化工原理課程設(shè)計(jì)——水與甲醇精餾

1、<p><b>　　前 言</b></p><p><b>　　1.精餾簡(jiǎn)介</b></p><p>　　蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是一種屬于傳質(zhì)分離的單元操作。廣泛應(yīng)用于煉油、化工、輕工等領(lǐng)域。蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其揮發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來(lái)實(shí)現(xiàn)分離目的。以本設(shè)計(jì)所選取的

2、甲醇-水體系為例，加熱甲醇（沸點(diǎn)64.5℃）和水（沸點(diǎn)100.0℃）的混合物時(shí),由于甲醇的沸點(diǎn)較低（即揮發(fā)度較高）,所以甲醇易從液相中汽化出來(lái)。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過(guò)程，即可將甲醇和水分離。經(jīng)過(guò)多次部分汽化部分冷凝，最終在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。</p><p>　　在工業(yè)精餾設(shè)備中，使部分汽化的液相與部分冷

3、凝的氣相直接接觸，以進(jìn)行氣液相際傳質(zhì)，結(jié)果是氣相中的難揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入液相，液相中的易揮發(fā)組分部分轉(zhuǎn)入氣相，也即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了液相的部分汽化和氣相的部分冷凝。</p><p>　　蒸餾按操作可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾多為多組分精餾，從石油工

4、業(yè)、酒精工業(yè)直至焦油分離，基本有機(jī)合成，空氣分離等等，特別是大規(guī)模的生產(chǎn)中精餾的應(yīng)用更為廣泛。本設(shè)計(jì)著重討論常壓下甲醇-水雙組分體系精餾。</p><p><b>　　2.塔設(shè)備簡(jiǎn)介</b></p><p>　　在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收，解吸，精餾，萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳

5、質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>　　根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量踏板，氣體以鼓泡活噴射形式穿過(guò)板上液層進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞，氣液相組成成階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過(guò)程。填料塔內(nèi)有定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流而上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞，氣相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過(guò)程。</p><p>　　工業(yè)上

6、對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳質(zhì)、傳熱效率高；（3）氣流的摩擦阻力?。唬?）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料消耗少；（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外還要求不易堵塞、耐腐蝕等。</p><p>　　實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)塔型特點(diǎn)、物系性質(zhì)、生產(chǎn)工藝條件、操作方式、設(shè)備投資、操作與維修費(fèi)用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等因素，依矛盾的主次，綜

7、合考慮，選擇適宜的塔型。</p><p>　　浮閥塔是許多工廠進(jìn)行蒸餾操作易采用的一種板式塔．其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是在帶有降液管的板塔上開有若干個(gè)大孔，每孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片，其標(biāo)準(zhǔn)孔徑是39mm.有孔上升的氣流，經(jīng)過(guò)閥片與塔板的間隙而與塔板上橫流的液體接觸．</p><p>　　國(guó)內(nèi)最常用的閥片型式為：F1型，閥片帶有三條＂腿＂，插入閥孔后將各腿底腳扭轉(zhuǎn)90°角，用以限制操作是

8、閥片在板上升起的最大高度（8.5mm）, 閥片周邊又沖出三塊略向下彎的定距片，使閥片處于靜止位置時(shí)仍與塔板間留有一定的縫隙（2.5mm）．這樣，當(dāng)氣量很小時(shí)氣體仍可以通過(guò)縫隙均勻地鼓泡，避免閥片起，閉不穩(wěn)的脈動(dòng)現(xiàn)象．</p><p>　　F1浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)約材料，廣泛用于化工及煉油生產(chǎn)中，已知標(biāo)準(zhǔn)化（JB1118-68）.F1浮閥又分為輕閥和重閥兩種；重閥每個(gè)約重33g,輕閥約重25g.除了F1浮閥

9、外，閥片還有V-0,V-4,V-6型A型，十字架型等。</p><p><b>　　采用浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1.生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 </p><p>　　2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作

10、而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。</p><p>　　3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 </p><p>　　4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 </p><p>　　5．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，

