化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水浮閥塔精餾工藝設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 設(shè)計(jì)題目 乙醇-水浮閥塔精餾工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 高分子08-4班 指導(dǎo)教師 2011年 1 月 21 日設(shè)計(jì)題目乙醇水浮閥塔精餾工藝設(shè)計(jì)成績(jī)課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容級(jí)jjjj指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)建議：從學(xué)生的工作態(tài)度、工作量、設(shè)計(jì)（論文）的創(chuàng)造性、學(xué)術(shù)性、實(shí)用性及書(shū)面表達(dá)能力等方面給出評(píng)價(jià)。簽 名： 200 年 月 日化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè) 高分子 班級(jí) 08-4 姓名 嚴(yán)澤武 學(xué)號(hào) 20083116 設(shè)計(jì)題目：板式精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：2011年1月10日 至 2010年1月21日指導(dǎo)老師：姚運(yùn)金老師。 設(shè)計(jì)任務(wù)：年處理 1.15萬(wàn) 噸乙醇-水溶液系統(tǒng)1. 料液含乙醇 2

2、7.2wt% ，餾出液含乙醇不少于94 wt%，殘液含乙醇不大于0.05 wt%2. 操作條件：（1） 泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比r= 1.5 rmin。（2） 塔釜加熱蒸汽壓力：間接0.2 mpa（表壓），直接0.1 mpa（絕壓）。（3） 塔頂全凝器冷卻水進(jìn)口溫度20，出口溫度50 。（4） 常壓操作。年工作日300320 d，每天工作24 h。（5） 設(shè)備形式（篩板塔、浮閥塔、泡罩塔等）自選。（6） 安裝地點(diǎn)：合肥任務(wù)來(lái)源：合肥酒廠設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：工藝流程的確定，塔和塔板的工藝尺寸計(jì)算，塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算及負(fù)荷性能圖，輔助設(shè)備的計(jì)算與選型，主體設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 浮閥塔 乙醇 設(shè)計(jì)乙醇水浮閥塔

3、精餾工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)是以浮閥塔為精餾設(shè)備分離乙醇水混合溶液。先找出乙醇和水的有關(guān)數(shù)據(jù)，以此利用autocad作圖求出最小回流比2.223和理論塔板數(shù)25.7塊，然后對(duì)塔和塔板的工藝尺寸進(jìn)行計(jì)算，確定了塔高為32.07m，塔徑1.8m。對(duì)塔的流體力學(xué)進(jìn)行驗(yàn)證后，符合浮閥塔的操作性能。經(jīng)過(guò)對(duì)塔設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算，壁厚12mm，滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞： 浮閥塔 乙醇 設(shè)計(jì) 英文摘要abstract: in this design,the float vavle tower was used to distill and separate the ehanolwater solution. firstl

4、y, the essential data of water and ehanol was found, and the minimum reflux ratio 2.223 and the theoretical plate number 25.7 was obtained through the diagram drawed by the software autocad. after calculating the size of the tower and plate ,the diameter of the tower and the height of the tower was

5、determined,and the result was 1.8 m and 32.07 m, respectively. at last, according to the liquid mechanic calculation of the tower , it was suitable to the capable of operating of this floating valve tower. by calculating the intensity of the tower,the thickness of the tower was got,and the thickness

6、 should meet the indensity requirement.keywords: float vavle tower ehanol design 目 錄 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)3摘要4一、設(shè)計(jì)任務(wù)及方案簡(jiǎn)介101.1 設(shè)計(jì)任務(wù)101.2 設(shè)計(jì)方案論證及確定10二、工藝流程草圖及說(shuō)明122.1.1 工藝草圖122.2 工藝流程說(shuō)明12三、精餾塔工藝的設(shè)計(jì)及計(jì)算133.1 塔的物料衡算：133.1.1 液料及塔頂，塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分?jǐn)?shù)133.1.2平均摩爾質(zhì)量133.1.3 物料衡算133.2 塔板數(shù)的確定：143.2.1 理論塔板數(shù)的求取153.2.2求最小回流比及操作回流比r

