化工原理課程設(shè)計-酒精連續(xù)精餾板式塔設(shè)計

1、<p>　　第一章化工原理課程設(shè)計任務(wù)書4</p><p>　　一．題目：酒精連續(xù)精餾板式塔的設(shè)計4</p><p><b>　　二．原始數(shù)據(jù)4</b></p><p><b>　　三．任務(wù)4</b></p><p><b>　　四．作業(yè)份量4</b>&l

2、t;/p><p>　　第二章設(shè)計方案5</p><p><b>　　一．概述5</b></p><p><b>　　二．設(shè)計要求5</b></p><p>　　三．設(shè)計方案的確定5</p><p>　　四．設(shè)計方案的確定6</p><p&g

3、t;　　第三章設(shè)計計算與論證7</p><p>　　第一節(jié)工藝條件和物性參數(shù)計算7</p><p>　　一．將質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分數(shù)7</p><p><b>　　二．物料衡算7</b></p><p>　　三．理論塔板數(shù)NT的求?。▓D解法）7</p><p>　　3）提餾段方程：

4、9</p><p>　　四．全塔效率ET9</p><p>　　五．實際塔板數(shù)10</p><p>　　六．塔的工藝條件以物料數(shù)據(jù)計算10</p><p>　　第二節(jié)塔的主要工藝尺寸計算14</p><p><b>　　一．塔徑D14</b></p><p>&

5、lt;b>　　二．溢流裝置15</b></p><p>　　三．塔板步置及浮閥數(shù)目與排列16</p><p>　　第三節(jié)塔板的流體力學驗算19</p><p><b>　　一．阻力計算19</b></p><p>　　二.淹塔較核（液泛較核）20</p><p>　　

6、三.霧沫夾帶較核21</p><p>　　第四節(jié)塔板性能負荷圖22</p><p><b>　　一．精餾段22</b></p><p>　　1.霧沫夾帶線①22</p><p><b>　　2.液泛線②23</b></p><p>　　3.液相負荷上限線③24&

7、lt;/p><p>　　4. 液相負荷下限線④24</p><p><b>　　5.漏液線⑤25</b></p><p>　　6.作出負荷性能圖25</p><p>　　第五節(jié)主要接管尺寸計算26</p><p><b>　　一．進料管26</b></p>

8、<p><b>　　二．回流管27</b></p><p>　　三．釜液出口管27</p><p>　　四．塔頂蒸汽管27</p><p>　　五．加熱蒸汽管（再沸器返塔蒸汽管）28</p><p>　　第六節(jié)塔的輔助設(shè)備28</p><p>　　一．塔頂全凝器28&l

9、t;/p><p><b>　　二．再沸器29</b></p><p>　　三．塔頂冷卻器29</p><p>　　四．塔釜殘液冷凝器30</p><p>　　五．進料預熱器30</p><p>　　六．全凝器校核31</p><p>　　第七節(jié)塔的總體結(jié)構(gòu)32&l

10、t;/p><p><b>　　一．塔壁厚δ32</b></p><p>　　二．塔的封頭確定32</p><p><b>　　三．塔高32</b></p><p><b>　　四．塔的支座33</b></p><p>　　第四章設(shè)計結(jié)果匯總34&

11、lt;/p><p><b>　　一．基本數(shù)據(jù)34</b></p><p><b>　　二．塔體概況34</b></p><p>　　第五章設(shè)計感想35</p><p><b>　　參考文獻36</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計任務(wù)書&l

12、t;/p><p>　　一．題目：酒精連續(xù)精餾板式塔的設(shè)計</p><p><b>　　二．原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1、乙醇－水混合物，含乙醇 32 %（質(zhì)量），溫度 35 ℃;</p><p>　　2、產(chǎn)品：餾出液含乙醇 94 %（質(zhì)量），溫度 38

13、 ℃;按間接蒸汽加熱計;</p><p>　　3、塔底出料: 塔底液含乙醇 0.06 %（質(zhì)量）</p><p>　　4、生產(chǎn)能力：日產(chǎn)酒精（指餾出液） 10000 kg;</p><p>　　5、熱源條件：加熱蒸汽為飽和蒸汽，其絕對壓強為 0.30 MPa。</p><p><

14、;b>　　三．任務(wù)</b></p><p>　　1、確定精餾的流程，繪出流程圖，標明所需的設(shè)備、管線及其有關(guān)觀測或控制所必需的儀表和裝置。</p><p>　　2、精餾塔的工藝設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計：選定塔板型，確定塔徑、塔高及進料板的位置；選擇塔板的結(jié)構(gòu)型式、確定塔板的結(jié)構(gòu)尺寸；進行塔板流體力學的計算（包括塔板壓降、塔的校核及霧沫夾帶量的校核等）。</p><

15、;p>　　3、作出塔的操作性能圖、計算其操作彈性。</p><p>　　4、確定與塔身相連的各種管路的直徑。</p><p>　　5、計算全塔裝置所用蒸汽量和冷卻水用量，確定每個換熱器的傳熱面積并進行選型，若采用直接蒸汽加熱，需確定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。</p><p><b>　　6、其它。</b></p><p&

