甲醇-水篩板精餾塔課程設(shè)計

1、武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計說明書目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 化工原理課程設(shè)計的目的和要求11.2 精餾操作對塔設(shè)備的要求11.3板式塔類型11.4精餾塔的工作原理和工藝流程21.5精餾塔的設(shè)計步驟2本設(shè)計按以下幾個階段進(jìn)行：2第二章 總體設(shè)計方案的確定42.1操作條件的確定42.2確定設(shè)計方案的原則53.2塔板數(shù)的確定83.3精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算103.4精餾塔的塔體工藝尺寸的計算143.5塔板主要工藝尺寸的計算17第四章 塔板的流體力學(xué)的驗算214.1 塔板壓降214.2 液面落差224.3 液沫夾帶224.4 漏液234.5 液泛234

2、.6塔板負(fù)荷性能圖24第五章 塔附件設(shè)計325.1換熱器設(shè)計325.2餾塔接管尺寸的計算335.3 塔的總體高度設(shè)計37總 結(jié)38致 謝40參考文獻(xiàn)41附 錄42 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計說明書摘 要精餾是化工生產(chǎn)、石油化工煉油生產(chǎn)過程中進(jìn)行液體混合分離的一個重要操作，在提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品質(zhì)量中起著舉足輕重的作用。本設(shè)計的任務(wù)是分離甲醇-水溶液的混合物，提純甲醇達(dá)到一定的純度。采用的分離設(shè)備是篩板式精餾塔。設(shè)計根據(jù)給定任務(wù)書首先對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備選型進(jìn)行討論，然后通過計算確定精餾塔的實際塔板數(shù)是19塊，塔高為12080mm，塔徑800mm，最后計算塔板

3、的主要工藝尺寸，進(jìn)行流體學(xué)驗證，看結(jié)果是否符合設(shè)計要求，繪制精餾過程的工藝流程圖和篩板精餾塔的裝配圖。關(guān)鍵詞：精餾塔；篩板式；甲醇第一章 緒論1.1 化工原理課程設(shè)計的目的和要求課程設(shè)計是化工原理課程的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)獨立工作能力的重要作用。1.2 精餾操作對塔設(shè)備的要求 為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： () 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 () 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大

4、范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 () 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 () 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 () 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 () 塔內(nèi)的滯留量要小。實際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.3板式塔類型 在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單

5、元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。 塔設(shè)備一般分為級間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒有被廣泛采用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實踐，對篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實踐，形成了較完善的設(shè)計方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔

6、板的造價可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。然而篩板塔也存在著一些缺點：（1） 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；（2） 操作彈性較小(約23)；（3） 小孔篩板容易堵塞。 本次設(shè)計就是針對水甲醇體系，而進(jìn)行的常壓二元篩板精餾塔的設(shè)計及其輔助設(shè)備的選型。1.4精餾塔的工作原理和工藝流程精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達(dá)到組分分離

7、的目的。由塔頂上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。 精餾原理 (Principle of Rectify) 蒸餾的基本原理是將液體混合物部分氣化,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對揮發(fā)度，）的特性，實現(xiàn)分離目的的單元操作。 1.5精餾塔的設(shè)計步驟 本設(shè)計按以下幾個階段進(jìn)行：（1） 設(shè)計方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、 主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。（2）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。（3）塔板設(shè)計：計算塔板

8、各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計算。接管尺寸等，并畫出塔的操作性能圖（4）管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。(5) 抄寫說明書。(6) 繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。第二章 總體設(shè)計方案的確定 確定設(shè)計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。本設(shè)計任務(wù)為分離甲醇-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)計中采用泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)加熱器至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離系，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

9、接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。下面結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作些闡述。2.1操作條件的確定2.1.1操作壓力蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，

10、或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。2.1.2 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，本設(shè)計選擇的進(jìn)料方式是泡點進(jìn)料。但一般都將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進(jìn)料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。2.1.3 加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。一般蒸餾塔釜殘液中的主要組分是水，且在低濃度下輕組分的相對揮發(fā)度較大時宜用直接蒸汽加熱，其優(yōu)點是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費用，但是由于直接蒸汽

