化工原理課程設(shè)計(jì)精餾塔設(shè)計(jì)

1、 化工原理課程設(shè)計(jì)1原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)目目 錄錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) .1 1目錄目錄 .2 2一、設(shè)計(jì)概述一、設(shè)計(jì)概述 .2 2二、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明二、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明 .5 5（一）（一） 塔板設(shè)計(jì)的要求塔板設(shè)計(jì)的要求.5（二）裝置的確定（二）裝置的確定.5（三）流程圖（三）流程圖.6（四）操作條件（四）操作條件.6三、塔的工藝計(jì)算三、塔的工藝計(jì)算 .6 6（一）塔的物料衡算（一）塔的物料衡算.7（二）全塔物料衡算（二）全塔物料衡算.7（三）塔板數(shù)的確定（三）塔板數(shù)的確定.7四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)

2、算 .9 9五、氣液負(fù)荷計(jì)算五、氣液負(fù)荷計(jì)算 .1212六、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算六、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 .1313七、篩板流體力學(xué)驗(yàn)算七、篩板流體力學(xué)驗(yàn)算 .1717八、塔板負(fù)荷性能圖八、塔板負(fù)荷性能圖 .1919( (一一) )精餾段精餾段.19（二）提餾段（二）提餾段.22九、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表九、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 .2525十、同組成員數(shù)據(jù)比較十、同組成員數(shù)據(jù)比較 .2626十一、設(shè)計(jì)評(píng)述及討論十一、設(shè)計(jì)評(píng)述及討論 .2727十二、重要經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式十二、重要經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 .2828十三、參考文獻(xiàn)十三、參考文獻(xiàn) .2828 化工原理課程設(shè)計(jì)2一、設(shè)計(jì)概述一、設(shè)計(jì)概述高徑比很大的設(shè)備稱(chēng)為塔器

3、。用于蒸餾（精餾）和吸收的塔器分別稱(chēng)為蒸餾塔和吸收塔。塔器在石化工藝過(guò)程中的作用主要是分餾、吸收、汽提、萃取、洗滌、回收、再生、脫水及氣體凈化和冷卻等。常用的有板式塔和填料塔，國(guó)外塔器主要是在塔盤(pán)和填料技術(shù)上不斷改進(jìn)。我國(guó)近 20 年開(kāi)發(fā)了許多性能優(yōu)良的板式塔和填料塔，已在石化、煉油裝置中得到了廣泛應(yīng)用，性能處于國(guó)際先進(jìn)水平。其中具有代表性的主要有適宜于處理高液體通量的 dt 塔盤(pán)、適宜于處理高氣體通量的旋流塔盤(pán)、具有高操作彈性及高效率的立體傳質(zhì)塔盤(pán)以及篩板一填料復(fù)合塔等。為洛陽(yáng)和大慶 500 萬(wàn)噸年的潤(rùn)滑油型煉油廠(chǎng)分別配置的大型板式塔型和大型填料塔型的減壓塔直徑達(dá)p8400mm，由國(guó)內(nèi)研制的

4、p10000mm 大型精餾塔即將投入使用。根據(jù)塔內(nèi)氣、液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，塔設(shè)備可分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。板式塔大致可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、舌形、s 型、多降液管塔板等；另一類(lèi)是無(wú)降液管的塔板，如穿流式篩板（柵板） 、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如篩板、浮閥、泡罩塔板等。1板式塔是使用量大，應(yīng)用范圍廣的重要?dú)庖簜髻|(zhì)設(shè)備。最早的板式塔有泡罩塔和篩板塔。到 20 世紀(jì) 50 年代出現(xiàn)了一些生產(chǎn)能力大和分離效果更好的板式塔，其中浮閥塔由于具有塔板效率搞，操作穩(wěn)定等有點(diǎn)爾得到廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 60 年代初，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的篩板

5、塔克服了自身的某些缺點(diǎn)之后，應(yīng)用又日益增多起來(lái)。2為了有效實(shí)現(xiàn)氣液兩相之間的物質(zhì)傳遞，要求塔板具有一下兩個(gè)作用：塔板是保持良好的氣液接觸條件，造成較大的接觸面，而且氣液接觸表面不斷更新，以增加傳質(zhì)速率。保證氣液多次逆流接觸，防止氣液短路夾帶與返混，使塔內(nèi)各處能提供最大的傳質(zhì)推動(dòng)力。（一）泡罩塔泡罩塔是應(yīng)用最早的板式塔，是 celler 于 1813 年提出的，其主要構(gòu)件是泡罩、升氣管及降液管。泡罩的種類(lèi)很多，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)是：因升氣管高出液層，不易發(fā)生漏液現(xiàn)象，操作彈性較大，液氣比范圍大，適用多種介質(zhì)，操作穩(wěn)定可靠，塔板不易堵塞，適于處理各種物料；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)

6、高、安裝維修不便，且因霧沫夾帶現(xiàn)象較嚴(yán)重，限制了起訴的提高，現(xiàn)雖已為其他新型塔板代替，但鑒于其某些優(yōu)點(diǎn)，仍有沿用。 化工原理課程設(shè)計(jì)3 （a） （b）圖圖 6 泡罩塔泡罩塔（二）浮閥塔浮閥塔廣泛用于精餾、吸收和解吸等過(guò)程。其主要特點(diǎn)是在塔板的開(kāi)孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥有盤(pán)式、條式等多種，國(guó)內(nèi)多用盤(pán)式浮閥，此型又分為 f1 型（v1 型） 、v4 型、十字架型、和 a 型，其中 f1 型浮閥結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（jb1118

