水-乙醇體系課程設計---常壓二元精餾篩板塔設計

1、<p>　　化 工 原 理 課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　專業(yè): 生物工程 班級:生99136 姓 名: 陳 實 </p><p>　　設計日期: 2002 年 6 月 17 日至 2002 年 6 月 26 日</p><p>　　設計題目: 常壓二元精餾篩板塔設計 </p><p>　　設計條件:

2、 水-乙醇體系</p><p>　　1.進料 F=6kmol/h q=0 Xf=0.45</p><p>　　2.壓力： p頂=4KPa 單板壓降≤0.7KPa</p><p>　　3.采用電加熱，塔頂冷凝水采用12℃深井水</p><p>　　4.要求：Xd=0.88 Xw=0.01</p><p&g

3、t;　　5.選定 R/Rmin=1.6</p><p><b>　　指導教師:__</b></p><p>　　2002年6月26日</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　在化學工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設備必不可少。

4、塔設備就是使氣液成兩相通過精密接觸達到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設備之一。</p><p>　　塔設備一般分為級間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當前應用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。</p><p>　　篩板塔在十九世紀初已應用與工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學研究很少，被認為操作不易掌握，沒有被廣泛采用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實踐，對

5、篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實踐，形成了較完善的設計方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構簡單，消耗金屬少，塔板的造價可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。</p><p>　　本次設計就是針對水乙醇體系，而進行的常壓二元篩板精餾塔的設計及其輔助設備的選型。</p><p>　

6、　由于此次設計時間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、總體設計計算------------------------------------------</p><p>　　1.1氣液平衡數(shù)據(jù)----------------------

7、------------------</p><p>　　1.2物料衡算--------------------------------------------</p><p>　　1.3操作線及塔板計算-----------------------------------</p><p>　　1.4全塔Et%和Np的計算----------------------

8、---------</p><p>　　二、混合參數(shù)計算------------------------------------------</p><p>　　2.1混合參數(shù)計算----------------------------------------</p><p>　　2.2塔徑計算------------------------------------

9、--------</p><p>　　2.3塔板詳細計算----------------------------------------</p><p>　　2.4校核-------------------------------------------------</p><p>　　2.5負荷性能圖--------------------------------

10、----------</p><p>　　三、篩板塔數(shù)據(jù)匯總----------------------------------------</p><p>　　3.1全塔數(shù)據(jù)--------------------------------------------</p><p>　　3.2精餾段和提餾段的數(shù)據(jù)----------------------------

11、---</p><p>　　四、討論與優(yōu)化--------------------------------------------</p><p>　　4.1討論-------------------------------------------------</p><p>　　4.2優(yōu)化--------------------------------------

12、-----------</p><p>　　五、輔助設備選型------------------------------------------</p><p>　　5.1全凝器----------------------------------------------</p><p>　　5.2泵----------------------------------

13、-----------------</p><p><b>　　一、總體設計計算</b></p><p>　　1.1汽液平衡數(shù)據(jù)（760mm Hg）</p><p>　　乙醇%（mol)溫度</p><p><b>　　液相X氣相Y℃</b></p><p>　　0.

14、000.00100</p><p>　　1.9017.0095.5</p><p>　　7.2138.9189.0</p><p>　　9.6643.7586.7</p><p>　　12.3847.0485.3</p><p>　　16.6150.8984.1</

15、p><p>　　23.3754.4582.7</p><p>　　26.0855.8082.3</p><p>　　32.7358.2681.5</p><p>　　39.6561.2280.7</p><p>　　50.7965.6479.8</p><p>

16、;　　51.9865.9979.7</p><p>　　57.3268.4179.3</p><p>　　67.6373.8578.74</p><p>　　74.7278.1578.41</p><p>　　89.4389.4378.15</p><p><b>　　

17、1.2 物料衡算</b></p><p><b>　　1.1-1已知：</b></p><p>　　1.進料：F=6 kmol/h q=0 Xf=0.45</p><p>　　2.壓力：p頂=4KPa 單板壓降≤0.7KPa </p><p>　　3.采用電加熱，塔頂冷凝水采用12℃深井水</

18、p><p>　　4.要求：Xd=0.88 Xw=0.01</p><p>　　5.選定：R/Rmin=1.6</p><p>　　D=(Xf-Xw)/(Xd-Xw)×F</p><p>　　=(0.45-0.01)/(0.88-0.01)×6=3.03 kmol/h</p><p>　　W=F

