化工原理課程設(shè)計--苯—甲苯二元物系篩板式精餾塔的工藝設(shè)計

1、<p><b>　　吉林化工學(xué)院</b></p><p>　　化 工 原 理 課 程 設(shè) 計</p><p>　　題目 苯—甲苯二元物系篩板式精餾塔的工藝設(shè)計 </p><p>　　教 學(xué) 院 環(huán)境與生物工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 安全工程0901班 </p&

2、gt;<p>　　學(xué)生姓名 劉雪婷 </p><p>　　學(xué)生學(xué)號 09360106 </p><p>　　指導(dǎo)教師 王衛(wèi)東 </p><p>　　2011 年 6 月 20 日</p><p>　　化工原理課程設(shè)計任務(wù)書<

3、/p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　苯-甲苯二元物系篩板式精餾塔的工藝設(shè)計</p><p><b>　　二.設(shè)計條件：</b></p><p><b>　　常壓:</b></p><p><b>　　加料量: </

4、b></p><p><b>　　進料組成: </b></p><p>　　塔頂餾出液組成: =0.99</p><p>　　塔釜組成: =0.01</p><p><b>　　加料熱狀態(tài): </b></p><p><b>　　單板壓降 </b>

5、</p><p><b>　　三.設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　(1).精餾塔的工藝設(shè)計計算（包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計計算）</p><p>　　(2).繪制帶控制點的工藝流程圖</p><p>　　(3).繪制精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(4).撰寫精餾塔的設(shè)計說

6、明書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文是精餾塔及其進料預(yù)熱的設(shè)計，分離摩爾分數(shù)為0.40的苯-甲苯溶液，使塔頂產(chǎn)品苯的摩爾含量達到99%，塔底釜液摩爾分數(shù)為1%。</p><p>　　綜合工藝操作方便、經(jīng)濟及安全等多方面考慮，本設(shè)計采用了篩板塔對苯-甲苯進行分離提純，塔板為碳鋼材料，按照逐板計算求得理

7、論板數(shù)為18。根據(jù)經(jīng)驗式算得全塔效率為0.54。塔頂使用全凝器，部分回流。精餾段實際板數(shù)為19，提餾段實際板數(shù)為15。實際加料位置在第19塊板。精餾段彈性操作為3.631，提餾段為3.449。通過板壓降、漏液、液泛、液沫夾帶的流體力學(xué)驗算，均在安全操作范圍內(nèi)。</p><p>　　塔的附屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管。用120℃飽和水蒸氣加熱。飽和水蒸氣走殼程，進料液走管程。</p><p&

8、gt;　　關(guān)鍵詞：苯-甲苯、精餾、逐板計算、負荷性能圖、精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This design include fractionating rectification tower、reboilder and pipeline.It is used to seParate the benzene-

9、toluene solution with the mole fraction of 0.40.The benzene content of overhead product can reach 99% and in the bottom product,the comtent 1%.</p><p>　　Thinking of the aspects ,for example convenience ope

10、ration 、economy、safey etc,the column plate of the fractionating rectification tower is sieve plate ,the material of the column plate is carbon steel.The number of theretical plate is calculated plate to plate by computer

11、 with the programme of C language .It is 18.The overall plate efficieney is 0.54.The effective number of plate is 19 in the rectifying section,and is 15 in the stripping section.The loading plate is No. 19.The flexibilit

12、y ofth</p><p>　　Seamless steel pipe are used in all pipelines.The reboilder is horizontal float head heat-exchanger.120℃ saturate steam is used to heat.The saturate steam have the shell Pass and the resiolue

13、 have the tuke Pass.</p><p>　　Key words:benzene-toluene rectify calculating by plate to plate the chart of burthening caPability the structure of fractionating rectification tower equipment </p&

14、gt;<p>　　目 錄</p><p>　　緒 論1</p><p>　　第一章 精餾塔工藝設(shè)計計算3</p><p><b>　　1 物料衡算3</b></p><p>　　1.1 原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率3</p><p>　　1.2

15、 物料衡算3</p><p><b>　　2板數(shù)的確定4</b></p><p>　　2.1 相對揮發(fā)度的計算4</p><p>　　2.2 最小回流比的確定4</p><p>　　2.3 求精餾塔氣液相負荷5</p><p>　　2.4 操作線方程的確定5</p>&l