7、81） 。其閥孔直徑為 39mm，重閥質(zhì)量為 33g，輕閥為 25g。一般多采用重閥，因其操作穩(wěn)定性好。 f-1 型 v-4 型 a 型 十字架型 方形浮閥圖圖 7 浮閥塔板浮閥塔板（三）篩板塔篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過(guò)板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層（或噴射的液滴群） 。篩板塔是 1932 年提出的，當(dāng)時(shí)主要用于釀造，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具

8、有足夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國(guó)對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)該種塔型。3 化工原理課程設(shè)計(jì)4垂直篩板斜臺(tái)裝置導(dǎo)向孔林德篩板圖圖 8 篩板塔板篩板塔板二、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明二、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明 對(duì)塔板的要求對(duì)塔板的要求 生產(chǎn)能力要大，即單位面積上氣體和液體通量大。 板效率高。塔板效率高板數(shù)就少，對(duì)于板數(shù)一定的塔，板效率高可以提高產(chǎn)品質(zhì)量后者減少回流比（或氣液比） ，減少能耗，降低操作費(fèi)用。 壓降小。氣體通過(guò)單板壓降小，能耗低。對(duì)于精餾則可以降低釜壓力和釜溫，這對(duì)于處理高沸點(diǎn)和易發(fā)生自聚分解的物系尤其重要。 操作范圍寬。當(dāng)塔內(nèi)操作的氣液負(fù)荷

9、波動(dòng)使不至于影響塔的正常操作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低廉。 裝置流程的確定裝置流程的確定精餾裝置有精餾塔、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。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。苯甲苯飽和蒸汽（原料）經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后送入精餾塔的進(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)的從再沸器取出 化工原理課程設(shè)計(jì)5部分液體氣

10、化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液用泵送回塔頂或是自然回流作為回流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后送出作為塔頂產(chǎn)品。塔釜采用間接蒸汽和再沸器共熱。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。流程圖流程圖如右圖所示：操作條件操作條件操作壓力：精餾操作可在常壓、減壓和加壓下進(jìn)行。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)，本設(shè)計(jì)中已制定為塔頂壓力為 4kpa。進(jìn)料熱狀態(tài)：進(jìn)料狀態(tài)有 4 種，可用進(jìn)料狀態(tài)參數(shù) q 值來(lái)表示。本設(shè)計(jì)中已制定為飽和蒸汽進(jìn)料：。0q 加熱方式：蒸餾一般采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器，但也可采用直接蒸汽加熱。

11、但由于直接蒸汽的加入，對(duì)釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提留段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。回流比的選擇：對(duì)于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量 d 一定時(shí)，v 的大小取決于回流比。一般取操作回流比為最小回流比的 1.12 倍，即。rmin0 . 21 . 1r三、塔的工藝計(jì)算三、塔的工藝計(jì)算已知參數(shù)：苯、甲苯混合液處理量，f5200kg/h；0.41fx 1 0.10.99dx ；回流比 r（自選） ；進(jìn)料熱狀況，；塔頂壓強(qiáng)，；單板壓降0.02wx0q kpap4塔頂不大于。由石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè) ，盧煥章等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，kpa7 . 0

12、可知：306 309p表表 1 苯和甲苯的物理性質(zhì)苯和甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式分子量 m沸點(diǎn)（k）臨界溫度 tc（）臨界壓強(qiáng)pc（atm）苯 a甲苯 b6678c hc h78.11592.14180.100110.625288.94318.5748.3444.55由石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)p457 可知： 306 309p 化工原理課程設(shè)計(jì)6表表 2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓苯和甲苯的飽和蒸汽壓溫度c0607080901001101201301400ap391.45mmhg550.80 mmhg757.62mmhg1020.9mmhg1350.4mmhg2.313atm2.964atm3.746at

13、m4.674atm0bp138.95mmhg203.74mmhg291.21mmhg406.73mmhg556.31mmhg746.58mmhg984.70mmhg1278.4mmhg1653.7mmhg由石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知：306 309p表表 3 液體的表面張力液體的表面張力溫度8090100110120苯，mnm21.2720.0618.8517.6616.49甲苯，mnm21.6920.5919.4918.4117.34由石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知：306 309p表表 4 苯與甲苯的液相密度苯與甲苯的液相密度溫度()6080100120140苯,kg/3m836.6815.079

14、2.5768.9744.1甲苯,kg/3m829.3810.0790.3770.0748.8由石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)可知：306 309p表表 5 液體粘度液體粘度 l溫度()8090100110120苯（）mpa s 0.3080.2790.2550.2330.215甲苯（）mpa s 0.3110.2860.2640.2450.228由化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) （下冊(cè)）國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編，化學(xué)工業(yè)出版社表表 6 6 常壓嚇苯常壓嚇苯甲苯溶液的平衡數(shù)據(jù)甲苯溶液的平衡數(shù)據(jù)液相中苯的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中苯的摩爾分?jǐn)?shù)溫度c液相中苯的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中苯的摩爾分?jǐn)?shù)溫度c0.00.0110.659.278.9

