乙醇-水精餾塔化工設(shè)計(jì)7

1、0化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一一 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：分離乙醇水連續(xù)浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)二二 原始數(shù)據(jù)及條件原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理乙醇-水混合液 20 萬噸（開工率 300 天/年） 原料：乙醇含量為 20%（質(zhì)量百分比，下同）的常溫液體 分離要求：塔頂乙醇含量不低于 95%塔底乙醇含量不高于 0.2%建廠地址：吉林地區(qū)一一 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 乙醇水二元物系浮閥式精餾塔的設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)條件二設(shè)計(jì)條件(1)原料來自原料罐，溫度 20，乙醇含量 52%（質(zhì)量分率） ；原料處理量為 1100kg/h。(2)產(chǎn)品組成：乙醇含量 91%（質(zhì)量分率） 。(3)釜液組成：乙醇濃度0.04

2、%（質(zhì)量分率） 。(4)塔頂壓力： 。(5)精餾塔進(jìn)料狀態(tài)為泡點(diǎn)進(jìn)料。(6)塔釜為飽和蒸汽直接加熱。三設(shè)計(jì)內(nèi)容三設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)確定工藝流程。(2)精餾塔的物料衡算。(3)塔板數(shù)的確定。(4)精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算。(5)精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算。(6)塔板板面布置設(shè)計(jì)。(7)塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算與負(fù)荷性能圖。(8)精餾塔接管尺寸計(jì)算。(9)塔頂全凝器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和選型。(10)進(jìn)料泵的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和選型。(11)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、塔板板面布置圖、精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。(12)設(shè)計(jì)說明書。1摘摘 要要化工生產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精餾是利用液體混合物

3、中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法。精餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備類型之一。本次設(shè)計(jì)的篩板塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對二元物系的精餾問題進(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)過程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。精餾設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算物料衡算 xF=0.254 xD=0.788 xW=0.0020 F=100kmolh 實(shí)際塔板

4、數(shù)精餾段 22 塊，提餾段 7 塊。工藝參數(shù)的選定泡點(diǎn)進(jìn)料、泡點(diǎn)回流。設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算塔高為 11.35m,篩孔數(shù)目為 3425 個(gè)，輔助設(shè)備的選型，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。通過對精餾塔的運(yùn)算，可以得出精餾塔的各種設(shè)計(jì)如塔的工藝流程、生產(chǎn)操作條件及物性參數(shù)是合理的，各種接管尺寸是合理的，以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。關(guān)鍵詞：乙醇；水；精餾段；提餾段；篩板塔。2第一章第一章 前言前言化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體

5、混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑） ，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏液。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)

6、備。為減少對傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的 60 左右，為浮閥塔的 80%左右；在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%40%；塔板效率較高，比泡罩塔高 15%左右，但稍低于浮閥塔；氣體壓力降較小，每板降比泡罩塔約低 30%左右。缺點(diǎn)是：小孔篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；操作彈性較小（約 23） 。蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。精餾是典型的化工

7、操作設(shè)備之一。進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)的目的是為了培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),來解決實(shí)際化工問題的能力,做到能獨(dú)立進(jìn)行化工設(shè)計(jì)初步訓(xùn)練，為以后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3第二章第二章 緒論緒論2.12.1 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-水混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。圖 2-1 流程圖2.22.2 選塔

8、依據(jù)選塔依據(jù)篩板塔是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的一種塔型，設(shè)計(jì)比較成熟，具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1）結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價(jià)低廉.4（2）氣體壓降小、板上液面落差也較小.（3）塔板效率較高.改進(jìn)的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔2.32.3 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 1、精餾方式的選定2、操作壓力的選取3、加料狀態(tài)的選擇4、加熱方式的選擇5、回流比的選擇6、冷凝方式及介質(zhì)選擇7、塔的選擇 圖 2-2 設(shè)計(jì)思路1、本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾操作方式。2、常壓操作。3、泡點(diǎn)進(jìn)料。4、間接蒸汽加熱。5、選 R=(1.1-2.0)Rmin。6、塔頂選用全凝器。7、選用篩板塔，其突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，制造方便；生產(chǎn)能力

