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文檔簡介
1、<p> 乙醇與水連續(xù)篩板精餾塔</p><p> 題目:醇-水溶液連續(xù)精餾塔優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b> 目錄</b></p><p> 第一章:序言.........................................................4</p><p> 第二章
2、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明6</p><p><b> 2.1塔型選擇6</b></p><p><b> 2.2操作流程6</b></p><p> 第三章 塔的工藝計(jì)算7</p><p> 3.1整理有關(guān)數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)表格7</p><p> 3.2全塔
3、物料衡算9</p><p> 3.3最小回流比與操作回流比10</p><p> 3.4理論塔板數(shù)的確定11</p><p> 3.5全塔效率的估算11</p><p> 3.6實(shí)際塔板數(shù)的求取13</p><p> 第四章 塔的工藝條件及物性計(jì)算13</p><p>
4、4.1平均摩爾質(zhì)量13</p><p> 4.2平均密度14 </p><p> 4.3液體表面張力15</p><p> 4.4汽液相體積流率17</p><p> 4.5塔徑的計(jì)算17</p><p> 4.6精餾塔高度的計(jì)算21</p><p>
5、 第五章 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算23</p><p> 5.1 溢流裝置24</p><p> 5.2 塔板布置25</p><p> 第六章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算27</p><p> 6.1 氣體通過塔板的壓力降hp液柱27</p><p> 6.2 液面落差28</p><
6、p> 6.3 液沫夾帶(霧沫夾帶)28</p><p><b> 6.4 漏液29</b></p><p><b> 6.5 液泛29</b></p><p> 第七章 塔板負(fù)荷性能圖31</p><p><b> 7.1漏液線31</b></p
7、><p> 7.2液沫夾帶線31</p><p> 7.3液相負(fù)荷下限線32</p><p> 7.4液相負(fù)荷上限線32</p><p><b> 7.5液泛線32</b></p><p> 第八章 各接管尺寸的確定及選型35</p><p> 8.1進(jìn)料
8、管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p> 8.2釜液出口管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p> 8.3回流管尺寸的計(jì)算及選型35</p><p> 8.4塔頂蒸汽出口徑及選型36</p><p> 第九章 精餾塔的主要附屬設(shè)備37</p><p><b> 9.1冷凝器38</b
9、></p><p><b> 9.2再沸器38</b></p><p> 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表39</p><p> 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì).................................................40 </p>
10、<p> 參考文獻(xiàn)..........................................................41</p><p><b> 第一章 序言</b></p><p> 化工原理課程設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用《化工原理》課程和有關(guān)先修課程(《物理化學(xué)》,《化工制圖》等)所學(xué)知識,完成一個(gè)單元設(shè)備設(shè)計(jì)為主的一次性實(shí)踐教學(xué),是
11、理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁,在整個(gè)教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過課程設(shè)計(jì),要求更加熟悉工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,掌握化工單元操作設(shè)計(jì)的主要程序及方法,鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識和技能的能力,問題分析能力,思考問題能力,計(jì)算能力等。</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
12、接接觸和分離,利用液相混合物中各組分的揮發(fā)度的不同,使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移,難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求,精餾操作可以是連續(xù)的或間歇的,有些特殊的物系還可采用衡沸精餾或萃取精餾等特殊方法進(jìn)行分離。本設(shè)計(jì)的題目是乙醇-水連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì),即需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔用來分離易揮發(fā)的乙醇和不易揮發(fā)的水,采用連續(xù)操作方式,需設(shè)計(jì)一板式塔將其分離。乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面,都有很廣泛的應(yīng)用,
13、是很重要的一種原料。在很多方面,要求乙醇有不同的純度,有時(shí)要求純度很高,甚至是無水乙醇,這是很有困難的,因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性,也極具溶解性,所以,想要得到高純度的乙醇必須通過一定的方法。</p><p> 要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度,最簡單的方法就是用連續(xù)精餾的方法,因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程,即同時(shí)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。化工廠中精餾操
