化工原理課程設(shè)計(jì)--分離苯和甲苯混合物

1、<p><b>　　引 言 </b></p><p>　　精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量劑驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分的分離。該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)

2、的過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程，必須為該過(guò)程提供物流的貯存、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過(guò)程的生產(chǎn)系統(tǒng)，即本次所設(shè)計(jì)的精餾裝置</p><p>　　扎板塔的一種，內(nèi)裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒(méi)有溢流管。篩板塔簡(jiǎn)稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開(kāi)有許多均勻的小孔，根據(jù)孔徑的大小分為小孔徑篩板（孔徑為3~8mm）和大孔徑篩板（孔徑為10~25mm）兩類(lèi)，工業(yè)應(yīng)用中以

3、小孔徑篩板為主，大孔徑多用于某些特殊場(chǎng)合（如分離粘度大，易結(jié)焦的物系）。</p><p>　　篩板塔優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；氣流壓降小、板上液面落差小；生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻；傳質(zhì)效率高。缺點(diǎn)：操作彈性小、篩孔小易堵塞。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p

4、><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　Abstract3</p><p><b>　　關(guān)鍵詞3</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的確定3</b></p><p><b>　　操作壓強(qiáng)的選擇3</b&g

5、t;</p><p><b>　　進(jìn)料狀態(tài)的選擇4</b></p><p><b>　　回流比的選擇4</b></p><p><b>　　塔的工藝計(jì)算4</b></p><p><b>　　全塔物料衡算6</b></p><p

6、>　　最佳回流比的確定6</p><p>　　理論板及實(shí)際板的確定7</p><p>　　理論塔板數(shù)的計(jì)算7</p><p><b>　　板效率的計(jì)算8</b></p><p>　　實(shí)際塔板數(shù)的求算9</p><p><b>　　塔徑的計(jì)算9</b><

7、/p><p>　　平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算9</p><p><b>　　平均壓強(qiáng)Pm10</b></p><p><b>　　平均密度ρm11</b></p><p>　　液體的平均表面張力σm12</p><p><b>　　塔徑的計(jì)算12</b>&

8、lt;/p><p><b>　　塔高的計(jì)算14</b></p><p>　　降液管及溢流堰尺寸的確定15</p><p>　　篩板孔徑及排列方式的確定17</p><p><b>　　取邊緣區(qū)寬度17</b></p><p><b>　　安定區(qū)寬度17<

9、/b></p><p><b>　　開(kāi)孔區(qū)面積17</b></p><p>　　篩孔的計(jì)算和排列17</p><p>　　塔板流動(dòng)性能的校核18</p><p><b>　　塔板壓降18</b></p><p><b>　　液面落差19</b&

10、gt;</p><p><b>　　液泛19</b></p><p><b>　　漏液20</b></p><p><b>　　液沫夾帶21</b></p><p>　　塔板負(fù)荷性能圖的繪制21</p><p><b>　　漏液線21

11、</b></p><p><b>　　液沫夾帶線22</b></p><p>　　液相負(fù)荷下限線23</p><p>　　液相負(fù)荷上限線24</p><p><b>　　液泛線24</b></p><p>　　塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表27</p>

12、<p>　　輔助設(shè)備工藝計(jì)算28</p><p>　　換熱器的面積計(jì)算及選型28</p><p><b>　　冷凝器的計(jì)算28</b></p><p>　　各種接管管徑的計(jì)算及選型29</p><p><b>　　進(jìn)料管29</b></p><p>&l

13、t;b>　　回流管29</b></p><p><b>　　塔頂蒸汽接管30</b></p><p><b>　　釜液排出管30</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品出口管31</p><p>　　泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型31</p><p>　　塔設(shè)備

14、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32</p><p>　　塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32</p><p>　　裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)33</b></p><p><b>　　摘要</b></p

15、><p>　　精餾是一種最常見(jiàn)的分離方法，它依據(jù)多次部分冷凝的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離，本設(shè)計(jì)采用篩板精餾塔，進(jìn)行甲醇—水二元物系的分離，此設(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，從而達(dá)到二元物系分離目的。精餾操作在化工，石油化工，輕工等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，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&g