7、163.2.3 求理論塔板數(shù)163.3 塔的平均溫度:173.4 密度173.4.1 精餾段173.4.2 提餾段183.4.3 不同溫度下乙醇和水的密度183.5 混合物的粘度193.6 相對(duì)揮發(fā)度193.6.1 精餾段揮發(fā)度193.6.2 提餾段揮發(fā)度193.7 氣液相體積流量計(jì)算203.7.1 精餾段203.7.2 提餾段203.8 混合溶液表面張力20v3.8.1 精餾段213.8.2 提餾段223.9 全塔效率及實(shí)際塔板數(shù)22四、工藝計(jì)算及主體設(shè)備的設(shè)計(jì)234.1 管徑的初步設(shè)計(jì)234.1.1精餾段244.1.2 提餾段254.2 溢流裝置254.2.1 堰長(zhǎng)254.2.2 方形降液

8、管的寬度和橫截面264.2.3 降液管底隙高度264.3 塔板分布及浮閥數(shù)目及排列264.3.1 塔板分布264.3.2 浮閥數(shù)目與排列264.4 塔板的流體力學(xué)計(jì)算294.4.1 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降294.5 淹塔304.5.1 精餾度304.5.2 提餾段304.6 物沫夾帶314.6.1 精餾段314.6.2 提餾段314.7塔板負(fù)荷性能圖324.7.1 物沫夾帶線324.7.2 液泛線324.8 液相負(fù)荷上限334.9 液漏線334.10 液相負(fù)荷下限性34五、塔的附屬設(shè)備選型及校核355.1 接管355.1.1 進(jìn)料管355.1.2 回流管365.1.3 塔釜出料管365.1.4

9、 塔頂蒸汽出料管375.1.5 塔釜進(jìn)氣管375.1.6 法蘭375.2 筒體與封頭385.2.1 筒體385.2.2 封頭395.3 除沫器395.4 裙座395.5吊柱405.6人孔405.7 塔總體高度的計(jì)算405.7.1 塔的頂部空間高度405.7.2 塔的底部空間高度405.7.3 塔立體高度405.8 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)415.8.1 冷凝器的選擇415.8.2 再沸器的選擇41六、 塔的各項(xiàng)指標(biāo)校驗(yàn)426.1 風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩426.1.1 風(fēng)載荷426.2 風(fēng)彎矩426.3 離心泵選型436.4 塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核446.4.1 塔底危險(xiǎn)截面1-1軸向應(yīng)力計(jì)算446.5 質(zhì)量載荷4

10、46.6 塔底抗壓強(qiáng)度校核456.6.1 塔底1-1截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性校核456.7 裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核45裙座底部0-0截面的軸向應(yīng)力計(jì)算456.8 焊縫強(qiáng)度466.9.1 水壓試驗(yàn)時(shí)，塔體1-1截面的強(qiáng)度條件466.9.2水壓試驗(yàn)時(shí)裙裾底部1-1截面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算47七、設(shè)計(jì)結(jié)果概要及匯總477.1 全塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果總匯477.2 主要符號(hào)說(shuō)明50八、總結(jié)528.1 總結(jié)528.2 心得53九、主要參考文獻(xiàn)54緒論本設(shè)計(jì)書(shū)介紹的是浮閥塔精餾的設(shè)計(jì)，其中包括設(shè)計(jì)方案的確定、塔主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、輔助設(shè)備的選型、工藝流程圖及草圖及說(shuō)明、設(shè)計(jì)結(jié)果概要及一覽表等幾大內(nèi)容。本設(shè)計(jì)主