11、但是比篩板塔高 20%～30。 </p><p>　　但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來(lái)，浮閥塔的推廣并不是越來(lái)越廣。</p><p>　　綜合考慮利弊，對(duì)于甲醇-水體系，本設(shè)計(jì)選用篩板塔。</p><p><b>

12、　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1操作條件的確定</p><p>　　1.1.1操作壓力的確定</p><p>　　塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問(wèn)題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)綜合考慮，一般有下列原則：</p><p>　?、?壓力增加可提

13、高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。因此如果在常壓下操作時(shí)，塔頂蒸汽可以用普通冷卻水進(jìn)行冷卻，一般不采用加壓操作。操作壓力大于1.6MPa才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸汽時(shí)，應(yīng)對(duì)低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進(jìn)行比較后，確定適宜的操作方式。</p><p>　?、?考慮利用較高溫度的蒸汽冷凝熱，或可利用較低品位

14、的冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問(wèn)題和設(shè)備費(fèi)用的增加，可以使用加壓操作。</p><p>　?、?真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。</p><p>　　綜合考慮以上因素本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。</p><p>　　1.1.2.進(jìn)料狀態(tài)</p><p>

15、　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)，塔徑，回流比以及塔的熱負(fù)荷有關(guān)．進(jìn)料熱狀況有五種。</p><p>　　q>1.0時(shí)，為低于泡點(diǎn)的溫度的冷液進(jìn)料;</p><p>　　q=1.0時(shí)，為泡點(diǎn)下的飽和液體；</p><p>　　0＜q<1時(shí)，為介于泡點(diǎn)與露點(diǎn)的氣液混合物；</p><p>　　q=0時(shí)　，為露點(diǎn)下的飽和蒸汽；</p>

16、<p>　　q＜0時(shí)，高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽進(jìn)料。</p><p>　　一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或者接近泡點(diǎn)才送入塔內(nèi)，這樣塔操作容易被控制，飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。冷液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低，但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，q＝1。

17、</p><p>　　1.1.3．加熱方式</p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇-水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，間接水蒸汽加熱。</p><p><b>　　1.1.4.回流比</b></p>

18、<p>　　選擇回流比主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用最低。實(shí)際操作的R必須大于Rmin，但并無(wú)上限限制。選定操作R時(shí)應(yīng)考慮，隨R選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量L，V，L’，V’增加，勢(shì)必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，既操作費(fèi)用增大。若R值過(guò)大，即氣液流量過(guò)大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如右圖所示?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R值稱為最

19、佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳R值，常用的適宜R值范圍為：R＝（1.2～2）Rmin。本設(shè)計(jì)綜合考慮以上原則，選用：R＝1.5Rmin。</p><p>　　1.2確定設(shè)計(jì)方案的原則</p><p>　　總的原則是盡可能多地采用先進(jìn)的技術(shù)，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。</p><p>　　滿足

20、工藝和操作的要求    所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。</p><p>　　滿足經(jīng)濟(jì)上的要求     要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費(fèi)用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的

21、消耗。回流比對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。</p><p>　　保證生產(chǎn)安全   生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆產(chǎn)品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強(qiáng)度。</p><p><b>　　第二節(jié) 工藝流程圖</b></p><p>

22、　　甲醇－水混合原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)后，送進(jìn)精餾塔，塔頂上升的蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分采用回流，其余為塔頂產(chǎn)物，塔釜采用間接蒸汽加熱供熱，塔底產(chǎn)物冷卻后送入儲(chǔ)槽。</p><p>　　第三節(jié) 板式精餾塔的工藝計(jì)算</p><p><b>　　3.1 物料衡算</b></p><p>　　（1）已知條件 已知：進(jìn)料組成XF＝0.4（質(zhì)

23、量分率），進(jìn)料q=1</p><p>　　由于年處理量3.5萬(wàn)噸原料液，且開工率7200 小時(shí)，因此：</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：XD＝0.98（質(zhì)量分率），Xw=0.01（質(zhì)量分率）</p><p>　　將物料的質(zhì)量分率轉(zhuǎn)化為摩爾分率：</p><p>　?。?）進(jìn)料平均分子量：</p><p><b>

