甲醇溶媒連續(xù)浮閥精餾塔設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、 1 / 48化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 系系 別：化學(xué)與制藥工程系別：化學(xué)與制藥工程系 班班 級(jí)：化工級(jí)：化工 11011101 學(xué)學(xué) 生：饒俊生：饒俊 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 與：與： 指導(dǎo)老師：文艷霞指導(dǎo)老師：文艷霞 完成日期：完成日期：20132013 年年 1 1 月月 2424 日日 2 / 48華夏學(xué)院化學(xué)與制藥工程系華夏學(xué)院化學(xué)與制藥工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)專業(yè) 化學(xué)工程與工藝化學(xué)工程與工藝 班級(jí)班級(jí) 11011101 學(xué)生學(xué)生 饒俊饒俊 發(fā)題時(shí)間：發(fā)題時(shí)間： 20132013 年年 1 1 月月 7 7 日日一、一、課題名稱課題名稱甲醇溶媒連續(xù)浮閥精餾

2、塔設(shè)計(jì)甲醇溶媒連續(xù)浮閥精餾塔設(shè)計(jì)二、二、課題條件課題條件設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件在抗生素類藥物生產(chǎn)過(guò)程中，需要用甲醇溶媒洗滌晶體，洗滌過(guò)濾后產(chǎn)生廢甲醇溶媒，其組成為含甲醇 46%，水 54%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），另外含有少量的藥物固體微粒。為了使廢甲醇溶媒重復(fù)利用，擬設(shè)計(jì)建造一套浮閥精餾塔，對(duì)廢甲醇溶媒進(jìn)行精餾。2.2.設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo)年處理廢甲醇溶媒 3 萬(wàn)噸；甲醇溶媒含水量0.3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），塔底廢水中甲醇含量0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3.3.操作條件操作條件 操作壓力 常壓 精餾塔頂壓強(qiáng) 4kPa（表壓） 進(jìn)料熱狀況 自選 回流比 自選單板壓降 不大于 0.7kPa4.4.設(shè)備形式設(shè)備形式 浮閥塔5.5.建

3、廠地址建廠地址6.6. 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 文艷霞 高小紅 3 / 487.7.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1化工原理課程設(shè)計(jì)，柴誠(chéng)敬，王軍，纓 編，科學(xué)技術(shù)，2011年7月。2 王國(guó)勝 主編.化工原理課程設(shè)計(jì)（第二版）.理工大學(xué)：.2008，013 梁忠英 主編.化工原理.中國(guó)醫(yī)藥科技 2008，06；4化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，上、下冊(cè)，；5化學(xué)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)；上、下冊(cè)6化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì).化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-塔設(shè)備；化學(xué)工業(yè)：.2004，017化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì).化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-換熱器；化學(xué)工業(yè)：.2004，018化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì).化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-管道；化學(xué)工業(yè)：.2004，019方

4、利國(guó)，董新法 編著.化工制圖 Auto CAD 實(shí)戰(zhàn)教程與開(kāi)發(fā)M.，化學(xué)工業(yè)，2005,01三、三、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)1 1文獻(xiàn)檢索與調(diào)研； 2工藝流程設(shè)計(jì)，工藝流程圖.； 3物料衡算、塔設(shè)備工藝計(jì)算 4塔和塔板工藝尺寸計(jì)算、流體力學(xué)驗(yàn)算、附屬設(shè)備的選型和計(jì)算； 5設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述； 6繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#） 、塔工藝條件圖（1#） 。四、四、設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)的獲取設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)的獲取參考化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) （上、下） 、 化學(xué)工程設(shè)計(jì)手冊(cè) 、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-塔設(shè)備 、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-管道 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-壓力容器 、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)-換熱器 、 化工原理等資

5、料五、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)容設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)容封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄、正文、成績(jī)?cè)u(píng)定表 正文：分章編寫(xiě) 4 / 481. 前言 2. 設(shè)計(jì)方案的確定和流程的說(shuō)明 3. 塔的工藝計(jì)算 4. 塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì) 4.1. 塔高、塔徑與塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 4.2. 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 4.3. 塔板的負(fù)荷性能圖 5. 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算 6. 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 7. 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或有關(guān)問(wèn)題的分析討論。8. 參考文獻(xiàn)9.附錄六、六、進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)度計(jì)劃1 2012.12.7-8 下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)課，借閱相關(guān)資料；2 2012.12.9 擬定設(shè)計(jì)方案，流程設(shè)計(jì)，進(jìn)行物料衡算和塔工藝計(jì)算；3 2012.1