15、89.48.821.2106.170.085.386.820.037.0102.280.391.484.430.050.098.690.395.782.339.761.895.295.097.981.248.971.092.1100.0100.080.2 化工原理課程設(shè)計(jì)7（一）塔的物料衡算（一）塔的物料衡算1）料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分率 99/78.1150.99299/78.115 1/92.141dx 2.0/78.1150.02352.0/78.11498/92.141wx2）平均分子量0.450 78.115(1 0.450) 92.14185.829/fmkg kmol0.9

16、92 78.115(1 0.992) 92.14178.227/dmkg kmol 0.0235 78.115(1 0.0235) 92.14191.811/wmkg kmol（二）全塔物料衡算（二）全塔物料衡算總物料衡算 （1）5200dw 易揮發(fā)組分物料衡算 （2）0.99 0.020.41 5200dw聯(lián)立上式（1） 、 （2）解得： 5200fkg h2090.7dkg h3109.3wkg h則 5200f60.59 85.829ffmhkmol /2090.7d26.7278.227ddmhkmol /3109.3w33.8791.811wwmhkmol /（三）塔板數(shù)的確定（三）

17、塔板數(shù)的確定 塔板數(shù)塔板數(shù)的計(jì)算的計(jì)算tn在本設(shè)計(jì)中，因苯甲苯屬于理想物系，可用圖解法計(jì)算理論板數(shù)。其計(jì)算方法tn如下：（1）根據(jù)苯甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)作 x-y 圖及 t -x-y 圖（如上一頁(yè)所示） 。通過(guò)氣液平衡關(guān)系計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于上表 2，通過(guò)表在 t -x-y 圖直角坐標(biāo)系中做出平衡曲線(xiàn)和對(duì)角線(xiàn)，并標(biāo)出 c 點(diǎn)（、） 、e 點(diǎn)（、） 、a 點(diǎn)（、）三點(diǎn)； wxwxfxfxdxdx（2）求最小回流比及操作回流比。因飽和蒸汽進(jìn)料即，所以其 q 線(xiàn)方程minrr0q 為一水平直線(xiàn)，在 x-y 圖中對(duì)角線(xiàn)上自點(diǎn) e 作出進(jìn)料線(xiàn)（q 線(xiàn)） ，該線(xiàn)與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)坐41/78.1150.45041

18、/78.11559/92.141fx 化工原理課程設(shè)計(jì)8標(biāo)為（） ，此即最小回流比時(shí)操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)的交點(diǎn)坐標(biāo)。依最小回0.450,0.260qqyx流比計(jì)算式：min0.9920.4502.850.4500.260dqqqxyryx取操作回流比：min1.51.5 2.854.275rr精餾段操作線(xiàn)方程：14.2750.9920.8100.188114.275 14.275 1dryxxxxrr其截距為 0.188 即點(diǎn)，連接點(diǎn)和點(diǎn)可以作出精餾段操作線(xiàn)方程，與 q(0,0.188)bba線(xiàn)交于點(diǎn)，連接點(diǎn)、點(diǎn) 可作出提餾段操作線(xiàn)方程。ddc按照常規(guī)的圖解法作梯級(jí)可得：層（不包括再沸器） ，其中精

19、餾段理13 112tn 論板數(shù)為 7 層，提餾段為 5 層（不包括再沸器） ，第 8 層為加料板圖如上一頁(yè)所示2. 全塔效率全塔效率te依式：，根據(jù)塔頂、塔底液相組成查 t -x-y 圖，求得塔平均溫mtelg616. 017. 0度為：，溫度下進(jìn)料液相平均粘度為： 109.681.295.42(1)0.45 0.2661 0.450.2740.2704.mffxxmpa s苯氯苯其中：104.9下的245. 0255. 0)255. 0215. 0(1001201009 .104苯 351. 0363. 0)363. 0313. 0(1001201009 .104氯苯則0.170.616lg

20、0.170.616lg0.27040.519952%tme3. 實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)n精餾段： 提餾段： 713.6140.52n精（層）59.6100.52n提（層）故實(shí)際塔板數(shù)：（層）14 1024n 四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算1. 操作壓強(qiáng)操作壓強(qiáng)mp塔頂壓強(qiáng)，取每層板的壓降為 0.7kpa，則進(jìn)料板的壓強(qiáng)為：4 101.325105.325dpkpa，塔底壓強(qiáng)為：，故精餾段14 0.7 105.325115.125fpkpa24 0.7122.125wdppkpa平均操作壓強(qiáng)為：，提餾段平均操作壓強(qiáng)為： 105.325 115.125110.2252m

21、pkpa（精）115.125 122.125118.6252mpkpa（提）2. 溫度溫度mt 化工原理課程設(shè)計(jì)9根據(jù)操作壓強(qiáng)，由下式試差計(jì)算操作溫度：，經(jīng)試差得到塔頂：bbaaxpxpp00，進(jìn)料板溫度，塔底：，則精餾段的平均溫度：081.6dtc0102.37ftc116.23wtc0，提餾段的平均溫度：。081.6 102.3791.9852mtc，精,116.23 102.37109.32mt提c03. 平均分子量平均分子量mm塔頂：，10.992dxy10.980 x 0.992 78.115(1 0.992) 92.14178.227/vdmmkg kmol0.980 78.115