11、要用于分離酒精和水的混合物，利用浮閥塔將其進(jìn)行精餾分離。精餾所進(jìn)行的是精餾所進(jìn)行的是氣、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格按照常用數(shù)據(jù)算圖，化工設(shè)備常用材料性能以及化工圖例國(guó)標(biāo)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)查閱了大量的有關(guān)資料。每一步的計(jì)算都嚴(yán)格按照化工原理課程設(shè)計(jì)一書(shū)中的公式進(jìn)行計(jì)算，并經(jīng)過(guò)核對(duì)與驗(yàn)算，總體來(lái)說(shuō)有一定的合理性。由于本組所有成員能力水平有限，設(shè)計(jì)書(shū)中難免會(huì)存在不完善的地方，在此，誠(chéng)懇地希望老師批評(píng)改正，讓我們能更進(jìn)一步的努力。一、設(shè)計(jì)任務(wù)及方案簡(jiǎn)介1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.1 設(shè)計(jì)題目：年處理

12、11.5萬(wàn)噸乙醇水溶液系統(tǒng)1.1.2 設(shè)計(jì)條件：液料含乙醇27.2wt%，餾出液含乙醇不少于94wt%,殘液含乙醇不大于0.05wt%。1.1.3 操作條件：（1）泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比。（2）塔釜加熱蒸汽壓力，間接0.2mpa（表壓），直接0.1mpa（絕壓）。（3）塔頂全凝器冷卻水進(jìn)口溫度20c，出口溫度50c。（4）常壓操作，年工作日300d，每天工作24h。（5）設(shè)備形式：浮閥塔安裝地點(diǎn)：合肥任務(wù)來(lái)源：合肥酒廠設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：工藝流程的確定，塔和塔板的工藝尺寸計(jì)算，塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算及負(fù)荷性能圖，輔助設(shè)備的計(jì)算和選型，主體設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)方案論證及確定1.2.1 生產(chǎn)時(shí)日及處理量的

13、選擇：設(shè)計(jì)要求塔年處理11.5萬(wàn)噸乙醇水溶液系統(tǒng)，年工作日300d，每天工作24h。1.2.2 選擇用板式塔不用填料塔的原因：因?yàn)榫s塔精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： （1）生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。 （2）效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 （3）流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 （4）有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 （6）能滿足某些工藝的特性：

14、腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 故選用板式塔。1.2.3 板式精餾塔選擇浮閥塔的原因：（1）生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開(kāi)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。 （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，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （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。 （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。 （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%，但是比篩板塔高

15、20%30。 1.2.4 選擇泡點(diǎn)進(jìn)料的原因：在供熱量一定的情況下，熱量應(yīng)盡可能從塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用。為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，則常采用泡點(diǎn)進(jìn)料。1.2.5 操作壓力的選擇：常壓操作可減少因加壓或減壓操作所增加的增、減壓設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益, 在條件允許下常采用常壓操作，因此本精餾設(shè)計(jì)選擇在常壓下操作。1.2.6 加熱方式的選擇：采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。1.2.7 回流比的選擇：主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和最低，該設(shè)計(jì)選擇為。二、工藝流程草圖及說(shuō)明2.1.1 工藝草圖2.1 工藝流程草圖 圖

16、 2-1 工藝流程簡(jiǎn)圖2.2 工藝流程說(shuō)明一整套精餾裝置應(yīng)該包括精餾塔、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。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(guò)程。操作時(shí)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一起通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后

17、送出作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷凝器冷卻后送入貯槽。塔釜采用再沸器加熱。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。三、精餾塔工藝的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1 塔的物料衡算：3.1.1 液料及塔頂，塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分?jǐn)?shù)=0.128 =0.86=0.0001963.1.2平均摩爾質(zhì)量 =0.12846.07+(1-0.128)18.02=21.61 kg/kmol =0.8646.07+（1-0.86）18.02=42.14 kg/kmol =0.00019646.07+（1-0.000196）18.02=18.03 kg/kmol3.1.3 物料衡算總物料衡算 +=15972.22 kg/h易揮發(fā)組份物料衡算 94+0.05=0

