化工原理課程設(shè)計(jì)-乙醇-水混合液精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì) </b></p><p>　　題目：乙醇-水混合液精餾塔設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院：化學(xué)與材料工程學(xué)院</p><p>　　專 業(yè)：高分子材料與工程 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年12月25日</p><p>　　《化工原理》課程設(shè)計(jì)工藝條件</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的和要求</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論系實(shí)際的橋梁

3、。通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、選用公式和搜索數(shù)據(jù)的能力；熟悉工程設(shè)計(jì)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、獨(dú)立工作和創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生能用簡潔的文字清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　完成精餾塔工藝設(shè)計(jì)，運(yùn)用最優(yōu)化方法確定最佳操作條件；精餾

4、設(shè)備設(shè)計(jì)，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選用；繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖，塔板結(jié)構(gòu)簡圖和塔板負(fù)荷性能圖，編制設(shè)計(jì)說明書；等。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目 </b></p><p>　　題目二：乙醇-水混合液精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　年處理量：800

5、0噸/年</p><p>　　料液濃度（質(zhì)量%）：40%</p><p><b>　　料液初溫：30℃</b></p><p>　　塔頂產(chǎn)品濃度：94%（質(zhì)量分率）</p><p>　　塔底乙醇含量不高于0.3%（以質(zhì)量計(jì)）</p><p>　　精餾塔塔頂壓強(qiáng)：4kPa(表壓)</p>

6、<p><b>　　進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料</b></p><p><b>　　回流比：自選</b></p><p>　　單板壓降≤0.7 k pa</p><p><b>　　冷卻水溫度：30℃</b></p><p><b>　　設(shè)備形式：篩板塔<

7、/b></p><p>　　飽和水蒸汽壓力：2.5kgf/cm2(表壓) （1kgf/=98.066kPa）</p><p>　　每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 設(shè)計(jì)方案簡介4</p><p>　　二

8、 物料流程說明4</p><p>　　三 設(shè)計(jì)說明書5</p><p>　　3.1. 氣液相平衡數(shù)據(jù)5</p><p>　　3.2 全塔物料衡算6</p><p>　　3.3 工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算6</p><p>　　3.3.1 操作溫度:7</p><p>　　3.3.2操

9、作壓強(qiáng)7</p><p>　　3.3.3平均分子量的計(jì)算8</p><p>　　3.3.4平均密度9</p><p>　　3.3.5混合液體表面張力10</p><p>　　3.3.6液體粘度11</p><p>　　3.3.7塔的物性數(shù)據(jù)列表12</p><p>　　3.4 實(shí)際塔

10、板數(shù)的計(jì)算12</p><p>　　3.4.1計(jì)算最小回流比12</p><p>　　3.4.2精餾塔內(nèi)汽液負(fù)荷計(jì)算13</p><p>　　3.4.3操作線方程13</p><p>　　3.4.4逐板法計(jì)算塔板數(shù)14</p><p>　　3.4.5塔板效率15</p><p>　　

11、3.4.6計(jì)算實(shí)際塔板數(shù)15</p><p>　　3.5 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算15</p><p>　　3.5.1塔徑的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5.2塔高的設(shè)計(jì)計(jì)算16</p><p>　　3.5.3溢流裝置17</p><p>　　3.5.4塔板布置和篩孔數(shù)目與排列18</p>

12、<p>　　3.6 流體力學(xué)驗(yàn)算19</p><p>　　3.6.1塔板壓降19</p><p>　　3.6.2液面落差20</p><p>　　3.6.3液泛驗(yàn)算20</p><p>　　3.6.4漏液21</p><p>　　3.6.5物沫夾帶21</p><p>　

13、　3.7.塔板負(fù)荷性能圖21</p><p>　　3.7.1漏液線21</p><p>　　3.7.2液沫夾帶線22</p><p>　　3.7.3液相負(fù)荷下限線22</p><p>　　3.7.4液相負(fù)荷上限線22</p><p>　　3.7.5液泛線22</p><p>　　3.

14、7.6操作性能負(fù)荷圖23</p><p>　　四 篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果概要24</p><p>　　五 塔附件設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.1接管管徑計(jì)算25</p><p>　　5.2換熱器的計(jì)算與選型27</p><p><b>　　5.3儲槽28</b></p>

15、<p>　　5.4泵的選型與計(jì)算29</p><p>　　六 設(shè)計(jì)體會及改進(jìn)意見30</p><p>　　七 參考文獻(xiàn)31</p><p>　　八 主要符號說明31</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案簡介</b></p><p>　　乙醇~水體系是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非

16、常重要的化工原料之一，是無色、無毒、無致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，因而被廣泛的應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。</p><p>　　近年來，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢。</p><p>　　長期以來，乙醇多用于蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇~水體系有共沸現(xiàn)象，由于乙醇~水體系形成共沸物，在常壓下，共沸物的組成為4.43%的水，95.57%的