16、t;　　年產(chǎn)7萬(wàn)噸原料中苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，塔頂產(chǎn)品苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%，要求塔頂苯回收率為98%的苯-甲苯溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括操作條件的選擇，泵的選型，塔的工藝計(jì)算，輔助設(shè)備的工藝計(jì)算以及塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和鞏固精餾段和提餾段方程，逐板計(jì)算法求解理論塔板數(shù)，實(shí)際塔板數(shù)的求算，進(jìn)而查閱參考相關(guān)資料，確定塔，塔板及輔助設(shè)備的主要工藝尺寸和設(shè)計(jì)方法，最后通過(guò)所得的結(jié)果確定塔體及輔助設(shè)備等結(jié)構(gòu)并畫(huà)出圖紙。<

17、;/p><p>　　通過(guò)對(duì)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算可知：實(shí)際塔板數(shù)為25塊，第11塊加料，塔徑為1.6m，塔的實(shí)際高度為10m，根據(jù)所選參數(shù)在進(jìn)行校驗(yàn)可知：精餾段操作彈性為2.35.提餾段操作彈性為2.93，這些值都符合實(shí)際要求，故該設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 苯 甲苯 精餾 篩板塔</p><p><b>　　Abstract</b>&

18、lt;/p><p>　　Distillation separation is one of the most common method of it based on the principle of partial condensation many times to realize the continuous separation of high purity, this design USES the flo

19、at valve column, for methanol - water separation of binary system, the design problem of distillation for binary system analysis, calculation, calculation, drawing, binary system so as to achieve the purpose. Distillatio

20、n operation in chemical industry, petroleum chemical industry, light industry and </p><p>　　Annual output of 70000 tons of raw materials in the benzene mass fraction is 40%, benzene overhead product mass fra

21、ction is 96%, for the tower benzene recovery was 98% of benzene - toluene solution continuous rectification tower design. Content includes the choice of operating conditions, pump selection, process calculation of the to

22、wer, the auxiliary equipment of process calculation and the structure design of tower equipment, etc. During the design process, further study and consolidate the re</p><p>　　Through to the rectification tow

23、er process design calculation shows that the actual plate number is 25, 11 piece of material, the tower diameter of 1.6 m, the actual height of the tower to 10 m, according to the selected parameters in calibration: rect

24、ifying section 2.35 elasticity of operation stripping section of the elasticity of operation is 2.93, these values are in line with the actual requirements, therefore, the design is reasonable</p><p>　　Keywo

25、rds: benzene toluene distillation Sieve plate tower</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)是分離苯和甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，宜采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計(jì)采用30℃苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的苯和甲苯混合物進(jìn)料，加料流率為0.0314kmol/s ，氣相產(chǎn)物流率

26、為0.0117kmol/s，液相產(chǎn)物流率為0.0197kmol/s .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)。塔頂上方蒸汽采用全凝器冷凝，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)品冷卻器冷卻后送入儲(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>　　操作壓強(qiáng)的選擇</b></p><p>　　精餾操作可在常壓、和加壓下進(jìn)行。操作

27、壓強(qiáng)常取決于冷凝溫度。一般，處熱敏性物料外，凡能通過(guò)常壓蒸餾不難實(shí)現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來(lái)的系統(tǒng)，都采用常壓蒸餾；對(duì)熱敏性物料或混合液沸點(diǎn)過(guò)高的系統(tǒng)則宜采用減壓蒸餾；對(duì)常壓下餾出物的冷凝溫度過(guò)低的系統(tǒng)，需提高塔壓或采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物料必須采用減壓蒸餾。 </p><p><b>　　進(jìn)料狀態(tài)的選擇</b></p><

28、p>　　進(jìn)料熱狀態(tài)—進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q表達(dá)，即；</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流比及塔的熱負(fù)荷都有 </p><p>　　關(guān)。進(jìn)料狀態(tài)有五種，即</p><p>　　q＞1.0時(shí)，為低于泡點(diǎn)溫度的冷液進(jìn)料；</p><p>　　q=1.0為泡點(diǎn)下的飽和液體；</p><p>　　q=0為露點(diǎn)下的

29、飽和蒸汽；</p><p>　　0＜q＜1為介于泡點(diǎn)與露點(diǎn)間的氣液混合物；</p><p>　　q＜0為高于露點(diǎn)的過(guò)程熱蒸氣進(jìn)料</p><p>　　為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫的影響，精餾段、提溜段采用相同塔徑以便于制造，則常采用飽和液體（泡點(diǎn)）</p><p>　　進(jìn)料，但需要增設(shè)原料預(yù)熱器。本方案采用泡點(diǎn)進(jìn)料即q=1.0。 &