16、t;p>　　2.5 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置5</p><p>　　3.2操作溫度的計算5</p><p>　　2.6實際板數(shù)的計算6</p><p>　　3.工藝條件的計算7</p><p>　　3.1操作壓強 7</p><p>　　4.物性數(shù)據(jù)計算7</p><p>

17、;　　4.1平均摩爾質(zhì)量計算7</p><p><b>　　4.2平均密度8</b></p><p>　　4.3液體表面張力9</p><p>　　4.4 液體粘度10</p><p>　　5．精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算10</p><p>　　5.1氣液負荷和塔徑的計算10<

18、;/p><p>　　5.2精餾塔有效高度的計算11</p><p>　　5.3溢流裝置11</p><p>　　5.4塔板布置12</p><p>　　5.5篩板的流體力學(xué)驗算13</p><p>　　5.5.1塔板壓降13</p><p>　　5.5.2液沫夾帶量的驗算14</p

19、><p>　　5.5.3 漏液的驗算14</p><p>　　5.5.4液泛驗算15</p><p>　　5.6塔板負荷性能圖15</p><p>　　5.6.1漏液線15</p><p>　　5.6.2.霧沫夾帶線16</p><p>　　5.6.3液相負荷下限線16</p>

20、;<p>　　5.6.4.液相負荷上限線16</p><p>　　5.6.5.液泛線17</p><p>　　6提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算18</p><p><b>　　6.1塔徑 18</b></p><p>　　6.2 溢流裝置18</p><p>　　6.3塔板

21、布置19</p><p>　　6.4篩板的流體力學(xué)驗算20</p><p>　　6.4.1塔板壓降20</p><p>　　6.4.2霧沫夾帶量的驗算21</p><p>　　6.4.3漏液的驗算21</p><p>　　6.4.4液泛驗算21</p><p>　　6.5塔板負荷性能

22、圖22</p><p>　　6.5.1漏液線22</p><p>　　6.5.2.液沫夾帶線22</p><p>　　6.5.3.液相負荷下限線23</p><p>　　6.5.4液相負荷上限線23</p><p>　　6.5.5.液泛線23 </p><p>　　第二章 進料預(yù)

23、熱的設(shè)計計算26</p><p>　　1.進料溫度的計算26</p><p>　　2．換熱器設(shè)計計算27</p><p>　　3.1初選換熱器27</p><p>　　3.2計算管程壓降及給熱系數(shù)28</p><p>　　3.3計算殼層壓降及給熱系數(shù)29</p><p>　　3.4計

24、算傳熱面積30</p><p><b>　　結(jié) 論31</b></p><p>　　1.篩板塔計算結(jié)果匯總31</p><p>　　2.換熱器計算結(jié)果匯總33</p><p>　　3.換熱器型號計算結(jié)果34</p><p>　　4. 精餾塔負荷性能圖36</p>&l

25、t;p><b>　　結(jié)束語37</b></p><p><b>　　參考文獻1</b></p><p><b>　　附錄2</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　課程設(shè)計是化工原理課程的一個非常重要

26、的實踐教學(xué)內(nèi)容,能夠培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的化工生產(chǎn)的理論知識，解決生產(chǎn)中實際問題的能力。此次設(shè)計還能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，健全合理的知識結(jié)構(gòu)可發(fā)揮應(yīng)有的作用。</p><p>　　實際化工生產(chǎn)中常需要進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的。蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式。此次化工原理設(shè)計是精餾塔的設(shè)計，精餾塔是化工生產(chǎn)中十分重要的設(shè)備。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，通過大量

27、的工業(yè)實踐逐步改進了設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價低廉；氣體壓降小、板上液面落差也較??；塔板效率較高；改進的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔等與優(yōu)點。。近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。在本設(shè)計中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單造價低。合理的設(shè)計和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏夜。</p><p>　　篩板塔是最早

28、應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實踐，逐步改進了設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)。近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進入?yún)^(qū)制突起的斜臺狀，這樣可以降低進口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成使用碳剛的比較少。實際操作表明，篩板在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，操作使其板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔為窄，但設(shè)計良好的塔其操作彈性仍可達到標準。 </p>

29、<p>　　工科大學(xué)生應(yīng)具有較高的綜合能力，解決實際生產(chǎn)問題的能力，課程設(shè)計是一次讓我們接觸實際生產(chǎn)的良好機會，我們應(yīng)充分利用這樣的時機認真去對待每一項任務(wù)，為將來打下一個穩(wěn)固的基礎(chǔ)。</p><p>　　一、精餾原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求，需將混合物分離成

