化工原理課程設(shè)計(jì)---乙醇精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目： 乙醇精餾塔 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng) 用 化 學(xué) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　

2、學(xué)生學(xué)號(hào)： </p><p>　　院 級(jí) 班： 化學(xué)與化工學(xué)院08級(jí)3班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作

3、方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。</p><p>　　蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔

4、底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕觥?lt;/p><p>　　精餾塔的工作原理是根據(jù)各混合氣體的汽化點(diǎn)（或沸點(diǎn)）的不同，控制塔各節(jié)的不同溫度，達(dá)到分離提純的目的。</p><p>　　化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種

5、塔型的操作特性，對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的。</p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過(guò)程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中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

6、和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算——物料衡算、

7、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過(guò)對(duì)精餾塔的運(yùn)算，調(diào)試出塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)，以保證精餾過(guò)程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論5</b></p>

8、;<p>　　§1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容5</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)題目5</b></p><p>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù)及條件5</p><p><b>　　3、設(shè)計(jì)內(nèi)容5</b></p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)成果5</b></

9、p><p>　　§1.2 設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　§1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)6</p><p><b>　　1、操作壓力6</b></p><p><b>　　2、進(jìn)料狀況6</b></p><p><b>　　3、加熱方式6</

10、b></p><p><b>　　4、熱能的利用6</b></p><p>　　第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì)7</p><p>　　§2.1 精餾塔全塔物料衡算7</p><p>　　§2.2 理論及實(shí)際塔板數(shù)的確定7</p><p>　　§2.3 常

11、壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度9</p><p><b>　　1、溫度和壓力9</b></p><p>　　2、平均摩爾計(jì)算10</p><p><b>　　3、平均密度10</b></p><p>　　4、混合液體表面張力11</p><p>　　5、混合物的黏度

12、12</p><p>　　§2.4 塔徑的初步設(shè)計(jì)12</p><p>　　1、汽液相體積流率12</p><p>　　2、塔徑的計(jì)算12</p><p>　　§2.5 溢流裝置13</p><p><b>　　1、堰長(zhǎng)13</b></p><

13、;p><b>　　2、堰高14</b></p><p>　　3、弓降液管的寬度和橫截面積14</p><p>　　4、降液管底隙高度14</p><p>　　§2.6 塔板的分布、浮閥數(shù)目及排列15</p><p>　　1、塔板的分塊15</p><p>　　2、區(qū)寬度

14、的確定15</p><p>　　3、區(qū)面積計(jì)算15</p><p>　　4、塔計(jì)算及其排列15</p><p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算17</p><p>　　§3.1 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降（單板壓降）17</p><p>　　§3.2 液泛驗(yàn)算17</p>

15、<p>　　§3.3 霧沫夾帶驗(yàn)算18</p><p>　　§3.4 操作性能負(fù)荷圖18</p><p>　　1、氣相負(fù)荷下限圖（漏液線）18</p><p>　　2、過(guò)量液沫夾帶線18</p><p>　　3、液相負(fù)荷下限線19</p><p>　　4、液相負(fù)荷上限線1

16、9</p><p><b>　　5、液泛線19</b></p><p>　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)21</p><p>　　§4.1 冷凝器的選擇21</p><p>　　§4.2 再沸器的選擇22</p><p>　　第五章 精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)22</p&g

17、t;<p>　　§5.1 接管22</p><p><b>　　1、進(jìn)料管22</b></p><p>　　2、釜?dú)堃撼隽瞎?3</p><p><b>　　3、回流管23</b></p><p>　　4. 塔頂上升蒸汽管23</p><p&g

18、t;<b>　　5、進(jìn)氣管23</b></p><p>　　§5.2 精餾塔塔體24</p><p>　　1、餾塔塔體材料的選擇24</p><p>　　2、精餾塔的內(nèi)徑：24</p><p>　　3、壁厚的計(jì)算：24</p><p><b>　　4、校核24&l