14、作是在精餾塔內(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(shí)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(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備,才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。</p><p> 課程設(shè)計(jì)是化工原理課程的一個(gè)非常重要的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的化工生產(chǎn)的理論知識,解決生產(chǎn)中實(shí)際問題的能力,
15、還能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。更能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。是對我們進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過對乙醇連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì),增加對化工生產(chǎn)過程的了解以及對化工原理這門課程的認(rèn)識。</p><p> 第二章、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明</p><p><b> 2.1 塔型選擇</b></p><p> 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù),若按年工作日33
16、0天,每天開動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)算,年處理量為5萬噸,由于產(chǎn)品粘度較小,流量較大,為減少造價(jià),降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響,提高生產(chǎn)效率,選用篩板塔。</p><p><b> 2.2 操作流程</b></p><p> 乙醇——水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后,用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后,部分回流,其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽
17、再沸器供熱,塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。</p><p> 精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入,物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離,由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。</p><p> 乙醇—水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(jìn)料板,在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后,逐板溢流,最后流入塔底。在
18、每層板上,回流液體與上升蒸汽互相接觸,進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。</p><p> 流程示意圖如下圖(圖一)</p><p> 第三 章、塔的工藝計(jì)算</p><p> 3.1整理有關(guān)數(shù)據(jù)并繪制相關(guān)表格:</p><p> 乙醇和水的汽液平衡數(shù)據(jù)(101.3KPa即760mmHg)</p><p> 不同溫度下乙
19、醇和水的汽液平衡組成數(shù)據(jù)如下(表1)</p><p> 根據(jù)以上數(shù)據(jù)畫出以下乙醇與水的t-x(y)相平衡圖(圖2)及乙醇與水的x-y(圖3):</p><p><b> 圖3</b></p><p><b> 3.2全塔物料衡算</b></p><p> 原料液中: 設(shè)A組分——乙醇;B組分
20、——水</p><p> 乙醇的摩爾質(zhì)量:M乙=46.07 kg/kmol;水的摩爾質(zhì)量: M水=18.02 kg/kmol</p><p> 3.2.1查閱文獻(xiàn),整理相關(guān)的物性數(shù)據(jù)</p><p> 水和乙醇的物理性質(zhì)(表2)</p><p> 3.2.2塔頂,進(jìn)料液,塔底的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p> 原料
21、液以及塔頂,塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p> 3.2.3 物料衡算</p><p> 進(jìn)料量F=5萬噸/年==0.0373 kmol/s</p><p> 全塔總物料衡算 F=D+W </p><p> 易揮發(fā)組分物料衡算 </p><p> 聯(lián)立以上二式得:D=0.01705kmol/
22、s </p><p> W=0.05665kmol/s</p><p> 3.3 最小回流比Rmin和操作回流比</p><p><b> 由相平衡方程式可得</b></p><p> 取乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)若干組代入上式并求其α。</p><p><b> α=3.38 &
23、lt;/b></p><p><b> 則=2.60</b></p><p> 故取操作回流比 R=2.60</p><p><b> 操作方程的確定</b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b>
24、 提餾段:</b></p><p><b> 提餾段操作線方程:</b></p><p> q線方程:x=xq=xF=0.2069</p><p> 3.4理論塔板數(shù)的確定</p><p> 理論板:指離開此板的氣液兩相平衡,而且塔板上液相組成均勻。</p><p> 用逐板
25、計(jì)算法計(jì)算理論塔板數(shù):</p><p><b> 平衡方程</b></p><p> y1=0.8814 x1=0.6874</p><p> y2=0.7349 x2=0.4506</p><p> y3=0.5644 x3=0.2771</p><p> y4=0.
