乙醇水精餾化工原理課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　2012 年 9 月</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.前言4</b></p><p><b>　　2.設(shè)計任務(wù)書5</b></p&

2、gt;<p>　　3.設(shè)計方案的確定6</p><p>　　3.1塔的類型的選擇6</p><p>　　3.2塔板類型選擇6</p><p>　　3.3塔壓的確定6</p><p>　　3.4進(jìn)料熱狀況的選擇6</p><p>　　3.5塔釜加熱方式的確定6</p><p&

3、gt;　　3.6塔頂冷凝方式6</p><p>　　3.7適宜回流比的選取6</p><p>　　4.塔的工藝設(shè)計7</p><p>　　4.1精餾塔全塔物料濃度計算7</p><p>　　4.2理論板的計算7</p><p>　　4.3平均參數(shù)的計算11</p><p>　　4.4

4、塔徑的初步設(shè)計19</p><p>　　5.塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計21</p><p>　　5.1溢流裝置的計算22</p><p>　　5.2塔板及浮閥設(shè)計23</p><p>　　5.3塔板流體力學(xué)驗算26</p><p>　　6.塔板負(fù)荷性能圖29</p><p>　　6.1霧沫夾帶線

5、29</p><p>　　6.2 液泛線29</p><p>　　6.3液相負(fù)荷上限線30</p><p>　　6.4 漏液線30</p><p>　　6.5 液相負(fù)荷下限線31</p><p>　　6.6塔板負(fù)荷性能圖31</p><p>　　7.塔的附屬設(shè)備選型及校核33<

6、;/p><p><b>　　7.1接管33</b></p><p><b>　　7.2法蘭34</b></p><p><b>　　7.3人孔34</b></p><p>　　7.4 除沫器35</p><p><b>　　7.5吊柱35

7、</b></p><p><b>　　7.6裙座35</b></p><p><b>　　8.精餾塔36</b></p><p>　　8.1．餾塔塔體36</p><p><b>　　8.2 封頭36</b></p><p>　　8.

8、3塔高的計算37</p><p>　　9．強度校核及開孔補強38</p><p>　　10.參考文獻(xiàn)38</p><p>　　11.課程設(shè)計小結(jié)39</p><p><b>　　附錄40</b></p><p><b>　　1.前言</b></p>&

9、lt;p>　　精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。</p><p>　　蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達(dá)到組分分離的目

10、的。由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。</p><p>　　精餾塔的工作原理是根據(jù)各混合氣體的汽化點（或沸點）的不同，控制塔各節(jié)的不同溫度，達(dá)到分離提純的目的。</p><p>　　化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回

11、收有用組分的目的，精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。</p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精

12、餾塔內(nèi)進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍瑔斡芯s塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實現(xiàn)整個操作。</p><p>　　本次設(shè)計的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計針對二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計過

13、程。</p><p>　　本設(shè)計包括設(shè)計方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算——物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過對精餾塔的運算，調(diào)試出塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)，以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。</p><p><b>　　2.設(shè)計任務(wù)書</b>&

14、lt;/p><p><b>　　一．設(shè)計題目</b></p><p>　　乙醇-水精餾系統(tǒng)的設(shè)計 ——精餾塔設(shè)計</p><p><b>　　二．設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.處理能力：20000kg/h；</p><p>　　2.進(jìn)料組成：30%（質(zhì)量），20℃；&

15、lt;/p><p>　　3.工藝要求：塔頂產(chǎn)品含乙醇88%，殘液乙醇含量≤3%；</p><p>　　4.操作條件：常壓，泡點進(jìn)料；</p><p>　　5.設(shè)備型式：浮閥塔</p><p><b>　　三．設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計方案的確定和流程說明</p>&l

16、t;p>　　2.精餾塔的工藝設(shè)計</p><p>　　3.精餾塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　4.精餾塔的強度設(shè)計</p><p>　　5.其他主要設(shè)備的選型</p><p><b>　　四．設(shè)計要求</b></p><p>　　1.設(shè)計說明書一份；</p><p>

17、;<b>　　2.設(shè)計圖紙：</b></p><p>　　a.工藝流程圖一張（采用AutoCAD繪制）；</p><p>　　b．主要設(shè)備總裝配圖一張（A1）；</p><p><b>　　3．答辯</b></p><p><b>　　3.設(shè)計方案的確定</b></p&g

18、t;<p>　　3.1塔的類型的選擇</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離乙醇—水混合物。對二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。一般來講，板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作彈性大，且造價低，檢修、清洗方便，因而在工業(yè)上應(yīng)用廣泛?？紤]到設(shè)計、制造及生產(chǎn)的成熟穩(wěn)定性，確定采用板式塔進(jìn)行精餾操作。</p><p><b>　　3.2塔板類型選擇&