19、-D=6-3.03=2.97 kmol/h</p><p>　　查y-x圖得 Xd/(Rmin+1)=0.218</p><p>　　∴Rmin=3.037 ∴R=1.6Rmin=4.859</p><p>　　∵飽和蒸汽進料 ∴q=0</p><p>　　L=RD=4.859×3.03=14.723

20、kmol/h</p><p>　　V=(R+1)D=(4.859+1)×3.03=17.753 kmol/h</p><p>　　L'=L+qF=14.723+0×6=14.723 kmol/h</p><p>　　V'=V-(1-q)F=17.753-(1-0)×6=11.753 kmol/h</p>&

21、lt;p>　　1.3操作線及塔板計算</p><p><b>　　1.精餾段操作線：</b></p><p>　　Y=R×X/(R+1)+Xd/(R+1) </p><p>　　∴Y=0.829X+0.150</p><p><b>　　2.提餾段操作線：</b></p>

22、<p>　　Y=(L'/V')×X-(W/V')×Xw </p><p>　　∴ Y=1.253X-0.00025</p><p><b>　　3.理論塔板的計算</b></p><p>　　利用計算機制圖取得理論板數(shù)</p><p>　　Nt=29.33

23、塊, 其中精餾段塔板Nt1=26.85塊,第27塊為加料板,提餾段Nt2 =2.48塊。</p><p>　　1.4全塔Et%和Np的計算</p><p><b>　　1.精餾段：</b></p><p>　　t=(t頂+t進)=(79.25+87.32)/2=83.285℃</p><p>　　Xa=0.34

24、Xb=1-Xa=0.66</p><p>　　Ya=0.59 Yb=1-Ya=0.41</p><p>　　查得液體粘度共線圖 μa=0.382 cp, μb=0.592 cp </p><p>　　αμL=YaXbμL/XaYb=1.454</p><p>　　查得：Et1%=0.49(αμL) -0.245=0.54

25、71</p><p>　　Np1=Nt1/Et1=49.08</p><p>　　2. 提餾段：t=(t底+t進)/2=(99.9+87.32)/2=93.61</p><p>　　Xa=0.045 Xb=1-Xa=0.955</p><p>　　Ya=0.27 Yb=1-Ya=0.730</p><p&g

26、t;　　查得液體粘度共線圖 μa=0.468cp, μb=0.532 cp </p><p>　　μL=ΣXiμi=0.045×0.468+0.955×0.532=0.5291</p><p>　　αμL=YaXbμL/XaYb=4.15</p><p>　　查得：Et2%=0.49(αμL) -0.245=0.346<

27、/p><p>　　Np2=Nt2/Et2=7.17</p><p>　　∴Np=Np1+Np2=49.08+7.17=56.25</p><p><b>　　圓整為57塊</b></p><p>　　其中精餾段49塊，提餾段8塊。</p><p><b>　　二 混合參數(shù)計算</b&

28、gt;</p><p><b>　　2.1混合參數(shù)計算</b></p><p>　　溶質(zhì) C2H5OH 分子量 ： Ma=46.07 kg/kmol </p><p>　　溶劑 H2O 分子量：Mb=18.016 kg/kmol</p><p>　　ρa=0.789 g/ml ρb=1.00

29、0 g/ml</p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p>　　進料板液體溫度 ：t進=87.32 ℃ </p><p>　　塔頂溫度：t頂=79.25 ℃</p><p>　　tm=(87.32+79.25)/2=83.285℃</p><p>　　Xm=0.34

30、 Ym=0.59</p><p>　　μa=0.382cp μb=0.592cp </p><p>　　Ml=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.34×46.07+(1-0.34)×18.016</p><p>　　=27.55 kg/kmol</p><p>　　Mg=Ym×Ma+(1-

31、Ym)Mb=0.59×46.07+(1-0.59)×18.016</p><p>　　=34.56 kg/kmol</p><p>　　質(zhì)量分率: Wa=XmMa/Ml=0.34×46.07/27.55=0.6855</p><p>　　Wb=1-Wa=1-0.6855=0.3145</p><p>　　1/ρl

