3.1.1摩爾分率</b></p><p>　　乙醇的摩爾質量 </p><p>　　水的摩爾質量 </p><p><b>　　原料液</b></p><p><

55、b>　　塔頂</b></p><p><b>　　塔底產品</b></p><p>　　3.1.2平均摩爾質量</p><p><b>　　原料液</b></p><p><b>　　塔頂</b></p><p><b>　　

56、塔底產品</b></p><p>　　3.1.3 物料衡算</p><p><b>　　進料流量</b></p><p><b>　　餾出液流量</b></p><p><b>　　釜液流量</b></p><p><b>　　3.

57、1.4 回收率</b></p><p><b>　　乙醇的回收率</b></p><p><b>　　水的回收率</b></p><p><b>　　3.2塔板數的確定</b></p><p>　　3.2.1理論板層數N的求取</p><p>

58、;　　3.2.1.1 乙醇與水的平均相對揮發(fā)度的計算</p><p>　　已知乙醇的沸點為78.3℃，水的沸點為100℃。</p><p>　　當溫度為78.3℃時，lg° °</p><p><b>　　lg° °</b></p><p>　　當溫度為100℃時，lg&#

59、176; °</p><p><b>　　lg° ° </b></p><p><b>　　平均揮發(fā)度 </b></p><p>　　3.2.1.2 最小回流比及操作回流比計算</p><p><b>　　因 ，故 </b></p>

60、<p><b>　　將代入相平衡方程 </b></p><p>　　3.2.1.3 逐板法求塔板數</p><p><b>　　因 </b></p><p>　　則相平衡方程 </p><p>　　精餾段操作線方程 </p>

61、;<p><b>　　塔釜氣相回流比</b></p><p>　　提餾段操作線方程 </p><p><b>　　操作線交點橫坐標 </b></p><p>　　理論板數計算：先交替使用相平衡方程與精餾段操作線方程計算如下</p><p><b>　?。?l

62、t;/b></p><p><b>　　第7板為加料板。</b></p><p>　　以下交替使用提餾段操作線方程與相平衡方程計算如下</p><p><b>　　﹤Xw</b></p><p>　　總理論板數為20塊，精餾段理論板數為6塊，第7塊為進料板。 </p><p

63、>　　3.2.2實際板層數的求取</p><p><b>　　取全塔效率， 則有</b></p><p>　　3.3 精餾塔有關物性數據的計算</p><p>　　3.3.1 操作壓力計算</p><p>　　取塔頂表壓為4Kpa。</p><p><b>　　塔頂操作壓力 <

64、;/b></p><p><b>　　每層塔板壓降 </b></p><p><b>　　進料板壓力 </b></p><p><b>　　塔底操作壓力 </b></p><p><b>　　精餾段平均壓力 </b></p><p

65、><b>　　提餾段平均壓力 </b></p><p>　　3.3.2 操作溫度計算</p><p>　　利用表5-1中數據由拉格朗日插值可求得、、。</p><p>　　進料口： , =83.26℃</p><p>　　塔頂：，=78.05℃</p><p>　　塔釜：，=99.82℃&

66、lt;/p><p><b>　　精餾段平均溫度 ℃</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度 ℃</b></p><p>　　表5-1乙醇—水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關系</p><p>　　3.3.3 平均摩爾質量計算</p><p>　　3.3.3.1 精餾段的

67、平均摩爾質量</p><p>　　精餾段平均溫度=80.66℃</p><p>　　液相組成：，=40.15%</p><p>　　氣相組成 ：，=61.42%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p&g

68、t;　　3.3.3.2 提餾段平均摩爾質量</p><p>　　提餾段平均溫度=91.54℃</p><p>　　液相組成：，=5.13%</p><p>　　氣相組成：，=30.35%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p&

69、gt;<p>　　3.3.4 平均密度計算</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><p>　　表5-2不同溫度下乙醇和水的密度</p><p>　　精餾段平均溫度=80.66℃ ，=733.57 kg/</p><p>　　, =971.38 kg/</p>

70、<p>　　同理 =91.54℃ ， =722.77 kg/</p><p>　　， =964.24 kg/</p><p>　　在精餾段，液相密度：</p><p><b>　　氣相密度：</b></p><p>　　==1.21 kg/</p><p>　　在提餾段，液相密度：&l

