化工原理課程設(shè)計(jì)---分離乙醇—正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p>　　《化工原理》課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目 分離乙醇-正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì) </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　分離乙醇—正丙醇二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)</p>

2、<p>　　2.原始數(shù)據(jù)及條件：</p><p>　　進(jìn)料：乙醇含量45%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），其余為正丙醇</p><p>　　分離要求：塔頂乙醇含量99%；塔底乙醇含量0.01%</p><p>　　生產(chǎn)能力：年處理乙醇-正丙醇混合液25000噸，年開(kāi)工7200小時(shí)</p><p>　　操作條件：間接蒸汽加熱；塔頂壓強(qiáng)1.03a

3、tm(絕壓)； 泡點(diǎn)進(jìn)料； R=5 </p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　?。?） 完成該精餾塔的各工藝設(shè)計(jì)，包括設(shè)備設(shè)計(jì)及輔助設(shè)備選型。</p><p>　?。?） 畫(huà)出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、塔板版面布置圖、精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。</p><p>　　（3） 寫(xiě)出該精餾塔的設(shè)計(jì)說(shuō)

4、明書(shū)，包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論 4</p><p>　　第二章 塔板的工藝設(shè)計(jì)

5、 5</p><p>　　2.1精餾塔全塔物料衡算 5</p><p>　　2.2有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 5</p><p>　　2.3理論塔板數(shù)的計(jì)算

6、 12</p><p>　　2.4塔徑的初步計(jì)算 14</p><p>　　2.5溢流裝置 15</p><p>　　2.6塔板分布、浮

7、閥數(shù)目與排列 16</p><p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)計(jì)算 18</p><p>　　3.1、氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 18</p><p>　　

8、3.2、淹塔 19</p><p>　　3.3、霧沫夾帶 20</p><p>　　3.4、塔板負(fù)荷性能圖

9、20</p><p>　　3.4.1物沫夾帶線 20 </p><p>　　3.4.2液泛線 21 </p><p>　　3.4.3相負(fù)荷上限

10、 21</p><p>　　3.4.4漏液線 22 </p><p>　　3.4.5 相負(fù)荷下限 22 </p><p&

11、gt;　　3.5 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 23 </p><p>　　第四章 塔附件的設(shè)計(jì) 25</p><p><b>　　4.1接管25</b></p>&

12、lt;p>　　4.2筒體與封頭27</p><p><b>　　4.3除沫器27</b></p><p><b>　　4.4裙座27</b></p><p><b>　　4.5人孔27</b></p><p>　　第五章 塔總體高度的設(shè)計(jì)28</p>

13、<p>　　5.1塔的頂部空間高度28</p><p>　　5.2塔的頂部空間高度28</p><p>　　5.3塔總體高度28</p><p>　　第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算28</p><p>　　6.1冷凝器的選擇28</p><p>　　6.2再沸器的選擇30</p>&l

14、t;p><b>　　主要符號(hào)說(shuō)明32</b></p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　感想35</b></p><p><b>　　第一章 緒論&

15、lt;/b></p><p>　　精餾的基本原理是根據(jù)各液體在混合液中的揮發(fā)度不同，采用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于物系的分離、提純、制備等領(lǐng)域，并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔，而板式塔的塔板類(lèi)型主要有泡罩塔板、浮閥塔板、篩板塔板、舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、垂直塔板等等,本次課程設(shè)計(jì)是浮閥塔。</p><p>　

16、　精餾過(guò)程與其他蒸餾過(guò)程最大的區(qū)別，是在塔兩端同時(shí)提供純度較高的液相和氣相回流，為精餾過(guò)程提供了傳質(zhì)的必要條件。提供高純度的回流，使在相同理論板的條件下，為精餾實(shí)現(xiàn)高純度的分離時(shí)，始終能保證一定的傳質(zhì)推動(dòng)力。所以，只要理論板足夠多，回流足夠大時(shí)，在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品，而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。精餾廣泛應(yīng)用于石油,化工,輕工等工業(yè)生產(chǎn)中,是液體混合物分離中首選分離方法。</p><p>　　本次課

17、程設(shè)計(jì)是分離乙醇—正丙醇二元物系。在此我選用連續(xù)精餾浮閥塔。具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。</p><p>　　(2) 操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。</p><p>　　(3) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p&