19、t;/b></p><p>　　§5.3 封頭25</p><p>　　1、封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭25</p><p><b>　　2、材料25</b></p><p><b>　　3、封頭的高25</b></p><p>　　4、封頭的壁厚2

20、5</p><p>　　§5.4 精餾塔的塔板類型選擇26</p><p>　　§5.5 塔板結(jié)構(gòu)及與塔體的連接形式26</p><p>　　§5.6 降液管的形式26</p><p>　　§5.7 受液盤的設(shè)計(jì)26</p><p>　　§5.8 塔節(jié)

21、的設(shè)計(jì)26</p><p>　　§5.9 塔體高度設(shè)計(jì)27</p><p>　　§5.10 塔體手孔及人孔的設(shè)計(jì)27</p><p>　　§5.11 除沫器的設(shè)計(jì)27</p><p>　　第六章 塔體各開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)27</p><p>　　§6.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

22、方法27</p><p>　　1、等面積補(bǔ)強(qiáng)法27</p><p>　　2、殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積28</p><p>　　§6.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28</p><p><b>　　1、補(bǔ)強(qiáng)形式28</b></p><p><b>　　2、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)28</b

23、></p><p>　　第七章 支座設(shè)計(jì)28</p><p>　　§7.1 精餾塔塔體質(zhì)量28</p><p>　　§7.2 封頭質(zhì)量29</p><p>　　§7.3 塔內(nèi)物料質(zhì)量估算29</p><p>　　§7.4 附件質(zhì)量29</p>

24、<p>　　§7.5 設(shè)備總質(zhì)量29</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)29</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　§1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)題目</b></p><p&

25、gt;<b>　　乙醇精餾塔</b></p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù)及條件</b></p><p>　?。?）、進(jìn)料含乙醇38.2﹪，其余為水（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　?。?）、生產(chǎn)乙醇含量不低于93.1﹪；</p><p>　　（3）、釜?dú)堃褐幸掖己坎桓哂?.01﹪；&

26、lt;/p><p>　?。?）、生產(chǎn)能力50000T/Y乙醇產(chǎn)品，年開工7200小時(shí)</p><p><b>　?。?）、操作條件：</b></p><p>　　a、間接蒸汽加熱；b、塔頂壓力：1.03atm（絕對(duì)壓強(qiáng)）c、進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料；d、回流比：R=5 e、單板壓降:75mm液注</p><p><b>

27、;　　3、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?。?）、流程的設(shè)計(jì)與說(shuō)明；</p><p>　?。?）、塔板和塔徑的計(jì)算；</p><p>　?。?）、塔盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：</p><p>　　a、浮閥塔盤工藝尺寸及布置簡(jiǎn)圖； b、流體力學(xué)驗(yàn)算； c、塔板負(fù)荷性能圖。</p><p>　?。?）、其它：a、加熱

28、蒸汽消耗量； b、冷凝器的傳熱面積及冷卻水的消耗量</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)成果 </b></p><p>　?。?）、設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份</p><p>　?。?）、A4設(shè)計(jì)圖紙包括：流程圖、精餾塔工藝條件圖。</p><p>　　§1.2 設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本

29、設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，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)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。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。</p><p><b>　　圖2-1 流程圖</b></p><p>　　§1

30、.3 設(shè)計(jì)依據(jù)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力、進(jìn)料狀況、加熱方式及其熱能的利用。</p><p><b>　　1、操作壓力</b></p><p>　　精餾常在常壓，加壓或減壓下進(jìn)行，確定操作壓力主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮的。一般來(lái)說(shuō)，常壓精餾最為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，若無(wú)聊無(wú)特殊要

31、求，應(yīng)盡量在常壓下操作。加壓操作可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝，冷卻費(fèi)用。在相同的塔徑下，適當(dāng)提操作壓力還可以提高塔德處理能力。所以我們采用塔頂壓力為1.03atm進(jìn)行操作。</p><p><b>　　2、進(jìn)料狀況</b></p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都是將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這樣，進(jìn)料溫