71、t;/p><p><b>　　氣相密度：</b></p><p>　　==0.886 kg/</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力計算</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</p><p&

72、gt;　　3.3.5.1 精餾段液體平均表面張力</p><p>　　提餾段平均溫度=80.66℃</p><p><b>　　水的摩爾流量</b></p><p><b>　　乙醇的摩爾流量</b></p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p>&

73、lt;p><b>　　水表面張力：</b></p><p><b>　　==0.408</b></p><p>　　因為=0.4015,所以=1-0.4015=0.5985</p><p><b>　　B=</b></p><p><b>　　Q==-0.993

74、</b></p><p>　　A=B+Q=-0.389-0.993=-1.382</p><p>　　聯立方程組A=，+=1</p><p>　　代入求得：=0.184，=0.816</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=91.54℃</

75、p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p><p><b>　　水表面張力：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　因為=0.0513,所以=1-0.0513=0.9487</p><p><b>　　=&

76、lt;/b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=-0.785</b></p><p>　　聯立方程組=，+=1</p><p>　　代入求得：=0.616，=0.384</p><p>　　3.3.6 液體平均黏度計算</p&g

77、t;<p>　　精餾段平均溫度=80.66℃ 查液體黏度共線圖得：</p><p>　　提餾段平均溫度=91.54℃ 查液體黏度共線圖得：</p><p><b>　　精餾段黏度：</b></p><p><b>　　提餾段黏度：</b></p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工

78、藝尺寸設計</p><p>　　3.4.1 塔徑的計算</p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為</p><p>　　同理，提餾段的氣、液相體積流率為 </p><p><b>　　由 </b></p><p>　　式中 C由式 計算，其中的 由史密斯關聯圖查取，圖的橫坐標為&

79、lt;/p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　取板間距 ，板上液層高度 ，則</p><p><b>　　同上，</b></p><p>　　同理，提餾段的板間距取 ，板上液層高度 。</p><p><b>　　同理，提餾段的為 &

80、lt;/b></p><p>　　取安全系數0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標準塔徑圓整后為D=1.8m</p><p>　　同理，提餾段為 </p><p><b>　　按標準塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為</b><

81、/p><p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　3.4.2 精餾塔有效高度的計算</p><p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段

82、有效高度為</b></p><p>　　在進料板上方開一人孔，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算</p><p>　　3.5.1 溢流裝置計算</p><p>　　因塔徑 D=1.8m ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。

83、各項計算如下：</p><p>　　3.5.1.1 堰長</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p>　　3.5.1.2溢流堰高度</p><p><b>　　由</b></p>

84、;<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>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　故</b>

85、</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>　　由弓形降液管的參數圖查得</p><p><b>　　，</b></p&g

86、t;<p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　驗算液體在降液管中停留時間為：</p><p>　　同理，提餾段的為 </p><p><b>　　故降液管設計合理</b></p>&

87、lt;p>　　3.5.1.4 降液管底隙高度</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　故降液管底隙高度設計合理，選用凹形受液盤，深度。</p>

88、<p>　　3.5.2 塔板布置</p><p>　　3.5.2.1 塔板的分塊</p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查塔板分塊數表得，塔板分為5塊。</p><p>　　3.5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取，</b></p><p>　　3.5.2.3

89、開孔區(qū)面積計算</p><p><b>　　開孔區(qū)面積：</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　同理，提餾段的為 </p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 <

90、/b></p><p>　　3.5.2.4 篩孔計算及其排列</p><p>　　本利所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，</p><p><b>　　取篩孔直徑。</b></p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距 為</p><p>　　同理，取提餾段的為 </p>

91、<p><b>　　篩孔數目n為</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p><b>　　開孔率為</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　氣體通過閥孔的氣速為&l

92、t;/p><p>　　同理，提餾段的為 </p><p>　　3.6 篩板的流體力學驗算</p><p>　　3.6.1 塔板壓降</p><p>　　3.6.1.1 干板阻力計算</p><p><b>　　干板阻力：</b></p><p>　　由 ，查查干篩孔的流量系數