16、gt;<b>　　四．作業(yè)份量</b></p><p>　　1、設(shè)計說明書一份，其中設(shè)計說明結(jié)果概要一項具體內(nèi)容包括：塔板數(shù)、塔高、塔徑、板間距、回流比、蒸汽上升速度、熱交換面積、單位產(chǎn)品熱交換面積、蒸汽用量、單位產(chǎn)品蒸汽用量、冷卻水用量、單位產(chǎn)品冷卻水用量、操作壓強、附屬設(shè)備的規(guī)格、型號及數(shù)量等。</p><p>　　2、（1）設(shè)計說明書電子版及打印版，草稿各一份，

17、若為手寫版只交紙質(zhì)版一份；</p><p>　?。?）塔裝配圖（1號圖紙）電子版及打印版1份 </p><p><b>　　設(shè)計方案</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達到輕重組分分離的方法。蒸

18、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。</p><p>　　精餾過程按操作壓強可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一般來說，當總壓增大時，平衡時氣相濃度和液相濃度接近，對分離不利，但對常壓下為氣體的混合物，可采用加壓精餾；沸點高又是熱敏性的混合物，可采用減壓精餾。</p><p>　　酒精—水是工業(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

19、和腐蝕性小的液體混合物。對于酒精—水的體系通常使用常壓精餾，但由于體系有共沸現(xiàn)象存在，因此，改善酒精—水體系的精餾設(shè)備十分重要。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計浮閥塔時應主要滿足以下幾個方面：</p><p>　　1）生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力要盡可能大，在單位塔徑上，氣體和液體的通過量大。</p>

20、<p>　　2）分離效率。分離效率要高。效率高，所需板數(shù)就少，塔高相對就低，對于難分離體系的物質(zhì)尤為重要。</p><p>　　3）操作穩(wěn)定性與操作彈性。操作彈性好意味著塔對氣液負荷變化的適應性大，操作穩(wěn)定是對塔的最基本要求。</p><p>　　4）壓力降。要使氣體通過塔板的壓力降小，可使操作費用降低，減少能耗；另一方面處理熱敏物系時常采用減壓蒸餾，壓力降小對減壓蒸餾尤為重要

21、。</p><p>　　5）結(jié)構(gòu)、制造和造價。結(jié)構(gòu)簡單、制造容易和造價低是降低設(shè)備前期投入成本和后期維修成本所應考慮的。塔板是板式塔的核心部件，它決定了整個塔的基本性能。由于氣液兩相的傳質(zhì)過程是在塔板上進行的，為有效實現(xiàn)兩相間的傳質(zhì)與分離，要求塔板具有以下兩個作用：能提供良好的氣液接觸條件，使氣液既有較大的接觸表面，又能使氣液接觸表面不斷更新，從而提高傳質(zhì)速率。防止氣液短路，減少氣液夾帶和返混，以獲得最大的傳質(zhì)推

22、動力。</p><p><b>　　設(shè)計方案的確定</b></p><p>　　1.塔型：選用重型浮閥塔</p><p>　　本次課程設(shè)計的塔板為浮閥塔。目前國內(nèi)最常用的浮閥型式為F1型和V4型。本次設(shè)計所使用到的浮閥塔型號為F1型重閥。浮閥塔是20世紀50年代初期發(fā)展起來的一種傳質(zhì)沒備。由于它生產(chǎn)能力大、結(jié)構(gòu)簡單、板效率高、操作彈作大等優(yōu)點而

23、得到廣泛使用。F1型浮閥也稱為V1型浮閥，其標準孔徑為39mm，閥片有三條腿，插人閥孔后將各腿底腳板轉(zhuǎn)90°用以限制操作時閥片在板上升起的最大高度(8 .5mm)。塔板開有若干孔，每個孔裝有一個可以上下浮動的閥片。閥片周邊有沖出三塊略向下彎的定距片。當氣速低時，靠這三個定距片使閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，閥片與塔板始終保持2 .5mm的開度以便氣體均勻流過，避免閥片啟閉不勻的脈動。</p><p>

24、;　　2.操作壓力：常壓精餾</p><p>　　對酒精~水物系來說，可以采用常壓精餾，不需要采用加壓或真空操作。</p><p>　　3.進料狀態(tài)：泡點進料</p><p>　　泡點進料的操作容易控制，而且不受季節(jié)的影響；另外泡點進料時精餾段和提餾段塔徑相同，設(shè)計和控制比較方便。</p><p>　　4.加熱方式：采用間接加熱法加熱<

25、/p><p>　　采用中間再沸器，可以提高精餾塔的熱力學效率。因為設(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源。</p><p>　　5.回流方式：泡點回流</p><p>　　泡點回流易于控制，設(shè)計和控制時比較方便，而且可以節(jié)約能源。</p><p><b>　　設(shè)計方案的確定</b></p><p>

26、;<b>　　圖1 工藝流程圖</b></p><p><b>　　設(shè)計計算與論證</b></p><p>　　工藝條件和物性參數(shù)計算</p><p>　　一．將質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分數(shù)</p><p>　　取酒精分子量為46 g/mol，水分子量為18 g/mol，故</p><

27、p>　　xF=15.55%，xD=85.98%，xW= 0.02349%</p><p><b>　　二．物料衡算</b></p><p><b>　　1)摩爾流量：</b></p><p>　　由 (1-1)<

28、;/p><p>　　和 (1-2)</p><p><b>　　得</b></p><p>　　聯(lián)立方程可得每小時餾出液的摩爾流量：</p><p>　　F = 54.826 kmol/h D = 9