17、乙醇，共沸溫度為78.15℃，此時(shí)乙醇組成=0.894(摩爾分?jǐn)?shù)，且此時(shí)溶液的氣液組成（平衡組成）相等，這就無法用普通的精餾的方法來將乙醇溶液再濃縮，既得不到純度高于95.6%的乙醇。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)塔頂產(chǎn)品濃度要求為94%（質(zhì)量分率），普通精餾便可以得到需要產(chǎn)品，不用再進(jìn)行吸附分離提純。</p><p><b>　　二、物料流程說明</b></p&

18、gt;<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。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　3.1汽液相平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表1 乙醇~水溶液體系的平

19、衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表2常壓下乙醇與水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系 </p><p>　　3.2 全塔物料衡算</p><p>　　3.2.1 由質(zhì)量分?jǐn)?shù)求摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　乙醇相對分子質(zhì)量 MA=46.07g/mol；水的相對分子質(zhì)量 MB=18.02 g/mol。</p>&l

20、t;p>　　進(jìn)料、塔頂、塔底質(zhì)量分?jǐn)?shù)： =40%(wt%)；=94%；=0.3%。</p><p><b>　　= =0.2068</b></p><p><b>　　= =0.0012</b></p><p>　　3.2.2 物料衡算</p><p>　　進(jìn)料平均相對分子量：29.24kg/

21、k mol</p><p><b>　　進(jìn)料量：F =</b></p><p><b>　　=9.6mol/s</b></p><p>　　總物料衡算 F=D+W=9.6 mol/s</p><p>　　乙醇物料衡算 9.6×0.2068=0.8597×

22、;D+0.0012W</p><p>　　聯(lián)立解得 D=2.3mol/s, W=7.3mol/s</p><p>　　3.3、工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p>　　工藝條件物性的計(jì)算包括：操作壓強(qiáng)、溫度、平均分子量、平均密度、液體表面張力、液體黏度及表格。</p><p><b>　　3.3.1操作溫度

23、</b></p><p>　　為了考察精餾塔內(nèi)物質(zhì)的狀態(tài)性質(zhì)，需要計(jì)算塔內(nèi)各部分的溫度具體為：</p><p>　　塔頂、進(jìn)料口、塔釡、精餾段平均溫度、提餾段平均溫度。</p><p>　　利用表一中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得 </p><p>　　：=82.95 ºC (=0.2068)</p>

24、<p>　?。?8.21 ºC (=0.8597)</p><p>　?。?9.72ºC (=0.0012)</p><p>　　精餾段平均溫度 ºC；</p><p>　　提餾段平均溫度ºC。</p><p>　　3.3.2 操作壓強(qiáng)</p><p>　　乙醇、水

25、的飽和蒸汽壓可以用下式計(jì)算： </p><p>　　式中：p為蒸氣壓mmHg；A、B、C為常數(shù)；t為攝氏溫度（ºC）</p><p>　　表3：乙醇、水安托尼常數(shù)</p><p>　　3.3.2.1 塔頂壓力： 78.21 ºC，=0.8597</p><p>　　由安托尼公式可以計(jì)算出該溫度下，100.813KPa

26、， 44.075KPa</p><p>　　假設(shè)該物系為理想物系：</p><p><b>　　92.85KPa</b></p><p>　　3.3.2.2 進(jìn)料處： ºC，=0.2068</p><p>　　同上，可以計(jì)算出該溫度下，121.240KPa， 53.396KPa</p>&l

27、t;p><b>　　67.426KPa</b></p><p>　　3.3.2.3 塔釡： ºC， =0.0012</p><p>　　222.960KPa， 100.765KPa</p><p><b>　　100.91KPa</b></p><p>　　3.3.2.4

28、精餾段： </p><p>　　平均液相組成： 0.4038</p><p>　　110.635KPa， 48.547KPa</p><p><b>　　73.618KPa</b></p><p>　　3.3.2.5 提餾段： ºC</p><p>　　平均液相組成：

29、0.053</p><p>　　165.786KPa， 73.966KPa</p><p><b>　　78.832KPa</b></p><p>　　3.3.3 平均分子量的計(jì)算</p><p>　　3.3.3.1 汽液相組成計(jì)算</p><p><b>　　汽相組成</b&

30、gt;</p><p>　　精餾段： 0.6119</p><p>　　提餾段： 0.3102</p><p>　　精餾段平均液相組成分別為0.4038 0.6119</p><p>　　提餾段平均液相組成分別為0.053 0.3102</p><p>　　3.3.3.2 平均分子量計(jì)算<

31、/p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　4.</b></p><p>　　3.3.4 平均密度</p><p>　　用下式計(jì)算密度，混合液密度： 混合氣密度：。</p>

