化工原理課程設計--乙醇—水分離過程板式精餾塔設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　論文題目：乙醇—水分離過程板式精餾塔設計</p><p>　　2012年6月28日</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　課程設計題目</b></p>

2、<p>　　乙醇-水溶液連續(xù)精餾塔設計</p><p><b>　　課程設計的內(nèi)容</b></p><p><b>　　設計方案的確定</b></p><p>　　帶控制點的工藝流程圖的確定</p><p>　　操作條件的選擇（包括操作壓強、進料狀態(tài)、回流比等）</p>

3、<p><b>　　塔的工藝計算</b></p><p><b>　　全塔物料衡算</b></p><p><b>　　最佳回流比的確定</b></p><p>　　理論板及實際板的確定</p><p><b>　　塔徑的計算</b></p

4、><p>　　降液管及溢流堰尺寸的確定</p><p>　　浮閥數(shù)及排列方式（篩板孔徑及排列方式）的確定</p><p><b>　　塔板流動性能的校核</b></p><p>　　塔板負荷性能圖的繪制</p><p><b>　　塔板設計結果匯總表</b></p>

5、<p><b>　　輔助設備工藝計算</b></p><p>　?。?）換熱器的面積計算及選型</p><p>　?。?）各種接管管徑的計算及選型</p><p>　?。?）泵的揚程計算及選型</p><p>　　6．塔設備的結構設計：（包括塔盤、裙座、進出口料管）</p><p>&

6、lt;b>　　課程設計的要求</b></p><p>　　撰寫課程設計說明書一份</p><p><b>　　工藝流程圖一張</b></p><p><b>　　設備總裝圖一張</b></p><p>　　課程設計所需的主要技術參數(shù)</p><p>　　原料

7、： 乙醇-水溶液</p><p>　　原料溫度： 30℃</p><p>　　處理量： 2萬噸/年</p><p>　　原料組成（乙醇的質量分數(shù)）：50%</p><p>　　產(chǎn)品要求：塔頂產(chǎn)品中乙醇的質量分數(shù)：92%；</p><p>　　塔頂產(chǎn)品中乙醇的回收率：99%</p><

8、p>　　生產(chǎn)時間： 300天（7200 h）</p><p>　　冷卻水進口溫度：30℃</p><p>　　加熱介質： 0.6MPa飽和水蒸汽</p><p><b>　　課程設計的進度安排</b></p><p>　　查找資料，初步確定設計方案及設計內(nèi)容，1-2天</p><p>

9、;　　根據(jù)設計要求進行設計，確定設計說明書初稿，2-3天</p><p>　　撰寫設計說明書，總裝圖，答辯，4-5天</p><p>　　課程設計考核方式與評分方法</p><p>　　指導教師根據(jù)學生的平時表現(xiàn)、設計說明書、繪圖質量及答辯情況評定成績，采用百分制。</p><p>　　其中： 平時表現(xiàn) 20%</p

10、><p>　　設計說明書 40%</p><p>　　繪圖質量 20%</p><p>　　答辯 20%</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p>

11、;<p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1精餾操作對塔設備的要求1</p><p>　　1.2板式塔類型2</p><p>　　第二章 設計方案的確定3</p><p>　　2.1操作條件的確定3</p><p>　　2.2確定設計方案的原則

12、4</p><p>　　第三章塔的工藝尺寸得計算6</p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算6</p><p>　　3.2塔板數(shù)的確定7</p><p>　　3.2.1理論板層數(shù)N的求取7</p><p>　　3.2.2最小回流比及操作回流比計算................................

13、...................................................8</p><p>　　3.2.3圖解法求理論塔板數(shù)...................................................................................................8</p><p>　　3.3 精餾塔有

14、關物性數(shù)據(jù)的計算9</p><p>　　3.3.1 操作溫度計算..................................................................................................................10</p><p>　　3.3.2液體平均黏度計算10</p><p>

15、;　　3.3.3 平均摩爾質量計算10</p><p>　　3.3.4 平均密度計算11</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力計算12</p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設計13</p><p>　　3.4.1塔徑的計算13</p><p>　　3.4.2精餾塔有效高度的計算15&

16、lt;/p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計算15</p><p>　　3.5.1 溢流裝置計算15</p><p>　　3.5.2 塔板布置17</p><p>　　3.6 篩板的流體力學驗算18</p><p>　　3.6.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）19</p><p&

17、gt;　　3.6.2干板阻力19</p><p>　　3.6.3由表面張力導致的阻力19</p><p>　　3.6.4漏液驗算19</p><p>　　3.6.5液泛驗算19</p><p>　　3.6.6霧沫夾帶驗算19</p><p>　　3.7操作性能負荷圖20</p><p&g

18、t;　　3.7.1霧沫夾帶上限線20</p><p>　　3.7.2液泛線 ...............................................................................................................21</p><p>　　3.7.3液體負荷上限線..................