11、加熱的加入，對釜內(nèi)溶液起一定的稀釋作用，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，要在精餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。根據(jù)任務(wù)書的要求，對于本次任務(wù)采用間接蒸汽加熱更為簡單，方便。2.2確定設(shè)計方案的原則確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點： (1) 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計方案需要有一定的操作彈性

12、，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計、壓強(qiáng)計，流量計等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 (2) 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作

13、費和設(shè)備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。 降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計時，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。 (3) 保證安全生產(chǎn) 例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項原則在生產(chǎn)中

14、都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對第三個原則只要求作一般的考慮。第三章 塔板的工藝計算3.1 精餾塔的物料衡算3.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率表3-1甲醇-水相關(guān)物性參數(shù)表項目分子式摩爾質(zhì)量M沸點 /臨界溫度臨界壓強(qiáng)Pc/Kpa甲醇ACH3OH32.0464.5288.56833.4水BH2O18.02100318.574107.7甲醇的摩爾質(zhì)量 M甲醇=32.04kg/ kmol 水的摩爾質(zhì)量 M水=18.02kg/kmol進(jìn)料板產(chǎn)品的摩爾分率：= 塔頂產(chǎn)品的摩爾分率： =塔頂產(chǎn)品的摩爾分率： =3.1.2原料液及塔

15、頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量進(jìn)料板產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：=0.273×32.04+（1-0.273）×18.02=21.85kg/kmol塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： =0.9947×32.04+(1-0.9947）×18.02=31.96kg/kmol塔釜產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： =0.002818×32.04+(1-0.002818)×18.02=18.06kg/kmol3.1.3 物料衡算原料處理量： =kmol/h總物料衡算： 甲醇物料衡算: 聯(lián)立解得 3.2塔板數(shù)的確定3.2.1理論板數(shù)的求取由 y=及甲醇水在不同溫度下的汽液平衡組成表

16、 3-2 甲醇-水的氣液平衡組成溫度液相氣相溫度液相氣相92.90.05310.28347.0581.60.20830.62736.490.30.07670.40018.0380.20.23190.64856.1188.90.09260.43537.55780.28180.67755.3586.60.12570.48316.577.80.29090.68015.18850.13150.54557.9376.70.33330.69184.4983.20.16740.55866.2976.20.35130.73475.1182.30.18180.57756.1573.80.4620.77564.0

17、272.70.52920.79713.49680.77010.89622.5771.30.59370.81833.0866.90.87410.91941.64700.68490.84922.59=4.83得到相平衡方程 y=因為泡點進(jìn)料，所以=1 且點過相平衡線 則=0.94 取操作回流比3.2.2 精餾塔的氣液相負(fù)荷精餾段的液相流量： 精餾段的氣相流量： 提餾段的液相流量： 提餾段的氣相流量：3.2.3操作線方程精餾段操作線方程 =0.6528+0.3454提餾段操作線方程 -3.2.4逐板計算法求理論板數(shù)因為塔頂為全凝器 通過相平衡方程求 =再通過精餾段操作線方程 ，如此反復(fù)得氣相組成 y

18、 及液相組成x如下： =0.9947 =0.9749 =0.9818 =0.9179 =0.9446 =0.7793 =0.8541 =0.5482 =0.7032 =0.3291 =0.5603 =0.2087<0.273 =0.3995 =0.1211 =0.2308 =0.0585 =0.1101 =0.025 =0.0455 =0.1474 =0.02578 =5.45×10-3 =7.88×10-3 =1.64×10-3<0.002818當(dāng)后，改用相平衡方程與提餾段操作方程計算.如此反復(fù)得 可得到進(jìn)料板位置 =6總理論板數(shù) =12 <包

