課程設(shè)計--- 丙酮-水二元篩板精餾塔設(shè)計

1、<p>　　課程名稱 化工原理課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目 常壓 丙酮—水體系篩板精餾塔的設(shè)計 </p><p>　　學生姓名 專業(yè) 化學工程與工藝 </p><p>　

2、　班級學號 1 0 0 1 0 7 0 4 13 </p><p>　　設(shè)計日期 2010 年 6 月 14 日至 2009 年 6 月 25日</p><p><b>　　設(shè)計條件及任務(wù)：</b></p><p>　　設(shè)計體系： 丙酮——水</p><p><b>　　設(shè)計條件:</b>&

3、lt;/p><p>　　進料量:F=200kmol/h;進料濃度:=0.35</p><p>　　進料熱狀態(tài)：泡點進料;常壓，塔釜間接蒸汽加熱</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　操作條件：塔頂壓強為4 kPa(表壓)，單板壓降不大于0.7kPa。</p><p>　　

4、塔頂冷凝水采用深井水，溫度t＝12℃；</p><p>　　塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱，采用3kgf/cm2水蒸汽</p><p>　　分離要求：0.9841, , 回流比R/Rmin =1.6</p><p>　　指導教師 </p><p>　　2010年6月11日 </p><p&

5、gt;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、前言3</b></p><p>　　1、精餾與塔設(shè)備簡介3</p><p><b>　　2、體系介紹4</b></p><p>　　3、篩板塔的特點4</p><p><b&g

6、t;　　4、設(shè)計要求4</b></p><p><b>　　二、設(shè)計說明書5</b></p><p>　　1 設(shè)計單元操作方案簡介5</p><p>　　2 篩板塔設(shè)計須知5</p><p>　　3 篩板塔的設(shè)計程序6</p><p><b>　　三、設(shè)計計算書6

7、</b></p><p>　　1、設(shè)計參數(shù)的確定6</p><p>　　1.1進料熱狀態(tài)6</p><p>　　1.2 加熱方式6</p><p>　　1.3回流比R的選擇6</p><p>　　1.4 塔頂冷凝水的選擇7</p><p>　　2、流程簡介和流程圖7<

8、;/p><p>　　2.1 流程簡介7</p><p>　　2.1簡略流程圖7</p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計算與實際板數(shù)的確定8</p><p>　　3.1理論板數(shù)計算8</p><p>　　3.1.1物料衡算8</p><p>　　3.1.2Rmin和R的確定8</p&

9、gt;<p>　　3.1.3精餾段操作線方程的確定8</p><p>　　3.1.4精餾段和提餾段氣液流量的確定9</p><p>　　3.1.5提餾段操作線方程的確定9</p><p>　　3.2實際板層數(shù)的確定9</p><p>　　4精餾塔工藝條件計算10</p><p>　　4.1操作壓

10、強的選擇10</p><p>　　4.2操作溫度的計算10</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算11</p><p>　　4.3.1 密度及流量11</p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定：12</p><p>　　4.3.3 液體平均粘度計算12</p>

11、;<p>　　4.4塔徑的確定13</p><p>　　4.4.1精餾段13</p><p>　　4.4.2提餾段14</p><p>　　4.5塔有效高度15</p><p>　　4.6整體塔高15</p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定15</p><p>　

12、　5.1溢流裝置15</p><p>　　5.1.1堰長lw15</p><p>　　5.1.2出口堰高hw16</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af16</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度16</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列17</p>&

13、lt;p>　　5.2.1塔板的分塊17</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定17</p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計算17</p><p>　　5.2.4篩孔計算及其排列18</p><p>　　6.篩板的力學檢驗18</p><p>　　6.1塔板壓降18</p>&l

14、t;p>　　6.1.1干板阻力計算18</p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計算19</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計算計算19</p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高19</p><p>　　6.2 液面落差19</p><p>　　6.3液沫夾帶2

15、0</p><p><b>　　6.4漏液20</b></p><p><b>　　6.5液泛20</b></p><p>　　7.塔板負荷性能圖21</p><p><b>　　7.1漏液線21</b></p><p>　　7.2液沫夾帶線2

16、2</p><p>　　7.3液相負荷下限線23</p><p>　　7.4液相負荷上限線23</p><p><b>　　7.5液泛線23</b></p><p>　　7.6操作彈性24</p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計25</p><p>　　8.