6、2.1013 塔工藝計(jì)算、塔和塔板主要工藝尺寸的計(jì)算、附屬設(shè)備的選型和計(jì)算4 2012.12.14-16 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖5 2012.12.17-22 繪制塔的工藝條件圖6 2012.12.23-24 上交課程設(shè)計(jì)資料指導(dǎo)教師（簽名）：年月日指導(dǎo)教師（簽名）：年月日 系主任（簽名）：年月日系主任（簽名）：年月日 5 / 48前言甲醇在工業(yè)等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是一種很重要的原料。在很多方面，要求甲醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，這是比較困難的。要想把低純度的甲醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)榧状己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過(guò)程，即同時(shí)進(jìn)行多

7、次部分汽化和部分冷凝的過(guò)程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓柱形的精餾塔進(jìn)行，塔裝有若干層塔板。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍瑔斡芯s塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器，回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。 浮閥塔與 20 世紀(jì) 50 年代初期在工業(yè)上開(kāi)始推廣使用，浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。氣流從浮閥周邊水平地進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而

8、上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥的類型很多，國(guó)常用的有 F1 型，V-4 型與 T 型等，本設(shè)計(jì)采用 F1 型浮閥。浮閥塔已成為國(guó)應(yīng)用最廣泛的塔形，特別是在石油，化學(xué)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 型浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應(yīng)用在化工與煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（168-68） ，F(xiàn)1 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(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：1、塔孔開(kāi)孔率大生產(chǎn)能力大。2、由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大。3、因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，故塔

9、板效率高。4、氣體壓強(qiáng)降與液面落差較小。5、塔的造價(jià)低。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦，高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。但對(duì)于黏度稍大與有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。本設(shè)計(jì)采用的是 F1 型重閥。 6 / 48目錄第一章 設(shè)計(jì)方案與流程的確定 11.1 設(shè)計(jì)方案的確定 11.2 流程說(shuō)明與流程圖 1第二章 塔設(shè)備工藝計(jì)算 32.1 精餾塔工藝計(jì)算 32.2 主要數(shù)據(jù)參數(shù)的計(jì)算 32.3 理論板的計(jì)算 82.4 塔徑的初步設(shè)計(jì) 102.5 溢流裝置 122.6 塔板的結(jié)構(gòu)尺寸、浮閥數(shù)目與排列 15第三章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算

10、193.1 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 193.3 霧沫夾帶 203.4 塔板負(fù)荷性能圖 21第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 25第五章 塔附件設(shè)計(jì) 265.1 接管 265.2 筒體與封頭 285.3 除沫器 285.4 裙座 295.5 人孔 29第六章 塔總體高度的設(shè)計(jì) 296.1 塔的頂部空間 296.2 塔的底部空間高度 306.3 塔總體高度 30第七章 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì) 307.1 熱量衡算 307.2 附屬設(shè)備的選型 33第八章 總結(jié) 37參考文獻(xiàn) 38附錄 39一、符號(hào)代碼說(shuō)明 39二、階梯法求理論塔板數(shù) 41三、塔板負(fù)荷性能圖 42 0 / 48第一章 設(shè)計(jì)方案與流程的確定1.1 設(shè)計(jì)方

11、案的確定1.1.1 操作壓力的選擇蒸餾操作通?？稍诔?、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，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(duì)揮發(fā)度較大組分與熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)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(wú)特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑一樣的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r(shí)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(shí)的熱量，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。1.1.2 進(jìn)料熱狀況的選擇

12、進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量與塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)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(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑一樣，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。1.1.3 加熱方式的選擇蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大(如酒精與水的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然

13、而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量一樣的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。此時(shí)采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器是合適的。1.1.4 回流比的選擇適宜的回流比應(yīng)該通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用之和為最低時(shí)的回流比為最適宜的回流比。確定回流比的方法為：先求出最小回流比 Rmin，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的 1.22.0 倍，考慮到原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù)，本方案取 1.4，即R= 1.5Rmin；采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，可以充分利用釜液產(chǎn)品的余熱，節(jié)約能源。1.2 流程說(shuō)明與流程圖甲醇-水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用

14、泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，進(jìn)入回 1 / 48流罐部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽加熱。將加熱再沸器物料的蒸汽再用來(lái)預(yù)熱原料。精餾裝置有精餾塔、再沸器，原料預(yù)熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔低蒸汽輸入，由冷凝器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。甲醇水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔進(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。 2 / 48第二章 塔設(shè)備工藝計(jì)算2.1 精餾塔工藝計(jì)算2.1.1 精餾塔的全塔物料衡算F：進(jìn)料量（kmol

15、/h) ：原料組成FxD：塔頂產(chǎn)品流量（kmol/h) ：塔頂組成DxW：塔底殘液流量（kmol/h) ：塔底組成Wx原料中甲醇的組成：=0.3239Fx02.18/54. 004.32/46. 004.32/46. 0 塔頂組成 ：=0.9947Dx18/003. 004.32/997. 004.32/997. 0 塔釜組成 ：=0.00282Wx02.18/995. 004.32/005. 004.32/005. 0進(jìn)料量 F=24300)02.18/54. 004.32/46. 0(7103hkmol /68.184由總物料衡算：WDF易揮發(fā)組分物料衡算：WDFWxDxFx解得：D= 5