19、括再沸器>3.2.5實際板層數(shù)的求取精餾段實際板層數(shù)：=8.39提餾段實際板層數(shù)：=10（不包括再沸器）3.3精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算3.3.1操作壓力計算塔頂操作壓力 每層塔板壓力降 DP=0.7進(jìn)料板壓力 =105.3+0.7×9=111.6塔底壓力 精餾段平均壓力 =提餾段平均壓力 =3.3.2 操作溫度計算（內(nèi)插法得）根據(jù)甲醇-水的氣-液平衡組成表，再通過內(nèi)插法得：塔頂溫度 =64.79進(jìn)料板溫度 =78.3塔釜溫度 =99.6精餾段平均溫度 =提餾段平均溫度 =3.3.3平均摩爾質(zhì)量的計算塔頂平均摩爾質(zhì)量計算由=0.9947 通過相平衡方程求得 =0.974

20、9進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算通過逐板計算得進(jìn)料板=0.5603，再通過相平衡方程得=0.2087塔釜平均摩爾質(zhì)量的計算由=0.002818 查平衡曲線得 =0.01346 精餾段平均摩爾質(zhì)量=提餾段平均摩爾質(zhì)量=3.3.4 平均密度計算（1）氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算 即精餾段 =³提餾段 = （2）液相平均密度計算 表3-3不同溫度下甲醇-水的物理性質(zhì)5060708090100760751743734725716988.1983.2977.8971.8965.3958.40.3500.3620.2770.2510.2250.4790.4140.3620.3210.28818

21、.7617.8216.9115.8214.8966.264.362.660.758.8液相平均密度按下式計算 即塔頂液相平均密度的計算 由=64.79 查表3-3，由內(nèi)插法得 ³ ³=³進(jìn)料板液相平均密度計算 由=78.3 查表3-3，由內(nèi)插法得 ³ 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 ³提餾段液相平均密度計算 由tw=99.6 查表3-3，由內(nèi)插法得 =716.36 ³³精餾段液相平均密度為 ³提餾段液相平均密度 ³3.3.5液體平均表面張力的計算液相平均表面張力依下式計算 即塔頂液相平均表面張力的計算 由查表3-3

22、，由內(nèi)插法得 進(jìn)料板液相平均表面張力的計算 由查表3-3，由內(nèi)插法得 塔釜液相平均表面張力的計算 由查表3-3，由內(nèi)插法得 精餾段液相平均表面張力為 提餾段液相平均表面張力為 3.3.6液體平均粘度計算液相平均粘度以下式計算，即塔頂液相平均粘度計算 由查表3-3，由內(nèi)插法得 進(jìn)料板液相平均粘度計算 由查表3-3，由內(nèi)插法得 s 塔釜液相平均粘度計算 由查表3-3，由內(nèi)插法得 精餾段液相平均黏度為: 提餾段液相平均黏度為: 3.4精餾塔的塔體工藝尺寸的計算3.4.1塔徑的計算精餾段的氣液相體積流率為提餾段的氣液相體積流率為 精餾段 式中C由求取，可通過圖3.1查得，功能參數(shù) 圖3.1篩板塔的泛點

23、關(guān)聯(lián)圖 取板間距=0.35m得到最大空塔氣速取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后 塔截面積為=m²表3-4 不同塔徑的板間距參考數(shù)據(jù)塔徑D/mm80012001400240026006600板間距/mm300、350、400、450、500400、450、550、600、650、700450、500、550、600、650、700、750、800實際空塔氣速 =(安全系數(shù)在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求)提餾段同理查閱篩板塔泛點關(guān)聯(lián)圖= =0.05161取板間距=0.35m 查圖3.1得=0.07=0.07=0.08602=0.08602=2.84m/s同上取安全系數(shù)0.8 =0

