課程設(shè)計(jì)---常壓氯仿-苯篩板精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p>　　化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：常 壓 氯仿-苯 篩 板 精 餾 塔 的 設(shè) 計(jì) </p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件：</b></p><p>　　體系：苯—甲苯體系 </p><p>　　已知：進(jìn)料量F= 240

2、 kmol/h</p><p>　　進(jìn)料濃度ZF= 0.4 （摩爾分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)：q＝ 0.5 </p><p>　　操作條件：塔頂壓強(qiáng)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

3、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= 0.995 ；XW= 0.002 ；回流比R/Rmin =1.6 。</p><p><b>　　一．前言5</b></p><p>　　1.精餾與塔設(shè)備簡介5</p><p&

4、gt;<b>　　2.體系介紹5</b></p><p>　　3.篩板塔的特點(diǎn)6</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)要求:6</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)說明書7</b></p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)計(jì)算書8</b>&l

5、t;/p><p>　　1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定8</p><p>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)8</p><p><b>　　1.2加熱方式8</b></p><p>　　1.3回流比（R）的選擇8</p><p>　　1.4 塔頂冷凝水的選擇8</p><p>　　2.流程簡介及

6、流程圖8</p><p><b>　　2.1流程簡介8</b></p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定9</p><p>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算9</p><p>　　3.1.1物料衡算9</p><p>　　3.1.2 q線方程9</p><p&

7、gt;　　3.1.3 Rmin和R的確定10</p><p>　　3.1.4精餾段操作線方程的確定10</p><p>　　3.1.5精餾段和提餾段氣液流量的確定10</p><p>　　3.1.6提餾段操作線方程的確定10</p><p>　　3.1.7圖解法求解理論板數(shù)如下圖:11</p><p>　　3

8、.2實(shí)際板層數(shù)的確定11</p><p>　　4精餾塔工藝條件計(jì)算11</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇11</p><p>　　4.2操作溫度的計(jì)算12</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算13</p><p>　　4.3.1 密度及流量13</p>

9、<p>　　4.3.2液相表面張力的確定：14</p><p>　　4.3.3 液體平均粘度計(jì)算15</p><p>　　4.4塔徑的確定15</p><p>　　4.4.1精餾段15</p><p>　　4.4.2提餾段16</p><p>　　4.5塔有效高度17</p><

10、;p>　　4.6整體塔高17</p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定18</p><p>　　5.1溢流裝置18</p><p>　　5.1.1堰長lw18</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)w18</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af18</p>&l

11、t;p>　　5.1.4降液管底隙高度19</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列19</p><p>　　5.2.1塔板的分塊19</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定19</p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算19</p><p>　　5.2.4篩孔計(jì)算及其排列20<

12、/p><p>　　6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)20</p><p>　　6.1塔板壓降20</p><p>　　6.1.1干板阻力計(jì)算20</p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算21</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算21</p><p>　　6.1.4氣體通

13、過每層塔板的液柱高21</p><p>　　6.2 篩板塔液面落差可忽略21</p><p>　　6.3液沫夾帶21</p><p><b>　　6.4漏液22</b></p><p><b>　　6.5液泛22</b></p><p>　　7.塔板負(fù)荷性能圖22

14、</p><p><b>　　7.1漏液線22</b></p><p>　　7.2液沫夾帶線23</p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線24</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線24</p><p><b>　　7.5液泛線24</b></p>

15、<p>　　7.6操作彈性25</p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)26</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）26</p><p>　　8.1.1方案Ⅰ：垂直管26</p><p>　　8.1.2方案Ⅱ：水平管29</p><p>　　8.2各種管尺寸的確定30</p

16、><p>　　8.2.1進(jìn)料管30</p><p>　　8.2.2釜?dú)堃撼隽瞎?0</p><p>　　8.2.3回流液管31</p><p>　　8.2.4再沸器蒸汽進(jìn)口管31</p><p>　　8.2.5 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管31</p><p>　　8.2.6冷凝水管32<

17、;/p><p>　　8.3冷凝水泵32</p><p>　　9.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總33</p><p>　　10. 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊34</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

18、，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)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來實(shí)現(xiàn)分離目的。例如，設(shè)計(jì)所選取的氯仿-苯體系，加熱氯仿（沸點(diǎn)61℃）和甲苯（沸點(diǎn)80.2℃）的混合物時(shí),由于氯仿的沸點(diǎn)較苯為低,即氯仿?lián)]發(fā)度較苯高,故氯仿較苯易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到氯仿組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過程，即可將氯仿和苯分離。這多次進(jìn)行部分汽