16、9.78kmol/h W=124.9kmol/h2.2 主要數(shù)據(jù)參數(shù)的計(jì)算2.2.1 甲醇水系統(tǒng) t-x-y 數(shù)據(jù)表 2-1 甲醇-水的氣液平衡數(shù)據(jù)甲醇摩爾分?jǐn)?shù)甲醇摩爾分?jǐn)?shù)溫度 t/液相 x/%氣相 y/%溫度 t/液相 x/%氣相 y/%1000073.8 46.20 77.5692.9 5.3128.3472.7 52.92 79.7190.3 7.6740.0171.3 59.37 81.8388.9 9.2643.5370.0 68.49 84.9285.0 13.1554.5568.0 85.62 89.6281.6 20.8362.7366.9 87.41 91.9478.0 28

17、.1867.7564.7 10010076.7 33.3369.18注：摘自化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)2.2.2 溫度的計(jì)算 3 / 48塔頂,塔釜.進(jìn)料的溫度分別為FWDttt.利用表 2-1 數(shù)據(jù)，由插法得： =64.799 .667 .649 .668741. 018741. 09947. 0DtDt=100 1009 .92100031. 5000282. 0WtWt=76.94787 .76782818. 03333. 02818. 03239. 0FtFt精餾段平均溫度：70.865279.6494.7621DFttt提餾段平均溫度：88.47294.7610022tFWtt2.2.3 密度

18、的計(jì)算已知：混合液相密度BBAAL1 混合氣相密度(X 為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為平均相對(duì)分子質(zhì)量）004 .22 TPMPTVM塔頂溫度：=64.79Dt氣相組成：=0.9967Dy94.9110094.911009 .667 .649 .6679.64DyDy進(jìn)料溫度：=76.94Ft氣相組成：=0.6892Fy75.6718.6975.67100787 .767894.76FyFy塔釜溫度：=99.996Ft氣相組成：=0.00016Wy034.280100100-9 .92100-996.99WyWy（1）精餾段 液相組成: =1x1x6593. 023239. 09947. 02FDxx 氣相組

19、成： =1y1y854295. 026892. 09967. 02FDyy 4 / 48所以：hkmolMhkmolMVL/84.29)84295. 01 (02.1884295. 004.32/26.27)6593. 01 (02.186593. 004.3211（2）提餾段 液相組成： 2x16336. 023239. 000282. 022Fwxxx 氣相組成： 2y34468. 026982. 000016. 022FWyyy所以：hkmolMhkmolMLL/85.22)34468. 01 (02.1834468. 004.32/31.20)16336. 01 (02.1816336

20、. 004.3222 表 2-2 不同溫度下和水的密度溫度/甲醇 A(kg/m3)水 B(kg/m3)50760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716956.4注：摘自化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)求得在下甲醇和水的密度：WFDttt.=747.16875174375160706079.64ADAD3/mkg=64.79時(shí) =982.83Dt2 .983-8 .9772 .9830706079.64BDBD3/mkg=747.7183.982997. 01168.747997. 01DD3/mkg 5 / 4876.94時(shí) Fthkmolhkm

21、olhkmolFFBFBFAFAF/19.848636.97354. 0754.73646. 01/636.9738 .9778 .9718 .97770807094.76/75.73674373474370807094.7699.996時(shí)WthkmolhkmolhkmolWWBWBWAWAW/783.956403.958995. 0004.716005. 01/403.9583 .9654 .9583 .9659010090996.99/004.7167157167259010090996.99所以3/487.9022783.95619.84823/95.797271.74719.84822

22、1mkgmkgWFLDFLkmolkgMMMkmolkgMMMkmolkgxxMkmolkgxxMkmolkgxxMLWLFLLFLDLWWLWFFLFDDLD/311.23206.18561.222/264.272561.22966.312/06.1802.18)00282. 01 (04.3200282. 002.18)1 (04.32/561.2202.18)3239. 01 (04.323239. 002.18)1 (04.32/966.3102.189947. 0-104.329947. 002.18)1 (04.3221）（kmolkgyyMkmolkgyyMWWVWDDVD/02

23、2.1802.18)00016. 01 (04.3200016. 002.18)1 (04.32/683.2702.18)9967. 01 (04.329967. 002.18)1 (04.32kmolkgMMMkmolkgMMMVWVFVVDVFV/853.222022.18683.272/839.292994.31683.27221 6 / 483231333/9353. 027296. 0141. 12/17. 12141. 1199. 12/7296. 0)15.273996.99(314. 8022.186 .125/199. 1)15.27379.64(314. 8994.313