24、;　　（3）物料衡算方程</b></p><p>　　3.2物系相平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>　　基本物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）甲醇?xì)庖浩胶鈹?shù)據(jù)</p><p>　　常壓下甲醇和水的氣液平衡表（t—x—y）</p><p>　　3.3 理論塔板數(shù)的計(jì)算</

25、p><p><b>　?。?）q線方程</b></p><p>　　因?yàn)閄F＝0.2727 q＝1 q線方程為：x＝0.2727</p><p>　　讀圖可知平衡線和q線交點(diǎn)為: Xe=0.2727，ye=0.644</p><p>　?。?）回流比R的確定</p><p>　

26、　R=1.6Rmin=1.5×0.8645=1.3</p><p>　?。?）精餾段和提鎦段的氣液流量</p><p>　　D＝159.868kmol/h R＝1.3</p><p>　　精餾段：L＝RD＝207.83kmol/h</p><p>　　V＝（R＋1）D＝367.69kmol/h</p><

27、p>　　提餾段：L'＝L＋qF＝207.83+574.308=782.138kmol/h</p><p>　　V' =V+（q-1）F＝V＝367.69kmol/h</p><p>　?。?）精餾段操作線方程</p><p>　　(4)提餾段操作線方程</p><p>　　(5)M-T法確定理論板數(shù)</p>

28、<p>　　根據(jù)上述操作線方程，用M-T法確定理論板數(shù)如下</p><p>　　由上圖可知,精餾段共有7塊板,第7塊為進(jìn)料板,提餾段3快板,全塔共有7+3=10塊(包括再沸器)。</p><p>　　3.4實(shí)際板數(shù)的確定</p><p>　　（1）全塔溫度的計(jì)算</p><p>　　通過(guò)“t-x-y”數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算得：</

29、p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料：＝0.2727 </p><p>　　進(jìn)料板溫度78.95℃</p><p>　　塔頂溫度：64.72℃</p><p><b>　　塔底溫度：℃</b></p><p>　　精餾段平均溫度=(78.95+64.72)/2=71.835℃</p><p&g

30、t;　　提餾段平均溫度=(98.9+78.95)/2=88.925℃</p><p>　　（2）全塔粘度的計(jì)算</p><p>　　1）塔頂粘度 由 64.72℃根據(jù)水和甲醇共線圖查得</p><p>　　2）塔底粘度 由℃根據(jù)水和甲醇共線圖查得</p><p>　　3）進(jìn)料板粘度 由78.95℃根據(jù)

31、水和甲醇共線圖查得</p><p>　　4）全塔平均粘度 =</p><p><b>　　精餾段平均粘度=</b></p><p><b>　　提餾段平均粘度=</b></p><p><b>　?。?）相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b

32、>　?。?）全塔效率</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　（5）實(shí)際塔板數(shù) </p><p>　　提餾段不算塔釜：7-1=6塊</p><p>　　總:15+6=21塊</p><p>　　第四節(jié) 塔徑塔板工藝尺寸的確定&

33、lt;/p><p>　　4.1 各設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　塔頂壓強(qiáng)，取每層塔板壓強(qiáng)△p=0.7kPa，</p><p>　　則進(jìn)料板的壓力為：，</p><p><b>　　塔底壓力為：，</b></p><p>　　故精餾段平均操作壓力為：</p><p>　　故提餾

34、段平均操作壓力為：</p><p><b>　　4.1.2溫度</b></p><p>　　塔頂溫度=64.72℃ 進(jìn)料溫度=78.95℃ 塔釜溫度=98.9℃</p><p>　　則精餾段的平均溫度：℃</p><p>　　提餾段的平均溫度：℃</p><p><b>　　塔平

35、均溫度為：℃</b></p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量： </p><p><b>　　進(jìn)料板： </b></p><p><b>　　塔底： </b></p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量：</p&g

