化工課程設(shè)計(jì)--設(shè)計(jì)甲醇-水溶液的常壓篩板精餾塔

1、<p><b>　　化工課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、緒論5</b></p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介7</p><p>　　2.1

2、 設(shè)計(jì)分析7</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案7</p><p><b>　　2.3工藝流程7</b></p><p>　　2.4設(shè)計(jì)方案概述8</p><p>　　三、裝置設(shè)備的工藝計(jì)算9</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)題目中的已知條件：9</p><p>

3、;　　3.2物料的衡算9</p><p>　　3.3塔板數(shù)的確定10</p><p>　　甲醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)10</p><p>　　3.4 操作線方程11</p><p>　　3.5 理論塔板數(shù)的確定12</p><p>　　3.6實(shí)際塔板數(shù)14</p><p>　　3.7篩板

4、的力學(xué)驗(yàn)算17</p><p>　　3.8漏液驗(yàn)算18</p><p>　　四、精餾塔熱量衡算19</p><p>　　4.1熱量衡算19</p><p>　　4.2塔頂蒸汽帶出熱量QV19</p><p>　　4.3塔底產(chǎn)品帶出熱量QW19</p><p>　　4.4進(jìn)料帶入熱量Q

5、f19</p><p>　　4.5回流帶入熱量QL20</p><p>　　4.6塔釜加熱量QB20</p><p>　　4.7總的熱量衡算20</p><p>　　五、主要設(shè)備尺寸計(jì)算21</p><p>　　5.1塔和塔板工藝尺寸計(jì)算21</p><p><b>　　5

6、.2塔徑21</b></p><p>　　5.3精餾塔高度的計(jì)算22</p><p>　　5.4溢流裝置22</p><p><b>　　5.5堰長(zhǎng)22</b></p><p><b>　　5.6堰高22</b></p><p>　　5.7塔板的分塊2

7、3</p><p>　　5.8篩孔計(jì)算及其排列25</p><p>　　5.9 塔高的計(jì)算25</p><p>　　六、輔助設(shè)備的選擇26</p><p><b>　　6.1蒸汽管26</b></p><p><b>　　6.2回流管26</b></p>

8、;<p><b>　　6.3進(jìn)料管26</b></p><p>　　6.4塔釜液出口26</p><p>　　6.5間接蒸汽加熱管27</p><p>　　七、設(shè)計(jì)結(jié)果與參考文獻(xiàn)28</p><p>　　7.1計(jì)算結(jié)果總表28</p><p>　　7.2 參考文獻(xiàn)：29&

9、lt;/p><p>　　八、主要符號(hào)說(shuō)明30</p><p><b>　　九、后記31</b></p><p><b>　　一、緒論</b></p><p><b>　　原理</b></p><p>　　精餾一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方

10、法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進(jìn)行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過(guò)程伴有化學(xué)反應(yīng)，則稱為反應(yīng)精餾。</p><p>　　雙組分混合液的分離是最簡(jiǎn)單的精餾操作。典型的精餾

11、設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔底,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進(jìn)料加在塔的中部,進(jìn)料中的液體和上塔段來(lái)的液體一起沿塔下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來(lái)的蒸氣一起沿塔上升。在整個(gè)精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入

12、液相。對(duì)不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計(jì)和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個(gè)組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。當(dāng)使n組分混合液較完全地分離而取得n個(gè)高純度單組分產(chǎn)品時(shí)，須有n-1個(gè)塔。</p><p>　　精餾之所

13、以能使液體混合物得到較完全的分離，關(guān)鍵在于回流的應(yīng)用?；亓靼ㄋ敻邼舛纫讚]發(fā)組分液體和塔底高濃度難揮發(fā)組分蒸氣兩者返回塔中。汽液回流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相當(dāng)純凈的單組分產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比，稱為回流比，它是精餾操作的一個(gè)重要控制參數(shù)，它的變化影響精餾操作的分離效果和能耗。</p><p>　　評(píng)價(jià)精餾操作的主要指標(biāo)是：①產(chǎn)品的純度。板式塔中的塔板數(shù)或填充塔中填料