93、圖得，</p><p><b>　　故 液柱</b></p><p>　　同理，提餾段的為 液柱</p><p>　　3.6.1.2 氣體通過液層的阻力計算</p><p>　　氣體通過液層的阻力：</p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p>

94、<p>　　查充氣系數關聯圖，得，提餾段的</p><p><b>　　故 液柱</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　3.6.1.3 液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產生的阻力：</p><p&

95、gt;<b>　　液柱</b></p><p>　　同理，提餾段的為 液柱</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度 可按下式計算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>

96、;　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　?。ㄔO計允許值）</b></p><p>　　同理，提餾段的為 （設計允許值）</p><p><b>　　3.6.2液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。<

97、/p><p>　　3.6.3 液沫夾帶</p><p><b>　　液沫夾帶量：</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內。</p&g

98、t;<p><b>　　3.6.4 漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速：</p><p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數為</b>

99、</p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　故在本設計中無明顯漏液。</p><p><b>　　3.6.5 液泛</b></p><p>　　為防止塔內發(fā)生液泛，降液管內液層高 </p><p>　　乙醇—水物系屬于一般物系，取，則<

100、/p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不設進口堰，可由式5-30計算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b>

101、;</p><p>　　同理，提餾段的為 液柱</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　故在本設計中不會發(fā)生液泛現象。</p><p>　　3.7 塔板負荷性能圖</p><p><b>　　3.7.1 漏液線</b></p><p&

102、gt;<b>　　由</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于表9-1。</p><p>　　表9-1漏液線計算結果</p>

103、<p>　　由上表數據即可作出漏液線1。</p><p>　　3.7.2 液沫夾帶線</p><p>　　以 為限，求關系如下：</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　同理，提餾段的為

104、 </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　同理，提餾段的為 </p><p><b>　　整理得 </b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　在操作范圍內，任取幾個 值，依上式計算出

105、值，計算結果列于表9-2。</p><p>　　表9-2液沫夾帶線計算結果</p><p>　　由上表數據即可作出液沫夾帶線2。</p><p>　　3.7.3 液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負荷標準。由式5-7得</p><p><b>　　取 E=1，則 &l

106、t;/b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線3。</p><p>　　3.7.4 液相負荷上限線</p><p>　　以作為液體在降液管中停留時間的下限：</p><p><b>　　故<

107、/b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線4。 </p><p><b>　　3.7.5 液泛線</b></p><p><b>　　令 </b></p><p>

108、;<b>　　由 ；；；</b></p><p><b>　　聯立得 </b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關系式代入上式，并整理得</p><p>　　式中 </p><p>　　將有關的數據代入，得</p><p>　

109、　同理，提餾段的為 </p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　或 </b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　在操作范圍內，任取幾個 值，依上式計算出 值，計算結果列于表9-3。</

110、p><p><b>　　表9-3、值</b></p><p>　　由上式數據即可作出液泛線5。</p><p>　　根據以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖，如圖9-1所示。</p><p>　　由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。</p><p>　　所設計篩板的主要結果匯總于

111、表9-4</p><p>　　表9-4篩板塔設計計算結果</p><p><b>　　第四章 塔附屬設計</b></p><p><b>　　4.1 塔附件設計</b></p><p><b>　　4.1.1 進料管</b></p><p>　　查表，3

112、0℃進料乙醇密度 ；</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取進料管的規(guī)格為。</b></p><p><b>　　4.1.2 回流管</b></p><p><b>　　回流時，溫度℃，</b></p><

113、;p><b>　　液相：</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　取回流管規(guī)格為。</b></p><p>　　4.1.3塔頂蒸氣出料管</p><p>　　塔頂的溫度為78.3℃，此時</p><p>&l

114、t;b>　　氣相組成：</b></p><p><b>　　塔頂蒸氣密度</b></p><p><b>　　蒸氣體積流量</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取回流管規(guī)格為。</b></p&

115、gt;<p>　　4.1.4 釜液排出管</p><p><b>　　釜底</b></p><p>　　釜底溫度為99.82℃，</p><p><b>　　液相組成：</b></p><p><b>　　平均摩爾質量</b></p><p&g

116、t;<b>　　取</b></p><p><b>　　取此管的規(guī)格為。</b></p><p><b>　　4.1.5 法蘭</b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。</p><p>　　進料管接管法蘭：P