29、.903 kmol/h W = 44.923 kmol/h</p><p><b>　　2)平均分子量:</b></p><p><b>　　3）質(zhì)量流量：</b></p><p>　　F = 0.3404kg/s D = 0.1157kg/h W = 0.2247 kg/h&l

30、t;/p><p>　　三．理論塔板數(shù)NT的求?。▓D解法）</p><p><b>　　1）最小回流比</b></p><p>　　做與平衡線相切的切線，得到操作線在縱坐標上的截距0.280，則故</p><p>　　圖2 求最小回流比示意圖</p><p>　　圖3 求塔板數(shù)示意圖</p>

31、<p><b>　　2）精餾段方程：</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　則精餾段方程為：</b></p><p><b>　　(1-3)</b></p><p><b>　　3）提餾段方程：

32、</b></p><p><b>　　因為q = 1</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　則提餾段方程為： （1-4）</p><p>　　4）使用圖解法求的得理論塔板數(shù)為NT =26-1=25塊，精餾段22塊，提留段3塊。</p

33、><p><b>　　四．全塔效率ET</b></p><p>　　查《化工原理實驗》P160 酒精-水混合液在常壓下的氣液平衡數(shù)據(jù)表得：</p><p><b>　　塔頂：，，溫度</b></p><p><b>　　塔底：，，溫度</b></p><p>

34、;<b>　　則</b></p><p>　　查《板式精餾塔設(shè)計》P133 附錄2 液體粘度表得：</p><p>　　mPa·s， mPa·s</p><p><b>　　mPa·s</b></p><p>　　相對揮發(fā)度：，，

35、 （1-5）</p><p>　　故 （1-6）</p><p>　　則計算全塔效率如下:</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　五．實際塔板數(shù)</b></p><p>

36、　　實際塔板數(shù)為塊 （1-8）</p><p>　　精餾段： 提餾段：</p><p>　　所以實際板數(shù)為55塊，精餾段為37塊，進料板為第33塊，提餾段為5塊。</p><p>　　六．塔的工藝條件以物料數(shù)據(jù)計算</p><p><b>

37、　　1、操作壓強Pm</b></p><p>　　因為常壓下乙醇～水是液態(tài)混合物，其沸點較低（小于100℃），故采用常壓精餾就可以分離。</p><p>　　塔頂壓強：，取每層壓強降為△P＝0.5KPa</p><p><b>　　塔底壓強：</b></p><p><b>　　進料板壓強：<

38、;/b></p><p>　　全塔平均操作壓強：</p><p>　　精餾段平均操作壓強：</p><p>　　提餾段平均操作壓強：</p><p><b>　　2、溫度：</b></p><p>　　查t-x-y圖可得：</p><p>　　塔頂：tD = 79.

39、08℃，塔釜tW ＝ 99.94℃，進料tF ＝ 88.62℃</p><p><b>　　全塔平均溫度：</b></p><p><b>　　精餾段平均溫度：</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度：</b></p><p>　　3、 平均分子量： </p&

40、gt;<p><b>　　（1）塔頂</b></p><p>　　當y1=85.98%，查乙醇-水平衡數(shù)據(jù)表得：x1＝85.35%</p><p><b>　　（2）塔釜</b></p><p><b>　　，查x-y圖可得：</b></p><p><b&

41、gt;　?。?）進料板</b></p><p><b>　　當查x-y圖可得：</b></p><p>　　（4）精餾段平均分子量</p><p>　?。?）提餾段平均分子量</p><p><b>　　4、平均密度</b></p><p><b>　　

42、液相密度</b></p><p>　　由《流體力學與傳熱》附錄二和P252有機液體相對密度共線圖可得水和乙醇在不同溫度下的相對密度。（設(shè)A為乙醇，B為水）</p><p><b>　　塔頂</b></p><p><b>　?。?）進料板</b></p><p><b>　　（

43、3）塔釜</b></p><p><b>　　精餾段平均液相密度</b></p><p>　　（5）提餾段平均液相密度</p><p><b>　　氣相密度</b></p><p><b>　?。?）塔頂</b></p><p><b&

44、gt;　?。?）進料板</b></p><p><b>　　（3）塔釜</b></p><p>　?。?）精餾段平均氣相密度</p><p>　　（5）提餾段平均氣相密度</p><p><b>　　液體表面張力：</b></p><p>　　由《流體力學與傳熱》

45、附錄二和P254有機液體的表面張力共線圖可得水和乙醇在不同溫度下的表面張力。且</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　精餾段：</b>

46、;</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　6、液體粘度</b></p><p>　　由《流體力學與傳熱》附錄二和P257液體粘度共線圖可得水和乙醇在不同溫度下的粘度。且</p><p><b>　　mPa·s</b></p&g

47、t;<p><b>　　mPa·s</b></p><p><b>　　mPa·s</b></p><p>　　7. 氣液相負荷量：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　?。?-9）</b&g

48、t;</p><p><b>　　提餾段： </b></p><p>　　塔的主要工藝尺寸計算</p><p><b>　　一．塔徑D</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p180～182可知，適宜的空塔氣速與最大氣速和所取的安全系數(shù)有關(guān)：，故先確定空塔氣速。</p>