32、度不受季節(jié)，氣溫變化和前道工序波動(dòng)的影響，塔的操作也比較好控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段和提餾的塔徑相同，設(shè)計(jì)制造比較方便。</p><p><b>　　3、加熱方式</b></p><p>　　精餾塔通常設(shè)置再沸器，采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的能量，若待分離的物系為某種輕組分和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加熱方式，但在塔頂輕組分回收率一定時(shí)，由于蒸汽冷凝水的稀釋

33、作用，使殘液輕組分濃度降低，所需塔板數(shù)略有增加。</p><p><b>　　4、熱能的利用</b></p><p>　　精餾過(guò)程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，因此熱效率很低，通常進(jìn)入再沸器的能量?jī)H有5%左右被利用。塔頂蒸汽冷凝放出的熱量是大量的。但其位能較低，不可能直接用來(lái)做塔釜的熱源，但可用作低溫?zé)嵩?，供別處使用?；蚩刹捎脽岜眉夹g(shù)，提高溫度后在用于加熱釜液。&l

34、t;/p><p>　　第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　§2.1 精餾塔全塔物料衡算</p><p>　　WF=38.2﹪ WD=93.1﹪ WW=0.01﹪ M乙醇=46g/mol M水=18g/mol</p><p>　　XF==0.1948</p><p>　　XD==0.8408&l

35、t;/p><p>　　XW==0.0000396</p><p>　　Qn,D=+=16.717kmol/h ①</p><p>　　Qn,F=Qn,D+Qn,W ②</p><p>　　Qn,FXF=Qn,DXD+Qn,WXW ③</p><p><b>　　由①②③式可知<

36、;/b></p><p>　　Qn,F=72.1804 kmol/h</p><p>　　Qn,W=55.4634 kmol/h</p><p>　　表1 物料衡算數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　§2.2 理論及實(shí)際塔板數(shù)的確定</p><p>　?。?）由相平衡方程式y(tǒng)=，可得a=</p>

37、;<p>　　根據(jù)乙醇-水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　Y1=XD=0.8408 X1=0.805 aD=1.2793</p><p>　　YF=0.515 XF=0.1948 aF=4.3891</p><p>　　YW=0.00035 XW=0.0000396 aw=8.8411&

38、lt;/p><p>　　平均相對(duì)揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p>　　精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p><b>　　泡點(diǎn)進(jìn)料：</b></p><p>　　所以理論塔板數(shù)為N=11塊</p><p>　　確定適宜的進(jìn)料板位置：</p><p>　　由上式知 N1=3

39、.84</p><p>　　即第4層理論數(shù)為進(jìn)料板</p><p>　?。?）根據(jù)乙醇-水體系的相平衡衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　塔頂： tD=78.27℃</p><p><b>　　塔底： ℃</b></p><p>　　塔頂和塔釜的算術(shù)平均溫度：℃</p>&l

40、t;p><b>　　查手冊(cè)得：</b></p><p>　　在89.085℃下，</p><p><b>　　根據(jù)公式得</b></p><p><b>　　由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：</b></p><p>　　球的實(shí)際塔板數(shù) 取N=21</p><p&g

41、t;　　§2.3 常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度</p><p><b>　　1、溫度和壓力</b></p><p><b>　　乙醇:</b></p><p><b>　　水：</b></p><p>　　進(jìn)行試差，求的塔頂、進(jìn)料板、及塔釜的壓力和溫度：<

42、/p><p><b>　?。?）塔頂： ，℃</b></p><p>　?。?）進(jìn)料板位置：NF=4</p><p><b>　　精餾段實(shí)際板層數(shù)：</b></p><p><b>　　每層塔板壓降：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板壓力

43、：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：℃</b></p><p><b>　　提餾段實(shí)際板層數(shù)：</b></p><p><b>　　塔釜壓力：</b></p><p><b>　　塔釜：℃</b></p><p&