17、1塔頂冷凝器（列管式換熱器）25</p><p>　　8.1.1估計換熱面積25</p><p>　　8.1.2殼體內(nèi)徑D的確定26</p><p>　　8.1.3 折流擋板和支承板的設(shè)計27</p><p>　　8.1.4核算管程、殼程的流速及Re:27</p><p>　　8.1.5壓降的計算28<

18、;/p><p>　　8.1.6 計算傳熱系數(shù)29</p><p>　　8.2塔釜再沸器30</p><p>　　8.3原料預熱器31</p><p>　　8.4管道的計算31</p><p>　　8.4.1塔釜殘液出料管31</p><p>　　8.4.2回流液管32</p>

19、<p>　　8.4.3再沸器蒸汽進口管32</p><p>　　8.4.4塔頂蒸汽進冷凝器出水管32</p><p>　　8.4.5冷凝水管33</p><p>　　8.5 泵的選型33</p><p>　　9、設(shè)計結(jié)果總匯34</p><p>　　10、參考文獻及設(shè)計手冊35</p&g

20、t;<p><b>　　四、設(shè)計感想36</b></p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　1、精餾與塔設(shè)備簡介</p><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

21、能不同（或沸點不同）來實現(xiàn)分離目的。例如，設(shè)計所選取的甲醇-水體系，加熱甲醇（沸點64.5℃）和水（沸點100.0℃）的混合物時,由于甲醇的沸點較水為低,即甲醇揮發(fā)度較水高,故甲醇較水易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進行多次汽化及冷凝過程，即可將甲醇和水分離。這多次進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&g

22、t;<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。按原料中所含組分數(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

23、多為多組分精餾，本設(shè)計著重討論常壓下的雙組分精餾，即苯-甲苯體系。</p><p>　　在化學工業(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到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>　　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?！　『Y板塔在十九世紀初已

24、應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學研究很少，被認為操作不易掌握，沒有被廣泛采用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實踐，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)實踐，形成了較完善的設(shè)計方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：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，塔板的造價可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本設(shè)計討論的就是篩板塔。</p>&l

25、t;p><b>　　2、體系介紹</b></p><p>　　丙酮－水體系汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa)：</p><p><b>　　3、篩板塔的特點</b></p><p>　　篩板塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)持點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

26、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</p><p>　　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>　　篩板的優(yōu)點足結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。</p><p>　　

27、應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計和操作不當，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減</p><p>　　小，傳質(zhì)效率下降．故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹慎。近年來，由于設(shè)計和控制水平的不斷提高，</p><p>　　可使篩板的操作非常精確，彌補了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計和采用先進控制手段的前提下，設(shè)計中可大膽選用。</p><p><b>　　4、設(shè)計要

28、求</b></p><p><b>　　設(shè)計條件：</b></p><p><b>　　體系：丙酮水體系 </b></p><p>　　已知：進料量F=200 kmol/h</p><p>　　進料濃度ZF= 0.3（摩爾分數(shù)，下同）</p><p>　　進料狀態(tài)

29、：q＝ 1 </p><p>　　操作條件：塔頂壓強為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><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= 0.9981

30、 ；XW= 0.0006212 ；回流比R/Rmin =1.6 。</p><p><b>　　二、設(shè)計說明書</b></p><p>　　1 設(shè)計單元操作方案簡介 </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，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

31、應(yīng)性強等優(yōu)點，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)上以采用全凝器為主，以便準確控制回流比。</p><p><b>　　2 篩板塔