30、較純的物質(zhì)。</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。它是連續(xù)進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，是可以讓混合液體得到較為充分分離的連續(xù)操作。精餾有不同的分類方法，如：按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓精餾，按分離混合液體中的組分的數(shù)目可分為雙組分和多組分精餾。工業(yè)生產(chǎn)中以多組分精餾較常見，但多組分精餾與雙組分精餾的基本原理、計

31、算方法等無本質(zhì)區(qū)別。本次設(shè)計的是雙組分常壓精餾。</p><p>　　二、精餾操作對塔設(shè)備的要求</p><p>　　精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：</p><p>　?。?）氣(汽)、

32、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。</p><p>　?。?）操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　?。?）流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓

33、力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　（4）結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　?。?）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　?。?）塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　但是在實際生產(chǎn)中，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點

34、。因此我們要根據(jù)不同的因素選擇不同的塔型。</p><p>　　三、常用板式塔類型與本設(shè)計的選型及其優(yōu)點</p><p>　　氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。</p>

35、<p>　　板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔。其后，特別是在二十世紀五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。本設(shè)計選取的是浮閥式精餾塔。</p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它

36、主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采

37、用，是因為它具有下列特點：</p><p>　?。?）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>　?。?）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>　?。?）壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為

38、400～660N/m2。</p><p>　?。?）液面梯度小。 </p><p>　?。?）使用周期長。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>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60％～80％,為篩板塔的120％～130％。</p><p>　　四、本設(shè)計所選塔的特性</p><p&

39、gt;　　本設(shè)計處理能力大，每小時可處理混合物70kmol；結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易；操作穩(wěn)定，彈性較大；而且液泛線較高可有效減小液泛對操作的影響；流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用；氣體在塔盤板上以水平方向吹出，氣液接觸時間長，霧沫夾帶量少，液面落差也較小等一系列優(yōu)點。</p><p>　　第一章 精餾塔工藝設(shè)計計算</p><p>　　本設(shè)計

40、任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用過冷液進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至溫度后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)鏟平冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p><b>　　圖1-1精餾流程圖</b&

41、gt;</p><p><b>　　1 物料衡算</b></p><p>　　原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p><b>　　物料衡算</b></p><p>　　摩爾分數(shù)：=0.40, =0.99, =0.01</p><p>　　苯—甲苯二元物系: F=70

42、kmol/h, q=0.96, P頂=101.325 kPa</p><p>　　總物料衡算: F=D+W</p><p><b>　　易揮發(fā)組：</b></p><p>　　解得：D=27.86kmol/h W=42.14kmol/h</p><p><b>　　2板數(shù)的確定</b>

43、;</p><p>　　2.1 相對揮發(fā)度的計算 </p><p>　　苯－甲苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即：</p><p>　　式中t――物系溫度，℃；</p><p>　　――飽和蒸汽壓，kPa;</p><p>　　A,B,C――Antoine常數(shù)，</p><p>　　式

44、中A、B、C 為常系數(shù)，對于乙醇－水物系，其值見表1-1</p><p>　　苯-甲苯物系安托因方程系數(shù)</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　注：表中苯以A表示；甲苯以B表示。</p><p>　　求得數(shù)據(jù)列于表1-2</p><p><b>　　表1-2&

45、lt;/b></p><p>　　參見文獻（4）中53頁相對揮發(fā)度的計算方法，結(jié)合表2-1數(shù)據(jù)，在全塔溫度操作范圍內(nèi)，求出塔頂和塔底的平均相對揮發(fā)度，則平均相對揮發(fā)度為：2.47．</p><p>　　2.2 最小回流比的確定</p><p>　　氣液相平衡方程為 </p><p>　　…………………………………………（3） &l

46、t;/p><p>　　2.3 求精餾塔氣液相負荷</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　2.4 操作線方程的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p&g

47、t;<p><b>　　得： </b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　得：</b></p><p><b>　　解（5）（6）得：</b></p><p>　　2.5 精餾塔理論塔板數(shù)及理

