化工原理課程設(shè)計(jì)--苯-甲苯體系精餾浮閥塔

1、<p><b>　　化學(xué)化工學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 苯-甲苯體系精餾浮閥塔 </p><p

2、><b>　　設(shè)計(jì)條件及任務(wù)：</b></p><p>　　在常壓連續(xù)浮閥精餾塔中精餾苯——甲苯溶液，要求料液進(jìn)料量F=180kmol/h濃度xf=25%，產(chǎn)品濃度xD=99%，易揮發(fā)組分回收率=99%。</p><p>　　操作條件：①間接蒸汽加熱</p><p>　?、谒攭簭?qiáng)：1.03atm（絕對(duì)壓強(qiáng)）</p><

3、;p>　?、圻M(jìn)料熱狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料</p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　2008 年 6 月 17 日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、概述…………………………………………………………2</p><p&

4、gt;　　1.浮閥塔的特點(diǎn)……………………………………………… 2</p><p>　　2.浮閥閥型介紹……………………………………………… 2</p><p>　　二、工藝計(jì)算………………………………………………… 3</p><p>　　1.流程的設(shè)計(jì)及說明………………………………………… 3</p><p>　　2.物性數(shù)據(jù)……

5、……………………………………………… 4</p><p>　　3.全塔物料衡算……………………………………………… 5</p><p>　　4.理論塔板數(shù)計(jì)算…………………………………………… 7</p><p>　　5.實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算…………………………………………… 9</p><p>　　6.浮閥塔的工藝尺寸的確定…………………

6、……………… 9</p><p>　　7.塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算……………………………………… 16</p><p>　　8.塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性的確定……………………… 19</p><p>　　9.輔助設(shè)備及零件設(shè)備……………………………………… 22</p><p>　　10.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總……………………………………………… 2

7、7</p><p>　　三、結(jié)論和評(píng)解……………………………………………… 28</p><p>　　四、致謝……………………………………………………… 29</p><p>　　五、參考書目………………………………………………… 29</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)（工藝設(shè)計(jì)）說明說編寫內(nèi)容</p><p&g

8、t;<b>　　一、概述</b></p><p><b>　　1、浮閥塔的特點(diǎn)</b></p><p>　　浮閥塔是廿世紀(jì)五十年代初開發(fā)的一種新塔型。其特點(diǎn)是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個(gè)篩孔處安置一個(gè)可上下移動(dòng)的閥片。當(dāng)篩孔氣速高時(shí)，閥片被頂起、上升，孔速低時(shí)，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體

9、在閥片下測(cè)水平方向進(jìn)入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時(shí)間，故收到很好的傳質(zhì)效果。</p><p>　　生產(chǎn)上對(duì)塔器在工藝上及結(jié)構(gòu)上提出的要求有下列幾方面： </p><p>　　1． 分離效率高------達(dá)到一定分離程度所需塔的高度低。 </p><p>　　2． 生產(chǎn)能力大------單位塔截面積處理量大。 </p><p>　　

10、3． 操作彈性（flexibility）大------對(duì)一定的塔器，操作時(shí)氣液流量（亦稱氣液負(fù)荷）的變化會(huì)影響分離效率。若分離效率最高時(shí)的氣液負(fù)荷作為最佳負(fù)荷點(diǎn)，可把分離效率比最高效率下降15%的最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比稱為操作彈性。工程上常用的，是液，氣負(fù)荷比L/V為某一定值時(shí)，氣相與液相的操作彈性。操作彈性大的塔必然適應(yīng)性強(qiáng)，易于穩(wěn)定操作。 </p><p>　　4． 氣體阻力小------氣體阻力小可使氣體輸

11、送的功率消耗小。對(duì)真空精餾來說，降低塔器對(duì)氣流的阻力可減小塔頂，底間的壓差，降低塔的操作壓強(qiáng)，從而可降低塔底溶液泡點(diǎn)，降低對(duì)塔釜加熱劑的要求，還可防止塔底物料的分解。 </p><p>　　5． 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備取材面廣------便于加工制造與維修，價(jià)格低廉，使用面廣。</p><p><b>　　2、浮閥閥型介紹</b></p><p>　　

12、浮閥的形狀如右圖所示。浮閥有三條帶鉤的腿。將浮閥放進(jìn)篩孔后，將其腿上的鉤扳轉(zhuǎn)，可防止操作時(shí)氣速過大將浮閥吹脫。此外，浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當(dāng)篩孔氣速降低浮閥降至塔板時(shí)，靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持 2.5mm左右的間隙；在浮閥再次升起時(shí)，浮閥不會(huì)被粘住，可平穩(wěn)上升。</p><p>　　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6