19、lt;/b></p><p>　　在板式塔的塔板類型中，浮閥塔板吸收了泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價低、塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高等優(yōu)點，因而優(yōu)先選擇浮閥塔。</p><p><b>　　3.3塔壓的確定</b></p><p>　　一般來說，常壓精餾最為簡單經(jīng)濟(jì)，可減少因加壓或減壓操作所增加

20、的增、減壓設(shè)備費用和操作費用，提高經(jīng)濟(jì)效益。所以采用常壓精餾。</p><p>　　3.4進(jìn)料熱狀況的選擇</p><p>　　采用泡點進(jìn)料。因為泡點進(jìn)料可以保證進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前道工序波動的影響，塔的操作也比較容易控制。</p><p>　　3.5塔釜加熱方式的確定</p><p>　　通常采用間接蒸汽加熱，再設(shè)置再沸器。<

21、;/p><p><b>　　3.6塔頂冷凝方式</b></p><p>　　泡點回流易于控制，設(shè)計和控制比較方便，而且可以節(jié)約能源。</p><p>　　3.7適宜回流比的選取</p><p>　　適宜回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟(jì)核算來確定，即操作費用和設(shè)備折舊費之和為最低時的回流比為最適宜的回流比。</p><p

22、>　　確定回流比的方法為：先求出最小回流比Rmin，根據(jù)經(jīng)驗取實際操作回流比為最小回流比的1.2~2.0倍。乙醇—水混合物體系屬易分離體系，最小回流比比較小，結(jié)合此設(shè)計任務(wù)要求，操作回流比取最小回流比的2.0倍。</p><p><b>　　4.塔的工藝設(shè)計</b></p><p>　　4.1精餾塔全塔物料濃度計算</p><p>　　原

23、料液流量（kmol/s） 塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s）</p><p>　　塔底殘液流量（kmol/s） 原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）</p><p>　　塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)） 塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)）</p><p><b>　　進(jìn)料組成： =</b></p&

24、gt;<p><b>　　塔頂組成：=</b></p><p><b>　　塔底組成： =</b></p><p><b>　　物料衡算： </b></p><p><b>　　而=</b></p><p><b>　　代入、 、

25、 得到：</b></p><p><b>　　4.2理論板的計算</b></p><p>　　4.2.1最小回流比的計算</p><p>　　根據(jù)常壓下乙醇—水的氣液平衡組成(2)可繪出平衡曲線，即X—Y曲線圖，又乙醇—水為非理想物系，其平衡線有下凹部分，很多時候當(dāng)操作線與q線的交點尚未落到平衡線上之前，操作線已經(jīng)與平衡線相切，對應(yīng)

26、的回流比為最小回流比。但是本操作工藝要求中畫圖發(fā)現(xiàn)當(dāng)將點（0.7415,0.7415）與q線和平衡線交點（0.1436,0.5016）相連時，還未達(dá)到與平衡線相切，如圖一所示。故此時,。 </p><p><b>　　圖一</b></p><p>　　, =, ， </p><p><b>　　=</b><

27、;/p><p>　　精餾段操作線方程為：</p><p>　　提餾段操作線方程可根據(jù)操作線與q線交點（0.1436,0.3894）和點（0.0120,0.0120）這兩點確定，。</p><p>　　4.2.2理論塔板數(shù)的計算</p><p>　　關(guān)于理論塔板數(shù)的計算可以采用圖解法和逐板計算法。從X—Y圖中不難看出，若采用圖解法在X—Y圖中畫階梯

28、求理論板數(shù)，會因為曲線間距離太小而無法準(zhǔn)確作圖，因而采取逐板計算法求理論板數(shù)。</p><p>　　考慮到乙醇—水為非理想物系，在采用逐板計算法時不能將相對揮發(fā)度(2)視為常數(shù)代入計算，因此對于平衡線上的點，考慮插值法由氣相組成求取各點對應(yīng)的相對揮發(fā)度，然后求取其液相組成。而對于操作線上的點，依然是根據(jù)相應(yīng)的操作線方程由其液相組成求取氣相組成。</p><p>　　首先由相平衡方程和精餾段

29、方程進(jìn)行逐板計算法進(jìn)行逐板計算，直到時，改用提餾段方程和相平衡方程繼續(xù)進(jìn)行逐板計算，直至為止。計算過程如下：</p><p>　　因為塔頂采用全凝氣：</p><p>　　用插值法求得對應(yīng)的相對揮發(fā)度為：</p><p><b>　　由相平衡方程計算：</b></p><p>　　由精餾段操作線方程求得：</p&g