18、gt;　　(4) 壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400～660N/m2。</p><p>　　(5) 液面梯度小。 </p><p>　　(6) 使用周期長(zhǎng)。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。</p><p>　　(7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。</p><p>　　

19、本次設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。精餾設(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、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、工藝流程圖的制作、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，可以得出精餾塔的各種設(shè)計(jì)如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件、物性參數(shù)及接管尺寸是合理的，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><

20、p>　　本次設(shè)計(jì)結(jié)果為：理論板數(shù)為25塊，塔效率為48.0%，精餾段實(shí)際板數(shù)為17塊，提餾段實(shí)際板數(shù)為33塊，實(shí)際板數(shù)50塊。進(jìn)料位置為第19塊板，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為1.4米，設(shè)置了五個(gè)人孔，塔高28.425米，通過(guò)浮閥板的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：浮閥精餾塔、物料衡算、流體力學(xué)檢驗(yàn)</p><p>　　第二章 塔

21、板的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1精餾塔全塔物料衡算</p><p>　　F:進(jìn)料量(Kmol/s) XF:原料組成</p><p>　　D:塔頂產(chǎn)品流量(Kmol/s)XD:塔頂組成</p><p>　　W:塔底殘液流量(Kmol/s)XW:塔底組成</p><p>　　原料乙醇組成: XF

22、= =51.63%</p><p>　　塔頂組成: XD==99.23%</p><p>　　塔底組成: XW==0.013%</p><p>　　進(jìn)料量: F=25千噸/年==0.0183 Kmol/s</p><p>　　物料衡算式:F=D+W </p><p>　　F XF=D XD+W XW</p>

23、<p>　　聯(lián)立代入求解:D=0.0095Kmol/s W=0.0088 Kmol/s</p><p>　　2.2精餾段和提餾段的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　2.2.1 溫度及平均相對(duì)揮發(fā)度α的計(jì)算</p><p>　　因?yàn)橐掖?正丙醇可視為理想物系，故塔的平均相對(duì)揮發(fā)度的確定可運(yùn)用安托因方程和拉烏爾定律，采用試差法，通過(guò)Exc

24、el計(jì)算出:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　雙組分理想溶液相對(duì)揮發(fā)的計(jì)算[5]: </p><p><b>　?。?.3）</b></p>

25、<p>　　式中：p°—純組分液體的飽和蒸汽壓，kPa；</p><p><b>　　t—溫度，℃；</b></p><p>　　A、B、C—Antoine常數(shù)。由表[5]查得；</p><p>　　x—液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；</p><p><b>　　p—總壓，kPa；<

26、/b></p><p>　　pA°、pB°—溶液溫度t時(shí)純組分A、B的飽和蒸汽壓，kPa；</p><p><b>　　α—相對(duì)揮發(fā)度。</b></p><p>　　因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中為常壓操作，所以總壓：p=104.36 kPa</p><p>　　乙醇和正丙醇的Antoine常數(shù)：A、B、C查液體

27、蒸汽壓的安托因常數(shù)表[5]得：</p><p>　　乙醇： A=7.33827 B=1652.05 C=231.48</p><p>　　正丙醇：A=6.74414 B=1375.14 C=193.0</p><p>　　采用試差法，先在Excel中設(shè)計(jì)好相應(yīng)表格，表格設(shè)計(jì)思路為：要計(jì)算某一組成下混合液的泡點(diǎn)溫度以及相對(duì)揮發(fā)度，則在Excel中

28、假定一t值，代入公式2.1中計(jì)算出pA°、pB°，再將計(jì)算得到pA°、pB°值代入公式2.2中，計(jì)算出相應(yīng)的x值，若計(jì)算得到的x值與所求的混合液組成x值相同，則假定的t值正確，同時(shí)可得到相應(yīng)的α值。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.1.1。</p><p>　　表2.1.1 塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品、進(jìn)料液的泡點(diǎn)溫度以及相對(duì)揮發(fā)度</p>

29、<p>　　(1)精餾段平均溫度:===82.88℃</p><p>　　(2)提留段平均溫度:===92.29℃</p><p><b>　　2.2.2密度</b></p><p>　　已知:混合液密度:（為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p><b>　　混合氣密度:</b></p>

30、;<p>　　塔頂溫度: =79.17℃</p><p>　　氣相組成: </p><p>　　進(jìn)料溫度: =86.59℃</p><p>　　氣相組成： </p><p>　　塔底組成: =97.99℃</p><p>　　氣相組成: </p><p>