19、.....................................................................................21</p><p>　　3.7.4漏液線......................................................................................................

20、.................21</p><p>　　3.7.5液相負荷下限線.......................................................................................................21</p><p>　　第四章 塔附屬設計23</p><p>　　4.1

21、 冷凝器的選擇...................................................................................................................23</p><p>　　4.2各種接管管徑的計算及選型..........................................................

22、..................................24</p><p>　　4.2.1進料管.........................................................................................................................24</p><p>　　4.2.2釜液

23、出料管.................................................................................................................24</p><p>　　4.2.3回流液管......................................................................

24、...............................................25</p><p>　　4.2.4塔頂上升蒸汽管.........................................................................................................25</p><p>　　4.3泵的揚

25、程計算及選型........................................................................................................26</p><p>　　4.4塔設備的結構設計..........................................................................

26、..................................27</p><p>　　4.4.1法蘭.............................................................................................................................27</p><p>　　4.4.

27、2筒體.............................................................................................................................27</p><p>　　4.4.3封頭............................................................

28、.................................................................27</p><p>　　4.4.4裙座...........................................................................................................................

29、..27</p><p>　　4.4.5人孔.............................................................................................................................28</p><p>　　4.5 塔總體高度設計28</p><p>　

30、　4.5.1 塔的頂部空間高度28</p><p>　　4.5.2 塔的底部空間高度28</p><p>　　4.5.3 塔體高度28</p><p>　　4.6熱能的利用...............................................................................................

31、.........................28</p><p><b>　　設計小結29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　摘要</b><

32、/p><p>　　在化工生產(chǎn)中，氣體吸收過程是利用氣體混合物中各組分在液體中溶解度或化學反應活性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質，實現(xiàn)氣液混合物的分離。在化學工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其目的是:</p><p>　　回收或捕獲混合物中的有用物質，以制造產(chǎn)品。</p><p>　　除去工藝氣體中的有害成分使氣體凈化，以便進一步加工處理，除去工業(yè)中排

33、放到空氣中的有害氣體，以免污染大氣。</p><p>　　實際過程往往兼有凈化和回收的雙重目的。</p><p>　　實際混合氣體的分離，總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理和化學性質的差異而進行的。根據(jù)不同性質上的差異，可以開發(fā)出不同的分離方法，吸收操作僅為其中之一，它利用混合物中各組分在液體中的溶解度不同或化學性質差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質，實現(xiàn)氣液混合物的分離。</p>

34、<p>　　一般說來完整的吸收過程包括吸收和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過程中，原氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護環(huán)境等方面都要用到氣體吸收過程。填料塔作為其中的主要設備之一，越來越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔以水為溶劑，經(jīng)濟合理，凈化度高，污染小。除此之外，由于二氧化硫和水反應生成硫酸，具有很大的作用。</p><p><b>　　第一章 概述</b></p>

35、<p>　　化工原理課程設計是化工原理教學的一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應用本門課程和有關先修課程所學知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程序和方法，并在查閱技術資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設計結果、制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練，在設計過程中還應培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和實事求是、嚴肅負責的工作作風。</p><p>　　乙醇~水是

36、工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來，由于燃料價格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢，且已在鄭州、濟南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。</p><p>　　長期以來，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇~水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對于得到高純

37、度的乙醇來說產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進乙醇`水體系的精餾設備是非常重要的。</p><p>　　塔設備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用，在此我們作板式塔的設計以熟悉單元操作設備的設計流程和應注意的事項是非常必要的。</p><p>　　1.1精餾操作對塔設備的要求</p><p>　　精餾所進

38、行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質，而作為氣(汽)、液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設備還得具備下列各種基本要求：</p><p>　?。?）氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，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，即當塔設備的氣(汽)、

39、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　　（3）流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　（4） 結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p>

40、<p>　?。?）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節(jié)和檢修。</p><p>　?。?） 塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　實際上，任何塔設備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設計時應根據(jù)物系性質和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。</p><p><b>　　1.2板式塔類型<