24、.105/141. 1)15.27394.76(314. 8683.27120mkgmkgmkgmkgmkgVWVFVVFVDVVWVDVF2.2.4 混合液體表面力對(duì)于一般混合溶液的表面力可由計(jì)算BBAAxx表 2-3 不同溫度下甲醇和水的表面力溫度 t/5060708090100甲醇表面力mmN /19.418.817.616.91614.9水表面力mmN /67.766.264.362.660.758.8注：摘自化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)當(dāng)=64.79DtmmNmmNBBAA/29.652 .663 .642 .6660706079.64/2252.188 .186 .178 .186070607

25、9.64mmN /47.1829.65)9947. 01 (2252.189947. 0D當(dāng)76.94時(shí)FtmmNmmNBBAA/1202.633 .646 .623 .6470807094.76/1142.176 .179 .166 .1770807094.76mmNF/22.48)3239. 01 (1202.633239. 01142.17當(dāng)=99.996時(shí)WtmmNmmNBBAA/8 .587 .608 .587 .609010090996.99/9 .14169 .14169010090996.99mmNW/68.588 .5800282. 0-19 .1400282. 0）（則精餾

26、段液相平均表面力為：mmNFDm/345.33222.4847.182(精） 7 / 48提餾段液相平均表面力為：mmNWFm/45.53222.4868.582)(提2.2.5 混合物的粘度=70.865 查表得：1tsmPasmPaBA393. 0312. 0=88.47 查表得：2tsmPasmPaBA3226. 0256. 0（1）精餾段粘度：)1 (111xxBAsmPa3396. 0)6593. 01 (393. 06593. 0312. 0（2）提餾段粘度：)1 (222xxBAsmPa3117. 0)16336. 01 (3226. 016336. 0256. 02.2.6 相

27、對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算由=0.3229 =0.6892 FxFy得63. 4)3239. 01 ()6892. 01 (3239. 06892. 0F由=0.9947=0.9966DxDy得56. 1)9947. 01 ()9966. 01 (9947. 09966. 0D由=0.00282 =0.00016WxWy得057. 0)00282. 01 ()00016. 01 (00282. 000016. 0W(1)精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度：095. 3256. 163. 421FD(2)提餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度：3435. 22057. 063. 422FW2.3 理論板的計(jì)算理論板：離開(kāi)這種板的的氣液

28、相組成平衡溫度相等；塔板上各處的液相組成均勻一致。理論板的計(jì)算方法：本次采用圖解法計(jì)算。根據(jù)表 3-1 的數(shù)據(jù)，繪出平衡曲線。泡點(diǎn)進(jìn)料，所以 q=1，q 線方程為平行于 y 軸的一條直線。畫(huà)出對(duì)角線，得到 x-y 曲線圖，所得的圖形如下： 8 / 48圖 2-1 確定最小回流比畫(huà)直線通過(guò)（） ，且與平衡曲線相切，此時(shí)回流比為最小回流比，由圖可知，DDxx ，minR截距為 0.2775。故有=0.72 得Fminmin1RRxxyxDqD9947. 075.27-47.9958. 2Rmin取 R=1.5Rmin=87. 358. 25 . 1精餾段操作線方程為：204. 0795. 0187

29、. 39447. 0187. 387. 311yxxRxRRD由于是泡點(diǎn)進(jìn)料則，q 線方程為：q=13239. 000282. 09947. 0FWDFqxxxxx，又已知精餾段操作線方程，由梯級(jí)圖解法確定理論板層數(shù)。圖見(jiàn)附錄。在圖上作操作線，由點(diǎn)（0.9947，0.9947）起在平衡線與精餾段操作線間畫(huà)階梯，過(guò)精餾段操作線與 q 線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線的交點(diǎn)小于 0.00282 為止，由圖此得到的全塔理論塔板數(shù)=14.8（包括再沸器） 。精餾段理論板數(shù)為 10 層，提餾段理論板數(shù)為 4.8 層TN（包括再沸器） ，應(yīng)從第 11 塊板進(jìn)料。 板效率與塔板結(jié)構(gòu)，操作條件，物質(zhì)的物理性質(zhì)與流體力

30、學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式：計(jì)算。245. 0)(49. 0LTE式中，塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度； 9 / 48塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 mPa.s。L（1）精餾段塊所以：已知：精21484. 010484. 0)3396. 0095. 3(49. 03396. 0095. 311245. 0111TTPTENNEsmPa（1）提餾段塊所以：已知：提9439. 018 . 4439. 0)3117. 002. 5(49. 03117. 0025. 522245. 0221TTPTENNEsmPa 全塔所需實(shí)際板數(shù)：塊30921PN 全