31、;<b>　　(1)精餾段</b></p><p><b>　　液相組成: </b></p><p><b>　　氣相組成: </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　(2)提餾段</b&

32、gt;</p><p><b>　　液相組成： </b></p><p><b>　　氣相組成: </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　表2.2.2 醇類(lèi)密度表</p><p>　　由不同溫度下乙醇和

33、丙醇的密度,內(nèi)差法求tF tD tW下的乙醇和丙醇的密度</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　2.2.3 混合液體平均表面張力</p><p>　　根據(jù)內(nèi)差法求的表面張力</p><p>　　表2.2.3 醇類(lèi)液體表面張力 mN/m</p><p&g

34、t;　　塔頂液相平均表面張力的計(jì)算:</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算:</p><p>　　塔底液相平均表面張力的計(jì)算:</p><p>　　(1)精餾段的平均表面張力： </p><p>　　(2)提餾段的平均表面張力：</p><p>　　2.2.4 混合物的粘度</p><

35、p>　　表2.2.4 醇類(lèi)液體粘度 </p><p>　　根據(jù)內(nèi)差法求不同溫度下的粘度</p><p>　　B 查表，得, </p><p><b>　　查表，得, </b></p><p><b>　　(1)精餾段粘度：</b></p>

36、<p><b>　　提留段粘度: </b></p><p>　　2.2.5 相對(duì)揮發(fā)度</p><p>　　(1)精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度: </p><p>　　(2)提留段的平均相對(duì)揮發(fā)度: </p><p>　　2.2.6 氣液相體積流量計(jì)算</p><p><b>　　

37、kmol/s</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　kmol/s</b></p><p><b>　　kmol/s</b></p><p>　　已知： kg/kmol kg/kmol</p><p

38、><b>　　質(zhì)量流量： </b></p><p><b>　　體積流量： </b></p><p>　　提餾段 飽和液體進(jìn)料q=1</p><p>　　已知： kg/kmol kg/kmol</p><p><b>　　質(zhì)量流量： </b></p>

39、<p><b>　　體積流量： </b></p><p>　　2.3理論塔板數(shù)的計(jì)算</p><p><b>　　取操作回流比R=5</b></p><p>　　精餾段操作線方程為y=</p><p><b>　　精餾段氣液平衡方程</b></p>

40、<p><b>　　提餾段操作線方程為</b></p><p><b>　　提餾段氣液平衡方程</b></p><p>　　采用逐板計(jì)算法，運(yùn)用Excel快捷、準(zhǔn)確地計(jì)算出理論塔板數(shù)。其Excel表格設(shè)計(jì)原理如下：</p><p>　　精餾段理論塔板數(shù)的計(jì)算（交替使用相平衡方程和精餾操作線方程）：</p&g

41、t;<p>　　相平衡 操作線 相平衡 操作線</p><p>　　xD=y1 x1 y2 x2 y3 … xn</p><p>　　計(jì)算到xn< xF則第n塊板即為進(jìn)料板。</p><p>　　提餾段理論塔板數(shù)的計(jì)算（交替使用相平衡方程和提餾操

42、作線方程）：</p><p>　　相平衡 操作線 相平衡 操作線</p><p>　　xn yn xn+1 … xN</p><p>　　計(jì)算到xN< xW則理論塔板數(shù)為N塊。</p><p>　　由Excel計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.3：</p><p&g

43、t;　　表2.3逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)結(jié)果</p><p>　　采用逐板計(jì)算法求得理論板層數(shù)NT=25（包括再沸器）,加料板為第9塊理論板，</p><p>　　其中精餾段有8塊，提留段有17塊。</p><p>　?。?）精餾段 已知</p><p><b>　　所以</b></p><p>　

44、?。?）提餾段 已知 </p><p><b>　　所以</b></p><p>　　全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：</p><p><b>　　全塔效率：</b></p><p>　　加料板位置在第19塊。</p><p>　　2.4 塔徑的初步計(jì)算</p>&l

45、t;p><b>　?。?）精餾段</b></p><p>　　由u=(安全系數(shù))* ,安全系數(shù)=0.6-0.8， </p><p><b>　　橫坐標(biāo)數(shù)值：</b></p><p>　　取板間距：Ht=0.45m , hL=0.07m .則Ht- hL=0.38m</p><p>　　查圖可知