32、設(shè)計須知</b></p><p>　?。?）篩板塔設(shè)計是在有關(guān)工藝計算已完成的基礎(chǔ)上進行的。對于氣、液恒摩爾流的塔段，只需任選其中一塊塔板進行設(shè)計，并可將該設(shè)計結(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行設(shè)計；全塔最下面一段塔段，通常選最下面一塊塔板進行設(shè)計。這樣計算便于查取氣液相物性數(shù)據(jù)。</p><p>　　（2）若不同塔段的塔板結(jié)構(gòu)差別不大，可考慮

33、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，為減少進塔壁處液體“短路”，可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當不同塔段的塔徑相差較大時才考慮采用不同塔徑，即異徑塔。</p><p>　　3 篩板塔的設(shè)計程序</p><p>　　（1）選定塔板液流形式、板間距 HT、溢流堰長與塔徑之比lw/D、降液管形</p><p>

34、<b>　　式及泛點百分率。</b></p><p><b>　　（2）塔徑計算。</b></p><p>　?。?）塔板版面布置設(shè)計及降液管設(shè)計。</p><p>　?。?）塔板操作情況的校核計算——作負荷性能圖及確定確定操作點。</p><p><b>　　三、設(shè)計計算書</b&

35、gt;</p><p><b>　　1、設(shè)計參數(shù)的確定</b></p><p><b>　　1.1進料熱狀態(tài)</b></p><p>　　泡點進料時，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進料時進料溫度不受季節(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，泡點進料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比

36、較方便。冷液進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。所以根據(jù)設(shè)計要求，泡點進料，q＝1。</p><p><b>　　1.2 加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計中多在塔底加一個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)；由于甲醇-水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計應(yīng)采用再

37、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>　　實際操作的R必須大于Rmin，但并無上限限制。選定操作R時應(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，既操作費用增大。若R值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備

38、投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示。總費用最低點對應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟核算確定最佳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℃</p><p>　　2、流程簡介

39、和流程圖</p><p><b>　　2.1 流程簡介</b></p><p>　　含丙酮0.3（摩爾分數(shù)，下同）的丙酮-水混合液經(jīng)過預熱器，預熱到泡點進料。進入精餾塔后分離，塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含丙酮0.9841），一部分回流再進入塔中，塔底殘留液給再沸器加熱后，部分進入塔中，部分液體作為產(chǎn)品排出塔體（含丙酮0.006212）。</p>&

40、lt;p><b>　　2.2簡略流程圖</b></p><p>　　丙酮———水精餾塔流程圖</p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計算與實際板數(shù)的確定</p><p><b>　　3.1理論板數(shù)計算</b></p><p><b>　　3.1.1物料衡算</b></

41、p><p>　　已知進料量F＝200kmol/h，進料組成XF＝0.35，進料q＝1</p><p>　　設(shè)計要求：XD＝0.984，Xw=0.00062 </p><p>　　衡算方程 ： </p><p>　　3.1.2Rmin和R的確定</p><p><b>　　由平衡線方程得：</

42、b></p><p>　　3.1.3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>　　3.1.4精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p>　　已知 D＝71.01kmol/h R＝3.461</p><p>　　精餾段：L＝RD＝245

43、.77kmol/h</p><p>　　V＝（R＋1）D＝316.78 kmol/h</p><p>　　提餾段：L’＝L＋qF＝245.77+200=445.77kmol/h</p><p>　　V’＝V－（1－q）F＝V＝316.78kmol/h</p><p>　　3.1.5提餾段操作線方程的確定</p><p>

44、;<b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　讀圖可知：精餾段理論板數(shù)19塊，提留段理論板數(shù)3塊。</p><p>　　3.2實際板層數(shù)的確定</p><p>　　N精=19/0.5237塊</p><p>　　N提=3/0.526塊(包括再沸器)</p><p>　　NP＝N精+

45、N提＝37+6=43塊</p><p>　　4精餾塔工藝條件計算</p><p>　　4.1操作壓強的選擇</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。</p><p>

46、;　　塔頂壓力P頂=101.3+4=105.3kPa </p><p>　　單板壓降 ΔP=0.7kPa</p><p>　　進料板壓力pF=105.3+0.7*37=131.2kPa</p><p>　　塔底壓力pw=105.3+0.7*43=135.4kPa</p><p>　　精餾段平均壓力pm=(105.3+131.2)/2=118.