32、;<p>　　其中：a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為平均相對分子質(zhì)量</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的密度如下表(表示乙醇，表示水)</p><p>　　表4：不同溫度下乙醇和水的密度</p><p>　　3.3.4.1 求和溫度下乙醇和水的平均密度</p><p>　　ºC， =734.42 kg/m3<

33、/p><p>　　=971.43kg/m3</p><p>　　同理：ºC ，722.93 kg/m3 964.38kg/m3</p><p>　　3.3.4.2 精餾段和提餾段汽液相密度</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　液相：= =806.4

34、3kg/m3</p><p><b>　　汽相：=kg/m3</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　液相 = =925.673kg/m3</p><p>　　氣相 =kg/m3</p><p>　　3.3.5 混合液體表面張力

35、</p><p>　　表5：乙醇、水的表面張力和溫度的關(guān)系如下表</p><p>　　塔頂 ： tD=78.21ºC =0.8597，</p><p>　　乙醇的表面張力： =17.302mN/m</p><p>　　水的表面張力： =62.904mN/m</p><p><b>

36、;　　mN/m</b></p><p>　　進(jìn)料口: =0.2068</p><p>　　乙醇表面張力： =17.32mN/m</p><p>　　水的表面張力： =62.94mN/m</p><p><b>　　mN/m</b></p><p>　　塔釡：ºC，

37、=0.0012</p><p>　　乙醇的表面張力： =15.23mN/m</p><p>　　水的表面張力： =58.85mN/m</p><p><b>　　58.80mN/m</b></p><p>　　精餾段的平均表面張力</p><p>　　提餾段的平均表面張力</p>

38、;<p>　　3.3.6 液體黏度</p><p>　　3.3.6.1 塔頂及塔釜黏度</p><p>　　塔頂：=78.21 ºC 、=0.8597，</p><p>　　可查得在該溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.48mPa.s，0.36mPa.s</p><p>　　0.4632mPa.s</p>

39、<p>　　塔釡：ºC 、=0.0012，同（a）可得0.35mPa.s，0.28mPa.s</p><p><b>　　mPa.s</b></p><p>　　3.3.6.2 精餾段、提餾段及全塔平均黏度</p><p><b>　　精餾段平均粘度：</b></p><p&g

40、t;　　精餾段平均液相組成0.4038，可知平均溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.46mPa.s，0.35mPa.s。</p><p><b>　　精餾段平均粘度：</b></p><p>　　0.3944mPa.s</p><p><b>　　提餾段平均黏度</b></p><p>　　提餾段平均

41、液相組成0.053，可知平均溫度下，乙醇和水的粘度分別為：0.38mPa.s 0.31mPa.s。</p><p><b>　　提餾段平均粘度：</b></p><p><b>　　mPa.s</b></p><p>　　全塔平均粘度：0.3541mPa.s</p><p>　　3.3.7塔的物性數(shù)

42、據(jù)列表</p><p><b>　　表6：塔內(nèi)物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.4、實(shí)際塔板數(shù)的確定</p><p>　　3.4.1 計(jì)算最小回流比</p><p>　　從乙醇-水氣液平衡相圖（x-y圖）與y=x曲線，物系的最小回流比其相切的那點(diǎn)。通過作圖可知切點(diǎn)P（0.7473,0.7819），</p&g

43、t;<p><b>　　=2.25</b></p><p><b>　　=1.6=3.6</b></p><p>　　3.4.2精餾塔內(nèi)汽液負(fù)荷計(jì)算</p><p>　　根據(jù)恒摩爾流假定，可以分別計(jì)算出精餾塔內(nèi)上升蒸汽量和下降液體量。</p><p>　　3.4.2.1 精餾段<

44、/p><p>　　摩爾流量： 10.58mol/s</p><p><b>　　8.28mol/s</b></p><p>　　質(zhì)量流量：0.3722kg/s</p><p><b>　　0.243kg/s</b></p><p>　　體積流量：0.3068m3/s </p

45、><p>　　3.01×10-4 m3/s</p><p>　　3.4.2.2 提餾段</p><p>　　摩爾流量：10.58ol/s 17.88mol/s</p><p>　　質(zhì)量流量：0.2827 kg/s</p><p>　　0.3488 kg/s</p><p>　　體積流

46、量：0.3163 m3/s</p><p>　　3.76×10-4m3/s</p><p>　　3.4.3 精餾段和提餾段操作線方程</p><p>　　精餾段操作線方程：0.7826+0.1869</p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料q=1， q線方程：=0.2068</p><p><b>　　提餾段

47、操作線方程：</b></p><p>　　3.4.4用逐板法計(jì)算塔板數(shù)</p><p>　　3.4.4.1 計(jì)算平衡線方程</p><p>　　塔頂78.21 ºC α1==2.287</p><p>　　塔底ºC α2==2.213</p><p>　　平均相對揮發(fā)度;α==2.

