化工原理課程設(shè)計(jì)——甲醇與乙醇的精餾

1、<p>　　《化工原理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　題 目：甲醇-乙醇常壓精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)題目：甲醇—乙醇常壓精餾塔的設(shè)計(jì)4</p><p><b&

2、gt;　　1.2設(shè)計(jì)成果5</b></p><p>　　第二章 精餾過程的生產(chǎn)流程及特點(diǎn)5</p><p><b>　　2.1 概述5</b></p><p>　　2.2藝流程示意圖6</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算7</p><p><b>　

3、　3.1引言7</b></p><p><b>　　3.2物料衡算8</b></p><p>　　3.2.1原始數(shù)據(jù)8</p><p>　　3.2.2查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)8</p><p>　　3.2.3物料衡算9</p><p>　　3.2.4塔溫確定9</p

4、><p>　　3.2.5 q值的計(jì)算10</p><p>　　3.3 塔板數(shù)的確定10</p><p>　　3.3.1理論塔板數(shù) 的求取10</p><p>　　3.3.2用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算11</p><p>　　第四章 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1 塔的

5、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12</p><p>　　4.1.1精餾塔塔徑的計(jì)算12</p><p>　　4.1.2精餾塔有效高度的計(jì)算18</p><p>　　4.2 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算19</p><p>　　4.2.1溢流裝置計(jì)算19</p><p>　　4.2.2降液管20</p><p>

6、　　4.2.3塔板布置22</p><p>　　4.3 流體力學(xué)驗(yàn)算24</p><p>　　4.3.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）24</p><p>　　4.3.2漏液驗(yàn)算24</p><p>　　4.3.3液泛驗(yàn)算25</p><p>　　4.3.4霧沫夾帶驗(yàn)算25</p>&

7、lt;p>　　4.3.5液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間26</p><p>　　4.4 操作性能負(fù)荷圖26</p><p>　　4.4.1氣相負(fù)荷下限線26</p><p>　　4.4.2過量霧沫夾帶線26</p><p>　　4.4.3液相負(fù)荷下限線27</p><p>　　4.4.4液泛負(fù)荷上限線27&

8、lt;/p><p>　　4.4.5液泛線27</p><p>　　4.4.6操作性能負(fù)荷圖28</p><p>　　第五章 各接管的設(shè)計(jì)29</p><p><b>　　5.1進(jìn)料管29</b></p><p>　　5.2釜?dú)堃撼隽瞎?9</p><p>　　5.3

9、回流液管30</p><p>　　5.4塔頂上升蒸汽管30</p><p>　　第六章 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型30</p><p><b>　　6.1裙座30</b></p><p><b>　　6.2吊柱31</b></p><p>　　6.3冷凝器的選擇31&

10、lt;/p><p>　　6.4再沸器的選擇31</p><p>　　6.5進(jìn)料處加熱器的選擇32</p><p><b>　　附錄34</b></p><p>　　附錄一：設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表34</p><p>　　附錄二：參考文獻(xiàn)35</p><p><b>

11、　　附圖36</b></p><p><b>　　附圖一36</b></p><p><b>　　附圖二37</b></p><p><b>　　附圖三38</b></p><p><b>　　附圖四39</b></p>

12、<p><b>　　摘要:</b></p><p>　　精餾是化工分離中經(jīng)常遇到的環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)是采用浮閥塔對組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的甲醇和乙醇進(jìn)行精餾分離。本文詳細(xì)的介紹了甲醇和乙醇浮閥塔精餾分離的設(shè)計(jì)過程，畫出了塔盤的布量圖，工藝條件圖以及操作性能負(fù)荷圖形象直觀的展現(xiàn)了設(shè)計(jì)的結(jié)果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：精餾 浮閥塔 塔盤的布量圖 工藝條件圖 操作性

13、能負(fù)荷圖 Abstract: Distillation is often encountered in chemical separation areas. The tower design is the use of float valve similar to the composition and properties of methanol and ethan

14、oldistillation separation. This paper describes in detail methanol and ethanol distillation separation of the float valve tower design process, draw a tray cloth volume chart, the process maps and operating performance o

15、f the load diagram visually show</p><p>　　Keywords:float valve distillation tower, tray cloth volume chart, the process diagram, the operating performance of load diagram</p><p>　　第一章 化工原理課程設(shè)計(jì)任

16、務(wù)書</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)題目：甲醇—乙醇常壓精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、工藝條件及數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）原料液量kg/h,含甲醇（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　?。?）餾出液含甲醇%,殘液含乙醇%。</p><p><b>　　（3）