47、25 kPa</p><p>　　提留段平均壓力pm' =(131..2+135.4)/2=133.3kPa</p><p>　　4.2操作溫度的計算</p><p>　　泡點進料：XF＝0.35 通過“t-x-y”圖查得：</p><p>　　進料板溫度tF=60.7℃</p><p>　　塔頂溫度：tD=5

48、6.6℃</p><p>　　塔底溫度：tW=99.5℃</p><p>　　精餾段平均溫度tm=(60.7+56.6)/2=58.65℃</p><p>　　提鎦段平均溫度tm'=(99.5+60.7)/2=80.1℃</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算</p><p>　　

49、4.3.1 密度及流量</p><p><b>　　設(shè)丙酮為a，水為b</b></p><p>　　丙酮分子量為：58.08kg/kmol (Ma) 　水的分子量為：18.015 kg/kmol (Mb)　</p><p><b>　?、?、精餾段</b></p><p>　　精餾段平均溫度58.65

50、℃</p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.73，ya＝0.881</p><p>　　查表得：=734.9，</p><p><b>　　液相平均分子量：</b></p><p>　　Ml=XaMa+(1-Xa) Mb=47.26kg/kmol</p><p><b>　　氣相

51、平均分子量：</b></p><p>　　Mv= yaMa+(1-ya) Mb=53.31kg/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><

52、p><b>　　氣相流量： </b></p><p><b>　　Ⅱ、提餾段</b></p><p>　　提餾段平均溫度：80.1℃</p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.041，ya＝0.53</p><p>　　=705.1，=971.8</p><p>

53、;<b>　　液相平均分子量：</b></p><p>　　Ml’=XaMa+(1-Xa) Mb=19.66kg/kmol</p><p><b>　　氣相平均分子量：</b></p><p>　　Mv’= yaMa+(1-ya) Mb= 39.25kg/kmol</p><p><b>

54、　　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>　　4.3.2液相表面張力的確定：</p><p><b>　

55、　查圖知：</b></p><p><b>　　塔頂液相表面張力</b></p><p>　　=56.6℃, =18.51 ,=66.71</p><p>　　=0.984*18.51+(1-0.984)*66.71=19.28</p><p><b>　　進料板液相表面張力</b>

56、</p><p>　　TF=60.7℃, =17.99, =66.1</p><p>　　=0.35*17.99+0.65*66.1=49.26</p><p><b>　　塔底液相表面張力</b></p><p>　　tw=99.5℃，=14.1，=58.83</p><p>　　=0.0006

57、2*14.1+0.99938*58.83=58.8</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 液體平均粘度計算</p><p><b>　　塔頂液體粘度:</b></p&g

58、t;<p>　　=56.6℃,=0.241,=0.494</p><p>　　同理,進料板液體=0.363</p><p>　　塔底液體=0.285</p><p>　　精餾段平均液相粘度(+)/2=0.3035</p><p>　　提餾段平均液相粘度(+)/2=0.324</p><p>　　全塔平均液

59、相粘度(+)/2=0.2645</p><p><b>　　4.4塔徑的確定</b></p><p><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><

60、/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=0.38m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　u=0.7=0.7*1.597=1.12</p&g

61、t;<p>　　圓整得 D=1.6m</p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　實際空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.4.2提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b>&l

62、t;/p><p>　　取塔板間距=0.45m，板上液層高度，</p><p><b>　　那么分離空間：</b></p><p>　　- h1=0.45-0.07=0.38m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　u’=0.7=0.7*2.11=1.477</p&g

63、t;<p>　　圓整取： D'=1.6m</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></p><p><b>　　精餾段有效高度 </

64、b></p><p><b>　　提餾段有效高度</b></p><p>　　從塔頂開始每隔7塊板開一個人孔，其直徑為0.6米,開人孔的兩塊板間距取0.7米</p><p>　　所以應(yīng)多加高(0.7-0.45)×[43/7]=1.54m</p><p>　　Z=++1.0=16.2+2.25+1.54=1