19、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><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(jī)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?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及

20、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)中的蒸餾多為多組分精餾，本設(shè)計(jì)著重討論常壓下的雙組分精餾，即苯-甲苯體系。</p><p>　　在化學(xué)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(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>

21、　　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。　　篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)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(shí)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(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：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

22、耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本設(shè)計(jì)討論的就是篩板塔。</p><p><b>　　2.體系介紹</b></p><p>　　氯仿，沸點(diǎn)為61℃；苯，沸點(diǎn)為80.2℃，是非常重要的化工原料，都為最常見的有機(jī)溶劑，因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。氯仿-苯二組分混合液為非理想體系。</p><

23、;p>　　苯（A）～氯仿（B）二組分體系在下的氣～液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　可應(yīng)用篩板精餾塔進(jìn)行分離。二元體系T-X-Y圖如下：</p><p><b>　　3.篩板塔的特點(diǎn)</b></p><p>　　篩板塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)持點(diǎn)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>　　孔徑篩板

24、(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(diǎn)足結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)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(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。</p><p>　　應(yīng)

25、予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，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(jǐn)慎。近年來，由于設(shè)計(jì)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(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。</p><p><b>　　4.設(shè)計(jì)要求

26、:</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)條件：</b></p><p>　　體系：氯仿-苯體系 </p><p>　　已知：進(jìn)料量F= 240 kmol/h</p><p>　　進(jìn)料濃度ZF= 0.4（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)：q＝ 0.5 </p&g

27、t;<p>　　操作條件：塔頂壓強(qiáng)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= 0.995 ；XW= 0.002 ；回流

28、比R/Rmin =1.6 。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　?。?） 設(shè)計(jì)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(diǎn)，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、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但適合于小規(guī)模、多品種或多

29、組分物系的初步分離。故分離氯仿-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(shí)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(zhǔn)確控制回流比。</p><p>　　（2） 篩板塔設(shè)計(jì)須知</p><p>　　

30、（1）篩板塔設(shè)計(jì)是在有關(guān)工藝計(jì)算已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對于氣、液恒摩爾流的塔段，只需任選其中一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可將該設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)；全塔最下面一段塔段，通常選最下面一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣計(jì)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

31、異。對篩孔少、塔徑大的塔段，為減少進(jìn)塔壁處液體“短路”，可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當(dāng)不同塔段的塔徑相差較大時(shí)才考慮采用不同塔徑，即異徑塔。</p><p>　?。?） 篩板塔的設(shè)計(jì)程序</p><p>　?。?）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><b>　　式及泛點(diǎn)百分率。</b></p

32、><p><b>　?。?）塔徑計(jì)算。</b></p><p>　?。?）塔板版面布置設(shè)計(jì)及降液管設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）塔板操作情況的校核計(jì)算——作負(fù)荷性能圖及確定確定操作點(diǎn)。</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)計(jì)算書</b></p><p><b>　　

33、1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</b></p><p><b>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，氣液混合物進(jìn)料，q＝0.5。</p><p><b>　　1.2加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)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

34、熱量供應(yīng)；由于氯仿-苯體系中，氯仿是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，苯為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，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(shí)際操作的R必須大于Rmin，但并無上限限制。選定操作R時(shí)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

35、使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，既操作費(fèi)用增大。若R值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)考慮以上原則，選用：R＝1.6Rmin。</p><p>　　1.4 塔頂冷凝水的選擇</p>

36、<p>　　采用深井水，溫度t＝12℃</p><p>　　2.流程簡介及流程圖</p><p><b>　　2.1流程簡介</b></p><p>　　含氯仿0.4（摩爾分?jǐn)?shù)）的氯仿-苯混合液經(jīng)過預(yù)熱器，預(yù)熱到q=0.5。進(jìn)入精餾塔后分離，塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含氯仿0.995），一部分回流再進(jìn)入塔中，塔底殘留液給再沸器

37、加熱后，部分進(jìn)入塔中，部分液體作為產(chǎn)品排出塔體（含氯仿0.002）。</p><p>　　2.2簡略流程圖如下：</p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定</p><p><b>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1.1物料衡算</b></p>