31、塔效率：%46308 .132提PTTNNE 加料板位置在第 22 塊塔板2.4 塔徑的初步設(shè)計(jì)2.4.1 氣液相體積流量計(jì)算（1）精餾段skmolhkmolDRVskmolhkmolDRL/0809. 0/13.29178.5987. 41/06426. 0/35.23178.5987. 3已知：313111/17. 1/95.797/84.29/26.27mkgmkgkmolkgMkmolkgMVLVL質(zhì)量流量：skghkgVMVskghkgLMLVL/41. 2/3192.868713.29184.29/75. 1/601.630626.2735.2311111體積流量：smhmVVsm

32、hmLLVSLS/06. 2/059.742517. 13192.8687/0022. 0/9035. 795.797601.63063311133111（2）提餾段 10 / 48 由于本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，故 q=1.skmolhkmolFqVVskmolhkmolqFLL/08087. 0/13.291) 1(/11556. 0/03.41668.18435.231 已知：323222/9353. 0/487.902/85.22/31.20mkgmkgkmolkgMkmolkgMVLVL質(zhì)量流量：hkgMVVhkgMLLVL/3205.665285.2213.291/5693.844931

33、.2003.4162222體積流量：smhmVVsmhmLLVSLS/976. 1/82.71129353. 03205.6652/0026. 0/3625. 9487.9025693.844933222332222.4.2 塔徑的計(jì)算（1）精餾段由，式中可由史密斯關(guān)LVLCuuumaxmax8 . 06 . 0(，安全系數(shù)安全系數(shù)）C聯(lián)圖查出。2/1)(VLhVhL圖 2-2 史密斯關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)數(shù)值：0278. 0)17. 195.797(059.74259035. 7)(2/12/11111VLSSVL取板間距：mhHmhmHLTLT4 . 005. 045. 0，板上液層高度， 11 /

34、 48查圖可知094. 0)20345.33(085. 0)20(085. 02 . 02 . 012020CCC，muVDsmusmuS19. 184. 114. 306. 2414. 34/84. 175. 0453. 275. 0/45. 217. 117. 195.797094. 01111max則，取安全系數(shù)為按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為 1.4m橫截面積：smAVuATST/34. 15386. 106. 25386. 14 . 1785. 012空塔氣速：，（2）提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：041. 0)9353. 0487.902(82.71123625. 9)(2/12/12222VLSSVL取

35、板間距：mhHmhmHLTLT4 . 005. 045. 0，取板上液層高度，查圖可知：103. 0)2045.53(085. 0)20(085. 02 . 02 . 022020CCC，muVDsmuusmuS024. 14 . 214. 3976. 1414. 34/4 . 22 . 375. 07 . 0/2 . 39353. 09353. 0487.902103. 0222max2max由于提餾段與精餾段塔徑相差不大，故提餾段塔徑可圓整為。m4 . 1橫截面積：，空塔氣速225386. 14 . 1785. 0mATsmu/28. 12故塔的塔徑為 1.4，塔的橫截面積為。m25386

36、. 1m2.5 溢流裝置2.5.1 堰長(zhǎng)的計(jì)算Wl取堰長(zhǎng)=,即，出口堰高為WlD7 . 0mlW98. 04 . 17 . 0Wh本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液層高度按下式計(jì)算OWh3/2)(100084. 2WhOWlLEh式中 E 值可由液流收縮系數(shù)計(jì)算圖查出。 12 / 48圖 2-3 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖精餾段）（ 1由于 查圖 3-4 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖得mlLDlWhW31. 898. 09035. 7)(7 . 05 . 25 . 202. 1EmhhhmhOWLWOW038. 0012. 005. 0012. 0)98. 09035. 7(02. 1100084. 23/2提餾段）（2

37、由于 查圖 2-4 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖得mlLDlWhW85. 998. 03625. 9)(7 . 05 . 25 . 202. 1EmhhhmhOWLWOW037. 0013. 005. 0013. 0)98. 03625. 9(02. 1100084. 23/22.5.2 弓形降液管的寬度 Wd和截面積 Af 13 / 48圖 2-4 弓形降液管的參數(shù)由查圖 3-5 弓形降液管的參數(shù)圖得7 . 0DlW09. 0148. 0TfdAADW則21385. 05386. 109. 009. 02072. 04 . 1148. 0124. 0mAAmDWTFd驗(yàn)算降液管停留時(shí)間：精餾段：ssL

38、HAsTf533.280022. 045. 01385. 011提餾段：ssLHAsTf597.230026. 045. 01385. 022停留時(shí)間大于 5s，故降液管可用。2.5.3 降液管底隙高度(1)精餾段取降液管底隙流速，則smu/08. 00mulLhWs028. 008. 098. 00022. 0010，故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理006. 001. 0025. 000hhhW且(2)提餾段取，則smu/1 . 00mulLhWs027. 01 . 098. 00026. 0020 14 / 48，故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理006. 001. 0025. 000hhhW且2.6 塔板