49、<p><b>　　1、精餾段：</b></p><p>　　（1） （2-1）</p><p>　?。?）根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p180～182可初選板間距是0.35m，板上液層厚度是0.05m，則-=0.35-0.05=0.30m</p><p>　?。?）根據(jù)史密斯關(guān)聯(lián)圖，得

50、：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（4）空塔氣速</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　∵</b></p><p><b>　　∴

51、</b></p><p><b>　　2、提餾段：</b></p><p>　?。?） （2-4）</p><p>　　（2）根據(jù)《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p180～182可初選板間距是0.35m，板上液層厚度是0.05m，則-=0.3-0.05=0.30m</p>&

52、lt;p>　　（3）根據(jù)史密斯關(guān)聯(lián)圖，得：</p><p><b>　?。?）空塔氣速</b></p><p>　　∵,安全數(shù)字取0.7</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　將精餾段與提餾段的空塔氣速相比，選取較小的即精餾段空塔氣速來計算塔徑。</p>&

53、lt;p><b>　　3、塔徑D：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　按標準塔徑圓整為D＝0.6m，可見這里的D和的關(guān)系與《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p183表4-3經(jīng)驗關(guān)系相符。</p><p><b>　　校正：實際空塔氣速</b></p>

54、<p><b>　　則塔的截面積為：</b></p><p><b>　　二．溢流裝置</b></p><p>　　由于塔徑小于2.2m，所以選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰。</p><p><b>　　1. 堰長</b></p><p>　　對于單溢流，一般取堰

55、長lw為（0.6-0.8）D.故取lw=0.6D，則有</p><p>　　校核液體在降液管中的停留時間。</p><p>　　由，弓形降液管寬度和面積用《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p192圖4-19求取。查圖得：</p><p><b>　　,</b></p><p>　　該值與表4-5查得的值相一致，所以</p&

56、gt;<p>　　驗算液體在降液管中的停留時間，由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p192式4-14得：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　故降液管尺寸符合要求。</p><p><b>　　2. 出口堰高hw</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)

57、備設(shè)計》 p190式4-11可知：</p><p>　　前面已設(shè)定，采用平直堰，堰上液層高度可依《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p190式4-12計算，即：</p><p>　　因為及，，所以由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p190圖4-16查得E＝1.035，代入上式得：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p&

58、gt;<b>　　則有:</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　降液管底隙高度</b></p><p>　　取液體通過降液管底隙時的流速，由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p

59、192式4-15得： （2-9）</p><p>　　故取，比溢流堰高度低6mm以上，符合降液管的液封要求。 </p><p>　　三．塔板步置及浮閥數(shù)目與排列</p><p><b>　　1. 閥孔數(shù)</b></p><p>　　由《傳熱

60、傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p194式4-18可知：。取F0=10, 已知F1型重閥的閥孔直徑,則</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　每層塔板上的浮閥數(shù)</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　每

61、層塔板上的浮閥數(shù)</b></p><p><b>　　2. 塔板布置</b></p><p><b>　?。?）已知，所以</b></p><p><b>　　取邊緣區(qū)寬度： </b></p><p>　　兩邊安定區(qū)寬度：由于，所以，</p><

62、p>　?。?）浮閥排列方式采用等邊三角形叉排</p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p195式4-22 計算鼓泡區(qū)面積：</p><p>　??；。 </p><p><b>　　∴</b></p><p>　　開孔區(qū)面積

63、（2-10）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　閥孔總面積 （2-11）</p><p>　　則閥孔中心距 （2-12）</p><p><b>　　提餾段：</b><

64、;/p><p><b>　　閥孔總面積</b></p><p><b>　　則閥孔中心距</b></p><p><b>　　實際孔布置如下：</b></p><p>　　圖4 精餾段塔孔布置圖</p><p>　　圖5 提餾段塔孔布置圖</p>

65、<p>　　3. 驗算氣速及閥孔動能因數(shù)及開孔率</p><p>　　由實際浮閥個數(shù)可知，實際閥孔中氣體速度為：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　提餾段：</b></

66、p><p>　　閥孔動能因數(shù)變化仍在范圍內(nèi)，因此閥孔數(shù)符合要求。</p><p>　　精餾段塔板開孔率為： </p><p>　　提餾段塔板開孔率為：</p><p>　　均在10%-15%之間，符合要求。</p><p><b>　　塔板的流體力學驗算</b></p>

67、<p><b>　　一．阻力計算</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p196式4-24計算塔板壓力降，即：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p><b>　?。?）干板阻力</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過

68、程設(shè)備設(shè)計》 p197式4-27可知：臨界孔速。</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　∴閥全開</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p196式4-26得：</p><p><b>　?。?-2）</b></p>

69、;<p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　∴閥未全開</b></p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p196式4-25得：</p><p>　?。?）板上充氣液層阻力</p><p>　　由于乙醇～水系統(tǒng)里，液相是水，故取。由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》

70、 p197式4-28得： </p><p>　?。?）液體表面張力所造成的阻力：浮閥塔的值通常很小，忽略不計。</p><p><b>　?。?）單板壓降</b></p><p>　　由于忽略不計，因此與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓力降所相當?shù)囊褐叨葹椋?lt;/p><p>　　精餾段：

71、（3-3）</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　二.淹塔較核（液泛較核）</p><p>　　為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度，由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p197式4-30計算清液層高度：</p&