44、gt;　　求得精餾段和提餾段的平均壓力和溫度：</p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提餾段：℃</b></p><p><b>　　2、平均摩爾計(jì)算</b></p><p><b>　　塔頂：</b></p&g

45、t;<p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p><b>　　塔釜：</b></p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段的平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　3、平均密度</b></p><p>　

46、?。?）氣相平均密度的計(jì)算：</p><p>　　精餾段平均密度計(jì)算： </p><p>　　提餾段平均密度計(jì)算：</p><p>　?。?）液相平均密度計(jì)算： </p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p>

47、<p><b>　　塔釜：</b></p><p>　　精餾段液相平均密度：</p><p>　　提餾段液相平均密度：</p><p>　　4、混合液體表面張力</p><p>　　液體平均表面張力按下式計(jì)算：</p><p><b>　　塔頂：,查手冊(cè)得：</b>

48、</p><p><b>　　進(jìn)料板： </b></p><p><b>　　塔釜：℃,查附錄：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　精餾段液體表面平均張力：</p><p>　　提餾段液體表面平均張力：</p&g

49、t;<p><b>　　5、混合物的黏度</b></p><p>　　液體平均黏度的計(jì)算按下式計(jì)算：</p><p>　　塔頂：℃,查手冊(cè)得：，</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　進(jìn)料板：℃，查附錄：，</p><p><b&g

50、t;　　得：</b></p><p>　　精餾段液體平均黏度：</p><p>　　提餾段液體平均黏度：</p><p>　　§2.4 塔徑的初步設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1、汽液相體積流率</b></p><p><b>　　精餾段</b>

51、</p><p><b>　　氣相體積流率：</b></p><p><b>　　液相體積流率：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　氣相體積流率：</b></p><p><b&g

52、t;　　液相體積流率：</b></p><p><b>　　2、塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　由，C由下式計(jì)算：,由smith圖查取。</p><p>　　取板間距，板上液層高度，則</p><p>　?。?）精餾段塔徑的確定：圖的橫坐標(biāo)為</p><p>　　查smith圖

53、得：=0.08 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣數(shù)為： </p><p><b>　　則精餾塔塔徑</b></p><p>　?。?）提餾段塔徑的確定：</p><p><b>　　橫的坐標(biāo)為：</b></p><p>　　查smith圖得：=0.08

54、2 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p><b>　　則精餾塔塔徑</b></p><p>　?。?）按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后， </p><p><b>　　塔截面積： </b></p><p>　　精餾段實(shí)際空塔氣速為： </p>

55、<p>　　提餾段實(shí)際空塔氣速為： </p><p>　　§2.5 溢流裝置</p><p><b>　　1、堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　單溢流：，取</b></p><p><b>　　2、堰高</b></p><p&g

56、t;　　因?yàn)?，選用平直堰，堰上液層高度可用Francis計(jì)算，即</p><p><b>　?。?）精餾段：</b></p><p><b>　　，，7</b></p><p>　　查得，則，取板上清夜層高度，故</p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p&

57、gt;<p><b>　　，查得，則</b></p><p>　　，取板上清液層高度，故</p><p>　　3、弓降液管的寬度和橫截面積</p><p>　　因?yàn)?，查（弓形降液管參?shù)圖）得：，，所以，依下式驗(yàn)算液體在降液管中停留的時(shí)間：</p><p><b>　　精餾段：</b>&

58、lt;/p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理</b></p><p><b>　　4、降液管底隙高度</b></p><p>　　降液管底隙高度依下式計(jì)算：，取則</p><p><b>　　精餾段

59、：，即</b></p><p><b>　　提餾段：，即</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　§2.6 塔板的分布、浮閥數(shù)目及排列</p><p><b>　　1、塔板的分塊</b></p><p>　　因?yàn)椋?/p>