22、(1 0.980) 92.14178.396/ldmmkg kmol進(jìn)料板：，0.52fy 0.31fx 0.52 78.1151 0.5292.14184.847/vfmmkg kmol0.31 78.1151 0.3192.14187.793/lfmmkg kmol塔底： , 0.018wx 0.065wy 0.065 78.1151 0.06592.14191.229/vwmmkg kmol 0.018 78.1151 0.01892.14191.889/lwmmkg kmol則精餾段平均分子量：，78.22784.84781.537/2vmmkg kmol（精）(78.39687.79

23、383.0951/2lmmkg kmol精）提精餾段平均分子量：84.84791.22988.038/2vmmkg kmol（提） (87.79383.88989.841/2lmmkg kmol提）4. 平均密度平均密度m1）液相密度lm根據(jù)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 4，由內(nèi)插法得：塔頂：，3813.224/lakg m，塔底：，由3808.432/lbkg m3773.3863/lakg m3773.8831/lbkg m 化工原理課程設(shè)計(jì)10（為質(zhì)量分率）1ablmlalbaaa塔頂：0.98 78.1150.97650.98 78.1150.02 92.141a1 0.97650.0235b 塔底

24、: 0.018 78.1150.01530.018 78.1150.982 92.141a 1 0.01530.9847b 故塔頂：，即；10.97650.0235813.224808.432lmd3813.1107/lmdkg m塔底：，即；10.01530.9847773.3863773.8831lmw3773.8755/lmwkg m進(jìn)料板，由加料板液相組成0.31fx 0.31 78.1150.27580.31 78.1151 0.3192.141aa（）1 0.27580.7242b ，故10.27581 0.2758801.1982797.8537lmf3798.7733/lmfk

25、g m故精餾段平均液相密度：813.1107798.7733805.9422lm（精）3/mkg提餾段平均液相密度：3(798.7733773.8755786.3244kg/m2lm提）2） 氣相密度mv 3110.225 81.5372.9605/8.31491.985273.15mv mmvp mkg mrt（精）（精）3118.625 88.0383.2844/8.314109.3273.1mv mmvp mkg mrt（提）（提）5. 液體表面張力液體表面張力mnimixi1根據(jù)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 3，由內(nèi)插法得：,，21.0764/amn m頂21.514/bmn m頂 化工原理課程設(shè)計(jì)

26、11,，。18.5680/amn m進(jìn)19.1701/bmn m進(jìn)16.9311/amn m底17.7434/bmn m底 ,0.980 21.07640.02 21.51421.0852/mmn m頂,0.31 18.56800.69 19.170118.9834/mmn m進(jìn),0.018 16.9311 0.982 17.743417.7288/mmn m底則精餾段平均表面張力：(21.0852 19.170120.1277/2mmn m精）提餾段平均表面張力：18.9834 17.728818.3561/2mmn m（提）6. 液體粘度液體粘度lm nilmixi1根據(jù)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 3

27、，由內(nèi)插法得：,，0.3034ampa s頂0.307bmpa s頂,， , 。0.2498ampa s進(jìn)0.2595bmpa s進(jìn)0.2218ampa s底0.2344bmpa s底 0.98 0.3034(1 0.98) 0.3070.3035lmpa s頂0.31 0.2498(1 0.31) 0.25950.2565lmpa s進(jìn)0.018 0.2218(1 0.018) 0.23440.2342lmpa s底故精餾段平均液相粘度(0.30350.25650.282lmmpas精）提餾段平均液相粘度0.25650.23420.24542lmmpa s（提）五、氣液負(fù)荷計(jì)算五、氣液負(fù)荷計(jì)

28、算精餾段：1(4.275 1) 26.72140.948/vrdkmol h(3140.948 81.5371.0783/36003600 2.9605vmsvmvmvms精）（精）4.275 26.72114.228/lrdkmol h3114.228 83.09510.003271/36003600 805.942lmlmlmlsms（精）（精）30.003271 360011.7772/hlmh 化工原理課程設(shè)計(jì)12提餾段：114.228/llkmol h (1)140.948(0 1) 60.5980.358/vvqfkmol h (380.58 88.0380.5983/360036

29、00 2.9605vmsvmvmvms 提）（提）3114.228 89.09510.003625/36003600 786.3244lmslml mlms （提）（提）30.003625 360013.0510/hlmh六、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算六、塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算1. 塔徑塔徑d塔板間距 ht的選定很重要，可參照下表所示經(jīng)驗(yàn)關(guān)系選取。表表 6 板間距與塔徑關(guān)系板間距與塔徑關(guān)系塔徑 dt，m4.0板間距ht，mm200300250350300450350600400600根據(jù)上表，初選板間距，取板上液層高度，故0.45thm0.