36、t;<p><b>　　1）氣相密度</b></p><p><b>　　液相密度</b></p><p>　　甲醇-水在各溫度下的密度(查共線圖)</p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p><b>　　塔頂：</b>&l

37、t;/p><p><b>　　塔底： </b></p><p>　　甲醇-水各溫度下的表面張力(由共線圖查得)</p><p>　　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>　　4.1.6液體粘度的計(jì)算</p><p>　　1）塔

38、頂粘度 由 64.72℃根據(jù)水和甲醇共線圖查得</p><p>　　2）塔底粘度 由℃根據(jù)水和甲醇共線圖查得</p><p>　　3）進(jìn)料板粘度 由78.95℃根據(jù)水和甲醇共線圖查得</p><p>　　4）全塔平均粘度 =</p><p><b>　　精餾段平均粘度=</b>

39、;</p><p><b>　　提餾段平均粘度=</b></p><p>　　4.1.7液負(fù)荷計(jì)算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　4.2 塔徑塔板工藝尺寸的確定 &l

40、t;/p><p>　　4.2.1 塔徑的計(jì)算 </p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　取塔板間距，</b></p><p><b>　　板上液層高度，</b></p><p>　　塔板間距與塔徑的關(guān)系</p>

41、<p><b>　　那么分離空間： </b></p><p>　　功能參數(shù)：,從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：</p><p><b>　　, 由于</b></p><p><b>　　取安全系數(shù)=0.7</b></p><p><b>　　則空塔氣速</b&

42、gt;</p><p>　　圓整得 D=1.6m</p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b&g

43、t;</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：</p><p><b>　　取安全系數(shù)=0.7</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　為了防止精餾段塔徑大于提留段，造成塔的穩(wěn)定性下降，</p><p><b>　　所以圓整取</b

44、></p><p><b>　　塔截面積： </b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p>　　4.2.2 溢流裝置的確定 </p><p>　　選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。單溢流又稱直徑流，液體自液盤橫向流過(guò)塔板至溢流堰，流體流

45、徑較大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，直徑小于2.2m的塔中廣泛使用。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。</p><p><b>　　溢流堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　精餾段、提餾段：</b></p><p>　　根據(jù)塔徑=1.6m，溢流堰長(zhǎng)</p><p><b>　

46、　2)出口堰高</b></p><p>　　選用平直堰，堰上液層高度</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段:</b></p><p>　　3）弓形降液管寬度和面積</p><p><b>　　查圖知 </

47、b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間</p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　停留時(shí)間 故降液管尺寸可用。</p><p>　　4) 降液管底隙高度</p><p

48、><b>　　，取</b></p><p><b>　　則精餾段：=</b></p><p><b>　　提鎦段：=</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理</p><p>　　選用凹形受液盤，深度取0.06m</p><p>　　4

49、.2.3 安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定 </p><p>　　1) 入口安定區(qū) 塔板上液流的上游部位有狹長(zhǎng)的不開孔區(qū)，叫入口安定區(qū)，其寬度為。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性液封，同時(shí)也防止氣泡竄入降液管。精餾段取=100mm,提鎦段取=100mm。</p><p>　　2） 邊緣固定區(qū) 在塔板邊緣有寬度為WC的區(qū)域不開孔，這部分用于塔板固定。。精餾段取=60mm,提

50、鎦段取=60mm。</p><p>　　4.2.4 塔板布置圖閥孔數(shù)的確定及排列</p><p><b>　　工藝要求：孔徑</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　取閥孔動(dòng)能因子 =10</p><p><b>　　孔速&

51、lt;/b></p><p><b>　　浮閥孔數(shù) </b></p><p>　　提餾段：取閥孔動(dòng)能因子 =9</p><p><b>　　孔速</b></p><p><b>　　浮閥孔數(shù) </b></p><p>　　由此可知，因精餾段

52、和提餾段的氣相速度相差不大，塔徑一致，在浮閥孔布置圖時(shí)可取相同參數(shù)，采用相同閥孔布置圖。</p><p>　　取無(wú)效區(qū)寬度 =0.06m </p><p>　　安定區(qū)寬度 =0.1m</p><p>　　弓形降液管寬度 </p><p>　　開孔區(qū)面積 =1.36m2</p><p>　