46、C20=0.082 , </p><p>　　圓整： ，橫截面積： </p><p><b>　　空塔氣速： </b></p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p><b>　　橫坐標(biāo)數(shù)值：</b></p><p>　　取板間距：Ht

47、=0.45m , hL=0.07m .則Ht- hL=0.38m</p><p>　　查圖可知C20=0.082 , </p><p>　　圓整： ，橫截面積： </p><p><b>　　空塔氣速： </b></p><p><b>　　2.5 溢流裝置</b></p><

48、p><b>　　2.5.1堰長(zhǎng) </b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　溢流堰高度 選擇平直堰</p><p><b>　　堰上層高度</b></p><p><b>　?。?）精餾段 </b><

49、;/p><p><b>　?。?）提餾段 </b></p><p>　　2.5.2弓形降液管寬度和截面積</p><p><b>　　由 查得， </b></p><p><b>　　則，</b></p><p>　　驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間</p&g

50、t;<p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提留段：</b></p><p>　　停留時(shí)間>5s，故降液管可使用</p><p>　　2.5.3 降液管底隙高度</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p>

51、<p>　　取降液管底隙的流速=0.13m/s </p><p><b>　　則，取</b></p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　取′=0.13m/s 則=，取</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理</b></p&

52、gt;<p>　　2.6 塔板分布、浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　2.6.1塔板分布</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)塔徑D=1.4m 采用分塊式塔板，共4塊</p><p>　　2.6.2 浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　(1)精餾段</b></

53、p><p>　　取閥孔動(dòng)能因子F0=12. 則孔速</p><p>　　每層塔板上浮閥數(shù)目為</p><p>　　取邊緣區(qū)寬度 破沫區(qū)寬度</p><p>　　計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　所以&l

54、t;/b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距t=75mm</p><p><b>　　則排間距：</b></p><p>　　按t=75mm ,以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)154個(gè)</p><p>　　按N=154 重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子</p>&l

55、t;p>　　閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在9—13范圍內(nèi)</p><p><b>　　塔板開(kāi)孔率=</b></p><p><b>　　(2)提餾段</b></p><p>　　取閥孔動(dòng)能因子F0=12. 則孔速</p><p>　　每層塔板上浮閥數(shù)目為</p><p>　

56、　按t=75mm ,估算排間距</p><p>　　取t=75mm , 以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)154</p><p>　　按N=154 重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子</p><p>　　閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在9—13范圍內(nèi)</p><p><b>　　塔板開(kāi)孔率=</b></p><

57、p>　　第三章 塔板的流體力學(xué)計(jì)算</p><p>　　3.1通過(guò)浮閥塔板的壓降</p><p>　　氣體通過(guò)塔板時(shí)，需克服塔板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力即形成了塔板的壓降。氣體通過(guò)塔板的壓降△Pp可由 和計(jì)算</p><p>　　式中 hc——與氣體通過(guò)塔板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱； hl——與氣體通過(guò)板上

58、液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱； hσ——與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱。 </p><p><b>　　1. 精餾段</b></p><p><b>　　(1)干板阻力 </b></p><p>　　因u01>u0c1 故</p><p><b>　　

59、板上充氣液層阻力</b></p><p><b>　　取 則</b></p><p>　　(3)液體表面張力所造成的阻力</p><p>　　此阻力很小，可忽略不計(jì)。因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?lt;/p><p><b>　　2.提餾段</b></p>&

60、lt;p><b>　?。?）干板阻力 </b></p><p>　　因u02>u0c2 故</p><p>　?。?）板上充氣液層阻力</p><p><b>　　取 則</b></p><p>　?。?）液體表面張力所造成的阻力</p><p>　

61、　此阻力很小，可忽略不計(jì)。因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?lt;/p><p><b>　　3.2淹塔</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高度</p><p><b>　　3.2.1精餾段</b></p><p>　　(1)單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐?/p>

62、度 </p><p>　　(2)液體通過(guò)液體降液管的壓頭損失 </p><p>　　(3)板上液層高度 </p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　取，已選定 </b></p><p><b>　　則</b></p