41、/b></p><p>　　氣－液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。</p><p>　　板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。</p><p>　　第二章 設計方案的確定</p>

42、<p>　　本設計任務為乙醇—水混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　2.1操作條件的確定<

43、;/p><p>　　操作條件對操作有著重要的影響，若條件不當則會導致生產(chǎn)效果不理想，例如組分的分離順序、塔設備的型式、操作壓力、進料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等都歲生產(chǎn)有著重要的影響。下面結合課程設計的需要，對某些問題作些闡述。</p><p><b>　　2.1.1操作溫度</b></p><p>　　操作溫度主要計算進料口溫度、塔頂溫度、塔釜溫

44、度，從而得到精餾段溫度和提餾段溫度。</p><p>　　2.1.2 進料狀態(tài) </p><p>　　進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設計和制造上提供了方便。</p>

45、<p><b>　　2.1.3加熱方式</b></p><p>　　蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大(如酒精與水的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費用和設備費用。然而，直

46、接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應較低，因而塔板數(shù)稍有增加。但對有些物系(如酒精與水的二元混合液)，當殘液的濃度稀薄時，溶液的相對揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時采用直接蒸汽加熱是合適的。</p><p>　　值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜

47、壓力。對于酒精水溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表壓）。</p><p><b>　　2.1.4冷卻裝置</b></p><p>　　冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設計者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時溫度差較小，傳

48、熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。</p><p>　　2.2確定設計方案的原則</p><p>　　確定設計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學技術上的最新成就，使生產(chǎn)達到技術上最先進、經(jīng)濟上最合理的要求，符合優(yōu)質、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點：<

49、/p><p>　　2.2.1滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設計出來的流程和設備，首先必須保證產(chǎn)品達到任務規(guī)定的要求，而且質量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應的措施。其次所定的設計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應能在一定范圍內(nèi)進行調節(jié)，必要時傳熱量也可進行調整。因此，在必要的位置上要裝置調節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積

50、和選取操作指標時，也應考慮到生產(chǎn)上的可能波動。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計、壓強計，流量計等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應措施。</p><p>　　2.2.2滿足經(jīng)濟上的要求</p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和

51、冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費和設備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設備費也有很大影響。</p><p>　　2.2.3保證安全生產(chǎn)</p><p>　　例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使

52、塔受到破壞，因而需要安全裝置。</p><p>　　以上三項原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設計中，對第一個原則應作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。</p><p>　　第三章 塔的工藝尺寸得計算</p><p>　　3.1精餾塔的物料衡算</p><p>　　乙醇的摩爾質量 <

53、/p><p>　　水的摩爾質量 </p><p><b>　　原料液</b></p><p><b>　　塔頂</b></p><p>　　原料液平均摩爾質量：</p><p><b>　　同理可得：塔頂</b></p><p>

54、;<b>　　進料流量</b></p><p><b>　　餾出液流量</b></p><p><b>　　釜液流量</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得</b></p><

55、;p><b>　　水的回收率：</b></p><p><b>　　3.2塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　3.2.1相對揮發(fā)度</p><p>　　由相平衡方程式 可得</p><p>　　根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可得：</p><p><b>

56、;　　因此可以求得：</b></p><p><b>　　相對揮發(fā)度：</b></p><p>　　3.2.2最小回流比及操作回流比計算：</p><p>　　由origin作圖可知 </p><p>　　R=1.5472~2.813</p><p>　　故取最佳操作回流比R=

57、2.5</p><p>　　3.2.3圖解法求理論塔板數(shù)：</p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p><b>　　提留段操作線方程</b></p><p>　　精餾段操作線、提留段操作線、乙醇-水汽液相平衡線如下圖所示：</p><p>　　由圖可

58、知：精餾段理論塔板數(shù)9塊，提留段理論塔板數(shù)4塊；</p><p>　　總的理論塔板數(shù)13塊，從第10塊板開始加料。</p><p>　　3.3 精餾塔有關物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　3.3.1操作溫度計算</p><p>　　表5-1乙醇—水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關系</p><p>　　利用表5-1中數(shù)

59、據(jù)由拉格朗日插值可求得、、。</p><p>　　進料口： , =82.05℃</p><p>　　塔頂：，=78.28℃</p><p>　　塔釜：，=98.99℃</p><p><b>　　精餾段平均溫度 ℃</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度 ℃</b&g

