化工畢業(yè)設(shè)計(jì)---- 分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一 設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　分離甲醇水溶液的精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1 處理能力：3000kg/h；</p

2、><p>　　2 進(jìn)料組成：甲醇含量36%(質(zhì)量，下同)，溫度為30℃；</p><p>　　3 工藝要求：甲醇回收率為88%，塔底甲醇含量1%；</p><p>　　4 操作條件：常壓；泡點(diǎn)進(jìn)料</p><p>　　5 設(shè)備型式：篩板塔。</p><p><b>　　三 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b>&

3、lt;/p><p>　　1 設(shè)計(jì)方案的確定和流程說明</p><p>　　2 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　3 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4 精餾塔的強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　5 其他主要設(shè)備的選型</p><p><b>　　四 設(shè)計(jì)要求</b&

4、gt;</p><p>　　1 設(shè)計(jì)說明書一份；</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)圖紙：</b></p><p>　　a 工藝流程圖一張(采用AutoCAD繪制)；</p><p>　　b 主要設(shè)備總裝配圖一張(A1);</p><p><b>　　3 答辯。</b&

5、gt;</p><p>　　五 設(shè)計(jì)完成時間</p><p>　　2007.9.3—2007.9.28</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1。</b></p><p>　　流程的確定及設(shè)計(jì)方案1。</p>&l

6、t;p><b>　　1 塔板類型1。</b></p><p><b>　　2 加料方式1。</b></p><p><b>　　3 進(jìn)料狀況1。</b></p><p>　　4 塔頂冷凝方式1。</p><p><b>　　5 回流方式2。</b

7、></p><p><b>　　6 加熱方式2。</b></p><p><b>　　7 操作壓力2。</b></p><p>　　一 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算3。</p><p><b>　　1 基本數(shù)據(jù)3。</b></p><p>　　1.1

8、全塔物料衡算3。</p><p>　　1.2 各種定性溫度3。</p><p><b>　　1.3 密度4。</b></p><p><b>　　1.4粘度5。</b></p><p>　　1.5表面張力6。</p><p>　　1.6 相對揮發(fā)度8。</p

9、><p>　　2 回流比的確定9。</p><p>　　2.1 最小回流比9。</p><p>　　2.2 實(shí)際回流比9。</p><p>　　3 各段氣液流量10。</p><p>　　4 塔板數(shù)的確定11。</p><p>　　4.1 理論塔板數(shù)11。</p><

10、p>　　4.2 實(shí)際塔板數(shù)11。</p><p>　　5 塔徑的初步設(shè)計(jì)12。</p><p>　　二 塔板的設(shè)計(jì)計(jì)算13。</p><p>　　1 溢流裝置13。</p><p>　　1.1 堰長lw13。</p><p>　　1.2 出口堰高h(yuǎn)w14。</p><p>　　

11、1.3 降液管14。</p><p>　　2 塔板的設(shè)計(jì)15。</p><p>　　2.1數(shù)目與排列16。</p><p>　　2.2 氣體壓降hp16。</p><p>　　2.3 液泛17。</p><p>　　2.4 霧沫夾帶17。</p><p>　　3 塔的負(fù)荷性能圖19

12、。</p><p>　　3.1 霧沫夾帶線19。</p><p>　　3.2 漏液線20。</p><p>　　3.3 液相下限20。</p><p>　　3.4 液相上限20。</p><p>　　3.5 液泛線20。</p><p><b>　　三 塔附件24。<

13、/b></p><p><b>　　1 接管24。</b></p><p>　　1.1 進(jìn)料管24。</p><p>　　1.2 回流管24。</p><p>　　1.3 塔釜出料管24。</p><p>　　1.4 塔頂蒸汽出料管24。</p><p>　

14、　1.5 塔釜進(jìn)氣管25。</p><p>　　1.6 法蘭的選擇26。</p><p>　　2 塔頂?shù)踔?6。</p><p><b>　　3 除沫器26。</b></p><p>　　4 筒體與封頭27。</p><p>　　4.1 筒體27。</p><p&g

15、t;　　4.2 封頭28。</p><p><b>　　5 裙座28。</b></p><p><b>　　6 人孔28。</b></p><p>　　6.1 人孔28。</p><p>　　6.2 補(bǔ)強(qiáng)29。</p><p>　　四 塔的總體高度30。</

16、p><p>　　1 塔頂部空間高度HD30。</p><p>　　2 進(jìn)料板高度HF30。</p><p>　　3 設(shè)置有人孔的塔板間距HP30。</p><p>　　4 封頭高度H130。</p><p>　　5 裙座高度H231。</p><p>　　6 塔底空間高度HB31。<

17、;/p><p><b>　　7總高度H31。</b></p><p>　　五 塔所受的載荷31。</p><p>　　1 重力載荷31。</p><p>　　1.1 筒體重量31。</p><p>　　1.2 塔板重量31。</p><p>　　1.3 保溫層重

18、量31。</p><p>　　1.4 扶梯與平臺32。</p><p>　　1.5 塔總重估算32。</p><p><b>　　2 風(fēng)載荷32。</b></p><p>　　六 塔的其它附屬設(shè)備33。</p><p>　　1 原料預(yù)熱器的選擇33。</p><

19、;p>　　2 泵的選取33。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35。</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………… 36</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　塔設(shè)備是化學(xué)工業(yè)，石油化工，生物化工，制藥等生產(chǎn)