63、><p>　　可見(jiàn)所以符合防止淹塔的要求。 </p><p><b>　　3.2.2提餾段</b></p><p>　　(1)單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?(2)液體通過(guò)液體降液管的壓頭損失 ⑶板上液層高度 </p><p>　　則取，已選定 則可見(jiàn)所以符合防止淹塔的要求。 </p>

64、<p><b>　　3.3霧沫夾帶</b></p><p><b>　　3.3.1精餾段</b></p><p><b>　　板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　板上液流面積：</b></p><p>　　取物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷

65、系數(shù)圖</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　對(duì)于小塔，為了避免過(guò)量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%，由以上計(jì)算可知，霧沫夾帶能夠滿足的要求。 </p><p><b>　　3.3.2提餾段</b></p><p>　　取物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖</p>

66、<p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　由計(jì)算可知，符合要求。</p><p>　　3.4塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　3.4.1物沫夾帶線</p><p>　　據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率80%計(jì)算：</p><p><b>　?、啪s

67、段 </b></p><p><b>　　整理得： </b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值算出</p><p><b>　　⑵提餾段</b></p><p>

68、<b>　　0.7=</b></p><p><b>　　整理得： </b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值算出 </p><p><b>

69、　　3.4.2液泛線</b></p><p>　　由此確定液泛線，忽略式中</p><p><b>　　而⑴精餾段 </b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　⑵提餾段</b></p><p>&

70、lt;b>　　整理得：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)得值： </p><p>　　3.4.3液相負(fù)荷上限</p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3~5s 液體降液管內(nèi)停留時(shí)間 以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則</p><p><b>　　3.4

71、.4漏液線</b></p><p>　　對(duì)于F1型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則</p><p>　　(1) 精餾段 </p><p><b>　　(2)提餾段</b></p><p>　　3.4.5液相負(fù)荷上限</p><p>　　取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件作

72、出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。 </p><p><b>　　取E=1.0 則</b></p><p>　　由以上1~5作出塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可看出：</p><p>　?。?）在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置；</p&g

73、t;<p>　　（2）塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由露液控制;</p><p>　　（3）按固定氣液比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限，</p><p><b>　　氣相負(fù)荷下限。</b></p><p>　　所以：精餾段操作彈性= 提餾段操作彈性= </p><p>　　3.5浮

74、閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　第四章 塔附件的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1接管</b></p><p>　　4.1.1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下： 取 </p&g

75、t;<p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取</b></p><p><b>　　4.1.2回流管</b></p><p>　　采用直流回流管 取</p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取</b></p><p>　　4.1.3塔底出料管</p>&l

76、t;p><b>　　取 直管出料</b></p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取</b></p><p>　　4.1.4塔頂蒸汽出料管</p><p>　　直管出氣 取出口氣速</p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取</b></p><

77、;p>　　4.1.5塔底進(jìn)氣管</p><p>　　采用直管 取氣速</p><p><b>　　查標(biāo)準(zhǔn)系列選取</b></p><p><b>　　4.1.6法蘭</b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。</

78、p><p>　　(1)進(jìn)料管接管法蘭：</p><p>　　(2)回流管接管法蘭：</p><p>　　(3)塔釜出料管法蘭：</p><p>　　(4)塔頂蒸氣管法蘭：</p><p>　　(5)塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：</p><p><b>　　4.2筒體與封頭</b><

79、/p><p>　　4.2.1筒體 </p><p>　　由D=1400mm,焊縫系數(shù)取得</p><p>　　由于一般直徑超過(guò)400mm時(shí)，常采用鋼板卷制筒體，其公秤直徑是指筒體的內(nèi)徑。查內(nèi)壓圓筒體器壁厚表可知筒體壁厚度為6mm。</p><p><b>　　4.2.2封頭</b></p><p>

80、;　　封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑D=1400mm，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積，容積。選用封頭N1400×6,JB1205-80。</p><p><b>　　4.3除沫器</b></p><p>　　當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確

81、保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)氣速選?。?lt;/b></p><p><b>　　系數(shù)</b></p><p><b>　　除沫器直徑：</b&

82、gt;</p><p>　　選取不銹鋼絲網(wǎng)除沫器，高度為0.4m，直徑為0.92m</p><p><b>　　4.4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。選取裙座壁厚為16mm。</p><p><

