課程設計乙醇水分離過程板式精餾塔設計

1、 課 程 設 計 說 明 書 武 漢 工 程 大 學 化工與制藥學院課程設計說明書課題名稱 乙醇-水分離過程板式精餾塔設計 專業(yè)班級 工業(yè)催化與煤化工01 學生學號 1001100306 學生姓名 侯昆 學生成績 指導教師 蔡 寧 課題工作時間 2013年6月18日7月5日 武漢工程大學化工與制藥學院武漢工程大學化工原理課程設計任務書專業(yè) 工業(yè)催化與煤化工 班級 工催01 學生姓名 侯昆 發(fā)題時間： 2013 年 6 月 17 日一、課題名稱乙醇-水分離過程板式精餾塔設計二、課題條件n 參考文獻1. 大連理工大學化工原理教研室. 化工原理課程設計. 大連：大連理工大學出版社，19942. 柴誠

2、敬，劉國維，李阿娜. 化工原理課程設計. 天津：天津科學技術出版社，19953. 賈紹義，柴誠敬. 化工原理課程設計. 天津：天津大學出版社,20024. 王國勝. 化工原理課程設計. 大連：大連理工大學出版社，20055. 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設備課程設計. 北京:化學工業(yè)出版社,20026. 上海醫(yī)藥設計院. 化工工藝設計手冊(上、下). 化學工業(yè)出版社，19867. 阮奇,葉長 ,黃詩煌. 化工原理優(yōu)化設計與解題指南. 北京:化學工業(yè)出版社,2001.98. 化工設備技術全書編輯委員會. 化工設備全書塔設備設計. 上海：上?？茖W技術出版社，19889. 鄒蘭，閻傳智. 化工工藝

3、工程設計. 成都：成都科技大學出版社,199810. 李功祥，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設備設計. 廣州：華南理工大學出版社,200311. 童景山, 李敬. 流體熱物理性質的計算. 北京：清華大學出版社，198212. 馬沛生. 化工數據. 北京：中國石化出版社，200313. 靳士蘭, 邢鳳蘭. 化工制圖. 北京：國防工業(yè)出版社，200614. 朱有庭,曲文海，于浦義.化工設備設計手冊（上、下冊). 北京：化學工業(yè)出版社,200415. 劉雪暖, 湯景凝.化工原理課程設計. 北京：石油大學出版社，2001三、設計任務 (含實驗、分析、計算、繪圖、論述等內容)1 全塔物料衡算。2 操作回

4、流比和理論塔板數的確定。3 計算精餾段、提餾段的塔板效率，確定實際塔板數。4 估算塔徑。5 板式塔的工藝尺寸計算，包括溢流裝置與塔板的設計計算。6 塔板的流體力學性能校核，包括板壓力降、液面落差、液沫夾帶、漏液及液泛的校核。7 繪制塔板的負荷性能圖。塔板的負荷性能圖由液相負荷下限線、液相負荷上限線、漏液線、液沫夾帶線和溢流液泛線確定。 8 塔的結構確定，包括塔體結構與塔板結構。塔體結構：塔頂空間，塔底空間，人孔（手孔），支座，封頭，塔高等。塔板結構：采用分塊式塔板還是整塊式塔板。9 塔的附屬設備選型，包括塔頂冷凝器，原料預熱器的換熱面積與泵的選型（視情況而定）。10 精餾塔各接管尺寸的確定。1

5、1 繪制精餾塔系統(tǒng)工藝流程圖。12 繪制精餾塔裝配圖。13 編寫設計說明書。14計算機要求：CAD繪圖等。15 英語要求：撰寫英文摘要。16 設計說明書要求：邏輯清楚，層次分明，書寫工整，獨立完成。四、設計所需技術參數1. 設計條件在一常壓操作的連續(xù)板式精餾塔(自選塔板類型)內分離乙醇-水混合物，間接蒸汽加熱。生產能力和產品的質量要求見下表。處理量/wt.a-1料液組成(質量分數)/%塔頂產品(質量分數)/%塔頂產品收率4.550920.99 操作條件：塔頂壓力：4kPa(表壓)； 進料熱狀態(tài)：自選； 回流比：自選； 單板壓降 0.7kPa。工作日：每年300天，每天24小時。2. 設計所需基