9、5化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院6第三章第三章 塔板的工藝設(shè)計(jì)塔板的工藝設(shè)計(jì)3.13.1 精餾塔全塔物料衡算精餾塔全塔物料衡算F：進(jìn)料量（kmol/s） ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）FxD：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s） ：塔頂組成DxW：塔底殘液流量（kmol/s） ：塔底組成Wx41/ 4621.3841/ 4659/1890/ 4677.8890/ 46 10/183.5/ 461.403.5/ 4696.5/1815000.2138/ 461 0.2138 /18F=20/=0.01737kmol/s3600F=D+WFFDWxxx原料乙醇組成：塔頂組成： 塔底組成： 進(jìn)料量： 萬噸年物料

10、衡算式為： D=0.004538kmol/s, w=0.01283kmol/sxFxDxWDW聯(lián)立代入求解：3.23.2 常壓下乙醇常壓下乙醇- -水氣液平衡組成與溫度關(guān)系水氣液平衡組成與溫度關(guān)系溫度 液相組成 氣相組成 /% /%xy100 0 095.5 1.90 17.0089.0 7.21 38.9186.7 9.66 43.7585.3 12.38 47.0484.1 16.61 50.89溫度 液相組成 氣相組成 /% /%xy82.7 23.37 54.4582.3 26.08 55.8081.5 32.73 59.2680.0 39.65 61.2279.8 50.97 65.

11、6479.7 51.98 65.99溫度 液相組成 氣相組成 /% /%xy79.3 57.32 68.4178.74 67.63 73.8578.41 74.72 78.1578.15 89.43 89.431溫度利用表中數(shù)據(jù)用插值法求得化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院7：= =81.71tF84.1 82.716.623.3782.716.623.37FttF ：= =30.98tD78.1578.4189.4374.7278.1577.8889.43DttD ：= =96.68tW10095.50 1.901001.400WttW精餾段平均溫度 =79.76t12FDtt81.71 78.3

12、52提餾段平均溫度 =89.20t22Fwtt81.71 96.6822密度已知：混合液密度 依式 =（a 為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為平均L1BBAAaaM相對分子質(zhì)量）混合汽密度 依式 0022.4vT pMT塔頂溫度：=78.35Dt氣相組成： =80.7578.41 78.1578.2578.1578.1589.4310089.43DyDy進(jìn)料溫度：=81.71Ft氣相組成： =30.9882.3 81.582.3 81.7126.0832.7326.08 100FyFy塔府溫度：=96.68wt氣相組成： =12.5410095.510096.68017.000100wywy 精餾段：液相組成：

13、1x1/2DFxxx149.63x 氣相組成： 1y1/ 2DFyyy155.87y 化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院8所以 1146 0.4963 181 0.496332.08/46 0.5587 181 0.558733.64/LVMkg kmolMkg kmol提餾段液相組成： 2x2/2wFxxx211.39x 氣相組成： 2y2/2wFyyy221.76y 所以 2246 0.1139 181 0.113921.19/46 0.2176 181 0.217624.09/LVMkg kmolMkg kmol表 3-2 不同溫度下乙醇和水的密度 ：溫度/3/ckg m3/wkg m溫度/3

14、/ckg m3/wkg m80735971.895720961.8585730968.6100716958.490724965.3求得在與下的乙醇和水的密度（單位：）3/kg m3F90859081.1781.17733.29/724730724CFCFtCkg m 390859081.71970.71/965.3968.6965.3WFWFkg m 310.411 0.41856.95/733.29970.71FFkg m 3D90859078.3578.35737.98/724730724CDCDtCkg m 390859078.35972.99/965.3968.6965.3WDWDkg

15、 m 310.901 0.90756.25/737.98972.99DDkg m 3W90859096.6896.68715.98/724730724WCCwtCkg m 化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院9390859096.68960.89/965.3968.6965.3WWWWkg m 310.0351 0.035949.52/715.98960.89WWkg m 所以 3132865.95756.25806.6/22949.52856.95903.24/22FDLFWLkg mkg m4611839.81/LDDDMxxkg kmol4611823.99/LFFFMxxkg kmol4611

16、818.39/LWWWMxxkg kmol141.4820.4931.9/22LDLFLMMMkg kmol239.8123.9921.19/22LWLFLMMMkg kmol4611840.61/VDDDMyykg kmol4611826.67/VFFFMyykg kmol4611821.51/VWWWMyykg kmol140.6126.6733.64/22VDVFVMMMkg kmol221.5126.6724.09/22VWVFVMMMkg kmol26.67 273.150.9222.4273.1581.71VF40.61 273.151.4122.4273.1578.35VD21.

