乙醇水連續(xù)浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)i化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一一 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目： 乙醇水連續(xù)浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)二二 任務(wù)要求任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一連續(xù)篩板浮閥精餾塔以分乙醇和水具體工藝參數(shù)如下：原料加料量 f100kmol/h進(jìn)料組成 xf273餾出液組成 xd0.831釜液組成 xw0.012塔頂壓力 p100kpa單板壓降 0.7 kpa2 工藝操作條件：常壓精餾，塔頂全凝器，塔底間接加熱，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。 三三 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明2、工藝計(jì)算3、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì) （1）塔徑及 提 餾段塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 （2）塔板的流體力學(xué)校核 （3）塔板的負(fù)荷性能圖

2、 （4）總塔高4、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總5、工藝流程圖及精餾塔工藝條件圖目 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) .i吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)ii摘摘 要要 .第一章第一章 前言前言 .11.1 精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用.11.2 精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求.11.3 常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型.11.4 本設(shè)計(jì)所選塔的特性.1第二章 流程的確定和說(shuō)明.32.1 設(shè)計(jì)思路.32.2 設(shè)計(jì)流程 .3第三章精餾塔的工藝計(jì)算.43.1 物料衡算 .43.1.1 原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率 .43.1.2 物料衡算 .43.2 回流比的確定 .53.2.1 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 .53.2

3、.2 最小回流比的確定 .63.3 板數(shù)的確定 .63.3.1 精餾塔的氣液相負(fù)荷 .63.3.2 精餾段與提餾段操作線方程 .63.3.3 逐板法確定理論板數(shù)及進(jìn)料位置 .63.3.4 全塔效率 .83.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 .83.4.1 操作溫度的計(jì)算 .83.4.2 操作壓強(qiáng) .93.4.3 塔內(nèi)各段氣液兩相的平均分子量 .103.4.4 精餾塔各組分的密度 .123.4.5 液體表面張力的計(jì)算 .153.4.6 液體平均粘度的計(jì)算 .153.4.7 氣液負(fù)荷計(jì)算 .163.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 .163.5.1 塔徑的計(jì)算 .163.5.2 精餾塔有效高度

4、的計(jì)算 .183.5.3 溢流裝置計(jì)算 .193.5.4 塔板布置 .203.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 .21吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)iii3.6.1 塔板壓降 .213.6.2 液沫夾帶 .223.6.3 漏液 .233.6.4 液泛 .233.7 塔板負(fù)荷性能圖 .233.7.1 過(guò)量液沫夾帶線關(guān)系式 .243.7.2 液相下限線關(guān)系式 .233.7.3 嚴(yán)重漏夜線關(guān)系式 .243.7.4 液相上限線關(guān)系式 .243.7.5 降液管液泛線關(guān)系式 .243.8 主要接管尺寸的選取 .253.8.1 進(jìn)料管 .253.8.2 釜液出口管 .253.8.3 塔頂蒸汽管 .263.8.4 回流管

5、 .263.8.5 塔底蒸汽管 .26第四章主要計(jì)算計(jì)算結(jié)果列表.274.1 浮閥塔計(jì)算結(jié)果匯總 .27結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) .29參考文獻(xiàn) .30主要符號(hào)說(shuō)明主要符號(hào)說(shuō)明 .31附附 錄錄 .34一、物性表.35二、負(fù)荷性能圖.36三、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 .37四、塔的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖.38吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)iv摘 要本設(shè)計(jì)是以乙醇水物系為設(shè)計(jì)物系，以浮閥塔為精餾設(shè)備分離乙醇和水。浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系乙醇水的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析，選取，計(jì)算，核算，繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)逐板計(jì)算得出理論板數(shù)為 16 塊，回流比為 3.531,算出塔效率為 0.518

6、，實(shí)際板數(shù)為 32 塊，進(jìn)料位置為第 11 塊，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為 1米，有效塔高 13.6 米，浮閥數(shù)（提餾段每塊 76） 。通過(guò)浮閥塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)過(guò)程正常，操作合適。關(guān)鍵詞：乙醇、水、二元精餾、浮閥連續(xù)精餾精餾塔、提餾段吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)1第 1 章 前言1.1 精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾柱及精餾塔中精餾時(shí)，上述部分氣化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的 b 物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的 a 物質(zhì)，精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最

7、高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。1.2 精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求精餾設(shè)備所用的設(shè)備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，其核心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過(guò)程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： 一：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)。 二：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。 三：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。 四：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