72、gt;<p>　　由于本塔不設(shè)進口堰，故由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p198式4-31計算液體通過降液管的壓頭損失：</p><p><b>　?。?）、精餾段：</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　又板上液層高度：</b></p&g

73、t;<p><b>　?。?）、提餾段：</b></p><p><b>　　又板上液層高度：</b></p><p>　　前已選定，則由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p198式4-33可知：</p><p>　　符合防止液泛的要求。</p><p><b>　　三.霧沫夾帶較核

74、</b></p><p>　　對乙醇～水系統(tǒng)可按《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p199表4-7查得：乙醇～水為正常系統(tǒng)，取K＝1.0。</p><p><b>　　板上液流面積： </b></p><p>　　板上液體流徑高度： </p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p199式4-34和式4-35可知

75、：</p><p>　　1、精餾段：由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p199圖4-25查得為0.098，安全起見取0.1。</p><p>　　2、提餾段：由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》 p199圖4-25查得為0.09。安全起見取0.1。</p><p>　　均小于70%，符合要求，故可知霧沫夾帶量可滿足e <10%要求。</p><p>&

76、lt;b>　　漏液</b></p><p>　　根據(jù)前面求得閥孔動能因數(shù)大于5～6，超過控制漏液量的下限，故符合要求。</p><p><b>　　塔板性能負荷圖</b></p><p><b>　　一．精餾段</b></p><p><b>　　1.霧沫夾帶線①<

77、/b></p><p><b>　　1、精餾段：</b></p><p>　　取極限霧沫夾帶量e＝10％，根據(jù)式4-34得：</p><p>　　按泛點率70％計算，將各已知數(shù)代入上式，便得到的關(guān)系式，據(jù)此可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線：</p><p><b>　　提餾段：</b></

78、p><p>　　取極限霧沫夾帶量e＝10％，根據(jù)式4-34得：</p><p>　　按泛點率70％計算，將各已知數(shù)代入上式，便得到的關(guān)系式，據(jù)此可作出負荷性能圖中的霧沫夾帶線：</p><p><b>　　2.液泛線②</b></p><p><b>　　1、精餾段：</b></p>&l

79、t;p>　　聯(lián)立《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》中式4-28、式4-30及式4-33得：</p><p><b>　　液泛時：</b></p><p>　　根據(jù)上式，列表計算與相對應的液泛氣量，如下表所示：</p><p><b>　　1、提餾段：</b></p><p>　　聯(lián)立《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)

80、計》中式4-28、式4-30及式4-33得：</p><p><b>　　液泛時：</b></p><p>　　3.液相負荷上限線③</p><p>　　液體最大流量應保證在降液管中停留時間不低于3秒，則液體在降液管內(nèi)停留時間―――《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p192中式4-14。</p><p>　　以4秒作為液體在降液管

81、中停留時間的下限，則：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　4. 液相負荷下限線④</p><p><b>　　1、精餾段：</b></p><p>　　對于F1型重閥，取作為規(guī)

82、定氣體最小負荷的標準，求出氣相負荷的下限值。</p><p>　　，重閥的閥孔直徑為39mm，因此：</p><p>　　該漏液線是與液體流量無關(guān)的水平線</p><p><b>　　2、提餾段：</b></p><p>　　對于F1型重閥，取作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，求出氣相負荷的下限值。</p>&l

83、t;p>　　，重閥的閥孔直徑為39mm，因此：</p><p><b>　　5.漏液線⑤</b></p><p>　　取堰上液層高度作為液相負荷下限條件，依的計算式算出的下限值，依此作出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。</p><p><b>　　1、精餾段：</b></p><p&

84、gt;<b>　　則，故</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　6.作出負荷性能圖</b></p><p>　　根據(jù)以上的計算作出負荷性能圖上的①、②、③、④及⑤共5條線如下，若徑流操作中，保持恒定的回流比 ，則為恒定值，由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P201的

85、敘述可在操作性能圖上作出操作線，由圖得：</p><p><b>　　塔板氣相負荷上限，</b></p><p>　　塔板氣相負荷下限，則：</p><p><b>　　操作彈性：</b></p><p>　　可見，操作彈性較小，在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下的操作點處在區(qū)內(nèi)位置較偏,穩(wěn)定性不是很好。<

86、;/p><p>　　圖6 精餾段塔板負荷性能圖</p><p>　　圖7 提餾段塔板負荷性能圖</p><p><b>　　主要接管尺寸計算</b></p><p>　　管徑數(shù)據(jù)查閱《板式精餾塔設(shè)計》p82表3-13 </p><p><b>　　一．進料管</b></p&

87、gt;<p>　　由前面的物料衡算得：，tF＝88.62℃。</p><p><b>　　進料液密度，。</b></p><p>　　進料由高位槽輸入塔中，適宜流速為1.5~2.5 m/s。取進料流速u＝2m/s，則進料管內(nèi)徑，選取鋼管。</p><p><b>　　校核設(shè)計流速：</b></p>

88、<p><b>　　，所以設(shè)備適用。</b></p><p><b>　　二．回流管</b></p><p>　　由前面物料衡算得：回流密度=741.1kg/</p><p><b>　　L=。</b></p><p>　　采用泵輸送回流液，適宜流速為1.5~2.