38、;<p>　　已知進(jìn)料量F＝240kmol/h，進(jìn)料組成XF＝0.4，進(jìn)料q＝0.5</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：XD＝0.995，Xw=0.002 </p><p>　　衡算方程 ： </p><p>　　3.1.2 q線方程</p><p>　　XF＝0.4 q＝0.5q線方程為：y=-x+0.8<

39、/p><p>　　由q線和平衡線交點(diǎn)確定Xe=0.3338，Ye=0.4662</p><p>　　3.1.3 Rmin和R的確定</p><p>　　R=1.6Rmin=1.6*3.9939=6.3903</p><p>　　3.1.4精餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：<

40、;/b></p><p>　　3.1.5精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p>　　已知 D＝96.19kmol/h R＝6.3903</p><p>　　精餾段：L＝RD＝614.7kmol/h</p><p>　　V＝（R＋1）D＝710.9 kmol/h</p><p>　　提餾段：L’＝L＋qF=

41、734.7 kmol/h</p><p>　　V’＝V－（1－q）F＝590.9kmol/h</p><p>　　3.1.6提餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　3.1.7圖解法求解理論板數(shù)如下圖:</p><p>　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)在a

42、utoCAD中畫圖得出塔板數(shù)為47.98。其中精餾段8塊，提餾段39.98塊。</p><p>　　因蒸餾釜相當(dāng)于一塊理論板,故總理論板數(shù)為46.98塊，</p><p>　　3.2實(shí)際板層數(shù)的確定</p><p>　　N精=8/0.52=15.4≈16</p><p>　　N提=39.98/0.52=76.9≈77(包括再沸器)</p

43、><p>　　NP＝N精+N提＝77+16=93塊</p><p>　　4精餾塔工藝條件計(jì)算</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)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(jì)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(dǎo)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

44、壓操作。由于氯-仿苯體系對溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓</p><p>　　其中塔頂壓力P頂=101.3+4=105.3kPa </p><p>　　單板壓降ΔP=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力PF=105.3+0.7*16=116.5 kPa</p><p>　　塔底壓力P底=105.3

45、+0.7*93=170.4kPa </p><p>　　平均操作壓力Pm=105.3/2kPa+170.4/2kPa=137.85 kPa</p><p>　　4.2操作溫度的計(jì)算</p><p>　　q=0.5進(jìn)料，XF=0.4，汽化率1-q=0.5,</p><p>　　根據(jù)t-x-y圖，得TF=76.7℃</p><

46、p>　　進(jìn)料板上一塊塔板上組分為X＝0.3924 所以該板上溫度為：</p><p>　　進(jìn)料板下一塊塔板上組分為X＝0.3394 所以該板上溫度為：</p><p>　　II.塔頂溫度:tD=61.2℃ 塔底溫度：tw=80.2℃</p><p>　　III.精餾段平均溫度：℃</p><p>　　提餾段平均溫度：℃ </p

47、><p><b>　　全塔平均溫度 ℃</b></p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算</p><p>　　4.3.1 密度及流量</p><p>　　氯仿分子量為：119.4kg/kmol (Ma)　　　　　苯的分子量為：78.1kg/kmol (Mb)　　　</p><p

48、><b>　?、瘛⒕s段</b></p><p><b>　　精餾段平均溫度℃</b></p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.856，ya＝0.942</p><p>　　=1398.7，=827.7</p><p><b>　　液相平均分子量：</b><

49、/p><p>　　Ml=XaMa+(1-Xa) Mb=113.5 kg/kmol</p><p><b>　　氣相平均分子量：</b></p><p>　　Mv= yaMa+(1-ya) Mb=117.1 kg/kmol</p><p><b>　　液相密度： </b></p><p

50、>　　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><b>　　Ⅱ、提餾段</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度：℃</b></

51、p><p>　　查t-x-y圖得 xa＝0.358，ya＝0.499</p><p>　　=1378.6，=816.9</p><p><b>　　液相平均分子量：</b></p><p>　　Ml’=XaMa+(1-Xa) Mb=92.9kg/kmol</p><p><b>　　氣相平均

52、分子量：</b></p><p>　　Mv’= yaMa+(1-ya) Mb= 98.7kg/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><p&

53、gt;<b>　　氣相流量： </b></p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定：</p><p><b>　　塔頂液相表面張力</b></p><p>　　=61.2℃, =21.98 ,=23.50</p><p>　　=0.995*21.98+(1-0.995)*23.50=21.8