30、lt;/p><p><b>　　回流比的選擇</b></p><p>　　選擇回流比，主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和最低，一般經(jīng)驗(yàn)值為R=（1.1~2.0）Rmin。本方案中苯甲苯容易分離取R=1.8Rmin。</p><p><b>　　塔的工藝計(jì)算</b></p><p>　　首先

31、根據(jù)需要，查出相對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)，列出如下：</p><p>　　表1苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　表2苯和甲苯的飽和蒸汽壓</p><p><b>　　表3液體黏度μL</b></p><p>　　表4常溫下苯-甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表5苯-甲苯液相密度</p>

32、;<p>　　表6純組分的表面張力</p><p><b>　　全塔物料衡算</b></p><p>　　年處理7萬(wàn)噸，原料初組成苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的苯-甲苯混合液，則有： </p><p><b>　　F= ,</b></p><p><b>　　對(duì)于苯xF=,</

33、b></p><p><b>　　xD= </b></p><p>　　η=0.98 </p><p><b>　　對(duì)全塔物料衡算：</b></p><p>　　F=D+W 0.0314=D+W</p><p>　　FxF=DxD+

34、WxW, 則: 0.0314*0.36=D*0.95+WxW</p><p><b>　　η= 得 </b></p><p>　　解的：D=0.0117kmol/s，W=0.0197kmol/s，xW=0.0096 </p><p><b>　　最佳回流比的確定</b></p><p&g

35、t;　　常壓下苯-甲苯混合物可視為理想物系，相對(duì)揮發(fā)度為：α=2.47,q=1.0</p><p>　　則相平衡方程為： </p><p>　　飽和泡點(diǎn)進(jìn)料q=1.0,xq=xF=0.36,代入相平衡方程則有： </p><p>　　聯(lián)立相平衡方程與q點(diǎn)方程可得交點(diǎn)e的坐標(biāo)：</p><p><b>　　則 ,<

36、/b></p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　對(duì)于苯-甲苯混合物，不太容易分離，從經(jīng)濟(jì)和可行性的角度回流比又不宜過(guò)大。本方案我們采用R=1.8Rmin則可確定最佳回流比為： R=1.8Rmin=1.8×1.68=3.02。</p><p>　　理論板及實(shí)際板的確定</p><p>

37、;　　欲計(jì)算完成規(guī)定的分離要求所需的理論塔板數(shù)，需知原料液組成，選擇進(jìn)料進(jìn)料熱狀態(tài)和操作回流比等精餾操作條件，利用氣液相平衡關(guān)系和操作方程求解。</p><p>　　分離要求即對(duì)塔頂，塔底產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率的要求，后者有時(shí)用塔頂易揮發(fā)的回收率（）或塔底難揮發(fā)組分的回收率（）表達(dá)。</p><p><b>　　理論塔板數(shù)的計(jì)算</b></p><p&g

38、t;　　理論塔板數(shù)的計(jì)算方法一般有：逐板計(jì)算法，圖解法。本方案采用逐板計(jì)算法來(lái)求算理論塔板數(shù)。通常從塔頂開(kāi)始進(jìn)行逐板計(jì)算。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，則第一層板上升蒸汽組成等于塔頂產(chǎn)品組成，即y1=xD=0.95,而自第一層下降的液體組成x1與y1相平衡，可利用相平衡方程求取x1，第二層上升蒸汽組成y2與x1滿足精餾段操作關(guān)系，可利用精餾段操作線方程：</p><p><b>　　則求取y2。</b

39、></p><p>　　同理由y2利用相平衡方程求x2,再由x2利用操作方程求y3,如此交替使用相平衡方程和操作方程進(jìn)行下行逐板計(jì)算，直到xn≤xF時(shí)，則第n層理論板即為進(jìn)料板，精餾段理論板數(shù)為（n-1）。</p><p>　　以下改用提餾段操作線方程，即：</p><p><b>　　則：</b></p><p>

40、;　　提餾段理論塔板數(shù)的計(jì)算方法與精餾段類(lèi)似，重復(fù)迭代相平衡方程與提餾段操作線方程，直至為止。間接蒸汽加熱時(shí)，再沸器內(nèi)可視為氣液兩相達(dá)平衡，故再沸器相當(dāng)于一塊理論板，則提餾段理論塔板數(shù)為（m-1）。</p><p>　　表7理論塔板數(shù)的求取</p><p>　　通過(guò)以上的圖表與計(jì)算，可以確定理論塔板數(shù)為NT=14，第6塊為加料板其中精餾段理論塔板數(shù)5，提餾段理論塔板數(shù)為9（包括塔釜在內(nèi)）.