48、論加料位置</p><p>　　采用相平衡方程與操作線方程式逐板計算法編程（程序見附錄一）求得各理論板氣液相組成（見表1-3）：</p><p><b>　　表1-3</b></p><p>　　由逐板計算發(fā)求得總理論板數(shù)為18塊板（包括塔釜），精餾段板數(shù)為10塊，提餾段需要8塊板，第10塊板加料。</p><p>　　

49、2.6操作溫度的計算</p><p>　　苯－甲苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即：</p><p>　　式中t――物系溫度，℃；</p><p>　　――飽和蒸汽壓，kPa;</p><p>　　A,B,C――Antoine常數(shù)，</p><p>　　式中A、B、C 為常系數(shù)，對于乙醇－水物系，其值見表2-

50、3</p><p>　　苯-甲苯物系安托因方程系數(shù)</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　注：表中苯以A表示；甲苯以B表示。</p><p><b>　　由試差法的：</b></p><p><b>　　塔頂溫度 </b>&l

51、t;/p><p>　　進料板溫度 </p><p><b>　　塔釜溫度</b></p><p>　　精餾段平均溫度 </p><p>　　提餾段平均溫度 </p><p>　　定性溫度 </p><p><b>

52、;　　查得</b></p><p>　　2.7實際板數(shù)的計算</p><p><b>　　精餾段實際板數(shù) </b></p><p><b>　　提餾段實際板數(shù) </b></p><p><b>　　（包括塔釜）</b></p><p>&l

53、t;b>　　3.工藝條件的計算</b></p><p><b>　　3.1操作壓強 </b></p><p>　　取每層塔板壓降為 則</p><p>　　塔頂壓強 </p><p>　　進料板壓強 </p><p>　　塔底壓強

54、 </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>　　4.物性數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　4.1平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　?。?）塔頂 </p><p><

55、;b>　?。?）進料板</b></p><p><b>　?。?）塔底</b></p><p>　?。?）精餾段平均分子量：</p><p><b>　　氣相：</b></p><p><b>　　液相： </b></p><p>　　

56、（5）提餾段平均分子量：</p><p><b>　　氣相： </b></p><p><b>　　液相：</b></p><p><b>　　4.2平均密度</b></p><p><b>　　（1）氣相密度</b></p><p&g

57、t;　　精餾段平均液相密度：</p><p>　　提餾段平均液相密度：</p><p><b>　?。?）液相密度 </b></p><p>　　由式 可求相應(yīng)的液相密度。</p><p><b>　　①對于塔頂：</b></p><p>　　其中α的質(zhì)量分率為，&

58、lt;/p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　?、趯τ谶M料板：</b></p><p>　　其中α的質(zhì)量分率為：</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　③對于塔底：</b&g

59、t;</p><p>　　其中α的質(zhì)量分率為：</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　（3）精餾段平均液相密度：</p><p>　　提餾段平均液相密度：</p><p><b>　　4.3液體表面張力</b></p><p&

60、gt;<b>　　（1）對于塔頂：</b></p><p><b>　?。?）對于進料板：</b></p><p><b>　?。?）對于塔底：</b></p><p>　?。?）精餾段平均表面張力：</p><p>　　提餾段平均表面張力：</p><p&

61、gt;<b>　　4.4 液體粘度</b></p><p><b>　?。?）對于塔頂：</b></p><p><b>　?。?）對于進料板：</b></p><p><b>　　（3）對于塔底：</b></p><p>　?。?）精餾段平均液相粘度：&

62、lt;/p><p>　　提餾段平均液相粘度： </p><p>　　5．精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算 </p><p>　　5.1氣液負荷和塔徑的計算</p><p>　?。?）精餾段氣液負荷計算</p><p>　　V=97.12Kmol/h,L=69.27 Kmol/h</p><p&g

63、t;　?。?）提餾段氣液負荷計算</p><p>　　（3）初選所設(shè)計的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板.</p><p>　　板間距HT=450mm</p><p>　　則: HT-HL=0.39</p><p>　　查C20=0.085依式1-47校正物系表面張力 </p><p>　　取安全系數(shù)為0.7

64、,則空塔速度</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p>　　按標準塔徑圓整為 </p><p><b>　　截面積為</b></p><p>　　實際空塔氣速為 </p><p>　　5.2精餾塔有效高度的計算</p><