20、過程中廣泛采用的傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，可分為板式塔和填料塔兩大類。</p><p>　　板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡形式或噴射形式通過塔板上的液層，正常條件下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，它具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，壓降低，操作彈性大，持液量小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的使用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的目的是分離甲醇—水混

21、合液，且處理量較大，故選用板式塔。</p><p>　　流程的確定及設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　1 塔板類型</b></p><p>　　精餾塔的塔板類型共有三種：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用篩孔塔板。</p><p><b>　　2 加料方式

22、</b></p><p>　　加料方式共有兩種：高位槽加料和泵直接加料。</p><p>　　采用泵直接加料，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，而且可以引入自動控制系統(tǒng)來實(shí)時調(diào)節(jié)流量及流速。故本設(shè)計(jì)采用泵直接加料。</p><p><b>　　3 進(jìn)料狀況</b></p><p>　　進(jìn)料方式一般有兩種：冷液進(jìn)料及泡點(diǎn)進(jìn)料

23、。</p><p>　　對于冷液進(jìn)料，當(dāng)進(jìn)料組成一定時，流量也一定，但受環(huán)境影響較大；而采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅較為方便，而且不受環(huán)境溫度的影響，同時又能保證精餾段與提餾段塔徑基本相等，制造方便。故本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。</p><p><b>　　4 塔頂冷凝方式</b></p><p>　　甲醇與水不反應(yīng)，且容易冷凝，故塔頂采用全凝器，用水冷凝。塔

24、頂出來的氣體溫度不高，冷凝后的回流液和產(chǎn)品無需進(jìn)一步冷卻，選用全凝器符合要求。</p><p><b>　　5 回流方式</b></p><p>　　回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。</p><p>　　本設(shè)計(jì)處理量較大，所需塔板數(shù)多，塔較高，為便于檢修和清理，回流冷凝器不適宜塔頂安裝，故采用強(qiáng)制回流。</p><p>

25、;<b>　　6 加熱方式</b></p><p>　　加熱方式分為直接蒸氣和間接蒸氣加熱。直接蒸氣加熱在一定回流比條件下，塔底蒸氣對回流液有稀釋作用，從而會使理論塔板數(shù)增加，設(shè)備</p><p>　　費(fèi)用上升。故本設(shè)計(jì)采用間接蒸氣加熱方式。</p><p><b>　　7 操作壓力</b></p><

26、p>　　甲醇和水在常壓下相對揮發(fā)度相差比較大，因此在常壓下也能比較容易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。</p><p>　　表1 甲醇—水平衡數(shù)據(jù) 【1】</p><p>　　一 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　1 基本數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1.1

27、全塔物料衡算</p><p>　　甲醇摩爾質(zhì)量——32.04kg/kmol；水摩爾質(zhì)量——18.02kg/kmol 【2】</p><p>　　原料液組成xF（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）：</p><p>　　xF= =27。2% （1—1）</p><p>　　塔頂組成xD：xD= =80。5% （1－2）</p

28、><p>　　塔底組成xW：xW= =0.00565=0.565% （1－3）</p><p>　　原料液的平均摩爾質(zhì)量M：</p><p>　　M=0。272×32.04+(1-0.272)×18.02=21。83kg/kmol （1－4）</p><p>　　進(jìn)料量F：F=3000kg/h=3000

29、/21。83=137。4kmol/h</p><p>　　物料衡算式：F=D+W （1－5）</p><p>　　FxF=DxD +WxW （1－6）</p><p>　　其中D為塔頂產(chǎn)品流量，kmol/L;W為塔釜?dú)堃毫髁?，kmol/L

30、</p><p>　　聯(lián)立解得：D=45。8kmol/h, W=91。6kmol/h</p><p>　　1.2 各種定性溫度</p><p>　　利用表1中數(shù)據(jù)，采用內(nèi)差法計(jì)算求得一下溫度</p><p>　　進(jìn)料溫度tF： tF=78。78℃</p><p><b>　　同理求得：</b&

31、gt;</p><p>　　塔頂氣相溫度tDV=55。18℃ 塔頂液相溫度tDL=55。11℃</p><p>　　塔底氣相溫度tWV=99.86℃ 塔底液相溫度tWL=99.24℃</p><p>　　則精餾段平均溫度 t1= =66。95℃</p><p>　　提餾段平均溫度 t2= =89。01℃&l

32、t;/p><p><b>　　1.3 密度</b></p><p>　　表2 不同溫度甲醇—水的密度 【2】</p><p>　　對于混合液體的密度（其中a為質(zhì)量分率） （1－7） 【3】</p><p>　　對于混合氣體的密度 （其中M為平均摩爾質(zhì)量）（1－8）</p&

33、gt;<p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　t1=66。95℃</b></p><p>　　液相組成x1 得x1=63.29%</p><p>　　氣相組成y1 得y1=45.8%</p><p><b>　　則液相平均摩爾質(zhì)量<

34、;/b></p><p>　　ML1=0.6329×32.04+(1-0.6329)×18.02=26.89kg/kmol （1－9）</p><p><b>　　氣相平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　MV1=0.458×32.04+(1-0.458)×18.02=24.44kg/kmo

35、l （1－10）</p><p>　　由表2數(shù)據(jù) 得ρ甲=734.05 kg/m3</p><p>　　同理 得ρ水=979。85 kg/m3</p><p>　　aA=32.04x1/［32.04x1+18.04(1-x1)］=0.7541 （1－11）</p><p>　　aB=1- aA=0.2459<