53、　其中 R==0.74m</p><p><b>　　x==0.501m</b></p><p>　　浮閥孔排列：因?yàn)楦￠y塔在塔板鼓泡區(qū)用叉排時(shí)氣液接觸效果較好，故選用叉排，對(duì)整塊式塔板，采用正三角形叉排。孔心距t為75～125mm。取相鄰兩排孔的中心距t＝75mm。排得239孔。浮閥孔排布圖：</p><p>　　(2)驗(yàn)算

54、氣速及閥孔動(dòng)能因數(shù)</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9-12范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　塔板開孔率：</b></p><p>　　開孔率應(yīng)在10%～14%之間，塔板開孔率基本符合要求。</p><p>&

55、lt;b>　　提餾段：</b></p><p>　　閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9-12范圍之內(nèi)。</p><p><b>　　塔板開孔率：</b></p><p>　　開孔率應(yīng)在10%～14%之間，塔板開孔率基本符合要求</p><p>　　4.2.5塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p

56、>　　4.2.5.1氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降 </p><p><b>　　(1)干板阻力:</b></p><p>　　(2)板上充氣液層阻力:</p><p>　　由于甲醇－水系統(tǒng)里，液相是水，故</p><p>　　(3)液體表面張力所造成的阻力:</p><p>　　液體表面張力所造

57、成的阻力，一般很小，完全可以忽略。</p><p><b>　　(4)單板壓強(qiáng)降：</b></p><p>　　=0.0715×811.55×9.81＝569.2Pa</p><p>　　4.2.5.2淹塔 </p><p>　　為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，需要控制降液管中清液層高度： </p&g

58、t;<p><b>　　且有</b></p><p>　　液體通過(guò)塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p=0.0715m</p><p>　　所以降液管液面高度Hd=0.0715＋0.002586＋0.07=0.144m</p><p>　　因?yàn)橐掖肌奈锵挡灰?起泡，取 </p><p>　　因?yàn)镠d=&

59、lt;0.255，所以設(shè)計(jì)結(jié)果符合要求。</p><p>　　4.2.5.3霧沫夾帶</p><p>　　綜合考慮生產(chǎn)能力和塔板效率，一般應(yīng)使霧沫夾帶量eV限制在10%以下，校核方法常為：控制泛點(diǎn)百分率F1的數(shù)值。所謂泛點(diǎn)率指設(shè)計(jì)負(fù)荷與泛點(diǎn)負(fù)荷之比的百分?jǐn)?shù)。其經(jīng)驗(yàn)值為大塔F1<80%-82%</p><p><b>　　CF泛點(diǎn)負(fù)荷因素</b&

60、gt;</p><p>　　由 =0.45m, =1.079kg/ m3, </p><p>　　查圖得：CF=0.105 </p><p>　　因?yàn)榧状?水系統(tǒng)為無(wú)泡沫（正常）系統(tǒng)，所以取K=1</p><p><b>　　板上液流面積：<

61、/b></p><p><b>　　板上液體流經(jīng)面積：</b></p><p>　　從結(jié)果可知符合要求，可保證霧沫夾帶量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。</p><p>　　4.2.3汽液負(fù)荷性能計(jì)算</p><p><b>　　(1)霧沫夾帶線</b></p><p>　　按泛點(diǎn)率=

62、80%計(jì)算：</p><p>　　整理得到霧沫夾帶線的方程：</p><p>　　由上式可知，霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)Ls值，算出相應(yīng)的Vs值，列于本附表中，可作出霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　　(2)液泛線</b></p><p>　　因?yàn)槲锵狄欢?，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則HT,hw,ho,l

63、w,ρV,ρL,及Φ等均為定值，而uo,Vs有如下關(guān)系，即：</p><p>　　(3)液相負(fù)荷上限線</p><p>　　液體最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3～5s，則液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 ,求出上限液體流量Ls值（常數(shù)），在Vs-Ls圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量Vs無(wú)關(guān)的豎直線。</p><p>　　以θ=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則：