60、t;</p><p><b>　　全塔的平均溫度℃</b></p><p>　　3.3.2 液體平均黏度和實際塔板數(shù)計算</p><p>　　在溫度86.44℃下查得水的粘度</p><p><b>　　因為</b></p><p><b>　　所以有</b&

61、gt;</p><p><b>　　全塔效率</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　實際塔板數(shù)=</b></p><p><b>　　精餾段實際塔板數(shù)</b></p><p><b>

62、;　　提留段實際塔板數(shù)</b></p><p>　　總的實際塔板數(shù)29塊</p><p>　　3.3.3平均摩爾質量計算</p><p>　　精餾段的平均摩爾質量</p><p>　　精餾段平均溫度=80.17℃</p><p>　　液相組成：，=46.21%</p><p>　　氣

63、相組成 ：，=63.82%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p><b>　　提餾段平均摩爾質量</b></p><p>　　提餾段平均溫度=90.52℃</p><p>　　液相組成：，=5.97

64、%</p><p>　　氣相組成：，=33.79%</p><p>　　所以 kg/kmol</p><p><b>　　kg/kmol</b></p><p>　　3.3.4平均密度計算</p><p>　　求得在與下乙醇與水的密度。不同溫度下乙醇和水的密度見表5-2。</p>

65、<p>　　表5-2不同溫度下乙醇和水的密度</p><p><b>　　1、精餾段</b></p><p>　　平均溫度=80.17℃ ，=734.83 kg/</p><p>　　, =971.69 kg/</p><p>　　在精餾段，液相密度：</p><p><b&g

66、t;　　氣相密度：</b></p><p>　　==1.2380 kg/</p><p><b>　　2、提餾段</b></p><p>　　平均溫度 =90.52℃ ， =723.584 kg/</p><p>　　， =964.9412 kg/</p><p><b>

67、　　液相密度：</b></p><p><b>　　氣相密度：</b></p><p>　　==0.921 kg/</p><p>　　3.3.5液體平均表面張力計算</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的表面張力見表5-3。</p><p>　　表5-3乙醇和水不同溫度下的表面張力

68、</p><p>　　3.3.5.1 精餾段液體平均表面張力</p><p>　　提餾段平均溫度=80.17℃</p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p><p><b>　　水表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇的質量分數(shù)</

69、b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　3.3.5.2 提餾段精餾段液體平均表面張力</p><p>　　提餾段平均溫度=90.52℃</p><p><b>　　乙醇表面張力：</b></p><p><b>　　水表面張力：<

70、;/b></p><p><b>　　乙醇的質量分數(shù)</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設計</p><p>　　3.4.1塔徑的計算</p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為</p>&

71、lt;p>　　(精餾段V=L+D=(R+1)+D,L=RD)</p><p>　　提餾段的氣、液相體積流率為</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　式中 C由式 計算，其中 由史密斯關聯(lián)圖查取，圖橫坐標為</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p

72、><p>　　取板間距 ，板上液層高度 ，則</p><p>　　取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為</p><p>　　按標準塔徑圓整后為D=1.0m</p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為</b></p><

73、;p><b>　?。?）提餾段 </b></p><p>　　同理，提餾段的板間距取 ，板上液層高度 。</p><p>　　按標準塔徑圓整后為D=1.0m</p><p><b>　　提餾段的為 </b></p><p>　　3.4.2精餾塔有效高度的計算;</p>&

74、lt;p><b>　　精餾段有效高度：</b></p><p><b>　　提留段有效高度;</b></p><p>　　在進料板上方開一入孔，其高度為0.8m，</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計算</p><p&g

75、t;　　3.5.1溢流裝置計算</p><p>　　因塔徑 D=1.0m ，可選用單溢流弓形降液管，各項計算如下：</p><p>　　3.5.1.1 堰長</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p>　　3.

76、5.1.2溢流堰高度</p><p><b>　　由</b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度：，近似取E=1</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p><b>　

77、　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為</b></p><p>　　3.5.1.3弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由</b></p><p>　　由

78、弓形降液管的參數(shù)圖查得</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　驗算液體在降液管中停留時間為：</p><p>　　同理，提餾段的為 &

79、lt;/p><p><b>　　故降液管設計合理</b></p><p>　　3.5.1.4 降液管底隙高度</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　同理，提餾段的為 </b></p><p>　　3.5.1.5塔板的分塊<

80、/p><p><b>　　a塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查得塔板分塊數(shù)表得，塔板分為3塊</p><p><b>　　b邊緣區(qū)寬度的確定</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　3.5