8、且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。1.4 常用板式塔類型及本設(shè)計(jì)的選型常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。而浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開(kāi)發(fā)的主要方向。近年來(lái)與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，浮閥吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)2塔多用不銹鋼板或合金 。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿意的程度。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩

9、孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便；塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大等。 乙醇與水的分離是正常物系的分離，精餾的意義重大，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于提純物質(zhì)有非常重要的意義。所以有必要做好本次設(shè)計(jì)1.4本設(shè)計(jì)所選塔的特性浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是： 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

10、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 20%30。 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。 近幾十年來(lái)，人們對(duì)浮閥塔的研究越來(lái)越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)3據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適第二章流程的確定和說(shuō)明2.

11、1 設(shè)計(jì)思路首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開(kāi)了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔

12、里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。2.1 設(shè)計(jì)流程乙醇水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為汽液混合物 q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲(chǔ)罐,吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)4塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入貯罐(附流程圖)。第三章 精餾塔的工藝計(jì)算3.1 物料衡算3.1.1 原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率乙醇的摩爾質(zhì)量 46.07/amkg kmol水的摩爾質(zhì)量 18.02/bmkg kmol原料加料量 f100kmol/h進(jìn)料組成 xf0.275餾出液組成 xd0.

13、843釜液組成 xw0.013塔頂壓力 p100kpa單板壓降 0.7 kpa1 0.273 46.0710.27318.0225.70/fffmxmxmkg kmol乙醇 水（）0.831 46.071 0.83118.0241.60/dmkg kmol0.012 46.071 0.01218.0218.36/wmkg kmol3.1.2 物料衡算精餾塔二元系物料0.2730.0120.3190.831 0.012fwdwxxdfxxfdwfdwfxdxwx100100 0.2730.8310.0121dwdw解得：d=31.6 w=68.4/kmol h/kmol h精餾段：l=rd=2.

14、3631.6=74.51 kmol/h v=（r+1）d=（2.36+1）31.6=106.08kmol/h吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)5提餾段： =l+qf=74.51+100=174.51 kmol/hl =v+(q1)f=v=106.08 kmol/hv3.2 回流比的確定3.2.1 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算查1由相平衡方程 得1 (1)xyx(1)(1)y xx y由常壓下乙醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)x50.30.350.4y0.510.5250.5510.5750.5950.61x0.450.550.7y0.6350.6780.6780.6970.725

15、0.755由道爾頓分壓定律 及iyppaaaibbbpxpx得 11ababiababyyyyxxxx將上表數(shù)據(jù)代入 得：序號(hào)123453.68153.15692.72542.35012.1263序號(hào)6789101.91551.72281.54081.41961.3207ii吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)6則 10123103.04 則 平衡線方程： 3.043.041113.04 112.04xxxyxxx3.2.2 最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定xf0.275 xd0.843xw0.012 =3.04 因?yàn)?q=1 所以 xe= xf0.275由相平衡方程= 0.5361 (1)xyx最

16、小回流比min1.18deeexyryx操作回流比取最小回流比的 1.6 倍=1.6=2.36rminr3.3 板數(shù)的確定3.3.1 精餾塔的氣液相負(fù)荷精餾段：l=rd=2.3631.6=74.51 kmol/h v=（r+1）d=（2.36+1）31.6=106.08 kmol/h提餾段： =l+qf=74.51+100=174.51 kmol/hl =v+(q1)f=v=106.08 kmol/hv3.3.2 精餾段與提餾段操作線方程精餾段操作線方程： 10.7020.251nndnldyxxxvv提餾段操作線方程： 11.6450.008dfnndndxfxlyxxxvv3.3.3 逐板

17、法確定理論板數(shù)及進(jìn)料位置對(duì)于甲醇水屬物系，可采用逐板計(jì)算法求理論板層數(shù)。根據(jù)求得的相對(duì)揮發(fā)度可知相平衡方程為 1 (1)nnnxyx(1)2.08 1.08nnnnnyyxyy因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，q=1， 0.275qfxx吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)7第一塊板上升的蒸汽組成 10.843dyx第一塊板下降的液體組成由式（c ）求取10.6385x由第二塊板上升的氣相組成用（a）式求取:20.6992y由第二塊板下降的液體組成如此反復(fù)計(jì)算： ,30.5552y30.2911x, 40.4553y40.2157xfx因第 5 塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程（b）:計(jì)算 11.6450.008dfn