89、5m/s。取回流液流速u=2m/s，則回流管內(nèi)徑dR==，選取鋼管。</p><p>　　校核設(shè)計流速：，所以設(shè)備適用。</p><p><b>　　三．釜液出口管</b></p><p><b>　　與再沸器共用一管</b></p><p>　　由前面物料衡算得：W=0.2247kg/s，，故，塔

90、釜液密度。</p><p>　　釜液出口管一般的適宜流速為0.5~1.0 m/s，取釜液流速u=0.8 m/s，則釜液出口管內(nèi)徑，選取鋼管383.5 mm。</p><p>　　校核設(shè)計流速：u=設(shè)備適用。</p><p><b>　　四．塔頂蒸汽管</b></p><p><b>　　由前面可得V=。<

91、/b></p><p>　　蒸汽管一般的適宜流速為15~25 m/s，取蒸汽流速u=16m/s，則蒸汽管管口內(nèi)徑d=，選取鋼管。</p><p>　　校核設(shè)計流速：u=，設(shè)備適用。</p><p>　　五．加熱蒸汽管（再沸器返塔蒸汽管）</p><p><b>　　由前面可得到。</b></p>&l

92、t;p>　　蒸汽流速，則蒸汽管管口內(nèi)徑，選取鋼管。</p><p>　　校核設(shè)計流速：，所以設(shè)備適用。</p><p><b>　　塔的輔助設(shè)備</b></p><p><b>　　一．塔頂全凝器</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品出口蒸汽組成為94%（質(zhì)量）， 溫度為79.08℃流量。冷卻

93、水進口30℃，出口溫度38℃，逆流換熱。</p><p>　　查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p225 附表4-6得產(chǎn)品蒸汽的汽化熱為r=958.78 kJ/kg，查《流體力學與傳熱》p242附錄二得。。</p><p><b>　　故冷卻水用量。</b></p><p>　　查《流體力學與傳熱》p182得列管式換熱器總傳熱系數(shù)K值的范圍</p

94、><p><b>　　故取。</b></p><p><b>　　又，</b></p><p>　　則, （6-1）</p><p><b>　　故</b></p>

95、;<p>　　可選取型號Ⅱ（正三角形排列），為57根管，管徑，管長6000mm，中心排管數(shù)為5。</p><p><b>　　二．再沸器</b></p><p>　　加熱釜液產(chǎn)生的蒸汽流量為，組成為0.06%，溫度為99.94℃，查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p225 附表4-6得產(chǎn)品蒸汽的汽化熱為r=2256.66kJ/kg。用0.30MPa飽和蒸汽加熱，

96、查得該蒸汽的汽化熱為r=2163.8kJ/kg，溫度為133.55℃。</p><p><b>　　，得飽和蒸汽用量。</b></p><p>　　查《流體力學與傳熱》P182表4-6可取。</p><p><b>　　則由得，</b></p><p>　　可選型號為Ⅱ（正三角形排列），管程為1，管

97、子117根，管徑，管長3000mm。</p><p><b>　　三．塔頂冷卻器</b></p><p>　　產(chǎn)品冷凝后溫度為79.08℃，經(jīng)冷卻器冷卻到指定溫度38℃。冷卻介質(zhì)為30℃的水，出口水溫38℃。查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p222 附錄4得，查《流體力學與傳熱》p242附錄二得，</p><p><b>　　故</b

98、></p><p><b>　　故冷卻水用量。</b></p><p>　　查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p20 表1-11 可取。</p><p><b>　　又，</b></p><p><b>　　則由</b></p><p><b>

99、　　得，,</b></p><p>　　可選型號為Ⅱ（正三角形排列），管程為1，管子25根，管徑，管長3000mm。</p><p><b>　　四．塔釜殘液冷凝器</b></p><p>　　進料組成為32%（質(zhì)量），溫度為25℃，流量為，要求預熱到88.62℃。先用塔釜殘液預熱，塔釜殘液組成為0.05%（質(zhì)量），溫度99.94℃

100、，可視為純水，冷卻到38℃排放，流量為。</p><p>　　查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p222附錄4 得進料液，查《流體力學與傳熱》p242 附錄二得塔釜殘液故</p><p><b>　　解得，</b></p><p>　　查《流體力學與傳熱》p182表4-6 可取。又</p><p><b>　　。<

101、;/b></p><p><b>　　則由得</b></p><p>　　可選型號為Ⅱ（正三角形排列），25根管，管程1，管徑，管長3000mm。</p><p><b>　　五．進料預熱器</b></p><p>　　用0.30MPa的飽和蒸汽將進料由66.80℃加熱至88.62℃，查《流體

102、力學與傳熱》p245附錄三得加熱蒸汽的汽化熱為r=2163.8kJ/kg，溫度t=133.55℃, 查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p222 附錄4得進料液，</p><p><b>　　故飽和蒸汽用量。</b></p><p>　　查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》p20 表1-11 ，取。</p><p><b>　　又，</b>&

103、lt;/p><p><b>　　則由得</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　可選型號為Ⅱ（正三角形排列），11根管，管程1，管徑，管長1500mm。</p><p><b>　　六．全凝器校核</b></p><p>　　水走

104、管內(nèi)由30℃升溫到38℃，取平均溫度t=34℃，查《流體力學與傳熱》P242附錄二得。</p><p>　　(1)管程傳熱系數(shù)：</p><p><b>　　（6-2）</b></p><p>　　(2)殼程傳熱系數(shù)：</p><p>　　℃，汽化潛熱r=958.78 kJ/kg，</p><p>