26、4395 x4=0.1883</p><p> x4=0.1883<0.2069</p><p> 即第四層理論板為進(jìn)料板,一般進(jìn)料板作為提餾段,則精餾段理論板數(shù)為3.</p><p><b> 平衡方程</b></p><p><b> 提餾段操作線方程:</b></p&
27、gt;<p> x1=0.1883 </p><p> y2=0.3585 x2=0.1419</p><p> y3=0.2693 x3=0.0983</p><p> y4=0.1854 x4=0.0631</p><p> y5=0.1177 x5=0.0380</p
28、><p> y6=0.0695 x6=0.0216</p><p> y7=0.0379 x7=0.01152</p><p> y8=0.01855 x8=0.0056</p><p> y9=0.0072 x9=0.00214</p><p> x9=0.00214<
29、;0.00394</p><p> 即提餾段9層板(不包括再沸器)</p><p> 3.5全塔效率的估算</p><p> 板效率與塔板結(jié)構(gòu),操作條件,物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān),它反映實(shí)際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式:</p><p><b> 計(jì)算。</b></p>
30、<p> 其中:—塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度;</p><p> —塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mPa.s。</p><p> 3.5.1塔頂、塔釜及進(jìn)料的溫度確定</p><p> 利用乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)用差值法計(jì)算進(jìn)料溫度、塔頂溫度、塔底溫度</p><p> 進(jìn)料溫度: =83.255<
31、/p><p> 塔頂溫度: =78.17</p><p> 塔底溫度: =99.99</p><p> 精餾段平均溫度 </p><p> 提留段平均溫度 </p><p> 3.5.2塔頂、進(jìn)料處及塔底處的相對揮發(fā)度</p><p> 根據(jù)乙醇與水溶
32、液x-y相平衡圖(圖7)可以查得:</p><p> y1==0.8814 x1=0.817 </p><p> =0.4115 =0.2069 </p><p> =0.0132 =0.00394 </p><p> 精餾段的平均相對揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p> 提餾段的平均相
33、對揮發(fā)度的求?。?lt;/p><p> 3.5.3混合物的粘度 </p><p><b> 利用黏性共線圖差得</b></p><p><b> 時(shí) </b></p><p><b> 時(shí) </b></p><p><b> 精餾
34、段粘度 </b></p><p><b> 提餾段粘度</b></p><p> 3.6實(shí)際塔板數(shù)的求取</p><p> ?。?)精餾段:已知=1.84 =0.4343mPa·s</p><p> =0.49=0.5177 ==≈5.79≈6塊</p><p>
35、?。?)提餾段: 已知=3.03 =0.3174mPa·s</p><p> =0.49=0.495 ==≈20.2≈21塊</p><p> 全塔所需實(shí)際塔板數(shù):= + =27塊</p><p><b> 全塔效率:</b></p><p> 加料板位置在第7塊塔板</p><
36、p> 第四章、塔的物性計(jì)算及特性條件</p><p><b> 4.1平均摩爾質(zhì)量</b></p><p> 根據(jù)乙醇與水的t-x(y)相平衡圖可知:</p><p> 塔頂==0.8814 =0.8824</p><p> = 0.881446+ (1-0.8814) 18=42.68k
37、g/kmol</p><p> =0.882446+(1-0.8824)18=42.71 kg/kmol</p><p> 進(jìn)料板:= 0.4115 =0.2069</p><p> = 0.411546+(1-0.4115)18=29.52kg/kmol</p><p> =0.206946+(1-0.2069)18=23.79
38、 kg/kmol</p><p> 塔釜: =0.0132 =0.00394</p><p> = 0.013246+ (1-0.0132) 18=18.37kg/kmol</p><p> =0.0039446+(1-0.00394)18=18.11 kg/kmol</p><p> 精餾段的平均摩爾質(zhì)量</p>
39、;<p> == 36.10kg/kmol</p><p> = =33.25 kg/kmol</p><p> 提餾段的平均摩爾質(zhì)量</p><p> ==23.95kg/kmol</p><p> ==20.95kg/kmol</p><p><b> 表3</b>&