39、的結(jié)構(gòu)尺寸、浮閥數(shù)目與排列2.6.1 塔板的結(jié)構(gòu)尺寸本設(shè)計(jì)采用 F1 型重閥，重量為 33 克，孔徑為 39mm。由于塔徑大于 800mm，由于剛度、安裝、檢修等要求，多將塔板分成數(shù)塊通過(guò)人孔送入塔，采用單溢流型塔板。本設(shè)計(jì)塔徑 D=1400mm，塔板分成四塊。圖 2-5 塔板分塊示意圖2.6.2 浮閥數(shù)目與排列(1)精餾段取閥孔動(dòng)能因子,則孔速110FsmFuV/73.1025. 1121001每層塔板浮閥數(shù)目為個(gè)170039. 017.10785. 006. 2785. 0201201udVNs取邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度mWC05. 0mWs07. 0 15 / 48計(jì)算塔板上鼓泡區(qū)面積，即

40、RxRxRxAaarcsin18014. 32222其中： mWDRC65. 005. 024 . 12mWWDxsD4228. 0)07. 02072. 0(24 . 1)(2所以： 2222016. 165. 04228. 0arcsin65. 018014. 34228. 065. 04228. 02mAa浮閥塔排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距mmt75則排間距：mmmNAtta7 .790797. 0075. 0170016. 1因塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用 0.0797m，而應(yīng)小些，故取=0.0797m，

41、以等腰三角形叉排方式作圖，t排得閥數(shù)目為 167 個(gè)。圖 2-6 精餾段浮閥數(shù)目的確定按 N=167 個(gè)重新核算孔速與閥孔動(dòng)能因子： 16 / 48smu/33.10167039. 0785. 006. 220117.1117. 133.1001F閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在 913 的圍。以塔橫截面積為基準(zhǔn)的塔板開(kāi)孔率13. 0)4 . 1039. 0(167)(785. 02202001DdNANduuT(2)提餾段取閥孔動(dòng)能因子，則孔速110FsmFuV/37.119353. 0112002每層塔板上浮閥數(shù)目 個(gè)14637.11039. 0785. 0976. 1785. 0N202202

42、udVs按，估算排間距 mmt75mmt8 .92075. 0146016. 1取，以等腰三角形叉排方式排列，排得閥數(shù)為 136 個(gè)。mmt80 17 / 48圖 2-7 提餾段浮閥數(shù)目的確定按重新核算孔速與閥孔動(dòng)能因子136Nsmu/17.12136039. 0785. 0976. 12028 .119353. 017.1202F106. 04 . 1039. 01362）（ 18 / 48第三章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算3.1 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降根據(jù)計(jì)算ghphhhhLpplcp，1.精餾段(1)干板阻力smuVc/64. 917. 11 .731 .73825. 1825. 1110因，故

43、 1001cuumguhLVc043. 095.79717. 18 . 9233.1034. 5234. 52110121(2)板上充氣液層阻力取mhhhhOWWLl025. 005. 05 . 0)5 . 05 . 0010（，則(3)液體表面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)囊褐叨葹椋簃hhhlcp068. 0025. 0043. 0111設(shè)計(jì)允許值）(7 . 075.5318 . 995.797068. 0111kPaPaghpLpp2.提餾段(1)干板阻力smuVc/9 .109353. 01 .731 .73825. 1825. 1210由于，故

44、2002cuumguhLVc042. 0487.9029353. 08 . 9217.1234. 5234. 52220222(2)板上充氣液層阻力取，則5 . 00mhhhhOWWLl025. 005. 05 . 0)5 . 002（(3)液體表面力所造成的阻力(4)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：mhhhlcp067. 0025. 0042. 0222設(shè)計(jì)允許值）(7 . 057.5928 . 9487.902067. 0222kPaPaghpLpp 19 / 483.2 液泛為了防止淹塔現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管中清夜高度)(WTdhHHmHT板間距，mH

45、d將夜管內(nèi)液面高度，mhW堰高，泡沫層的相對(duì)密度1.精餾段(1)單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?mhp068. 01(2)液體通過(guò)降液管的壓頭損失 mhlLhWsd00098. 0)028. 098. 00022. 0(153. 0)(153. 022011(3)板上液層阻力，則mhL05. 0mhhhHpdLd119. 0068. 000098. 005. 0111對(duì)于一般物系，由于5 . 0mhmHWT038. 045. 0，則mhHWT224. 0)038. 045. 0(5 . 01）（可見(jiàn)，所以符合防止液泛的要求。11)(WTdhHH2.提餾段(1)單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)?/p>

46、液柱高度 mhp067. 02(2)液體通過(guò)降液管的壓頭損失 mhlLhWsd0016. 0)0258. 098. 00026. 0(153. 0)(153. 022022(3)板上液層高度，則mhL05. 0mhhhHpdLd1186. 0067. 00016. 005. 0222對(duì)于一般物系，由于5 . 0mhmHWT037. 045. 0，則mhHWT2435. 0)037. 045. 0(5 . 02）（可見(jiàn)，所以符合防止液泛的要求。22)(WTdhHH3.3 霧沫夾帶泛點(diǎn)率=%10036. 111111bFLsVLVsAKCZLV板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：mWDZDL9856. 02072.