18、ndndxfxlyxxxvv如此反復(fù)計(jì)算： ,50.3468y50.1487x,60.2366y60.0925x,70.1442y70.0525x,80.0784y80.0272x, =0.01390.0368y90.0124xwx根據(jù)以上求解結(jié)果得： 總理論板數(shù)為 9 （包括再沸器） 進(jìn)料板位置為 4 精餾段理論板數(shù) 3 提餾段理論板數(shù) 6 3.3.4 全塔效率由進(jìn)料組成 0.275fx 經(jīng)查表 得 泡點(diǎn)溫度 78.24dt99.32wt在此溫度下 查文獻(xiàn) 得 ： 0.55583.aamp s0.28767.bamp s吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)8則進(jìn)料液再該溫度下的平均粘度為：0.555

19、830.28767 /20.42175則板效率 e 由計(jì)算0.2450.49ea=0.401e 則 實(shí)際塔板數(shù)：9n220.401 精 餾 段: 13n7.4870.401提 餾 段: 2614.96150.401n 3.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3.4.1 操作溫度的計(jì)算1.)塔頂溫度計(jì)算查文獻(xiàn)乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為 0.70 和 0.80 時(shí),其沸點(diǎn)分別為 78.778.4塔頂溫度為,則由內(nèi)插法:dt, 0.7078.70.800.7078.478.7ddxt78.24dt2.)進(jìn)料板溫度查文獻(xiàn)乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為 0.20 和 0.30 時(shí),其沸點(diǎn)分別為 83

20、.2和 81.7設(shè)塔頂溫度為,則由內(nèi)插法:ft, 0.2083.20.300.2083.281.7ffxt82.13ft3.)塔釜的溫度0.843dx 0.275fx 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)9查文獻(xiàn)乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為 0.00 和 0.05 時(shí),其沸點(diǎn)分別為 100和 90.6設(shè)塔頂溫度為,則由內(nèi)插法:wt, 0.001000.050.0090.6 100wwxt96.92wt 則 精餾段的平均溫度: 278.2482.1380.192mt 提餾段的平均溫度: 196.9282.1389.532mt3.4.2 操作壓強(qiáng)塔頂壓強(qiáng)：pd=100 kpa 取每層塔板壓降:p=0.7

21、kpa 則 進(jìn)料板壓力: 1000.7 7104.9fpkpa 塔釜 壓力: 100 0.7 7 104.9wpkpa 則 精餾段的平均操作壓強(qiáng): 1100 104.9102.52mpkpa 提餾段的平均操作壓強(qiáng): 2110.5 104.9107.72mp3.4.3 塔內(nèi)各段氣液兩相的平均分子量 乙醇的摩爾質(zhì)量 46.07/amkg kmol水的摩爾質(zhì)量 18.02/bmkg kmol0.013wx1iiiimx m吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)10由公式 得 1.)對(duì)于塔頂 , 10.843x 10.843y 對(duì)于氣相平均分子量: 1110.843 46.071 0.84318.0241.74

22、/vdabmy mymkg kmol 對(duì)于液相平均分子量: 111ldabmx mxm 0.6385 46.071 0.638518.0235.88/kg kmol 2.)對(duì)于進(jìn)料板, 60.2157x 60.4553y 對(duì)于氣相平均分子量; 551vfabmy mym 0.2157 46.071 0.215718.0224.04/kg kmol對(duì)于液相平均分子量: 551lfabmx mxm0.4553 46.071 0.455318.0230.75/kg kmol吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)113.)對(duì)于塔釜 160.0124x160.0368y對(duì)于氣相平均分子量: 16161vwabmy

23、 mym0.0368 46.071 0.036818.0219.03/kg kmol 對(duì)于液相平均分子量: 16161lwabmx mxm0.0124 46.071 0.012418.0218.35/kg kmol則 精餾段的平均分子量; 氣 相: 12vfvdvmmmm 41.7430.75236.25/kg kmol液 相 : 12lfldlmmmm 35.8824.04229.96/kg kmol提餾段的平均分子量; 氣 相: 22vdvwvmmmm 19.0330.75224.89/kg kmol吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)12液 相 : 22ldlwlmmmm18.3524.0422