81、.2 塔板布置</p><p>　　3.5.2.1浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g,孔徑為39mm</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的速度：</p><p>　　取動能因數(shù)F=11，那么,因此</p>&

82、lt;p>　　由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排。</p><p>　　取中心距t=75mm，用CAD畫圖得浮閥數(shù)為83個</p><p><b>　　3.5.2.2校核</b></p><p>　　氣體通過閥孔時的實際速度：</p><p>　　實際動能因素：（在9和12之間）</p><

83、;p><b>　　開孔率:</b></p><p>　　開孔率在10%~14%之間滿足要求</p><p>　　3.6 浮閥的流體力學驗算</p><p>　　3.6.1氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p>　　氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p><p><b

84、>　　3.6.2干板阻力</b></p><p>　　浮閥由部分全開轉為全部全開的臨界速度為</p><p>　　因為<=10.53m/s,</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　3.6.3由表面張力導致的阻力</p><p>　　由表面張力導致的阻

85、力一般來說比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：</p><p><b>　　3.6.4漏液驗算</b></p><p>　　動能因數(shù),相應的氣相最小負荷為：</p><p><b>　　其中=</b></p><p><b>　　所以</b></p><p

86、>　　可見不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p><b>　　3.6.5液泛驗算</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p>　　其中，=0.0729m,=0.07m,</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　為防止液泛，通常,取

87、校正系數(shù)=0.5，則有： m</p><p>　　可見,即不會產(chǎn)生液泛。</p><p>　　3.6.6霧沫夾帶驗算</p><p><b>　　泛點率=?</b></p><p>　　查得物性系數(shù)K=1.0，泛點負荷系數(shù)</p><p><b>　　所以，泛點率</b>&l

88、t;/p><p><b>　　=</b></p><p>　　可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.7操作性能負荷圖</p><p>　　3.7.1霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點率為80%帶入泛點率計算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾

89、帶上限方程為：</p><p><b>　　3.7.2液泛線</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　即：</b></p><p>　　3.7.3液體負荷上限線</p><p><b>　　取,那么</

90、b></p><p><b>　　3.7.4漏液線</b></p><p>　　取動能因數(shù),以限定氣體的最小負荷：</p><p>　　3.7.5液相負荷下限線</p><p><b>　　取帶入的計算式：</b></p><p><b>　　整理可得：<

91、;/b></p><p>　　表9-4浮閥塔設計計算結果</p><p><b>　　第四章 塔附屬設計</b></p><p>　　4.1 冷凝器的選擇</p><p>　　本設計取K=28800000J/(m2hk)</p><p>　　出料液溫度：78.3℃（飽和氣）～78.3℃（飽和

92、液）</p><p>　　冷卻水溫度：30℃～40℃</p><p><b>　　逆流操作：℃ ，℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　4.2各種接管管徑的計算及選型<

93、;/p><p><b>　　4.2.1進料管</b></p><p>　　30℃時，查表可知原料液中， </p><p><b>　　則進料液密度，</b></p><p><b>　　進料液的體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=2.0

94、m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ32×4mm</p><p>　　4.2.2釜液出料管</p><p>　　同理，98.99℃時，釜液密度</p><p><b>　　進料液的體積流量

95、</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=1.5m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ22×2.5mm</p><p><b>　　4.2.3回流液管</b></p>

96、<p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=0.5m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ68×3mm </p><p>　　4.2.4塔頂上升蒸汽管&l

97、t;/p><p>　　當塔頂溫度t=78.28℃時，查表數(shù)據(jù)由拉格朗日插入方程可得：</p><p><b>　　，=83.79%</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　塔頂蒸汽密度</b></p><p><b

98、>　　塔頂蒸汽體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度u=20m/s，</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　可選取熱軋無縫鋼管（GB 8263—87）規(guī)格：Φ273×9mm</p><p>　　4.3泵的揚程計算及選型</p><p

99、>　　進料溫度℃，，，，，，</p><p><b>　　已知進料量</b></p><p><b>　　取管內(nèi)流速為,則</b></p><p><b>　　故選</b></p><p><b>　　則內(nèi)徑，代入得</b></p>&

100、lt;p><b>　　取絕對粗糙度為</b></p><p><b>　　相對粗糙度為</b></p><p><b>　　摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　由，得</b></p><p><b>　　進料口位置高度</b