40、lt;/p><p> 4.2平均密度 ρm</p><p> 查表計(jì)算各溫度下乙醇和水的密度</p><p> =83.255 =731.74 kg/</p><p> =969.14 kg/</p><p> =857.82 kg/</p><p><b>
41、 同理:</b></p><p> =78.17 =747.38 kg/</p><p> =99.99 =955.17 kg/</p><p> 所以=(+)/2=802.6 kg/</p><p> =(+)/2=906.50 kg/</p><p> =83.255
42、 kg/</p><p> =78.17 kg/</p><p> =99.99 kg/</p><p> 所以=(1.48+1.01)=1.245 kg/</p><p> =(1.01+0.60)=0.805 kg/</p><p> 4.3操作壓強(qiáng)的確定
43、</p><p><b> 塔頂?shù)膲簭?qiáng):</b></p><p><b> 每層塔板的壓降:△</b></p><p> 進(jìn)料板壓力: kpa</p><p><b> 塔釜壓力:</b></p><p> 精餾段平均操作壓強(qiáng)kpa</p
44、><p><b> 提餾段平均操作壓強(qiáng)</b></p><p> 4.4混合液體表面張力的計(jì)算 </p><p><b> 對乙醇q=2</b></p><p><b> ml </b></p><p> =46/716.01=64.24 m
45、l</p><p><b> ml</b></p><p><b> ml</b></p><p><b> ml</b></p><p><b> ml </b></p><p> 查不同溫度下水和乙醇的表面張力列表計(jì)算
46、</p><p> 乙醇的表面張力 16.84</p><p> 同理用內(nèi)插法計(jì)算水的表面張力</p><p> 經(jīng)推導(dǎo) </p><p><b> 塔頂液面張力</b></p><p> B=lg0.0015=-2.8239</p>&l
47、t;p><b> Q=0.441</b></p><p> A=B+Q=-3.5877</p><p><b> 聯(lián)立 </b></p><p><b> 代入 </b></p><p><b> 同理原料液表面張力</b>&l
48、t;/p><p><b> 塔底液表面張力</b></p><p><b> 精餾段表面張力 </b></p><p><b> 提餾段表面張力</b></p><p> 4.5汽液相體積流率</p><p><b> 精餾段 &l
49、t;/b></p><p><b> 氣相體積流率:</b></p><p> V=(R+1)D=(2.6+1)x0.01705=0.06138kmol/s m3/s</p><p><b> 液相體積流率:</b></p><p> L=RD=2.6×0.01705=0.0
50、4433kmol/s</p><p><b> m3/s</b></p><p> 提餾段:L′=RD+qF =0.11803kmol/s</p><p> 氣相體積流率: m3/s</p><p> 液相體積流率:== m3/s</p><p><b> 4.6.塔徑的計(jì)算&
51、lt;/b></p><p><b> 板間距與塔徑的關(guān)系</b></p><p><b> 表10</b></p><p> 塔徑的確定,需求,C由下式計(jì)算:,由smith圖查取,取板間距HT=0.45m,板上液層高度,</p><p><b> 則</b>&l
52、t;/p><p><b> 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b> 圖11</b></p><p> 圖中 HT——塔板間距,m; hL——板上液層高度,m;V ,L——分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量,m3/s; ρV,ρL ——分別為塔內(nèi)氣、液相的密度,kg/m3 。</p><p>
53、 4.6.1精餾段塔徑的確定:</p><p> 圖的橫坐標(biāo)為:=0.0248</p><p> 查smith圖得:=0.075 </p><p> C=C20()0.2 =0.076</p><p> umax=C=0.076×=1.928m/s</p><p> 取安全系數(shù)為0.7,<
54、/p><p> 則空塔氣速為:u=0.70umax=0.70×1.928=1.35m/s</p><p> 則精餾段塔徑D==1.33m</p><p> 塔徑圓整 D=1.4m</p><p><b> 塔橫截面積 </b></p><p> 4.6.2提餾段塔徑的確定:&
55、lt;/p><p> 圖的橫的坐標(biāo)為:=0.0246</p><p> 查smith圖得:= 0.071</p><p><b> =0.085</b></p><p> max=0.085×=2.85m/s</p><p> 取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為=0.70max=0.