30、05lhm；精餾段：0.450.050.40tlhhm11220.003271805.9420.050051.07832.9605lmssvmlv（精）（精）查化工原理-天津出版社（下冊(cè)）圖 35 史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得160p200.087c依式 2 . 02020cc校正物系表面張力為時(shí)20.1277/mn m0.20.22020.12770.0870.087112020ccmax805.9422.96050.087111.4346/2.9605lvvucm s可取安全系數(shù)為（安全系數(shù)） ，則max0.80.7 1.43461.1477/um s故。按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為 1.2

31、m,則空塔氣速:44 1.07831.09371.1477svdm 2244 1.07830.9534/1.2svum sd 化工原理課程設(shè)計(jì)13提餾段： 1122(0.003625786.32440.0940.59833.2844lmssvmlv提）（提）查化工原理-天津出版社（下冊(cè)）圖 35 史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得；依式160p200.08c2 . 02020cc校正物系表面張力為時(shí)18.3561/mn m0.20.22018.35610.080.078642020ccmax786.32443.28440.078641.2142/3.2844lvvucm s可取安全系數(shù)為（安全系數(shù)） ，則0.

32、80.60.8max0.80.8 1.21420.9714/um s故。按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為 1.2m,則空塔氣速: 44 0.59830.88560.9714svdm2244 0.59830.5290/1.2svum sd2. 溢流裝置溢流裝置選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤(pán)及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。各項(xiàng)計(jì)算如下：精餾段：1)溢流堰長(zhǎng)：?jiǎn)我缌魅。ǎヾ，取堰長(zhǎng)為 0.66d，即wlwl0.60.8wl0.66 1.20.792wlm2)出口堰高：whowlwhhh由，查化工原理-天津出版社（下冊(cè)）0.660.792wldm311.7772/hlmh圖求的列線(xiàn)圖計(jì)算可知：164p39owh0.0

33、15owhm0.050.0150.045whm提餾段：，查化工原理-天津出0.660.792wldm311.777213.0510/hlmh版社（下冊(cè)）圖求的列線(xiàn)圖計(jì)算可知：164p39owh0.0165owhm故0.050.01650.0435whm 3)降液管的寬度與降液管的面積：dwfa 化工原理課程設(shè)計(jì)14由查（化工原理：圖 310 弓形降液管的寬度與面積）得：/0.66wld 164p，/0.138dwd /0.08ftaa 故，利用0.1380.138 1.20.1656dwdm2220.080.081.20.0904844fadm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s

34、tflha （，符合要求）0.09048 0.4512.450.003271ftsa hsl5s4)降液管底隙高度：取降液管底隙高度比溢流堰高度低 oh15mm即：0.0150.0450.0150.03owhhm提餾段：1)溢流堰長(zhǎng)：?jiǎn)我缌魅。ǎヾ，取堰長(zhǎng)為 0.66d，即wlwl0.60.8wl0.66 1.20.792wlm2)出口堰高：whowlwhhh，查化工原理-天津出版社（下0.660.792wldm311.777213.0510/hlmh冊(cè)）圖求的列線(xiàn)圖計(jì)算可知：164p39owh0.0165owhm故0.050.01650.0435whm 3)降液管的寬度與降液管的面積：dwf

35、a由查（化工原理：圖 310 弓形降液管的寬度與面積）得：/0.66wld 164p，/0.138dwd /0.08ftaa 故，利用0.1380.138 1.20.1656dwdm2220.080.081.20.0904844fadm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stflha （，符合要求）0.09048 0.4511.230.003625ftsa hsl5s4)降液管底隙高度：取降液管底隙高度比溢流堰高度低 oh15mm 化工原理課程設(shè)計(jì)15即：，圓整0.0150.04350.0150.0275owhhm0.03ohm3. 塔板布置塔板布置精餾段：；1)取邊緣區(qū)寬度,安定

36、區(qū)寬度mwc035. 00.060swm2)由式：計(jì)算開(kāi)空區(qū)面積，其中：rxrxrxaa1222sin1802， mwdrc565. 0035. 022 . 12； 所以1.20.16560.060.374422dsdxwwm 222120.37442 0.3744 0.5650.37440.565 sin0.82061800.565aam提餾段：1)取邊緣區(qū)寬度,安定區(qū)寬度0.05cwm0.08swm2)由式：計(jì)算開(kāi)空區(qū)面積，其中：rxrxrxaa1222sin1802， 1.20.050.5522cdrwm； 所以1.20.16560.080.354422dsdxwwm222120.354

37、42 0.3544 0.550.35440.55 sin0.72171800.55aam因此塔板布置圖如下頁(yè)所示。4. 篩孔數(shù)篩孔數(shù)與開(kāi)孔率與開(kāi)孔率：n精餾段：取篩空的孔徑為，正三角形排列，一般碳鋼的板厚為,取0d4mm4mm，故孔中心距。0 . 3/0dt3.0 512.0tmm開(kāi)孔率 （在 515范圍內(nèi)） ，則每層板上的開(kāi)孔面0200.907%10.08%()aatad積為，氣體通過(guò)篩孔的氣速為： 0a200.10085 0.82060.08272aaam 化工原理課程設(shè)計(jì)16， 001.078313.0355/0.08272svum sa0200.082726583()0.0044ana