101、></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　揚程m</b></p><p>　　選擇IS-50-32-250型號的離心泵。</p><p>　　4.4塔設備的結構設計：</p><p><b>　　4.4.1法蘭</b>

102、</p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。</p><p>　　進料管接管法蘭：PN6DN40 HG 5010</p><p>　　回流管接管法蘭：PN6DN60 HG 5010</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：PN6DN500 HG 5010</p><p

103、>　　釜液排出管法蘭：PN6DN30 HG 5010</p><p><b>　　4.4.2筒體</b></p><p>　　壁厚選6mm，所用材質為。</p><p><b>　　4.4.3封頭</b></p><p>　　封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設計采用橢圓形封頭，由公稱直徑

104、DN=1000mm ，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積 ，容積。選用封頭DN600*6，JB 1154-73。</p><p><b>　　4.4.4裙座</b></p><p>　　塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式，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>

105、;<p><b>　　基礎環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎環(huán)外徑：</b></p><p>　　圓整：，；基礎環(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>　　4.4.5人孔</b></p>

106、<p>　　人孔是安裝或檢修人員進出塔的惟一通道，人孔的位置應便于進入任何一層塔板，由于設置人空處塔間距離大，且人孔設備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達到要求，一般每隔6～8塊塔板才設一個人孔。本塔中共29塊板，設置4個人孔，每個孔直徑為500mm。在設置人孔處，板間距為600mm，裙座上應開2個人孔，直徑為500mm。人孔伸入塔內(nèi)部應與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓。人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本

107、設計也是如此。</p><p>　　4.5 塔總體高度設計 </p><p>　　4.5.1塔的頂部空間高度 </p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>　　4.5.2 塔的底部空間高度</p><p

108、>　　塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時間取5min。</p><p>　　4.5.3 塔體高度</p><p><b>　　總塔高度</b></p><p>　　塔頂高度，開有人孔的板間距：</p><p><b>　　塔底空間高度：</b></p&

109、gt;<p>　　進料板空間高度： 裙座高度：3m</p><p><b>　　塔體總高</b></p><p>　　加裙座后的高度：16.1+3=19.1m ，取整后20m。</p><p><b>　　4.6 熱能利用</b></p><p>　　以釜殘液對預熱原料液，則將原料

110、加熱至泡點所需要的熱量可記為：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　在進出預熱器的平均溫度以及=56.027的情況下，可查的比熱容并計算</p><p>　　50℃時，求的進料口的比熱容：</p><p>　　70℃時，求的進料口的比熱容： </p><p>　　得平均

111、溫度下進料口的比熱容：</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　釜殘液放出的熱量：</b></p><p>　　若將釜殘液溫度降低到=30℃，</p><p><b>　　則平均溫度℃</b></p><p><b&g

112、t;　　查表的其比熱容為</b></p><p><b>　　因此</b></p><p>　　可知，,所以理論上不能用釜殘液加熱原料液至泡點，需要加再沸器。</p><p><b>　　設計小結</b></p><p>　　我們再短短的兩周之內(nèi)完成了繁重的課程設計任務，之所以說他繁重是

113、因為從最終的定方案到設計計算、畫圖、整理電子檔，我們都付出了艱辛的勞動。在課程設計的過程中，我們經(jīng)歷了感動，經(jīng)歷了一起奮斗的酸甜苦辣。也一起分享了成功的喜悅。這次的課程設計對我們每個人來說都是一個挑戰(zhàn)。每個人都有自己薄弱的環(huán)節(jié)。這時候小組的力量就體現(xiàn)出來了，各司其職，各盡其能。發(fā)揮了集體的效用。</p><p>　　現(xiàn)在后頭看看，感覺課程設計確實挺好的，一方面檢驗了我們隊化工原理知識的掌握，更重要的是讓我們接觸到

114、了工業(yè)設計等方面的知識，我覺得這些都是對以后的工作有很大幫助的，課程設計不是簡簡單單的設計，而是一系列的作業(yè)，包括了各種軟件的使用，計算，手工畫圖等等。同時，通過這次小組合作的課程設計，我也深刻體會到了小組合作的重要性。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　[1] 帶控制點生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　[2] 板

115、式精餾塔的總裝置圖</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳敏恒等.化工原理.第二版化.學工業(yè)出版社.1999 </p><p>　　[2]化工原理課程設計參考資料板式精餾塔 侯新麗編 化學工業(yè)出版社 </p><p>　　[3]板式精餾塔設計 伍欽 梁坤編 化學工業(yè)出版社 &