48、25</p><p>　　平衡線方程： x</p><p>　　3.4.4.2 塔板數(shù)計(jì)算</p><p>　　=0.2068 =0.0012</p><p>　　通過計(jì)算可以求得理論塔板數(shù)為NT=27塊（包括蒸餾釜），加料板為第7塊理論板，精餾段為6塊，提餾段為20塊（不包括蒸餾釜）。</p><

49、p>　　3.4.5 計(jì)算塔板效率</p><p>　　用經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算塔板效率</p><p>　　精餾段 0.3944mPa.s 0.419</p><p>　　提餾段 0.3137mPa.s 0.502</p><p>　　3.4.6 計(jì)算實(shí)際塔板數(shù) </p><p>　　精餾段：6/0.419=1

50、5塊；</p><p>　　提餾段：=20/0.502=40 塊</p><p>　　全塔實(shí)際塔板數(shù)：=55塊。</p><p>　　3.5、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　3.5.1、塔徑的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　史密斯關(guān)連圖</b></p><p&g

51、t;<b>　　精餾段</b></p><p>　　取板間距：m，m，則－＝0.24m</p><p><b>　　0.0253</b></p><p>　　查圖史密斯關(guān)連圖可知：</p><p>　　=0.064，0.073</p><p><b>　　==1.8

52、8m/s</b></p><p>　　取0.6=1.12m/s 0.62m</p><p>　　圓整到 =0.7m （而后力學(xué)驗(yàn)算時(shí)單板壓降不符合要求），勻整到 =0.8m</p><p><b>　?。?）提餾段</b></p><p>　　取板間距：m，m，則－＝0.24m</p><

53、;p>　　查圖史密斯關(guān)連圖可知：</p><p>　　=0.061，0.075</p><p><b>　　==2.41m/s</b></p><p>　　取0.6=1.45m/s 0.54m</p><p><b>　　勻整到 =0.8m</b></p><p>　

54、　整塔塔徑：D=0.8m</p><p>　　橫截面積：0.785×0.82=0.5024m2</p><p>　　空塔流速：0.6107/s</p><p><b>　　0.630m/s</b></p><p>　　3.5.2 塔高的設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>

55、　　共開設(shè)3個人孔,其高度為1.2m</p><p>　　人孔作為安裝和檢修人員進(jìn)出塔的通道，其設(shè)置應(yīng)當(dāng)便于進(jìn)出任何一層塔板。但由于設(shè)置人孔處塔板間距較大，且人孔設(shè)備過多會使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，考慮到料液較清潔，無需經(jīng)常清洗。</p><p><b>　　精餾段的有效高度為</b></p><p><b>　　m</

56、b></p><p><b>　　提鎦段有效塔高為</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p><b>　　m</b></p><p>　　3.5.3 溢流裝置</p>

57、<p>　　因塔徑D=0.8m，可選用單溢流方形降液管</p><p>　　3.5.3.1 堰長 取0.7=0.7×0.8=0.56m</p><p>　　3.5.3.2 溢流堰高度 0.06m </p><p>　　選用平直堰 堰上液高度 （近似=1）</p><p>　　精餾段：

58、==0.0076m</p><p>　　0.06-0.0076=0.0524m</p><p>　　提餾段：==0.0107m</p><p>　　0.06-0.0107=0.0493m</p><p>　　3.5.3.3 方形降液管的寬度和橫截面</p><p><b>　　由0.7查表可知及</b

59、></p><p>　　則：=0.09180.0918×0.5024=0.046m2 ，</p><p>　　=0.151=0.151×0.8=0.12m</p><p>　　驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：</p><p><b>　　精餾段：45.8s</b></p><p>

60、<b>　　提餾段：36.6s</b></p><p>　　兩段停留時(shí)間>5s，故降液管可用。</p><p>　　3.5.3.4降液管底隙高度</p><p>　　精餾段：取降液管底隙流速為m/s，</p><p><b>　　則0.0045m</b></p><p>

61、;<b>　　提餾段：取m/s，</b></p><p><b>　　則0.0056m</b></p><p>　　因?yàn)榇笥冢蕽M足要求。</p><p>　　3.5.4 塔板布置和篩孔數(shù)目與排列</p><p>　　3.5.4.1 塔板分布</p><p>　　因?yàn)?