54、8</p><p><b>　　進(jìn)料板液相表面張力</b></p><p>　　tF=76.7℃, =20.01, =21.54</p><p>　　=0.4*20.01+0.6*21.54=20.93</p><p><b>　　塔底液相表面張力</b></p><p>　

55、　tw=80.1℃，=19.57，=21.10</p><p>　　=0.002*19.58+0.998*21.12=21.10</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(jì)算</p

56、><p><b>　　塔頂液體粘度:</b></p><p>　　=61.2℃,=0.391,=0.391</p><p>　　同理,進(jìn)料板液體=0.332</p><p>　　塔底液體=0.328</p><p>　　精餾段平均液相粘度(+)/2=0.362</p><p>

57、　　提餾段平均液相粘度(+)/2=0.330</p><p>　　全塔平均液相粘度(+)/2=0.360</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 &l

58、t;/p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　取塔板間距=0.5m，板上液層高度，</p><p>　　那么分離空間：- h1=0.5-0.07=0.43m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　U=0.7=0.7*1.32=0.93</p&

59、gt;<p>　　圓整得 D=2.4m</p><p><b>　　塔截面積： </b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.4.2提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b>&

60、lt;/p><p>　　取塔板間距HT=0.5m，板上液層高度，那么分離空間：</p><p>　　HT-h1=0.5-0.07=0.43m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　U’=0.7=0.7*1.26=0.882 </p><p>　　圓整取 D=2.4m</p>&l

61、t;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 </b></p><p><b>　　提餾段有效高

62、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,所以應(yīng)多加高(0.7-0.5)×13=2.6m</p><p>　　Z=++1.3=48.1m</p><p><b>　　4.6整體塔高</b></p><p><b>　　(

63、1)塔頂空間HD</b></p><p>　　取HD=1.6HT=0.8m加一人孔0.6米,共為1.4m</p><p><b>　　(2)塔底空間</b></p><p>　　塔底儲液高度依停留4min而定</p><p><b>　　m</b></p><p>

64、;　　取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間再開一直徑為0.6米的人孔</p><p>　　Hw=1+1.00=2 m</p><p>　　(3)整體塔高H=Z+HW+HD=48.1+2+1.4=51.6m</p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b></p

65、><p>　　選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進(jìn)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＝0.662.4＝1.584m</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)w</p><p>　　hw＝hL－h(huán)ow 其中</p

66、><p>　　近似取E＝1，lw＝1.584m </p><p><b>　　，</b></p><p>　　得how=0.031m ，how’= 0.035m</p><p>　　取 </p><p><b>　　取為0.04</b></p>

67、<p><b>　　取為0.04</b></p><p><b>　　實(shí)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>　　可得 </b></p&

68、gt;<p><b>　　取0.32m</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間</p><p>　　停留時(shí)間>5s 故降液管尺寸可用。</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度</p><p>　　h0=hw-0.006=0.034m</p><p>　　降

69、液管底隙高度設(shè)計(jì)選用凹形受液盤，深度</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=2400mm，故塔板采用分層，查表塔板分為6塊。</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取m</b><

70、;/p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p>　　∴X=1.2-（0.32+0.07）=0.81m，r=1.2-0.05=1.15m，=3.39</p><p>　　5.2.4篩孔計(jì)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

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

72、;<p><b>　　6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)</b></p><p><b>　　6.1塔板壓降</b></p><p>　　6.1.1干板阻力計(jì)算</p><p>　　由/δ=1.67查圖得=0.772</p><p>　　故精餾段= 0.051（ρv/ρl）×（Uo/Co）2

73、</p><p>　　=0.051×(5.708/1214.6)×(11.83/0.772)=0.0563m液柱</p><p>　　提餾段= 0.051（ρv’/ρl’）×（Uo’/Co）2</p><p>　　=0.051×(4.68/1006.4)×(10.11/0.772)=0.0407m液柱</p&g

74、t;<p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算</p><p>　　Ua=Vs/(At-2Af)=4.05/(4.52-2×0.3254)=1.047m/s =Ua=2.501 查表得β=0.571</p><p>　　Ua’=Vs’/(At-2Af)= 3.46/(4.52-2×0.3254)=0.894m/s ’=Ua’=1.934 查

75、表得β’=0.586</p><p>　　精餾段Hl=β(hw+hw)=0.571×(0.031+0.04)=0.04054m（液柱）</p><p>　　提餾段Hl’=β’(hw+h’w)=0.586×(0.04+0.035)=0.04395m（液柱）</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算</p><p&