24、1.20/kg kmol3.4.4 精餾塔各組分的密度1.）氣相平均密度 由 計(jì)算：pmrt 精餾段的氣相平均密度： 1111mvmvmmp mrt 3102.5 36.251.27/8.31480.19273.15kg m提餾段的氣相平均密度： 2222mvmvmmpmrt 3107.7 24.890.89/8.31489.53273.15kg m2.）液相的平均密度 由 計(jì)算11iiin （1.）對(duì)于塔頂 078.24dtc查文獻(xiàn) ， 3741.83/akg m3972.9/bkg m 質(zhì)量分率 0.843 46.070.93210.843 46.071 0.84318.02a 10.06

25、79ba 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)13 則 1abdababalbd1l d31775.2/0.93210.0679763.6972.9mkg （2.）對(duì)于進(jìn)料板 82.13ftc 查文獻(xiàn) ， 3739.6/akg m3970.50/bkg m 質(zhì)量分率 0.2157 46.070.41270.2157 46.071 0.215718.02a 10.5102ba 則 1abfababalb1fl f31862.1/0.41270.5873739.6970.5mkg （3.）對(duì)于塔釜 096.92wtc160.009195x 查文獻(xiàn) ， 3721.2/akg m3955.1/bkg m 質(zhì)量

26、分率 0.0124 46.070.03110.0124 46.071 0.012418.02a 10.9689ba 則 1abwababalb1wl吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)14w31945.6/0.03110.9689721.2955.1mkg 則 精餾段的液相平均密度： 31769.2862.1815.6/22dflmkg m 提餾段的液相平均密度： 32945.6862.1903.8/22fwlmkg m3.4.5 液體表面張力的計(jì)算 由 計(jì)算1iiinx（1.）對(duì)于塔頂 078.24dtc10.702x 查文獻(xiàn) ， 18.45/amn m62.98/bmn m則 0.843 18.7

27、51 0.843663.4225.44/ldmn m（2.）對(duì)于進(jìn)料板 52.75/lfmn m（3.）對(duì)于塔釜 096.92wtc查文獻(xiàn) ， 16.60/amn m59.49/bmn m則 0.0124 16.601 0.012459.4958.96/lwmn m則精餾段的液體平均表面張力： 125.4452.7539.10/22dflmmn m吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)15 提餾段的液體平均表面張力： 258.9652.7555.85/22fwlmmn m3.4.6 液體平均粘度的計(jì)算 由 計(jì)算1iiinx（1.）對(duì)于塔頂 078.24dtc10.702x 查文獻(xiàn) ， 0.504.aam

28、p s0.3644.bamp s則 0.479.ldamp s（2.）對(duì)于進(jìn)料板 082.13ftc查文獻(xiàn) ， 0.481.aamp s0.349.bamp s則 0.374.lfamp s（3.）對(duì)于塔釜 096.92wtc查文獻(xiàn) ， 0.382.aamp s0.295.bamp s則 0.296.lwamp s則精餾段的液體平均粘度： 10.4790.3740.427.22lfldlmamp s 提餾段的液體平均粘度： 20.2960.3740.335.22lflwlmamp s3.4.7 氣液負(fù)荷計(jì)算 精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算：吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)16 311106.08 36.250

29、.841/36003600 1.27vmsvmvmvms 31174.51 31.050.0008/36003600 815.6lmslmvmlms 提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算： 322106.8 24.890.824/36003600 0.89vmsvmvmvms32966.4/hvms 322174.51 21.200.0011/36003600 903.8lmslmvmlms 33.96/hlmh3.5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算3.5.1 塔徑的計(jì)算精餾段液氣流動(dòng)參數(shù) 1122220.0008 3600 815.60.02410.841 36001.27slmlvsvmlfv 取板間距，板上清液

30、高度，0.40thm0.06chm 0.400.060.34tchhm則 查史密斯關(guān)聯(lián)圖 得 200.073fc又 液體的表面張力 20/mn m 0.22020ffcc 0.20.22039.10.0730.0832020ffcc吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)17 max815.6 1.270.0832.084/1.27vllucm s取安全系數(shù)為 0.6，則空塔氣速： max0.80.7 2.0841.459/uum s則 44 0.8410.8573.14 1.459svdmu按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為：1.0dm塔截面積：ta 220.7854tadm實(shí)際空塔氣速 u： 0.8411.071/0