62、lt;1.5m，取安定區(qū)寬度m</p><p>　　無效周邊高度0.05m</p><p>　　3.5.4.2篩孔計(jì)算及排列</p><p>　　本例所處理的物系無腐蝕性，可選用4mm碳鋼板，篩孔直徑4mm，篩孔按 正三角形排列，取孔中心距312mm。</p><p>　　篩孔數(shù)目n為 ， </p><p><

63、;b>　　=0.21m</b></p><p><b>　　0.35m</b></p><p><b>　　則 =</b></p><p>　　0.28m2=2246個</p><p><b>　　開孔率：10.1%</b></p><p

64、>　　3.6 流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　3.6.1 塔板壓降 (≦0.7kpa) </p><p>　　氣體通過一層塔板的壓降為 </p><p><b>　　干板壓降 </b></p><p><b>　?。?）精餾段：</b></p><p>　　氣體

65、通過篩孔速度 10.88m/s</p><p><b>　　由 查圖得，</b></p><p>　　0.0142m（液柱）</p><p>　　氣體通過充氣液層得壓降 </p><p><b>　　=0.68m/s</b></p><p>　　0.83kg1/2/(s.m1

66、/2)</p><p>　　查圖得，=0.68 =0.68×0.06=0.00.0408m（液柱）</p><p>　　液體表面所產(chǎn)生的壓力：</p><p>　　=0.0049m（液柱）</p><p>　?。?.0142+0.0408+0.0049=0.06m（液柱）</p><p>　　單板壓降： 47

67、3.87Pa<0.7kpa</p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p>　　氣體通過篩孔速度 11.21m/s</p><p><b>　　由 查圖得，</b></p><p>　　=0.0096（液柱）</p><p>　　氣體通過充氣液層得壓

68、降</p><p><b>　　=0.69m/s</b></p><p>　　0.65kg1/2/(s.m1/2)</p><p>　　查圖得，=0.73 =0.73×0.06=0.043m（液柱）</p><p>　　液體表面所產(chǎn)生的壓力：</p><p>　　=0.006m（液柱）&

69、lt;/p><p>　　＝0.043+0.0096+0.006=0.0586m（液柱）</p><p>　　單板壓降： 532.14Pa<0.7kpa</p><p>　　所以，塔板壓降符合要求。</p><p>　　3.6.2 液面落差 </p><p>　　對于篩板塔而言，液面落差很小，且在本設(shè)計(jì)中塔徑和液流量

70、均不大，故可以忽略液面落差的影響。</p><p>　　3.6.3 液泛</p><p>　　為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)滿足，</p><p>　　乙醇－水物系屬于一般物系，取。</p><p>　?。?）精餾段： =0.5×（0.3+0.0524）=0.176m</p><p>　　板上不

71、設(shè)進(jìn)口堰，0.0022</p><p>　　而 0.06+0.06+0.0022=0.122m</p><p>　?。?）提餾段：=0.5×（0.3+0.0493）=0.175m</p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，0.0022</p><p>　　而 0.0586＋0.06+0.0022=0.121m</p><

72、;p>　　所以，塔內(nèi)不會發(fā)生液泛。</p><p>　　3.6.4 漏液</p><p>　　對篩板塔，取露液量10％時(shí)的汽相動能因子為7，則</p><p>　　精餾段：6.36 m/s 實(shí)際孔速m/s </p><p>　　穩(wěn)定系數(shù) 1.71>1.5</p><p>　　提餾段：7.40m

73、/s 實(shí)際孔速m/s </p><p>　　穩(wěn)定系數(shù) 1.52<2.0</p><p>　　所以，1.5< <2，所以塔內(nèi)無明顯漏液。</p><p>　　3.6.5 液沫夾帶</p><p>　　用式 計(jì)算液沫夾帶量。</p><p>　　精餾段：0.68m/s 2.5×0

74、.06=0.15m</p><p>　　0.0186kg液/kg氣</p><p>　　提餾段：0.69m/s 2.5×0.06=0.15m</p><p>　　0.0134kg液/kg氣</p><p>　　所以， 都小于0.1kg液/kg氣，所以本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　3

75、.7 塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　3.7.1 漏液線</p><p><b>　　6.36m/s </b></p><p>　　== 0.18m3/s </p><p>　　據(jù)此可以做出液體流量無關(guān)的水平漏液線</p><p>　　3.7.2 液沫夾帶線</p>&l

76、t;p>　　以=0.1kg液/kg氣為限，計(jì)算的關(guān)系</p><p>　　， ，=0.0524m </p><p>　　=2.5=0.131+2.4552/3</p><p><b>　　0.1=</b></p><p><b>　　化簡后的關(guān)系為下：</b></p><

77、p>　　通過以上關(guān)系式可以作出液沫夾帶線。</p><p>　　3.7.3 液相負(fù)荷下限線</p><p>　　平直堰，取上堰液層高度m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　由 ==0.006m</p><p>　　0.00048m3/s</p><p>　　據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線

78、。</p><p>　　3.7.4 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以 5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，</p><p><b>　　m3/s</b></p><p>　　0.00028m3/s</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線。</p>

79、<p>　　3.7.5 液泛線</p><p>　　通過下式計(jì)算液泛線 。</p><p><b>　　其中 （其中 ）；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入可以求得</p><p>　　=0.5×0.3+