38、個(gè)由（精餾段塔板設(shè)計(jì)圖）圖（a）可知與理論相差 296 個(gè)6287()n 個(gè)2062870.0040.07904am001.078313.6494/0.0790svum sa提餾段：取篩空的孔徑為，正三角形排列，一般碳鋼的板厚為,取0d4mm4mm，故孔中心距。0/3.2t d 3.2 412.8tmm開(kāi)孔率 （在 515范圍內(nèi)） ，則每層板上的開(kāi)孔面0200.907%8.857%()aatad積為，氣體通過(guò)篩孔的氣速為： 0a200.08857 0.72170.06392aaam， 000.59839.3601/0.06392svum sa0200.063925087()0.0044ana個(gè)

39、由（提餾段塔板設(shè)計(jì)圖）圖(b)可知與理論數(shù)相差 282 個(gè)4805()n 個(gè)2048050.0040.060384am000.59839.9089/0.06038svum sa5.塔的有效高度塔的有效高度z精餾段：14 0.456.3zm提餾段：10 0.454.5zm七、篩板流體力學(xué)驗(yàn)算七、篩板流體力學(xué)驗(yàn)算1. 氣體通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葰怏w通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萷hhhhhlcp1)干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋阂?，查干篩孔的流量系數(shù)圖得，ch0/4/41d由式 00.82c 220(01113.64942.96050.0518822 9.810.82805.942vclhmgc 精）2

40、20(0119.90893.28440.0310922 9.810.82786.3244vclhmgc 精） 化工原理課程設(shè)計(jì)172)氣體穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋簂h精餾段：，1.07831.0363/1.131 0.09048satfvm saa1.03632.96051.7831aavfu由與關(guān)聯(lián)圖查得板上液層充氣系數(shù)，所以 0af00.5600.56 0.050.028llhhm提餾段：，0.59830.5750/1.131 0.09048satfvm saa0.57503.28441.0421aavfu由與關(guān)聯(lián)圖查得板上液層充氣系數(shù)，所以 oaf00.650.65 0.050.

41、0325lolhhm3)克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋篽精餾段 ，3044 20.1277 100.002546805.942 9.81 0.004lhmgd故 0.051880.0280.0025460.082426phm則單板壓強(qiáng)： 0.082426 805.942 9.81615.70.7pplphgpakpa提餾段 ，3044 18.3561 100.002380786.3244 9.81 0.004lhmgd故 0.031090.03250.0023800.06597phm則單板壓強(qiáng) ： 0.06597 786.3244 9.81508.90.7pplphgpakpa2. 霧沫

42、夾帶量霧沫夾帶量的驗(yàn)算的驗(yàn)算ve精餾段： 3.23.26635.7 105.7 101.03630.01158/0.1/20.1277 100.452.5 0.05avtfekgkgkgkghh液氣液氣 提餾段：3.23.26635.7 105.7 100.5750.001928/0.1/18.3561 100.452.5 0.05avtfekgkgkgkghh液氣液氣 化工原理課程設(shè)計(jì)18故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶。3. 漏液的驗(yàn)算漏液的驗(yàn)算精餾段：vllowhhc/13. 00056. 04 . 40805.9424.4 0.820.00560.13 0.050.0025462.9

43、6055.8187/m s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量013.03552.24( 1.5)5.8187owk漏液。提餾段： vllowhhc/13. 00056. 04 . 40786.32444.4 0.820.00560.13 0.050.0023803.28445.5039/m s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。09.90891.8( 1.5)5.5039owk4. 液泛驗(yàn)算液泛驗(yàn)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度 由wtdhhh計(jì)算， 而精餾段：dlpdhhhh2200.0032710.1530.1530.00290.792 0.03sd

44、wlhmlh（）（）所以 取0.00290.050.0824260.1353dhm5 . 0則 故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液0.5 0.450.0450.2475twhhmwtdhhh泛。提餾段：2200.0036250.1530.1530.0035610.792 0.03sdwlhmlh（）（）所以 取，0.050.065970.0035610.1195dhm5 . 0則 故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生0.5 0.450.04350.24675twhhmwtdhhh液泛。根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)液體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及各項(xiàng)工藝尺寸是適合的。八、塔板負(fù)荷性能圖八、塔板負(fù)荷性能圖( (一一) )精餾段精餾

45、段1. 霧沫夾帶線(xiàn)（霧沫夾帶線(xiàn)（1） 化工原理課程設(shè)計(jì)19 2 . 36107 . 5ftavhhe式中 （a）0.96111.131 0.09048ssastfvvuvaa，23336004 10sfwowwwlhhhhel近似取 , 0 . 1e0.045 ,0.792wwhm lm故 （b）2332/336002.5 0.0452.84 100.1125 1.94820.792sfslhl取霧沫夾帶極限值為。 已知，并ve氣液 kgkg/1 . 0320.1277 10/n m0.45thm將代入得下式： ba ,2 . 36107 . 5ftavhhe 整理得： 3.