30、t;<p>　　繼續(xù)用相平衡方程和精餾段方程逐板計算，當(dāng)求得 （加料板），改用提餾段操作線方程，當(dāng) 時，停止計算，即8 。因為采用間接蒸汽加熱，再沸器相當(dāng)于一層理論板作用，故塔內(nèi)只需安裝7層理論板即可滿足要求，加料板為第6層理論板。計算結(jié)果如表一所示：</p><p><b>　　表一</b></p><p>　　4.2.3塔板效率計算</p&g

31、t;<p>　　塔板效率反映了實際塔板上氣液兩相間傳質(zhì)的進(jìn)行程度。影響塔板效率的因素有很多，概括起來有以下三方面：</p><p>　　物系性質(zhì)，指黏度、密度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)及相對揮發(fā)度等；</p><p>　　塔板結(jié)構(gòu)，塔板的類型和尺寸；</p><p>　　操作條件，值操作溫度、操作壓強、氣體上升速度及汽、液流量比等。</p>&

32、lt;p>　　估算塔板效率可采用奧康奈爾公式，式中，為塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度，對于多組分系統(tǒng)，應(yīng)取關(guān)鍵組分間的相對揮發(fā)度；為塔頂與塔底平均溫度下的液相黏度，mPa·s；對于多組分系統(tǒng)平均黏度可按下式計算，式中，為液相任意組分的黏度，mPa·s；為液相中任意組分的摩爾分?jǐn)?shù)。（1）</p><p><b>　　故塔板效率計算如下</b></p>

33、<p>　　根據(jù)常壓下塔頂?shù)?，查出其所對?yīng)的溫度℃</p><p>　　根據(jù)常壓下塔底的，查出其對應(yīng)的溫度℃</p><p><b>　　故℃</b></p><p>　　根據(jù)乙醇和水的黏度表，用內(nèi)插法求得平均溫度下的黏度</p><p><b>　　而</b></p>&l

34、t;p><b>　　故總板效率</b></p><p>　　4.2.4實際塔板數(shù)的計算</p><p><b>　　精餾段的實際塔板數(shù)</b></p><p><b>　　提餾段的實際塔板數(shù)</b></p><p>　　4.2.5進(jìn)料溫度的確定</p>&l

35、t;p>　　根據(jù)進(jìn)料的，查出其所對應(yīng)溫度℃。</p><p>　　4.3平均參數(shù)的計算（2）（3）（4）</p><p>　　4.3.1平均溫度的計算</p><p><b>　　精餾段的平均溫度℃</b></p><p><b>　　提餾段的平均溫度℃</b></p><

36、p>　　4.3.2氣液兩相平均密度的計算</p><p>　　4.3.2.1氣液相組成的計算</p><p><b>　　塔頂液相組成：</b></p><p><b>　　氣相組成：，</b></p><p><b>　　同理可解得</b></p><

37、;p><b>　　塔底液相組成：時，</b></p><p><b>　　進(jìn)料液相組成：時，</b></p><p><b>　　精餾段平均組成</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成

38、 </b></p><p><b>　　提餾段平均組成</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成 </b></p><p>　　4.3.2.2各液相平均密度的計算</p><p>　　

39、混合液體密度公式為：（其中為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p>　?。?）塔頂溫度：℃，</p><p><b>　　此溫度下水密度為：</b></p><p><b>　　乙醇的密度為：</b></p><p><b>　　液相密度為：</b></p><p>

40、;<b>　　可得</b></p><p><b>　　（2）塔底溫度：℃</b></p><p>　　此溫度下水的密度為：</p><p><b>　　乙醇的密度為：</b></p><p><b>　　液相密度為</b></p><

41、p><b>　　可得</b></p><p><b>　　進(jìn)料溫度：℃</b></p><p><b>　　此溫度下水的密度為</b></p><p><b>　　乙醇的密度為</b></p><p><b>　　液相密度為</b&g

42、t;</p><p><b>　　可得</b></p><p>　　所以，對于精餾段，其液相平均密度為</p><p>　　對于提餾段，其液相平均密度為</p><p>　　4.3.2.3平均相對分子量的計算</p><p>　　塔頂液相平均相對分子量</p><p>　　

43、＝46.07×0.7415+18.02×（1-0.7415）</p><p>　?。?8.82kg/kmol</p><p>　　塔頂氣相平均相對分子量</p><p>　　＝46.07×0.7947+18.02×（1－0.7947）</p><p>　?。?0.31kg/kmol</p>