14、層高度，以及料液加入的位置和回流比等，對(duì)產(chǎn)品純度均有一定影響。調(diào)節(jié)回流比是精餾塔操作中用來(lái)控制產(chǎn)品純度的主要手段。②組分回收率。這是產(chǎn)品中組分含量與料液中組分含量之比。③操作總費(fèi)用。主要包括再沸器的加熱費(fèi)用、冷凝器的冷卻費(fèi)用和精餾設(shè)備的折舊費(fèi)，操作時(shí)變動(dòng)回流比，直接影響前兩項(xiàng)費(fèi)用。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是《化工原理》課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)

15、任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。</p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以

16、下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：</p><p>　　1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力；</p><p>　　2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；</p><p>　　3. 迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計(jì)算的能

17、力；</p><p>　　4. 用簡(jiǎn)潔的文字，清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)選用逐級(jí)接觸式的篩板塔作為分離設(shè)備，一個(gè)完整的板式塔主要是由圓柱形塔體、塔板、降液

18、管、溢流堰、受液盤及氣體和液體進(jìn)、出口管等部件組成，這就需要對(duì)各個(gè)部件做出選擇并給出合理的工藝尺寸,因此我們對(duì)精餾塔進(jìn)行物料衡算，由間的關(guān)系并差取相關(guān)數(shù)據(jù)，確定相對(duì)揮發(fā)度和回流比求出相平衡方程和操作線方程，然后通過(guò)逐板計(jì)算法算得理論塔板數(shù)并由全塔效率確定實(shí)際塔板數(shù)，最后對(duì)塔高、塔徑、溢流裝置等各個(gè)部件進(jìn)行計(jì)算與核算校驗(yàn)（如負(fù)荷性能圖），最終得到符合工藝要求的精餾塔并能完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b&g

19、t;　　2.2 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　設(shè)計(jì)甲醇-水溶液的常壓篩板精餾塔，原料液中含甲醇79%，泡點(diǎn)進(jìn)料，要求塔頂出液濃度98%，塔釜出液濃度0.04%，處理量為5000kg/h，塔效率為0.8。</p><p><b>　　2.3工藝流程</b></p><p>　　原料液由高位槽經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)

20、連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制?，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過(guò)冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表。</p><p><b>

21、;　　2.4設(shè)計(jì)方案概述</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，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(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。具體如下：</p><p>　　塔型的選擇本設(shè)計(jì)中采用篩板塔。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)

22、單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。壓降較低。缺點(diǎn)是塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　　加料方式和加料熱狀況的選擇：加料方式采用直接流入塔內(nèi)。雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(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(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和

23、提餾段的塔徑相同，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料</p><p>　　設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來(lái)源：本設(shè)計(jì)依據(jù)于精餾的原理（即利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使輕重組分分離），并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。</p><p>　　三

24、、裝置設(shè)備的工藝計(jì)算</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)題目中的已知條件：</p><p>　　原料液中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%，即</p><p>　　XF=0.10331</p><p>　　塔頂出料液濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，即</p><p>　　XD= 0.96499 </p><p>　　塔釜

25、出料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%，即</p><p>　　Xw=0.00022504</p><p>　　ET=0.8 處理量為5000kg/h </p><p><b>　　物理性質(zhì)參數(shù)</b></p><p><b>　　3.2物料的衡算</b></p><p>　　甲醇的

26、分子式為,千摩爾質(zhì)量為32，水的分子式為,千摩爾質(zhì)量為18。原料液的平均千摩爾質(zhì)量為</p><p>　　19.44kg/koml</p><p>　　F=257.20 kmol/h</p><p>　　采出率：0.10685</p><p>　　由上式求出塔頂餾出液量為</p><p>　　D=F*0.10685=2

27、7.48 kmol/h</p><p><b>　　則塔釜?dú)堃毫繛?lt;/b></p><p>　　W=D-F=257.20-27.48=229.72 kmol/h</p><p><b>　　3.3塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　甲醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p&g

28、t;　　水-甲醇物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖</p><p>　　可利用圖解法求理論板層數(shù)</p><p>　?、儆墒謨?cè)查得水-甲醇物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出x-y圖。</p><p>　?、谇笞钚』亓鞅燃安僮骰亓鞅?。</p><p>　　采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)（0.10331，0.10331）作垂線即為進(jìn)料線，該線與