65、9.99m</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0.6米,共為1.32m</p><p><b>　　(2)塔底空間</b></p>&l

66、t;p>　　塔底儲液高度依停留4min而定</p><p><b>　　m</b></p><p>　　取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間開一直徑為0.6米的人孔 1+0.313=1.313m</p><p><b>　　整體塔高 </b></p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)

67、確定</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b></p><p>　　選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進口堰,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</p><p>　　5.1.2出口堰高hw&

68、lt;/p><p>　　hw＝hL－h(huán)ow 其中 近似取E＝1</p><p><b>　　，</b></p><p>　　得how=0.01696m ，how’= 0.01223m </p><p>　　hw取0.05m hw'取0.05m</p><p&

69、gt;<b>　　實際</b></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><b>　　精餾段：</b></p><p>　　驗算液體在降液管內(nèi)停留時間</p><p>

70、<b>　　提鎦段：</b></p><p>　　停留時間>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</b></p><p><b>　　則精餾段：=</b></p><p><

71、b>　　提鎦段：=</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理</p><p>　　選用凹形受液盤，深度取0.06m</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>　　D≥800mm，故塔板采用分層，查表塔板分為3塊。</

72、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)面積計算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　x=0.8-（0.208+0.07）=0.522m，r=0.8-0.05=0.75m

73、，=1.428</p><p>　　提鎦段：x=0.8-(0.208+0.07)=0.522m, r=0.8-0.05=0.75m ，=1.428</p><p>　　5.2.4篩孔計算及其排列</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>

74、<p>　　開孔率為φ=0.907</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為個</b></p><p>　　氣體通過閥孔的氣速:</p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>&l

75、t;b>　　篩孔數(shù)目n為個</b></p><p><b>　　6.篩板的力學檢驗</b></p><p><b>　　6.1塔板壓降</b></p><p>　　6.1.1干板阻力計算</p><p>　　由/δ=1.67查圖得=0.772</p><p>

76、;　　故精餾段= 0.051（ρv/ρl）×（uo/co）2</p><p>　　=0.051×(2.285/754.47)×(14.23/0.772)=0.0525m液柱</p><p>　　提餾段= 0.051（ρv’/ρl’）×（uo’/co）2</p><p>　　=0.051×(1.78/929.11)&#

77、215;(13.45/0.772)=0.0297m液柱</p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計算</p><p><b>　　精餾段:</b></p><p>　　ua=Vs/(AT-2Af)=2.053/(2.01-2×0.14472)=1.193m/s =ua=1.803查表得β=0.58</p>

78、;<p>　　Hl=β(h+h)=0.58×0.06696=0.0388m（液柱）</p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　ua’=Vs’/(AT-2Af)=1.94/(2.0096-2×0.145)=1.128m/s ’=ua’=1.51 查表得β’=0.61</p><p>　　

79、Hl’=β'(h+h')=0.61×0.06404=0.0391m（液柱）</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計算計算</p><p><b>　　精餾段=液柱</b></p><p><b>　　提餾段=液柱</b></p><p>　　6.1.4氣體通過每

80、層塔板的液柱高</p><p><b>　　可按下計算</b></p><p>　　∴精餾段=0.0525+0.06696+0.00370=0.12316m液柱</p><p>　　提餾段=0.0297+0.06404+0.00474=0.09848m液柱</p><p><b>　　6.2 液面落差</

81、b></p><p>　　對于D1.6m的篩板，液面落差可以忽略不計。</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>&l

82、t;b>　　提餾段, </b></p><p>　　本設(shè)計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,漏液點氣速=</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得：</b></p>

83、<p><b>　　精餾段m/s,</b></p><p><b>　　提餾段m/s</b></p><p>　　實際孔速:精餾段＞,提餾段＞</p><p>　　穩(wěn)定系數(shù):精餾段K=uo/uomim=12.43/6.356=1.956,</p><p>　　提餾段K’ =u’o/u’