41、</p><p><b>　　板效率的計(jì)算</b></p><p>　　塔板效率可根據(jù)公式計(jì)算。</p><p>　　由溫度組成圖結(jié)合內(nèi)插的方法可以得知：</p><p><b>　　塔頂，則塔頂溫度:</b></p><p><b>　　塔底,則塔底溫度：<

42、/b></p><p>　　進(jìn)料口,則進(jìn)料口溫度：</p><p><b>　　則精餾段平均溫度：</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度：</b></p><p>　　全塔平均溫度： ℃。</p><p>　　查圖并結(jié)合內(nèi)插法可得:</p>

43、<p><b>　　平均黏度由公式得：</b></p><p><b>　　則全塔效率:</b></p><p><b>　　實(shí)際塔板數(shù)的求算</b></p><p><b>　　實(shí)際塔板數(shù)：</b></p><p>　　其中精餾段實(shí)際塔板數(shù)：，

44、</p><p><b>　　提餾段實(shí)際塔板數(shù)：</b></p><p><b>　　實(shí)際加料板位置：</b></p><p><b>　　塔徑的計(jì)算</b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</b></p><p>

45、<b>　　塔頂：,由相平衡得</b></p><p>　　進(jìn)料口：,由相平衡得</p><p><b>　　塔底：由相平衡得</b></p><p>　　則精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　平均壓強(qiáng)Pm&l

46、t;/b></p><p><b>　　取每層塔板壓降：</b></p><p><b>　　塔頂操作壓力：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板壓力：</b></p><p><b>　　塔底操作壓力： </b></p><

47、;p><b>　　精餾段平均壓力：</b></p><p>　　提餾段平均壓力： </p><p><b>　　平均密度ρm</b></p><p><b>　　(1)氣相平均密度</b></p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，則有</p><

48、p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　(2)液相平均密度</b></p><p>　　液相平均密度依下式計(jì)算：即</p><p>　　利用表中數(shù)據(jù)，應(yīng)用內(nèi)插法可得：</p><p&g

49、t;<b>　　，則</b></p><p><b>　　,則</b></p><p><b>　　，則</b></p><p>　　塔頂液相平均密度為：</p><p><b>　　,</b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均密

50、度：</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　塔底液相平均密度：</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>　　液體的平均表面張力σm</p><p>　　液

51、相平均表面張力依下式計(jì)算：</p><p>　　塔頂，查表6，用線性內(nèi)插值法查的該溫度下組分表面張力為：；</p><p>　　進(jìn)料板，查表6用內(nèi)插法得：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　塔底，查表6得：</b></p><p><b

52、>　　；</b></p><p>　　精餾段液體平均張力為：</p><p>　　提餾段液體平均張力為：</p><p><b>　　塔徑的計(jì)算</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b

53、></p><p>　　精餾段氣液相體積流率：</p><p>　　提餾段氣液體積流率：</p><p>　　C的計(jì)算需用到C20，可根據(jù)史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：</p><p><b>　　精餾段橫坐標(biāo)： </b></p><p><b>　　提餾段橫坐標(biāo)：</b><

54、/p><p>　　取板間距,板上液層高度（對(duì)常壓塔一般）,</p><p><b>　　查史密斯關(guān)聯(lián)圖得：</b></p><p><b>　　圖 1史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　(1)精餾段：，</b></p><p>　　取安全系數(shù)為

55、0.6（一般0.6-0.8），則u=0.6umax=0.794m/s</p><p><b>　　，</b></p><p>　　常用標(biāo)準(zhǔn)塔徑有0.6，0.7，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0，2.4.....4.2。圓整為標(biāo)準(zhǔn)塔徑：D=1.6m。</p><p>　　提餾段：C20=0.070，</p>&