36、/p><p>　　得ρL1=782。31kg/m3</p><p>　　=0。8763 kg/m3</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p><b>　　t2=89。01℃</b></p><p>　　液相組成x2： 得x2=8。86%</p&

37、gt;<p>　　氣相組成y2： 得y2=45。89%</p><p><b>　　則液相平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　ML2=0。886×32.04+(1-0。886)×18.02=19.26kg/kmol （1－12）</p><p><b>　　則氣相平均摩爾質(zhì)量</b

38、></p><p>　　MV2=0。4589×32.04+(1-0。4589)×18.02=24。45kg/kmol （1－13）</p><p>　　由表2數(shù)據(jù) 得ρ甲，=712。891 kg/m3</p><p>　　同理 得ρ水，=965。69 kg/m3</p><p>　　aA=32.04x2/［3

39、2.04x2+18.04(1-x2)］=0。1474</p><p>　　aB=1- aA=0。8526</p><p>　　=0. 8232 kg/m3</p><p><b>　　1.4粘度</b></p><p>　　表3 不同溫度甲醇—水的粘度 【2】</p><p

40、>　　利用內(nèi)差法求得精餾段與提餾段平均溫度下甲醇與水的粘度</p><p><b>　　t1=66。95℃</b></p><p>　　得μ甲=0。321mPa.s</p><p>　　得μ水=0。43mPa.s</p><p>　　則精餾段粘度 μ1=μ甲x1+μ水(1- x1)=0。361mPa.s

41、（1－14）</p><p><b>　　t2=89。01℃</b></p><p>　　得μ甲，=0.255 mPa.s</p><p>　　得μ水，=0.324 mPa.s</p><p>　　則提餾段粘度 μ2=μ甲’x2+μ水’(1- x2)=0.318mPa.s （1－15）</p>&l

42、t;p><b>　　1.5表面張力</b></p><p>　　表4 不同溫度甲醇—水的表面張力 【2】</p><p>　　二元有機(jī)物—水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算: 【1】</p><p><b>　　（1－16）</b></p>

43、<p>　　注： （1－17） （1－18）</p><p>　?。?－19） （1－20）</p><p>　?。?－21） （1－22）</p><p>　　A=B+Q （1－23） （1－24） （1－25）</p><p>　　式中下角標(biāo)，w,o,s分別代表水，有機(jī)物及表面部分，xw,xo指主

44、體部分的摩爾分?jǐn)?shù)，vw,vo指主體部分的摩爾體積，σw, σo分別為純水，有機(jī)物的表面張力，q值決定于有機(jī)物的型式及分子大小。對于醇類有機(jī)物，q值為碳原子個數(shù)，所以對于甲醇—水體系，q=1。</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p>　　vw=mw/ρw=M水/ρL1=18.02×103/812.24=23。03cm3/mol （1－

45、26）</p><p>　　vo=mo/ρo=M甲/ρV1=32.04/1.0086=36。56cm3/mol （1－27）</p><p>　　xo= x1=63。29% xw=1- xo=36。71%</p><p>　　A=B+Q=-0.0595-0.410=-1.005</p><p>　　聯(lián)立方程組 sw+s

46、o=1</p><p>　　得sw=0.09 so=0.91</p><p>　　則 σm11/4=0.09×63.5881/4+0.91×17.8651/4 得σm1=24。15 dyn.cm-1</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　V‘w=mw/

47、ρw=M水/ρL2=18.02×103/925.69=19.47cm3/mol （1－28）</p><p>　　V‘o=mo/ρo=M甲/ρV1=32.04/0.7747=41.36cm3/mol （1－29）</p><p>　　xo= x2=6.97% xw=1- xo=93.03%</p><p>　　A=B+Q=0.798-0.29

48、4=0.504</p><p>　　聯(lián)立方程組 sw+so=1</p><p>　　得’sw=0.761 ’so=0.239</p><p>　　則σm21/4=0.761×60.4971/4+0.239×16.3041/4 得σm2=45.88 dyn.cm-1</p><p>　　1.6 相對

49、揮發(fā)度 【4】</p><p><b>　　(1)精餾段</b></p><p>　　XA= x1=63。29% xB=1- XA=36。71%</p><p>　　由x-y圖查得：yA=83。3% yB=10。88%</

50、p><p>　　則α1= =0。682 （1－30）</p><p><b>　　(2)提餾段</b></p><p>　　XA= x2=8。86% xB=1- XA=91。14%</p><p>　　由x-y圖查得：yA=42。62% yB=95。4%</p><p&

51、gt;　　則α2==4。596 （1－31）</p><p><b>　　2 回流比的確定</b></p><p><b>　　2.1 最小回流比</b></p><p><b>　　圖1 平衡曲線</b></p><p>　　由表1中數(shù)據(jù)做出甲醇—水的平

52、衡曲線如圖1所示，可知此平衡曲線為非正常曲線，塔中各段相對揮發(fā)度相差較大，故采用圖解法計(jì)算最小回流比及理論塔板數(shù)。 </p><p>　　從點(diǎn)（xF,xF）向平衡曲線作切線，交縱坐標(biāo)于點(diǎn)b(0,0.382),該點(diǎn)即為最小回流比條件下精餾段操作線的截距。 【4】</p><p><b>　　即<