44、<p>　　塔底液相平均相對分子量</p><p>　?。?6.07×0.0120+18.02×（1-0.0120）</p><p>　?。?8.36kg/kmol</p><p>　　塔底氣相平均相對分子量</p><p>　?。?6.07×0.1272+18.02×（1－0.1272）&

45、lt;/p><p>　　＝21.59 kg/kmol</p><p>　　進(jìn)料液相平均相對分子量</p><p>　?。?6.07×0.1436+18.02×（1-0.1436）</p><p>　?。?2.05kg/kmol</p><p>　　進(jìn)料氣相平均相對分子量</p><p

46、>　　＝46.07×0.4941+18.02×（1－0.4941）</p><p>　?。?1.88 kg/kmol</p><p>　　故精餾段液相平均相對分子量</p><p><b>　　氣相平均相對分子量</b></p><p>　　提餾段液相平均相對分子量</p><

47、;p><b>　　氣相平均相對分子量</b></p><p>　　4.3.2.4各氣相平均密度的計算</p><p>　　混合氣體密度計算公式為：</p><p><b>　　故塔頂氣相密度</b></p><p><b>　　塔底氣相密度</b></p>

48、<p><b>　　進(jìn)料氣相密度</b></p><p>　　精餾段氣相平均密度 </p><p>　　提餾段氣相平均密度 </p><p>　　4.3.5平均表面張力的計算</p><p>　　二元有機物—水溶液表面張力可用下列各式計算：</p><p>　　注： , ,查表可得。&

49、lt;/p><p><b>　　,</b></p><p>　　, , </p><p>　　式中下角標(biāo)，W、C、S分別代表水、有機物及表面部分；、指主體部分的分子數(shù)，、代表主體部分的分子體積，和為純水、有機物的表面張力，對乙醇q=2。</p><p>　　首先計算出液相中的乙醇和水在各進(jìn)出料口溫度下的摩爾體積：

50、</p><p>　　然后利用不同溫度下乙醇和水表面張力的數(shù)據(jù)，計算在、、溫度下乙醇和水的表面張力。</p><p>　　乙醇表面張力的求?。?lt;/p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進(jìn)料：</b></p><p><b>　　塔底：

51、</b></p><p><b>　　水表面張力的求?。?lt;/b></p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進(jìn)料：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><

52、;b>　　塔頂表面張力的求取</b></p><p><b>　　又,即</b></p><p>　　又有,由這兩式可解得 ， ，</p><p><b>　　則有</b></p><p>　　進(jìn)料表面張力的求取：</p><p><b>　　又,

53、即</b></p><p>　　又有,由這兩式可解得 ， ，</p><p><b>　　則有</b></p><p>　?。?）塔底表面張力的求?。?lt;/p><p><b>　　又,即</b></p><p>　　又有,由這兩式可解得 ， ，</p>

54、<p><b>　　則有</b></p><p>　　故精餾段液相平均表面張力：</p><p>　　提餾段液相平均表面張力：</p><p>　　4.3.6氣液兩相平均體積流率的計算</p><p>　　在前面的計算中已得出：最小回流比為</p><p><b>　　實際

55、回流比為。</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　摩爾流率 </b></p><p><b>　　質(zhì)量流率 </b></p><p><b>　　體積流率 </b></p><p&g

56、t;<b>　　提餾段</b></p><p><b>　　q=1</b></p><p><b>　　摩爾流率 </b></p><p><b>　　質(zhì)量流率</b></p><p><b>　　體積流率</b></p&

57、gt;<p>　　4.4塔徑的初步設(shè)計(5)</p><p>　　4.4.1精餾段塔徑的計算</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　其中 ,（需從史密斯關(guān)系圖中查出）。</p><p><b>　　橫坐標(biāo)為：</b></p>

58、<p>　　對于板間距和板上液層高度的確定，通常當(dāng)塔徑大于1m時，板間距HT通常取0.4m，0.45m,0.6m。在具體確定時考慮以下因素：</p><p>　　大塔應(yīng)取較大的板間距；</p><p>　　液量較大時，應(yīng)取較大板間距；</p><p>　　物料易起泡時，應(yīng)取較大板間距；</p><p>　　塔板數(shù)較多時，板間距應(yīng)取較

59、小值。</p><p>　　考慮上述因素，板間距HT取0.45m</p><p>　　清液層高度通常為40~90mm對于常壓塔，可取大值，板間距大時，取大值。</p><p>　　故考慮取板上液層高度，則。 根據(jù)以上數(shù)值，查史密斯關(guān)系圖得：</p><p><b>　　則 </b></p><p&g