13、0%～80%，為篩板塔的120%～130%。</p><p>　　圖2 浮閥（a）V-4型，（b）T型</p><p>　　浮閥一般都用不銹鋼制成。國內(nèi)常用的浮閥有三種，即圖1所示的F1型及圖2所示的V-4型與T型。V-4型的特點(diǎn)是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時(shí)因流道形狀漸變可減小阻力。T型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動(dòng)范圍。三類浮閥中，F(xiàn)1型浮閥最簡(jiǎn)單，該類型浮閥已被廣

14、泛使用。我國已有部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB1118—68）。F1型閥又分重閥與輕閥兩種，重閥用厚度2mm的鋼板沖成，閥質(zhì)量約33克，輕閥用厚度1.5mm的鋼板沖成，質(zhì)量約25克。閥重則閥的慣性大，操作穩(wěn)定性好，但氣體阻力大。一般采用重罰。只有要求壓降很小的場(chǎng)合，如真空精餾時(shí)才使用輕閥。</p><p><b>　　二、工藝計(jì)算</b></p><p>　　1、流程的設(shè)計(jì)及說明&l

15、t;/p><p>　　工藝流程：如圖下圖所示。原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制a(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和

16、相應(yīng)的泵,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。為了便于了解操作中的情況及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和采取相應(yīng)的措施，常在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表。比如流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表等，以測(cè)量物流的各項(xiàng)參數(shù)。</p><p>　　圖1 浮閥塔的工藝流程簡(jiǎn)圖</p><p>　　2、查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　?、瞥合卤胶图妆降臍庖浩胶鈹?shù)據(jù)，見表</p><p

17、>　　常壓下苯—甲苯系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)如表1—6所示。</p><p>　　表1—6 苯—甲苯系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)</p><p>　　苯相對(duì)分子質(zhì)量：78；甲苯相對(duì)分子質(zhì)量：92</p><p>　　由上表可求得：?===2.496</p><p><b>　　3、全塔物料衡算</b></p>&

18、lt;p>　　根據(jù)工藝的操作條件可知:</p><p>　　料液流量 F=180Kmol/h=4.425kg/s;</p><p>　　料液中易揮發(fā)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) xf=0.25;</p><p>　　塔頂產(chǎn)品摩爾分?jǐn)?shù) xD=0.99;</p><p>　　回收率 =0.99；</p><p><b>

19、　　由公式：</b></p><p><b>　　F=D+W</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　代入數(shù)值解方程組得：</p><p><b>　　塔頂產(chǎn)品流量 :</b></p><p>　　D=45kmol

20、/h=0.97675kg/s;</p><p><b>　　塔底產(chǎn)品流量</b></p><p>　　W=135kmol/h=3.448kg/s;</p><p>　　塔底產(chǎn)品摩爾分?jǐn)?shù) xw=0.00333</p><p>　　根據(jù)衡摩爾流假設(shè)，全塔流率一致，相對(duì)揮發(fā)度也一致：</p><p>&

21、lt;b>　　由附錄一知：</b></p><p><b>　　?=2.4969</b></p><p><b>　　所以，平衡方程為：</b></p><p><b>　　y= = ①</b></p><p><b>　　x=(a)</b&g

22、t;</p><p>　　由于泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1,則q線方程為：</p><p>　　q=xf=0.25; ②</p><p><b>　　由方程①②得：</b></p><p>　　xe=0.25, ye=0.4542</p><p>　　最小回流比 Rmin為：</p>

23、<p>　　Rmin===2.6239;</p><p>　　R=1.55Rmin=1.55*2.6239=4.067;</p><p>　　所以精餾段液相質(zhì)量流量:</p><p>　　L=RD=4.067*0.97675=3.9725kg/s</p><p>　　精餾段氣相質(zhì)量流量:</p><p>

24、　　V=(R+1)D=5.067*0.97675=4.9492kg/s</p><p>　　所以，精餾段操作線方程：</p><p>　　y=+=0.803x-0.195 (b)</p><p>　　提餾段液相質(zhì)量流量:</p><p>　　=3.9725+4.425=8.397kg/s</p><p>　　提餾段

25、氣相質(zhì)量流量: </p><p>　　=V=4.9492kg/s</p><p>　　所以，提餾段操作線方程：</p><p>　　y==1.592x-0.00197 (c)</p><p>　　4、理論塔板數(shù)的計(jì)算</p><p>　　由上而下逐板計(jì)算，自x0=0.99開始到xi首次越過xq=0.25時(shí)止。<