17、泡點(diǎn)進(jìn)料；</b></p><p>　?。?）料液可視理想液；</p><p><b>　　2、操作條件</b></p><p><b>　?。?）常壓操作；</b></p><p>　?。?）回流液溫度為塔頂蒸汽的露點(diǎn)；</p><p>　?。?）間接蒸汽加熱、

18、加熱蒸汽壓力為5 kgf/ ；</p><p>　?。?）冷卻水進(jìn)口溫度25°C；</p><p>　?。?）設(shè)備熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)成果</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)說明書一份；</p><p>　　2、設(shè)計(jì)圖紙包括負(fù)荷性能圖

19、、塔盤布量圖、浮閥塔（或篩板塔）工藝條件圖。</p><p>　　第二章 精餾過程的生產(chǎn)流程及特點(diǎn)</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　甲醇(俗稱“工業(yè)酒精”)是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，甲醇常用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷等有機(jī)產(chǎn)品，但同時(shí)也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在

20、深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應(yīng)可以制造一甲胺。</p><p>　　不同的用途，對甲醇的純度有不同的要求。在工業(yè)合成上，對甲醇的純度要求較高（常常要求達(dá)到99.9%以上），然而要獲得高純度的甲醇又有不同的方法，比如多級(jí)精餾、吸附、亞沸蒸餾等等。而本設(shè)計(jì)主要簡述甲醇-乙醇混合物精餾分離。</p><p>　　精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)性不同這一性質(zhì)，將混合物中

21、各組分進(jìn)行分離的單元操作。雖然甲醇和乙醇在氣味，外觀以及其他許多物性上有很多相似之處，但由于二者的揮發(fā)度有一定的差異，因此我們可以選擇用精餾的方法分離甲醇-乙醇混合液。相對于乙醇，甲醇的揮發(fā)度較小，故在精餾中甲醇為輕組分從塔頂采出，乙醇為重組分從塔底得到?；S中的精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(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。因此，單有精餾塔還

22、不能完成精餾操作。所以為實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)甚至還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備。</p><p>　　浮閥塔由于兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已成為國內(nèi)應(yīng)用廣泛的精餾塔塔型之一，并且在石油、化學(xué)工業(yè)中使用最為普遍。因此本設(shè)計(jì)也采用浮閥塔設(shè)計(jì)。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結(jié)果簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好，廣泛應(yīng)用在化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列

23、入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB168-68）內(nèi)，F(xiàn)1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。5、塔的造價(jià)低。浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p><b>　　2.2藝流程示意圖</b&

24、gt;</p><p>　　上圖是一個(gè)典型的板式連續(xù)精餾塔。塔內(nèi)有若干層塔板，每一層就是一個(gè)接觸級(jí)，它為氣液兩相提供傳質(zhì)場所。為向接觸級(jí)提供兩相接觸所需的氣流和液流，塔頂設(shè)有冷凝器將頂部的蒸氣冷凝成液體并部分往下流，塔底設(shè)有再沸器降低將塔底部的液體部分氣化向上流。操作時(shí)原料液自塔的中部某適當(dāng)位置連續(xù)地加入，塔頂冷凝液的一部分作為塔頂產(chǎn)品－稱為流出液連續(xù)產(chǎn)出，其余回流進(jìn)入塔頂；塔釜出來的液體經(jīng)再沸器部分氣化后，液體

25、作為塔底產(chǎn)品－稱為釜液連續(xù)排出，氣體則返回進(jìn)入塔底。在加料位置之上部分，上升蒸氣與頂部下來的液體逐級(jí)逆流接觸，進(jìn)行多次接觸級(jí)蒸餾，因此自下而上氣相易揮發(fā)組分濃度逐級(jí)增加；在加料位置之下部分，下降液體與底部上升的蒸氣逐級(jí)逆流接觸，也進(jìn)行多次接觸級(jí)蒸餾，因此自上而下也像難揮發(fā)組分濃度逐級(jí)增加?？傮w來看，全塔自塔底向上氣相中易揮發(fā)組分濃度逐級(jí)增加；自塔頂向下液相中難揮發(fā)組分濃度逐級(jí)增加。因此只要有足夠多的塔板數(shù)，就能在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊囊讚]發(fā)組

26、分Ａ，塔底得到高純度的難揮發(fā)組分Ｂ。</p><p>　　精餾過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)仍然是組分之間揮發(fā)度的差異（ ），而多次的接觸級(jí)蒸餾是其實(shí)現(xiàn)的手段。在一個(gè)精餾塔內(nèi)自上而下溫度逐級(jí)升高，塔頂溫度最低，塔釜溫度最高。引入料液的塔板叫做加料板，其上的部分成為精餾段；加料板以及其下的部分稱為提餾段。為在一個(gè)塔內(nèi)同時(shí)獲得高純度的Ａ和Ｂ，需要一個(gè)具有精餾段和提餾段的完整精餾塔。但是根據(jù)生產(chǎn)中的不同要求，可以采用只有精餾段或只有