60、t;<b>　　故</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)圓整后為 </b></p><p>　　則塔截面積 </p><p><b&g

61、t;　　空塔氣速 </b></p><p>　　4.4.2提餾段塔徑的計算</p><p><b>　　同理，橫坐標(biāo)為：</b></p><p>　　取板上液層高度，則，根據(jù)以上數(shù)值，查史密斯關(guān)系圖得：</p><p><b>　　則 </b></p><p

62、><b>　　故</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)圓整后為 </b></p><p>　　則塔截面積 </p><p><b

63、>　　空塔氣速 </b></p><p>　　由于精餾段與提餾段塔徑相差不大，故塔徑取為1.6m。</p><p><b>　　5.塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計</b></p><p>　　凡直徑在2.2m以下的浮閥塔，一般采用單溢流，單溢流的液體流徑較長，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。弓形降液管具有較大容積，又能充分利用塔

64、板面積。堰長對于單溢流一般?。?.6~0.8）D，D為塔徑。采用平直堰時，堰上層液高度需要大于6mm，如果堰上液層高度太小，會造成液體在堰上分布不均，影響傳質(zhì)效果。</p><p>　　因塔徑D=1.6m，故可選用單溢流弓形降液管，采用平直堰。各項計算如下。</p><p>　　5.1溢流裝置的計算</p><p><b>　?。?）堰長的計算</b

65、></p><p>　?。?）出口堰高的計算</p><p>　　由于 ，選用平直堰，出口堰高由下式計算：</p><p>　　，其中E近似取1，為塔內(nèi)液體流量。</p><p><b>　　則對于精餾段有</b></p><p>　　取堰上層液高度為6mm，則</p><

66、;p><b>　　對于提餾段有</b></p><p>　　取堰上層液高度為6mm，則</p><p>　?。?）弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由，查弓形降液管參數(shù)圖，得： 及</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　驗算液體在降

67、液管中的停留時間，對于精餾段：</p><p><b>　　對于提餾段</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</b></p><p>　　（4）降液管底隙高度 ， ，</p><p>　　則對于精餾段取降液管底隙流速</p><p>　　對于提餾段取降液管

68、底隙流速</p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。</p><p>　　5.2塔板及浮閥設(shè)計</p><p>　　5.2.1塔板的尺寸結(jié)構(gòu)</p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板，塔板面積可分為鼓泡區(qū)、溢流區(qū)、安定區(qū)、無效區(qū)。</p><p>　　因D=1.6m>1.5m，取

69、安定區(qū)的寬度，無效區(qū)寬度。</p><p>　　5.2.2 浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型浮閥，孔徑為39mm。</p><p>　　5.2.3 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　5.2.3.1精餾段浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　取閥孔動能因子,則孔速為：</p>&l

70、t;p>　　每層塔板上的浮閥數(shù)，即</p><p>　　計算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即</p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距，則可估算排間距。</p><p>　　考慮到他的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用67mm，而應(yīng)小于此值，故取。</p><p

71、>　　按，以等腰三角形叉排方式作圖（見下圖），排的浮閥數(shù)212個。</p><p>　　按照N=212，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p><p>　　閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。</p><p><b>　　塔板開孔率</b></p><p>　　5.2.3.2提餾段浮閥數(shù)目及排列</p&g

72、t;<p>　　取閥孔動能因子,則孔速為：</p><p>　　每層塔板上的浮閥數(shù)，即</p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距，則可估算排間距</p><p>　　考慮到他的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用107m，而應(yīng)小于此值，故取。</p>

73、<p>　　按，以等腰三角形叉排方式作圖（見下圖），排得浮閥數(shù)162個。</p><p>　　按照N=162，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p><p>　　閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。</p><p><b>　　塔板開孔率</b></p><p>　　5.3塔板流體力學(xué)驗算</p>

74、;<p>　　5.3.1氣相通過浮閥塔板的壓降</p><p><b>　　可以根據(jù)式，來計算</b></p><p>　　5.3.1.1精餾段壓降的計算</p><p>　　（1）干板壓降的計算</p><p><b>　　臨界孔速為：</b></p><p>

75、;<b>　　因為 ，故</b></p><p>　　氣體通過充氣液層的壓降計算公式為：</p><p>　　本設(shè)備分離乙醇和水，故可取充氣系數(shù) </p><p><b>　　故</b></p><p>　　液體表面張力引起的壓降由下式計算：</p><p><b>

76、;　　因此 </b></p><p><b>　　每層板的</b></p><p>　　5.3.1.2提餾段壓降的計算</p><p>　?。?）干板壓降的計算</p><p><b>　　臨界孔速為：</b></p><p><b>　　因為 ，故&