46、2632/30.96115.7 100.120.1277 100.450.1125 1.9482ssvl2/32.1965 12.6791ssvl在操作范圍內(nèi)任取 4 個(gè)值，依上式算出相應(yīng)的值列于附表中：slsv附表（附表（1）)/(3smls31.0 1032.0 1033.0 1034.0 1035.0 1036.0 10)/(3smvs2.06971.99491.93281.87701.82581.7778依表中數(shù)據(jù)在 vsls圖中作出霧沫夾帶線(xiàn)，如圖 3(a)中線(xiàn)（1）所示。2. 液泛線(xiàn)（液泛線(xiàn)（2）由式 （a） twpwowdhhhhhh近似取.0， 1e0.792wlm 化工原理課

47、程設(shè)計(jì)20由式：223333360036002.84 102.84 101.00.792ssowwllhel故 （） 2/30.7793owshl由式pclhhhh220000221122 9.8112.96050.044612 9.81 0.82 0.082805.942vsvcllssuvhgcc avv2/32/3020.560.0450.77930.02520.4364lwowshhhll前已算出）0.002546hm故 2222/330.044610.02520.43640.0025460.044610.43640.02775psssshvlvl（） （）22200.1530.153

48、271.01830.792 0.03ssdswllhll h將，及（） 、 （） 、 （）代入（）得：thm4 . 05 . 0,051. 0mhw22/32/320.5 0.450.0450.044610.027750.43640.0450.7793271.0183ssssvlll整理得下式：22/323.917327.25176075.2813sssvll在操作范圍內(nèi)取 4 個(gè)值，依上式計(jì)算值列于附表中： sl附表（附表（2） 依表中數(shù)據(jù)作出液泛線(xiàn)，如圖 3(a)中線(xiàn)（2）所示。3. 液相負(fù)荷上限線(xiàn)（液相負(fù)荷上限線(xiàn)（3）取液體在降液管中停留時(shí)間為 4 秒，由下式3,max0.45 0.09

49、0480.01018/4tfshalmssmls/331.0 1032.0 103100 . 334.0 1035.0 1036.0 10smvs/33.63873.46043.29583.13342.96862.7988 化工原理課程設(shè)計(jì)21液相負(fù)荷上限線(xiàn)為 vsls圖中與氣相流量無(wú)關(guān)的垂線(xiàn)，如圖 3(a)中線(xiàn)（3）所示。sv4. 漏液線(xiàn)（氣相負(fù)荷下限線(xiàn)）漏液線(xiàn)（氣相負(fù)荷下限線(xiàn)） （4）由、 代入漏液點(diǎn)氣速式：2/30.0450.7793lwowshhhl0minavsow04.430.00560.13()/owllvuchh,min2/30805.9424.4 0.820.00560.13

50、0.0450.77930.0025462.9605ssvla（前已算出） ，代入上式并整理得：2079. 0mao 2/3,min4.7029 0.0089040.1013ssvl此即氣相負(fù)荷下限關(guān)系式，在操作范圍內(nèi)任取個(gè)值，依上式計(jì)算相應(yīng)的值，nslsv列于附表中：附表（附表（3）)/(3smls31.0 1032.0 103100 . 334.0 1035.0 1036.0 10)/(3smvs0.46830.48220.49350.50340.51230.5205依表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線(xiàn)，如圖 3(a)中線(xiàn)（4）所示。5. 液相負(fù)荷下限線(xiàn)（液相負(fù)荷下限線(xiàn)（5）：）： 取平堰、堰上液層高

51、度為液相負(fù)荷下限條件，取則mhow006. 00 . 1e； 即,min2/336002.84()1000sowwlhel23,min36002.840.006110000.792sl整理上式得43,min6.7557 10/slms在 vsls圖 3（a）中作線(xiàn)（5） ，即為液相負(fù)荷下限線(xiàn)，如圖 3(a)所示。將以上 5 條線(xiàn)標(biāo)繪于圖（圖）中，即為精餾段負(fù)荷性能圖。5 條線(xiàn)包圍區(qū)域sslv 為精餾段塔板操作區(qū)，p 為操作點(diǎn)，op 為操作線(xiàn)。op 線(xiàn)與（1）線(xiàn)的交點(diǎn)相應(yīng)相負(fù)荷為，op 線(xiàn)與氣相負(fù)荷下限線(xiàn)（4）的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為。max,svmin, sv 化工原理課程設(shè)計(jì)22精餾段的操作彈性

52、,max,min1.8023.740.482ssvv（二）提餾段（二）提餾段1. 霧沫夾帶線(xiàn)（霧沫夾帶線(xiàn)（1） （a）0.96111.131 0.09048ssastfvvuvaa近似取.0, 1e0.0435 ,0.792wwhm lm 故 （b）2332/336002.5 0.04352.84 100.1088 1.94820.792sfslhl取霧沫夾帶極限值為。已知，并將ve氣液 kgkg/1 . 0318.3561 10/n m0.45thm代入得下式： ba ,2 . 36107 . 5ftavhhe3.2632/30.96115.7 100.118.3561 100.450.10

53、88 1.9482ssvl整理得： 2/32.1576 12.3193ssvl在操作范圍內(nèi)任取 4 個(gè)值，依上式算出相應(yīng)的值列于附表中： slsv附表（附表（4）)/(3smls31.0 1032.0 1033.0 1034.0 1035.0 1036.0 10)/(3smvs2.03441.96201.90131.84721.79741.7508依表中數(shù)據(jù)在 vsls圖中作出霧沫夾帶線(xiàn)，如圖 3(b)中線(xiàn)（1）所示。2. 液泛線(xiàn)（液泛線(xiàn)（2）近似取，0 . 1e0.792wlm223333360036002.84 102.84 1010.792ssowwllhel 故。2/30.7793ow