105、;　　在79.08℃時，塔頂?shù)囊后w物性為：</p><p><b>　　，， </b></p><p><b>　　殼程傳熱系數(shù)</b></p><p>　　(3)查《流體力學與傳熱》P183得污垢熱阻為</p><p><b>　　(4)總傳熱系數(shù)</b></p>

106、<p>　　則總傳熱面積，故符合要求。</p><p><b>　　塔的總體結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　一．塔壁厚δ</b></p><p>　　設(shè)計壓力取1.2倍的工作壓力，即PC=0.101325×1.2=0.12159 Mpa，焊縫系數(shù)取=0.8（采用帶墊板的單面對接焊，局部無損

107、探傷），內(nèi)徑Di=600 mm，查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》P124表9-4得Q235-A鋼在100℃下的許用應力，</p><p><b>　　則計算厚度</b></p><p><b>　　實際厚度</b></p><p>　　對此設(shè)計壁厚2 mm太小，結(jié)合《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P305總附表3，故可取壁厚為5 mm為宜。

108、</p><p><b>　　二．塔的封頭確定</b></p><p>　　由塔徑D＝600mm，采用橢圓形封頭，查《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P307總附表3 得，曲面高度h1=150 mm，直邊高度h2=25 mm，內(nèi)表面積A=0.464m2，容積V=0.0396m3。圓筒體采用標準橢圓型封頭，其封頭厚度近似等于通體厚度，故取壁厚S＝5 mm。</p>

109、<p><b>　　三．塔高</b></p><p>　　由于塔徑小于800mm，所以不能開人孔，只能開手孔，手孔直徑大小為0.15m，手孔處不加高。每個塔節(jié)開一個手孔，實際板為26塊，共5個塔節(jié)，則手孔數(shù)目S＝5。</p><p>　　由《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計》P209可知，塔底空間具有中間儲槽的作用，塔釜料液最好在塔底有10～15 min的儲量。這里取t

110、＝12 min＝720 s。</p><p>　　(1)塔釜高度HB＝0.5970+0.6＝1.1970m，取1.2m；</p><p>　　(2)塔頂高度，取1m；</p><p>　　(3)塔板間距HT=0.35m；</p><p>　　(4)進料板處加0.25m；</p><p>　　(5)上下兩個封頭高度= 2

111、(h1+ h2 )=2×(0.15+0.025)=0.35 m</p><p>　　故塔總高H=1.2+ 0.35×(26-1)+0.38+0.25=11.55m</p><p><b>　　四．塔的支座</b></p><p>　　由于塔徑小于0.8m，無法使用裙座支承，故選用耳式支座支承。以下設(shè)計參照JB/T4712-2

112、007《容器支座》第3部分耳式支座設(shè)計。</p><p>　　1.估計全塔的重量G：</p><p>　?。?）兩個封頭的重量= 2×0.464×0.005×7860 =36.47 kg;</p><p>　　（2）塔壁重 = (11.45-0.15×2)×π×0.605×0.005×7

113、860=835.10 kg;</p><p>　　（3）計每塊塔板重為0.004×π/4×0.62×7860=8.889 kg，塔板數(shù)為26塊，故塔板重= 26×8.889=231.13 kg;</p><p>　?。?）查得所用的每個容器法蘭為20.2kg ， 則容器法蘭重=20.2×12=242.4 kg</p><

114、p>　　（5）液體重=11.48×π/4×0.62×1000=3245.89kg</p><p>　?。?）用巖棉做保溫層，厚度為10mm，密度為120kg/m3，則保溫層重=16.4×π×0.615×0.1×120=266.16kg</p><p>　　取安全系數(shù)為1.5，故全塔總重：</p>&l

115、t;p>　　G=1.5×(36.47 +835.1+231.13+242.4+3245.89+266.16)=7231.02 kg</p><p>　　設(shè)備外有保溫層，且直接置于樓板上，參考《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》p176，故選用B2型支座。允許載荷為20KN。</p><p>　　2.實際載荷和彎矩校核：</p><p><b>　　(1)實

116、際載荷校驗</b></p><p>　　廣州地區(qū)的基本風壓為q0=600 N/m2，偏心載荷取Ge=4000 N，偏心距取Se=3000 mm。</p><p>　　風載荷Pw=1.2 f0·q0·D0·H0×10-6=1.2×1×600×700×11.48×103×10-6=8

117、478.58 N</p><p>　　設(shè)防八級地震，則a=0.16</p><p>　　水平地震力Pe=amg=0.16×7231.02×9.81=11349.8N</p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　安裝尺寸：</b></p>

118、<p><b>　　實際載荷：</b></p><p>　　故選取12個BN2支座。</p><p>　　(2)支座處塔所受的彎矩ML校核：</p><p>　　根據(jù)厚度為5mm，P=12796.28 N,查得=3.2 kN/m＞，故滿足要求。</p><p><b>　　設(shè)計結(jié)果匯總</b&g

119、t;</p><p><b>　　一．基本數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　二．塔體概況</b></p><p><b>　　設(shè)計感想</b></p><p>　　初步完成課程設(shè)計后的感想就是，果然要認真完整的做好一件事，十分不易！雖然本學期的課程設(shè)計只有兩周時間，少了