83、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：，；考慮到再沸器，所以本設(shè)計(jì)選擇裙座高度為3m。</p><p>　　由于塔不大，所以采用搭接形式將裙座圈焊在塔底封頭上?；A(chǔ)環(huán)將裙座圈傳來(lái)的載荷均勻地傳到基礎(chǔ)環(huán)地面上去。由裙座的名義直徑為1400mm（即為塔的內(nèi)徑）查基

84、礎(chǔ)環(huán)尺寸表可查得基礎(chǔ)環(huán)外徑為1730mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑為1200mm，螺栓的定位圓直徑為1600mm。由塔徑為1400mm查裙座的結(jié)構(gòu)尺寸表可得：排氣管數(shù)量為4，排氣管公秤直徑為50，人孔數(shù)為2，直徑為450mm，引出管通道直徑為300mm，裙座壁厚為6mm，螺栓座筋板高為300mm，蓋板厚度為28mm，筋板厚度為8mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度為21mm。</p><p><b>　　4.5人孔</b>&

85、lt;/p><p>　　人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔10~20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共50塊板，需設(shè)置5個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座上應(yīng)開(kāi)2個(gè)人孔，直徑為450mm,人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)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，

86、一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。 </p><p>　　第五章 塔總體高度的設(shè)計(jì)</p><p>　　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(pán)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>　　5.2塔的底部空間高度 塔的底部空間高度

87、是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時(shí)間取5min。</p><p><b>　　5.3塔總體高度 </b></p><p>　　第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算</p><p>　　6.1 冷凝器的選擇</p><p>　　有機(jī)物蒸汽冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為</p><p>

88、;　　500—1500℃)</p><p>　　本設(shè)計(jì)取K=700℃)=2930.76℃)</p><p>　　出料液溫度：79.17℃（飽和氣）—79.17℃（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：25℃—35℃</p><p>　　逆流操作：△t1=54.17 ℃ △t2=44.17℃</p><p>&

89、lt;b>　　℃</b></p><p>　　6.1.1各股物流熱量的計(jì)算</p><p>　　以104.36kPa、tD=79.17℃的液態(tài)乙醇和正丙醇為熱量衡算的基準(zhǔn)態(tài)，則：</p><p>　　QL = QD = 0</p><p>　　查得乙醇與正丙醇在正常沸點(diǎn)下的汽化焓分別為：</p><p&g

90、t;　　乙醇：ΔVHmA（Tb）= 39.33 kJmol-1</p><p>　　正丙醇：ΔVHmB（Tb）= 41.25 kJmol-1</p><p>　　正常沸點(diǎn)分別為： Tb A = 351.7K Tb B = 370.6K</p><p>　　使用Watson公式計(jì)算乙醇和正丙醇在79.17℃的汽化焓：</p><p>

91、;　　式中 TC——臨界溫度。</p><p><b>　　查手冊(cè)得</b></p><p>　　Tc A = 516.2K Tc B = 536.7K</p><p><b>　　所以有：</b></p><p>　　ΔVHm A（79.17℃）=（kJmol-1）</p>

92、;<p>　　ΔVHm B（79.17℃）=（kJmol-1） </p><p>　　塔頂蒸汽由79.17℃的蒸汽冷凝至79.17℃的液體放出的熱的計(jì)算如下：</p><p><b>　?。╧Jh-1）</b></p><p>　　可求得塔頂冷凝器帶走的熱量為：</p><p><b>　?。╧J

93、h-1）</b></p><p><b>　　傳熱面積</b></p><p>　　按單管程計(jì)時(shí)，初步選定換熱器，具體參數(shù)見(jiàn)表</p><p><b>　　型號(hào)為</b></p><p>　　6.1.2冷卻水的用量</p><p>　　設(shè)冷卻水的流量為qm，則：&

94、lt;/p><p>　　取t1＝25℃ t2＝35℃</p><p>　　以進(jìn)出口水溫的平均值為定性溫度：（℃）</p><p>　　查得水在30℃時(shí)的比熱容為： Cpm = 4.25（kJkg-1K-1）</p><p><b>　　（kgh-1）</b></p><p>　　6.2再沸器QB的

95、選擇</p><p>　　選用120℃飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取K=2930.76℃)</p><p>　　料液溫度：97.99℃—97.99℃ 水蒸氣溫度：120℃—120℃</p><p><b>　　逆流操作： ℃</b></p><p>　　加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算</p><p>