29、平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為yq=0.425xq=0.10331</p><p>　　故最小回流比為 Rmin==1.68</p><p>　　取操作回流比為 R=2Rmin=2×1.68=3.36</p><p><b>　　3.4 操作線方程</b></p><p>　　求精餾塔的氣液相負(fù)荷</p>

30、<p>　　L=RD=3.36×27.48=92.33kmol/h</p><p>　　V=(R+1)D=4.46×27.48=122.56kmol/h

31、

32、 </p><p>　　L＇=L+F=92.33+257.20=349.53 kmol/h</p><p>　　V＇=V=122.56 kmol/h</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提留段操作線方程：</b>

33、;</p><p>　　0.00022504 = 2.85Xn-0.000422

34、

35、 </p><p>　　3.5 理論塔板數(shù)的確定</p><p>　　各個(gè)組分下甲醇對(duì)水的相對(duì)揮發(fā)度</p><p>　　由于甲醇對(duì)水的相對(duì)揮發(fā)度受溫度影響較大，因此用作圖法求得理論板數(shù)</p&g

36、t;<p>　　作出兩條操作線，并用M.T法求出理論板數(shù)：</p><p><b>　　NT=8.5</b></p><p>　　精餾段：NT=4.5</p><p>　　提餾段：NT=4，由圖可知第5塊為進(jìn)料板 </p><p><b>　　3.6實(shí)際塔板數(shù)</b></p>

37、;<p><b>　　由圖可知：</b></p><p>　　當(dāng) xD=0.96499時(shí)， TD=65.76℃</p><p>　　當(dāng) xw=0.00022504時(shí)， Tw=99.96℃</p><p>　　實(shí)際板NP=8.5/0.8=11塊</p><p>　　精餾段實(shí)際層數(shù)N精=4.5

38、/0.8=6</p><p>　　提餾段實(shí)際層數(shù)N提=4/0.8=5</p><p><b>　　塔頂 </b></p><p>　　xD=y1=0.96499,查平衡曲線x1=0.916</p><p>　　氣相 MVDM=0.96499×32.04+0.03401×18.02=31.55

39、㎏/kmol</p><p>　　液相 MJDM=0.916×32.04+0.084×18.02=30.86㎏/kmol</p><p><b>　　進(jìn)料板</b></p><p><b>　　由圖可知， </b></p><p>　　xF=0.10331 yF=0.4

40、25</p><p>　　氣相 MVDM=0.425×32.04+(1-0.425)×18.02=23.97㎏/kmol</p><p>　　液相 MLDM=0.10331×32.04+(1-0.10331)×18.02=19.46㎏/kmol</p><p><b>　　精餾段</b><

41、;/p><p>　　氣相 MVFM=0.5×(31.55+23.9)=27.73㎏/kmol</p><p>　　液相 MLFM=0.5×(30.86+19.46)=25.16㎏/kmol</p><p><b>　　平均密度</b></p><p>　　因?yàn)?PD=1.03atm=1

42、01.325+4=105.325kPa</p><p>　　單板壓降 ΔP=70mm</p><p>　　液柱=0.070×1×103×10×13=9100Pa=9.1 kPa</p><p>　　PF=PD+0.70×13=114.425kPa</p><p>　　精餾段平均壓力 Pm=(

43、105.325+114.425)/2=109.875KPa</p><p><b>　　氣相</b></p><p>　　Pm= 109.875 kPa</p><p><b>　　kg/m3</b></p><p><b>　　液相</b></p><p&

44、gt;<b>　　LM=</b></p><p><b>　　塔頂</b></p><p>　　因?yàn)樗?T=65.76℃</p><p>　　查手冊(cè)得 A=749.85㎏/m3； B=980㎏/m3</p><p>　　代入公式得 LDM= 756.06㎏/m3</p&g

45、t;<p><b>　　進(jìn)料板</b></p><p><b>　　由圖可知：</b></p><p>　　X進(jìn)料板=0.081，</p><p>　　查氣液相平衡數(shù)據(jù)可知：T進(jìn)料板=89.3℃</p><p>　　所以，進(jìn)料板 B=970.5㎏/m3 ；A=734.85㎏