17、51 273.150.7122.4273.1596.68VW化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院10310.92 1.411.17/2Vkg m320.920.710.82/2Vkg m2混合液體表面張力二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算 1/41/41/4mswwsoo 注：0000000wwwwwwwx Vx Vx Vx Vx Vx V 000/swswwwsssx VVx VV 2/3/2/3lg0.441q woowwwVqBQVTq , 2lg1swswsosoABQA , , 式中下角標(biāo)，w,o,s 分別代表水、有機(jī)物及表面部分；xw、xo 指主體部分的分子數(shù)，Vw、Vo 主體部分

18、的分子體積，w、o 為純水、有機(jī)物的表面張力，對乙醇q = 2。 4662.33737.98ccDcDmVmL4664.25715.98ccWcWmVmL4662.73733.29ccFcFmVmL1818.54970.71wwFwFmVmL1818.50972.99wwDwDmVmL化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院111818.73960.89wwWwWmVmL由不同溫度下乙醇和水的表面張力溫度/708090100乙醇表面張力/10-3N/m21817.1516.215.2水表面張力/10-3N/m264.362.660.758.8求得在下的乙醇和水的表面張力（單位：10-3Nm-1）,DFWt

19、tt乙醇表面張力：908016.2 17.1516.999081.7116.2cFcF , 807017.15 1818.508078.3517.15cDcD , 1009015.2 16.218.5210096.6815.2cWcW , 水表面張力： 908060.762.662.289081.7160.7wFwF , 807062.664.362.888078.3562.6wDwD , 1009058.860.759.4310096.6858.8wWwW , 塔頂表面張力：2211DwDwDcDDwDDwDDwDxVx VxVx V21 0.7788 18.500.7788 62.32 1

20、 0.7788 18.500.7788 62.320.00662lglg0.00662.1805wDcDB 化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院122/32/30.4410.7626cDcDwDwDVqQVTq 2.18050.76262.9431ABQ 聯(lián)立方程組： 2lg1swDswDscDscDA , 代入求得： 0.967swDscD=0. 033 , 1/41/41/40.03362.880.96717.2918.18DD , 原料表面張力：2211FwFwFwFFwFFwFFwFxVx VxVx V21 0.2138 18.540.2138 18.541 0.2138 18.540.213

21、8 18.540.56602lglg0.56600.2472wFcFB 2/32/30.4410.7510oowwVqQVTq 0.24720.75100.9982ABQ 聯(lián)立方程組： 2lg1swFswFscFscFA , 代入求得： 0.7294swFscF=0. 2706 , 1/41/41/40.270662.280.729416.9925.22FF , 塔底表面張力：22c11WwWwWWWwWWwWFwWxVx VxVx V21 0.014 18.730.014 64.251 0.014 18.730.014 64.2519.58化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院132lglg19.58

22、1.292wWcWB2/32/30.4410.645cWcWwWwWVqQVTq 1.2920.6450.647ABQ聯(lián)立方程組：2lg1swWswWscWscWA , 代入求得： 0.159swWscW=0. 841 , 1/41/41/40.84159.430.15964.2560.18WW , （1）精餾段液相表面張力：=（25.22+18.18）/2=25.5312/)(DF（2）提餾段液相表面張力：（25.22+60.18）/2=43.5222/ )(WF3混合物的黏度=79.76查表得： =0.3565mPa.s =0.3828 mPa.st1水醇=89.20查表得： =0.320

23、2mPa.s =0.4282 mPa.st2水醇精餾段黏度：11110.3828 0.49630.35651 0.49630.3696xxmPa s醇水 提餾段黏度：22210.4282 0.11390.32021 0.11390.3325xxmPa s醇水 5相對揮發(fā)度由 =0.3098 =0.2138yFxF得：F0.30981 0.30980.21381 0.21381.65由 =0.8075 =0.7788yDxD化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院14D0.80751 0.80750.77881 0.77881.19由 =0.1254 =0.0140yWxWW0.12541 0.12540.