26、/p><p>　　操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn)</p><p>　　(x0=0.99,y1=0.99) (a)式(x1=0.9754,y1=0.99)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x1=0.9754,y2=0.978) (a)式(x2=0.9474,y2=0.97

27、8)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x2=0.9474,y3=0.9558) (a)式(x3=0.8964,y3=0.9558)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x3=0.8964,y4=0.9148) (a)式(x4=0

28、.8113,y4=0.9148)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x4=0.8113,y5=0.8465) (a)式(x5=0.6884,y5=0.8465)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x5=0.6684,y6=0.

29、7477) (a)式(x6=0.541,y6=0.7477)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x6=0.541,y7=0.6295) (a)式(x7=0.4049,y7=0.6295)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x

30、7=0.4049,y8=0.520) (a)式(x8=0.3026,y8=0.520)</p><p><b>　　(b)式↙</b></p><p>　　(x8=0.3026,y9=0.4381) (b)式↙(x9=0.2379,y9=0.4381)</p><p>　　因x9時(shí)首次出現(xiàn)xi<xq，故第9塊理論板為加料板，精餾段共8

31、塊理論板。</p><p>　　已知 x9=0.2379,由上而下計(jì)算，直到xi首次超越xw=0.00333時(shí)為止。</p><p>　　操作線上的點(diǎn) 平衡線上的點(diǎn)</p><p>　　(x9=0.2379,y9=0.4381)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p>

32、<p>　　(x9=0.2379,y10=0.3768) (a)式(x10=0.1949,y10=0.3768)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x10=0.1949,y11=0.3084)(a)式(x11=0.1515,y11=0.3084)</p><p><b>　　(c)式↙

33、</b></p><p>　　(x11=0.1515,y12=0.2392)(a)式(x12=0.1118,y12=0.2392)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x12=0.2392,y13=0.1761)(a)式(x13=0.07884,y13=0.1761)</p><

34、p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x13=0.07884,y14=0.1235)(a)式(x14=0.05344,y14=0.1235)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x14=0.05344,y15=0.0831)(a)式(x15=0.03503,y15

35、=0.0831)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x15=0.03503,y16=0.0538)(a)式(x16=0.02226,y16=0.0538)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x16=0.02226,y17=0.0

36、3347)(a)式(x17=0.01368,y17=0.03347) </p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x17=0.01368,y18=0.01981)(a)式(x18=0.008029,y18=0.01981)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p>&

37、lt;p>　　(x18=0.008029,y19=0.01081)(a)式(x19=0.004358,y19=0.01081)</p><p><b>　　(c)式↙</b></p><p>　　(x19=0.004358,y20=0.004968)(a)式(x20=0.001996,y20=0.004968)</p><p>　　由于到

38、x20時(shí)首次出現(xiàn)xi<xw,故總理論板不足20塊。</p><p>　　總的理論板塊數(shù)=19+=19+=19.434塊</p><p>　　因蒸餾釜相當(dāng)于一塊理論板，故總的理論板數(shù)為18.434，其中10.434塊為提餾段理論板。</p><p>　　5、實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)內(nèi)插法，可查得：苯在泡點(diǎn)時(shí)的黏度μa(m

39、Pa.s)＝0.25，</p><p>　　甲苯在泡點(diǎn)的黏度μb(mPa.s)＝0.27，</p><p><b>　　所以，平均黏度</b></p><p>　　所以:總板效率 E==0.542</p><p>　　實(shí)際塔板數(shù) Ne==34.011=34塊</p><p>　　其中，精餾段的Ne

40、==14.76=15塊</p><p>　　提餾段的Ne==19.25=19塊</p><p>　　6、浮閥塔的工藝尺寸的確定</p><p><b>　?、傥镄詤?shù)的確定</b></p><p>　　進(jìn)料 xf=0.2379 由內(nèi)插法得溫度tf=101.86°C</p><p>　　

41、塔頂 xD=0.99 由內(nèi)插法得溫度 tD=80.76°C</p><p>　　塔釜 xw=0.00333 由內(nèi)插法得溫度 tw=110.45°C</p><p><b>　　a.分子量</b></p><p>　　精餾段塔頂 xD=0.99</p><p><b>　　==</b

42、></p><p><b>　　進(jìn)料板的平均分子量</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　提餾段 塔釜 xw=0.00333</p><p>　　則，精餾段的平均分子量</p><p><b>　　=</b></