32、= Wa/ρa+Wb/ρb=0.6855/0.789+0.3145/1.00</p><p>　　ρl=845.1 kg/m3</p><p>　　P=105325Pa</p><p>　　ρv=PMg/RT=105325×34.56/(8314× (273.15+79.25))</p><p>　　∴ρv=1.2424

33、kg/m3 </p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p>　　t進=87.32℃ t底=99.9℃ tm=93.61℃</p><p>　　Xm=0.045 Ym=0.27</p><p>　　Ml=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.045×46.07+

34、(1-0.045)×18.016</p><p>　　=19.278 kg/kmol</p><p>　　Mg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=0.27×46.07+(1-0.27)×18.016</p><p>　　=25.59 kg/kmol</p><p>　　質(zhì)量分率: Wa=XmMa/Ml=

35、0.045×46.07/19.278=0.1275</p><p>　　Wb=1-Wa=1-0.1275=0.8725</p><p>　　1/ρl= Wa/ρa+Wb/ρb=0.1275/0.789+0.8725/1</p><p>　　ρl=1.0341 kg/m3</p><p>　　P=105325Pa</p>

36、;<p>　　ρv=PMg/RT=105325×25.59/(8314× (273.15+93.16))</p><p>　　∴ρv=0.8839 kg/m3 </p><p>　　σa=58.46 dyn/cm , σb=18.4 dyn/cm</p><p>　　σ=ΣXσ=0.688×58.46+(1-0.688)&

37、#215;18.4=45.96 dyn/cm</p><p><b>　　2.2塔徑計算</b></p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p>　　Ls=L×Ml/(3600ρl)=442.03×27.55/(3600×845.1)</p><p>

38、;　　=0.004 m/s</p><p>　　Vs=V×Mv(3600ρv)=543.39×34.56/(3600×1.1952)</p><p><b>　　=4.365m/s</b></p><p>　　tm=83.285℃</p><p>　　此溫度下液體的表面張力</p>

39、;<p>　　σa=18.2 dyn/cm σb=67.3 dyn/cm</p><p>　　σ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.34×18.2+0.66×67.3=50.606</p><p><b>　　兩相流動參數(shù)：</b></p><p>　　Flv=Ls/Vs×(ρl/ρ

40、v) 0.5</p><p>　　=0.00013/0.137×(845.1/1.2424) 0.5=0.0247</p><p>　　初設 板間距HT=0.5 m 清液層高度HL=0.06m</p><p>　　∴HT-HL=0.44 m</p><p>　　查得： Cf,20 = 0.093 </p>&

41、lt;p>　　液氣氣相負荷因子：Cf = [(σ/20)0.20] × Cf,20 =0.112</p><p><b>　　氣體氣速： </b></p><p>　　un,f = Cf [(ρl-ρv)/ρv] 0.5</p><p>　　=0.112×[(845.1-1.2424) / 1.2424]0.5 = 2

42、.919 m/s</p><p>　　空速： un=0.7un,f=0.7×2.919=2.0433 m/s</p><p><b>　　初估塔徑：</b></p><p>　　D=(Vs/(0.785un)) 0.5</p><p>　　=(0.137/(0.785×2.0433)) 0.5=0.2

43、92 m</p><p>　　圓整為 D=0.3 m</p><p>　　uf=vs/(0.785×D2)=0.137/（0.785×0.32）=1.939 m/s</p><p>　　實際泛點百分率： uf/un,f=1.939/2.919=0. 6643</p><p><b>　　(2)提餾段：<

44、/b></p><p>　　Ls=L’×Ml/(3600ρl)</p><p>　　=14.723×19.278/(3600×1034.1)=0.000076 m/s</p><p>　　Vs=V’×Mv(3600ρv)</p><p>　　=11.753×25.59/(3600

45、5;0.8839)=0.0945 m/s</p><p><b>　　tm=93.61℃</b></p><p>　　此溫度下液體的表面張力</p><p>　　σa=18.2 dyn/cm σb=67.3 dyn/cm</p><p>　　σ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.045×18.