53、/b></p><p><b>　　2.2 實(shí)際回流比</b></p><p>　　在實(shí)際操作中，常取最小回流比的（1.1~2.0）倍作為實(shí)際回流比，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中， </p><p><b>　　【4】</b></p><p>　　表5 B-R-N關(guān)系表</p>&

54、lt;p>　　經(jīng)過核算，考慮到設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用，實(shí)際回流比取1.6倍的最小回流比，即： </p><p><b>　　3 各段氣液流量</b></p><p><b>　　（1）精餾段</b></p>&

55、lt;p>　　液相流量L：L=RD=2.4×40.0=23。78kmol/h （1－32）</p><p>　　氣相流量V：V=（R+1）D=（2.4+1）×40.0=69。58kmol/h（1－33）</p><p>　　液相體積流量L1： （1－34）</p><p>　　氣相體積流量V1：（1－35）</p>&

56、lt;p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　由前言中所述，本系統(tǒng)為泡點(diǎn)進(jìn)料，則：</p><p>　　液相流量L’：L’=L+qF=161。18kmol/h （1－36）</p><p>　　氣相流量V’：V’=V=69。58kmol/h （1－37）</p><p>　　液相體積流

57、量L2：（1－38）</p><p>　　氣相體積流量V2：（1－39）</p><p>　　表6 精餾段，提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果匯總</p><p><b>　　4 塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　4.1 理論塔板數(shù)</b></p><p>　　本系統(tǒng)平衡線為非正

58、常曲線，故采用圖解法求理論板數(shù) 【4】</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　如圖2所示</b></p><p>　　圖2 操作線與平衡線<

59、;/p><p>　　分別在圖中做出兩條操作線，在平衡線與操作線之間畫階梯，從圖中看出，共得到理論板數(shù)NT=7(包括再沸器)，加料板在第4塊板。</p><p>　　即NT精=3塊 NT提=3塊</p><p><b>　　4.2 實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p>　　已知O’connell公式——塔板效率ET=0.49(

60、αμL)-0.245 【1】</p><p>　　其中α為平均相對揮發(fā)度，μL為平均粘度</p><p><b>　　（1）精餾段</b></p><p><b>　?。?－40）</b></p><p><b>　　塊<

61、/b></p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p><b>　?。?－41）</b></p><p><b>　　塊</b></p><p>　　則實(shí)際塔板數(shù)NP=5+9=14塊，加料板在第6塊板</p><p><b&

62、gt;　　全塔效率</b></p><p><b>　　5 塔徑的初步設(shè)計(jì)</b></p><p>　　塔內(nèi)氣液流量已知，則塔徑與塔內(nèi)氣液流速有關(guān)</p><p>　　求流速有經(jīng)驗(yàn)式u=(0.6~0.8)umax （1－42）</p><p>　　其中ρ為平均密度，C為負(fù)荷因子，m/s。C值可由Sm

63、ith關(guān)聯(lián)圖查得：在關(guān)聯(lián)圖中，橫坐標(biāo)為；參數(shù)HT-hL,反映液滴沉降空間高度對負(fù)荷因子的影響（HT為板間距，hL為板上液層高度）</p><p>　　對于常壓塔，hL一般取0.05~0.08m,本設(shè)計(jì)取0.06m 【1】</p><p>　　本設(shè)計(jì)塔板數(shù)較多，而且生產(chǎn)負(fù)荷波動不大，故板間距取較小值即可，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，HT取0.35m.</p&

64、gt;<p><b>　?。?）精餾段</b></p><p>　　= HT-hL=0.35-0.06=0.29m</p><p>　　查圖得：C20=0.057</p><p>　　對C作修正： （1－43）</p><p>　　則 u1=0.7 umax=1.233m/s</p>&

65、lt;p><b>　　（1－44）</b></p><p>　　經(jīng)過圓整，D1=1200mm 空塔氣速u1=0.952 m/s</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　= HT-hL=0.35-0.06=0.29m</p><p>　　查圖得：C

66、20=0.062</p><p>　　對C作修正： （1－45）</p><p>　　則 u2=0.7 umax=1.76m/s</p><p><b>　?。?－46）</b></p><p>　　經(jīng)過圓整，D2=1200mm 空塔氣速u2=0.998 m/s</p><p>

67、;　　塔板面積AT=(1/4)πD2=1.13m2</p><p><b>　　二 塔板的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p><b>　　1 溢流裝置</b></p><p>　　1.1 堰長lw

68、 【3】</p><p>　　本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)液體流量L,L’均比較小，所以采用單流型塔板，溢留堰選擇平直堰。為提高塔板面積的利用率，采用弓形降液管。</p><p>　　對于弓形降液管，有l(wèi)w=（0.6~0.8）D</p><p>　　為保證有一定的溢流量，系數(shù)取0.7，則lw=0.7 D=0.84m （2－1）</p>

69、<p>　　1.2 出口堰高h(yuǎn)w</p><p>　　hw=hL-how （2－2）</p><p>　　堰上液高度how由Francis公式確定： （2－3） 【1】</p><p>　　其中E為液體收縮系數(shù)，對于甲醇—水系統(tǒng)，E≈1</p><p><b>　?。?）精餾段</b></