6、礎數據物性數據：液相粘度、液相表面張力、汽液相密度、氣體熱容、汽化潛熱等。相平衡數據：常壓下乙醇-水二元物系的氣液相平衡數據。五、設計說明書內容1 設計任務書2 目錄(標出頁碼)3 前言4 設計方案論證5 按設計任務順序說明6 設計結果匯總7 結語包括設計體會、收獲、評述、建議、致謝等8 參考文獻六、進度計劃1 設計動員，下達設計任務書 0.5天2 搜集資料，閱讀教材，擬訂設計進度 0.5天3 設計計算 (包括電算) 4天4 繪圖 2天5 整理設計資料，撰寫設計說明書 2天6 設計小結及答辯 1天指導教師簽名： 蔡寧 教研室主任簽名： 徐志高 2013年 6 月 17 日 2013 年 6 月

7、 17 日 摘要 精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。因此，研究精餾塔的設計并熟練掌握其過程很有必要。 乙醇-水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，長期以來，乙醇多以蒸餾法生產，但是由于乙醇-水體系有共沸現象，普通的精餾對于得到高純度的乙醇來說產量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進乙醇-水體系的精餾設備是非常重要的。塔設備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是浮閥塔都在化工生產過程中得到了廣泛的應用，在此我們作板式塔的設計以熟悉單元操作設備的設計流程和應注意的事項

8、是非常必要的。 【關鍵詞】：乙醇；水；精餾段；提餾段；浮閥塔。AbstractDistillation is a distillation method for high purity liquid mixtures to be separated by reflux, is a liquid mixture industry on the most widely used separation operation, widely used in petroleum, chemical industry, light industry, food, metallurgy and other d

9、epartments. Therefore, the design of distillation column and proficiency in the process it is necessary.Ethanol - water is the most common industrial solvent and also one of important chemical raw material. For a long time, Production of ethanol was distillation, but because ethanol - water system h

10、as azeotropic phenomenon, and ordinary distillation for getting high purity ethanol production is not good. But due to the more commonly used for its solution, therefore, the research and improvement of ethanol - water system of distillation equipment is very important.Tower equipment is the most co

11、mmonly used distillation device, both in packed tower and float valve tower have been widely used in the chemical production process. Here we make the design of the plate column to be familiar with unit operation equipment design process and precautions are needed.【 key words 】 : ethanol; water; rec

12、tifying section; stripping section; the float valve tower.第一章 前言 在蔡老師的指導下，我們進行了為期幾周的化工原理的課程設計。本次設計的目的是讓我們把大二下和大三上里所學過的化工原理基礎理論知識回憶起來，并將它們靈活運用到實際應用中，以加深我們對理論知識的理解及應用能力，同時對于考研同學也是有一定的幫助?；ぴ碚n程設計是化工原理教學的一個重要環(huán)節(jié)，是綜合應用本門課程和有關先修課程所學知識，完成以單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計使學生掌握化工設計的基本程序和方法，并在查閱技術資料、選用公式和數據、用簡潔文字和圖表表達設計結果

13、、制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練，在設計過程中還應培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和實事求是、嚴肅負責的工作作風。 本次設計的任務是設計優(yōu)化乙醇-水溶液連續(xù)精餾塔。設計過程中，我們認真思考、分析和研究，考慮到實際生產中的經濟效益問題及綠色環(huán)保問題，經過大量的精確的工藝計算及理論探討確定，最終選用了浮閥式精餾塔，并于常壓下用間接蒸汽加熱法進行精餾操作；設計出了一套比較接近實際的精餾塔裝置。浮閥塔與20世紀50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內應用最廣泛的塔形，特別是在石油，化學工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的是F1型和V-4型。F1