31、.785stvum sa 提餾段液氣流動(dòng)參數(shù) 1122220.0011 903.80.04250.8240.89slmlvsvmlfv 取板間距，板上清液高度，0.40thm0.06chm 0.400.060.34tchhm則 查史密斯關(guān)聯(lián)圖 得 200.073fc又 液體的表面張力 20/mn m 0.22020ffcc 0.20.22055.850.0730.08842020ffcc吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)18 max903.80.890.08842.816/0.89vllucm s取安全系數(shù)為 0.8，則空塔氣速： max0.80.7 2.8161.971/uum s則 44 0.8

32、240.733.14 1.971svdmu按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為：1.0dm塔截面積：ta 220.7854tadm實(shí)際空塔氣速 u： 0.8241.05/0.785stvum sa3.5.2 精餾塔有效高度的計(jì)算 板式塔的塔高按下式計(jì)算 初選板間距 ht=0.4m 則 7 10.415 10.40.8 8.8m3.5.3 溢流裝置計(jì)算因?yàn)?d=1 米，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。1.）堰長(zhǎng)wl取 0.660.66 1.00.66wldm2.）溢流堰高度wh由 wlowhhh選用平直堰，堰上液層高度 how由下式計(jì)算吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)19232.841000howwlhel近

33、似取 e=1，則232.840.0011 360010.00910000.7owhm 取板上清液高度0.06chm故 0.060.0090.051whm3.）弓形降液管寬度和截面積dwfa由0.66wld 查 弓形降液管的參數(shù) 得, 0.0722ftaa0.124dwd故 20.07220.0722 0.7850.0567ffaam 0.1240.124 1.00.124dwdm 依式36003600 0.0567 0.4020.62 50.0011 3600ftha hsl 故 降液管設(shè)計(jì)合理4.）降液管底隙高度0h 03600howlhl u取 00.08/um s則00.0011 360

34、00.02083600 0.66 0.08h 0.0540.02080.03320.006womhh故 降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤(pán)，深度0.05whm吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)203.5.4 塔板布置1.）邊緣寬度的確定 取 ， 0.065sswwm0.035cwm2.）開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 開(kāi)孔區(qū)面積按下式計(jì)算aa 22212sin180arxax rxr 其中： 1.00.1240.0650.31122dsdxwwm 1.00.0350.46522cdrwm 故 22210.4650.31120.402 0.4650.311sin1800.465aa 20.596m3.）浮閥個(gè)數(shù)及其

35、排布 乙醇-水對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕性，可選用的碳鋼板，在塔板上按等腰三角形錯(cuò)排排列浮3mm閥，并取塔板上液體進(jìn)出口安定區(qū)寬度和均為 60mm 邊緣區(qū)寬度為為 50mm， 取 浮bsbsbc閥直徑00.039dmm選取 f1 型浮閥，重型，其閥孔直徑 d0=0.039m 初取孔動(dòng)能因子故閥孔氣0010vfu速 u0=10.62m/s 故閥孔個(gè)數(shù)：22000.824630.785 0.039114vsndu設(shè)計(jì)條件下閥孔氣速： 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)21m/s02200.824110.785 0.039634vsudn動(dòng)能因子： 0011 0.8910vfu塔板上浮閥開(kāi)孔率：22063 0.785

36、0.03940.090.785tnda氣體通過(guò)篩孔的氣速：0u 000.82413.31/0.09 0.693svum sa3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算3.6.1 塔板壓降1.）干板阻力的計(jì)算ch由；干板阻力可計(jì)算如下：臨界孔速0flhhhh0h故按浮閥未全開(kāi)計(jì)算：0h液柱；0.1750.175001119.919.90.0337897.53luhm塔板上液層阻力：液柱；0.5()0.5(0.051 0.009)0.03lwowhhhm表面張力產(chǎn)生阻力：液柱；3044 58.96 100.000760.039 815.6 9.81lhmdg故=0.0337+0.03+0.00076=0.0644

37、6m 液柱。0flhhhh2.）氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算lh 氣體通過(guò)液層的阻力由 計(jì)算lhllhh0.8241.131/0.7850.0567satfvum saa 1.511.510.8240.739osfv 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖 得0.5吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)22則 液柱0.50.051 0.0090.03llwowhhhh液體表面張力的阻力計(jì)算h液體表面張力所產(chǎn)生的阻力， 由 計(jì)算h4llohgd即 m 液柱344 55.85 100.0050903.8 9.81 0.005llohgd 則氣體通過(guò)每層板的壓降：p （設(shè)計(jì)允許值）plphg0.06446 857.97 9.81542.