70、p><p>　　則堰高h(yuǎn)w=0.06-0.0028=0.0572m</p><p><b>　　(2) 提餾段</b></p><p>　　則堰高h(yuǎn)w‘=0.06-0.0073=0.0527m</p><p><b>　　1.3 降液管</b></p><p>　　a 降液管的有

71、關(guān)參數(shù)可查圖得到 【1】</p><p><b>　　查圖得： </b></p><p>　　其中Wd為弓形寬度，Af為弓形面積，AT為塔截面積</p><p>　　b 停留時間 【1

72、】</p><p>　　則精餾段 （2－4）</p><p>　　提餾段 （2－5）</p><p>　　c 降液管底隙高度h0</p><p>　　降液管底隙流速u0=0.1m/s</p><p>　　對于精餾段 （2－6）</p><p>　　對于提餾段 （2－7）</p&

73、gt;<p>　　考慮到此處流速較小，為避免被雜物堵塞使液流不暢而引起液泛，取30mm【3】</p><p><b>　　2 塔板的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1取邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m,安定區(qū)寬度Ws=0.1m. </p><p>　　又開孔區(qū)面積 （2－8） </p><p><

74、;b>　　其中 </b></p><p><b>　　（1）精餾段</b></p><p>　　孔速 （2－9）</p><p><b>　?。?－10）</b></p><p>　　采用正三角形排列，孔間距 t = 2.5d0=0.0975m，</p&

75、gt;<p>　　則 （2－11）</p><p>　　實(shí)際孔速 （2－12）</p><p>　　則動能因子 符合要求</p><p>　　開孔率 （2－13）</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　孔速 （2－15）

76、</p><p><b>　?。?－16）</b></p><p>　　采用正三角形排列，孔間距 t = 2.5d0=0.0975m，</p><p><b>　　則 （2－17）</b></p><p>　　實(shí)際孔速 （2－18）</p><p>　　則動能因子

77、 符合要求</p><p>　　開孔率 （2－19） </p><p>　　2.2 氣體通過塔板的壓降hp</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降hp=hc+hl+hσ （2－20）</p><p>　　其中hc為干板阻力，hl為板上充氣液層阻力,hσ為液體表面張力造成的阻力，可忽略。</p><p>　　

78、由于開孔率 ，則 （2－21）</p><p>　　d=39mm,查得：c=0.61,從而c0=1.15c=0.70</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　hl1= </b></p><p>　　綜上hp1=hc1+hl1=0.050m </p>

79、<p><b>　　(2) 提餾段</b></p><p><b>　　hl2= </b></p><p>　　綜上hp2=hc2+hl2=0.046m </p><p>　　2.3 液泛 【1】&

80、lt;/p><p>　　塔板不產(chǎn)生液泛的條件，其中</p><p><b>　　（2－22）</b></p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則</b><

81、;/p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　符合要求</b&

82、gt;</p><p><b>　　2.4 霧沫夾帶</b></p><p>　　霧沫夾帶率有兩個公式如下：</p><p>　　（2－23） 【1】</p><p><b>　?。?－24）</b></p><p>　　二者結(jié)果取最大值，要

83、保證</p><p>　　其中，Kc為物性系數(shù)，本系統(tǒng)為無泡沫正常體系，Kc為1，CF為泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，可查圖得到。</p><p><b>　　（1）精餾段</b></p><p>　　Z=1.2-2×0.1704=0.859m Ab=1.13-2×0.0988=0.9324m</p><p>&

84、lt;b>　　由</b></p><p>　　代入公式得：F1=47.38% F1=48.92% ,均小于80%</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　Z=1.2-2×0.1704=0.859m Ab=1.13-2×0.0988=0.9324m</p>

85、;<p><b>　　由</b></p><p>　　代入公式得：F1=44.38% F1=44.11% ,均小于80%</p><p>　　表7 精餾段，提餾段塔板數(shù)據(jù)結(jié)果匯總</p><p><b>　　3 塔的負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　3.1 霧沫夾帶線

86、 【1】</p><p><b>　　已知泛點(diǎn)率</b></p><p>　　取ev=0.1kg液/kg氣為霧沫夾帶底限，即泛點(diǎn)率為80%</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p&g

87、t;<b>　　將</b></p><p><b>　　代入公式，</b></p><p><b>　　整理得： 即</b></p><p><b>　　（2）提餾段</b></p><p><b>　　將</b></p>

88、<p><b>　　代入公式，</b></p><p><b>　　整理得： 即</b></p><p><b>　　3.2 漏液線</b></p><p>　　把動能因子F0=5作為氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b>　　則，</b&g

89、t;</p><p><b>　　對于精餾段，</b></p><p><b>　?。?－25）</b></p><p><b>　　對于提餾段，</b></p><p><b>　?。?－26）</b></p><p><b

90、>　　3.3 液相下限</b></p><p>　　為保證正常傳質(zhì)過程的進(jìn)行，堰上最低液層高度為0.004m,取how=0.004m</p><p>　　又，代入解得：Ls=1.40m3/h （2－27）</p><p><b>　　3.4 液相上限</b></p><p>　　液體在降液管內(nèi)的停留時

91、間應(yīng)不低于3~5s，取τ=5s</p><p>　　由 （2－28）</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　3.5 液泛線</b></p><p>　　發(fā)生液泛時，臨界條件為 </p><p><b>　　=，其中，</

92、b></p><p>　　， （2－29）</p><p><b>　　（1）精餾段</b></p><p>　　hw=0.0536m,N=85,代入整理得：</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　hw=0.0490m,N=85,代