14、型浮閥的結構簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應用在化工及煉油生產中，現已列入部頒標準（JB168-68）內，F1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1.生產能力大。2.操作彈性大。3.塔板效率高。4.氣體壓強降及液面落差較小。5.塔的造價低。浮閥塔不宜處理宜結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。第二章 緒論2.1 設計方案本設計任務為分離乙醇-水混合物。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。塔頂上升

15、蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷凝器冷卻后送至儲罐。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。2.2 設計方案的確定及流程說明2.2.1選塔依據 浮閥塔是在泡罩塔的基礎上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設有浮動的浮閥，浮閥可根據氣體流量上下浮動，自行調節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產能力以及設備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。 浮閥塔之所以這樣廣泛地被

16、采用，是因為它具有下列特點： () 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加2040，而接近于篩板塔。 () 操作彈性大，一般約為39，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。 () 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 () 壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為4001000N/m2。 () 液面梯度小。 () 使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現象的系統(tǒng)也能正常操作。() 結構簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的6080,為篩板塔的120130。加熱方式：間接蒸汽加熱蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。2.2.3選擇適宜回流比 適宜的回流比應該通過經濟核算來確定，即操作費用和設備折舊

17、費用之和為最低時的回流比為最適宜的回流比；采用釜液產品去預熱原料，可以充分利用釜液產品的余熱，節(jié)約能源?；亓鞣绞剑号蔹c回流泡點回流易于控制,設計和控制時比較方便,而且可以節(jié)約能源。操作流程說明乙醇-水溶液經預熱至泡點后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，進入回流罐部分回流，其余作為塔頂產品經冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽供熱，塔底產品用于預熱原料冷卻后送入貯槽。精餾裝置有精餾塔、原料預熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產品冷卻器等設備。熱量由再沸器輸入，由冷凝器中的冷卻介質將余熱帶走。乙醇水混合液原料經預熱器加熱到泡點溫度后送入精餾塔 進料板，在進料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后

18、，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，進行熱和質的傳遞過程。2.2.6確定設計方案的原則確定設計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學技術上的最新成就，使生產達到技術上最先進、經濟上最合理的要求，符合優(yōu)質、高產、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計出來的流程和設備，首先必須保證產品達到任務規(guī)定的要求，而且質量要穩(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，從而需要采取相應的措施。其次所定的設計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應能在一定范圍內進行調節(jié)，必要時傳熱量也可進行調整。因此，在必要的位置上要裝置

19、調節(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時，也應考慮到生產上的可能波動。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過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應措施。(2)滿足經濟上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當地利用塔頂、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，即對操作費和設備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設備費也有很大影響。 (3)保證安全生產例如酒

20、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)生火花的設備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內壓力過大或塔驟冷而產生真空，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中都是同樣重要的。但在化工原理課程設計中，對第一個原則應作較多的考慮，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 塔的工藝尺寸得計算3.1精餾塔的物料衡算乙醇的摩爾質量 水的摩爾質量 原料液塔頂原料液平均摩爾質量：同理可得：塔頂進料流量餾出液流量釜液流量由得水的回收率：3.2塔板數的確定3.2.1相對揮發(fā)度由相平衡方程式 可得根據乙醇水體系的相平衡數據可得： 由相平衡方程得 從相平衡表中抽

21、出七組數據進行計算當t=95.5 ， 當t=86.7 當t=84.1 當t=82.3 當t=80.7 當t=79.7 當t=78.74 = =1.3517=3.6319精餾段平均溫度=80.17液相組成：，=46.21%氣相組成 ：，=63.82%提餾段平均溫度=90.94液相組成：，=5.625%氣相組成：，=32.37%3.2.2最小回流比及操作回流比計算：根據101.325KPa下，乙醇-水的汽液平衡組成關系繪出乙醇-水x-y圖，因為乙醇-水相平衡線具有下凹部分，在操作線與平衡線的交點尚未落到平衡線上以前，操作線已于平衡線相切，所以采用從(XD,XD）做相平衡線下凹部分做切線，從orig