43、p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　提餾段的平均分子量</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　b.操作壓強(qiáng)</b&

44、gt;</p><p>　　塔頂壓強(qiáng)為常壓 P=101325pa</p><p><b>　　進(jìn)料段壓強(qiáng)：</b></p><p><b>　　精餾段壓強(qiáng)：</b></p><p><b>　　提餾段壓強(qiáng)：</b></p><p><b>　　

45、c.密度</b></p><p><b>　　液相密度</b></p><p>　　精餾段的密度 tD=80.76°C</p><p>　　ρ1=814.4096kg/m3 ρ2=811.3309kg/m3</p><p>　　提餾段的密度：tw=110.45°C</

46、p><p>　　ρ1=779.2971kg/m3 ρ2=779.7804kg/m3</p><p>　　進(jìn)料的密度：tf=101.86°C</p><p>　　ρ1=790.5434kg/m3 ρ2=789.8593kg/m3</p><p><b>　　氣相密度：</b><

47、;/p><p>　　精餾段的定性溫度：°C</p><p>　　提餾段的定性溫度：°C</p><p>　　d.液體表面張力бm</p><p>　　塔頂溫度 tLD=80.76°C</p><p>　　由內(nèi)插法得：б1=0.0584N/m=58.4mN/m</p><p&

48、gt;　　б2=0.0557N/m=55.7mN/m</p><p>　　=0.99*58.4+0.01*55.7=58.373mN/m</p><p>　　塔底溫度 tw=110.45°C</p><p>　　內(nèi)插法得：б1=0.0549N/m=54.9mN/m</p><p>　　б2=0.0517N/m=51.7mN/m<

49、;/p><p>　　進(jìn)料溫度 tf=101.86°C</p><p>　　內(nèi)插法得：б1=0.0562N/m=56.2mN/m</p><p>　　б2=0.0528N/m=52.8mN/m</p><p><b>　　=</b></p><p>　　精餾段的平均液體張力</p>

50、<p>　　提餾段的平均液體張力</p><p><b>　　e.氣液負(fù)荷計(jì)算</b></p><p>　　精餾段： </p><p>　　提餾段: </p><p><b>　?、谒?lt;/b></p><p><b>　　首先

51、考慮精餾段：</b></p><p>　　參考有關(guān)資料：初選板間距 HT=0.45m</p><p>　　取板上液層高度 hL=0.07m</p><p>　　故，HT-hL=0.45-0.07=0.38m</p><p>　　查表得：C20=0.079</p><p><b>　　校核到物體表面

52、張力</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p>　　適宜的空塔氣速 u=(0.6–0.8)umax=0.7*1.6192=1.133m/s</p><p><b>　　故塔徑：</b></p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)所以，，塔徑圓整為1.6m</p>

53、<p>　　精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p><b>　　精餾段有效高度</b></p><p><b>　　提餾段有效高度</b></p><p>　　在進(jìn)料孔上方設(shè)一人孔，高為0.6m</p><p>　　故精餾塔有效高度為 6.3+8.1+0.6=15m</p>

54、<p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　適宜的空塔氣速 </b></p><p><b>　　故塔徑：</b></p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為1.6m</p><p><b>　　所以，</b></p&

55、gt;<p><b>　?、垡缌餮b置</b></p><p>　　采用單溢法弓形降液管</p><p><b>　?、叛唛Llw</b></p><p>　　取堰長 lw=0.75D=0.75*1.6=1.2m</p><p><b>　?、瞥隹谘吒?lt;/b><

56、/p><p>　　hw=hL-how 選用平直堰，堰上液層高度how由下式計(jì)算</p><p>　　當(dāng)D=1600mm時(shí)，單溢流Lh≦70m3/h</p><p>　　由液流收縮系數(shù)計(jì)算圖 查得,精餾段:E=1.03</p><p>　　故，hw=0.07-0.0177=0.0523m</p><p>　　提餾段：E=1

57、.04</p><p><b>　　則，</b></p><p>　　故，=0.07-0.02494=0.04506m</p><p><b>　?、芙狄汗艿紫陡叨?lt;/b></p><p>　　精餾段 h0=hw-0.006=0.0523-0.006=0.0463m</p><p

58、>　　提餾段 =-0.006=0.04506-0.006=0.03906m</p><p>　?、莨谓狄汗軐挾萕d和面積Af的確定</p><p>　　由查《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：</p><p>　　=0.175,=0.12</p><p>　　故，Wd=0.175*D=0.175*1.6=0.28m</p><p&