84、omim =11.74/7.34=1.599</p><p>　　均大于1.5小于2,所以設(shè)計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()</p><p>　　對于設(shè)計中的丙酮-水體系φ=0.5, Hd≤0.5=0.25m<

85、/p><p><b>　　由于板上不設(shè)進口堰</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　m液柱</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　所以不會發(fā)生淹泛現(xiàn)象</

86、p><p><b>　　7.塔板負荷性能圖</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：=&l

87、t;/b></p><p><b>　　得=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　得=</b></p><p><b>　　7.2

88、液沫夾帶線</b></p><p>　　以kg液/kg氣為限求-關(guān)系：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　整理得

89、</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　7.3液相負荷下限線</p><p>　　對于平流堰，取堰上液層高度how=0.0

90、05m作為最小液體負荷標準，由式計算</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　7.4液相負荷上限線</p><p>　　以θ=4s作為液體在降液管中停留的下限</p><p><b>　　故&

91、lt;/b></p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提鎦段： </b></p><p><b>　　7.5液泛線</b></p><p><b>　　Hd=φ()</b></p><p>

92、;<b>　　由，，，</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中代入數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　精餾段 提餾段</b></p><p><b>　　所以精餾段</b></p

93、><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，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負荷，可知操作點在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線</p><p><b&g

94、t;　　由圖，</b></p><p>　　故精餾段操作彈性為/=4.58</p><p><b>　　由圖，</b></p><p>　　故提餾段操作彈性為/=4.67</p><p>　　精餾段提餾段操作彈性均大于3小于5,符合要求。</p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計&

95、lt;/p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　丙酮-水走殼程，冷凝水走管程，采用逆流形式</p><p>　　8.1.1估計換熱面積</p><p>　　①．丙酮-水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p>　　TD=56.6℃冷凝蒸汽量：</p><p>　　由于丙酮摩爾分數(shù)

96、為0.984,所以可以忽略水的冷凝熱,r=501.14KJ/kg </p><p>　　②．冷凝水始溫為12℃，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（丙酮56.6℃下，水在平均溫度16℃下）</p><p>　?、踑. 設(shè)備的熱參數(shù)：</p><p><b>　　b．水的流量：</b>

97、;</p><p><b>　　c．平均溫度差：</b></p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計表”取K=700W/(m2.℃)</p><p>　　傳熱面積的估計值為：</p><p>　　安全系數(shù)取1.2 換熱面積A=1.2*89.4=107.29m2</p><p>　　管子尺寸取25

98、mm 水流速取ui=1.0m/s</p><p><b>　　管數(shù)：個</b></p><p><b>　　管長：<6m</b></p><p>　　選定每程管長為3m，則Np=6/3=2</p><p>　　所以換熱器總管數(shù)Nt=2*392.8=786個，</p><

99、p><b>　　取管心距</b></p><p>　　8.1.2殼體內(nèi)徑D的確定</p><p><b>　　采用 </b></p><p>　　其中對于正三角形排列：</p><p><b>　??；</b></p><p>　　取b’=22.5m

100、m;</p><p>　　求得殼體直徑為977mm，則取D=1000mm。</p><p>　　由上面計算數(shù)據(jù)，選型如下：</p><p>　　8.1.3 折流擋板和支承板的設(shè)計</p><p>　　折流板：采用弓形折流板</p><p>　　取折流板間距B=600mm</p><p><

101、b>　　則板數(shù)</b></p><p>　　支承板厚度取10mm</p><p>　　8.1.4核算管程、殼程的流速及Re:</p><p><b>　?。ㄒ唬┕艹?lt;/b></p><p><b>　　流通截面積：</b></p><p><b>

102、　　管內(nèi)水的流速</b></p><p><b>　　（二）殼程</b></p><p>　　流通截面積： 取=30</p><p><b>　　殼內(nèi)丙酮-水流速 </b></p><p><b>　　當量直徑 </b></p><p>　　