56、lt;p>　　取安全系數(shù)為0.6，則</p><p>　　綜合取塔徑為：D=1.6m</p><p>　　實(shí)際空塔速率： </p><p><b>　　塔高的計(jì)算 </b></p><p><b>　　精餾段的有效高度：</b></p><p><b&g

57、t;　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　在進(jìn)料口上方開(kāi)一人孔，在提餾段開(kāi)一人孔，其高度為0.8m,則有效高度： </p><p>　　降液管及溢流堰尺寸的確定</p><p>　　塔板有整塊式和分塊式兩種，直徑在800mm以下的小塔多采用整式,直徑在800

58、mm以上的大塔，通常采用分塊式。本方案中D=1.6m,采用分塊式。選用單溢流弓形降液管，采用平行受液盤(pán)。</p><p>　　(1)堰長(zhǎng)lw的求?。?lt;/p><p><b>　　溢流堰高度hw</b></p><p>　　---板上液層高度 </p><p><b>　　---堰上液層高度</b&

59、gt;</p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度由下式計(jì)算，即</p><p><b>　　，近似E=1,則</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　取板上液層高度(一般0.

60、06-0.08),則</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　?。?）弓形降液管寬度Wd和截面積Af</p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　查弓形降液管參數(shù)圖：&

61、lt;/p><p>　　圖 2弓形降液管參數(shù)圖</p><p><b>　　得 , </b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p&

62、gt;<p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　?。?）降液管底隙高度h0</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　（5）受液盤(pán)</b><

63、;/p><p>　　采用平行受液盤(pán)不設(shè)進(jìn)堰口，深度為60mm.</p><p>　　篩板孔徑及排列方式的確定</p><p><b>　　取邊緣區(qū)寬度</b></p><p><b>　　安定區(qū)寬度：</b></p><p><b>　　開(kāi)孔區(qū)面積：</b>

64、</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　篩孔的計(jì)算和排列</b></p><p>　　由于苯-甲苯體系無(wú)較大腐蝕性，可選用δ=3mm的碳鋼板，取篩孔孔徑d0=5mm,正三角形叉形排列</p><p><b>　　取孔中心距：</b></p&

65、gt;<p><b>　　篩孔數(shù)目：</b></p><p><b>　　開(kāi)孔率：</b></p><p>　　則每層板上的開(kāi)孔面積：</p><p>　　精餾段氣體通過(guò)閥孔的氣速：</p><p>　　提餾段氣體通過(guò)閥孔的氣速：</p><p><b&g

66、t;　　塔板流動(dòng)性能的校核</b></p><p><b>　　塔板壓降</b></p><p><b>　　干板阻力hc的計(jì)算</b></p><p>　　干板阻力hc由下式計(jì)算</p><p>　　由，查干篩孔流量系數(shù)圖得</p><p><b>　

67、　故精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　（2）氣體通過(guò)液層阻力hl計(jì)算</p><p>　　氣體通過(guò)液層阻力由式計(jì)算：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得β=0.6

68、3，則</p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得β/=0.61,則</p><p>　　(3)液體表面張力阻力hσ的計(jì)算</p><p>　　液體表面張力阻力有下式計(jì)算，即：</p><p><b>　　精餾段：</b></p

69、><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　(4)氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp</p><p><b>　　精餾段液柱</b></p><p><b>　　提餾段液柱 </b></p><p>　　(5)氣體通過(guò)每層塔板的壓降</p

70、><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　液面落差</b></p><p>　　對(duì)于篩板塔，頁(yè)面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大，故可 忽略液面落差影響。</p><p><b

71、>　　液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式關(guān)系：</p><p>　　苯－甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不

72、設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　此時(shí)，</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>

73、;　　而 </b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　此時(shí)，</b></p><p>　　綜上，在本設(shè)計(jì)中不會(huì)

74、發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p><b>　　漏液</b></p><p>　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式計(jì)算，即</p><p><b>　　精餾段:</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速： </b></p><p><b>　　穩(wěn)

75、定系數(shù)為</b></p><p><b>　　提餾段:</b></p><p><b>　　實(shí)際孔速 </b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。</p><p><b>

76、　　液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶量由下式計(jì)算，即</p><p><b>　　故精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段:</b></p><p><b>　　·</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中

77、液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　塔板負(fù)荷性能圖的繪制</p><p><b>　　漏液線</b></p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　前已求得</b></p><p><b>　　故<