96、;　　表6.2醇類(lèi)在不同溫度下的比熱容</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　乙醇</b></p><p><b>　　正丙醇</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>&

97、lt;b>　　乙醇</b></p><p><b>　　正丙醇</b></p><p><b>　　塔頂流出液的比熱容</b></p><p><b>　　塔釜流出液的比熱容</b></p><p>　　為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即86.59℃時(shí)的焓值為基準(zhǔn)&l

98、t;/p><p>　　對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算; </p><p>　　塔釜熱損失為10%, 則 </p><p><b>　　加熱器實(shí)際熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　換熱面積：</b></p><p><b>　　加熱蒸汽消耗量：</b></

99、p><p><b>　　查的</b></p><p>　　按雙管程計(jì)時(shí)，初步選定換熱器，具體參數(shù)見(jiàn)表</p><p><b>　　型號(hào)為</b></p><p><b>　　主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b&g

100、t;</p><p>　　1. 由于乙醇-正丙醇二元體系可視為理想體系，故本設(shè)計(jì)可以用Excel，采用試差法快速算出特定組成下的乙醇-正丙醇混合液體的泡點(diǎn)溫度及相對(duì)揮發(fā)度，較一般估算平均相對(duì)揮發(fā)度的方法更為簡(jiǎn)便；采用逐板計(jì)算法快速計(jì)算出理論塔板數(shù)。</p><p>　　2. 采用空塔氣速確定塔徑。如用操作氣速確定塔徑結(jié)果會(huì)更為準(zhǔn)確些（因?yàn)閷?shí)際上氣體通過(guò)的僅是有效傳質(zhì)區(qū)而并非整個(gè)塔的橫截面）

101、，但比較麻煩，而且兩種方法計(jì)算出來(lái)的塔徑結(jié)果相差不大（用空塔氣速計(jì)算出來(lái)的塔徑偏?。?。由于計(jì)算得到的塔徑還需按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整，所以用兩種方法所得到的塔徑大小一般是相同的。故本設(shè)計(jì)采用空塔氣速確定塔徑。</p><p>　　3. 本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)條件中要求回流液溫度為塔頂蒸汽的露點(diǎn)，而實(shí)際上回流液的溫度為組成為的泡點(diǎn)溫度，所以在計(jì)算塔頂餾出液的溫度時(shí)本設(shè)計(jì)采用的是回流液的泡點(diǎn)溫度。在進(jìn)行熱量衡算時(shí)，本設(shè)計(jì)考慮了塔頂蒸汽冷

102、凝時(shí)的顯熱（即由塔頂蒸汽由其露點(diǎn)溫度降溫至餾出液泡點(diǎn)溫度時(shí)放出的顯熱），但計(jì)算之后發(fā)現(xiàn)若不考慮此顯熱所計(jì)算出來(lái)的塔頂冷凝水的流量以及塔底再沸器加熱蒸汽的用量的結(jié)果與考慮顯熱計(jì)算出來(lái)的結(jié)果的誤差很小，故實(shí)際上可忽略不計(jì)。因此為計(jì)算方便，建議在進(jìn)行熱量衡算時(shí)，若塔頂采用泡點(diǎn)回流可以將此顯熱忽略不計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

103、劉光啟,馬連湘,劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)(有機(jī)卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[2]劉光啟,馬連湘,劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)(無(wú)機(jī)卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p>　　[3]賈紹義,柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì).天津:天津大學(xué)出版社,2002</p><p>　　[4]張受謙.化工手冊(cè)(上卷).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,

104、1986</p><p>　　[5]AutoCAD 2002培訓(xùn)教程.北京:電子工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[6]方利國(guó),董新法.化工制圖Auto CAD實(shí)戰(zhàn)教程與開(kāi)發(fā).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[7]陳英蘭, 劉玉蘭. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)[M]. 上海：華東理工大學(xué)出版社, 2005 </p><p&

105、gt;<b>　　感想</b></p><p>　　工科大學(xué)生應(yīng)具有較高的綜合能力，解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力，課程設(shè)計(jì)是一次讓我們接觸實(shí)際生產(chǎn)的良好機(jī)會(huì)，我們應(yīng)充分利用這樣的時(shí)機(jī)認(rèn)真去對(duì)待每一項(xiàng)任務(wù)，為將來(lái)打下一個(gè)穩(wěn)固的基礎(chǔ)。而先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、科學(xué)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品是我們所應(yīng)堅(jiān)持的設(shè)計(jì)方向和追求的目標(biāo)。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)