77、lt;/b></p><p>　?。?）氣體通過充氣液層的壓降計算公式為：</p><p>　　本設(shè)備分離乙醇和水，故可取充氣系數(shù) </p><p><b>　　故</b></p><p>　?。?）液體表面張力引起的壓降由下式計算：</p><p><b>　　因此 </

78、b></p><p><b>　　每層板的</b></p><p><b>　　5.3.2 液泛</b></p><p>　　為防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要控制降液管高度,此處取</p><p>　　5.3.2.1精餾段液泛計算</p><p>　　（1）單層氣體通過塔板壓降

79、為：</p><p>　?。?）液體通過降液管的壓頭損失為：</p><p>　　（3）板上液層高度 </p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　又，</b></p><p><b>　　則</b></p><

80、;p>　　顯然有，因此精餾段滿足條件，不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　5.3.2.2 提餾段液泛計算</p><p>　?。?）單層氣體通過塔板壓降為：</p><p>　?。?）液體通過降液管的壓頭損失為：</p><p>　?。?）板上液層高度 </p><p><b>　　則</b&

81、gt;</p><p><b>　　又，</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　顯然有，因此提餾段滿足條件，不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　5.3.3 霧沫夾帶</p><p><b>　　泛點率計算公式為：</b>

82、</p><p>　　其中，板上液體流經(jīng)長度：</p><p><b>　　板上液體流經(jīng)面積：</b></p><p>　　取物性系數(shù)K=1，由和查得精提餾段液泛負(fù)荷系數(shù)可近似取為0.10</p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　為了避免過量霧沫夾帶，

83、應(yīng)該控制泛點率不超過80%。由以上計算可知，霧沫夾帶能夠滿足氣的要求。</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　為了避免過量霧沫夾帶，應(yīng)該控制泛點率不超過80%。由以上計算可知，霧沫夾帶能夠滿足氣的要求。</p><p><b>　　6.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p

84、><b>　　6.1霧沫夾帶線</b></p><p>　　泛點率計算公式為：，據(jù)此可作出符合性能圖中的霧沫夾帶線，其中泛點率按照80%計算。</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　

85、　提餾段： </b></p><p><b>　　整理得： </b></p><p><b>　　6.2 液泛線</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　　忽略項，則可得到</b></p>&l

86、t;p><b>　　其中</b></p><p><b>　　則對于精餾段有：</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　對于提餾段，同理可得：</p><p>　　6.3液相負(fù)荷上限線</p><p>　　液相最大流

87、量應(yīng)滿足其在降液管內(nèi)停留時間不低于3~5s</p><p>　　以5s作為液體在降液管中的停留時間下限，則：</p><p>　　精提餾段的液相負(fù)荷上限線的方程相同。</p><p><b>　　6.4 漏液線</b></p><p>　　對于F1型重閥，依作為規(guī)定氣體的最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p

88、><b>　　，其中</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p>　　據(jù)此可以做出與液體流量無關(guān)的漏液線，即氣相負(fù)荷下限線。</p><p>　　6.5 液相負(fù)荷下限線</p>&

89、lt;p>　　取堰上層液高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，，做出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣體流量無關(guān)的豎直線。由式：</p><p><b>　　則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直的液相負(fù)荷下限線。</p><p>　　6.6塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　根據(jù)上面求出的各段的符合性能曲線分

90、別畫出塔板負(fù)荷性能曲線圖。</p><p>　　6.6.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　（1）霧沫夾帶線 </p><p><b>　?。?）液泛線 </b></p><p>　?。?）液相負(fù)荷上限線 </p><p><b>　?。?） 漏液線 </b>

91、</p><p>　　（5） 液相負(fù)荷下限線 </p><p><b>　?。?） 操作線</b></p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　由圖二可以看出：</b></p><p>　?。?）在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點

92、p（設(shè)計點）（0.00201,2.682）處在操作區(qū)內(nèi)，但是位置并不是很居中，效果不夠理想。</p><p>　　（2）塔板的氣相負(fù)荷上限完全由霧沫夾帶線控制，操作下限由漏液控制。</p><p>　　(3)按照固定的液氣比，由圖三查出塔板的負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，所以，操作彈性=</p><p>　　6.6.2 提餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><

93、;p>　?。?）霧沫夾帶線 </p><p><b>　?。?）液泛線 </b></p><p>　?。?）液相負(fù)荷上限線 </p><p><b>　?。?） 漏液線 </b></p><p>　　（5） 液相負(fù)荷下限線 </p><p><b>