27、提餾段的精餾塔，也可以使用一些特殊的精餾過程。曹作坊和一是連續(xù)地，也可以是間歇的。提供氣液兩相接觸的場所可以是塔板（板式塔），也可以是填料的表面（填料塔）。</p><p>　　第三章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　3.1引言</b></p><p>　　精餾所進(jìn)行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣、液兩相傳質(zhì)用的塔設(shè)備首先

28、必須要能使氣、液兩相得到充分接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。塔設(shè)備設(shè)計(jì)要具備下列各種基本要求：</p><p>　　氣、液處理量大，即當(dāng)生產(chǎn)能力大時(shí)，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(xiàn)象。</p><p>　　操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定操作，并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p&

29、gt;　　流體流動(dòng)的阻力少，可降低操作費(fèi)用。</p><p>　　結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)和檢修。</p><p><b>　　塔內(nèi)的滯留量要小。</b></p><p><b>　　3.2物料衡算</b></p>

30、<p><b>　　3.2.1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表3—1原始液：乙醇和水的混合物</p><p>　　3.2.2查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　表3—2 甲醇和乙醇的物理性質(zhì)</p><p>　　料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　

31、原料組成： = = 0.8118</p><p>　　餾出液組成： = = 0.9647</p><p>　　釜出液組成 = = 0.0704</p><p><b>　　3.2.3物料衡算</b></p><p>　　已知D= = =133.2762 kmol/h</p><p>　　總

32、物料衡算 F=D+W=133.2762+W</p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算 0.9647133.2762+0.0704W= 0.8118 F</p><p><b>　　聯(lián)立以上二式得：</b></p><p>　　F=160.7619kmol/h W=27.4857kmol/h</p><p&

33、gt;　　表3—3 物料衡算數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　3.2.4塔溫確定 </p><p>　　由于各操作階段的甲醇和乙醇的質(zhì)量百分含量已確定，所以根據(jù)甲醇和乙醇的質(zhì)量百分含量，利用表中數(shù)據(jù)用內(nèi)插值法求得各組分的溫度。</p><p><b>　

34、　表3—4塔溫</b></p><p>　　3.2.5 q值的計(jì)算 </p><p>　　假設(shè)為泡點(diǎn)進(jìn)料，則q = 1。</p><p>　　3.3 塔板數(shù)的確定</p><p>　　3.3.1理論塔板數(shù) 的求取</p><p>　　平衡線方程：y = </p><p><b

35、>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提餾段： </b></p><p>　　平衡線方程可寫為：x = </p><p>　　= = 0.96470 = 0.94086</p><p>　　= 0.94841 =

36、 0.91454 </p><p>　　= 0.93039 = 0.88611</p><p>　　= 0.91092 = 0.85617</p><p>　　= 0.89042 = 0.82548</p><p

37、>　　= 0.86941 = 0.79489 < 0.8118 = </p><p>　　改用提餾段操作線方程：</p><p>　　= 0.84190 = 0.75620</p><p>　　= 0.80078 = 0.7005

38、8</p><p>　　= 0.74154 = 0.62548</p><p>　　= 0.66156 = 0.53224</p><p>　　= 0.56226 = 0.42782</p><p>　　= 0.45105

39、 = 0.32354</p><p>　　= 0.33999 = 0.23069</p><p>　　= 0.24111 = 0.65608</p><p>　　= 0.16165 = 0.10091<

40、/p><p>　　= 0.10289 = 0.062584 < 0.0704 = </p><p>　　所以，理論塔板數(shù)為 = 16塊（含再沸器）。其中6塊精餾段理論板，16塊提餾段理論板，第6塊板為進(jìn)料板。</p><p>　　3.3.2用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算</p><p>　　因?yàn)?