80、(0.5-0.68-1)×0.0524=0.088</p><p>　　=0.153/(0.56×0.0045)2=24093</p><p><b>　　==1.65</b></p><p><b>　　列表計(jì)算如下：</b></p><p>　　3.7.6 操作性能負(fù)荷圖

81、</p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　任務(wù)規(guī)定的氣，液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處于適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏頁控制。</p><p>　　按照固定的液氣比，由圖2查出塔板的上限為霧沫夾帶控制，下限為漏液控制，所以</p><

82、;p>　　= 0.38 0.18</p><p><b>　　操作彈性=2.11</b></p><p><b>　　篩板塔設(shè)計(jì)結(jié)果概要</b></p><p><b>　　塔附件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　5.1接管管徑計(jì)算</b>

83、;</p><p>　　5.1.1 原料進(jìn)料管 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：，取=1.6m/s，</p><p>　　ºC 該溫度下乙醇和水的密度</p><p>　　分別為 769.75kg/m3 997 kg/m3，所以 </p><p><b>　　950 kg

84、/m3</b></p><p><b>　　m3/s</b></p><p><b>　　=mm</b></p><p>　　5.1.2 回流管</p><p>　　采用直管回流管，?。?1.6m3/s，料液冷凝后溫度為78.21℃，</p><p>　　查得該

85、溫度下乙醇和水的密度分別為 740kg/m3 972.87 kg/m3，</p><p>　　所以 772.67 kg/m3</p><p>　　8.28/1000×（0.8597×46.07+0.1403×18.02）/772.67=0.000452 m3/s</p><p><b>　　=mm</b><

86、/p><p>　　5.1.3 塔頂蒸氣出料管</p><p>　　塔頂蒸汽組成y=0.8597，平均分子M＝0.8597×46.07+0.1403×18.02＝42.13kg/kmol塔頂蒸汽密度：</p><p>　　則蒸汽流量：V＝2.3×42.13/1.46＝0.066m3/s，直管出氣，取出氣氣速u=20m/s,則</p&g

87、t;<p><b>　　66mm。</b></p><p>　　5.1.4 塔釡出料管</p><p>　　采用直管出料，?。?.6m/s，塔釡出料溫度為99.72℃，查得該溫度下乙醇和水的密度分別為 716.2kg/m3 958.6 kg/m3，所以平均密度：</p><p>　　958.3kg/m3</p>

88、<p>　　7.3/1000×（0.0012×46.07+0.9988×18.02）/958.3=1.41×10-4m3/s</p><p><b>　　=12mm</b></p><p>　　5.1.5 再沸器蒸氣出氣管</p><p>　　采用直管出料，取＝22m/s，采用間接水蒸氣加熱&

89、lt;/p><p>　　蒸氣密度：kg/m3 </p><p>　　10.58/1000×18.02/0.625=0.305 m3/s</p><p><b>　　134mm</b></p><p>　　5.2、換熱器的計(jì)算與選型</p><p>　　換熱器包括塔頂全凝器、塔底再沸器、原料加

90、熱器，下面分別對各個換熱器進(jìn)行計(jì)算并且選取適合的設(shè)備型號。</p><p>　　5.2.1 塔頂全凝器</p><p>　　假設(shè)本設(shè)計(jì)塔頂采用泡點(diǎn)回流，用30 ºC的冷卻水循環(huán)冷卻，冷卻水升溫10ºC；操作方式為逆流操作。塔頂溫度78.21ºC，冷卻水溫度變化為30 ºC40 ºC。</p><p>　　查圖（上冊5

91、14頁）可知78.21ºC下乙醇和水的汽化熱分別為：</p><p>　　857kJ/kg=857×46.07=39482kJ/k mol</p><p>　　2357kJ/kg=2357×18.02=42473kJ/k mol</p><p>　　逆流：塔頂 t 78.21ºC 78.21ºC &#

92、186;C</p><p>　　水 t 45 ºC 30 ºC 48.21ºC</p><p><b>　　43.02ºC</b></p><p>　　對塔頂冷凝部分混合物（溜出液）進(jìn)行熱量衡算，可得到</p><p>　　10.58×10-3[0

93、.8597×39482+0.1403×42473]=422.19kJ/s</p><p>　　有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為500～1500kcal/(m2.h.. ºC)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中取 K＝2996J/(m2. h. ºC)</p><p>　　所以傳熱面積：11.8m2</p>

94、;<p>　　5.2.2 原料加熱器</p><p>　　原料液用飽和蒸汽加熱（40％），逆流操作，原料液溫度從30 ºC升高到82.95C。</p><p>　　ºC，17.05ºC，42.44 ºC</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的比熱容為，經(jīng)查圖（上冊510頁）可知</p><

95、p>　　ºC時(shí) 2.37kJ/(kg .k) 4.179kJ/(kg .k)</p><p>　　ºC時(shí) 3.66kJ/(kg .k) 4.20kJ/(kg .k)</p><p>　　則平均比熱容為：2.968kJ/(kg .k)</p><p>　　4.189kJ/(kg .k)</p><p>