56、70×2.85=1.996m/s</p><p> 則提餾段塔徑D=1.113m</p><p> 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后,D=1.4m</p><p><b> 塔橫截面積</b></p><p> 精餾段實(shí)際空塔氣速為:=1.22m/s</p><p> 提餾段實(shí)際空塔氣速為:=
57、1.26 m/s</p><p> 4.6精餾塔高度的計(jì)算</p><p> 塔的高度可以由下式計(jì)算:</p><p><b> n--實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p><b> --進(jìn)料板數(shù)</b></p><p><b> --人孔數(shù)</b&g
58、t;</p><p><b> --進(jìn)料板處間距</b></p><p><b> --人孔處板間距</b></p><p> --塔頂空間(不包括頭蓋部分)</p><p><b> --塔底空間</b></p><p><b>
59、--塔頂封頭高度</b></p><p><b> --裙座高度</b></p><p> 塔頂封頭(選橢圓形封頭=1400mm)查附錄得曲面高度350mm,直邊高度40mm,內(nèi)表面積2.3005,容積0.4202。則封頭高度=390mm</p><p> 塔頂空間=2=0.9m 考慮安裝除沫器取=1.2m</p>
60、<p> 塔底空間=1.585m</p><p> 人孔D>1000mm每隔6-8個(gè)塔板設(shè)一個(gè)人孔,則本設(shè)計(jì)需要3個(gè)人孔,每個(gè)人孔直徑為450mm人孔處板間距=600mm</p><p> 進(jìn)料處板間距=800mm</p><p> 裙座(圓筒形)裙座內(nèi)經(jīng)大于800mm,故取壁厚16mm</p><p><b
61、> 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)經(jīng)</b></p><p><b> 基礎(chǔ)環(huán)外徑</b></p><p> 圓整后 考慮到再沸器取=2500mm</p><p><b> 塔體總高</b></p><p><b> H=</b></p><p
62、> 第五章、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b> 5.1溢流裝置</b></p><p> 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(jìn)口堰。</p><p><b> 塔徑:D=1.4m</b></p><p> 5.1.1溢流堰長單溢流:,取堰長=0.65D
63、,即</p><p> =0.65×1.4=0.91 m</p><p> 5.1.2溢流堰出口堰高</p><p> hW=hL-hOW </p><p> 選用平直堰,堰上液層高度可用Francis計(jì)算,即</p><p> 精餾段: Lh= 6.61m3/h,所以 Lh/lW2.3==7.04
64、, =0.65</p><p><b> 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖</b></p><p><b> 圖12</b></p><p> 查上圖得:E=1.023,則 依式hOW=,得hOW==0.011m</p><p> 取板上清夜層高度,故hW=0.07-0.011=0.059m</p&
65、gt;<p><b> 提餾段: /h</b></p><p> Lh/lW2.5==5.44</p><p> 查得:E=1.005,則hOW==0.009m</p><p> 取板上清夜層高度,故=0.07-0.009=0.061m</p><p> 5.1.3降液管寬度Wd和截面積<
66、/p><p> 弓形降液管參數(shù)圖 圖13</p><p> 因?yàn)?,查上圖得:Wd/D=0.125,Af/AT =0.071,所以 Wd=0.125D=0.175m</p><p> Af=0.071×1.593=0.1093m2</p><p> 由式計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積,即</p>&
67、lt;p> 精餾段:=26.79s≥5s</p><p> 提餾段: =34.64s≥5s</p><p><b> 故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p> 5.1.4降液管底隙高度</p><p> 取液體通過降液管底隙的流速為0.1m/s</p><p><b>
68、; 依式得:</b></p><p> 精餾段:==0.020m,即≥20mm</p><p> 提餾段: ==0.0156 m,取=20mm</p><p> 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p><b> 5.2.塔板布置</b></p><p> 5.2.1 塔
69、板的分塊 </p><p> 本設(shè)計(jì)塔徑D=1.4m,故塔板采用分塊式,以便通過入孔裝拆塔板。</p><p> 查表得,塔板分為4塊。</p><p> 表十一 塔板分塊數(shù)</p><p> 5.2.2 邊緣區(qū)寬度的確定</p><p> 取邊緣區(qū)寬度:Wc=0.03m,溢流堰前的安定區(qū)寬度:Ws=0.0