41、 = = 0.96470 = 0.94086（塔頂?shù)谝粔K板）</p><p>　　= 0.86941 = 0.79489 (加料板)</p><p>　　= 0.10289 = 0.062584（塔釜）</p><p>　　根據(jù)公式 = ，得</p>

42、;<p>　　= 0.330289 = 0.42364</p><p>　　塔頂和塔釜的算術(shù)平均值： = = 0.3732</p><p><b>　　由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：</b></p><p>　　= 0.49 = 0.49 = 54.504%</p><p>　　求解

43、實(shí)際塔板數(shù) N = = = 27.5 28</p><p>　　第四章 精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1精餾塔塔徑的計(jì)算</p><p>　　1.查得有關(guān)甲醇與乙醇的安托因方程：</p><p>　　甲醇：lg( ) = A 得:

44、 = </p><p>　　乙醇： lg( ) = A 得: = </p><p>　　將 ， 代入 + = P進(jìn)行試差,求塔頂、進(jìn)料板、及塔釜的壓力和溫度：</p><p>　　1)塔頂： = 101.3 + 0.7 = 102kPa, = = 0.9647, 試差得 = 65.6 </p><p&g

45、t;<b>　　2)進(jìn)料板位置：6</b></p><p>　　精餾段實(shí)際板層數(shù)： = 5 / 54.504% = 9.17 9</p><p>　　每層塔板壓降： = 0.7kPa </p><p>　　進(jìn)料板壓力： = 101.3+0.7 9=107.6kPa， = =0.79489, 試差得 = 68.7 </p>

46、<p>　　3）提餾段實(shí)際板層數(shù)： = (11-4) / 54.504% = 18.35 19 </p><p>　　塔釜壓力： = 101.3+0.7 29 = 121.6kPa </p><p>　　塔釜： = = 0.062584， = 121.6kPa， 試差得 = 82.7 </p><p>　　求得精餾段及提餾段的平均壓力及溫度：&

47、lt;/p><p>　　精餾段： = = = 67.15 </p><p>　　= = = 104.8kPa</p><p>　　提餾段： = = = 75.71 </p><p>　　= = = 114.6kPa</p><p>　　2.平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算： </p>

48、<p>　　塔頂： = 0.9634 34+(1 0.96347) 46.07=34.4261kg/kmol</p><p>　　= 0.9867 34+(1 0.9867) 46.07=34.1608 kg/kmol</p><p>　　進(jìn)料板： = 0.86941 34+(1 0.86941) 46.07=35.5762 kg/kmol</p><p>

49、;　　=0.7949 34+(1 0.7949) 46.07=36.4756 kg/kmol</p><p>　　塔釜： = 0.04222 34+(1 0.04222) 46.07=45.5106 kg/kmol</p><p>　　= 0.0704 34+(1 0.0704) 46.07=45.2203 kg/kmol</p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量:

50、= = = 34.8685 kg/kmol</p><p>　　= = = 35.4509kg/kmol</p><p>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量： = = = 40.5434 kg/kmol </p><p>　　= = =40.84795 kg/kmol</p><p>　　表4—1 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><

51、;p>　　3.平均密度的計(jì)算：</p><p>　　1)汽相平均密度計(jì)算： </p><p>　　精餾段汽相平均密度： = = 1.2916kg/ </p><p>　　提餾段汽相平均密度： = = = 1.6019 kg/ </p><p>　　2)液相平均密度計(jì)算： = </p><p>　　塔頂：

52、 = 749.25 kg/ ， = 750.11 kg/ </p><p>　　= = = 0.9528</p><p>　　得 ： = = = 749.3750.11 kg/ </p><p>　　進(jìn)料板： = 746.4kg/ ， = 747.4 kg/ </p><p>　　= = = 0.74094&

53、lt;/p><p>　　得： = = = 746.7 kg/ </p><p>　　塔釜： = 733.5kg/ ， = 735.04 kg/ </p><p>　　= = = 0.05293</p><p>　　得： = = = 734.95 kg/ </p><p>　　精餾段液相平均密度：

54、 = = 746 kg/ </p><p>　　提餾段液相平均密度： = = 740.825 kg/ </p><p>　　表4—2 液相平均密度的計(jì)算</p><p>　　4.液體平均表面張力計(jì)算</p><p>　　液體平均表面張力按下式計(jì)算：</p><p>　　塔頂： = 65.6 ，由《化工原理》（

55、第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，陳敏恒）附錄</p><p>　　= 18.35mN/m， = 18.40mN/m</p><p>　　得： = +(1- ) =0.94086 18.35+(1-0.94086) = 18.353</p><p>　　進(jìn)料板： = 68.7 ，查手冊： = 17.86mN/m， = 18.00mN/m<

56、/p><p>　　得： = +(1- ) =0.8118 17.86+(1-0.8118) = 17.8887 mN/m</p><p>　　塔釜： = ，查附錄： =16.80 mN/m， = 17.18mN/m</p><p>　　得： = +(1- ) =0.0704 16.80+(1-0.0704) = 17.1532 mN/m</p>&l