96、;　　3.701kJ/(kg .k)</p><p>　　所以 54.97kJ/s</p><p>　　傳熱系數(shù)取 K=450W/(m2.ºC) 則</p><p><b>　　3.0m2</b></p><p>　　5.2.3 塔底再沸器</p><p>　　選用120ºC飽

97、和水蒸氣加熱，逆流操作，傳熱系數(shù)取K＝2996J/(m2. h. ºC)，料液溫度變化：99.72ºC100 ºC，蒸汽溫度變化：120ºC120ºC，ºC，20ºC，20.13ºC。</p><p>　　查圖（上冊514頁）可知99.74ºC下乙醇和水的汽化熱分別為：</p><p>　　803kJ

98、/kg=803×46.07=36994kJ/k mol</p><p>　　2257kJ/kg=2257×18.02=40671kJ/k mol</p><p>　　10.58×10-3[0.0012×36994+0.9988×40671]=430.25kJ/s</p><p>　　所以傳熱面積：26m2</p

99、><p><b>　　5.3 儲槽</b></p><p>　　5.3.1 原料液儲槽</p><p>　　原料液的存儲量是要保證生產(chǎn)能正常進(jìn)行,主要根據(jù)原料生產(chǎn)情況及供應(yīng)周期而定的.一般說來,應(yīng)保證在儲槽裝液60％～80％,如不進(jìn)料仍能維持運(yùn)作24小時(shí).取裝料60％～80％是因?yàn)樵诠I(yè)中為了安全,儲槽一般要流出一定的空間.該設(shè)計(jì)任務(wù)中,取儲槽裝

100、料70％,即裝填系數(shù)為0.7。</p><p>　　原料液溫度為t=25℃,此時(shí)進(jìn)料液中各物料的物性是：</p><p><b>　　967 kg/m3</b></p><p><b>　　m3/s</b></p><p>　　所需的儲槽體積：m3 取36 m3</p><p&g

101、t;<b>　　5.3.2 中間槽</b></p><p>　　中間槽是儲存回流量及出料的儲罐。乙醇精餾過程為連續(xù)生產(chǎn)，中間槽的設(shè)計(jì)依據(jù)是中間槽裝液60％～80％能保持至少1～2個小時(shí)的流量，該設(shè)計(jì)任務(wù)中，槽裝液70％，即取安全系數(shù)為0.7，保持流量2小時(shí)。</p><p>　　取儲槽中的料液溫度為t=40℃，此時(shí)進(jìn)料液中各物料的物性是：</p><

102、;p>　　甲醇： 質(zhì)量濃度</p><p>　　水： 質(zhì)量濃度</p><p>　　∴ 進(jìn)料液體積流量為：</p><p><b>　　實(shí)際儲槽體積：</b></p><p>　　選用公稱容積為50m3的平底平蓋立式儲槽，材料為碳鋼，公稱壓力為圖號：R22-00-1,標(biāo)準(zhǔn)號為JB1422-7

103、4。</p><p>　　5.4、泵的選型計(jì)算</p><p>　　該工藝流程有兩個主要的泵裝置,一個為進(jìn)料泵,負(fù)責(zé)把液體打進(jìn)填料塔；另一個為回流泵,負(fù)責(zé)把回流液打回塔內(nèi)重新進(jìn)行精餾.由于所設(shè)計(jì)的泵用于輸送化工液體,與一般泵不同,它要求泵操作方便,運(yùn)行可靠,性能良好和維修方便.</p><p>　　泵的選型首先要根據(jù)被輸送物料的基本性質(zhì),包括相態(tài)、溫度、粘度、密度、

104、揮發(fā)性和毒性等,還要考慮生產(chǎn)的工藝過程、動力、環(huán)境和安全要求等條件.在流量小而壓頭高、液體又無懸浮物且粘度不高的情況下,選用旋渦泵較為適宜.</p><p><b>　　5.4.1 進(jìn)料泵</b></p><p>　　進(jìn)料液泵揚(yáng)程計(jì)算：（為提餾段高度，h為塔支座高度）取塊塔板高0.3m，=40×0.3＝12m；考慮到再沸器，裙座高度取3m；則H=2×

105、;(12+3)＝30m。原料進(jìn)料密度為967kg/m3，安全系數(shù)取1.3，則流量可計(jì)算為：</p><p><b>　　m3/h </b></p><p>　　在此條件下采用IS型單級單吸離心泵，型號：IS50-32-125.其性能參數(shù)為：</p><p>　　轉(zhuǎn)速n＝2900r/min，流量Q=12.5m3/h，揚(yáng)程H＝20m，效率＝60％