65、p>　　對塔的實際高度，根據(jù)文獻提供的經(jīng)驗值，假設(shè)塔底座為1500mm,人孔直徑為500mm,前一節(jié)已經(jīng)設(shè)出塔板板間距為450mm,,那么它的實際高度值為。</p><p><b>　　5.3溢流裝置</b></p><p>　　因塔徑,可選用采用單溢流，弓形降液管，平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進口堰</p><p><b>　

66、　（1）溢流堰長</b></p><p>　　(2)出口堰高 </p><p><b>　　溢流收縮系數(shù)E=1</b></p><p><b>　　取板上清液層高度 </b></p><p>　　選平直堰，堰上液高度為</p><p><b&

67、gt;　　故 </b></p><p>　　(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積</p><p>　　由 查文獻（1）中圖 5-7得 Wd/D=0.15，Af/AT=0.094</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　計算液體在降液管中停留時間</p>

68、<p>　　， 故降液管設(shè)計合理。</p><p>　?。?）降液管底隙高度h0</p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速，</p><p>　　依下式計算降液管底隙高度h0</p><p><b>　　5.4塔板布置</b></p><p><b>　?。?）塔般的分塊

69、</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。由文獻（1）查表5-3得，塔板分為3塊。</p><p>　?。?）邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取。</b></p><p>　?。?）開孔區(qū)面積計算</p><p><b>　　其中：</b>&

70、lt;/p><p><b>　　故 </b></p><p>　　（4）篩孔數(shù) n 與開孔率 φ</p><p>　　本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取 孔中心距 </p><p>　　取篩孔的孔徑 d0=5mm</p&

71、gt;<p><b>　　塔板上篩孔數(shù)目為</b></p><p>　　塔板開孔區(qū)的開孔率φ</p><p>　　開孔率在5-15%范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　氣體通過篩孔的氣速 </p><p>　　5.5篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　5.

72、5.1塔板壓降</b></p><p><b>　?。?）干板阻力計算</b></p><p>　　干板阻力，由查文獻（1）中圖5-10得 C0=0.772</p><p>　?。?）氣流穿過板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l</p><p>　　查文獻（1）中5-11，得。</p><p&

73、gt;<b>　　故 </b></p><p>　?。?）液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力，</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　?。ㄔO(shè)計允許值）</b&g

74、t;</p><p><b>　　因為</b></p><p>　　5.5.2液沫夾帶量的驗算</p><p><b>　　塔板上鼓泡層的高度</b></p><p>　　∴精餾段在設(shè)計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p>　　5.5.3 漏液的驗算</p>

75、;<p>　　對篩板塔，漏夜點氣速為</p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù) </p><p>　　該值大于1.5，符合設(shè)計要求。</p><p>　　故本設(shè)計中精餾段在設(shè)計負荷下無明顯漏液。</p><p><b>　　5.5.4液泛驗算</b></p><p>　　為防止降液管

76、液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度</p><p>　　苯—甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p>　　故在設(shè)計負荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項流體力學(xué)驗算，可以認為精餾段塔徑和各項工藝尺寸是合適的。</p><p>　　5.6塔板負荷性能圖</p><p><b>　　5.6

77、.1漏液線</b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　5.6.2.霧沫夾帶線</p><p><b>　　取霧沫夾帶極限值 </b></p><p><b>　　依式 </b></p><p><b&

78、gt;　　式中</b></p><p>　　5.6.3液相負荷下限線 </p><p>　　對于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負荷標準。</p><p>　　5.6.4.液相負荷上限線 </p><p>　　取作為液體在降液管中的停留時間的下限，</p><p>　　液相負荷上限線在VS–LS坐標圖上為與

79、氣體流量VS無關(guān)的垂直線，如圖氣液負荷性能圖。</p><p><b>　　5.6.5.液泛線</b></p><p><b>　　令 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　得 </b></p&

80、gt;<p><b>　　故 </b></p><p>　　精餾塔負荷性能圖見附錄二2.3（1）</p><p>　　在負荷性能圖上，作出操作點，與原點連接，即為操作線。由負荷性能圖可知，該篩板的操作上線為液泛控制，下限為漏液控制。由性能圖查得</p><p><b>　　， </b></p&g

81、t;<p><b>　　故彈性操作為</b></p><p>　　6提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p><b>　　6.1塔徑 </b></p><p>　　初選所設(shè)計的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板，板間距450mm。</p><p><b>　　液氣流動參數(shù)