117、N6DN40 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>　　釜液排出管法蘭：PN6DN30 HG 5010</p><p><b>　　4.2 筒體與封頭</b></p><

118、p><b>　　4.2.1 筒體</b></p><p>　　壁厚選6mm，所用材質為。</p><p><b>　　4.2.2 封頭</b></p><p>　　封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設計采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1600mm ，查得曲面高度，直邊高度，內表面積 ，容積。選用封頭DN600*6

119、，JB 1154-73。</p><p><b>　　4.2.3 裙座</b></p><p>　　塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內徑＞800mm，故裙座壁厚取16mm。</p><p><b>　　基礎環(huán)內徑：</b><

120、;/p><p><b>　　基礎環(huán)外徑：</b></p><p>　　圓整：，；基礎環(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>　　4.2.4 人孔</b></p><p>　　人孔是安裝或檢修人員進出塔的惟一通道，人孔的位置應便于進入

121、任何一層塔板，由于設置人空處塔間距離大，且人孔設備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達到要求，一般每隔6～8塊塔板才設一個人孔。本塔中共39塊板，設置5個人孔，每個孔直徑為450mm。在設置人孔處，板間距為500mm，裙座上應開2個人孔，直徑為450mm。人孔伸入塔內部應與塔內壁修平，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，本設計也是如此。</p><p>　　4.3 塔總體高度設計

122、</p><p>　　4.3.1 塔的頂部空間高度</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂第一層塔盤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1200。</p><p>　　4.3.2 塔的底部空間高度</p><p>　　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，釜液停留時間取5mi

123、n。</p><p>　　4.3.3 塔體高度</p><p><b>　　塔體總高</b></p><p>　　4.4 附屬設備設計</p><p>　　4.4.1 冷凝器的選擇</p><p>　　有機物蒸氣冷凝器設計選用的總體傳熱系數一般范圍為500～1500kcal/(㎡·h&#

124、183;℃)</p><p>　　本設計取K=700 kcal/(㎡·h·℃)=2926J/(㎡·h·℃)</p><p>　　出料液溫度：78.3℃（飽和氣）～78.3℃（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：20℃～30℃</p><p><b>　　逆流操作：℃ ，℃</b&g

125、t;</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　4.4.2 泵的選擇</p><p>　　進料溫度℃，，，，，，</p><p><b>　　已知進料量</b></p>&l

126、t;p><b>　　取管內流速為,則</b></p><p><b>　　故選</b></p><p><b>　　則內徑，代入得</b></p><p><b>　　取絕對粗糙度為</b></p><p><b>　　相對粗糙度為<

127、/b></p><p><b>　　摩擦系數</b></p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　進料口位置高度</b></p><p><b>　　揚程</b></p><p><b>

128、　　設計小結</b></p><p>　　經過一周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。以前總覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才

129、明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。</p><p>　　在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道

130、如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　[1] 帶控制點生產工藝流程圖</p><p>　　[2] 板式精餾塔的總裝置圖<

131、;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳敏恒等.化工原理.第二版化.學工業(yè)出版社.1999 </p><p>　　[2]譚天恩,麥本熙,丁惠華.化工原理(上、下冊) .第二版.北京：化學工業(yè)出版社,1998</p><p>　　[3]姚玉英.化工原理例題與習題.第三版.北京：化學工業(yè)出版社,

132、1998</p><p>　　[4]賈紹義,柴誠敬主編.化工原理課程設計.天津:天津大學出版社,2002</p><p>　　[5]李功樣,陳蘭英,崔英德主編.常用化工單元設備設計.廣州:華南理工大學出版社,2003</p><p>　　[6]涂偉萍,陳佩珍,程達芬主編.化工工程及設備設計.北京：化學工業(yè)出版社,2000</p><p>　　

133、[7]錢頌文主編.換熱器設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[8]《化工過程及設備設計》.廣州：華南工學院出版社，1986</p><p>　　[9]《化工設計手冊》編輯委員會.化學工程手冊，第1篇化工基礎數據；第8篇傳熱設備及工業(yè)生產.北京：化學工業(yè)出版社，1986</p><p>　　[10]阮奇，葉長，黃詩煌.化工原理優(yōu)化設計與解題指