46、2+0.955×67.3=65.091</p><p><b>　　兩相流動參數(shù)：</b></p><p>　　Flv=Ls/Vs×(ρl/ρv) 0.5</p><p>　　=0.000076/0.0945×(1034.1/0.8839) 0.5=0.0275</p><p>　　初設

47、 板間距HT=0.5 m 清液層高度HL=0.06m</p><p>　　∴HT-HL=0.44 m</p><p>　　查得： Cf,20=0.0947 </p><p>　　液氣氣相負荷因子：Cf=[(σ/20) 0.20]×Cf,20=0.1199</p><p><b>　　氣體氣速： </b>&l

48、t;/p><p>　　un,f=Cf[(ρl-ρv)/ρv] 0.5</p><p>　　=0.1199×[(1034.1-0.8839)/0.8839] 0.5=4.099 m/s</p><p>　　空速： un=0.7un,f=0.7×4.099=2.869 m/s</p><p><b>　　初估塔徑：<

49、;/b></p><p>　　D=(Vs/(0.785un)) 0.5</p><p>　　=(0.0945/(0.785×2.869)) 0.5=0.205 m</p><p>　　圓整為 D=0.25 m</p><p>　　uf=vs/(0.785×D2)=0.0945/（0.785×0.252）=

50、1.926 m/s</p><p>　　實際泛點百分率： uf/un,f=1.926/4.099=0.470</p><p>　　2.3塔板的詳細設計 </p><p>　　1.流動型式: 選取單溢流型</p><p><b>　　2.堰的計算:</b></p><p><b>　　（

51、1）精餾段：</b></p><p>　　堰長取 lw=0.6D=0.6×0.3=0.18 m</p><p>　　堰高 hw=0.04 m</p><p>　　lh/lw2.5=0.00013×3600/0.18 2.5=34.046</p><p>　　又 lw/D= 0.6 查得：

52、E=1.03</p><p>　　堰上清液高 how=0.00284E(Lh/lw) 2/3=0.00553 m</p><p>　　清液層高度 hl=hw+how=0.04+0.00553=0.04553 m</p><p>　　降液管底隙高 ho=hw-0.008=0.032 m</p><p><b>　?。?）提餾段：<

53、;/b></p><p>　　堰長取 lw=0.6D=0.6×0.25=0.15 m</p><p>　　堰高 hw=0.04 m</p><p>　　lh/lw2.5=0.00013×3600/0.15 2.5=53.705</p><p>　　又 lw/D= 0.6 查得： E=1.03&

54、lt;/p><p>　　堰上清液高 how=0.00284E(Lh/lw) 2/3=0.00137 m</p><p>　　清液層高度 hl=hw+how=0.04+0.00137=0.04137 m</p><p>　　降液管底隙高 ho=hw-0.012=0.028</p><p><b>　　3.塔板的布置</b>&l

55、t;/p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p>　　選取碳鋼為篩板的材料，板厚δ=4 mm，孔徑do=6 mm</p><p>　　取孔中心距t=18 mm，t/do=3</p><p>　　開孔率φ=Ao/Aa=0.907/(t/do) 2=0.1008</p><p>　　A

56、o—開孔面積， Aa—開孔區(qū)面積</p><p>　　Af—降液管截面積，At—空塔截面積</p><p>　　取外堰前的安定區(qū)：Ws1=0.02 m</p><p>　　取內(nèi)堰前的安定區(qū)：Ws2=0.02 m</p><p>　　邊緣區(qū)：Wc=20mm （D≤2.5m）</p><p><b>　　

57、lw/D=0.6</b></p><p>　　r = D/2-Wc=0.3/2-0.02=0.13 m</p><p>　　Wd=0.1×0.3=0.03</p><p>　　x=D/2-(Wd+Ws)=0.1</p><p>　　An=2[x×(r2-x2) 0.5+r2arcsin(x/r)]=0.0463

58、</p><p>　　開孔區(qū)面積/塔板面積=0.0463/(0.785×0.32)=0.6553 m2</p><p>　　篩孔總面積 A0=An×φ=0.0463×0.1008=0.004667 m2</p><p>　　孔數(shù)：N=A0/u=0.004667/(0.785×0.0062)=165.15</p>

59、<p>　　取整：N=166 孔</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p>　　選取碳鋼為篩板的材料，板厚δ=4 mm，孔徑do=6 mm</p><p>　　取孔中心距t=18 mm，t/do=3</p><p>　　開孔率φ=Ao/Aa=0.907/(t/do)2=0.1008&l

60、t;/p><p>　　Ao—開孔面積， Aa—開孔區(qū)面積</p><p>　　Af—降液管截面積，At—空塔截面積</p><p>　　取外堰前的安定區(qū)：Ws1=20mm</p><p>　　取內(nèi)堰前的安定區(qū)：Ws2=20mm</p><p>　　邊緣區(qū)：Wc=20mm （D≤2.5m）</p>&l

61、t;p><b>　　lw/D=0.6</b></p><p>　　r = D/2-Wc=0.25/2-0.02=0.105 m</p><p>　　Wd=0.1×0.25=0.025</p><p>　　x=D/2-(Wd+Ws)=0.08</p><p>　　An=2[x×(r2-x2) 0.