59、gt;<b>　　精餾段停留時(shí)間 </b></p><p><b>　　(>5s符合要求)</b></p><p><b>　　提餾段停留時(shí)間</b></p><p><b>　　(>5s符合要求)</b></p><p>　?、匏宀贾眉案?/p>

60、閥數(shù)目排列</p><p>　　取閥孔的動(dòng)能因子 F0=12</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　浮閥數(shù) </b></p><p>　　取有效區(qū)寬度 Wc=0.08m</p><p>　　取安定區(qū)寬度 Ws=0.1m</p&

61、gt;<p><b>　　開孔面積：</b></p><p>　　R==1.6/2-0.08=0.72m</p><p>　　x==0.8-(0.28+0.1)=0.42m</p><p>　　取同一磺排的孔心距 a=75mm=0.075m</p><p><b>　　估算排間距h</b&g

62、t;</p><p><b>　　h==</b></p><p><b>　　提餾段： </b></p><p><b>　　浮閥數(shù) </b></p><p><b>　　估算排間距</b></p><p><b

63、>　　==</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排方式作圖（見附圖），排得閥數(shù)為209個(gè)。</p><p>　　按N=209個(gè)重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　閥孔動(dòng)能因子變化不大</p><p>

64、<b>　　塔板開孔率 ﹪</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　閥孔動(dòng)能因子變化不大,在9–12范圍內(nèi)。</p><p><b>　　塔板開孔率 ﹪</b></p><p>　　7、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p&

65、gt;<b>　　a.精餾段：</b></p><p>　?、艢怏w通過浮閥塔板的壓降</p><p><b>　?、俑砂遄枇?lt;/b></p><p>　　u oc < u o 則 液柱</p><p><b>　?、诎迳铣錃庖簩幼枇?lt;/b></p><

66、;p>　　本設(shè)備分離苯和甲苯的混合液，即液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù)ε=0.5</p><p>　　hl=εhL=0.5*0.07=0.035m液柱</p><p>　?、垡后w表面張力所造成的阻力</p><p>　　此阻力很小，忽略不計(jì)</p><p>　　因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋?</p

67、><p>　　hp=0.0511+0.035=0.0861m液柱</p><p>　　(單板壓降 =0.0861*802.1877*9.81=677Pa)</p><p><b>　?、蒲退?</b></p><p>　　為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度</p><p>　　Hd

68、=hp+hL+hd</p><p>　?、倥c氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p前已算出</p><p>　　hp=0.0861 m液柱</p><p>　　②液體通過降液管的壓頭損失因不設(shè)進(jìn)堰口</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　?、郯迳弦簩痈叨?

69、lt;/b></p><p><b>　　hL=0.070m</b></p><p>　　則 Hd=0.0861+0.070+0.00121=0.157m</p><p>　　取=0.5，又已選定 HT=0.45m , hw=0.0523m</p><p><b>　　則，</b><

70、;/p><p>　　可見hd<符合防止淹塔的要求。</p><p><b>　?、庆F沫夾帶</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率=﹪</b></p><p><b>　　及泛點(diǎn)率=﹪</b></p><p>　　板上液體流徑長度 ZL=D-

71、2=1.60-20.28=1.04m</p><p>　　板上液流面積 =-2=2.041-20.241=1.559m2</p><p>　　苯和甲苯為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)K=1.0</p><p>　　查得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF=0.127,將以上數(shù)值代入上式</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=﹪</b><

72、;/p><p><b>　　泛點(diǎn)率=﹪</b></p><p>　　對(duì)于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80﹪，計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80﹪以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0.1kg(液)/kg(氣)的要求。</p><p><b>　　b.提餾段：</b></p><p>　?、艢怏w

73、通過浮閥塔板的壓降</p><p><b>　?、俑砂遄枇?lt;/b></p><p><b>　　< 則液柱</b></p><p><b>　?、诎迳铣錃庖簩幼枇?lt;/b></p><p>　　本設(shè)備分離苯和甲苯的混合液，即液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù)ε=0.5，則液柱&

74、lt;/p><p>　?、垡后w表面張力所造成的阻力</p><p>　　此阻力很小，忽略不計(jì)</p><p>　　因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋?lt;/p><p>　　=0.04116+0.035=0.07616m液柱</p><p>　　(單板壓降 =0.07616*802.1877*9.81=5