22、in圖知切線的切點e的坐標為(0.6789，0.740)由此可求出Rmin(見圖3.2）：由下圖可得 圖3.1 最小回流比的確定確定回流比 R=(1.2-2.0）Rmin由芬斯克方程確定Nmin:N=已知R、Rmin、Nmin由吉利蘭圖可查出不同R下對應的N，進而有經驗公式進行經濟核算，經計算可得：回流比R回流比R理論塔板數N經費N（R+1）1.1Rmin1.40814.153 34.082 1.2Rmin1.53612.404 31.458 1.3Rmin1.66411.472 30.561 1.4Rmin1.79210.801 30.156 1.5Rmin1.9210.272 29.993

23、 1.6Rmin2.0489.836 29.980 1.7Rmin2.1769.468 30.071 1.8Rmin2.3049.152 30.239 1.9Rmin2.4328.877 30.466 2.0Rmin2.568.635 30.741 作出N-R圖，經濟核算圖N(R+1)-R，如下所示：由上面經濟核算圖N(R+1)-R可得，R=1.6Rmin=2.048為最優(yōu)回流比。3.2.3圖解法求理論塔板數：精餾段操作線方程提留段操作線方程用逐板計算法可得：精餾段操作線方程yn+1=0.6719xn+0.2684yxb提餾段操作線方程yn+1=1.6358xn-0.004451-0.6719

24、0.26840.4586 餾出液組成xd=0.81821-1.6358-0.00450.2831 釜液組成xw=0.006993xy00.8182 0.8182 10.7977 0.8182 0.0880 2.0874 0.7977 20.7783 0.8044 0.0865 1.8946 0.7783 30.7595 0.7913 0.0851 1.7266 0.7595 40.7404 0.7787 0.0838 1.5749 0.7404 50.7205 0.7659 0.0824 1.4331 0.7205 60.6987 0.7525 0.0810 1.2958 0.6987 70.

25、6738 0.7379 0.0794 1.1584 0.6738 80.6438 0.7211 0.0776 1.0163 0.6438 90.6051 0.7010 0.0754 0.8647 0.6051 100.5509 0.6750 0.0726 0.6983 0.5509 110.4657 0.6385 0.0687 0.5127 0.4657 120.3111 0.5813 0.0626 0.3111 0.3064 130.1304 0.4774 0.0514 0.1304 -0.0811 140.0221 0.2089 0.0225 0.0221 -1.9089 150.0034

26、 0.0316 0.0034 0.1226 -4.0108 由上表數據可得，精餾段理論板數為12塊，提餾段理論板數為3塊；總理論板數為15塊，從第13塊板開始進料。3.3 精餾塔有關物性數據的計算3.3.1操作溫度計算表5-1乙醇水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關系溫度/液相氣相溫度/液相氣相溫度/液相氣相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.

27、1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.99利用表5-1中數據由拉格朗日插值可求得、。進料口： =82.05塔頂： =78.28 塔釜： =99.83精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 全塔的平均溫度3.3.2 液體平均黏度和實際塔板數計算表3-4水在不同溫度下的黏度溫度黏度溫度黏度810.3521900.3165820.3478910.3130 精餾段平均溫度=80.17液相組成：，=46.21%氣相組成 ：，=63.82%在溫度80.17下查得水的粘度由液體黏度共線圖可得因為所以有提餾段平均溫度=90.

28、94液相組成：，=5.625%氣相組成：，=32.37%在溫度90.94下查得水的粘度由液體黏度共線圖可得 經圓整后取6塊全塔所需塔板數：全塔效率： 操作壓力及平均摩爾質量計算操作壓力：塔頂操作壓力（絕壓）： PD=101.3+4=105.3KPa，取每層壓強降：進料板壓力：塔底壓力：精餾段平均壓力：提餾段平均壓力：精餾段的平均摩爾質量精餾段平均溫度=80.17液相組成：，=46.21%氣相組成 ：，=63.82%所以 kg/kmol kg/kmol提餾段平均摩爾質量提餾段平均溫度=90.94液相組成：，=5.625%氣相組成：，=32.37%所以 kg/kmol kg/kmol3.3.4平均