47、 024 . 12 20 / 48板上液流面積：222616. 11385. 024 . 1785. 02mAAAFTb1.精餾塔取物性系數(shù),查得0 . 1K106. 0FC泛點(diǎn)率=%10036. 111111bFLsVLVsAKCZLV =%2 .61106. 012616. 19856. 00022. 036. 117. 1-95.79717. 106. 2對(duì)于大塔，為了避免過(guò)量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò) 80%，由以上計(jì)算知，霧沫夾帶能夠滿足的要求。氣）液 kgkgeV/(11. 02.提餾段取系數(shù),查得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)0 . 1K104. 0FC泛點(diǎn)率=%10036. 122222bFL

48、sVLVsACKZLV =%13.51104. 012616. 10026. 09856. 036. 19353. 0-487.9029353. 0976. 1由以上計(jì)算可知，符合要求。3.4 塔板負(fù)荷性能圖3.4.1 物沫夾帶線泛點(diǎn)率=%10036. 1bFLsVLVsAKCZLV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0.8=106. 02616. 119856. 036. 117. 195.79717. 1ssLV整理得：ssLV6 .4132. 3由上式知霧沫夾帶線為直線，則在操作圍任取若干個(gè)值，可算出sLsV 21 / 48(2)提餾段0.8=104.

49、012616. 19856. 036. 19353. 0-487.9029353. 0ssLV整理得：ssLV6 .4132. 3在操作圍，任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)的值。sLsV計(jì)算如表所示：表 3-1 計(jì)算結(jié)果精餾段提餾段Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)0.00052.7750.00053.2990.012.4420.012.9040.0132.3370.0132.779由表 3-1 作出物沫夾帶線3.4.2 液泛線根據(jù)hhhhhhhhhHLdlcdLpWT)（由此確定液泛線，忽略式中h3/2020020)3600(100084. 25 . 1)(153

50、. 0234. 5)5 . 1)(153. 0234. 5)(wsWWsLVOWWWsLVWTlLEhhlLguhhhlLguhH（(1)精餾段)69. 0038. 0(5 . 12 .20395.7978 . 92167039. 0785. 017. 134. 5224. 03/2212421sssLLV整理得：3/2121215 .103203207 .16sssLLV(2)提餾段)69. 0037. 0(5 . 133.239487.9028 . 92136039. 0785. 09353. 034. 52435. 03/2212422sssLLV整理得：3/2222266.9658.2

51、235056.17sssLLV 22 / 48在操作圍，任取若干個(gè) Ls值，算出相應(yīng)的 Vs值計(jì)算如表所示：表 3-2 計(jì)算結(jié)果精餾段提餾段LS1/(m3/s)VS1/(m3/s)LS2/(m3/s)VS2/(m3/s)0.000813.9730.00813.9730.0043.710.0043.8430.0083.3560.0083.5020.0132.7470.0132.905由表 3-2 作出液泛線3.4.3 液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于s53液體降液管停留時(shí)間 sLHAsTF53以作為液體在降液管停留時(shí)間的下限，則s5smLHALsTFs/0125. 0545

52、. 01385,.0)(3max3.4.4 漏液線對(duì)于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則1F50F020785. 0NudVs(1)精餾段smVs/922. 017. 15167039. 0785. 0321(2)提餾段smVs/84. 09353. 05136039. 0785. 03223.4.5 液相負(fù)荷下限線取堰上液層最小高度作為液相負(fù)荷下限線，作出液相負(fù)荷下限線，該線為與mhOW006. 0氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。則006. 0)(3600100084. 23/2minWslLE取，則02. 1EsmLs/00081. 0(3min）根據(jù)以上數(shù)據(jù)作出塔板負(fù)荷性能圖，見(jiàn)附錄三。 2

53、3 / 48由精餾段塔板負(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)的適中位置。2.塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，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，氣相負(fù)荷下smVs/70. 23max）（限。smVs/922. 0)(3min所以：精餾段操作彈性=93. 2922. 070. 2 由提餾段負(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)的適中位置。 2.塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，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smVs/15. 3