93、入整理得：</p><p>　　綜上：將精餾段與提餾段的各條性能曲線畫于坐標(biāo)系中，如圖4，5所示，由圖可知，各段操作點(diǎn)均在有效范圍內(nèi)。</p><p><b>　　從圖中得出</b></p><p>　　該塔精餾段的氣相負(fù)荷上限Vs，max=1.82m3/s ,氣相負(fù)荷下限Vs，min=0.55m3/s</p><p>

94、;　　提餾段的氣相負(fù)荷上限Vs，max=2.05m3/s ,氣相負(fù)荷下限Vs，min=0.55m3/s</p><p>　　所以精餾段操作彈性=3.31 （2－30）</p><p>　　提餾段操作彈性=3.73 （2－31）</p><p>　　圖4 精餾段負(fù)荷性能圖</p><p>　　表8 各條曲線所通過的點(diǎn)（精餾段）

95、</p><p>　　圖5 提餾段負(fù)荷性能圖</p><p>　　表9 各條曲線所通過的點(diǎn)（提餾段）</p><p><b>　　三 塔附件</b></p><p><b>　　1 接管</b></p><p><b>　　1.1 進(jìn)料管</b><

96、/p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型有很多，其中直管進(jìn)料方便，而且阻力小，故采用直管進(jìn)料，則進(jìn)料管的直徑，其中V為進(jìn)料流量，m3/s,u為進(jìn)料流速，m/s.</p><p>　　tF=78。78℃ 對密度做內(nèi)插</p><p>　　aA=32.04xF/［32.04xF+18.04(1-xF)］=0399</p><p>　　aB=1- aA=0

97、.611</p><p>　　得：ρL=883.64kg/m3 （3－1）</p><p>　　進(jìn)料方式有多種，由泵直接進(jìn)料操作方便且容易調(diào)節(jié)流量，但波動較大，本設(shè)計(jì)流量較大，采用泵直接進(jìn)料。則uF取1.3m/s。 【5】</p><p><b>　　則</b></p><p

98、>　　查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取 質(zhì)量為3.58kg/m</p><p><b>　　1.2 回流管</b></p><p>　　回流的方式一般有兩種，直管回流和彎管回流。本設(shè)計(jì)采用直管回流。本回流管為塔頂冷凝器的出口管，由冷凝氣的設(shè)計(jì)結(jié)果知：回流管的尺寸為</p><p>　　1.3 塔釜出料管

99、 【5】</p><p>　　塔底的液體出料管一般有直管出料和經(jīng)過裙座的彎管出料，本塔的塔徑不大，宜采用彎管出料?？紤]到安裝的需要，彎管的外型尺寸A小于裙座的內(nèi)徑D,取A=800mm.</p><p>　　該塔的出料管即為塔底再沸器的進(jìn)口管，由再沸器的設(shè)計(jì)結(jié)果知：取Φ114.3×4。查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量為10.88kg/m</

100、p><p>　　1.4 塔頂蒸汽出料管 【5】</p><p>　　對其提出料管的基本要求是：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。</p><p>　　出料氣體的體積流量V=V1/3600= 3873.96/3600=1.076m3/s，出料液流速選擇

101、u=20m/s,</p><p>　　則出料管直徑 （3－2）</p><p>　　查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，取 質(zhì)量為33.0kg/m</p><p>　　1.5 塔釜進(jìn)氣管 【5】</p><p>　　對他的氣體進(jìn)料管的基本要求是：避免液體

102、淹沒氣體通道，盡量使氣體沿塔的橫截面分布均勻，本設(shè)計(jì)采用帶有斜切口的直管進(jìn)氣，斜切口可改善氣體的分布狀況。</p><p>　　該塔的進(jìn)氣管即為塔底再沸器的出口管，由再沸器的設(shè)計(jì)結(jié)果知：取Φ244.5×6。查無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量為35.29kg/m。</p><p><b>　　1.6 法蘭的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的塔

103、為常壓操作塔，設(shè)計(jì)壓力為0.5MPa,故選擇法蘭時，以，0.6MPa作為其公稱壓力，即PN=0.6</p><p>　　則根據(jù)HG5010-58標(biāo)準(zhǔn)，均選擇標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，結(jié)果如表10所示：</p><p>　　表10 精餾塔各接管法蘭選擇 【6】</p><p>　　2塔頂?shù)踔?

104、 【7】</p><p>　　對于室外無框架的整體塔，塔高超過15m時，考慮到安裝檢修時起吊塔盤板及其它零件，在塔頂設(shè)置吊柱?？紤]本地基本不受地震載荷的影響，設(shè)計(jì)載荷定為W=5000N</p><p>　　塔徑D=1000mm,則查得其主要參數(shù)為：</p><p>　　質(zhì)量為238kg,標(biāo)準(zhǔn)圖號：HG

105、/T21639-1980-16</p><p>　　3 除沫器 【7】</p><p>　　對于氣體出料處，應(yīng)盡可能減少霧沫夾帶，以將低液體物料的損失，改善后續(xù)的工藝操作，為此，應(yīng)在塔的氣體出口處安裝適宜的除沫裝置。常用的除沫裝置有折板除沫器和絲網(wǎng)除沫器兩種。</