94、　?。?）操作線</b></p><p><b>　　圖三</b></p><p><b>　　由圖三可以看出：</b></p><p>　?。?）在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點p（設(shè)計點）（0.00583,2.0732）處在操作區(qū)的適中位置。</p><p>　?。?）塔板的氣相負(fù)荷上

95、限完全由霧沫夾帶線控制，操作下限由漏液控制。</p><p>　　(3)按照固定的液氣比，由圖三查出塔板的負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，所以，操作彈性=</p><p>　　7.塔的附屬設(shè)備選型及校核（6）（7）：</p><p><b>　　7.1接管</b></p><p><b>　?。?）進(jìn)料管</b&

96、gt;</p><p>　　進(jìn)料管的要求很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、丁型進(jìn)料管。</p><p>　　本設(shè)計采用直管進(jìn)料管，管徑如下：</p><p><b>　　，取，</b></p><p>　　查表取熱軋無縫鋼管。</p><p><b>　?。?）塔釜出料管</b>

97、;</p><p>　?。?）塔頂蒸汽出料管</p><p><b>　?。?）回流液入口管</b></p><p>　?。?）塔底蒸汽入口管</p><p><b>　　7.2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，板式平焊法蘭，由不同的公

98、稱直徑選用。</p><p><b>　　表二</b></p><p><b>　　7.3人孔</b></p><p>　　人孔是安裝在儲罐頂上的安全應(yīng)急通氣裝置，通常與防火器、機械呼吸閥配套使用，既能避免因意外原因造成罐內(nèi)急劇超壓或真空時，損壞儲罐而發(fā)生事故，又有起到安全阻火作用，是保護(hù)儲罐的安全裝置，特別適用于貯存物料

99、以氮氣封頂?shù)墓绊敵汗?。具有定壓排放、定壓吸入、開閉靈活、安全阻火、結(jié)構(gòu)緊湊、密封性能好、安全可靠等優(yōu)點。</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)備過多會使塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔8-10塊塔板設(shè)一個人孔，本塔中共19塊塔板，需設(shè)置4個人孔，可以在塔頂、塔底、進(jìn)料板分別設(shè)計一個，在塔中間第8塊板處也設(shè)置一個人孔。根據(jù)

100、精餾塔是在常溫最高工作壓力為1的條件下工作，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為常壓的等級選取。所以設(shè)置人孔處取板間距為800mm，人孔直徑為500mm，伸出塔體200mm。</p><p><b>　　7.4 除沫器</b></p><p>　　當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫劑，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的

101、正常操作。常用除沫劑有折流板式除沫劑，絲網(wǎng)除沫器以及程流出沫器。本設(shè)計采用絲網(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。</p><p>　　絲網(wǎng)除沫器液泛氣速 系數(shù)=0.201（SP網(wǎng)型）</p><p><b>　　，</b></p><p>　　絲網(wǎng)除沫器的操作氣速按，不妨取0.70</p><

102、p><b>　　則</b></p><p><b>　　除沫器有效直徑</b></p><p>　　故選取HG/T 21618 絲網(wǎng)除沫器 X1100—150 SP Q235/Q235</p><p><b>　　7.5吊柱</b></p><p>　　對于較高的室外無

103、框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補充和更新填料、安裝和卸載內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項措施，一般取15 mm以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計塔徑D=1600 mm，可選用吊柱500 Kg，s=1100mm，L=3400 mm，H=1000 mm。填料為。</p><p><b>　　7.6裙座</b></p><p>　　塔底端用裙座支撐，裙座的結(jié)

104、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。由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取16mm。</p><p><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：=1300mm，=1900 mm；基礎(chǔ)環(huán)厚度

105、，考慮到腐蝕余量取18 mm，考慮到再沸器，裙裾高度取3 mm，地角螺栓直徑取M30。</p><p><b>　　8.精餾塔</b></p><p><b>　　8.1．餾塔塔體</b></p><p>　　8.1.1材料的選擇</p><p>　　精餾塔塔體材料：Q235-B </p>

106、;<p>　　依據(jù)：我們的操作壓力是常壓，最大的操作溫度為96.73℃，并且所要分離的物質(zhì)是乙醇和水，對材料的腐蝕性不大，在滿足條件的材料中Q235-B的價格相對便宜，所以選擇Q235-B。</p><p>　　8.1.2壁厚的計算</p><p><b>　　精餾塔的內(nèi)徑：</b></p><p>　　Q235-B當(dāng)在4.5~1

107、6mm的范圍內(nèi)時，操作壓力，設(shè)計壓力為：， 選取雙面焊無損檢測的比例為全部，所以</p><p>　　計算壁厚： =（?。?lt;/p><p><b>　　所以，圓整后取。 </b></p><p><b>　　8.2 封頭</b></p><p>　　8.2.1．封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭</