24、.8 =0.8×2.84=2.272m/sD=0.6076m 圓整取D=0.8m 同上=0.5024實際空塔氣速=（符合安全系數(shù)范圍，設(shè)計合理）3.4.2精餾塔有效高度的計算精餾段有效高度為 提餾段有效高度為 設(shè)計兩個人孔，設(shè)置人孔的兩塊板的間距為0.7m。塔的有效高度=2.8+3.15+1.4=7.35m3.5塔板主要工藝尺寸的計算3.5.1溢流裝置計算因塔徑D=0.8，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤堰長 取溢流堰高度 由選用平直堰，堰上液層高度= 圖3.2液體收縮系數(shù)計算圖取E=1.03 查圖3.2得計算得 =mm 取板上清液高度為 弓形降液管寬度和截面積由 查圖3.3圖

25、3.3弓形降液管的寬度與面積圖得 所以=0.052=0.052×0.5024=0.02612 =0.1D=0.1×0.8=0.08m所以依式計算液體在降液管中的停留時間精餾段：q= > 35s（故設(shè)計合理）提餾段：q= >35s(故設(shè)計合理)降液管底隙高度= =0.08m/s精餾： 提餾： 故降液管設(shè)計合理，選用凹形受液盤=52.65mm =48.69mm3.5.2 塔板布置(1)塔板的分塊因D800mm,故塔板采用分塊式，表3-5 塔板分塊數(shù)塔徑/mm8001200140016001800200022002400塔板分塊數(shù)3456塔板查表3-5可知分為3塊(2

26、)邊緣區(qū)寬度確定取=0.04m =0.03m(3)開孔區(qū)面積計算=2（）故=2（0.28）=0.3703(4)篩孔計算及其排列選用d=3mm碳鋼板，取篩孔直徑=4.5mm篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為 t=3.1 =3.1×4.5=13.95mm篩孔數(shù)目n為 開孔率 f=0.907=0.907×=9.44%氣體通過閥孔的氣速精餾段 =提餾段 =第四章 塔板的流體力學(xué)的驗算4.1 塔板壓降干板阻力計算：（由查圖4.1有=0.82）圖4.1 干篩孔的流量系數(shù)=液柱=液柱氣體通過液層的阻力及ua= =1.4619/查圖4.2，由=1.4619 得b=0.59圖4.2 充氣系數(shù)

27、e。與Fa的關(guān)聯(lián)圖=0.59×（0.05265+0.00735）=0.0354m液柱ua=/查圖4.2，由=1.258得b=0.62 液體表面張力的阻力及計算=氣體通過每層塔板的液柱高度及計算=氣體通過每層塔板的壓降及D計算 =（設(shè)計允許值）=（設(shè)計允許值）4.2 液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且本方案的塔徑和液流量均不大，故可忽略頁面落差影響。4.3 液沫夾帶液沫夾帶量及計算按經(jīng)驗，一般=2.5=2.5×0.06=0.15m 故在本設(shè)計中液沫夾帶量及在允許范圍內(nèi)4.4 漏液對篩板塔，漏液氣速（）由下式計算精餾段實際孔速=19.04m/s>穩(wěn)定系數(shù)K=提餾段實際孔

28、速=18.73>穩(wěn)定系數(shù)K=4.5 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高及應(yīng)服從下式j(luò)（）j取0.5； j（+）j（）=0.5×（0.35+0.03882）=0.19441m液柱j（）=0.5×（0.35+0.04869）=0.199 m液柱而；板上不設(shè)進(jìn)口堰=0.001m液柱=0.07629+0.06+0.001=0.13729m液柱<0.19441m液柱=0.0669+0.06+0.001=0.1279 m液柱<0.199m液柱故在本設(shè)計中不會出現(xiàn)液泛現(xiàn)象4.6塔板負(fù)荷性能圖4.6.1 漏液線由提餾段漏液氣速 板上清液高度堰上液層高度 得，精餾段最小