29、密度計算已知：混合液密度 依式 =（a為質量分數，為平均相對分子質量）混合汽密度 ： 求得在與下乙醇與水的密度。不同溫度下乙醇和水的密度見表5-2。表5-2不同溫度下乙醇和水的密度溫度/溫度/8073597195720961.8585730968.6100716958.490724965.31、精餾段平均溫度=80.17 ，=734.83 kg/ , =971.69 kg/在精餾段，液相平均密度：氣相平均密度：=1.2380 kg/2、提餾段平均溫度 =90.94 ， =723.248 kg/ ， =964.6514 kg/液相平均密度：氣相平均密度：=0.906 kg/3.3.5液體平均表面

30、張力計算二元有機物-水溶液表面張力可用下列各式計算 注：式中下角標，w,o,s分別代表水、有機物及表面部分；xw、xo指主體部分的分子數，Vw、Vo主體部分的分子體積，w、o為純水、有機物的表面張力，對乙醇q = 2。（1）精餾段： 表3-3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乙醇表面張力：水表面張力： 聯立方程組： 代入求得： （2）提鎦段： =90.94 乙醇表面張力：水表面張力： 聯立方程組： 代入求得： 3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設計3.4.1塔徑的

31、計算精餾段的氣、液相體積流率為(精餾段V=L+D=(R+1)+D,L=RD)提餾段的氣、液相體積流率為由 式中 C由式 計算，其中 由史密斯關聯圖查?。?）精餾段取板間距 ，板上液層高度 ，則查圖可得取安全系數0.7，則空塔氣速為按標準塔徑圓整后為D=1.4m塔截面積為實際空塔氣速為（2）提餾段 同理，提餾段的板間距取 ，板上液層高度 。按標準塔徑圓整后為D=1.2m由于此塔精餾段板數居多，而且經圓整后的精餾段和提留段的塔徑相差不大，所以提餾段塔徑D=1.4m塔截面積為 實際空塔氣速為 3.4.2精餾塔有效高度的計算;精餾段有效高度：提留段有效高度;在進料板上方開一入孔，其高度為0.8m，故精

32、餾塔的有效高度為3.5 塔板主要工藝尺寸的計算3.5.1溢流裝置計算因塔徑 D=1.4m ，可選用單溢流弓形降液管，各項計算如下：3.5.1.1 堰長依據溢流型式及液體負荷決定堰長,單溢流型塔板堰長一般取為(0.60.8)D取同理，提餾段的為3.5.1.2溢流堰高度堰上液層高度應適宜，太小則堰上的液體均布差，太大則塔板壓強增大，物沫夾帶增加。對平直堰，設計時一般應大于0.006m，若低于此值應改用齒形堰。也不宜超過0.060.07m，否則可改用雙溢流型塔板。由，選用平直堰，堰上液層高度：，近似取E=1則精餾段同理，提餾段的為取板上清液層高度故精餾段同理，提餾段的為3.5.1.3弓形降液管寬度和

33、截面積由由弓形降液管的參數圖查得，故精餾段同理，提餾段的為 驗算液體在降液管中停留時間為：精餾段位 同理，提餾段的為 故降液管設計合理3.5.1.4 降液管底隙高度圖3-5降液管示意圖 為保證良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般取為, 也不易小于0.020.025m，以免引起堵塞，產生液泛。（1）精餾段： ?。?）提餾段：取故降液管底隙高度設計合理。3.5.1.5塔板的分塊a塔板的分塊因，故塔板采用分塊式。查得塔板分塊數表得，塔板分為4塊b邊緣區(qū)寬度的確定 3.5.2 塔板布置3.5.2.1浮閥數目及排列精餾段：取閥孔動能因子，則孔速為 每層塔板上浮閥數目為取邊緣區(qū)寬度，計算塔板鼓泡區(qū)面積，

34、 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距排間距 取=80mm以等腰三角形排列，排得閥數為160重新核算以下參數： 動能因子在9-12之間，合適。 塔板開孔率：(開孔率在10%-14%之間，合適）圖3-6 精餾段浮閥數目排列的確定3.6.2提餾段取閥孔動能因子，則孔速為 每層塔板上浮閥數目為浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個橫排的孔心距以等腰三角形排列排間距 取排間距為90mm 以等腰三角形排列，排得閥數為146重新核算以下參數： 動能因子在9-12之間，合適。開孔率(開孔率在10%-14%之間，合適）圖3-7提溜段浮閥數目的確定第四章 塔板的流體力學計算4.1氣相通過浮閥塔