18、.12815972.22聯(lián)立以上式，得： =15972.22 kg/h =15972.22/21.61=739.11 kmol/h=4615.71 kg/h d=4615.71/42.14=109.53 kmol/h =11356.51 kg/h w=/11356.5118.03=629.58 kmol/h 3.2 塔板數(shù)的確定：表3-1 不同溫度下乙醇和水的汽液平衡組成如下表所示溫度f(wàn)乙醇?xì)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)乙醇液相摩爾分?jǐn)?shù)溫度f(wàn)乙醇?xì)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)乙醇液相摩爾分?jǐn)?shù)溫度f(wàn)乙醇?xì)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)乙醇液相摩爾分?jǐn)?shù)f 212.031900180.21790.5567150.232323175.99860.64415

19、70.464647206.820.1077460.010101179.93790.5614480.242424175.86530.647980.474748202.72810.1864840.020202179.67480.5659640.252525175.73420.651860.484849199.43230.2465280.030303179.42670.5702930.262626175.60520.65580.49495196.72320.2937860.040404179.19180.5744620.272727175.47840.6598030.505051194.46120.

20、3319090.050505178.96860.5784940.282828175.35040.6639160.515152192.54880.3632790.060606178.75570.5824120.292929175.22790.6680560.525253190.91480.3895180.070707178.5520.5862330.30303175.10750.6722690.535354189.50620.411770.080808178.35650.5899750.313131174.98920.676560.545455188.28580.4308120.09090917

21、8.16820.5936530.323232174.87310.6809310.555556187.21610.4473590.10101177.98630.597280.333333174.75910.6853850.565657186.27470.4618420.111111177.81030.6008690.343434174.64740.6899260.575758185.44130.4746260.121212177.63950.604430.353535174.53790.6945560.585859184.69970.4859970.131313177.47340.6079750

22、.363636174.43080.6992790.59596184.03640.4961850.141414177.31160.6115110.373737174.32610.7040960.606061183.44010.5053750.151515177.15360.6150470.383838174.22380.7090110.616162182.90160.5137170.161616176.99920.6185910.393939174.1240.7140270.626263182.4130.5213380.171717176.84810.6221510.40404174.02680

23、.7191460.636364181.96760.528340.181818176.70.6257320.414141173.93220.7243710.646465181.55990.5348120.191919176.55460.629340.424242173.84040.7297050.656566181.18490.5408260.20202176.4120.6329820.434343180.83850.5464470.212121176.27180.6366620.444444180.51720.5517270.222222176.1340.6403850.454546 3.2.

24、1 理論塔板數(shù)的求取 3.2.1.1 根據(jù)乙醇、水的平衡數(shù)據(jù)作x-y圖及t-x-y圖。 圖3-1 乙醇、水的y-x圖及圖解理論板3.2.2求最小回流比及操作回流比r。因泡點(diǎn)進(jìn)料，在圖3-1中作精餾線與q線的交點(diǎn)坐標(biāo)為=0.7791，=0.8042，此即最小回流比時(shí)操作線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)。依最小回流比計(jì)算式： =取操作回流比 r=1.5=3.336 圖3-2乙醇、水的t-x-y圖3.2.3 求理論塔板數(shù)。依圖3-1。精餾段操作線方程為：=0.7695x+0.257 提餾段操作線方程為：y=1.52659x+ =26.7-1（不包括塔釜），其中精餾段理論塔板數(shù)22層，提餾段3.7層（不包括塔釜）

25、，第23層為加料板。3.3 塔的平均溫度: 利用表中數(shù)據(jù)，用拉格朗日標(biāo)值可求得： ： c c c3.3.1 精餾段平均溫度：c3.3.2 提餾段平均溫度：c3.4 密度： 混合液密度:(a為質(zhì)量分率，為平均相對(duì)分子質(zhì)量) 混合器密度： 3.4.1 精餾段：c 液相組成 氣相組成 ： 所以：= 3.4.2 提餾段：=92.57c液相組成 氣相組成 所以 3.4.3 不同溫度下乙醇和水的密度： 表3-2 不同溫度下乙醇的和水密度 溫度/c乙醇密度kg/m3水的密度kg/m380735971.885730968.690724965.395720961.85100716958.4求得 和下的乙醇和水的