64、</p><p><b>　　(4)漏液線</b></p><p>　　對(duì)于F1型重閥，依 計(jì)算，</p><p><b>　　又知道，</b></p><p><b>　　則得：</b></p><p>　　(5)液相負(fù)荷下限線</p>

65、<p>　　取堰上液層高度how=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，依how的計(jì)算式算出Ls的下限值，依此作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。取E=1,則：</p><p>　　(6)方程匯總并作出負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　霧沫夾帶線： </b></p><p><b>　　液泛線：</b&

66、gt;</p><p><b>　　液相負(fù)荷上限線：</b></p><p><b>　　漏液線：</b></p><p><b>　　液相負(fù)荷下限線：</b></p><p>　　根據(jù)上面的計(jì)算可以作出負(fù)荷性能圖，如下</p><p><b>

67、;　　(7)小結(jié)</b></p><p>　　由塔板的負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)處在區(qū)內(nèi)位置較偏,穩(wěn)定性不是很好。</p><p>　　塔板為氣相負(fù)荷上限先由霧沫夾帶控制，后由液泛控制操作，操作下線由漏液線控制。</p><p>　　按照固定的液氣比,由附圖查出</p>

68、<p>　　塔板氣相負(fù)荷上限: </p><p>　　塔板氣相負(fù)荷下限: </p><p><b>　　則：</b></p><p>　　第五節(jié) 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</p><p>　　篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號(hào)匯總表</p><p>　　第六節(jié)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p&

69、gt;　　6.1 塔頂全凝器的計(jì)算及選型</p><p>　　(1)全凝器的選擇：（列管式全凝器）</p><p>　　全凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在全凝器和泵之間需設(shè)回流罐，這樣可以減少臺(tái)架，且便于維修、安裝，造價(jià)不高。</p><p>　　(2)全凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量</p><p>　　甲醇-水走殼程，

70、冷凝水走管程，采用逆流形式</p><p>　　①．甲醇-水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p><b>　　64.7361℃</b></p><p><b>　　冷凝蒸汽量：</b></p><p>　　由于甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.965,所以可以忽略水的冷凝熱,r=1100.18KJ/kg </p&g

71、t;<p>　　②．冷凝水始溫為15℃，取全凝器出口水溫為25℃，在平均溫度</p><p>　　物性數(shù)據(jù)如下（甲醇在膜溫40.3℃下，水在平均溫度16℃下）</p><p>　　③a. 設(shè)備的熱參數(shù)：</p><p><b>　　b．水的流量：</b></p><p><b>　　c．平均溫

72、度差：</b></p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”取K=2000W/(m2.℃)</p><p>　　傳熱面積的估計(jì)值為：</p><p>　　安全系數(shù)取1.2 換熱面積A=1.2×37.95=45.54m2</p><p>　　管子尺寸取25mm 水流速取ui=1.0m/s</p>&l

73、t;p><b>　　管數(shù)：</b></p><p><b>　　管長(zhǎng)：</b></p><p><b>　　取管心距</b></p><p>　　殼體直徑取600mm</p><p>　　折流板：采用弓形折流板</p><p>　　取折流板間距B=

74、200mm</p><p>　　由上面計(jì)算數(shù)據(jù)，選型如下：</p><p>　　6.2 塔底再沸器面積的計(jì)算及選型</p><p>　　(1)再沸器的選擇：列管式蒸發(fā)器</p><p>　　對(duì)直徑較大的塔，一般將再沸器置于塔外。其管束可抽出，為保證管束浸于沸騰器液中，管束末端設(shè)溢流堰，堰外空間為出料液的緩沖區(qū)。其液面以上空間為氣液分離空間。

75、</p><p><b>　　換熱面積</b></p><p><b>　　換熱量為 </b></p><p>　　考慮到5%的熱損失后 </p><p><b>　　傳熱面積： A=</b></p><p>　　蒸汽溫度為120℃，冷液進(jìn)口溫度為98