35、板的壓降可根據計算4.1.1精餾段（1）干板阻力 =10.56m/s 因，故 （2）板上充氣液層阻力?。?）液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經踏板的壓降相當的高度為 滿足設計與許條件。4.1.2提餾段（1）干板阻力 =11.9m/s 因，故 （2）板上充氣液層阻力取（3）液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經踏板的壓降相當的高度為 滿足設計與許條件。4.2淹塔為了防止淹塔現象，要求控制降液管中清液高度，即4.2.1精餾段（1）單層氣體通過塔板壓降所相當的液柱高度 （2）液體通過降液管的壓頭損失 （3）板上液層高度 ，則 取已選定 則 可見所以

36、符合防止淹塔的要求4.2.2提留段（1）單板壓降所相當的液柱高度 （2）液體通過降液管的壓頭損失 ： （3）板上液層高度： 則 取，則 可見 ，所以符合防止湮塔的要求4.3霧沫夾帶 泛點率 = 泛點率 = 板上液體流經長度：板上液流面積；4.3.1 精餾段取物性系數，泛點負荷系數泛點率 = 泛點率 = 對于大塔，為了避免過量霧沫夾帶，應控制泛點率不超過80%。hf=2.5HL=2.5×0.07=0.175m 霧沫夾帶量=由以上計算可知霧沫夾帶能滿足（g液kg氣）的要求4.3.2 提留段取物性系數，泛點負荷系數 泛點率 = 泛點率 = 由計算可知，符合要求hf=2.5HL=2.5

37、15;0.07=0.175m 霧沫夾帶量=由以上計算可知霧沫夾帶能滿足（g液kg氣）的要求4.4塔板負荷性能圖4.4.1霧沫夾帶線 泛點率 = 據此可計算出負荷性能圖中的霧沫夾帶線，按泛點率80%計算：（1）精餾段整理得：，即由式子可知霧沫夾帶線為直線，通過取可算出（2）提餾段整理得：，即由式子可知霧沫夾帶線為直線，通過取可算出精餾段 0.0023.17590.0082.9415提餾段0.0013.902860.013.46064.4.2液泛線由此確定液泛線，忽略式中而（1）精餾段整理得：（2）提留段整理得：在操作范圍內，取若干，算出相應的值精餾段0.0010.0020.0030.018 3.

38、64633.56473.49252.3357提溜段0.0010.0030.0050.014.22514.04883.89353.49824.4.3液相負荷上限液體的最大流量應保證降液管中停留時間不低于35 s液體降液管中停留時間s以s作為液體在降液管中停留時間的下限，則4.4.4漏液線對于型重閥，依=5作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，則（1）精餾段（2）提留段4.4.5液相負荷下限線取堰上液層高度作為液相負荷下限條件作出液相負荷下限線 取，則由以上15作出塔板負荷性能圖圖4 精餾段塔板負荷性能圖圖5 提餾段塔板負荷性能圖由圖可看出：（1）在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點（設計點）處在適宜操作區(qū)的適中

39、位置（2）塔板的氣相負荷上限完全由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制（3）按固定的液氣比，由圖查出精餾段塔板的氣相負荷上限，氣相負荷下限 提留段塔板的氣相負荷上限，氣相負荷下限所以：精餾段操作彈性= ，提留段操作彈性= 第五章 塔附件設計接管尺寸由管內蒸氣、液體速度及體積流量決定。本塔的接管均采用YB231-70熱扎無縫鋼管9。5.1塔頂蒸氣管路塔頂上升蒸汽的體積流量： 采用直管，工業(yè)蒸汽的經驗流速范圍為10-20m/s，取適宜速度 ，那么 經圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-70)，規(guī)格： 實際管內流速： 5.2塔頂液相回流管路已知回流液體流率為，由于靠重力回流，所以選用回流液流速為，則管徑為