70、7m</p><p> 5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p> 開孔區(qū)面積按下式計(jì)算:</p><p> 其中= =0.455m</p><p><b> ==0.67m</b></p><p><b> ==1.117m2</b></p><
71、;p> 5.2.4 篩板的篩孔和開孔率</p><p> 因乙醇-水組分無腐蝕性,可選用碳鋼板,取篩空直徑d0=5mm</p><p> 篩空按正三角排列,孔中心距t=3d0=35=15mm </p><p><b> 篩孔數(shù)目 </b></p><p> 開孔率 (在5--15%范圍內(nèi))</p
72、><p> 氣體通過篩孔的氣速為 </p><p><b> 則 精餾段 </b></p><p><b> 提餾段 </b></p><p> 第六章、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p> 6.1 氣體通過塔板的壓力降液柱</p><p>
73、 氣體通過塔板的壓力降(單板壓降)</p><p> ——?dú)怏w通過每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?,m液柱</p><p> ——?dú)怏w通過篩板的干板壓降,m液柱</p><p> ——?dú)怏w通過板上液層的阻力,m液柱</p><p> ——克服液體表面張力的阻力,m液柱</p><p> 6.1.1 干板阻力<
74、/p><p><b> 干板壓降 =</b></p><p> ——篩孔氣速,m/s</p><p><b> ——孔流系數(shù)</b></p><p> ——分別為氣液相密度,Kg/m3</p><p><b> 圖14</b></p&g
75、t;<p> 根據(jù)/=5/3=1.67 </p><p> 查干篩孔的流量系數(shù)圖C0 =0.78</p><p><b> 精餾段 液柱</b></p><p><b> 提餾段 液柱</b></p><p> 6.1.2 板上充氣液層阻力</p><
76、;p> 板上液層阻力用下面的公式計(jì)算:</p><p> ——板上清液層高度,m</p><p> ——反映板上液層充氣程度的因數(shù),可稱為充氣因數(shù)</p><p> 取=0.5 =0.07m</p><p> 則 精餾段 hl==0.5×0.07=0.035m</p><p> 提餾段
77、 hl=0.5×0.07=0.035m</p><p> 6.1.3 由表面張力引起的阻力忽略不計(jì)。</p><p> 6.1.4與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?lt;/p><p><b> 精餾段: </b></p><p><b> 提餾段:</b></p>
78、<p><b> 6.2 液面落差</b></p><p> 對于篩板塔,液面落差很小,且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大,故可忽略液面落差的影響</p><p> 6.3 液沫夾帶(霧沫夾帶)</p><p> 精餾段 泛點(diǎn)率=</p><p> 板上液體流經(jīng)的長度 =D-=1.05m</p&g
79、t;<p><b> 板上液流面積 </b></p><p> 取物性參數(shù)K=1.0 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.103</p><p><b> 則泛點(diǎn)率=<80%</b></p><p> 對于大塔,為了避免過量物沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%,由以上計(jì)算可知,物沫夾帶能夠滿足</p&
80、gt;<p> 提留段 取物性參數(shù)K=1.0 泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.103</p><p><b> 泛點(diǎn)率=</b></p><p> 對于大塔,為了避免過量物沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%,由以上計(jì)算可知,物沫夾帶能夠滿足</p><p><b> 6.4 漏液</b></p>
81、<p><b> 漏液驗(yàn)算</b></p><p> K=>1.5--2.0</p><p> u0 ——篩孔氣速 uow——漏液點(diǎn)氣速</p><p><b> ?。?)精餾段</b></p><p><b> 實(shí)際孔速</b></p
82、><p><b> 穩(wěn)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)中無明顯漏液。
83、</p><p><b> 6.5 液泛</b></p><p> 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從的關(guān)系</p><p> 乙醇-水組分為不易發(fā)泡體系 故取0.5</p><p><b> (1)精餾段 </b></p><p><b> 又
84、</b></p><p><b> 板上不設(shè)進(jìn)口堰</b></p><p><b> =</b></p><p> 液體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?hd=0.153()2=0.00156m</p><p> 單層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?=0.071m</p&g