76、gt;<b>　　精餾段=液柱</b></p><p><b>　　提餾段=液柱</b></p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高</p><p><b>　　可按下計(jì)算</b></p><p>　　∴精餾段=0.0563+0.04054+0.00144=0.09

77、83m液柱</p><p>　　提餾段=0.0407+0.04395+0.00170=0.0864m液柱</p><p>　　6.2 篩板塔液面落差可忽略</p><p><b>　　6.3液沫夾帶</b></p><p><b>　　(kg液/kg氣)</b></p><p&g

78、t;<b>　　精餾段,</b></p><p><b>　　提餾段,</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)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(diǎn)氣速=</p>&

79、lt;p>　　精餾段=5.734m/s,提餾段=5.820m/s</p><p>　　實(shí)際孔速:精餾段＞,提餾段＞</p><p>　　穩(wěn)定系數(shù):精餾段K=Uo/Uomim=11.83/5.734=2.06,提餾段K’ =U’o/U’omim =10.11/5.82=1.74</p><p>　　均大于1.5,所以設(shè)計(jì)無明顯液漏符合要求.</p>

80、<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(jì)中的氯仿-苯體系φ=0.5, Hd≤0.5=0.27m</p><p>　　由于板上不設(shè)進(jìn)口堰,m液柱</p><p><b>　　精餾段</b><

81、;/p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　所以不會發(fā)生淹泛現(xiàn)象</p><p><b>　　7.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p><b>　　7.1漏液線</b></p><p><b>　　由=</b>&l

82、t;/p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　精餾段：=</b></p><p><b>　　得=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取幾個值,算出,列表作圖

83、得漏液線-、</p><p><b>　　7.2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>　　，</b></p><p><b>　　精餾段,<

84、/b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對平直堰取堰上上層清液高度h ow = h ow

85、’=0.006</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　7.4液相負(fù)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</b></

86、p><p><b>　　7.5液泛線</b></p><p><b>　　Hd=φ()</b></p><p><b>　　由，，，</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中帶入數(shù)據(jù)&l

87、t;/b></p><p><b>　　精餾段 提餾段</b></p><p><b>　　所以精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　7.6操作彈性</b></p><p>

88、　　由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線</p><p><b>　　由圖，</b></p><p>　　故精餾段操作彈性為/=3.13</p><p><b>　　由圖，</b></p>

89、;<p>　　故提餾段操作彈性為/=1.98</p><p><b>　　兩段檢驗(yàn)均合格</b></p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　苯-氯仿走管程，冷凝水走殼程，采用逆流形式</p><p>　　8

90、.1.1估計(jì)換熱面積</p><p>　?、伲?氯仿冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p>　　tD=61.1℃冷凝蒸汽量：</p><p>　　由于氯仿摩爾分?jǐn)?shù)為0.995,所以可以忽略苯的冷凝熱,r=250KJ/kg </p><p>　?、冢淠紲貫?2℃，取冷凝器出口水溫為28℃，在平均溫度</p><p>　　

91、物性數(shù)據(jù)如下（苯在膜溫下，水在平均溫度下）</p><p>　?、踑. 設(shè)備的熱參數(shù)：</p><p>　　b．水的流量： =5883/(4.1932*(28-12))=87.69kg/s</p><p>　　c．平均溫度差(按逆流計(jì)算)：</p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”查由“冷凝有機(jī)液體蒸汽到水”取K=1000W/(m2.

92、℃)</p><p>　　傳熱面積的估計(jì)值為：A=Q/(K△tm)=5883*1000/(1300*40.58)=111.52m2</p><p>　　選型，有關(guān)參量見下表：</p><p>　　核算管程、殼程的流速及Re:</p><p><b>　?。ㄒ唬┕艹?lt;/b></p><p><

93、b>　　流通截面積：</b></p><p><b>　　管內(nèi)苯-氯仿的流速</b></p><p><b>　?。ǘこ?lt;/b></p><p>　　流通截面積： 取=18</p><p>　　取折流板間距 h=600mm，</p><p>　　殼內(nèi)水流

94、速=/（）=87.69/(998.8*0.09)=0.976m/s</p><p><b>　　當(dāng)量直徑 </b></p><p>　　==0.0181*0.976*998.8/0.001111=1.59</p><p>　　8.1.1.2計(jì)算流體阻力</p><p><b>　　管程流體阻力</b>