120、原本應該用三周完成設(shè)計的一些設(shè)備設(shè)計內(nèi)容，但是，我仍然覺得任務(wù)不輕，如果不能合理的安排時間合理的利用，真的不能在給定時間內(nèi)很好的完成板式精餾塔的設(shè)計。而在這兩周時間內(nèi)，我也學到了很多，收獲了很多。</p><p>　　從計算到塔節(jié)圖、流程圖等的繪制，每一步都是相互聯(lián)系相互支持的，每一個流程都需要認真的對待，不僅在計算時需要特別用心，根據(jù)不同的塔徑、液量、溫度設(shè)計不同用到的設(shè)備尺寸、零件型號，雖然數(shù)據(jù)并不繁復，但是

121、想要最后得到一個真正符合實際生產(chǎn)，能夠在實際運用中發(fā)揮最大能效的設(shè)備，還是需要極大的計算及驗證的。這考察了同學們是否謹慎、細心、負責，只有用認真的態(tài)度，毫不含糊的完成每一步計算，每一次檢驗，最后得到的數(shù)字才是最接近真理的數(shù)字。</p><p>　　課程設(shè)計與化工原理課有本質(zhì)上的不同，在課堂上老師著重告訴我們熱力學原理及設(shè)備原理，而課程設(shè)計完全是與真實設(shè)備數(shù)據(jù)打交道，我們面對的不再是簡單的精餾方程或提餾線，而是更加

122、復雜的設(shè)備數(shù)據(jù)公式。從中，我可以看到，就算是一個經(jīng)典的理論系統(tǒng)，要想在實際生產(chǎn)中運用，還需要想象不到巨大的人力腦力與智慧，將簡單的理論與實際聯(lián)系在一起。</p><p>　　做每一件事都是如此，道理人人都懂，但是真實運用又如何呢？這不免要談到本次課程設(shè)計的重頭戲——畫圖，我們在大一的時候應該初步學會了使用Auto CAD軟件畫簡單的二、三維圖像，但是卻是第一次自己根據(jù)尺寸設(shè)計不同的精餾塔裝配，再利用CAD畫下來。

123、說實話，大一所學的僅為基礎(chǔ)而已，很多內(nèi)容現(xiàn)在已經(jīng)忘卻了，剛開始撿起CAD的時候，甚至連圓都畫不好。我深知，這是由于大一學的基礎(chǔ)不扎實，加上學完就再沒練習過，因而才會有如今全部還給老師的地步。我們都以為自己掌握了知識，隨便說出來都是一條條公式，可是，一旦需要運用的時候，卻支支吾吾，無法有清晰準確的思路。這是許多現(xiàn)今大學生常有的毛病，長久以來僅在課本中、紙上練兵，實際動手能力卻很低，不能不說是一種教育體制的弊端。我們一直以來養(yǎng)成的惰性，總是

124、不斷拖著我們的后退。如果不能更加謙虛的實際演練，不能將書上的理論變成自己的知識，那么，就算再多學幾年仍然是一無所獲的。</p><p>　　我贊許課程設(shè)計這樣的設(shè)置，在課程設(shè)計中可以非常明顯的看出一個人責任心與動手能力優(yōu)劣的差別，而課堂所學也是所考察的部分，這超出了考試的范圍，卻比考試更加接近真實能力測試的結(jié)果。</p><p>　　我相信，每個經(jīng)過課程設(shè)計的學生都是或多或少會不一樣的，從

125、最初的手足無措到后來的胸有成竹，哪怕最后的作品仍不是你最滿意的，只要你得到了這個過程，親自完成了每一項任務(wù)，你都已經(jīng)非常了不起。課程設(shè)計帶給我們的不僅僅是每天10個小時面對電腦的腰酸背痛，也不在于那30多頁的說明書和A1設(shè)計圖紙，課程設(shè)計最后想要告訴我們的是，不能小瞧任何一項任務(wù)，如果不能帶著100%的目標值去行動，那你永遠得不到最終的100分，哪怕是自己心里的滿分。</p><p>　　雖然我知道自己設(shè)計的作品

126、還有很多的漏洞，有許多自己也沒能找出來的錯誤，但是只要我對自己的現(xiàn)狀仍不滿足，我就有機會不斷找到自己的bug，不斷清除不斷前進。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　鄒華生，鐘理，伍欽，賴萬東. 傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計. 華南理工大學出版社.2007</p><p>　　鄒華生，鐘理，伍欽. 流體力學與傳熱. 華南理

127、工大學出版社. 2004</p><p>　　趙軍，張有忱，段成紅. 化工設(shè)備機械基礎(chǔ) . 化學工業(yè)出版社. 2004</p><p>　　張受謙. 化工手冊（上下卷）. 山東科學技術(shù)出版社.1984</p><p>　　匡國柱，史啟才. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計. 化學工業(yè)出版社. 2002</p><p>　　竇忠強，續(xù)丹，陳錦昌. 工

128、業(yè)產(chǎn)品設(shè)計與表達. 高等教育出版社. 2006</p><p>　　化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊編寫組. 化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊.上?？茖W技術(shù)文獻出版社. 1978</p><p>　　《化工設(shè)備設(shè)計手冊》編寫組. 材料零部件手冊（上、中）. 上海人民出版社. 1973</p><p>　　北京化工研究院“板式塔”專題組. 浮閥塔. 燃料化學工業(yè)出版社. 1972</p>