106、，軸功率1.13KW。</p><p>　　5.4.2 回流泵</p><p>　　回流泵揚(yáng)程計(jì)算：（為精餾段高度，h為塔支座高度），取塊塔板高0.3m，=15×0.3＝4.5m；塔支座高度取3m；則H=2×(4.5+3)＝16m。由前面計(jì)算可知，回流液密度為772.69kg/m3，0.00045 m3/s安全系數(shù)取1.3，則流量可計(jì)算為：m3/h。</p>

107、;<p>　　在此條件下采用IS型單級單吸離心泵，型號：IS65-50-160.其性能參數(shù)為：轉(zhuǎn)速n＝2900r/min，流量Q=15m3/h，揚(yáng)程H＝53m，效率＝54％，軸功率2.65KW.</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會及改進(jìn)意見</b></p><p>　　兩周的課程設(shè)計(jì)終于畫上一個句號了，但是現(xiàn)在回想起來做課程設(shè)計(jì)的整個過程，頗有心得，其

108、中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中呀！沒有接受任務(wù)以前覺得課程設(shè)計(jì)只是對所學(xué)知識的單純總結(jié)（這是我以前的一種想法），但是通過這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面、太偏激了。課程設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個課程設(shè)計(jì)的過程做一下簡單的總結(jié) ：</p><p>　　第一， 查資料是做課程設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館、上網(wǎng)都有可取之處的?？傊?/p>

109、管通過哪種方式查的資料都是有利用價(jià)值的，要一一記錄下來以備后用。 </p><p>　　第二，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。 </p><p>　　第三，有了研究方向，就應(yīng)該動手實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)以前的及步都是為這一步作的鋪墊。 計(jì)算的時(shí)候最好是先再草稿紙上算一遍，等檢查無誤后再重新抄一遍

110、，這樣可以避免設(shè)計(jì)的最后出現(xiàn)太多的錯誤而亂成一團(tuán)糟。一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改重算，再修改再重算中，我的課程設(shè)計(jì)出來了。 </p><p>　　總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真

111、正會用的時(shí)候才是真的學(xué)會了。</p><p>　　在此要感謝我的指導(dǎo)老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我這樣的機(jī)會鍛煉。在整個課程設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這此設(shè)計(jì)還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富

112、，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王志魁,劉麗英.劉偉.《化工原理》 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2010.5 [2] 趙惠清,蔡紀(jì)寧.《化工制圖》 .北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2008.7</p><p>　　[3] 賈紹義，柴誠敬.《化工原理課程設(shè)計(jì)化工原理》

113、化工原理課程設(shè)計(jì)（化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)）</p><p>　　[4] 王國勝，《化工原理課程設(shè)計(jì)》.大連:大連理工大學(xué)出版社.2006,8.</p><p>　　[5] 匡國柱等 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p><b>　　八、主要符號說明</b></p><p>

114、<b>　　一一塔板開口面積,</b></p><p>　　Af一一降液管面積，m2</p><p>　　一一降液管截面積, </p><p><b>　　一一篩孔總面積, </b></p><p><b>　　一一塔截面積, </b></p><p>

115、　　一一流量系數(shù),無因此</p><p>　　C一一計(jì)算時(shí)負(fù)荷系數(shù), </p><p><b>　　一一篩孔直徑,m</b></p><p><b>　　D一一塔徑,m</b></p><p>　　一一液沫夾帶量,kg液/kg氣</p><p>　　E一一總板效率,無因此&l

116、t;/p><p>　　一一篩孔氣相動能因子,</p><p><b>　　F一一穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　g一一重力加速度,9.81</p><p>　　lw 一一 堰長</p><p>　　HT—塔板間距，m；</p><p>　　hw一一溢流堰高度<

117、/p><p>　　hP一一氣體通過每一層塔板的阻力，m液柱；</p><p>　　hC一一干板阻力，m液柱；</p><p>　　h1一一塔板上的液層阻力，m液柱</p><p><b>　　一一停留時(shí)間</b></p><p>　　lw 一一 堰長</p><p>　　一

118、一液體體積流量, </p><p>　　一一液體體積流量, </p><p><b>　　n一一篩孔數(shù)目</b></p><p>　　P一一操作壓力,Pa</p><p>　　一一氣體通過每層篩板的壓降,Pa</p><p><b>　　一一理論板層數(shù)</b></p&g

119、t;<p><b>　　一一壓力降,Pa</b></p><p>　　t一一篩板的中心距,m</p><p>　　U一一空塔氣速, m/s</p><p>　　一一氣體通過篩孔的速度, m/s</p><p>　　一一漏夜點(diǎn)氣速, m/s</p><p>　　uom一一漏液點(diǎn)空速，m

120、/s</p><p><b>　　一一氣體體積流量,</b></p><p><b>　　一一氣體體積流量,</b></p><p>　　一一邊緣無效區(qū)寬度,m</p><p>　　一一弓形降壓管寬度,m</p><p><b>　　x一一液相摩爾分?jǐn)?shù)</b&