57、t;p>　　精餾段液體表面平均張力： = = = 18.12085 mN/m</p><p>　　提餾段液體表面平均張力： = = =17.52246 mN/m</p><p>　　表4—3 液體平均表面張力計(jì)算</p><p>　　5.液體平均黏度計(jì)算：</p><p>　　液體平均黏度按下式計(jì)算： = </p&g

58、t;<p>　　塔頂： = 65.50℃</p><p>　　查由《化工原理》（第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，陳敏恒）附錄</p><p>　　= 0.315 mPa ， = 0.520 mPa </p><p>　　得： = = 0.32448mPa </p><p>　　進(jìn)料板： = 68.70℃，查附錄：

59、 = 0.305 mPa , = 0.485 mPa </p><p>　　得： = = 0.33544mPa </p><p>　　塔釜： = 82.7℃，查附錄： = 0.256 mPa , = 0.394 mPa </p><p>　　得： = = 0.3835mPa </p><p>　　精餾段液體平均黏度： = = 0.

60、35399 mPa </p><p>　　提餾段液體平均黏度： = = 0.35948 mPa </p><p>　　表4—4 液體平均黏度計(jì)算</p><p>　　6.氣液相體積流率計(jì)算</p><p>　　精餾段汽相體積流率： = = = 3.319 /s</p><p>　　液相體積流率： =

61、 = = 0.00382 /s</p><p>　　提餾段汽相體積流率： = = = 2.97185 /s</p><p>　　液相體積流率： = = = 0.008936 /s</p><p>　　表4—5 氣液相體積流率計(jì)算</p><p><b>　　7.塔徑的確定</b></p&

62、gt;<p>　　塔徑的確定，需求 = C ，C由下式計(jì)算：</p><p>　　由Smith圖查取。</p><p>　　取板間距，板上液層高度，則</p><p><b>　　精餾段塔徑的確定</b></p><p>　　圖的橫坐標(biāo)為 = = 0.02767，查smith圖：</p>

63、<p><b>　　Smith圖</b></p><p>　　得 = 0.086 ,C = 0.0843</p><p>　　= 0.0843 = 2.024m/s</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：u = 0.7 2.024 = 1.4168m/s</p><p>　　則精餾塔塔徑D

64、 = = = 1.7275m</p><p>　?。?）提餾段塔徑的確定：</p><p>　　圖的橫坐標(biāo)為： = = 0.06466，查smith圖，得 = 0.082， = 0.082 = 0.079860</p><p>　　= 0.07986 = 1.71553m/s</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔

65、氣速為 = 0.7 1.71553 = 1.200871m/s</p><p>　　則精餾塔塔徑 = = = 1.75911m</p><p>　?。?）按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，D = 1.8m</p><p>　　塔截面積： = = 4 = 2.5434 </p><p>　　精餾段實(shí)際空塔氣速為：u = = = 1.3

66、049m/s</p><p>　　提餾段實(shí)際空塔氣速為： = = = 1.1685m/s</p><p>　　4.1.2精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p>　　精餾段有效高度的計(jì)算： = ( ) = ( ) =3.15m</p><p>　　提餾段有效高度的計(jì)算： = ( ) = ( ) = 8.1m</p>

67、<p>　　每隔5層塔板開一人孔，人孔高度為0.5m人孔直徑為0.5m</p><p>　　人孔數(shù)： = (28/5)-1 = 4.6 </p><p>　　塔頂空間高度：取 =1m , </p><p>　　塔底空間高度： =2m，進(jìn)料板處板間距：</p><p>　　塔高：H=（N- - -1） +

68、 Hp + + + </p><p>　　=（28-5-1-1）×0.45+5×0.5+1+2+1×0.4</p><p><b>　　= 15.35m</b></p><p>　　4.2 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　4.2.1溢流裝置計(jì)算</p>&l

69、t;p>　　因塔徑D = 1.8m，可選用單溢流弓形降液管</p><p><b>　　1. 堰長 </b></p><p>　　單溢流： ，取 = 0.6×1.8 = 1.08m</p><p><b>　　2.溢流堰高度 </b></p><p>&

70、lt;b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度how可用Francis計(jì)算，</p><p><b>　　即</b></p><p>　　精餾段： = 0.00382 3600 = 13.752 /h</p><p><b>　　液體收縮系數(shù)計(jì)算圖</b>

71、;</p><p>　　= = 11.345, = = 0.6</p><p>　　查上圖得E=1.025, 則 =(2.84/1000) 1.025 = 0.0158526m</p><p>　　取板上清夜層高度 ，故 = 0.05-0.0158526 = 0.034147m</p><p>　　