29、氣相體積流率：同理可得，提餾段最小氣相體積流率： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表表4-1 、數(shù)據(jù)表（），0.00050.00100.00150.0020，0.3400.3490.3570.364，0.3340.3360.3380.340由上表數(shù)字即可作出漏液線1。4.6.2 液沫夾帶線以=0.1液/氣為限，求精餾段Vs-Ls關(guān)系如下由液沫夾帶量 氣體通過液層的速度堰上清液層高度 清液高表示的板壓降 整理得，精餾段氣體體積流量 同理可計算，提餾段液沫夾帶量 整理得，提餾段氣體體積流量 在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls（Ls）值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表表4-2 ，值

30、（），0.00050.00100.00150.0020，0.8620.8250.7930.766，0.8640.8220.7860.754由上表得出液沫夾帶線2。4.6.3 液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.006m，作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由下式得堰上液層高度取E=1，則精餾段最小的液體體積流率同理，提餾段最小的液體體積流率據(jù)此作出氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限圖3。4.6.4 液相負(fù)荷上限線以=4s作為液體在降液管中停留時間的下線，由下式得 故，精餾段的最大液體體積流率 提餾段的最大液體體積流率據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限圖4。4.6.5 液泛線令由式中，故精餾段

31、的氣體體積流率的平方提餾段的氣體體積流率的平方在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表表4-3，值0.00050.00100.00150.00201.2211.1861.1451.0951.3801.3321.2861.240由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。4.6.6 塔板負(fù)荷性能圖根據(jù)所求數(shù)據(jù)作出的負(fù)荷性能圖如下圖4.3 塔板操作負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖4.3上可以看出，該篩板的操作上線為液泛控制，下限為液相負(fù)荷下限控制。由圖5-1查得 故操作彈性為4.6.7 篩板塔工藝計算結(jié)果匯總表4-4 篩板塔工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總表項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段平均溫度71.5488.9

32、5平均壓強(qiáng)kPa108.45115.10氣相平均流量m3/s0.66570.6586液相平均流量m3/s0.0005310.001029液相平均摩爾質(zhì)量kg/kmol26.3219.50氣相平均摩爾質(zhì)量kg/ kmol28.9222.04氣相平均密度kg/ m31.0940.8427液相平均密度kg/ m3814.8919.48液體平均表面張力mN/m35.9456.05項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段液體平均粘度mPa.s0.33970.3194實際塔板數(shù)N塊910板間距m0.35含有人孔板的板間距m0.7人孔直徑m0.45塔有效高度m7.35塔徑m0.8塔頂高度m1.2進(jìn)料板高度m0.7

33、塔底空間高度m0.88空塔氣速um/s1.3251.313塔板液流形式單流型溢流管形式單溢流降液管形式弓形受液盤形式平行溢流堰形式平直進(jìn)口堰形式不設(shè)堰長m0.48堰高m0.052650.04869溢流堰寬度m0.08管底與受液盤距離m0.013830.02679板上清液層高度m0.06項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段安定區(qū)寬度m0.04邊緣區(qū)寬度m0.03開孔區(qū)面積m20.3703篩孔直徑mm4.5篩孔數(shù)目n個2189孔中心距tmm13.95開孔率%9.44篩孔氣速m/s19.0418.84每層板上開孔面積m20.3703干板阻力m0.03690.0242氣體穿過板上液層的阻力m0.0354

34、0.0372克服表面張力的阻力m0.003990.00551總塔板壓強(qiáng)kPa0.076290.0669單板壓強(qiáng)Pa609603.44霧沫夾帶線kg液/kg氣0.079860.0489漏液速度m/s9.43510.55篩板穩(wěn)定系數(shù)2.021.8液體在降液管停留時間s17.2178.884穩(wěn)定系數(shù)2.021.8降液管內(nèi)清液層高度m0.137290.1279液相負(fù)荷上限m3/s0.00228550.0022855項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段液相負(fù)荷下限 m3/s0.00040940.0004094操作彈性2.143塔板分塊形式3塊冷凝器熱負(fù)荷kJ/s895.35再沸器熱負(fù)荷kJ/s1329.8