60、塔板采用分塊式，查表得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　表 塔板分塊數(shù)</b></p><p><b>　　2、區(qū)寬度的確定</b></p><p>　　溢流堰前的安定區(qū)寬度：，邊緣區(qū)寬度：</p><p><b>　　3、區(qū)面積計(jì)算</b></p>

61、<p>　　開孔區(qū)面積按下式計(jì)算：，其中0.4-0.1035-0.07=0.2265m，0.4-0.035=0.365m</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　4、塔計(jì)算及其排列</b></p><p>　　采用型重閥，重量為33，孔徑為39mm</p><p&

62、gt;<b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　浮閥數(shù)目按下式計(jì)算：,氣體通過(guò)閥孔的速度：，取動(dòng)能因數(shù)則精餾段：，個(gè)</p><p><b>　　提餾段：，個(gè)</b></p><p><b>　　排列</b></p><p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排

63、。設(shè)相近的閥孔中心距，畫出閥孔排列圖（如下圖）：通道板上可排閥孔26個(gè)。弓形板可排閥孔24個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為個(gè)。</p><p><b>　　C.校核</b></p><p><b>　　1）精餾段：</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥空的實(shí)際速度：</p><p><b>　　實(shí)際

64、動(dòng)能因素：</b></p><p><b>　　2）提餾段</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔的實(shí)際速度：</p><p><b>　　實(shí)際動(dòng)能因素：</b></p><p><b>　　3）開孔率</b></p><p>　　，開孔率

65、在之間，且實(shí)際動(dòng)能因素在之間，滿足要求。</p><p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　§3.1 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p><b>　　單板壓降：</b></p><p><b>　　閥片全開前：</b></p><p

66、><b>　　,</b></p><p>　　閥片全開后：，，取兩者中較大者，則取板上液層充氣因數(shù)，那么</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><b>　?。?）精餾段：<

67、/b></p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p>　　§3.2 液泛驗(yàn)算</p><p>　　降液管內(nèi)泡沫液層高度可按下式計(jì)算：</p><p>　　浮閥塔德液面落差不大，?？珊雎圆挥?jì)</p><p>　?。?）精餾段 塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：</

68、p><p>　　取0.5(0.45+0.03995)=0.245，</p><p><b>　?。?）提餾段 </b></p><p>　　塔板上不設(shè)進(jìn)口堰時(shí)：</p><p><b>　　取，</b></p><p>　　§3.3 霧沫夾帶驗(yàn)算</p>

69、;<p>　　泛點(diǎn)百分率可取下列兩式計(jì)算，取計(jì)算結(jié)果中較大的數(shù)值：</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p>　　§3.4 操作性能負(fù)荷圖

70、</p><p>　　1、氣相負(fù)荷下限圖（漏液線）</p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p><b>　　2、過(guò)量液沫夾帶線</b></p><p><b>　　取&

71、lt;/b></p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　

72、3、液相負(fù)荷下限線</b></p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p><b>　　得：</b></p><

73、;p><b>　　4、液相負(fù)荷上限線</b></p><p><b>　　5、液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b&

74、gt;</p><p><b>　　操作性能負(fù)荷圖</b></p><p><b>　　(1) 精餾段 ：</b></p><p>　　由圖可知，該塔的操作上限為過(guò)量液沫夾帶控制，下限為漏液控制。由圖可讀得：</p><p><b>　　，</b></p><

75、;p>　　所以，塔的操作彈性為</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p>　　由圖可知，該塔德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><b>　　，</b></p><p>　　所以，塔德操作彈性為 </p><p&g

76、t;　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p>　　§4.1 冷凝器的選擇</p><p>　　按泡點(diǎn)回流設(shè)計(jì)，采用25的水作為冷卻劑，逆流操作，水出口溫度為40，塔頂溫度81.63下，而</p><p><b>　　乙醇的氣化潛熱：</b></p><p><b>　　水的氣化潛熱：</b&

77、gt;</p><p><b>　　故，又由于</b></p><p><b>　　則因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　冷卻水的消耗量，</b></p><p><b>　