76、.9℃，出口溫度為99.592℃</p><p><b>　　則 ℃</b></p><p>　　取傳熱系數(shù)K=1000W/（m2.K）</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　6.3 其他輔助設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p>　　6.3.1 進(jìn)

77、料管</p><p>　　進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。</p><p><b>　　管徑的計(jì)算</b></p><p><b>　　，取，</b></p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格Φ57×3mm</p>&

78、lt;p>　　6.3.2 回流管</p><p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格：Φ70mm3mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p>

79、<p>　　6.3.3 塔釜出料管</p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b></p><p><b>　　=m3/s</b></p><p>　　取適宜的輸送速度uw=0.785m/s則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格：Φ60mm3mm</p&g

80、t;<p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　6.3.4 再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為20m/s,</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格：Φ650mm12.5mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p&

81、gt;<p>　　6.3.5 冷凝水管</p><p>　　冷凝水進(jìn)口溫度為15℃，水的物性數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　水的物性數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　ρ=999.4kg/m3,μ=1.2363,</p><p>　　冷凝水質(zhì)量流率，取流速為1.6m/s</p><

82、p><b>　　管徑</b></p><p>　　選取 Φ268×4mm熱軋無(wú)縫鋼管</p><p><b>　　實(shí)際流速為</b></p><p>　　6.3.6 冷凝水泵</p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p>

83、　　取ε=0.1，，查圖摩擦系數(shù)λ=0.031</p><p>　　各管件及閥門阻力系數(shù)如下:</p><p><b>　　設(shè)管長(zhǎng)為50米,</b></p><p>　　塔有效高度加裙座加全凝器高度取Ho=20m</p><p><b>　　揚(yáng)程取24m</b></p><p&g

84、t;<b>　　流量</b></p><p>　　選擇IS200-150-315型離心泵,參數(shù)為</p><p>　　流量V=400,揚(yáng)程,轉(zhuǎn)速,</p><p><b>　　泵效率,軸功率</b></p><p>　　6.3.7 進(jìn)料泵 和塔高、人孔數(shù)的計(jì)算</p><p&g

85、t;　　塔總高（不包括群座）由下式?jīng)Q定</p><p>　　式中 H—塔高，m；--塔頂空間，m；--塔板間距，m；</p><p>　　--開有人孔的塔板間距，m；--進(jìn)料段高度，m；</p><p>　　--塔底空間，m；--實(shí)際塔板數(shù)，m；</p><p>　　--人孔數(shù)（不包括塔頂空間與塔底空間的人孔數(shù)）。</p>&

86、lt;p>　　所以取1.5m ， =21塊 ，=0.45m ，=0.35m , =0.8m，每5塊取一個(gè)人孔，則=3個(gè)。</p><p>　　的計(jì)算，塔釡料液最好能在塔底有3~5分鐘的存儲(chǔ)，所以取5分鐘來(lái)計(jì)算。</p><p>　　因?yàn)?=0.004763×300=1.4289m3</p><p><b>　　∴=0.711m</b&

87、gt;</p><p>　　則=1.5+(21-2-3)×0.4+3×0.35+0.8+0.711=10.461m</p><p>　　裙座高度取5m，所以總高度為 15.461m。</p><p>　　F=574.308kmol/h=kg/s=14.5m3/h</p><p>　　料液罐的壓強(qiáng)為常壓1atm，加料板的壓強(qiáng)

88、為110.4KPa</p><p>　　進(jìn)料口的高度為8.211m ，進(jìn)料段的表壓為1.090atm，管路阻力</p><p>　　管路的高度為 8.211+1.090×10+=19.111+,所以要選一個(gè)適合這個(gè)流量和高度的泵，查型離心泵性能表 </p><p>　　從各個(gè)方面考慮下來(lái)，IS80-65-160比較適合作進(jìn)料泵，其有關(guān)參數(shù)為：</p&

89、gt;<p>　　第七節(jié) 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p>　　1.《化工原理》上冊(cè)，天津大學(xué)出版社，姚玉英主編。</p><p>　　2.《化工原理》下冊(cè)，天津大學(xué)出版社，姚玉英主編。</p><p>　　3.《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，華南理工大學(xué)編。</p><p>　　4.化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元