85、t;<p> 板上液層高度 =0.07m</p><p> Hd=0.071+0.00156+0.07=0.14256m液柱</p><p><b> (2)提餾段</b></p><p> 液體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?hd=0.153()2=0.00146m</p><p> 單
86、層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?=0.068m</p><p> 板上液層高度 =0.07m</p><p> Hd=0.068+0.07+0.00146=0.1395m液柱</p><p> 故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象</p><p> 第七章、塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b&g
87、t; 7.1漏液線</b></p><p><b> 得精餾段</b></p><p><b> 代入數(shù)據(jù) </b></p><p><b> 同理提餾段:</b></p><p><b> 7.2液沫夾帶線</b></p&
88、gt;<p> 泛點(diǎn)率=作出液沫夾帶線按80%計(jì)算</p><p> 精餾段 0.8==</p><p><b> 為一直線</b></p><p><b> 提餾段:0.8==</b></p><p><b> 為一直線</b></p>
89、;<p><b> 可作出液沫夾帶線。</b></p><p> 7.3液相負(fù)荷下限線</p><p> 對于平直堰,取堰上液層高度how=0.006m作最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),由</p><p><b> =</b></p><p> 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限。
90、</p><p> 7.4液相負(fù)荷上限線</p><p> 液體的最大流量應(yīng)保證再降液管內(nèi)停留時(shí)間不低于3到5秒</p><p> 以5s 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限</p><p> 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線。</p><p><b> 7.5液泛線</b>&l
91、t;/p><p><b> 令 ,,</b></p><p><b> , 聯(lián)立得</b></p><p><b> 精餾段: </b></p><p><b> 解得 </b></p><p><b&
92、gt; ?。?)提餾段:</b></p><p><b> 解得 </b></p><p> 取若干個(gè)Ls值,計(jì)算相應(yīng)的Vs值。結(jié)果如下:</p><p> 根據(jù)以上各線方程,可做出篩板塔的精餾段負(fù)荷性能圖如下:</p><p> 由圖可知:故操作彈性為Vs,max/Vs,min=2.8/0.
93、3=9.33>2</p><p><b> 提餾段負(fù)荷性能圖:</b></p><p> 由圖可知:故操作彈性為Vs,max/Vs,min=3.5/0.3=11.66</p><p> 第八章、各接管尺寸的確定及選型</p><p> 8.1進(jìn)料管尺寸的計(jì)算及選型</p><p> 則
94、 Kg/m3</p><p><b> 則其體積流量:</b></p><p><b> 取館內(nèi)流速:</b></p><p><b> 則進(jìn)料管管徑:</b></p><p> 則可選擇進(jìn)料管 Ф423規(guī)格的熱扎無縫鋼管。</p><p>
95、 8.2回流管尺寸的計(jì)算及選型</p><p><b> 采用直管回流管</b></p><p> 取釜液出塔的速度ul=1.6m/s</p><p> =747.38 Kg/m3</p><p><b> 則釜液出口管管徑:</b></p><p> 則可選擇釜
96、液出口管Ф423規(guī)格熱軋無縫鋼管。</p><p> 8.3釜液出料管尺寸的計(jì)算及選型</p><p> 取釜液出塔的速度uw=1.0m/s</p><p> =955.17 Kg/m3</p><p><b> 則釜液出口管管徑:</b></p><p> 則可選擇回流管Ф423規(guī)格熱
97、軋無縫鋼管。</p><p> 8.4塔底蒸汽出口徑及選型</p><p><b> Kg/m3</b></p><p> 采用直管進(jìn)氣,取適當(dāng)流速 u=23m/s</p><p><b> d=</b></p><p> 所選規(guī)格為:Ф3518熱軋無縫鋼管。<
98、;/p><p> 8.5塔頂蒸汽出口徑及選型</p><p><b> Kg/m3</b></p><p> 采用直管出氣,取適當(dāng)流速 u=20m/s</p><p> 所選規(guī)格為:Ф4028熱軋無縫鋼管。</p><p> 第九章、精餾塔的主要附屬設(shè)備</p><p&g
99、t;<b> 9.1熱量衡算</b></p><p> 比熱容及汽化潛熱的計(jì)算</p><p> 9.1.1塔頂溫度下的比熱容 </p><p><b> 插值法計(jì)算</b></p><p> 同理進(jìn)料溫度下的比熱容</p><p><b> 塔底溫
100、度下的比熱容</b></p><p> 塔頂溫度下的汽化潛熱 </p><p><b> 9.1.2熱量衡算</b></p><p><b> 時(shí)塔頂上升的熱量</b></p><p><b> 回流液的熱量</b></p><