35、進(jìn)料管管徑mm24回流管管徑mm65塔底出料口管徑mm29塔頂蒸汽出料管管徑mm206塔釜進(jìn)氣管mm191第五章 塔附件設(shè)計5.1換熱器設(shè)計5.1.1 冷凝器的選擇有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為5001500kcal/(本設(shè)計取=600w/()。出料液溫度：64.6（飽和氣）（飽和液）64.6冷卻水溫度：3040逆流操作：=34.6 =傳熱面積：A=在此溫度下，查化工原理<第三版>附錄得 =1200，=2378 KJ/KgQ=wg=1.094×0.6657×0.9947×1220+（1-0.9947）×2378=0.7303

36、×1226=895.35A=表5-1 冷凝器選擇的相關(guān)參數(shù)設(shè)備型號公稱直徑公稱壓力管程數(shù)管子根數(shù)中心排管數(shù)管程流通面積換熱管長度計算換熱面積f25×2.5600mm1.6MPa2232160.03643000mm52.85.1.2再沸器的選擇選用120飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取K=600w/(.)料液溫度：99.6100 熱流體溫度：120120逆流操作：=20 =20.4 =同上 查表知此溫度下 1100+（1-0.002818）×2400=2396 表5-2 再沸器選擇的相關(guān)參數(shù)設(shè)備型號公稱直徑公稱壓力管程數(shù)管子數(shù)中心排管數(shù)管程流通面積換熱管長度計算換熱面積f

37、25×2.5700mm4.00MPa4322210.02534500mm111.25.2餾塔接管尺寸的計算5.2.1 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形進(jìn)料管。本設(shè)計采用直管進(jìn)料管，管徑計算如下：D= 取=1.6m/s表5-3 不同溫度下甲醇和水的密度791785998.2995.7進(jìn)料，此溫度下（ ）=D=由<<化工原理設(shè)計手冊>>查表取f32×3（2）回流管采用直管回流管 取uR=1.6m/s=同理，查上表取f89×4（3）塔釜出料管 取uw=1.6m/s=查上表取f38×3（4） 塔頂蒸氣出

38、料筒 直管出氣，取出口氣速u=20m/sD=查上表取f273×8（5）塔釜進(jìn)氣管 采用直管 取氣速u=23m/sD=查上表取f273×8（6）法蘭本設(shè)計常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)的法蘭。進(jìn)料管接管法蘭：PN0.2 DN25 GB-T1047-2005回流管接管法蘭：PN0.2 DN65 GB-T1047-2005 塔釜出料管法蘭：PN0.2 DN32 GB-T1047-2005塔頂蒸汽管法蘭：PN0.2 DN250 GB-T1047-2005塔釜蒸汽進(jìn)氣法蘭：PN0.2 DN200 GB-T1047-20055.2.2 筒體與封

39、頭（1）筒體壁厚選6mm，所用材質(zhì)為A3 （2）封頭封頭本設(shè)計采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=800mm,曲面高度200mm，直邊高度25mm，內(nèi)表面積0.757，容積0.08m³，選取風(fēng)同樣DN800×6。（選自常用化工單元設(shè)備設(shè)計附表1（A）橢圓封頭尺寸與質(zhì)量（JB/T4729-94）5.2.3 除沫器當(dāng)空塔氣速較大帶液現(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)計采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比面積大、質(zhì)量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點。設(shè)計氣

40、速選?。?，系數(shù)=0.107，除沫器直徑：5.2.4 吊柱塔徑D=800mm，可選用吊柱250，S=600mm，L=3150mm，H=900mm，材料用A3。5.2.5 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，所用它是塔設(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>800mm，故裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑：圓整：=1600mm，=2200mm；基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m（=3m），此角螺栓直徑取。5.2.6 人孔人孔是安裝和檢修人員進(jìn)出塔的惟一通道，人孔的位置應(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)備過少會使制造時塔體的彎曲度難于達(dá)到要求 塔中共19塊板，設(shè)置4個人孔，第6塊和第7塊板之間設(shè)一塊，第12