103、8.1.5壓降的計算</p><p>　　換熱器的壓降需分管程和殼程兩部分計算

104、 </p><p><b>　　管程壓降：</b></p><p>　　管程壓降可由下面三部分組成</p><p><b>　　直管阻力 </b></p><p>　　設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=0.005,</p><p>　　查圖得摩擦

105、系數(shù)λ=0.03

106、

107、 </p><p>　　求得 =8.99KPa。</p><p><b>　　局部阻力</b></p><p><b>　　對于雙管程 </b></p><p>　　流體通過進出口接管時的阻力

108、 </p><p>　　考慮到管內(nèi)結(jié)垢對阻力的影響，為</p><p><b>　　其中對液體</b></p><p><b>　　=1.4；</b></p><p><b>　　Np=2；</b></p><p><b>　　Ns=1；<

109、;/b></p><p>　　求得總壓降為2*（8.99+6+3）=50.3KPa<105.3/2KPa，符合要求。</p><p><b>　　2、殼程壓降</b></p><p>　　F=0.5，Re= >500，故.</p><p><b>　　求得</b></p>

110、;<p><b>　　= 4.60KPa</b></p><p><b>　　=3.61KPa</b></p><p>　　故=8.22KPa<105.2/2KPa，符合要求；</p><p>　　故管殼程壓力損失均符合要求</p><p>　　8.1.6 計算傳熱系數(shù)</

111、p><p><b>　　管程對流給熱系數(shù)</b></p><p>　　雷諾數(shù) 所以為湍流流動；</p><p><b>　　Pri= </b></p><p><b>　　殼程對流給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　Re= </b&

112、gt;</p><p><b>　　Pr0== </b></p><p><b>　　=0.36</b></p><p>　　其中取0.95（被冷卻）</p><p><b>　　求得 </b></p><p><b>　　計算傳熱系數(shù)<

113、/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 則K==150/(m2.℃)</p><p>　　計算傳熱面積 A=m2</p><p>　　所選換熱器實際面積為</p><p>　　A=n=372.6m2</p>

114、<p><b>　　裕度</b></p><p><b>　　所選換熱器合適</b></p><p><b>　　8.2塔釜再沸器</b></p><p><b>　　計算熱負荷：</b></p><p>　　塔釜溫度為99.5℃，</

115、p><p>　　考慮到5%的熱損失后 </p><p>　　選用0.2MPa飽和水蒸氣加熱，℃</p><p>　　因兩側(cè)均為恒溫相變 ℃</p><p>　　取傳熱系數(shù)K=1000W/（m2.K）</p><p><b>　　估算傳熱面積</b></p><p>　　取安全

116、系數(shù)0.8，實際傳熱面積A=18.02 /0.8=22.525 m2</p><p><b>　　8.3原料預熱器</b></p><p>　　原料加熱：采用壓強為270.25kPa的飽和水蒸汽加熱，溫度為130℃，冷凝溫度至130℃流體形式，采用逆流加熱　　 查表Cp丙酮=1.59 kJ/(kg?K) Cp水=4.183 kJ/(kg?K)摩爾分數(shù)

117、 xF=0.30根據(jù)上式可知：Cpc=1.59×0.3+4.138×0.7=3.37kJ/(kg?K)設(shè)加熱原料溫度由20℃到60.7℃ </p><p>　　考慮到5%的熱損失后選擇傳熱系數(shù)K=800 計算傳熱面積：</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.8 A實際=

118、0.887 /0.8=1.11m2</p><p><b>　　8.4管道的計算</b></p><p>　　8.4.1塔釜殘液出料管</p><p><b>　　釜殘液的體積流量：</b></p><p>　　取適宜的輸送速度uw=0.75m/s則</p><p>　　經(jīng)圓

119、整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：φ42mm3.5mm</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.4.2回流液管</b></p><p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進行回流，取適宜的回流速度，那么&l

120、t;/p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：φ 108mm4 mm</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.4.3再沸器蒸汽進口管</p><p>　　V=316.78×18/0.6=2.64</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為15m/s,</