72、提餾段： = 0.008936 3600 = 32.1696 /h</p><p>　　查得E = 1.042，則 (2.84/1000) 1.042 = 0.02844m</p><p>　　取板上清夜層高度 , 故 = 0.05-0.02844 = 0.02156m</p><p><b>　　4.2.2降液管 </b>

73、</p><p>　　1.降液管高度和截面積</p><p>　　因?yàn)?，查下圖（弓形降液管參數(shù)圖）得： , </p><p>　　所以 = 0.055 = 0.139887 ， = 0.115 1.8 = 0.207m</p><p><b>　　弓形降液管參數(shù)圖</b><

74、/p><p>　　依下式驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：</p><p>　　精餾段： = = 12.83s 5s</p><p><b>　　提餾段： </b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p><b>　　2.降液管底隙

75、高度</b></p><p>　　降液管底隙高度依下式計(jì)算： </p><p>　　取 =0.41m/s</p><p>　　則 精餾段： = = 8.9mm <0 .034147mm = </p><p>　　提餾段： = = 20.2mm < 0.02156mm = <

76、;/p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　4.2.3塔板布置</b></p><p><b>　　1．塔板的分塊</b&

77、gt;</p><p>　　因?yàn)镈=1800mm,故塔板采用分塊式，查表得，塔板分為5塊。</p><p>　　表4—6 塔板分塊數(shù)</p><p><b>　　2．邊緣區(qū)寬度確定</b></p><p>　　溢流堰前的安定區(qū)寬度：WS=0.07m</p><p>　　邊緣區(qū)寬度：WC=0.03

78、5m</p><p><b>　　3．開孔區(qū)面積計(jì)算</b></p><p>　　開孔區(qū)面積按下式計(jì)算： </p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p

79、>　　4．浮閥塔計(jì)算及其排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm</p><p><b>　　1)浮法數(shù)目</b></p><p>　　浮法數(shù)目按下式計(jì)算： </p><p>　　氣體通過閥孔的速度： </p><p&g

80、t;　　取動(dòng)能因數(shù)F=11 則</p><p><b>　　精段： </b></p><p><b>　　個(gè) 取288個(gè)</b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　個(gè)取287個(gè)</b></p><

81、p><b>　　2)排列</b></p><p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排。設(shè)相近的閥孔中心距t=88mm，畫出閥孔排列圖（如下圖）：通道板上可排閥孔60個(gè).弓形板可排閥孔56個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為N=56×2+60×3=292個(gè).</p><p><b>　　3)校核</b></p>&

82、lt;p><b>　　a)精餾段</b></p><p>　　氣體通過閥孔的實(shí)際速度： </p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因素： =9.515 </p><p><b>　　b)提餾段：</b></p><p>　　氣體通過閥孔的實(shí)際速度： </p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因

83、素： =8.52 </p><p><b>　　開孔率：</b></p><p>　　開孔率在10%~14%之間，且實(shí)際動(dòng)能因數(shù)F0在9~12間，滿足要求。</p><p>　　4.3 流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　4.3.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p><b&

84、gt;　　單板壓降： = </b></p><p>　　閥片全開前： =19.9=19.9=0.0389</p><p>　　=19.9=19.9=0.039</p><p>　　閥片全開后: =5.34=5.34=0.0425</p><p>　　=5.34=5.34=0.0427</p><p>　

85、　取板上液層充氣因數(shù) ，那么 = = =0.5 0.05= 0.025m</p><p>　　氣體克服液體表面張力所造成的阻力可由下式計(jì)算： = </p><p>　　但由于氣體克服液體表面張力所造成的阻力通常很小，可忽略不計(jì)。</p><p>　　(1) 精餾段： = =0.03896+0.025=0.0639</p><p>　　(

86、2) 提餾段： =0.064</p><p><b>　　4.3.2漏液驗(yàn)算</b></p><p><b>　　1．精餾段：</b></p><p>　　氣體通過閥孔時(shí)的速度： </p><p><b>　　2．提餾段</b></p><p>　　氣體

87、通過閥孔時(shí)的速度：</p><p><b>　　4.3.3液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　降液管內(nèi)泡沫液層高度可按下式計(jì)算：</p><p>　　Hd=hp+hw+how+Δ+hd=hp+hL +hd≤φ（HT+hw）</p><p>　　浮法塔的頁面落差一般不大，常可忽略不計(jì)</p><p&g

88、t;　　1． 精餾段 hp =0.064m , hL =0.05m</p><p>　　塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)： </p><p>　　Hd=0.062+0.05+0.00005=0.11205m</p><p>　　取φ=0.5 ，φ（HT+）=0.45×（0.35+0.034147）=0.24207m，Hd<φ（HT+hw</p>