46、/m3 </p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率</p><p><b>　　液相密度 </b></p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p>　　LM=0.5×(LDM+LFM)=0.5×(756.06 +913.38)=834.72㎏/m3</p><p>

47、;<b>　　塔頂</b></p><p>　　由tD=65.76℃，查手冊(cè)得</p><p>　　σA=18.00mN/m σB=65.28mN/m</p><p>　　σLDm =0.965×18.00+0.035×65.28=19.651mN/m</p><p><b>

48、　　進(jìn)料板</b></p><p>　　由tF=89.30℃，查手冊(cè)得</p><p>　　σA=16.8mN/m σB=62.22mN/m</p><p>　　σLFm=0.12×16.8+0.88×62.22=56.77mN/m</p><p><b>　　平均表面張力</b&

49、gt;</p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：</p><p>　　σLm=(19.65+56.77)/2= 38.21mN/m</p><p><b>　　塔頂</b></p><p>　　由tD=65.76℃,查手冊(cè)得μA=0.340mPa?s ；μB=0.436mPa?s</p><p&

50、gt;　　lgμLDM=0.965lg0.340+0.035lg0.436</p><p>　　得 μLDM=0.343</p><p><b>　　進(jìn)料板</b></p><p>　　由tF=89.30℃,查手冊(cè)得μA=0.5mPa?s ；μB=0.347mPa?s</p><p>　　得 μLFM=0.

51、363 mPa?s</p><p>　　精餾段的平均表面張力為 μlm=0.353 mPa?s</p><p>　　3.7篩板的力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b>　　塔板壓降</b></p><p>　　氣體通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊嚎馗叨萮p</p><p>　　依式 hp=hc+hl+hδ

52、 來(lái)計(jì)算</p><p><b>　　干板阻力hc計(jì)算</b></p><p><b>　　干板阻力hc,</b></p><p>　　由d0/δ =5/3=1.67,查圖得， C0=0.772m</p><p><b>　　故 m </b></p>

53、<p>　　氣流通過(guò)板上液層的阻力hc計(jì)算</p><p>　　氣體通過(guò)液層的阻力hl計(jì)算</p><p><b>　　h=βhL</b></p><p><b>　　查表得β=0.60</b></p><p>　　故 hl=βhL=β（hW+hOW）=0.60×(0.04

54、67+0.0133)=0.036m液柱</p><p>　　液體表面張力的阻力的計(jì)算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力</p><p><b>　　m液柱</b></p><p><b>　　氣體通過(guò)篩板的壓降</b></p><p>　　hp=hc+hl+hδ=

55、0.0382+0.036+0.0037=0.0779</p><p>　　單板壓降 ΔPp= hpLg=0.0779×834.72×9.81=638Pa≤0.7KPa</p><p><b>　　故設(shè)計(jì)合理</b></p><p><b>　　液面落差</b></p><p&g

56、t;　　對(duì)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。</p><p><b>　　3.8漏液驗(yàn)算</b></p><p><b>　　漏液驗(yàn)算</b></p><p>　　由式 u0,min=</p><p><b>　　= </b>

57、;</p><p>　　=9.361m/s </p><p>　　實(shí)際孔速 u0=9.361m/s>u0,min</p><p>　　篩板穩(wěn)定系數(shù) K=u0/u0,min=18.70/9.365>1.5</p><p>　　故本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液</p><p><b>　　漏液線<

58、;/b></p><p>　　由 u0,min=</p><p>　　u0,min=Vs,min/Ao </p><p><b>　　hL=hW+hOW</b></p><p><b>　　how= </b></p><p><b>　　得 &

59、lt;/b></p><p>　　=4.4×0.772×0.101×0.532×</p><p>　　整理得 Vs,min=5.106</p><p><b>　　漏液線數(shù)據(jù)表-1</b></p><p><b>　　四、精餾塔熱量衡算</b><

60、/p><p><b>　　4.1熱量衡算</b></p><p><b>　　用以下公式計(jì)算焓：</b></p><p>　　H=a(T-T0)+b(T2-T02)+c(T3-T03)+d(T4-T04)</p><p>　　水：a=18.2964， b=472.118×10-3， c=-13