54、shl22000022112213.28440.086842 9.81 0.82 0.06038786.3244vsvcllssvhgcgc avv 化工原理課程設(shè)計(jì)232/32/300.650.04350.77930.028280.5065lwowsshhhll（前已算出）0.00238hm故 22/322/30.086840.028280.50650.002380.086840.50650.03066psssshvlvl且 22200.1530.153271.01830.792 0.03ssdswllhll h將，及以上數(shù)據(jù)代入 得：mht4 . 05 . 0,048. 0mhwhhhhl

55、cp22/32/320.5 0.450.04350.086840.50650.030660.77930.0435271.0183ssssvlll整理得下式：22/321.9961 14.80653120.8924sssvll在操作范圍內(nèi)取 4 個(gè)值，依上式計(jì)算值列于附表中： slsv附表（附表（5） 依表中數(shù)據(jù)在 vsls圖中作出液泛線(xiàn)，如圖 3(b)中線(xiàn)（2）所示。3. 液相負(fù)荷上限線(xiàn)（液相負(fù)荷上限線(xiàn)（3）取液體在降液管中停留時(shí)間為 4 秒，由下式3max0.45 0.090480.01018/4tfshalms液相負(fù)荷上限線(xiàn)，為 vsls圖中與氣相流量無(wú)關(guān)的垂線(xiàn)，如圖 3(b)中（3）所示

56、。sv4. 漏液線(xiàn)（氣相負(fù)荷下限線(xiàn)）漏液線(xiàn)（氣相負(fù)荷下限線(xiàn)） （4）由、代入漏液點(diǎn)氣速式：2/30.04350.7793lwowshhhl0minavsowvllowhhc/)(13. 00056. 043. 40,min2/30786.32444.4 0.820.0056 0.13 0.04350.7793 0.002383.2844ssvlasmls/331.0 1032.0 103100 . 334.0 1035.0 1036.0 10smvs/31.84491.74861.68531.57311.48511.3948 化工原理課程設(shè)計(jì)24（前已算出） ，代入上式并整理得： 0.0603

57、8oa 2/3,min0.2179 2.124824.2546ssvl此即氣相負(fù)荷下限關(guān)系式，在操作范圍內(nèi)任取 4 個(gè)值，依上式計(jì)算相應(yīng)的值，列于slsv 附表中：附表（附表（6）依表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線(xiàn)，如圖 3(b)中線(xiàn)（4）所示。5. 液相負(fù)荷下限線(xiàn)（液相負(fù)荷下限線(xiàn)（5）：）： 取平堰、堰上液層高度為液相負(fù)荷下限條件， 則： mhow006. 00 . 1e；即,min2/336002.84()1000sowwlhel23,min36002.840.006110000.792sl 整理上式得43,min6.7557 10/slms在 vsls圖 3(b)中作線(xiàn)（5） ，即為液相負(fù)荷下限

58、線(xiàn)，如圖 3(b)所示。將以上 5 條線(xiàn)標(biāo)繪于圖 3(b)中，即為提餾段負(fù)荷性能圖。5 條線(xiàn)包圍區(qū)域?yàn)榫s段塔板操作區(qū)，p 為操作點(diǎn)，op 為操作線(xiàn)。op 線(xiàn)與（2）線(xiàn)的交點(diǎn)相應(yīng)相負(fù)荷為，opmax,sv線(xiàn)與氣相負(fù)荷下限線(xiàn)（4）的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為。提餾段的操作彈性min, sv,max,min1.33.760.346ssvv九、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表九、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位精餾段提留段各段平均壓強(qiáng)mpkpa110.225118.625各段平均溫度mt91.985109.3氣相vsm3/s1.07830.5983平均流量液相l(xiāng)sm3/s0.0032710.003625實(shí)際塔板數(shù)tn塊14

59、10板間距tthm0.450.45smls/331.0 1032.0 103100 . 334.0 1035.0 1036.0 10smvs/30.33530.34550.35330.36040.36680.3729 化工原理課程設(shè)計(jì)25塔的有效高度zm6.34.5塔徑dm1.21.2空塔氣速u(mài)m/s0.95340.5290塔板液流形式單流型單流型溢流管型式弓形弓形堰長(zhǎng)wwlm0.7920.792堰高wwhm0.0450.0435溢流堰寬度ddwm0.16560.1656溢流裝置管底與受液盤(pán)距離o0hm0.0300.030板上清液層高度llhm0.050.05孔徑domm4.04.0孔間距tm

60、m12.012.8.0孔數(shù)n孔62874805開(kāi)孔面積0am20.079000.06038篩孔氣速oum/s13.64949.9089塔板壓降phkpa0.65170.5089液體在降液管中停留時(shí)間s44降液管內(nèi)清液層高度dhm0.13530.1195霧沫夾帶vekg 液/kg 氣0.011580.001928負(fù)荷上限霧沫夾帶控制液泛控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制氣相最大負(fù)荷,maxsvm3/s1.8021.3氣相最小負(fù)荷,minsvm3/s0.4820.346操作彈性3.743.76十十、同組成員數(shù)據(jù)比較及討論、同組成員數(shù)據(jù)比較及討論計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng)目符號(hào)單位精餾段提留段各段平均壓強(qiáng)mpkpa110