26、密度： 同理：=92.57c， =721.94c， =963.53 kg/ 在精餾段： 氣相密度： 在提餾段；液相密度=931.49 kg/氣相密度： 3.5 混合物的粘度 =81.7c，查表得， =0.3315 mpa.s =0.432 mpa.s =92.57c，查表得，=0.307 mpa.s =0.386 mpa.s精餾段粘度： =0.3628 mpa.s提餾段粘度： =0.3104 mpa.s3.6 相對(duì)揮發(fā)度： 3.6.1 精餾段揮發(fā)度：由，得： ，故 3.6.2 提餾段揮發(fā)度：由， 故 3.7 氣液相體積流量計(jì)算 根據(jù)t-x-y圖得，=2.223，則r=1.5=3.333.7.1

27、 精餾段：l=rd=3.33109.53=364.73 kmol/h v=（r+1）d=(3.33+1)109.53=474.26 kmol/h已知，=26.74 kg/kmol =34.40 kg/kmol =827.31 kg/ =1.18 kg/有質(zhì)量流量 體積流量 3.7.2 提餾段：飽和液體進(jìn)料,q=1 已知： 則有質(zhì)量流量： 體積流量： 3.8 混合溶液表面張力 二元有機(jī)物水的溶液表面張力可用以下公式計(jì)算： 其中： 式中下腳標(biāo)w，o，s分別代表水，有機(jī)物及表面部分，指主體部分的分子數(shù)，指主體部分的摩爾體積；，指純水及有機(jī)物的表面張力。對(duì)乙醇，q=2.3.8.1 精餾段：=81.7c

28、 表3-3 不同溫度下乙醇和水的表面張力溫度/c708090100乙醇表面張力/mn/1817.1516.215.2水表面張力/mn/64.862.660.758.8 乙醇表面張力： =16.989 mpa.s水表面張力： =62.277 mpa.s=0.259=-0.751=-0.587-0.751=-1.338聯(lián)立方程組：求得 n/3.8.2 提餾段：=92.57c 乙醇表面張力： =15.943 mpa.s水表面張力： =60.21 mpa.s =5.67=0.0429 =0.9571 b=0.757=-0.716=-0.716+0.757=0.041 a= =0.634 =0.366

29、故， n/3.9 全塔效率及實(shí)際塔板數(shù)理論塔板數(shù)的計(jì)算，可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次設(shè)計(jì)中采用圖解法。根據(jù)1.01325pa下，乙醇-水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線即x-y曲線圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1.即q為一條直線，本平衡具有下凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，=0.7791，=0.8042，所以=2.223，操作回流比r=3.336. 已知：精餾段操作線方程為：=0.7695x+0.257 提餾段操作線方程為：y=1.52659x+在圖上做操作線，由此得到理論板=26.7（包括再沸器），加料板在23塊理論板。塔板效率與塔板結(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

30、關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用公式來(lái)計(jì)算。注：塔頂與塔板平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度。 塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 mpa.s 3.9.1 精餾段 已知=3.11，,0.3628所以：,故=47 塊3.9.2 提餾段已知8.20 , 故10 塊全塔所需實(shí)際塔板數(shù)；=10+47=57 塊全塔效率： 加料板位置在第48塊塔板. 四、工藝計(jì)算及主體設(shè)備的設(shè)計(jì)4.1 管徑的初步設(shè)計(jì) 圖4-1 smith 關(guān)聯(lián)圖 4.1.1精餾段： 由 ，安全系數(shù)=0.60.8，式中，c可由史密斯關(guān)聯(lián)圖得：橫坐標(biāo)數(shù)值： 取板間距 =0.07m 則 m查圖可知 m/s 圓整為1.8米 橫截面積： 空塔