38、540.7aapkp3.6.2 液沫夾帶液沫夾帶由 計(jì)算3.265.7 10avltfuehh2.52.5 0.060.15flhhm 3.265.7 10avltfuehh 3.265.7 101.13139.100.400.06kg 液/kg 氣 kg 液/kg 氣0.0170.1 故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi).ve3.6.3 漏液 對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速,minou由 計(jì)算,min04.40.00560.13ollvuchh即 ,min04.40.00560.13ollvuchh 4.4 0.80.00560.13 0.060.0050 815.6 1.27 8.18/m s 實(shí)際

39、孔速 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)23 穩(wěn)定系數(shù)0,min13.311.63 1.58.18ouku 故 在設(shè)計(jì)中無(wú)明顯的漏液3.6.4 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從下式： dtwhhh 取 ， 則0.5 m 液柱0.50.400.0540.227twhh而 dpldhhhh板上不設(shè)進(jìn)口堰，由 計(jì)算dh 20.153dohu 20.153dohu 液柱20.1530.0850.00113mplddhhhh 液柱 0.04930.060.001130.1317dhm dtwhhh 故 在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象3.7 塔板負(fù)荷性能圖3.7.1 過(guò)量液沫夾帶線關(guān)系式在式中，令，

40、并將塔板有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：11.36vssllvfbvl zfkc a10.8f 1.6531hhvllh0.20.3vh1.030.72吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)243.7.2 液相下限線關(guān)系式由，令 e=1，取，并將代入，可得：23302.84 10(/)whwhe ll0.006owhmwl30.0006/hlms3.7.3 嚴(yán)重漏夜線關(guān)系式令則：05f 223055(/ 4)0.785 0.039760.4878/0.8869svvd nms或30.48/hvms3.7.4 液相上限線關(guān)系式在中，令，并將和代入得dtsa hl5sdath30.0044/hlms3.7.5 降液管液泛線

41、關(guān)系式由降液管液泛校核條件式將（令其中 e=1） ，hf（略去其中） ，和 hd 計(jì)dtwhhhowhh算代入，可得：()0.6 (0.40.045)dtwhhh ；dpldhhhhpclhhhhllhhlwowhhh得：(1)(1)twwcdhhhhhh將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：22239.386521128sssvllls0.0010.003vs2.952.8以 lh 為橫坐標(biāo)，vh 為縱坐標(biāo)，可得塔板負(fù)荷性能圖為：吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)25在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) a，與原點(diǎn)連接，即為操作線 oa。由圖可知，篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得 ， 3,max1.57m /

42、ssv3,min0.4878m /ssv故彈性操作為 ,max,min1.573.220.4878ssvv3.8 主要接管尺寸的選取3.8.1 進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、t 型進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下： 取 uf=1.6m/s，而 4sfvdu3857.97/kg m731.853 100.00083/3600 300 24 857.97svms 4 0.000830.0263.14 1.6dm 3.8.2 釜液出口管吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)26已知釜液流率為 釜液密度： 68.43/wkmol h3945.6/kg m則： 368.43 21

43、.2/945.61.53/vwmh取管內(nèi)流速為：1.6/wum s44 1.530.0236003600 1.6wwwvdmu3.8.3 塔頂蒸汽管體積流速： 塔頂蒸密度 106.08/dvkmol h31.27/kg m則： 3106.08 36.25/1.273027.9/dvmh取20/dum s44 3027.90.23153600 3.14 20dddvdmu3.8.4 回流管采用直管回流管，取 ur=1.6m/s。0.8414775.20.033.14 1.6rdm3.8.5 塔底蒸汽管體積流速： 塔頂蒸密度 106.08/dvkmol h30.89/kg m則： 3106.08

44、19.03/0.892268.2/dvmh取20/dum s44 2268.20.23600 3.14 20dddvdmu第四章主要計(jì)算計(jì)算結(jié)果列表第四章主要計(jì)算計(jì)算結(jié)果列表4.1 浮閥塔計(jì)算結(jié)果匯總項(xiàng) 目符 號(hào)單 位計(jì)算數(shù)據(jù)吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)27精餾段提餾段氣相vmkg/kmol36.2524.89平均分子量液相l(xiāng)mkg/kmol29.9621.20各段平均壓強(qiáng)mpkpa102.5107.7各段平均溫度mt80.1989.53氣相vm-3kg m1.270.89平均密度液相l(xiāng)m-3kg m815.6903.8各段平均表面張力lm-1mn m39.1055.85各段平均粘度lmmpa