24、01401 0.014010.10（1）精餾段相對揮發(fā)度 11.65 1.191.422（2）提餾段相對揮發(fā)度 21.65 10.105.8823.33.3 理論塔的計(jì)算理論塔的計(jì)算理論板：指離開此板的氣液兩相平衡，而且塔板上液相組成均勻。理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法，圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用逐板計(jì)算法。由=1.42 q=0.971精餾段相平衡方程：1.420.42yxyq 線方程：327.1311Fxqyxxqq 兩方程聯(lián)立得： 0.1804x 0.2381y minmin0.77880.23811.7280.2381 0.18041.52.592DqqqxyRyxRR精鎦段操作線

25、方程：2.5920.77880.9210.062113.5923.5920.21380.0140.77880.014113.5920.034.1420.77880.21380.77880.2138DFWDWDFDFxRyxxxRRxxxxRRqxxxx 提鎦段操作線方程：4.1420.0140.80040.00317315.1424.142WxRyxxxRR提鎦段相平衡方程：25.88,5.884.88yxy化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院15113.592*0.21380.03*0.77880.21253.5920.97FDfRxqxxRq（為操作點(diǎn)的橫坐標(biāo)）fx采用逐板計(jì)算法計(jì)算理論板數(shù)：精餾

26、段相平衡方程： （a）1.420.42yxy精鎦段操作線方程： （b）0.9210.062yx提鎦段相平衡方程： （c）5.884.88yxy提鎦段操作線方程： （d）0.80040.003173yx理論板數(shù)的計(jì)算：現(xiàn)交替使用（a） （b）方程，計(jì)算如下：112233445566778899100.77880.71260.71830.64230.65360.57060.58750.50070.52310.43580.46340.37820.41030.32540.36160.28520.32470.2529Dyxxyxyxyxyxyxyxyxyxy 相平衡1011110.29490.22760

27、.27160.20800.2152fxyxx 以下交替使用提鎦段方程（c） （d） ，計(jì)算如下：121213130.16330.03210.02250.00390.014wyxyxx 所以總理論板數(shù)為 13 塊，精餾段理論板數(shù)為 10 塊，第 11 塊為加料板，提鎦段為 2 塊。實(shí)際板數(shù)計(jì)算：板效率可用奧康奈爾公式：計(jì)算。0.2450.49TLE（1）精餾段已知 11.420.3696Lmpa s 化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院16=0.49=057 =17 塊ET0.245(1.42 0.3696)P精ENTT100.57（2）提餾段已知 25.880.3325Lmpa s =0.49=0.4

28、16 =21 塊TE0.245(5.88 0.3325) 提ENTT90.416全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：= + =17+21=38 塊NPP精 提全塔效率：13 138TTPNEN%=31.6%加料板位置在第 43 塊塔板3.43.4 塔徑的初步設(shè)計(jì)塔徑的初步設(shè)計(jì)1.氣、液相體積流量計(jì)算根據(jù) x-y 圖查圖計(jì)算，或由解析法計(jì)算求得：min1.728R取 min1.51.5 1.7282.592RR（1）精餾段 2.592 0.0045380.0526/12.592 10.0045380.0571/LR Dkmol sVRDkmol s則質(zhì)量流量：111132.08 0.05261.687/33.6

29、4 0.05711.921/LVLM Lkg sVM Vkg s則體積流量：3311131111.6872.09 10/806.61.9211.64/1.17SLSVLLmsVVms（2）提餾段 q=0.970.05260.97 0.017370.0694/LLqFkmol s10.0519/VVqFkmol s化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院17則質(zhì)量流量：222221.19 0.06941.471/24.06 0.05191.251/LVLMLkg sVM Vkg s則體積流量：3322232228.499.10 10/932.503.254.06/0.80SLSVLLmsVVms2.精餾段有

30、=(安全系數(shù))，安全系數(shù)=0.60.8，uumaxVVLcumax式中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出c橫坐標(biāo)數(shù)值為 11223112.06 1010.0331.641807.6()()1.17SSLVLV取板間距 則-mHT45. 0mHL07. 0HTmHL38. 0查圖可知 075. 020c=c0.20.2201(0.0750.08943.52)()2020cmax903.240.820.0892.950.82u=0.7=0.7 uumax2.95 2.07114 1.520.973.14 2.074SmVDu圓整 塔截面積 1.2mD220.7854TmAD實(shí)際空塔氣速為 =這里1u1.521.