31、氣速： 4.1.2 提餾段： 橫坐標(biāo)數(shù)值： 取板間距 =0.07m 則 m 查圖可知： m/s m/s 圓整為1.8m 橫截面積 空塔氣速： m/s 4.2 溢流裝置 4.2.1 堰長(zhǎng) ： 取=0.65d=0.651.8=1.17 m 出口堰高，本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度；近似取e=1 4.2.1.1 精餾段； = m m 4.2.1.2 提餾段： = m m 4.2.2 方形降液管的寬度和橫截面 查圖得：，則 m 驗(yàn)證降液管內(nèi)停留時(shí)間： 精餾段： s 提餾段： s 停留時(shí)間5s，故降液管可用4.2.3 降液管底隙高度 4.2.3.1 精餾段取降液管底隙流速 m/s，則： m 4.2.3.2

32、 提餾段取 m/s 則： m 取 m都不小于0.02m，故滿足要求。4.3 塔板分布及浮閥數(shù)目及排列 4.3.1 塔板分布 本設(shè)計(jì)塔徑d=1.18m，采用分塊式塔板，以便通過(guò)人孔裝拆塔板。 4.3.2 浮閥數(shù)目與排列 4.3.2.1 精餾段取閥孔動(dòng)能因子 ，則孔速 m/s每層塔板上浮閥數(shù)目為 塊取邊緣區(qū)寬度 m，破沫區(qū)寬度 m計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即：其中 =1.78 浮閥排列方式采用等腰三角叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距，則排間距： mm 考慮到孔徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用82mm，而應(yīng)小些，故取=0.065m，按t=75mm，

33、=65mm，以等腰三角形叉排方式做圖，排得閥數(shù)286個(gè)。 按n=286個(gè)重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)， m/s=12.22 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化因數(shù)不變，仍在913范圍內(nèi)，塔板開(kāi)孔率= 4.3.2.2 提餾段 取閥孔動(dòng)能因子=12，則 m/s每層塔板上的浮閥數(shù)目為 塊按t=75 mm，估算排間距， mm取 mm，排得閥數(shù)為236快。按236塊重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)， m/s 閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，開(kāi)孔率=浮閥排列方式如圖所示： 圖4-2 精餾段閥孔排列方式 圖4-3 提餾段閥孔排列方式4.4 塔板的流體力學(xué)計(jì)算 4.4.1 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 可根據(jù)計(jì)算 4.4.1.1 精餾段 1）干板阻力

34、 m/s 因 故=0.049 m 2）表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?m pa 4.4.1.2 提餾段 1）干板阻力 m/s 因 故=0.049 m/s 2）板上充氣液層阻力 取 m 3）表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋?m pa4.5 淹塔 為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度：即。 4.5.1 精餾度 1）單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨?m2） 液體通過(guò)降液管的塔頭損失 m3）板上液層高度 0.07m ，則 m 取=0.5，已選定 m, m 則 所以符合防淹塔的要求。4

35、.5.2 提餾段1）單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萴2）液體通過(guò)降液管的壓頭損失： m3）板上液層高度：0.07m ，則 m 取=0.5，則 m，可見(jiàn) 所以符合防淹塔的要求。4.6 物沫夾帶 4.6.1 精餾段 泛點(diǎn)率= 泛點(diǎn)=板上流體流經(jīng)長(zhǎng)度： m板上流經(jīng)面積： 查物料系數(shù)k=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷性能系數(shù)圖。泛點(diǎn)率：泛點(diǎn)率：對(duì)于大塔，為了避免過(guò)量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%，由以上可知，物沫夾帶能夠滿足的需求。4.6.2 提餾段取物料系數(shù)k=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷性能系數(shù)圖泛點(diǎn)率：泛點(diǎn)率：由計(jì)算知，符合要求。4.7塔板負(fù)荷性能圖 4.7.1 物沫夾帶線 泛點(diǎn)率=據(jù)此可作業(yè)負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛

36、點(diǎn)泛80%計(jì)算。4.7.1.1 精餾段0.8=整理得：即由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)作取兩個(gè)值，算出。4.7.1.2提餾段：0.8=整理得：0.174=0.0303+1.847 即=5.74-60.964.7.2 液泛線由此確定液泛線，忽略式中 而 4.7.2.1 精餾段整理得：4.7.2.2 提餾段整理得：4.8 液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3-5s，液體降液管內(nèi)停留時(shí)間 s。以s作為液體降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則： 4.9 液漏線對(duì)于 型重閥，依=5作為規(guī)定氣 體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則4.9.1 精餾段 4.9.2 提餾段 4.10 液相負(fù)荷下限性 取堰上

37、液層高度作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線，該線為氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。取e=1則 由以上4.5-4.10可作出負(fù)荷性能圖，圖如下：由塔板負(fù)荷性能圖可看出：1） 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作p處在操作區(qū)內(nèi)的適中位置。2） 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶線控制，操作下限由漏液控制；3） 按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限=4.84 （6.00），氣相負(fù)荷下限1.572（1.55） 。所以：精餾段操作彈性為：4.84/1.572=3.0788:；提餾段操作彈性為：6.00/1.55=3.891. 圖 4-3 精餾段負(fù)荷性能圖（h表示液泛線，i表示液沫夾帶線，j表示液漏線，c表示負(fù)荷

38、下限，e代表負(fù)荷上限，下同。）圖 4-4 提餾段負(fù)荷性能圖五、塔的附屬設(shè)備選型及校核： 5.1 接管 5.1.1 進(jìn)料管 進(jìn)料管的要求很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、丁型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑如下： 取=1.6 m/s ，=85.18c 由，當(dāng)=85.18c時(shí)： kg/ kg/ 故：=889.36 kg/ m查標(biāo)準(zhǔn)系列選?。?.1.2 回流管 采用直管回流管，取 m/s，t=172.69f，查t-x-x圖得，c，（為全凝器冷凝后的溫度） 由差值法： 故： ， mm查表?。?.1.3 塔釜出料管取 m/s,直管出料c，故可先選取f的數(shù)據(jù)， ， 故： 故： m查表取5.1.4 塔頂蒸汽

39、出料管直管出氣，取出口氣速：u=20 m/s，則c m=492 mm 查表取5.1.5 塔釜進(jìn)氣管采用直管，取氣速u=23m/s，t=99.95c kmol/s m=472 mm 查表取5.1.6 法蘭 由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，干焊法蘭，由不同的公稱直徑選用法蘭。1） 進(jìn)料管接管法蘭：2） 回流管接管法蘭：3） 塔釜出料管法蘭：4） 塔頂蒸汽管法蘭: 5） 塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：5.2 筒體與封頭 5.2.1 筒體選用碳素鋼，因料液無(wú)腐蝕性，由公式： 式中： s筒體的壁厚，毫米 p筒體的設(shè)計(jì)壓力，公斤力/ 筒體的內(nèi)徑，毫米。 焊縫系數(shù) c 壁厚附加量 ，毫米 筒體材料的舉用應(yīng)力，公

40、斤力/對(duì)此設(shè)計(jì)精餾塔，溫度800mm，故裙座壁厚取16mm。 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： mm 基礎(chǔ)環(huán)外徑： mm 圓整：=1600 mm，=2100 mm；基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18 mm，考慮到再沸器，裙裾高度取3 mm，地角螺栓直徑取m30.5.5吊柱 對(duì)于較高的室外無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更新填料、安裝和卸載內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)措施，一般取15 mm以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑d=1800 mm，可選用吊柱500 kg，s=1000mm，l=3400 mm，h=1000 mm。填料為。5.6人孔 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)