75、86.4Pa)</p><p><b>　?、蒲退?</b></p><p>　　為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度，</p><p><b>　　≤</b></p><p>　?、倥c氣體通過塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p前已算出</p><p>　　=0

76、.07616 m液柱</p><p>　?、谝后w通過降液管的壓頭損失因不設(shè)進(jìn)堰口</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　?、郯迳弦簩痈叨?lt;/b></p><p><b>　　=0.070m</b></p><p>　　則=0

77、.07616+0.070+0.006992=0.1532m</p><p>　　取=0.5，又已選定=0.45m , =0.04506m</p><p>　　則，可見<符合防止淹塔的要求。</p><p><b>　?、庆F沫夾帶</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p

78、><p>　　及 泛點(diǎn)率=﹪</p><p>　　板上液體流徑長度 ZL=D-2=1.60-20.28=1.04m</p><p>　　板上液流面積 =-2=2.041-20.241=1.559m2</p><p>　　苯和甲苯為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)K=1.0</p><p>　　查得泛點(diǎn)

79、負(fù)荷系數(shù)CF=0.127,將以上數(shù)值代入上式</p><p><b>　　泛點(diǎn)率：﹪</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率：﹪</b></p><p>　　對(duì)于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80﹪，計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80﹪以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0.1kg(液)/kg(氣)的要求。&l

80、t;/p><p>　　8、塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性的確定</p><p><b>　　a.精餾段：</b></p><p><b>　?、凫F沫夾帶線</b></p><p>　　按泛點(diǎn)率=80﹪計(jì)算如下：</p><p>　　整理得：0.0599Vs+1.41Ls=0.158&l

81、t;/p><p>　　即，Vs=2.64-23.54Ls</p><p><b>　?、谝悍壕€</b></p><p>　　0.17255=0.000953u02+49.564ls2+0.965ls2/3</p><p><b>　　代入整理得：</b></p><p>　　Vs

82、2=11.205-3218.44ls2-62.66ls2/3</p><p><b>　?、垡合嘭?fù)荷上線限</b></p><p><b>　　以τ=5s算</b></p><p><b>　?、苈┮壕€</b></p><p>　　對(duì)于F1型重閥，=5計(jì)算</p>

83、<p><b>　　則，又知</b></p><p><b>　?、菀合嘭?fù)荷下限線</b></p><p>　　取堰上液層高度 how=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件</p><p><b>　　=0.006</b></p><p><b>　　E=1,

84、則</b></p><p>　　作出塔板負(fù)荷性能圖上的①②③④⑤共五條線，見附圖：</p><p>　　由圖知：氣相負(fù)荷上限（Vs）max=2.35 m3/s, </p><p>　　氣相負(fù)荷下限（Vs）min=0.71 m3/s</p><p>　　所以，操作彈性=>3符合</p><p><

85、b>　　b.提餾段：</b></p><p><b>　?、凫F沫夾帶線</b></p><p>　　按泛點(diǎn)率=80﹪計(jì)算如下：</p><p>　　整理得：0.06495+1.41=0.158</p><p>　　即,=2.439-21.71Ls’</p><p><b&g

86、t;　　②液泛線</b></p><p>　　0.17994=0.001143+69.6412+0.92162/3</p><p><b>　　代入整理得：</b></p><p><b>　?、垡合嘭?fù)荷上線限</b></p><p><b>　　以=5s算，</b>

87、;</p><p><b>　?、苈┮壕€</b></p><p>　　對(duì)于F1型重閥，=5計(jì)算</p><p><b>　　則,又知 </b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　?、菀合嘭?fù)荷下限線</b

88、></p><p>　　取堰上液層高度=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件</p><p><b>　　E=1,則</b></p><p>　　作出塔板負(fù)荷性能圖上的①②③④⑤共五條線，見附圖：</p><p>　　由圖知：氣相負(fù)荷上限 ，</p><p><b>　　氣相負(fù)荷下限

89、</b></p><p>　　所以，操作彈性=>3符合</p><p>　　9、輔助設(shè)備及零件設(shè)備</p><p><b>　?、潘斃淠?lt;/b></p><p>　?、倮淠鞯倪x擇：（列管式冷凝器）</p><p>　　冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝

90、器和泵之間需設(shè)回流罐，這樣可以減少臺(tái)架，且便于維修、安裝，造價(jià)不高。</p><p>　?、诶淠鞯膫鳠崦娣e和冷卻水的消耗量</p><p>　　熱流體為80.76℃的99%的苯蒸汽，冷流體為20℃的水</p><p>　　Q=qm1r1 Q=qm2r2</p><p>　　Q—單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，J/s或W；</p>