90、操作課程設(shè)計(jì)），賈紹義，柴誠(chéng)敬，天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　5.《化工原理課程設(shè)計(jì)》柴誠(chéng)敬，王軍.張纓.天津科學(xué)技術(shù)出版社，2006. </p><p>　　7．《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》 李功樣, 陳蘭英, 崔英德編</p><p>　　8． 《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》</p><p><b>　　第八節(jié) 設(shè)計(jì)感想&l

91、t;/b></p><p>　　經(jīng)過(guò)近兩個(gè)周的奮戰(zhàn)，化工原理課程設(shè)計(jì)終于圓滿完成。這是個(gè)艱辛的過(guò)程，更是個(gè)豐收的過(guò)程。在理論知識(shí)方面，對(duì)課本上的知識(shí)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，懂得了實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)的不易；在學(xué)習(xí)工作方面，學(xué)會(huì)了耐心、堅(jiān)持與認(rèn)真。當(dāng)把自己近四十頁(yè)的設(shè)計(jì)文檔排版時(shí)，不管它設(shè)計(jì)的優(yōu)不優(yōu)秀，有沒(méi)有瑕疵，心里都極其高興，因?yàn)樗亲约盒羷诘某晒?。這不多不少的四十頁(yè)的設(shè)計(jì)，看著有種沉甸甸的感覺(jué)，它凝結(jié)了我所有的努力和

92、成果，其中設(shè)計(jì)的糾結(jié)成功的喜悅只有自己知道。</p><p>　　在這里我將自己這兩周來(lái)的收獲與感想總結(jié)如下：</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出實(shí)際應(yīng)用的東西，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，設(shè)計(jì)教

93、會(huì)了我耐心，很多地方都是需要先假設(shè)數(shù)據(jù)，再驗(yàn)算，不符合時(shí)再調(diào)整數(shù)據(jù)重新進(jìn)行驗(yàn)算。很多地方我都不得不重復(fù)的算上好幾遍，而且大量繁瑣的計(jì)算要求我必須克服毛躁的毛病，計(jì)算必須準(zhǔn)確到位才能更快的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)系統(tǒng)的串了起來(lái)。 </p><p>　　其次，對(duì)化工設(shè)計(jì)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，在平常的化工原

94、理課程學(xué)習(xí)中總是只針對(duì)局部進(jìn)行了計(jì)算，而對(duì)參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)缺乏認(rèn)識(shí)。平常的學(xué)習(xí)所做的題目都是理想化后簡(jiǎn)單的計(jì)算，物性數(shù)據(jù)也已經(jīng)給之，但在設(shè)計(jì)中大量用到了物性數(shù)據(jù)是我們需要自己去查取的。我學(xué)會(huì)了去互聯(lián)網(wǎng)上和設(shè)計(jì)手冊(cè)查取這些數(shù)據(jù)（要注意數(shù)據(jù)表的各種條件）。</p><p>　　最后，也是最重要的教訓(xùn)：做設(shè)計(jì)，要首先看懂和確定任務(wù)要求。這是我設(shè)計(jì)中最大的錯(cuò)誤，把生產(chǎn)要求弄錯(cuò)了。在老師的教育下，我深刻認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的重

95、要性，任何一個(gè)細(xì)節(jié)錯(cuò)誤都需要付出人力、物力的代價(jià)。</p><p>　　由于時(shí)間比較有限，整個(gè)課程設(shè)計(jì)與實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)相比還有很多不完善之處，還可能還存在一些問(wèn)題，懇請(qǐng)老師指正。</p><p>　　在此，感謝任曉紅老師，耐心解答我的疑惑。感謝杜丹丹同學(xué)教會(huì)我們CAD作圖，感謝125宿舍全體成員一起探討，感謝張?zhí)m春同學(xué)及時(shí)發(fā)現(xiàn)我的致命錯(cuò)誤（盡管很痛苦）。感謝在課程設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的所有的同學(xué)