61、38.78×10-6， d=1314.24×10-9</p><p>　　甲醇：a=-258.25，b=3358×10-3 ，c=-11638.8×10-6， d=14051.6×10-9</p><p>　　4.2塔頂蒸汽帶出熱量QV</p><p><b>　　QV＝V×HV</b>

62、;</p><p>　　從甲醇水溶液的相平衡數(shù)據(jù)查得xD＝0.965時(shí)</p><p>　　泡點(diǎn)T＝65.76℃，此時(shí)甲醇的比汽化熱為1120kJ/kg</p><p>　　摩爾汽化熱為　　1120×32.04＝35884.8kJ/kmol</p><p>　　T＝65.76℃時(shí)，水的比汽化熱為2500kJ/kg</p>

63、<p>　　摩爾汽化熱為　　2500×18.04＝45050kJ/kmol</p><p>　　組成為xD＝0.965的乙醇水溶液的摩爾汽化熱為</p><p>　　Hv=35884.8×0.96499+45050×0.03511=36210.1 kJ/kmol</p><p>　　塔頂蒸汽帶出熱量QV為 </p&g

64、t;<p>　　QV=V×Hv =137.71×36210.1=4986503.702kJ/h</p><p>　　4.3塔底產(chǎn)品帶出熱量QW</p><p><b>　　QW＝W×HW</b></p><p>　　XW=0.00024, T=99.9℃</p><p>　

65、　HW =7538.895kJ/mol</p><p>　　所以QW＝W×HW=187.73×7583.895=1415276.758kJ /h</p><p>　　4.4進(jìn)料帶入熱量Qf</p><p><b>　　Qf＝F×Hf</b></p><p>　　xf=0.194, T=8

66、2℃</p><p>　　Hf =6314.114kJ/mol</p><p>　　所以Qn＝F×Hf=234.38×6314.114=1479902.004kJ /h</p><p>　　4.5回流帶入熱量QL</p><p><b>　　QL＝L×HL</b></p>&l

67、t;p>　　XL=0.96499, T=65.76℃</p><p>　　HL =5411.95kJ/mol</p><p>　　所以QL＝L×HL=91.06×5411.95=492812.16kJ /h</p><p>　　4.6塔釜加熱量QB</p><p>　　釜液中甲醇的含量很小，可視為純水。</

68、p><p>　　在99.9℃時(shí)，水的比汽化熱為2300kJ/kg</p><p>　　摩爾汽化熱為　　2300×18.02＝41446kJ/kmol</p><p>　　組成為Xw＝0.00024的甲醇水溶液的熱量為</p><p>　　QB=41446×137.71=5707528.66kJ/h</p><

69、;p>　　設(shè)備向外界散發(fā)的熱損失QN</p><p>　　QN＝0.17×QB＝5707528.66×0.17＝970279.8722 kJ/h</p><p><b>　　4.7總的熱量衡算</b></p><p>　　QL＋QF＋QB = QV＋QW＋QN</p><p>　　QV＋QW＋Q

70、N＝7371429.8062 kJ/h</p><p>　　QL＋QF＋QB＝7680242 .864kJ/h</p><p>　　將以上數(shù)據(jù)列入下表：</p><p><b>　　熱量衡算表-2</b></p><p>　　五、主要設(shè)備尺寸計(jì)算</p><p>　　5.1塔和塔板工藝尺寸計(jì)算&l

71、t;/p><p><b>　　VS=m3/s</b></p><p><b>　　LS= m3/s</b></p><p><b>　　可得：</b></p><p>　　Lh=Ls×3600=2.7576m3/h</p><p>　　Vh=Vs&

72、#215;3600=3618 m3/h</p><p><b>　　5.2塔徑</b></p><p>　　取HT=0.45m,取板上清液hL=0.06m</p><p>　　HT-hL=0.39m</p><p><b>　　由 Umax=C</b></p><p>&l

73、t;b>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　C20=0.084</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p>　　u=0.7umax=0.7×2.069=1.4486m/s</p><p><b>　　D= </b>&l

74、t;/p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實(shí)際空塔氣速為</b></p><p>　　u=1.005/0.785s=1.280m/s</p><p>　　5.3精餾塔高度的計(jì)算</p&g