106、p><p>　　折板除沫器結(jié)構(gòu)雖然簡單，但金屬消耗量大，造價高；絲網(wǎng)除沫器則比表面積大，重量輕，空隙率達(dá)，效率高，壓降小，使用方便。故本塔采用絲網(wǎng)除沫器。</p><p>　　在計(jì)算塔徑時，求得，精餾段的最大氣速umax=1.622m/s，以這個速度作為設(shè)計(jì)空塔氣速。</p><p>　　則除沫器直徑 （3－3）</p><p>　　選用不銹鋼標(biāo)

107、準(zhǔn)型除沫器，規(guī)格：40-100，絲網(wǎng)尺寸為φ0.23</p><p><b>　　4 筒體與封頭</b></p><p><b>　　4.1 筒體</b></p><p>　　精餾塔可視為內(nèi)壓容器。其各種設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</p><p><b>　　a 設(shè)計(jì)壓力</b></

108、p><p>　　該精餾塔在常壓下操作，設(shè)計(jì)壓力取為0.5MPa</p><p><b>　　b 設(shè)計(jì)溫度</b></p><p>　　該精餾塔塔底采用加熱介質(zhì)為蒸汽，溫度不超過150℃,因此設(shè)計(jì)溫度定為150℃。</p><p><b>　　c 許用應(yīng)力</b></p><p>

109、　　該精餾塔筒體采用鋼板卷焊而成，材料選擇Q235-A，查得： </p><p><b>　　d 焊縫系數(shù)</b></p><p>　　按照GB150規(guī)定，焊縫系數(shù)主要考慮焊縫形式與對焊縫進(jìn)行無損檢驗(yàn)長度兩個因素，本設(shè)計(jì)采用全焊透對接焊，對焊縫作局部無損探傷，則=0.85</p><p><b>　　壁厚的確定：</b>&

110、lt;/p><p>　　計(jì)算厚度 （3－4）</p><p>　　由計(jì)算厚度查得，鋼板負(fù)偏差C1=0.25mm</p><p>　　該系統(tǒng)中甲醇對筒體腐蝕較小，年腐蝕率為0.1mm/a,設(shè)計(jì)壽命為20年。</p><p>　　則C2=0.120=2mm</p><p><b>　?。?－5）</b>&

111、lt;/p><p>　　取圓整值Δ=0.62，則筒體壁厚</p><p><b>　　4.2 封頭</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料選用Q235-A,除封頭的拼接焊縫需100%探傷外，其余均為對接焊縫局部探傷，則=0.85</p><p><b>　?。?－6）</b><

112、/p><p><b>　?。?－7）</b></p><p>　　取圓整值Δ=0.62，則封頭壁厚</p><p>　　以內(nèi)徑為公稱直徑，，選用封頭</p><p>　　查得封頭曲面高度h1=300mm,直邊高度h2=40mm,內(nèi)表面積F=1.71m3,容積V=0.272m3</p><p><

113、b>　　5 裙座</b></p><p>　　對于較高的立式容器，為抵抗風(fēng)載荷及地震載荷，同時為了安裝方便，一般安裝性能較好的裙式支座。本設(shè)計(jì)塔徑D=1200mm，塔高H〉15m,因此采用圓筒形裙座。</p><p>　　裙座結(jié)構(gòu)主要有座圈，基礎(chǔ)環(huán)，螺栓座及人孔。</p><p>　　尺寸確定：基礎(chǔ)環(huán)外（內(nèi)）徑 （3－8）</p>

114、<p>　　裙座因受整個塔體的重力載荷，壁厚需大些，δ取為8mm</p><p>　　則基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑Dbi=(1200+2×8)-0.3×103=916mm （3－9）</p><p>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑Dbo=(1200+2×8)+0.3×103=1516mm （3－10）</p><p>　　經(jīng)過圓整Dbi=1

115、000mm, Dbo=1600mm ,座圈與塔體間采取對接焊的形式。</p><p>　　考慮到安裝再沸器的需要，裙座高度H=3m</p><p><b>　　6 人孔 </b></p><p>　　6.1 人孔 【8】<

116、/p><p>　　為了檢查塔設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件，壓力容器需開設(shè)人孔。人孔的形狀一般有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應(yīng)力與受壓容器的筒身軸線平行。本設(shè)計(jì)的工作壓力不大，所以采用圓形人孔。圓形人孔的直徑一般為400~600mm,此塔選擇500mm直徑。</p><p>　　人孔主要由筒節(jié)，法蘭，蓋板和手柄組成，一般人孔手柄有兩個，通常情況下每隔6~8塊塔板需設(shè)置一個人孔

117、，本塔共14塊板，需設(shè)置2個人孔，每隔7塊塔板設(shè)置一個人孔。在有人孔的塔板處，板間距需增加，取HT’=800mm.</p><p>　　為了便于檢修和安裝，在裙座上也應(yīng)開設(shè)1~2個不帶蓋板的圓形人孔，直徑也為500mm.</p><p>　　根據(jù)化工處標(biāo)準(zhǔn)HG21515-95</p><p>　　這些人孔DN=500mm,PN為常壓，查得人孔的特征尺寸如下：<

118、/p><p>　　，螺栓螺母共20個，螺栓直徑×長度=M16×50,總質(zhì)量（每個人孔）50.7kg.</p><p><b>　　6.2 補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　開孔以后，一方面由于器壁材料被削弱會引起應(yīng)力的增加和容器強(qiáng)度的減弱，應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到2.5，另一方面由于結(jié)構(gòu)的連續(xù)性破壞，在開孔處會產(chǎn)生較大的附加彎曲應(yīng)力。因