78、　所以</b></p><p>　　§4.2 再沸器的選擇</p><p>　　采用飽和水蒸汽間接加熱，逆流操作，則</p><p>　　查的塔釜溫度104.55下，</p><p><b>　　乙醇?xì)饣瘽摕幔?lt;/b></p><p><b>　　水氣化潛熱：&l

79、t;/b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　因?yàn)樵O(shè)備蒸汽熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%，所以所需蒸汽的質(zhì)量流量為:</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　_加熱蒸汽的冷凝潛熱，</p><p>　　第五章 精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)

80、</p><p><b>　　§5.1 接管</b></p><p><b>　　1、進(jìn)料管</b></p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管，彎管進(jìn)料管，T型進(jìn)料管。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：</p><p><

81、;b>　　，</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　進(jìn)料體積流量： 取適宜的輸送速度，故 經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格：，實(shí)際管內(nèi)流速：</p><p><b>　　2、釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/b></p><p>　　釜?dú)堃旱捏w積流量： 取適宜的輸送速度：

82、，則經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格： 實(shí)際管內(nèi)流速： </p><p><b>　　3、回流管</b></p><p>　　回流液體積流量：，取適宜的回流速度那么經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格： 實(shí)際管內(nèi)流速：</p><p>　　4. 塔頂上升蒸汽管</p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：取適宜的速度，那么經(jīng)圓整選

83、取拉制黃銅管，規(guī)格：，實(shí)際管內(nèi)流速：</p><p><b>　　5、進(jìn)氣管</b></p><p>　　采用直管進(jìn)氣，取出口氣速為：u=15 m/s則：</p><p>　　，經(jīng)圓整選取，實(shí)際管內(nèi)流速：</p><p>　　§5.2 精餾塔塔體</p><p>　　1、餾塔塔體材料的

84、選擇</p><p><b>　　精餾塔塔體材料：</b></p><p>　　依據(jù)：我們的操作壓力是1.03，最大的操作溫度為104.55℃，并且所要分離的物質(zhì)是乙醇和水，對(duì)材料的腐蝕性不大，在滿足條件的材料中的價(jià)格相對(duì)便宜，所以選擇。</p><p><b>　　2、精餾塔的內(nèi)徑：</b></p><

85、;p><b>　　3、壁厚的計(jì)算：</b></p><p>　　當(dāng)在6~16mm的范圍內(nèi)時(shí)，操作壓力，設(shè)計(jì)壓力為：， 選取雙面焊無(wú)損檢測(cè)的比例為全部，所以</p><p>　　計(jì)算壁厚： ，圓整后取取=0.6 ，=1</p><p>　　所以 圓整后?。ㄒ?yàn)檫x用材料的設(shè)備最小的壁厚為6mm，即</p><p>&

86、lt;b>　　4、校核</b></p><p>　　求水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力。得屈服極限，所以</p><p>　　為，中較大者，計(jì)算比較得：</p><p><b>　　代入得：</b></p><p>　　，水壓試驗(yàn)滿足要求。</p><p><b>　　§5.

87、3 封頭</b></p><p>　　1、封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭</p><p>　　選型依據(jù)：從工藝操作 考慮，對(duì)封頭形狀無(wú)特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對(duì)各種凸形封頭進(jìn)行計(jì)算、比較后，再確定封頭形狀。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深

88、度可通過(guò)過(guò)渡半徑r加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。</p><p><b>　　2、材料</b></p><p><b>　　3、封頭的高</b></p><p><b>　　因?yàn)樗?</

89、b></p><p>　　其中——精餾塔的內(nèi)徑</p><p><b>　　——封頭的高</b></p><p><b>　　直邊高度為：</b></p><p><b>　　4、封頭的壁厚</b></p><p>　　計(jì)算壁厚：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，

90、K=1取封頭是由整塊鋼板沖壓而成，所以，圓整后取</p><p><b>　　強(qiáng)度校核</b></p><p>　　校核筒體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度，根據(jù)式式中</p><p><b>　　，，滿足條件。且</b></p><p><b>　　，</b></p><