75、t;<p><b>　　精餾段有效高度為</b></p><p>　　Z精=（N精-1）HT=（6-1）HT=5×0.45=2.25m</p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　Z提=（N提-1）HT=（5-1）×0.4=4×0.45=1.8m&l

76、t;/p><p>　　在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　Z=Z精+Z提+0.8=2.25+1.8+0.8=4.85m</p><p><b>　　5.4溢流裝置</b></p><p>　　因塔徑D=1.0m<2.2m，可選用單

77、溢流弓形降液管，采用凹形受液盤.</p><p><b>　　5.5堰長(zhǎng)</b></p><p>　　取溢流堰長(zhǎng)LW=0.66×D=0.66m</p><p><b>　　5.6堰高</b></p><p>　　由　hW＝hL-hOW</p><p>　　選用平直堰

78、，堰上液層高度hOW由式計(jì)算，即</p><p>　　how=×E()2/3</p><p><b>　　取　E=1</b></p><p>　　how=×()2/3=0.007m</p><p>　　取板上清液高度　hL=0.06m</p><p>　　hW=hL-how=0

79、.06-0.007=0.053m</p><p>　　弓形降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p>　　由lW/D=0.66,查弓形降液管的寬度與面積圖得：</p><p>　　Wd/D=0.124 Af/AT=0.0722</p><p>　　Wd=0.124×D=0.124×1.0=0.124m<

80、;/p><p>　　Af=0.0722××D2=0.0722×AT=0.0567㎡</p><p>　　降液管停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積：</p><p>　　T===23.02s>5s</p><p><b>　　故符合要求。</b></p><p><b&g

81、t;　　降液管底隙高度h0</b></p><p>　　取降液管底的流速為 =0.08m/s,根據(jù)h0=Lh/(lw××3600)計(jì)算得：</p><p>　　h0==0.0145m</p><p>　　hw-h0=0.053-0.0145=0.03851m>0.006m</p><p>　　故降液管底隙

82、高度設(shè)計(jì)合理，符合要求</p><p>　　選用凹形受液盤，深度 h′=50nm</p><p><b>　　5.7塔板的分塊</b></p><p>　　因?yàn)镈≥800mm，故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　如下圖所示:</b></p><

83、;p><b>　　塔板分塊示意圖</b></p><p><b>　　邊緣區(qū)寬度確定</b></p><p>　　取WS==0.065m,WC=0.035m</p><p><b>　　開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算</b></p><p>　　開(kāi)孔區(qū)面積按下式計(jì)算，即</p>

84、;<p>　　Aa=2(X+Sin-1)</p><p>　　其中　　X=D/2-（Wd+Ws）=1.0/2-(0.124+0.065)=0.311m</p><p>　　R=D/2-WC=1.0/2-0.035=0.465m</p><p>　　故　　　Aa=2(X+Sin-1)</p><p>　　=2×(0.31

85、1×+ Sin-1)</p><p><b>　　=0.532m2 </b></p><p>　　5.8篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　取篩孔的孔徑d0為5mm，正三角形排列，碳鋼板原為δ=3mm</p><p>　　取 t/d0=3.0</p><p>　　孔心距 t=3.

86、0×5.0=15.0mm</p><p><b>　　篩孔數(shù)目</b></p><p>　　n= 1.155Ao/t2=1.155×0.532/0.0152=2731個(gè)</p><p>　　開(kāi)孔率為Φ=0.907(do/t )2=0.907(0.005/0.015 )2=0.0101</p><p>

87、　　氣體通過(guò)閥孔的氣速為</p><p>　　u0=Vs/A0=1.005/(0.0101×0.532)=18.07m/s</p><p>　　5.9 塔高的計(jì)算</p><p>　　H=（n-n F-n P-1）HT+n FHF+n PHP+HD+HB+H1+H2 </p><p><b>　　H——塔高，m；<

88、/b></p><p>　　n——實(shí)際塔板數(shù)（不包括加熱釜），11塊；</p><p>　　nF——進(jìn)料板數(shù)，3個(gè)；</p><p>　　HF——進(jìn)料孔處板間距，0.45m；</p><p>　　nP——人孔數(shù)（包括塔頂塔底空間所開(kāi)人孔;塔頂塔底空間各一個(gè)，進(jìn)料板處一個(gè)，見(jiàn)工藝圖），5個(gè)；</p><p>　　H