106、兩周的學(xué)習(xí)和研究，作為一個(gè)本科生，由于我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的相對(duì)匱乏，難免有許多設(shè)計(jì)不周的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同組同學(xué)們的共同努力，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是很困難的。 在這里首先我要感謝我的指導(dǎo)老師們。他們陪我們一起做設(shè)計(jì)，有什么疑問(wèn)幫我們解答。認(rèn)真負(fù)責(zé)，給我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多幫助。其次我要感謝和我同組做設(shè)計(jì)的同學(xué)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們團(tuán)結(jié)進(jìn)取，勤奮工作，認(rèn)真思考，克服了許多困難最終完成了設(shè)計(jì)。</p><p>　　計(jì)算

107、之前我在圖書(shū)館借了一些書(shū)，但是資料還是不夠，所以我就到超星圖書(shū)館下載有關(guān)精餾設(shè)計(jì)方面的書(shū)，和設(shè)計(jì)手冊(cè)。并在中國(guó)知網(wǎng)里面查閱了很多相關(guān)文獻(xiàn)。然后我將化工原理書(shū)以及化工原理課程設(shè)計(jì)書(shū)，以及借到的兩本書(shū)認(rèn)認(rèn)真真地研究了一遍。這對(duì)于我后來(lái)的計(jì)算過(guò)程有著非常重要的作用，掃清了前進(jìn)道路上的很多障礙，讓接下來(lái)的計(jì)算得以比較順利地進(jìn)行。尤其是認(rèn)真研讀了化工原理這本書(shū)，讓我獲益匪淺。比如說(shuō)根據(jù)化工原理書(shū)上介紹的用試差法求解組成一定，總壓一定時(shí)的雙組分理想

108、溶液的泡點(diǎn)溫度時(shí)，由于若用筆算必然很麻煩，但是用Excel,這大大方便了計(jì)算，且提高了準(zhǔn)確度，此后又觀察到逐板計(jì)算法基本上是重復(fù)計(jì)算，很適合用Excel，因此又用Excel利用逐板計(jì)算法計(jì)算出理論塔板數(shù)。而且在將數(shù)據(jù)反映到圖表上更加簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確。通過(guò)計(jì)算和插入圖表，讓我對(duì)Excel有了更深刻的了解，掌握了很多以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)的功能，讓我很有一種成就感。</p><p>　　以前有的時(shí)候會(huì)覺(jué)得時(shí)間很少，但是從沒(méi)有像做課程

109、設(shè)計(jì)時(shí)更讓人覺(jué)得時(shí)間在飛奔前進(jìn)了。每天比上課時(shí)間還早的到達(dá)教室，開(kāi)始一天的任務(wù)，對(duì)著電腦，一眨眼時(shí)間就過(guò)去了。在和同學(xué)一起討論，一起計(jì)算過(guò)程中，讓我加深了學(xué)習(xí)的知識(shí)，而且和大家一起合作有種充實(shí)感。雖然在計(jì)算過(guò)程中我也碰到了一些挫折，比如說(shuō)沒(méi)有確定實(shí)際篩孔數(shù)目就將后面的流體力學(xué)驗(yàn)算都算完了，結(jié)果要重新算，所幸的是只是中間的一些部分要變動(dòng)。但是教會(huì)我們做事情要腳踏實(shí)地地走。在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，數(shù)據(jù)很多，一個(gè)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程中附件的

110、選擇或者其他設(shè)備的選擇有很大改變，在計(jì)算換熱面積時(shí)，由于單位的換算錯(cuò)誤，是結(jié)果相差十倍，所以，在計(jì)算中要認(rèn)真核實(shí)，在最后的審核中我們還發(fā)現(xiàn)很多失誤，幸好影響不大。在以后的設(shè)計(jì)中還是做什么事情中，我們都應(yīng)該抱著認(rèn)真的態(tài)度，弄清楚每個(gè)原理，踏踏實(shí)實(shí)走下去，這樣我們才真正弄懂了學(xué)問(wèn)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)，有酸有甜，雖然過(guò)程是辛苦的，但是成就感和充實(shí)感也是極大的，在這過(guò)程中我收獲了很多。不僅讓我學(xué)會(huì)更熟練地運(yùn)用