78、;/b></p><p>　　表8精餾段漏液線數(shù)據(jù)</p><p>　　據(jù)此可作出與液體流量的水平漏液線。</p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　表9提餾段漏液線數(shù)據(jù)</p><p><b>　　液沫夾帶線</b></p><

79、;p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表</p>

80、;<p>　　表10精餾段液沫夾帶線數(shù)據(jù)</p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出精餾段液沫夾帶線。</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p>　　表11提餾段液沫夾帶數(shù)據(jù)</p><p>&

81、lt;b>　　液相負(fù)荷下限線</b></p><p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由 </p><p><b>　　取E＝1，則 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線。</p><p><b>　　液相負(fù)荷上限線&l

82、t;/b></p><p>　　以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由式</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。</p><p><b>　　液泛線</b></p><p><b>　

83、　令</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　聯(lián)立得</b></p><p>　　忽略，將與，與，與的關(guān)系代入上式，并整理得</p><p><b>　　式中 ；</b></p><p>&

84、lt;b>　??；</b></p><p><b>　　（1）精餾段：</b></p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表 <

85、;/p><p><b>　　表12 液泛線數(shù)據(jù)</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線。</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入，得</b></p><p>　　表13提餾段液泛線數(shù)據(jù)</p&

86、gt;<p>　　根據(jù)以上各線的方程，可作出篩板的負(fù)荷性能圖，如圖3 ： </p><p>　　由圖3可查得精餾段：</p><p><b>　　則操作彈性</b></p><p>　　由圖4可查得提餾段：</p><p><b>　　則操作彈性</b></p><

87、p><b>　　塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</b></p><p>　　表14塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</p><p><b>　　輔助設(shè)備工藝計(jì)算</b></p><p>　　換熱器的面積計(jì)算及選型</p><p><b>　　冷凝器的計(jì)算</b></p><p&g

88、t;　　塔頂溫度，冷凝水。有機(jī)物蒸汽冷凝器設(shè)計(jì)選用總傳熱系數(shù) 一般范圍為.已知1kcal=4.18J。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)取 ,</b></p><p>　　冷凝量V=0.0470kmol/s</p><p>　　在82.5℃下苯的氣化熱 </p><p><b>　　熱損失取5%，</

89、b></p><p><b>　　冷凝水流量：</b></p><p><b>　　(2)再沸器的計(jì)算</b></p><p>　　塔底溫度tw=110.1℃，用：</p><p><b>　　釜液出口溫度</b></p><p><b>

90、;　　則</b></p><p>　　由，查液體比汽化熱共線圖得r=425kJ/kg,又</p><p><b>　　氣體流量,密度為則</b></p><p><b>　　取傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　則傳熱面積：</b></p>

91、<p><b>　　加熱蒸汽的質(zhì)量流量</b></p><p>　　各種接管管徑的計(jì)算及選型</p><p><b>　　進(jìn)料管</b></p><p>　　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)中采用直管進(jìn)料管。F=0.0314kmol/s,</p><p>

92、<b>　　則體積流量為</b></p><p>　　管內(nèi)流速u(mài)=0.6m/s,則管徑</p><p>　　取進(jìn)料管規(guī)格為 Φ=88.50×4mm ，則管內(nèi)徑為80.5mm</p><p><b>　　進(jìn)料管實(shí)際流速為：</b></p><p><b>　　回流管</b&g

93、t;</p><p>　　采用直管回流管，回流管的回流量L=0.0353kmol/s,塔頂液相平均摩爾 質(zhì)量 M =79.79kg/kmol, 平均密度為， 則液體流量</p><p>　　取管內(nèi)流速u(mài)=1.5m/s,則回流管直徑</p><p>　　可取回流管規(guī)格Φ=60.0×3.5mm ，則管內(nèi)直徑53mm</p><p>&

94、lt;b>　　回流管內(nèi)實(shí)際流速</b></p><p><b>　　塔頂蒸汽接管</b></p><p><b>　　蒸汽體積流量</b></p><p>　　取管內(nèi)蒸汽流速u(mài)=15m/s,則</p><p>　　可取回流管規(guī)格13.5×2.25mm，則實(shí)際管徑9.0mm

95、,</p><p>　　塔頂蒸汽接管實(shí)際流速為</p><p><b>　　釜液排出管</b></p><p>　　塔底W=0.0197kmol/s,平均密度。平均摩爾質(zhì)量M=92.00g/mol,體積流量</p><p>　　取管內(nèi)流速u(mài)=0.5m/s,則</p><p>　　取回流管規(guī)格88.