89、B——塔底空間高，3m；</p><p>　　HP——設(shè)人孔處的板間距，0.8m；</p><p>　　HD——塔頂空間高，取1.2m；</p><p>　　HT——板間距，0.45m；</p><p>　　H1——封頭高度，0.5m；</p><p>　　H2——裙座高度；3m;</p><p&g

90、t;<b>　　求得：</b></p><p><b>　　H=13.9m</b></p><p><b>　　六、輔助設(shè)備的選擇</b></p><p><b>　　塔進(jìn)出口管徑的選擇</b></p><p><b>　　6.1蒸汽管</

91、b></p><p>　　Vs=d2 u，d為蒸汽管的直徑， u為氣體速度，取為30m/s</p><p>　　d== =0.2065=206.5mm</p><p>　　取Φ219×6.0系列的管子　　　</p><p><b>　　6.2回流管</b></p><p>　　取回

92、流速度u=0.5m/s,LS=0.000766 m3/s</p><p>　　d=== 0.0442m=44.2mm</p><p>　　取Φ50×2.5系列的管</p><p><b>　　6.3進(jìn)料管</b></p><p>　　u=0.5m/s，泡點(diǎn)時(shí)㎏/ m3</p><p>　

93、　d= = = 0.0623m=62.3mm</p><p>　　取Φ50×2.5系列的管</p><p><b>　　6.4塔釜液出口</b></p><p>　　Tw=99.8℃時(shí)查表：ρ水=958.4㎏/ m3，ρ乙醇=785㎏/ m3</p><p><b>　　=0.00426</b&

94、gt;</p><p>　　ρLWD= =957.49㎏/m3</p><p>　　Ws==0.00098m3/s</p><p><b>　　取u=0.7m/s</b></p><p>　　d=== 0.042m=42mm</p><p>　　取Φ68×3.0系列的管</p>

95、;<p>　　6.5間接蒸汽加熱管</p><p>　　取u=20m/s,進(jìn)氣為3個(gè)大氣壓，t=132.8℃</p><p>　　查表得ρ=1.618㎏/m3</p><p>　　d===0.165m=165mm</p><p>　　取Φ168×5.0系列的管</p><p><b>

96、　　管徑的選擇見(jiàn)下表：</b></p><p>　　塔進(jìn)出口管徑列表-3</p><p>　　七、設(shè)計(jì)結(jié)果與參考文獻(xiàn)</p><p>　　7.1 計(jì)算結(jié)果總表-4</p><p><b>　　7.2 參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 賈紹

97、義，柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[2] 王瑤 張曉東. 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[第三版]化學(xué)工業(yè)出版社，2013</p><p>　　[3] 陳敏恒. 化工原理[三]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[4] 王紅林,陳礪. 化工設(shè)計(jì)[M]. 上海：華東理工大學(xué)出版社，2001<

98、/p><p><b>　　八、主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p>　　原料液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù) 溜出液中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　釜液中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù) F 加料流率</p><p>　　D 溜出液流率 W 釜液流率</p><p>　　Rmin 最小回流比

99、 L 氣相負(fù)荷</p><p>　　V 液相負(fù)荷 N 板數(shù)</p><p>　　P 壓力 hc 干板阻力 Q 熱量 D 塔徑</p><p>　　Z 高度 σ 張力 α 相對(duì)揮發(fā)度 γ 活度系數(shù) </p><p>　　F自由度 Et 板效率 </p>

100、<p><b>　　九、后記</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，讓我從以往的純理論的思維中走了出來(lái)。認(rèn)識(shí)到在工程實(shí)際之中，還有很多理論不能解決或不能完全解決的問(wèn)題。這時(shí)候，更多的用到的是經(jīng)驗(yàn)公式和近似的處理方法。并且，這些經(jīng)驗(yàn)公式和近似的處理方法往往還有一定適用范圍，這些都給我們課程設(shè)計(jì)的計(jì)算帶來(lái)了一些麻煩。我想這些也給工程計(jì)算人員帶來(lái)了諸多不便。這樣就給我們