31、52/1m s3.提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值為 076. 006. 41016. 911)80. 050.932()(2132111VLVLSS化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院18取板間距 則-mHT45. 0mHL07. 0HTmHL38. 0查圖可知 08. 020c=c094. 008. 01()2089.44()202 . 02 . 020csmu/208. 380. 080. 050.932094. 0max=0.7=0.7 uumaxsm/24. 2208. 3muVDS52. 124. 214. 306. 442224圓整 塔截面積 mD2mDAT2214. 34實(shí)際空塔氣速為 =2usm/2

32、9. 114. 306. 43.53.5 溢流裝置溢流裝置1. 堰長lW取=0.65=0.65 1.2=0.78mlWD本設(shè)計(jì)采用平直堰，設(shè)出口堰不設(shè)進(jìn)口堰，堰上液高度按下式計(jì)算hOW=(近似取 E=1)hOW)(32100084. 2lLwhE（1）精餾段：=hOW2332.840.00610003600 2.06 10()1.3m堰高 =0.07-0.010=0.060mhhhOWLw（2）提餾段：=hOW2332.840.007410003600 9.10 10()1.3m化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院19堰高 =0.07-0.024=0.046mhhhOWLw2. 弓降液管的寬度和橫截面

33、積查圖得 =0.1240721. 0AATFDWD則 2226. 014. 30721. 0mAFmWD248. 02124. 0驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間精餾段： 30.226 0.4549.372.06 10s提餾段：30.226 0.4511.189.10 10s停留時(shí)間5s 故降液管可以使用3.降液管底隙高度（1）精餾段：取降液管底隙流速 ,則smu/13. 00m 取0122. 013. 03 . 11006. 23010ulLhWS00.01hm（2）提餾段：取降液管底隙流速 ,則smu/13. 00m 取054. 013. 03 . 11010. 93010ulLhWS00.05hm3

34、.63.6 塔板的塔板的分布、浮閥數(shù)目及排列分布、浮閥數(shù)目及排列1. 塔板的分塊本設(shè)計(jì)塔徑 D=1.2m，故塔板采用分塊式，以便通過入孔裝拆塔板。2.浮閥數(shù)目及排列（1）精餾段：取閥孔動(dòng)能因子 F0=12，孔速為：01u=11.09001V1Fu121.23m/s化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院20每層塔板上的浮閥數(shù)目為：=31 個(gè)12001VNd u4S20.36880.03911.090. 785（）取邊緣區(qū)寬度 Wc=0.03m，破沫區(qū)寬度 Ws=0.05m。計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，按式計(jì)算2221aRA2sin180Rxx Rx其中： DSD0.8W +W0.1090.050.24122x

35、m（）=cD0.8RW0.030.3722m所以：=0.329aA2223.14 0.370.24120.2410.370.241sin1800.37arc2m塔的直徑小于 1m，采用整塊式塔板，多采用正三角形叉排取同一個(gè)橫排的孔心距t=0.075m，則排間距：=0.137matAtN0.32932 0.075取t=0.075m，=0.13m 以正三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)目為 33 個(gè)。t 按 N=34，重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子：=9.0801u20.36883.140.039334（）m/s =9.08=10.2301F1.27閥動(dòng)能因子變化不大，仍在 913 范圍內(nèi)。塔板開孔率=8.

36、08%01u100%u0.734100%9.08（2）提餾段：取閥孔動(dòng)能因子=11，孔速為：0F02u=11.6V002Fu110.90m/s每層塔板上的浮閥數(shù)目為：=26 個(gè)s22002VNd u420.3660.7850.03911.6（）化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院21取 t=0.075m則排間距：atAtN0.16926 0.075m0. 329=同上取=150mm，則排得閥數(shù)目為 29 個(gè)。t按 N=29，重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子：s20222V0.366u10.57m/s0.7850.03929d N402F10.570.9010.02閥動(dòng)能因子變化不大，仍在 913 范圍內(nèi)。塔

37、板開孔率02u0.729100%=6.90u10.57化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院22第四章第四章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.14.1 氣相通過浮閥塔板的壓降氣相通過浮閥塔板的壓降根據(jù)，計(jì)算。pclhh +hhLpph g 1.精餾段：（1）干板阻力：1.8251.8250c173.173.1u9.377m/s1.23V因，故01u0c1u22V101c1L11.2310.87uh5.345.340.05m2g2 9.8 828.97（2）板上充氣液層阻力：取則0L0.5h0.07m，l0Lhh0.5 0.070.035m （3）液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)，因

38、此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊后w高度為：pc11hh +h0.050.0350.085m1L1p1ph g=0.085 828.97 9.8=690.53Pa2.提餾段：（1）干板阻力：1.8251.8250c273.173.1u11.87m/s0.80V因，故02u0c2u22V02cL0.8013.42uh5.345.340.0421m2g2 9.8 932.50（2）板上充氣液層阻力：取則0L0.5h0.07m，20Lhh0.5 0.070.035mL （3）液體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)囊后w高度為：p2h0.0421 0.0350.077