82、 </b></p><p>　　查文獻（1）中圖5-1，以為橫坐標可得到 </p><p><b>　　校正表面張力為 </b></p><p><b>　　液泛速度</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7 = </p><p><b>　　

83、塔徑 </b></p><p>　　按標準塔徑圓整為 D=1.0m</p><p><b>　　截面積為</b></p><p><b>　　實際空塔氣速為 </b></p><p><b>　　6.2 溢流裝置</b></p><p>

84、　　因D=1.0m,采用單溢流，弓形降液管，凹形受液盤，不設(shè)進口堰。</p><p><b>　?。?）溢流堰長</b></p><p><b>　?。?）溢流堰高度</b></p><p>　　查文獻（1）中圖5-5得，溢流收縮系數(shù)E=1</p><p>　　選平直堰，堰上液高度為</p&g

85、t;<p><b>　　取板上清液層高度 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　?。?）弓形降液管降液管的寬度與降液管的面積</p><p>　　由0 查文獻（1）中圖 5-7得 Wd/D=0.15，Af/AT=0.094</p><p>

86、<b>　　故 </b></p><p>　　計算液體在降液管中停留時間</p><p><b>　　故降液管設(shè)計合格</b></p><p>　　（4）降液管底隙高度h0</p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速 ，</p><p>　　依下式計算降液管底隙高度

87、h0</p><p><b>　　6.3塔板布置</b></p><p><b>　?。?）塔般的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查文獻（1）中表5-3得，塔板分為3塊。</p><p>　　（2）邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　

88、取 。</b></p><p>　?。?）開孔區(qū)面積計算</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　?。?）篩孔數(shù) n 與開孔率 φ</p><p>　　本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取 孔中心距 &

89、lt;/p><p>　　取篩孔的孔徑d0=5mm</p><p><b>　　塔板上篩孔數(shù)目為</b></p><p>　?。?）塔板開孔區(qū)的開孔率φ</p><p>　　開孔率在范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　6.4篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>

90、;　　6.4.1塔板壓降</b></p><p><b>　?。?）干板阻力計算</b></p><p>　　干板阻力，查文獻（1）中圖5-10得 C0=0.79</p><p>　?。?）氣流穿過板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l</p><p>　　查文獻（1）中5-11，得。</p><

91、;p><b>　　故 </b></p><p>　　（3）液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力，</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　　（設(shè)計允許值）</

92、b></p><p>　　6.4.2霧沫夾帶量的驗算</p><p>　　塔板上鼓泡層的高度 </p><p>　　故精餾段在設(shè)計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p>　　6.4.3漏液的驗算</p><p>　　對篩板塔，漏夜點氣速 </p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù) &

93、lt;/p><p>　　該值大于1.5，符合設(shè)計要求。</p><p>　　故本設(shè)計中精餾段在設(shè)計負荷下無明顯漏液。</p><p><b>　　6.4.4液泛驗算</b></p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度</p><p>　　苯—甲苯物系屬一般物系，取，則</

94、p><p>　　故在設(shè)計負荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項流體力學(xué)驗算，可以認為提餾段塔徑和各項工藝尺寸是合適的。</p><p>　　6.5塔板負荷性能圖</p><p><b>　　6.5.1漏液線</b></p><p><b>　　故 </b>

95、</p><p>　　6.5.2.液沫夾帶線</p><p><b>　　取霧沫夾帶極限值</b></p><p><b>　　依式 </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p><b>　　整理得 </

96、b></p><p>　　6.5.3.液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取堰上液層高度m作為最小液體符合標準。</p><p>　　由 </p><p>　　得 </p><p>　　6.5.4液相負荷上限線 </p><p>　　取作為液體在

97、降液管中的停留時間的下限，</p><p><b>　　6.5.5.液泛線</b></p><p><b>　　令 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　式中 </b></p><p

98、><b>　　得 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　提餾塔負荷性能圖見附錄二2.3（2）</p><p>　　在負荷性能圖上，作出操作點，與原點連接，即為操作線。由負荷性能圖可知，該篩板的操作上線為液泛控制，下限為漏液控制。由負荷性能圖查得</p>

99、<p><b>　　， </b></p><p><b>　　故彈性操作為</b></p><p>　　精餾塔設(shè)計結(jié)果見匯總1。</p><p>　　第二章 進料預(yù)熱的設(shè)計計算</p><p><b>　　1.進料溫度的計算</b></p><