96、5×4.00mm，實(shí)際管徑80.5mm</p><p>　　塔頂蒸汽接管實(shí)際流速</p><p><b>　　塔頂產(chǎn)品出口管</b></p><p>　　D=0.0117kmol/s,氣相平均摩爾質(zhì)量M=78.81g/mol</p><p>　　餾出產(chǎn)品密度ρ=811.51kg/mol，則體積流量</p&

97、gt;<p>　　取管內(nèi)蒸汽流速u(mài)=1.5m/s,則</p><p><b>　　，</b></p><p>　　取回流管規(guī)格33.5×3.25，則實(shí)際管徑27.00mm。塔頂蒸汽接管實(shí)際流速</p><p><b>　　泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型</b></p><p>　　，dF

98、=0.0805m</p><p>　　設(shè)主加料管管長(zhǎng)25m,標(biāo)準(zhǔn)彎頭2個(gè)，截止閥7個(gè)（全開(kāi)），則有關(guān)管件的當(dāng)量長(zhǎng)度為：</p><p><b>　　900彎頭，;</b></p><p>　　截止閥，,因此總當(dāng)量長(zhǎng)度為：</p><p>　　管進(jìn)口處的阻力系數(shù)為,管出口處阻力系數(shù)</p><p>

99、　　由上設(shè)計(jì)可知：進(jìn)料液密度</p><p><b>　　進(jìn)料液黏度</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　故流體在管內(nèi)為湍流流動(dòng)，取管壁絕對(duì)粗糙度</p><p>　　查莫迪摩擦系數(shù)圖可得λ=0.032</p><p><b>　　則

100、</b></p><p>　　在進(jìn)料泵出口端與進(jìn)料管內(nèi)截面間列伯努利方程求算泵的揚(yáng)程如下：</p><p><b>　　則流量：</b></p><p>　　查泵性能表所選泵的型號(hào)為IS50-32-160</p><p><b>　　塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><

101、;p><b>　　塔盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　塔的有效高度，塔徑，溢流裝置等見(jiàn)塔的工藝計(jì)算，不再贅述。 </p><p><b>　　裙座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本方案裙座取2000mm.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&g

102、t;</p><p>　　【1】化工原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè). 陳均志.李磊主編.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【2】化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明教程.唐倫成編著.哈爾濱工程出版社</p><p>　　【3】化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳質(zhì)與單元操作課程設(shè)計(jì)）.賈紹義 柴誠(chéng)敬主編. 天津大學(xué)出版社.</p><p>　　【4】化工原理上冊(cè)第三版.陳敏

103、恒 叢德滋 方圖南 齊鳴齋.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p>　　【5】化工原理下冊(cè)第三版.陳敏恒 叢德滋 方圖南 齊鳴齋.化學(xué)工業(yè)出版社</p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)化工原理精餾塔的印象，熟悉了好多以前不知道的流程，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的只是，也培養(yǎng)了我如何去把握一件

104、事情，如何去做一件事，如何完成一件事情，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。把一件復(fù)雜的事情分為幾個(gè)小任務(wù)然后一步一步去的完成它。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，各種數(shù)據(jù)的計(jì)算，各種公式的查找，的的確確把我難到了一下，幸好有同學(xué)和老師的幫忙，不然一個(gè)人要做好不出什么差錯(cuò)真的很難。首先是理論板的確定，要用作圖法來(lái)算出來(lái)，以前只是知道怎么做，現(xiàn)在自己動(dòng)手去做出來(lái)的確沒(méi)那么簡(jiǎn)單。了

105、解到最小回流比，液沫線，液泛線，漏液線的求取方法，以及如何提高精餾塔的效率等等，掌握了word、excel、cad等工具的使用技術(shù)，通過(guò)查詢資料，也了解了精餾塔的原理。</p><p>　　回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，同時(shí)我也認(rèn)識(shí)到自己在化工學(xué)習(xí)的道路上還有很長(zhǎng)一段路要走，并認(rèn)識(shí)到自己專業(yè)知識(shí)的不