89、<p>　　2． 提餾段 ′, </p><p>　　塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：</p><p>　　取φ=0.5 ，φ（HT+）=0.5×（0.45+0.01591）=0.11475m，H′d<φ（HT+ h′W）</p><p>　　4.3.4霧沫夾帶驗(yàn)算</p><p>　　泛點(diǎn)百分率可取下列兩式計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果

90、中較大的數(shù)值：</p><p><b>　　, </b></p><p>　　ZL=D-2Wd ， Ab=AT-2Af</p><p><b>　　1． 精餾段：</b></p><p><b>　　2．提餾段：</b></p><p>　　4.3.5液

91、體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p><b>　　1． 精餾段： </b></p><p><b>　　2．提餾段： </b></p><p>　　4.4 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　4.4.1氣相負(fù)荷下限線</p><p><b>　　1．精餾段： &

92、lt;/b></p><p><b>　　2．提餾段： </b></p><p>　　4.4.2過量霧沫夾帶線</p><p><b>　　1．精餾段： </b></p><p><b>　　0.1= </b></p><p><b>　

93、　得： </b></p><p>　　2．提餾段：0.1= </p><p><b>　　得： </b></p><p>　　4.4.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　1． 0.006m，并設(shè)修正系數(shù)為E=1.02，則</p><p><b>　　得： </b

94、></p><p>　　2．同理得，提餾段： </p><p>　　4.4.4液泛負(fù)荷上限線</p><p><b>　　4.4.5液泛線</b></p><p><b>　　泛液線方程：</b></p><p><b>　　1．精餾段：</b>&

95、lt;/p><p><b>　　2．提餾段：</b></p><p>　　4.4.6操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　由圖可知，該塔的操作上限為霧沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖可讀得：</p><p>　　(Ls)max=16.3m3/h , (LS)min=6.5m3/h</p><p>

96、　　所以，塔的操作彈性為 </p><p>　　由圖可知，該塔的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖可讀得：</p><p>　　(Ls)max=39.3m3/h , (LS)min=14.8m3/h</p><p>　　所以，塔的操作彈性為 </p><p>　　第五章 各接管的設(shè)計(jì)</p><p>&l

97、t;b>　　5.1進(jìn)料管</b></p><p>　　查得66.9℃時(shí)，ρA=747.9 Kg/m3 ，ρB=748.9 Kg/m3 ，</p><p><b>　　故 Kg/m3</b></p><p>　　進(jìn)料體積流量; = m3/s</p><p>　　取適宜的輸送速度uf=2.0m/s

98、, 故 =0.0416 m</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB/T17395-1988)，規(guī)格：φ45×1.5mm</p><p>　　實(shí)際管內(nèi)流速： =1.96255 m/s </p><p><b>　　5.2釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/b></p><p>　　釜?dú)堃旱捏w積流量： m3/s<

99、;/p><p>　　取適宜的輸送速度：uf=1.5m/s, 則 m</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：φ27×3mm</p><p>　　實(shí)際管內(nèi)流速： </p><p><b>　　5.3回流液管</b></p><p>　　回流液體積流量： m3/s</p

100、><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度uL=0.5m/s</p><p>　　那么 =0.09660 m</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：φ102×2mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速： </b></p><p>　　5.4塔頂上升蒸汽管<

101、;/p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積V流量：</p><p><b>　　= m3/s</b></p><p>　　取適宜速度uV=20m/s，那么 =0.4464 m</p><p>　　經(jīng)圓整選取拉制黃銅管，規(guī)格：φ480×10mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速

102、： </b></p><p>　　第六章 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p><b>　　6.1裙座</b></p><p>　　塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)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(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取16mm。</p>

103、<p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： </b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑： </b></p><p>　　圓整：，基礎(chǔ)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>　　6.2吊柱</b></p><

104、;p>　　對于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，即經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑D=2000mm，可選用吊柱500kg S=1000m ,L=3400mm,H=1000mm材料為A3。</p><p><b>　　6.3冷凝器的選擇</b></p><p>

105、　　有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為：500～1500kcal/( )</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)取</b></p><p>　　出料液溫度：65.3℃（飽和氣）65.3℃（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：25℃40℃</p><p>　　逆流操作： = 40.3℃, = 25.3

106、℃</p><p>　　= = = 32.22℃</p><p>　　查表知： = 1101kJ/kg = 35232kJ/kmol</p><p>　　= 846kJ/kg = 38916kJ/kmol</p><p>　　則 r = 35232 0.9647+38916 0.0353 = 35362kJ/kmol</p&g