62、5+r2arcsin(x/r)]=0.030</p><p>　　開孔區(qū)面積/塔板面積=0.030/(0.785×0.252)=0.7856 m2</p><p>　　篩孔總面積 A0=An×φ=0.030×0.1008=0.003024 m2</p><p>　　孔數(shù)：N=A0/u=0.003024/(0.785×0.00

63、62)=107.006</p><p>　　取整：N=108 孔</p><p><b>　　2.4校核</b></p><p><b>　　(1)精餾段</b></p><p><b>　　1.壓降校核</b></p><p>　　δ=4mm，do/δ

64、=1.5， 查圖得Co=0.78</p><p>　　Hc—干板壓降，Co—孔流系數(shù)</p><p>　　下板阻力 Hc=0.051（ρv/ρl）×（Uo/Co）2</p><p>　　Uo篩孔汽速，Uo=Vs/Ao=0.137/0.004667=29.355</p><p>　　∴ Hc=01062（m液柱）</p>

65、<p>　　Hl—液層有效阻力，F(xiàn)o—氣相動能因子</p><p>　　Ua=Vs/(At-2Af)=0.137/0.063162=2.169</p><p>　　Fa=Ua(pv)0.5=2.4176</p><p><b>　　查表得β=0.6</b></p><p>　　Hl=β(hw+how)=0.6

66、×0.04553=0.02732m（液柱）</p><p>　　總壓降--Hp=Hl+Hc=0.1335（m液柱）≤0.6 kg液/kg氣</p><p><b>　　∴ 合格</b></p><p><b>　　2.液沫夾帶的校核</b></p><p>　　Ug--氣體通過有效截面的面

67、積的速率</p><p>　　Ug=Vs/(At-Af)=2.0477 m/s</p><p>　　hf 板上鼓泡層高度 Φ物系的起泡系數(shù) </p><p>　　hf=hl/Φ=0.07167 m , Φ=0.6 </p><p>　　∴Ev=(5.7E10-3/σ)(Ug/(Ht-hf)) 3.2</p><p

68、>　　=0.01392 kg(液)/kg（汽）≤ 0.1 kg(液)/kg(汽)</p><p>　　∴不產(chǎn)生過量液沫夾帶，合格.</p><p><b>　　3.液泛校核</b></p><p>　　Hd降液管液面高度，hd液相流經(jīng)降液管的阻力</p><p>　　hd=0.153(Ls/(lw×ho)

69、) 2=0.0000779 ｍ</p><p>　　Hd=hw+how+hd+Hp=0.179 m , Φ=0.6</p><p>　　Hd/φ=0.2984 m≤0.44 m</p><p>　　∴合格，不會產(chǎn)生液泛</p><p>　　4.停留時間的校核 </p><p>　　Af=0.003744

70、 m2</p><p>　　τ=Af×Ht/Ls=0.003744×0.5/0.004=27.91 ≥(3∽5s)</p><p><b>　　∴ 合格</b></p><p><b>　　5.漏液校核</b></p><p>　　hσ-表面張力壓頭, Uom-漏點氣速, Co-

71、孔流系數(shù)</p><p>　　hσ=4σ/9810ρl×do=0.00407 (m液柱)</p><p>　　do/δ=1.5 查圖得Co=0.78</p><p>　　Uom=4.4Co×((0.0056+0.13hl-hσ)×ρl/ρv)0.5＝6.381 m/s</p><p>　　K=Uo/Uom=4.