108、p><p>　　選型依據(jù)：從工藝操作 考慮，對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對各種凸形封頭進(jìn)行計算、比較后，再確定封頭形狀。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡半徑r加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較

109、容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。</p><p><b>　　8.2.2．材料：</b></p><p>　　封頭材料：Q235-B </p><p>　　依據(jù)：我們的操作壓力是常壓，最大的操作溫度為96.73℃，并且所要分離的物質(zhì)是乙醇和水，對材料的腐蝕性不大，在滿足條件的材料中Q235-B的價格相對便宜，所以選擇Q235

110、-B。</p><p>　　8.2.3．封頭的高</p><p><b>　　因為，所以 </b></p><p>　　其中——精餾塔的內(nèi)徑</p><p><b>　　——封頭的高</b></p><p>　　8.2.4．封頭的壁厚</p><p>

111、　　計算壁厚：對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1取封頭是由整塊鋼板沖壓而成，所以</p><p><b>　　圓整后取</b></p><p><b>　　故直邊高度取為：。</b></p><p><b>　　8.3塔高的計算</b></p><p>　　8.3.1 塔頂空間<

112、/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間的距離為800 mm，封頭直邊為25mm，深度為400mm，故塔頂部空間高度近似取為1400 mm。</p><p>　　8.3.2 塔底空間</p><p>　　塔底空間的設(shè)計應(yīng)滿足：（1）保證液體能有足夠的貯存量使塔底液體不至于流空，即有足夠長的停留空間；（2）能使從塔釜

113、進(jìn)入到塔內(nèi)的蒸汽均勻分布。</p><p>　　取釜液停留時間為15min，則</p><p><b>　　因此取</b></p><p>　　故加上了封頭的深度可以取為2.5m</p><p>　　8.3.3 進(jìn)料段的高度</p><p>　　進(jìn)料段空間高度取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)型式和物料狀況，一

114、般和大，有時要大一倍。為了防止進(jìn)料直沖塔板，，常在進(jìn)料口處考慮安裝防沖措施，如入口堰，應(yīng)保證這些措施安裝。</p><p><b>　　故在這里，取。</b></p><p>　　進(jìn)料板口應(yīng)與某人孔在同一層板上。</p><p>　　8.3.4 塔總高度</p><p>　　9．強度校核及開孔補強</p>

115、<p><b>　　見附錄</b></p><p><b>　　10.參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1].伍欽，梁坤.板式精餾塔設(shè)計.北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[2].劉光啟，馬連湘，劉杰主編.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(有機卷).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p&g

116、t;<p>　　[3].劉光啟，馬連湘，劉杰主編.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊（無機卷).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[4].劉光啟，馬連湘，邢志有主編.化工物性算圖手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[5].任曉光，宋永吉，李翠清等編.化工原理課程設(shè)計指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.</p><p>　

117、　[6].中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計手冊（第四版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　[7].董大勤，袁鳳隱編.壓力容器與化工設(shè)備實用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.</p><p><b>　　11.課程設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　近四周的課程設(shè)計終于結(jié)束了，在老師和同學(xué)的幫助下，我終于完

118、成了乙醇—水精餾操作中浮閥塔的設(shè)計。</p><p>　　由于時間的有限，沒能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計計算，還是感覺蠻遺憾的，很多地方的設(shè)計還是很不完善，盡管如此，我還是學(xué)會了很多東西。</p><p>　　在這次設(shè)計的過程中，學(xué)的最多的應(yīng)該可以算得上是AutoCAD制圖吧！從一開始的一竅不通，到現(xiàn)在基本上能熟練運用，這也算是一項比較大的收獲，同時也說明了有些東西只要用心學(xué)，就一定可以學(xué)會。</

119、p><p>　　另外讓我學(xué)會的大概就是一些好習(xí)慣，細(xì)心、專心，還有耐心。因為在設(shè)計過程中會出現(xiàn)很多細(xì)節(jié)問題，也會有大量的計算問題，印象較深的一個是剛開始計算塔板數(shù)時，那會應(yīng)該也不是很在狀態(tài)，然后算了一下午的塔板數(shù)，始終覺得不太對，可還是沒有找出問題，回了宿舍再看時，才發(fā)現(xiàn)把x，y弄反了，于是浪費了很多時間，這真的需要細(xì)心、專心、耐心。還有就是團(tuán)隊合作吧！因為考研的關(guān)系，我不能花很多心思在這個上，于是很多時候資料什么的