91、<p>　　qm1, qm2—熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;</p><p>　　r1 ,r2—熱，冷流體的汽化潛熱，J/kg</p><p>　　查表得 r1=393.113 kJ/㎏ r2=998 kJ/㎏ qm1=4.949kg/s</p><p>　　Q=qm1r1=4.949×393113=1945516J/s&l

92、t;/p><p>　　Q=qm2r2=998000 qm2=1945516 J/s</p><p>　　∴ qm2=1.95 kg/s</p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p><b>　　A=</b></p><p>　　蒸汽溫度為80.76℃，冷水出口

93、溫度為40℃</p><p><b>　　則 =℃</b></p><p>　　由于溶液黏度小于0.0005pa.s 所以K初取900W·m-2/℃</p><p>　　∴ A=</p><p>　　所以查管殼式熱交換器系列標(biāo)準(zhǔn)（摘錄）</p><p>　　列管外徑一般

94、都選25mm，管長取3m。</p><p>　　因?yàn)?所以 L=579.3m, 則 算得管數(shù)為：N=194根</p><p>　　根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　可以算得此換熱器的換熱面積為 =269*3.14159*0.025*3=63.4m2</p><p>　　可見滿足設(shè)計(jì)的要求。</p><p>

95、;<b>　?、扑自俜衅?lt;/b></p><p>　?、僭俜衅鞯倪x擇：列管式蒸發(fā)器</p><p>　　對(duì)直徑較大的塔，一般將再沸器置于塔外。其管束可抽出，為保證管束浸于沸騰器液中，管束末端設(shè)溢流堰，堰外空間為出料液的緩沖區(qū)。其液面以上空間為氣液分離空間。</p><p><b>　?、诩訜嵴羝牧?lt;/b></p

96、><p>　　Q=qm1r1 Q=qm2r2</p><p>　　Q—單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，J/s或W；</p><p>　　qm1, qm2—熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;</p><p>　　r1 ,r2—熱，冷流體的汽化潛熱，J/kg</p><p>　　∵ r1=2210.4kJ/㎏ r2=363

97、.63kJ/㎏ </p><p>　　提餾段液體流量=8.397Kg/s qm2=4.951kg/s </p><p>　　∴ Q=qm2r2=4.951×363.63=1800.2 kJ/s=2210.4 qm1</p><p>　　∴ 蒸汽消耗量qm1為0.815kg/s</p><p><b>　　傳

98、熱面積：</b></p><p><b>　　A=</b></p><p>　　蒸汽溫度為120℃，冷液進(jìn)口溫度為110.45℃，出口溫度為110.54℃。</p><p>　　則 ==9.5℃</p><p>　　由于溶液黏度小于0.0005pa.s 所以K初取1050W·m-2/℃<

99、/p><p>　　∴ A=</p><p>　　列管外徑一般都選25mm，管長取6m。</p><p>　　因?yàn)?所以 L=2299m, 則 算得管數(shù)為：N=384根</p><p>　　根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　可以算得此換熱器的換熱面積為 =444*3.14159*0.025*6=20

100、9.23m2</p><p>　　則滿足要求，也用此換熱器做蒸發(fā)器。</p><p>　?、沁M(jìn)料預(yù)熱器（列管式加熱器）</p><p>　　進(jìn)料冷夜的溫度為15.7℃，經(jīng)過加熱器變成飽和液體溫度為101.46℃，用列管式加熱器。</p><p>　　加熱蒸汽消耗量及換熱器的選型</p><p>　　Q=qm1r1

101、 Q=qm2r2</p><p>　　Q—單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，J/s或W；</p><p>　　qm1, qm2—熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;</p><p>　　r1 ,r2—熱，冷流體的汽化潛熱，J/kg</p><p>　　∵ r1=2210.4kJ/㎏ r2=425.17kJ/㎏ </p>&l

102、t;p>　　進(jìn)料液體流量F=200Kmol/h=4.425Kg/s</p><p>　　即 qm2=4.425kg/s </p><p>　　∴ Q=qm2r1=4.425×425.17=1881.4 kJ/s=2210.4 qm1</p><p>　　∴ 蒸汽消耗量qm1為0.851kg/s</p><p><b

103、>　　傳熱面積：</b></p><p><b>　　A=</b></p><p>　　蒸汽溫度為120℃，冷液進(jìn)口溫度為15.7℃，出口溫度為101.86℃。</p><p><b>　　則 =℃</b></p><p>　　由于溶液黏度小于0.0005pa.s 所以K初取