45、0.4270.335氣相svm3/s0.8410.824平均流量液相slm3/s0.00080.0011實(shí)際塔板數(shù)n塊715板間距thm0.40.4塔有效高度zm3.68.4塔徑dm10.1空塔氣速u(mài)m/s1.0711.05塔板液流形式單流型單流型計(jì)算數(shù)據(jù)項(xiàng) 目符 號(hào)單 位提餾段溢流裝置溢流管形式弓形吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)28堰長(zhǎng)wlm0. 66堰高whm0.054溢流堰寬度dwm0.124管底與受液盤(pán)距離0hm0.0337板上清夜層高度1hm0.03浮閥數(shù)n個(gè)63開(kāi)孔面積aam20.596閥孔流速0um/s11塔板壓降phkpa446液體在降液管中停留的時(shí)間s20.62降液管內(nèi)清液層高

46、度dhm0.1317霧沫夾帶vekg 液/kg 氣0.017負(fù)荷上限液沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制液相最大負(fù)荷,maxlsm3/s0.044液相最小負(fù)荷,minlsm3/s0.0006彈性操作,max,minssvv3.22吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)29結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)是對(duì)以往學(xué)過(guò)的知識(shí)加以檢驗(yàn)，能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，尤其是這次精餾塔設(shè)計(jì)更加深入了對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)，使我們所學(xué)的知識(shí)不局限于書(shū)本，并鍛煉了我的邏輯思維能力。設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)了我的自學(xué)能力，設(shè)計(jì)中的許多知識(shí)都需要查閱資料和文獻(xiàn)，并要求加以歸納、整理和總結(jié)。通過(guò)自學(xué)及老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助，不僅鞏固了所學(xué)的化工原理知

47、識(shí),更極大地拓寬了我的知識(shí)面，讓我更加認(rèn)識(shí)到實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程和理論的聯(lián)系和差別，這對(duì)將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作無(wú)疑將起到重要的作用.這次化工原理的課程設(shè)計(jì)，從最開(kāi)始的草稿，到后來(lái)的電子稿，我經(jīng)過(guò)了一遍又一遍的修改，每次修改都伴隨著我很大的努力，當(dāng)然也伴隨著我很大的進(jìn)步，更使我明白理論離實(shí)踐的距離真的很遠(yuǎn)。最開(kāi)始是由于自己的粗心大意導(dǎo)致了理論板的卻定出現(xiàn)了錯(cuò)誤，從而是的后面出現(xiàn)了一系列的錯(cuò)誤，好在及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從新進(jìn)行了計(jì)算。雖然浪費(fèi)了時(shí)間但是也讓我知道了粗心大意的后果，并且去改掉粗心的毛病。在這次化工原理課程設(shè)計(jì)中我也收獲到了很多，學(xué)會(huì)了一些 word 中自己以前不會(huì)的的東西，學(xué)了以前從未接觸的 aut

48、o cad 繪圖軟件，同時(shí)也讓我深深地感受到了同學(xué)們之間的友誼，感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)，使我能夠順利的完成我的課程設(shè)計(jì)，同時(shí)也感謝幾位同學(xué)在 cad 繪圖過(guò)程中對(duì)我的指導(dǎo)。在此，衷心的謝謝你們對(duì)我的幫助。設(shè)計(jì)中一定有很多疏漏和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正，并感謝學(xué)校給予我這次機(jī)會(huì)！吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)30參考文獻(xiàn)：（1）賈紹義，柴誠(chéng)敬，化工單元過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，天津，天津大學(xué)出版社，2002 年，3871，101133。 （2）陳敏恒，從德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（上冊(cè)） ，第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1999 年，310313。（3）陳敏恒，從德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（下冊(cè)） ，第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，1999 年，49103。（4）陳常貴，柴誠(chéng)敬，姚玉英，化工原理（下冊(cè)） ，天津，天津大學(xué)出版社，2002 年，38，90111。（5）唐倫成，化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明教程，哈爾濱，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005 年，3566。（6）圖偉萍，陳佩珍，程達(dá)芳，化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2003 年。(7) 劉光啟，馬連湘，劉杰，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（無(wú)機(jī)卷） ，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年，127。（8）劉光啟，馬連湘，劉杰，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（有機(jī)卷） ，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年，2