72、6≥1.5</p><p>　　∴ 操作彈性大，不會發(fā)生嚴重漏液，合格。</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p><b>　　1.壓降校核</b></p><p>　　δ=4mm，do/δ=1.5， 查圖得Co=0.78</p><p>　　Hc-

73、干板壓降，Co-孔流系數(shù)</p><p>　　下板阻力 Hc=0.051（ρv/ρl）×（Uo/Co）2</p><p>　　Uo篩孔汽速，Uo=Vs/Ao=0.0945/0.003024=31.25</p><p>　　∴ Hc=0.0700（m液柱）</p><p>　　Hl—液層有效阻力，F(xiàn)o氣相動能因子</p>

74、<p>　　Ua=Vs/(At-2Af)=2.153</p><p>　　Fa=Ua(pv)0.5=2.0239</p><p><b>　　查表得β=0.6</b></p><p>　　Hl=β(hw+how)=0.02482m（液柱）</p><p>　　總壓降--Hp=Hl+Hc=0.09482（m液柱

75、）≤0.6 kg液/kg氣</p><p><b>　　∴ 合格</b></p><p><b>　　2.液沫夾帶的校核</b></p><p>　　Ug--氣體通過有效截面的面積的速率</p><p>　　Ug=Vs/(At-Af)=2.032 m/s</p><p>　　

76、hf 板上鼓泡層高度 Φ物系的起泡系數(shù) </p><p>　　hf=hl/Φ=0.04137 m , Φ=0.6 </p><p>　　∴ Ev=(5.7E10-3/σ)(Ug/(Ht-hf)) 3.2</p><p>　　=0.01453 kg(液)/kg（汽）≤ 0.1 kg(液)/kg(汽)</p><

77、;p>　　∴ 不產(chǎn)生過量液沫夾帶，合格.</p><p><b>　　3.液泛校核</b></p><p>　　Hd降液管液面高度，hd液相流經(jīng)降液管的阻力</p><p>　　hd=0.153(Ls/(lw×ho)) 2=0.0000501 ｍ</p><p>　　Hd=hw+how+hd+Hp=0.1

78、362 m , Φ=0.6</p><p>　　Hd/φ=0.2270 m≤0.44 m</p><p>　　∴ 合格，不會產(chǎn)生液泛</p><p>　　4.停留時間的校核 </p><p>　　Af=0.0026 m2</p><p>　　τ=Af×Ht/Ls=0.0026×

79、0.5/0.000076=17.105 ≥(3∽5s)</p><p><b>　　∴ 合格</b></p><p><b>　　5.漏液校核</b></p><p>　　hσ-表面張力壓頭, Uom-漏點氣速, Co-孔流系數(shù)</p><p>　　hσ=4σ/(9810ρl×do)=0

80、.00428 (m液柱)</p><p>　　do/δ=1.5 查圖得Co=0.78</p><p>　　Uom=4.4Co×((0.0056+0.13hl-hσ)×ρl/ρv)0.5＝7.915 m/s</p><p>　　K=Uo/Uom=3.948≥1.5</p><p>　　∴ 操作彈性大，不會發(fā)生嚴重漏液，合格

81、。</p><p><b>　　2.5負荷性能圖</b></p><p><b>　　(1)精餾段：</b></p><p><b>　　1.液相下限線</b></p><p>　　取how=0.006 m E=1.04</p><p>　　

82、how=0.00284E(3600ls/lw) 2/3</p><p>　　∴ ls=0.000145 m3/s</p><p><b>　　2.液相上限線</b></p><p><b>　　取τ=5 s</b></p><p>　　τ=Af×HT/Ls</p><

83、p>　　Ls=Af×HT/τ=(0.5×0.003744)/5=0.0003744</p><p><b>　　3.漏液線</b></p><p>　　hl=hw+how=0.04+2.155ls2/3 m</p><p>　　Uom=Vsmin/A0=Vsmin/0.2028</p><p>

84、;　　Uom =4.4C0[(0.0056+0.13hl-hσ)×(ρl/ρv)] 0.5</p><p>　　Vsmin=0.016[4.578+190.56ls2/3] 0.5</p><p>　　4.過量液沫夾帶線：</p><p>　　取ev=0.1 , E=1.04</p><p>　　hf=2.5hl=0.1+

85、5.388Ls2/3</p><p>　　Ug=Vs/(AT-Af)=Vs/0.0669</p><p>　　ev=(0.0057/σ)[Ug/(HT-hf)] 3.2</p><p>　　Vs=0.459-6.176Ls2/3</p><p><b>　　5.液泛線：</b></p><p>&

86、lt;b>　　取 φ=0.6</b></p><p>　　HT+hw≥Hdφ ,Hd≤(0.4+0.04)/0.6=0.7333</p><p>　　hd=0.153(Ls/(lw×h0) 2=4611.55Ls2</p><p>　　hc=0.051(Vs/A0C0) 2×(ρv/ρl)=5.658Vs2</p>