100、;p>　　(1)101.3kPa下由文獻（1）查得</p><p><b>　　苯的沸點為，查得</b></p><p><b>　　甲苯的沸點為，</b></p><p>　　(2) 用內(nèi)差法可求出泡點溫度：</p><p>　　由苯-甲苯的氣液平衡組成查得組成</p><

101、;p>　　因為q=0.96,所以進料溫度為87℃</p><p><b>　　2. 物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　本設(shè)計需將的料液預(yù)熱到，經(jīng)驗算由于塔釜余熱不足，采用水蒸氣預(yù)熱。假設(shè)，出口溫度為，水蒸氣走殼層，料液走管層。 </p><p><b>　　（1）定性溫度</b></p><p

102、>　　定性溫度：可取流體進出口平均溫度</p><p>　　殼層的定性溫度為 </p><p>　　管層定性溫度為 </p><p>　　根據(jù)定性溫度，分別查取殼層和管層流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p><b>　?。?）物性數(shù)的查取</b></p><p>　　苯-甲苯在下由文

103、獻查得有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p>

104、<b>　　故 </b></p><p><b>　　粘度</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　循環(huán)水蒸汽在下由文獻查得有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度 </b></p>&l

105、t;p><b>　　定壓比熱容</b></p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)</b></p><p><b>　　粘度</b></p><p><b>　　3．換熱器設(shè)計計算</b></p><p><b>　　3.1初選換熱器</b

106、></p><p><b>　?。?）熱量衡算</b></p><p><b>　　（2）逆流平均溫差</b></p><p><b>　?。?）修正系數(shù)</b></p><p>　　由P和R從文獻（1）中查得修正系數(shù)為0.82。</p><p>

107、　　故采用單殼層，偶數(shù)管程的浮頭式換熱器。 </p><p><b>　?。?）總傳質(zhì)系數(shù)K</b></p><p>　　管外為水蒸氣冷凝來加熱管內(nèi)有機液體（）為輕有機物，總傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗值的范圍為，初步估計傳熱系數(shù)，</p><p>　　3.2計算管程壓降及給熱系數(shù)</p><p>　　為充分利用水蒸氣的熱量取水蒸氣走殼

108、程，進料走管程</p><p><b>　　（1）管程流動面積</b></p><p>　?。?）管內(nèi)水蒸氣流速</p><p><b>　　根據(jù)熱量衡算得</b></p><p>　　去管壁粗糙度，查文獻（2）中圖1-34得</p><p><b>　?。?）管程

109、壓降</b></p><p>　　<允許值30kPa，可行。</p><p><b>　?。?）管程給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程內(nèi)無相變，故</b></p><p>　　3.3計算殼層壓降及給熱系數(shù)</p><p>　　取折流擋板間距，

110、因系正方形排列，管束中心線的管數(shù)</p><p><b>　　殼程流動面積為</b></p><p>　　因〉500，故可用下式計算管外流動摩擦系數(shù)</p><p>　　管子排列為正方形，斜轉(zhuǎn)安裝，取校正系數(shù)</p><p>　　取垢層校正系數(shù) </p><p><b>　　擋板

111、數(shù)</b></p><p><b>　　殼層壓強為</b></p><p><b>　　,可行。</b></p><p>　　（3）殼層給熱系數(shù)計算</p><p>　　殼程中水發(fā)生相變，由經(jīng)驗式</p><p><b>　　得 </b&

112、gt;</p><p><b>　　3.4計算傳熱面積</b></p><p><b>　　查文獻得，取</b></p><p>　　所選換熱器的實際傳熱面積約為</p><p><b>　　安全系數(shù)：</b></p><p>　　所選BSE400-2.

113、1-15-3/25-2I型換熱器適合。</p><p>　　計算結(jié)果匯總見結(jié)論2。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　1.篩板塔計算結(jié)果匯總</p><p>　　2.換熱器計算結(jié)果匯總</p><p>　　3.換熱器型號計算結(jié)果</p><p&

114、gt;　　2.2 負荷性能圖數(shù)據(jù)表</p><p><b>　?。?）精餾段</b></p><p><b>　　（2）提餾段</b></p><p>　　2.3 精餾塔負荷性能圖</p><p>　?。?）精餾段負荷性能圖</p><p>　　（2）提餾段負荷性能圖<