91、;p><b>　　所以>滿足條件。</b></p><p>　　§5.4 精餾塔的塔板類型選擇</p><p><b>　　塔板類型：浮閥塔</b></p><p>　　依據(jù)：泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，氣體通過(guò)每層塔板的壓降大。篩板塔沒有升氣管和泡罩，篩板塔操作時(shí)液體橫過(guò)塔板，氣體則自板上小孔（篩孔）

92、鼓泡進(jìn)入板上液層。當(dāng)氣速過(guò)低時(shí)篩孔會(huì)漏液；若氣速過(guò)高，氣體會(huì)通過(guò)篩孔后排開板上液體徑自向上方?jīng)_出，造成過(guò)量液沫夾帶即嚴(yán)重軸向混合。與之相比浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大20%~40%，操作彈性可達(dá)7~9，板效率比泡罩塔約高15%，制造費(fèi)用為泡罩塔的60%~80%。所以采用浮閥塔。</p><p>　　§5.5 塔板結(jié)構(gòu)及與塔體的連接形式</p><p>　　塔板設(shè)計(jì)要求：應(yīng)滿足具

93、有良好的拐度并且方便拆裝</p><p>　　塔板形式：自身梁式塔板</p><p>　　塔板結(jié)構(gòu)：矩形板。它是將矩形板沿其長(zhǎng)邊向下彎曲而成，從而形成梁和塔板的統(tǒng)一整體。自身梁式矩形板僅有一邊彎曲成梁，在梁板過(guò)渡處有一凹平面，以便與另一塔板實(shí)現(xiàn)搭接安裝并與之保持在同一水平面。</p><p>　　連接形式：根據(jù)人孔位置及檢修要求，分塊式塔盤板間的連接分為上可拆連接和

94、上下均可拆連接兩種。常用的緊固件式螺栓和橢圓墊片。塔盤板安放于焊在塔壁上的支持圈上。</p><p>　　§5.6 降液管的形式</p><p><b>　　采用弓形降液管</b></p><p>　　依據(jù)：因?yàn)楣谓狄汗芫哂休^大的降液面積 ，氣液分離效果好，降液能力大。</p><p>　　§5.

95、7 受液盤的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　采用凹形受液盤</b></p><p>　　依據(jù)：因?yàn)樗杀ＷC液體采出側(cè)線滿液，即使在高蒸汽流速和低液體流量下仍能保證液封，對(duì)流出降液管的液體有緩沖作用，減少對(duì)塔盤入口區(qū)的沖擊力。</p><p>　　§5.8 塔節(jié)的設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)樗闹睆綖?0

96、0mm,如果再采用整塊式塔盤，則由于剛度的要求，勢(shì)必要增加塔盤板的厚度，而且在制造、安裝和檢修等方面很不方便。為了便于安裝所以采用分塊式塔盤。查表得，塔板分為3塊。此時(shí)，塔盤無(wú)需分成塔節(jié)。</p><p><b>　　表 塔板分塊數(shù)</b></p><p>　　§5.9 塔體高度設(shè)計(jì) </p><p>　　每隔7層塔板開一人孔，

97、人孔數(shù)：</p><p>　　塔頂空間：，塔底空間：，進(jìn)料板處板間距：</p><p><b>　　人孔處板間距：</b></p><p><b>　　塔高：</b></p><p>　　§5.10 塔體手孔及人孔的設(shè)計(jì) </p><p>　　人孔主要由筒節(jié)、法

98、蘭、蓋板和手柄組成。根據(jù)精餾塔是在常溫最高工作壓力為0.131的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為常壓的等級(jí)選取。從人孔類型系列標(biāo)準(zhǔn)可知，該人孔標(biāo)記為：HG21515-95 人孔FSⅡⅢ（A.G）450-常壓 </p><p>　　公稱直徑DN=450mm</p><p>　　人孔數(shù)：每隔7層塔板開一人孔，人孔高度為0.45m，人孔數(shù)：</p><p>　　&