87、<p>　　hl'=0.024+1.293Ls2/3</p><p>　　hp=hc+hl'=0.024+1.293Ls2/3+5.658Vs2</p><p>　　Hd=0.7333=hl+hd+hp</p><p>　　=0.1+5.388Ls2/3+4611.55Ls2+5.658Vs2</p><p>　　

88、∴ Vs2=0.112-0.952Ls2/3-815.05Ls2</p><p><b>　　(2)提餾段：</b></p><p><b>　　1.液相下限線</b></p><p>　　取how=0.006 m E=1.04</p><p>　　how=0.00284E(3600ls

89、/lw) 2/3</p><p>　　∴l(xiāng)s=0.000121 m3/s</p><p><b>　　2.液相上限線</b></p><p><b>　　取τ=5 s</b></p><p>　　τ=Af×HT/Ls, Ls=Af×HT/τ=(0.5×0.0

90、00076)/5=0.0000076</p><p><b>　　3.漏液線</b></p><p>　　hl=hw+how=0.04+2.434ls2/3 m</p><p>　　Uom=Vsmin/A0=Vsmin/0.003024</p><p>　　Uom =4.4C0[(0.0056+0.13hl-hσ)

91、15;(ρl/ρv)]0.5</p><p>　　Vsmin=0.0104[7.628+370.19ls2/3] 0.5</p><p>　　4.過量液沫夾帶線：</p><p>　　取ev=0.1 , E=1.04</p><p>　　hf=2.5hl=0.1+6.085Ls2/3</p><p>　　Ug

92、=Vs/(AT-Af)=Vs/0.0465</p><p>　　ev=(0.0057/σ)[Ug/(HT-hf)] 3.2</p><p>　　Vs=0.151-2.291Ls2/3</p><p><b>　　5.液泛線：</b></p><p><b>　　取 φ=0.6</b></p&g

93、t;<p>　　HT+hw≥Hdφ ,Hd≤(0.4+0.04)/0.6=0.7333</p><p>　　hd=0.153(Ls/(lw×h0)2=8673.47Ls2</p><p>　　hc=0.051(Vs/A0C0)2×(ρv/ρl)=7.835Vs2</p><p>　　hl'=0.024+1.4604Ls2/3

94、</p><p>　　hp=hc+hl'=0.024+1.4604Ls2/3+7.835Vs2</p><p>　　Hd=0.7333=hl+hd+hp</p><p>　　=0.1+6.085Ls2/3+8673.47Ls2+73835Vs2</p><p>　　∴ Vs2=0.081-0.7766Ls2/3-1107.02Ls2&

95、lt;/p><p>　　三 篩板塔數(shù)據(jù)匯總</p><p><b>　　1.全塔數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2. 精餾段與提餾段的數(shù)據(jù)</p><p><b>　　四 討論與優(yōu)化</b></p><p><b>　　4.1討論</b><

96、/p><p>　　從負荷性能圖上觀察，本設計對設計要求符合良好，設計點落與正常工作區(qū)中間，操作彈性適宜。</p><p><b>　　4.2優(yōu)化</b></p><p>　　通過反復優(yōu)化才得到設計的最終的結(jié)果，觀察負荷性能圖，工作點狀態(tài)良好，操作彈性優(yōu)良。</p><p>　　通過在不斷的優(yōu)化過程中，得到以下幾點經(jīng)驗：<

97、;/p><p>　　根據(jù)實際情況，在工業(yè)生產(chǎn)中，液相上下限由人為規(guī)定，且在超過最大，最小液量仍能正常操作的情況還是存在的。</p><p>　　對于因夾帶不能正常操作的情況，一般先調(diào)Ht，后調(diào)D，其中D的調(diào)整尤為靈敏。</p><p>　　對于因液泛不能正常操作的情況，Ht是靈敏因素。一般應判斷液泛是由于降液管阻力過大引起還是由于塔板阻力過大引起的，然后分別采用不同措施

98、調(diào)整降液管底隙或開孔率。若二者的調(diào)整不靈敏或已調(diào)整至上限，則應加大板間距。</p><p>　　應漏液不能正常操作的情況，一般只能減小開孔率。</p><p>　　本設計由于為過量液沫夾帶線控制，所以通過調(diào)整Ht與D來完成設計要求，所以在提餾段取不等徑塔及Ht=0.8來滿足要求。</p><p>　　五 輔助設備選型及校核</p><p&g