121、p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格Φ480mm9mm</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.4.4塔頂蒸汽進冷凝器出水管</p><p>　　V=316.78×58.08/3=1.703</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為10m/s,</p

122、><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：φ426mm24mm</p><p><b>　　實際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.4.5冷凝水管</b></p><p>　　深井水溫度為12，水的物性數(shù)據(jù)：</p><p>　　ρ=999.4kg/m3,μ=1

123、.2363mPa*s,=4.219KJ/（Kg*K ）</p><p>　　深井水的質(zhì)量流率，取流速為2.5m/s</p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　選取 Φ219×14mm熱軋無縫鋼管</p><p><b>　　實際流速為</b></p>&l

124、t;p><b>　　8.5 泵的選型</b></p><p>　　取ε=0.1mm，,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><b>　　設(shè)管長為5米,</b></p><p><b>　　= </b></p>

125、;<p><b>　　20m</b></p><p><b>　　流量</b></p><p>　　選擇IS200-150-315型離心泵,參數(shù)為</p><p>　　流量V=443.8,揚程,H=28.5m轉(zhuǎn)速1450</p><p>　　泵效率,?=80%軸功率Na=44.6kW&

126、lt;/p><p><b>　　9、設(shè)計結(jié)果總匯</b></p><p>　　篩板塔設(shè)計計算結(jié)果及符號匯總表</p><p>　　10、參考文獻及設(shè)計手冊</p><p>　　1.管國鋒.趙汝溥.化工原理（第二版），北京:化學工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　2.湯金石等 化工過程及設(shè)備課

127、程設(shè)計 北京：化學工業(yè)出版設(shè)，1998</p><p>　　3.國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊（上、下），北京:化學工業(yè)出版社，1996.</p><p>　　4.賈紹義，柴誠敬?；ぴ碚n程設(shè)計（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計），天津:天津大學</p><p><b>　　版社，2002， </b></p>

128、<p>　　5.王國勝。化工原理課程設(shè)計，大連:大連理工大學出版社，2006</p><p>　　6.姚玉英,陳常貴, 柴誠敬.《化工原理》（上、下冊），天津:天津大學出版社，</p><p>　　7.譚天恩，竇梅，周明華 等編著. 化工原理(第三版)，北京:化學工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　8.陳英南，劉玉蘭. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計.上

129、海:華東理工大學出版社,2005</p><p>　　9.柴誠敬，王軍.張纓.化工原理課程設(shè)計，天津科學技術(shù)出版社，天津:2006.</p><p>　　10.劉雪暖 湯景凝等 化工原理課程設(shè)計 山東：石油大學出版社，2001</p><p><b>　　四、設(shè)計感想</b></p><p>　　1、化工原理課程設(shè)計已經(jīng)

130、結(jié)束了，當看到這幾十頁紙時，心里非常激動，突然覺得這兩周來的付出非常值得。首先感謝兩位老師在設(shè)計過程中給予的幫助！</p><p>　　2、這兩周的課程設(shè)計使我學到很多！我學會了離開老師進行自主學習，學會了如何去查找資料書及化學工程手冊，學會了如何查閱了超星圖書館中的資料。從設(shè)計讓我從中獲得了自信，將來工作中或?qū)W習遇到了什么困難或從未接觸過的領(lǐng)域，我也不再會感到畏懼。因為我已經(jīng)有了一定的自主研究的能力，我能通過自

131、學慢慢的將問題解決。</p><p>　　3、設(shè)計幫助我更好的熟悉了WORD、EXCEL等軟件的操作。平時這些軟件用的不太多，這次設(shè)計幫助我去更好的運用這些軟件！化工原理課程設(shè)計還培養(yǎng)了我與他人溝通的能力，在設(shè)計過程中遇到不會時大家一起討論，我們知道如何更好的溝通合作！設(shè)計教會了我耐心，很多地方都是需要先假設(shè)數(shù)據(jù)，再驗算，不符合時再調(diào)整數(shù)據(jù)重新進行驗算。很多地方我都不得不重復的算上好幾遍，而且大量繁瑣的計算要求我