99、#167;5.11 除沫器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　采用絲網(wǎng)除沫器</b></p><p>　　依據(jù)：絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是它具有除沫效率高，壓力降小的特點(diǎn)，因而是應(yīng)用最廣泛的除沫裝置。合理的氣速食除沫器取的較高的除沫效率的重要因素。實(shí)際使用中常用的設(shè)計(jì)氣速取1~3m/s。絲網(wǎng)層的厚度按工藝條件由試驗(yàn)確定。

100、當(dāng)金屬絲直徑為0.076~0.4mm，網(wǎng)層重度為480~5300，在上述適宜氣速下，絲網(wǎng)層的畜液厚度為25~50mm，此時(shí)取絲網(wǎng)厚度為100~150mm，可獲得較好的沫效果。</p><p>　　第六章 塔體各開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) </p><p>　　§6.1 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法</p><p><b>　　1、等面積補(bǔ)強(qiáng)法</b><

101、;/p><p>　　(1)適用的開孔范圍</p><p>　　圓筒當(dāng)內(nèi)徑時(shí)，開孔最大直徑且。凸形封頭的開孔最大直徑</p><p>　　(2)內(nèi)壓容器開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積</p><p>　　2、殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　內(nèi)壓容器的圓筒、橢圓形封頭開孔夠所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為 </p><p&g

102、t;　　式中——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm</p><p>　　——?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度，</p><p><b>　　——接管有效厚度</b></p><p>　　——強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該比值大于1.0時(shí)，取</p><p>　　殼體開孔處的計(jì)算壁厚

103、按以下公式計(jì)算</p><p><b>　?。╝）圓筒：</b></p><p><b>　?。╞）橢圓形封頭：</b></p><p>　　所以圓筒所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為：</p><p>　　§6.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、補(bǔ)強(qiáng)

104、形式</b></p><p><b>　　外加強(qiáng)接管</b></p><p>　　依據(jù)：外加強(qiáng)接管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，又能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求，特別適用于中低壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　2、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　采用整段件補(bǔ)強(qiáng)</b&g

105、t;</p><p>　　依據(jù)：這種結(jié)構(gòu)是將接管與殼體連同加強(qiáng)部分作成整體鍛件，然后與殼體焊在一起。其優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大部分，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到大大緩和。</p><p><b>　　第七章 支座設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　選型：圓筒型裙座</b></p><p>　　&#

106、167;7.1 精餾塔塔體質(zhì)量</p><p>　　精餾塔內(nèi)徑，，塔高H=11.95m查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》附表四，6mm厚的16MnR的每米質(zhì)量所以： </p><p>　　§7.2 封頭質(zhì)量</p><p>　　封頭內(nèi)徑，，查得6mm厚的16MnR材質(zhì)封頭的質(zhì)量</p><p>　　§7.3 塔內(nèi)物料質(zhì)量估算&l

107、t;/p><p><b>　　精餾塔體積： </b></p><p><b>　　物料密度： </b></p><p><b>　　塔內(nèi)物料質(zhì)量： </b></p><p>　　§7.4 附件質(zhì)量</p><p>　　人孔約重200kg，其他接管

108、的總和按300kg計(jì)算</p><p><b>　　則附件質(zhì)量： </b></p><p>　　§7.5 設(shè)備總質(zhì)量</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>

109、<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2m。地角螺栓直徑取M30。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)</p><p>　　1 涂偉萍，陳

110、佩珍等．化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)．北京：化工工業(yè)出版社，2004</p><p>　　2 譚蔚等．化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．天津：天津大學(xué)出版社，2007</p><p>　　3 匡國(guó)柱，史啟才等．化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)．北京：化工工業(yè)出版社，2007</p><p>　　4 柴誠(chéng)敬等． 化工原理．北京： 高等教育出版社，2006</p><p>