119、此在開孔處都需要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)的形式有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，加強(qiáng)管補(bǔ)強(qiáng)和整鍛件補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，是采用一補(bǔ)強(qiáng)圈來增強(qiáng)開孔邊緣處的金屬強(qiáng)度?？紤]到焊接的方便，通常把補(bǔ)強(qiáng)圈放在殼體外側(cè)進(jìn)行單面補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈的材料，厚度一般與殼體相同。為檢驗(yàn)焊縫的緊密型，補(bǔ)強(qiáng)圈上需鉆M10螺孔一個，以通入壓縮空氣檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。</p><p>　　根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)原則，補(bǔ)強(qiáng)面積A’求取如下：

120、 【5】</p><p>　　被削弱的面積A= （3－11）</p><p>　　其中δ為殼體的計(jì)算壁厚，d為考慮腐蝕裕量的開孔內(nèi)直徑，C為厚度附加量，δnt為接管計(jì)算壁厚。為強(qiáng)度削弱系數(shù)，=1</p><p>　　d=di+2C2=500+2×2=504mm （3－12）</p>&l

121、t;p><b>　?。?－13）</b></p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)寬度B= （3－14）</p><p>　　外伸高度 （3－15）</p><p>　　內(nèi)伸高度 （3－16）</p><p><b>　　則筒體多余截面積</b></p><p><b&g

122、t;　　（3－17）</b></p><p><b>　　接管多余截面積</b></p><p><b>　?。?－18）</b></p><p>　　焊縫金屬截面積 （3－19）</p><p><b>　　則需補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><

123、p>　　A’=A-(A1+A2+A3)=1577.5-(438.5+95.7+36)=1077.3mm2 （3－20）</p><p><b>　　四 塔的總體高度</b></p><p>　　1 塔頂部空間高度HD</p><p>　　塔頂空間指指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取塔頂

124、間距為（1.5~2.0）HT,同時考慮到安裝除沫器的需要，塔頂空間高度HD取1000mm.</p><p><b>　　2 進(jìn)料板高度HF</b></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，HF取為600mm</p><p>　　3 設(shè)置有人孔的塔板間距HP</p><p>　　在有人孔的

125、塔板處，板間距需增加，取HP=800mm.</p><p><b>　　4 封頭高度H1</b></p><p>　　封頭高度包括曲面高度h1和直邊高度h2，則H1= h1+ h2=300+40=340mm （4－1）</p><p><b>　　5 裙座高度H2</b></p><p>　　在

126、求取裙座參數(shù)時已得，H2=3m</p><p>　　6 塔底空間高度HB</p><p>　　設(shè)釜液在塔底的存留時間為5min，則釜液高度</p><p><b>　?。?－2）</b></p><p>　　釜液上方需留有0.5~0.7m的空間高度，此處取0.6m，考慮到再沸器的安裝，再留有0.6m的高度。</p&

127、gt;<p>　　則HB=0.477+1.2=1.68m</p><p>　　7總高度H 【8】</p><p>　　=(28-4-1)×0.35+0.6+4×0.8+1+1.68+0.34+3=17.9m （4－3）</p&g

128、t;<p><b>　　五 塔所受的載荷</b></p><p><b>　　1 重力載荷</b></p><p>　　1.1 筒體重量 【9】</p><p>　　已知鋼板單位面積重量，則</

129、p><p>　　G＝0.006×7.85×103=47.1kg/m3</p><p><b>　　, （5－1）</b></p><p>　　1.2 塔板重量 【9】</p><p>　　查

130、得篩板的單位質(zhì)量約為75kg/m2</p><p><b>　　則（5－2）</b></p><p>　　1.3 保溫層重量 【9】</p><p>　　由于價格便宜，較易制造，選用膨脹珍珠巖（二級）作為保溫層材料。其密度為100kg/

131、m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.050kcal/m.h.℃.采用直接涂抹式保溫法。因?yàn)榘霃酱笥?000，操作溫度小于150℃，保溫層厚度選為60mm。</p><p><b>　　（5－3） </b></p><p>　　1.4 扶梯與平臺 【9】</p>

132、<p>　　選用鋼制平臺，150kg/m2,5m設(shè)置一個平臺，共設(shè)兩個，平臺寬度設(shè)置為0.5m. </p><p><b>　　則 （5－4）</b></p><p>　　選用籠式扶梯，40kg/m</p><p><b>　　則</b></p><p>　　1.5 塔總重估算&

133、lt;/p><p>　　前面已知塔頂?shù)踔亓繛?38kg，螺釘螺母及法蘭的總重估計(jì)為800kg.</p><p>　　則m=m筒體＋m塔板＋m保溫＋m梯+m平臺+m吊柱＋m’=6135kg （5－5）</p><p>　　2 風(fēng)載荷 【9】</p&

134、gt;<p>　　查得南京地區(qū)的基本風(fēng)壓為q0=350N/m2</p><p>　　風(fēng)壓高度變化系數(shù)為fi：10m_1.00/15m_1.14/20m_1.25</p><p>　　Dei=1200+120+400(扶梯當(dāng)量寬度)+500(平臺寬度) ≈2220mm,兩相鄰截面的水平分力為：</p><p><b>　?。?－6）</b