40、可選取熱軋無縫鋼管（GB 826387）規(guī)格： 5.3塔頂餾出液管路可選取熱軋無縫鋼管（GB 826387）規(guī)格： u=5.4進料管路=241.5328 , 查和得在30下： 得：由于用泵進料，根據工業(yè)中流體的一般流速范圍進料流速取為可選取熱軋無縫鋼管（GB 826387）規(guī)格： U實=5.5塔釜液流出管路已知釜液摩爾流率，一般可取塔底出料管的料液流速為uw=0.5-1.5m/s,本設計取uw=1m/s,查和得在99.83下： 得：釜液出口管直徑，可選取熱軋無縫鋼管（GB 826387）規(guī)格： u=5.6接口管路匯總表表5-1項目尺寸或型號（熱扎無縫鋼管）(mm)塔頂蒸汽管359塔頂餾出液管3

41、4回流管88進料管 51釜液流出管37第六章 塔總體高度的設計6.1塔高的確定塔高主要由下列幾部分組成:塔頂空間，塔底空間,人孔處的板間距,加料板空間高度及群座高度，即: 6.2塔頂空間的確定塔頂空間指塔內最上層塔板與塔頂的距離。其距離取遠高于板間距的值，本設計計算中板間距為0.45m，根據經驗取塔頂空間HD=1.2m（塔頂封頭1米）。6.3塔底空間的確定塔底空間是指塔內最下層塔板到塔底間距。其值由塔底貯液取停留時間和塔底液面到最下層塔板間距（一般要有1-2m）決定。塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時間取6min，裝填系數取0.5，塔釜高h/塔釜直徑d=1:

42、2。塔釜液量=0.0024118×60×60.868m3塔釜體積Vw=Lw/0.5=0.868/0.5=1.736Vw= 所以d=1.64m塔釜高度 HB=0.5d=0.82m取0.8m5.4塔頂封頭橢圓形封頭在化工中應用最廣，它有曲面部分和直邊部分組成。標準橢圓封頭的長短之比為2。此塔采用標準橢圓封頭，材料選用16MnR。查表可知，公稱直徑時，可取曲面高度，直邊高度，封頭厚度S=6mm。5.5進料空間高度HF進料是液相，HF應大于一般的板間距，并滿足安裝人孔的需要即可，可取HF=1.0m5.6人孔塔徑D=1.4m>1m,為了安裝和檢修的需要，每隔6層塔板設一人孔，共

43、有四個人孔。人孔的直徑為500mm，其伸出塔體的筒體長度為200mm，人孔中心距操作平臺約1000mm。人孔處的板間距等于600mm。5.6支座此塔的高徑比小于30，風力穩(wěn)定性較好，可采用圓筒形群座。群座筒體上一般需要開排氣孔，人孔及引出管孔道。塔徑為1400mm，需要開4個50mm的排氣孔，兩個Dg450的人孔，引出管道孔一般有一個到兩個。取群座高度H座=2×1.4=2.8m。5.7塔高5.7塔板結構的確定塔板按結構特點，大致分為整塊式和分塊式兩類。塔徑為300-900mm時，一般采用整塊式；塔徑超過800-900mm時，由于鋼度，安裝，檢修等要求將塔板分成數塊。本設計采用分塊式，將塔板分為四塊。分塊式塔板的結構型式目前推薦采用自身梁及槽式塔板，它們具有結構簡單，便于制造和安裝，剛度好的優(yōu)點。表5-1 精餾段設計計算結果總匯項目符號單位計算數據精餾段提餾段各段平均壓力KPa113.35123.5各段平均溫度80.1790.94平均流量氣相2.01671.359液相0.001820.00241實際塔板數N塊123板間距m0.450.45塔的有效高度Zm9.92.25塔徑Dm1.41.4空塔氣速um/s1.3101.351塔板液流形式單溢流單溢流溢流裝置溢流管形式弓形弓形堰長m0.840.84堰高m0.05880.0565堰上液層高度m0.01