104、900W·m-2/℃</p><p>　　∴ A=</p><p>　　列管外徑一般都選25mm，管長取3m。</p><p>　　因?yàn)?所以 L=540m, 則 算得管數(shù)為：N=181根</p><p>　　根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以查得：</p><p>　　可以算得此換熱器的換熱面積為 =269*

105、3.14159*0.025*3=63.4m2</p><p>　　則滿足要求，也用此換熱器加熱。</p><p><b>　?、冗M(jìn)料泵</b></p><p>　　塔總高（不包括群座）由下式?jīng)Q定</p><p>　　式中 H—塔高，m；</p><p><b>　　--塔頂空間，m；

106、</b></p><p><b>　　--塔板間距，m；</b></p><p>　　--開有人孔的塔板間距，m；</p><p>　　--進(jìn)料段高度，m；</p><p><b>　　--塔底空間，m；</b></p><p>　　--實(shí)際塔板數(shù)，m；</

107、p><p>　　--人孔數(shù)（不包括塔頂空間與塔底空間的人孔數(shù)）。</p><p>　　所以 取1.5m ， =34塊 ，=0.45m ，=0.6m , =0.8m，每8塊取一個(gè)人孔，則=4個(gè)。</p><p>　　的計(jì)算，塔釡料液最好能在塔底有3~5分鐘的存儲(chǔ)，所以取5分鐘來計(jì)算。</p><p>　　因?yàn)?=0.01002*300=3.006m

108、3</p><p><b>　　∴=1.49m</b></p><p>　　則=1.5+(34-2-4)*0.45+2.4+0.8+1.49=18.79m</p><p>　　群座高度取5m，所以總高度為 23.79m。</p><p>　　F=180Kmol/h=4.425Kg/s=20.16m3</p>

109、<p>　　料液罐的壓強(qiáng)為常壓1atm，加料板的壓強(qiáng)為110925pa</p><p>　　進(jìn)料口的高度為15.24m ，進(jìn)料段的表壓為0.126at，管路阻力</p><p>　　管路的高度為 15.24m+0.126*10+=16.5+,所以要選一個(gè)適合這個(gè)流量和高度的泵，查型離心泵性能表 </p><p>　　從各個(gè)方面考慮下來，65-50-160

110、比較適合作進(jìn)料泵，其有關(guān)參數(shù)為：</p><p><b>　　使用重力回流。</b></p><p><b>　　10、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p><b>　?、盼镄詳?shù)據(jù)表</b></p><p>　?、聘￠y塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p>

111、;<b>　　三、結(jié)論和評(píng)解</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，更特別是對(duì)精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際單元操作設(shè)計(jì)中所涉及的個(gè)方面要注意問題都有所了解。通過這次對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)，不僅讓我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，而且對(duì)知識(shí)也是一種鞏固和提升充實(shí)。在老師和同學(xué)的幫助下，及時(shí)的按要求完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我獲得了很多

112、重要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的實(shí)際動(dòng)手和知識(shí)的靈活運(yùn)用能力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是一次常規(guī)的練習(xí)設(shè)計(jì)，目的在于掌握設(shè)計(jì)的過程和分析問題的能力，必定有許多不足之處，希望老師多多批評(píng)。</p><p><b>　　四、致謝</b></p><p>　　感謝給我?guī)椭睦蠋煟厚T暉、黃莉。</p><p>　　感謝給我?guī)椭?/p>

113、的同學(xué)：劉鑫等。</p><p><b>　　五、參考書目</b></p><p>　?、盘旖虼髮W(xué)華工學(xué)院柴誠敬主編《化工原理》下冊(cè)，高等教育出版社。</p><p>　?、颇暇┕I(yè)大學(xué) 管國鋒主編《化工原理》化學(xué)工業(yè)出版社。</p><p>　?、侨A東理工大學(xué) 陳英蘭、劉玉蘭主編《常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)》華東理工大學(xué)出

114、版社。</p><p>　?、取痘瘜W(xué)工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)—?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備[M]北京化學(xué)工業(yè)出版社。</p><p>　?、纱筮B理工大學(xué) 匡國柱 史啟才主編《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》化工工業(yè)出版社。</p><p>　?、侍旖虼髮W(xué) 夏青 陳常貴主編《化工原理》 天津大學(xué)出版社。</p><p>　?、颂旖虼髮W(xué) 姚玉英主編《化工原