115、/p><p><b>　　主要符號說明：</b></p><p><b>　　（1）第一章</b></p><p><b>　?。?）第二章</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　經(jīng)過一個多月的努力，我

116、查閱文獻、計算數(shù)據(jù)、上機調(diào)試，本課程設(shè)計已經(jīng)基本完成并以設(shè)計出可行的設(shè)計方案，整個過程已在前面的章節(jié)中體現(xiàn)出來。</p><p>　　課程設(shè)計對于我們是一次嚴峻的考驗，綜合檢驗了學(xué)過的知識，培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的能力。幫助我們更加深入的理解了化工生產(chǎn)單元操作以及設(shè)計要求，使我們所學(xué)的知識不局限于書本，鍛煉了我們工程設(shè)計思維能力。通過對這次化工原理的課程設(shè)計使我增長了許多實際的知識，也在大腦中確立了一個關(guān)于化工生

117、產(chǎn)的一個輪廓。</p><p>　　在此次的化工原理設(shè)計過程中，我們的收獲很大,感觸也很深，更覺得學(xué)好基礎(chǔ)知識的重要性，以便為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。這次課程設(shè)計同時提高我各方面知綜合運用的能力，首先是化工原理的基礎(chǔ)知識的內(nèi)部綜合運用的能力；其次是查閱資料和文獻，并對其加以歸納、整理和總結(jié)并運用于本次設(shè)計；同時課程設(shè)計中充分施展了用計算機編程進行一些計算以及排版文字處理等能力。這次課程設(shè)計中收益最大的是提高將以

118、上的各方面能力運用于同一相工作中的能力，而且深入了解各種知識的聯(lián)系，對提高自身綜合素質(zhì)的必要性有了進一步的認識。</p><p>　　在此，特別感謝化工原理教研室的王衛(wèi)東老師，他的指導(dǎo)和教授使得我的設(shè)計工作得以圓滿完成。此外，在設(shè)計過程中還得到了許多同學(xué)的熱心幫助，一并給以衷心的感謝！</p><p><b>　　附錄</b></p><p>

119、<b>　　逐板計算程序：</b></p><p>　　#include<conio.h></p><p><b>　　main()</b></p><p>　　{float y=0.9740,xw=0.0100,xq=0.5824,</p><p>　　x=0.9384;clrscr(

120、);</p><p>　　while(x>xw)</p><p>　　{x=y/(2.4600-1.4600*y);</p><p><b>　　if(x>xq)</b></p><p>　　{y=0.6723*x+0.3191;</p><p>　　printf("x=%.

121、4f,y=%.4f",x,y);}</p><p>　　else {y=1.2240*x-0.002238;</p><p>　　printf("x=%.4f,y=%.4f",x,y);}</p><p><b>　　}}</b></p><p>　　Set x = ActiveChart.

122、Axes(xlCategory)</p><p>　　x.TickLabels.NumberFormatLocal = "0.000"</p><p><b>　　Call 設(shè)置圖表</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Sub 設(shè)置圖表

123、()</p><p>　　ActiveSheet.ChartObjects(1).Activate</p><p>　　ActiveChart.ChartArea.Font.Size = 12</p><p>　　Range("k20").Select</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

124、t;/p><p>　　（1）賈紹義，柴誠敬. 化工傳遞與單元操作課程設(shè)計. 天津：天津大學(xué)出版社，2002，38-71，101-133 </p><p>　　（2）陳敏恒，從德滋，方圖南，齊鳴齋. 化工原理. 上冊. 第三版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，180-184,207-216</p><p>　　（3）陳敏恒，從德滋，方圖南，齊鳴齋. 化工原理. 下冊. 第三版，北京

125、：化學(xué)工業(yè)出版社，2006，49-103</p><p>　?。?）柴誠敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設(shè)計. 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994，7-34</p><p>　　（5）唐倫成. 化工原理課程設(shè)計簡明教程. 哈爾濱，哈爾濱：工程大學(xué)出版社，2005，35-66</p><p>　?。?）圖偉萍，陳佩珍，程達芳. 化工過程及設(shè)備設(shè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社

126、，2003</p><p>　　(7) 劉光啟，馬連湘，劉杰. 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，2002，1-27</p><p>　?。?）劉光啟，馬連湘，劉杰. 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，2002，299-324（9）崔鴻斌. AtuoCAD2007中文版使用教程. 北京：人民郵電出版社，2006，27-273 </p>