41、置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔10-20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共57塊塔板，需設(shè)置6個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450 mm，在設(shè)置人孔處，塔間距為600 mm，裙座應(yīng)開(kāi)兩個(gè)人孔，直徑為450 mm，人孔深入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。5.7 塔總體高度的計(jì)算 5.7.1 塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板間的距離為600 mm，塔頂部空間高度為1200 mm。 5.7.2 塔的底部空間

42、高度 塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時(shí)間取5 min。 m 5.7.3 塔立體高度 m m5.8 附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 5.8.1 冷凝器的選擇 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： 。本設(shè)計(jì)取 k=700 =2926 出料液溫度：78.21c（飽和氣）78.16c（飽和液） 冷卻水溫度：20c 50c 逆流操作： c c c 傳熱面積： 設(shè)備型號(hào)： 5.8.2 再沸器的選擇 選用120c的飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取k=2931 k。料液溫度：99.95c100c，熱流溫度120c120c。 逆流操作： c c c換熱面積： 設(shè)備型號(hào)： 500-30

43、-40-2六、 塔的各項(xiàng)指標(biāo)校驗(yàn)6.1 風(fēng)載荷及風(fēng)彎矩 6.1.1 風(fēng)載荷，=0.7，塔高31.07 m，取1.7，查得合肥地區(qū)=。 值如下： 對(duì)于m段，查表：=1.0 對(duì)于1020m 段，=20-10=10m 查表 ：=1.25 對(duì)于2030m 段，=30-20=10m 查表： =1.42 對(duì)于3032.07m段， =32.07-30=2.07m 查表： =1.56 塔體有效直徑=，對(duì)于斜梯取=200mm，其最大值為計(jì)算塔段中有四層平臺(tái)，每層平臺(tái)迎風(fēng)面積為0.5。 mm為簡(jiǎn)化計(jì)算且偏安全計(jì)，各段均?。?mm塔體各斷風(fēng)力：310m： =0.71.7302624=6557.4 n1020m： =

44、0.71.7301.15102624=10678.67n 2030m： =0.71.753001.33102624=13302.07n3032.07m=0.71.753001.48102624=3024.99n 6.2 風(fēng)彎矩把截面劃分為00截面為裙座基座截面，11截面為裙座人孔處截面，22截 面為裙座塔體焊縫處截面。 11截面彎矩： 式中： -塔體22截面到標(biāo)高10m處的距離 -對(duì)應(yīng)于段的風(fēng)力11截面彎矩: 22截面彎矩：式中： -裙座底部到標(biāo)高十米處的距離-對(duì)應(yīng)于段的風(fēng)力所以：6.3 離心泵選型 進(jìn)料口離地面高度： m， kw 選型：is80-50-2006.4 塔體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核6.

45、4.1 塔底危險(xiǎn)截面1-1軸向應(yīng)力計(jì)算（裙座塔體焊縫處截面） 塔底危險(xiǎn)截面1-1抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性驗(yàn)算： 6.5 質(zhì)量載荷塔體和裙裾質(zhì)量= 人孔、法蘭、接管等附件的質(zhì)量： 內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量： 保溫層材料質(zhì)量： 扶梯、平臺(tái)質(zhì)量（扶梯單位質(zhì)量為40kg/m，操作平臺(tái)共六層，平臺(tái)寬1.0m，單位質(zhì)量150kg/，直角360，平臺(tái)距塔之間距離1000mm）： 操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量： 充水質(zhì)量： 塔體與裙裾的操作質(zhì)量： 最大操作質(zhì)量： 最小操作質(zhì)量： 塔體操作時(shí)質(zhì)量： kg 6.6 塔底抗壓強(qiáng)度校核6.6.1 塔底1-1截面抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定性校核：該截面上的最大軸向壓縮應(yīng)力發(fā)生在空塔時(shí)： 式中：=114 mpa =83.04 mpa因此塔底1-1截面滿足抗壓強(qiáng)度及軸向穩(wěn)定條件 塔底1-1截面上的抗拉強(qiáng)度校核塔底1-1截面上的最大拉應(yīng)力： 綜合