107、t;<p>　　則 Q = 35362 133.2762 = 4712912.984kJ/h</p><p>　　傳熱面積為：A = = = 13.89 </p><p>　　故所選換熱器為: JB/T 4717—92 </p><p>　　DN=325mm, N=2, L=1.4519m, A=15.8 </p>

108、<p><b>　　6.4再沸器的選擇</b></p><p>　　T = 151.13℃. 取</p><p>　　查表知： = 1160kJ/kg = 37120kJ/kmol</p><p>　　= 960kJ/kg = 44160kJ/kmol</p><p>　　則 = 37120 + 4

109、4160 (1-0.062584) = 43719.4 kJ/kmol</p><p>　　則 Q = (R+1)D = 43719.4 3.1717 133.2762 1.05 = 20294755.46 kJ/h</p><p>　　又 = 2113.2 kJ/kg , = 68.3℃</p><p>　　m = Q/ = 9603.8 kJ/

110、h</p><p>　　A = = = 23.866 </p><p>　　故所選換熱器為: JB/T 4714—92 </p><p>　　DN=500mm, N=2, L=3.025m, A=28.3 </p><p>　　6.5進(jìn)料處加熱器的選擇</p><p>　　原料液溫度：25℃（原料

111、液溫度）66.9℃（目標(biāo)溫度）</p><p>　　查表知： = 2.63kJ/kg = 84.16kJ/mol </p><p>　　= 3.18 kJ/kg = 146.28 kJ/mol </p><p>　　= 2113.2 kJ/kg</p><p>　　則 Q = [84.16 0.8118+146.28 (1-0.811

112、8)] 160.7619 = 645644.9062 kJ/h</p><p>　　則 m = Q/ = 318.65 kJ/h</p><p>　　又 = 126.13℃, = 82.43℃</p><p>　　= = = 102.74℃</p><p>　　A = = = 0.345 </p>&l

113、t;p>　　故所選換熱器為: JB/T 4715—92 </p><p>　　DN=159mm, N=2, L=1.5m, A=1.2 </p><p><b>　　個(gè)人感受</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對《化工原理》、《分離過程》等課程有了更深入的理解。這些課程都是實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，為了學(xué)好這些課程，

114、必須在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐。一個(gè)人的力量是有限的，要想把課程設(shè)計(jì)做的更好，就要學(xué)會(huì)參考一定的資料，吸取別人的經(jīng)驗(yàn)，讓自己和別人的思想有機(jī)的結(jié)合起來，得出屬于自己的靈感。</p><p>　　課程的設(shè)計(jì)需要有耐心，有些事情看起來很復(fù)雜，但問題需要一點(diǎn)一點(diǎn)去解決，分析問題，把問題一個(gè)一個(gè)劃分，劃分成小塊以后就逐個(gè)去解決。再總體解決大的問題。這樣做起來不僅有條理也使問題得到了輕松的解決。</p>

115、<p>　　在這個(gè)過程中，我們也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿佛成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費(fèi)了我們不少的心血，這就讓我們不得不佩服開發(fā)技術(shù)的前輩，才意識(shí)到老一輩對我們社會(huì)的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣?huì)所付出多少心血??！</p><p>　　對我而言，知識(shí)上的收獲重要

116、，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)我對于專業(yè)課的學(xué)習(xí)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，以為現(xiàn)在學(xué)的知識(shí)用不上就加以怠慢，等到想用的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)原來是那么的不扎實(shí)。以后努力學(xué)好每門專業(yè)課，讓自

117、己擁有更多的知識(shí)，才能解決更多的問題！</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一：設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p><b>　　浮閥塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　附錄二：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　

118、　【1】馬沛生編,化工數(shù)據(jù)。中國石化出版社，2003</p><p>　　【2】陳敏恒編，化工原理 （上、下冊），第三版?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。</p><p>　　【3】國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編，化工工藝設(shè)計(jì)手冊，第二版?；瘜W(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【4】吳宗澤編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，第二版?；瘜W(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【5】褚林

119、、劉瑾等編，化工原理。石油工業(yè)出版社</p><p>　　【6】中國石化集團(tuán)上海工程有限公司組織編寫，董其伍等編，石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊—換熱器。化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【7】Carl L.Yaws,Chemical Properties Handbook。Mc Graw-Hill Book</p><p><b>　　附圖</b>

120、;</p><p><b>　　附圖一</b></p><p><b>　　附圖二</b></p><p><b>　　塔盤布置</b></p><p><b>　　板面開孔</b></p><p><b>　　附圖三&l