39、1m化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院23=693.67pa2L2p2ph g=0.0771 932.50 9.8p4.24.2 淹塔淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要控制降液管高度，dTwHHh即dpLh +hhdH 1.精餾段：（1）單層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=0.085mph（2）液體通過降液管的壓頭損失：2231d02.06 10h0.1530.1530.00261.3 0.0122swLml h（3）板上液層高度，則Lh0.07mdpLh +h +h0.0850.00260.070.1576dHm取，已選定0.50.450.060TwHmhm，則T0.50.0450.0600.2

40、25TwHhm可見，所以符合防止淹塔的要求。11dTwHHh2.提餾段：（1）單層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋簆2h0.0771m（2）液體通過降液管的壓頭損失：223d209.10 10h0.1530.1530.00261.3 0.054swLml h（3）板上液層高度，則Lh0.07md2pLdh +h +h0.0771 0.00260.070.1497Hm取，已選定0.50.45 ,0.046TwHm hm則，20.50.450.0460.248TwHhm可見，所以符合防止淹塔的要求。d2H2TwHh4.34.3 物沫夾帶物沫夾帶泛點(diǎn)率：=1.36100%sVVsLLVFbL ZK

41、C A化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院24板上液體流經(jīng)長度：=LZ222 0.2481.504dDWm 板上液體流經(jīng)面積：223.142 0.2262.688bTFAAAm 取物性系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.103FC(1)精餾段： 1111111.36100%VsSLLVFbVL ZKC A泛點(diǎn)率=31.232.651.36 2.06 101.504828.97 1.2338.42%1.0 0.103 2.688對于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過 80%，由以上計(jì)算知，物沫夾帶能夠滿足0.11（液/氣）的要求。ve(2)提餾段：取物性系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.101

42、則FC泛點(diǎn)率1.36100%VssLLVFbVL ZKC A34.060.81.36 9.1 101.504932.500.850.68%1.0 0.101 2.688由以上計(jì)算知，符合要求。4.44.4 塔板負(fù)荷性能圖塔板負(fù)荷性能圖1. 物沫夾帶線泛點(diǎn)率1.36100%VsSLLVFbVL ZKC A=據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線。按泛點(diǎn)率 80%計(jì)算。（1）精餾段1.171.36 0.752806.6 1.171.0 0.103 0.671SSVL0. 8=化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院25整理得：0.0550.03811.023SSSSVLVL , 即=0. 062-20. 23由上

43、式和物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè) Ls 值，可算出Vs。（2）提餾段0.821.36 0.752930.240.821.0 0.101 0.671SSVL0. 8=整理得：0.0540.02971.203SSSSVLVL , 即=0. 723-25. 25在操作范圍內(nèi)，任取若干個(gè)，算出相應(yīng)的值。SLSV計(jì)算如圖表示：(/s)SL3m0.00060.00150.00300.0045(/s)SV3m1.4111.3401.2501.173由上述數(shù)據(jù)即可作出物沫夾帶線精餾段提餾段3/SLcms3/SVcms3/SLcms3/SVcms0.0020.620.0020.670.010.460

44、.010.472. 液泛線根據(jù)pLclLh +h +hh +h +h +h +hTwddHh確定液泛線，由于很小，故忽略式中的hh 22/3200036002.845.340.153121000vssTwwLwwuLLHhhEgl hl其中 0204sVud N（1）精餾段：22/321112241.170.2535.34402.371.50.0560.892 9.8 0.7851400.039806.6SSSVLL化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院26整理得： 222/31110.455634596.155.88SsSVLL在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，可求出與之對應(yīng)的值，計(jì)算結(jié)果列于表 4-sLsV3

45、：SL0.00050.00080.00100.0013SV0.6960.6960.6930.683由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線。（2）提餾段：222/32222240.820.2495.3431223.166.922 9.8 0.7851200.039903.24SSSVLL整理得：222/322273.24 12703.75343.68SSSVLL 在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，可求出與之對應(yīng)的值，計(jì)算結(jié)果列于表sLsV4-4：2SL0.00050.00080.00100.00132SV0.6350.6140.5920.569由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線。3. 液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證其在降液管