101、;p><b> 塔頂餾出液的熱量</b></p><p><b> 塔底殘夜的熱量</b></p><p><b> 冷凝器消耗的熱量</b></p><p> 再沸器提供的熱量 塔釜熱損失為10%</p><p> =7284699.07KJ/h</p
102、><p><b> 9.2冷凝器</b></p><p> ?。?)冷凝器的選擇:強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器</p><p> 冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置,用泵向塔頂送回流冷凝水,在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐,這樣可以減少臺架,且便于維修、安裝,造價(jià)不高。</p><p><b> T=78.17℃時(shí)</b>
103、</p><p> 查表得r=2493KJ/Kg</p><p> 則 =6384322.6KJ/h</p><p> 取水為冷凝器介質(zhì)其進(jìn)出冷凝器的溫度為25℃和40℃ </p><p> 出料液溫度78.17℃飽和氣體到78.17℃飽和蒸汽</p><p> 所以,傳熱面積: A=</p
104、><p><b> ==45.26℃</b></p><p><b> A=48.21</b></p><p> 取安全系數(shù)1.04 A=50.14 </p><p> 因此選用BES 600-1.6-108-6/19 2II浮頭式換熱器。</p><p><
105、b> 9.3再沸器</b></p><p> 選用120℃飽和水蒸氣加熱,傳熱系數(shù)取K取700W·m-2/℃</p><p> 料液溫度:99.99℃100℃,水蒸汽溫度:120℃120℃</p><p><b> 逆流操作:則</b></p><p><b> ==20.
106、00℃</b></p><p> QB=7284699.07KJ/h</p><p> A==124.48取安全系數(shù)1.04 A=129.46</p><p> 選用BES 1000-1.6-311-6/19 4II浮頭式換熱器。</p><p><b> 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</b></p>
107、<p><b> 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì)</b></p><p> 精餾塔的設(shè)計(jì),在化工行業(yè)有較廣的應(yīng)用,通過短短兩周的設(shè)計(jì),使我認(rèn)識到精溜在應(yīng)用是十分廣泛的,但是,要把此塔設(shè)計(jì)好是有一定難度的,它不僅要求我們擁有較高的理論基礎(chǔ),還要求我們掌握一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。</p><p> 本次課程設(shè)計(jì)難度大,主要是計(jì)算復(fù)雜,計(jì)算量大,考慮的細(xì)節(jié)較多,對同一個(gè)設(shè)備
108、分成兩部分進(jìn)行考慮,既相互獨(dú)立又須彼此照應(yīng),始終要考慮計(jì)算是為一個(gè)設(shè)備進(jìn)行。通過這次設(shè)計(jì),使我認(rèn)識到不僅要學(xué)好《化工原理》等專業(yè)課,還要對設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都要學(xué)好用好,只有這樣才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要考慮很多問題,尤其是一些不容易引起重視細(xì)節(jié)問題,否則“小毛病出大問題”,這就要我考慮問題要全面詳細(xì)。學(xué)以致用,要多學(xué)各方面的知識并充分利用,用融合的,相互聯(lián)系的知識能更好地解決問題。</p><p&g
109、t; 但是由于時(shí)間短、工藝復(fù)雜,加上首次進(jìn)行這樣的大型設(shè)計(jì),經(jīng) 驗(yàn)不足且水平有限,在本次設(shè)計(jì)中,缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免,敬請各位老師指正。但是只要我們在計(jì)算中保持高的精確度,這種誤差可以大大地減小。在計(jì)算中,精餾段和提餾段有一定的差別,這就要綜合所學(xué)知識,將二者合二為一,使其統(tǒng)一。</p><p> 總之,在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識,同時(shí)使我認(rèn)識到理論于實(shí)踐的結(jié)合有多重要,并且意識到這樣的大型設(shè)計(jì)僅僅靠自己一個(gè)
110、人是很難完成的,我們要互相學(xué)習(xí),借閱各種資料詢問老師達(dá)到自己想要的結(jié)果,只有這樣,我們才能做出更好的設(shè)計(jì)。</p><p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> 柴誠敬. 化工原理 (第二版)上.北京:高等教育出版社,2010</p><p> 柴誠敬. 化工原理 (第二版)下.北京:高等教育出版社,2010</p>
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