54、)(3max氣相負(fù)荷下限。smVs/84. 03min）（所以，提留段操作彈性=75. 384. 015. 3 24 / 48第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目符號(hào)單位精餾段提餾段備注平均溫度mt70.86588.47實(shí)際塔板數(shù)N塊218塔徑Dm1.41.2板間距THm0.450.45塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速um/s1.341.75堰長(zhǎng)Wlm0.980.98堰高whm0.0380.037板上液層高度Lhm0.050.05降液管底隙高度ohm0.0280.027浮閥數(shù)N個(gè)167136等腰三角形叉排閥空氣速oum/s10.3312.17浮閥動(dòng)能因子0F11.1711.8臨界閥孔氣速OCu

55、m/s9.6410.9孔心距tm0.0750.075同一橫排孔心距排間距tm0.0650.08相鄰橫排中心距離單板壓降pPPa531.75592.57降液管清液層高度dHm0.000980.1186泛點(diǎn)率%6251.13氣相負(fù)荷上限max)sV（sm /32.73.15物沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限min)(sVsm /30.9220.84漏液控制操作彈性2.933.75 25 / 48第五章 塔附件設(shè)計(jì)5.1 接管5.1.1 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：，smuuVDFFs/214. 34取3/19.848mkgLsmFV

56、Lss/00136. 019.84836002430010337mmmD5 .290295. 0214. 300136. 04查標(biāo)準(zhǔn)系列選取338校核設(shè)計(jì)流速：smdFuLFs/7 . 119.848032. 0785. 0360024300103785. 0272經(jīng)校核，設(shè)備適用。5.1.2 回流管采用 U 形管回流，取smuR/2mmmuLdRsR4 .370374. 0214. 30022. 0414. 341查標(biāo)準(zhǔn)系列選取345校核設(shè)計(jì)流速：smdLuRs/8 . 1039. 0785. 00022. 0785. 0221經(jīng)校核，設(shè)備適用。 26 / 485.1.3 塔底出料管取，直管

57、出料smuW/2mmmdW2002. 0214. 3783.956360002.189 .1244查標(biāo)準(zhǔn)系列選取432校核設(shè)計(jì)流速：smu/45. 1024. 0785. 0783.956360002.189 .12425.1.4 塔頂蒸汽出料管直管出氣，取出口氣速，則smu/20mmmuVDs2 .3623622. 02014. 306. 2414. 341查標(biāo)準(zhǔn)系列選取9402校核設(shè)計(jì)流速：smu/8 .17384. 0785. 006. 22經(jīng)校核，設(shè)備適用。5.1.5 塔底進(jìn)氣管直管進(jìn)氣，取進(jìn)口氣速，則smu/25=muVDs3173. 02514. 3976. 1414. 342mm

58、3 .317查標(biāo)準(zhǔn)系列取8351校核設(shè)計(jì)流速：smu/43.22335. 0785. 0976. 12經(jīng)校核，設(shè)備適用。5.1.6 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均可采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng) 27 / 48的法蘭。(1)進(jìn)料管接管法蘭：585010706HGDPgg(2)回流管接管法蘭：585010606HGDPgg(3)塔底出料管法蘭：585010806HGDPgg(4)塔頂蒸汽管法蘭：5850105006HGDPgg(5)塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：5850105506HGDPgg5.2 筒體與封頭5.2.1 筒體 取 （為腐蝕裕度，且，為焊縫 CPDPCtC285. 05m

59、mCCmmC81系數(shù)，單面，雙面）65. 085. 0mm76. 551224. 0-85. 0132214001224. 0所以選用，材質(zhì)為 20R。mm65.2.2 封頭封頭選取橢圓形封頭，且公稱直徑。mmD1400查得曲面高度，直邊高度，表面積為，容積。mmh3601mmh250253. 2m3398. 0mV 選用封頭。954737/61400TJBDg，5.3 除沫器在空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴(yán)重，以與工藝工程不允許出塔氣體帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、質(zhì)量輕、空隙大與使用方便等優(yōu)

60、點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選?。?28 / 48 系數(shù)VVLKu型）DPK(198. 0smu/94. 4199. 1199. 171.747198. 0除沫器直徑：muVDs729. 094. 414. 306. 2414. 34選碳鋼除沫器，類型：標(biāo)準(zhǔn)型規(guī)格：40-100：材料：鋼絲網(wǎng)：絲網(wǎng)尺寸： 裙座 為了制作方便，裙座一般選用圓筒形，由于，取裙座厚度為。mmD800mm16基礎(chǔ)環(huán)徑：mmDbi1132103 . 016214003基礎(chǔ)環(huán)外徑：mmDbo1732103 . 016214003圓整：，考慮腐蝕裕度，考慮再沸器，裙座高度取 2m，地mmDbi1200mmDbo1800角螺栓