46、中停留的時(shí)間不低于 35s。液體在降液管中停留的時(shí)間由下式：3 5FTsA HsL 以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則：5s3max0.057 0.45()0.005/5FTsA HLms據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直的液相負(fù)荷上限線。4. 漏液線對于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則1F05F 由知：2004sVd Nu化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院27（1）精餾段：231 min3.145()0.0391400.77/41.17SVms（2）提餾段： 232min3.145()0.0391200.79/40.82SVms據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的漏液線。5.液相負(fù)荷下限線取堰上液層

47、高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，做出液相負(fù)荷下0.006owhm限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。由式： 2/3min36002.840.0061000swLEl取E=1. 0則： 3/23min0.006 10000.001/2.84 1.03600wSlLms據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直的液相負(fù)荷下限線。根據(jù)以上 1-5 數(shù)據(jù)作出塔板負(fù)荷性能圖精餾段精餾段塔板負(fù)荷性能圖00.70.800.00050.0010.00150.0020.0025Ls/m/sV/m/s液沫夾帶線液泛線漏液線液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷下限線化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院28提餾段提餾段負(fù)

48、荷性能圖00.8100.00050.0010.00150.0020.0025Ls/m/sVs/m/s液沫夾帶線液泛線漏液線液相負(fù)荷上限線液相負(fù)荷下限線由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：1. 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) p（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。2. 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。3. 按固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限。 3max5.52 6.4/SVms氣相負(fù)荷下限。 3min1.29 1.72/SVms所以，精餾段操作彈性=5.52/1.29=4.28 。 提留段操作彈性=6.4/1.72=3.72 ?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)吉林化

49、工學(xué)院29第五章第五章 塔塔附件設(shè)計(jì)附件設(shè)計(jì)5.15.1 接管接管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，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，管徑計(jì)算如下： 41.5/852.2615000.0003303600 852.264 0.00033016.83.14 1.5SFLSVDum suVDmm , 取 , 查標(biāo)準(zhǔn)系列選取 2532.回流管采用直管回流管，取1/Rum s4 0.3131/753.140.018818.83.14 1.5Rdmmm查表取 2533.塔底出料管取 ，直管出料1.5/Wum s4 0.008438 18.34/950.750.011811.8

50、3.14 1.5Wdmmm查表取 2534.塔頂蒸氣出料管化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院30直管出氣，取出口氣速為：u=20 m/s 則：44 0.36880.1533153.33.14 20VDmmmu查表取 21964. 塔底進(jìn)氣管采用直管進(jìn)氣，取出口氣速為：u=22 m/s 則：44 0.366145.63.14 22VDmmu查表取 21965. 法蘭由于常壓操作，所以法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用法蘭。進(jìn)料管接管法蘭：Pg6Dg70HG5010-58回流管法蘭：Pg6Dg60HG5010-58塔底出料管法蘭：Pg6Dg80HG5010-58塔頂蒸氣管法蘭：Pg6

51、Dg500HG5010-58塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：Pg6Dg550HG5010-585.25.2 筒體與封頭筒體與封頭1.筒體1.05 6 8000.22.442 1250 0.9mm 壁厚選 3mm，所用材質(zhì)為 A32.封頭選用封頭取封頭高度為 0.35m。800 3gD ，JB1154-73。5.35.3 除沫器除沫器當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、效率較高、空隙大及使用方便等優(yōu)

52、點(diǎn)。化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院31設(shè)計(jì)氣速選?。?.107LVVuKK 系數(shù)802.7 1.270.1072.69/1.27um s除沫器直徑： 44 0.36880.423.14 2.69SVDmu選取不銹鋼除沫器 類型：標(biāo)準(zhǔn)型；規(guī)格：40-100；材料：不銹鋼絲（1Gr18Ni9Ti） ；絲網(wǎng)尺寸：圓絲 裙座裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑300mm，故裙座壁厚取 12mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： 38002 120.2 0.410424biDmm 基礎(chǔ)環(huán)外徑： 38002

53、 120.2 0.4101224boDmm 圓整：，基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取6001400biboDmmDmm ，18mm，考慮到再沸器，裙座高度取 1.5m。地角螺栓直徑取 M30。5.55.5 吊柱吊柱對于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，即經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般取 15m 以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度較小，因此不必設(shè)吊柱。5.65.6 人孔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)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)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔 1020 塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔

54、中共 15 塊板，需設(shè)置 1 個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為 450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為 800mm，裙座上應(yīng)開 1 個(gè)人孔，直徑為 450mm，人孔伸入塔內(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。化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院32第六章第六章 塔總體高度的設(shè)計(jì)塔總體高度的設(shè)計(jì)6.16.1 塔的頂部空間高度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到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為 300mm，塔頂部空間高度為 600mm。6.26.2 塔的底部空間高度塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔

55、底下封頭切線的距離，釜液停留時(shí)間取 6min。裝料系數(shù)為 0.5，且。:2:1H d 塔底料液量：434.86 106 600.1750WSlL tm 塔底體積：30.17500.3500.50.5WWlVm22 0.611.22BHdm6.36.3 塔總體高度塔總體高度10.80.3 1.22 1.50.350.69.27mTiBHH NmHHHHHH頂桾封化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院33第七章第七章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)附屬設(shè)備設(shè)計(jì)7.17.1 冷凝器的選擇冷凝器的選擇有機(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2500 1500/kcalmhC 本設(shè)計(jì)取22700/2

56、926/KkcalmhCJmhC 出料液溫度：78.25（飽和氣）78.25（飽和液）冷卻水溫度：2035逆流操作：1258.2543.25tCtC , 121258.2543.2550.3858.25lnln43.25mtttCtt 傳熱面積：根據(jù)全塔熱量衡算，計(jì)算方法參見任務(wù)書 2 和 4，得Q=3360.375KJ/h。223.62mQAmK t設(shè)備型號：G500I1640。熱量衡算熱量衡算傳熱面積：根據(jù)全塔熱量衡算，塔頂全凝器的相關(guān)物性：時(shí)，78.32DtC13.31/pCKJkg k24.193/pCKJkg k1213.31 0.79824.1931 0.79823.49/pDpD

57、pDCCxCxKJkg k12696.05/,1660.33/rKJ kg rKJ kg121696.05 0.7982 1660.331 0.7982890.64/DDDrrxrxKJ kg 12146 0.7982 181 0.798240.35/DDDMMxMxkg kmol化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院34123.55/,4.21/ppCKJkg kCKJkg k進(jìn)料帶入的熱量：FGPF FQF G t當(dāng)時(shí)，82.97FtC3.324/,4.198/PAPBCKJkg kCKJkg k13.324 0.22084.1981 0.22084.01/PFPAFPBFCCxCxKJkg k 4

58、618146 0.7982 181 0.798240.35/FFFMxxkg kmol100041.35/24.18241.35 24.18 4.0182.97273.151.43 106/FFPF FFkmol hQFM CtKJ h回流帶入的熱量：RQ10.89 40.35439.41/1.71 106/GDRGPRDDDMkg hQRDCtKJ h塔頂蒸汽帶出的熱量： 1439.13.1793 13.49 351.47890.643.89 106/VGPDDDQDRCtrKJ h 殘液帶出的熱量：30.38 18546.78/546.78 4.2 273.1597.168.5 105/W

59、GPW WGWWQD CtWWMkg hQkg h則散失周圍的熱量：5%1 5%1.68 106/Q3.89 106 1.71 1062.18 106/605.56/LBBFRVWLBVWFRBVRQQQQQQQQQQQQQQKJ hQQKJ hKJs可取熱量衡算式：熱負(fù)荷計(jì)算：217.15mQAmK t設(shè)備型號：G500I1640。7.27.2進(jìn)料泵的選擇進(jìn)料泵的選擇：化工原理課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院3531000/ ,852.26/,0.220882.97,=0.3432,=0.4322FFFFkg hkg mxtCmpa smpa s醇水1 0.22080.2208=0.36mpa s醇水3

60、1.1731.173/0.014436002.54VFqmhm選管內(nèi)流速u=2. 0m / s管內(nèi)徑d=選碳鋼管,內(nèi)徑 d=15mm181.5mmmm管內(nèi)流速221.1731.84/3600 0.785 0.01536004Vqm sdu=40.015 1.84 852.26Re65339.940003.6 10du對于光滑管，當(dāng)摩擦系數(shù)可由下式計(jì)算：5300010 ,eR 1640.31640.019865339.9eR123imC=6.0,=0.75 2 1 6=8.5 設(shè)料液面至加料孔為8 ，90彎頭兩個(gè)，截止閥一個(gè)。則有關(guān)管件的局部阻力系數(shù)是：管出口突然擴(kuò)大1,