95、;</p><p>　　設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=0.005,</p><p>　　查得摩擦系數(shù)λ=0.034</p><p>　　=6/2=0.034*6*1412.6*0.417/(2*0.02)=1342.87Pa</p><p>　　=3/2=3*1412.6*0.417/2=368.46Pa</p><

96、;p>　　=(+)=1711.24*1.4*2*1=4791.47Pa符合一般要求</p><p><b>　　殼程流體阻力</b></p><p>　　Re=1.59>500，故f=5.0=5.0*=0.551</p><p>　　管子排列為正三角形排列，取F=0.5</p><p>　　擋板數(shù) N=l/h

97、-1=6/0.6-1=9</p><p>　　’=0.5*0.551*18*10*998.8*0.488/2=11795Pa</p><p>　　’=9*(3.5-2*0.6/0.6)*998.8*0.488/2=1605Pa</p><p>　　取污垢校正系數(shù)F=1.0</p><p>　　=(11795+1605)*1*1.0=13400

98、Pa<0.02MPa</p><p>　　故管殼程壓力損失均符合要求</p><p>　　8.1.1.3計(jì)算傳熱系數(shù)</p><p><b>　　管程對流給熱系數(shù)</b></p><p>　　膜的雷諾數(shù)所以為垂直湍流管</p><p>　　=7.86×104 W/m·℃&

99、lt;/p><p><b>　　殼程對流給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　Re </b></p><p><b>　　Pr0===8</b></p><p><b>　　=0.36</b></p><p><b>

100、　　計(jì)算傳熱系數(shù)</b></p><p>　　取污垢熱阻 Rs0.15m℃/kW Rs=0.26 m℃/kW</p><p>　　以管外面積為基準(zhǔn) 則K=</p><p>　　K=（）=1325.4 W/(m2.℃)</p><p>　　計(jì)算傳熱面積 A=</p><p>　　所選換熱器實(shí)際面積為&l

101、t;/p><p>　　A=n=254*3.14*0.025*6=119.6m</p><p><b>　　裕度Δ=</b></p><p><b>　　所選換熱器合適</b></p><p>　　8.2各種管尺寸的確定</p><p><b>　　8.2.1進(jìn)料管<

102、;/b></p><p>　　Zf=0.4，Tf=76.7時(shí)，Mf=119.38*0.4+78.1*0.6=94.6 kg/kmol，ρf=1382.17*0.4+818.87*0.6=1044.19kg/m3</p><p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，故</p><p&g

103、t;　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.2.2釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管

104、，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.2.3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(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>

105、　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.2.4再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　V=710.9×86.75/4.27=14442.76=4.01</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為10m/s, </p><p>　

106、　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.2.5 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管</p><p>　　V=710.9×107.21/4.20=18147=5.041</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為10m/s, </p><p>

107、;　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.2.6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=1.2363,</p><p

108、>　　深井水的質(zhì)量流率87.69Kg/s，取流速為2m/s</p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　選取 Φ250×9mm熱軋無縫鋼管</p><p><b>　　實(shí)際流速為</b></p><p><b>　　8.3冷凝水泵</b><

109、;/p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p>　　取ε=0.01，,查圖摩擦系數(shù)λ=0.0144</p><p>　　各管件及閥門阻力系數(shù)如下:</p><p><b>　　設(shè)管長為50米,</b></p><p><b>　　=</b><

110、;/p><p><b>　　=93</b></p><p><b>　　揚(yáng)程取53m</b></p><p><b>　　流量</b></p><p>　　選擇IS200-150-400型離心泵,參數(shù)為</p><p>　　流量V=400,揚(yáng)程,轉(zhuǎn)速,<

111、;/p><p>　　泵效率=81%,軸功率=67.2kW</p><p><b>　　9.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p>　　篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號匯總表</p><p>　　10. 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊</p><p>　　1.管國鋒.趙汝溥.化工原理（第二版），北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003

112、. </p><p>　　2.湯金石等 化工過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) 北京：化學(xué)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(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊（上、下），北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1996.</p><p>　　4.賈紹義，柴誠敬。化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)），天津:天津大學(xué)</p><p><b&

113、gt;　　版社，2002， </b></p><p>　　5.王國勝?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)，大連:大連理工大學(xué)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(xué)出版社，2003</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(xué)工業(yè)出版社，2006.<