99、t;<b>　?、?全凝器</b></p><p>　　塔頂全凝器采用逆流形式，為了便于冷凝，飽和蒸氣（水和乙醇）走殼程，冷凝水走管程。</p><p>　　1.1換熱面積的估算</p><p>　　塔頂 t=78.05℃</p><p>　　水的汽化潛熱 r=2310.39 kJ/kg </p>

100、<p>　　乙醇的汽化潛熱 r=597 kJ/kg</p><p>　　V=4.859 kmol/h=87.54 kg/h</p><p>　　Qc=r×V=2310.39×87.54 =202251 kJ/h </p><p>　　冷凝劑取深井水, t1=12℃ ,t2=60℃ (出口溫度)</p><p

101、>　　∴Δtm=((T-t1)-(T-t2))/ ln((T-t1)/(T-t2))=37℃</p><p>　　設傳熱系數(shù): K=1118.0kcal/(m2×h×℃)</p><p>　　=1300w/(m2×℃)=4680Kj/(m2×h×℃)</p><p>　　A=Qc/(K×Δtm)=1.

102、168 m2</p><p>　　精選 159-Ⅱ-2.45-2</p><p>　　Dn=159 mm Pn=2.45MPa A公=2 </p><p>　　管程數(shù) 1 管長 2 m 管子 φ25×2.5 最大管數(shù) 13</p><p>　　管程流通面積: 0.785×n&

103、#215;d2=V/u=0.042 m2</p><p><b>　　5.2 泵</b></p><p><b>　　5.2.1塔高</b></p><p>　　N1×Ht+N2×HT=49×0.5+8×0.5=28.5 m</p><p>　　塔底高度取

104、1.5 m 裙座高 2.5 m</p><p>　　塔底停留時間取 15 s</p><p><b>　　塔釜離地高 </b></p><p>　　W×15×19.278/(0.785×0.252×1034.1)=0.28 m</p><p>　　∴H=28.5+1

105、.5+2.5+0.28=32.78 m</p><p>　　5.2.2 冷凝器離塔頂?shù)木嚯x</p><p>　　u=2m/s t=78.2 ℃ ρ=1047 kg/m3 μ=0.381cpLs=0.0079 m3/s</p><p>　　取φ32×4mm熱扎無縫鋼管 d0=32-2×4=24 mm</p>

106、<p>　　實際流速 u=0.00026/(0.785×0.0242)=0.575 m/s</p><p>　　Re=ρdu/μ=55572</p><p>　　ξ=0.15 m ξ/d=0.002 λ=0.024 回流管長為10m</p><p>　　hf=(λΣle/d+Σζ)u2/2=1.68</p>

107、<p>　　h=hf/g+u××2/2g=0.188 m</p><p>　　5.2.2 泵的造型</p><p>　　冷凝水流速u=2m/s 12℃ 的水</p><p>　　ρ=995.7 kg/m3 μ=0.8012cp</p><p>　　di=(Wc/0.785ρμ)=0.223 m

108、</p><p>　　取 φ32×4 mm 熱扎無縫鋼管 di=32-2×4=24 mm</p><p><b>　　實際流速：</b></p><p>　　u=87.49/(0.785×995.7×0.242×995.7)=0.195m/s</p><p>　　Re

109、=duρ/μ=0.024×0.195×995.7/(0.8012×10-3)=5816</p><p>　　ξ=0.15 mm ξ/d=0.725×10-4</p><p>　　查得： λ=0.0193</p><p>　　設水到泵頭總損失為5m</p><p>　　∴L=32.78+0.18

110、8+10=37.97 m</p><p><b>　　各種局部阻力</b></p><p>　　K=8(λL/d+Σζ)/(π2×d4×g)=921.74</p><p>　　H=H0+KV02=50.33 m</p><p>　　流量 Q=3600w/ρ=316.3 m3/h</p>

111、;<p>　　選 1H200-150-400型</p><p>　　揚程H=50m汽蝕余量3.5m</p><p>　　流量400m3/h軸功率69.8kw</p><p>　　轉(zhuǎn)速1450r/min配帶電機號 YB280M-4</p><p>　　效率78%功率90%&