化工原理課程設(shè)計浮閥式連續(xù)精餾塔設(shè)計

1、目錄第一部分：設(shè)計任務(wù)書 2第二部分：工藝流程圖 3第三部分：設(shè)計方案的確定和說明 4第四部分：設(shè)計計算和論證 4一、工藝計算 4二、流體力學(xué)驗算 15三、主要管尺寸計算 22四、輔助設(shè)備定型 23五、塔的總體結(jié)構(gòu) 26六、塔節(jié)說明 28七、泵的選擇 29第五部分：設(shè)計計算結(jié)果 30第六部分：心得體會 31第七部分：參考資料 31第二部分：工藝流程圖 （見附圖 ）觥裝置流巒2- 3- W4- 05 塔身7-W8 一產(chǎn)品備液隹 .9-W10 用的11-WT-OOTRC-WO流程的說明首先，苯和甲苯的原料混合物進入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進入原料預(yù)熱器，在原料 預(yù)熱器中加熱到泡點溫

2、度，然后，原料從進料口進入到精餾塔中。因為被加熱到泡點，混合物中既有氣相 混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，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，其中的液態(tài)部分進 入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個 過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中 被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進料口不斷有新鮮原料的 加入。最終，完成苯和甲苯的分離。說明：為了控制精餾產(chǎn)物的

3、純度，本裝置采用間接控制指標(biāo)，即用溫度控制器來改變進入鼓 泡管的蒸氣流量。但溫度亦不能太高，當(dāng)溫度增加時，塔底壓強增加，容易引起液泛的發(fā)生。 所以為溫度控制器設(shè)定一個預(yù)定值，當(dāng)溫度超過該預(yù)定值時，閘閥自動關(guān)閉，從而達到溫度控制的目的。第三部分：設(shè)計方案的確定設(shè)計方案的確定：操作壓力：對于酒精-水體系， 在常壓下已經(jīng)是液態(tài)，所以選用常壓精餾。 因為高壓或者真空操作會引起操作上的其他問題以及設(shè)備費用的增加，尤其是真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費用增加。綜上所 述，我們選擇常壓操作。進料狀況：進料狀態(tài)有五種，如果選擇泡點進料，即q

4、=1時，操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響，此外，泡點進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，設(shè)計和制造時比較方便。加熱方式：采用間接蒸汽加熱回流比：適宜的回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟合算來確定，即操作費用和設(shè)備折舊費用之和為最低時的回流比為最適宜的回流比。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比Rmin，根據(jù)經(jīng)驗取操作回流比為最小回流比的 1.1 - 2.0倍，即：R=（ 1.1 2.0 ） Rmin回流方式采用泡點回流，易于控制。選擇塔板類型：選用F1浮閥塔板（重閥）。F1浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，且重閥 采用厚度2mm的薄板沖制，每閥質(zhì)量約為33g。浮閥塔具有的優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，操

5、作彈性大，塔板效率高，氣體壓強以及液面落差較小，塔的造價比較低（浮閥塔的造價一般為泡罩 塔的60 80%,而為篩板塔的120 130%）。第四部分：設(shè)計計算和論證一.工藝計算（一）物料衡算1. 將質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分數(shù)2492Xf =244676 =°.11 "旳巾818246 1846 182. 摩爾流量計算Fxf = Dxd BxbF = D B46298'” I ”'46 18=0.008D =23000kg/day =23.43kmol/hD(Xd f)23.43 (0.8181 -0.11)Xf -Xb0.110.008= 162.67kmol/h

6、從對角線點a (Xd, Xd)向平衡線作切線得截距0.35Xd(二).最小回流比RminRminXD -0.350.8182 -0.350.350.35= 1.343F =D B =23.43 162.67 =186.1kmol/h3.平均分子量M F =46Xf 18(1-Xf) =0.11 46 (1-0.11) 18 = 21.08kg/kmolM D =46Xd 18(1-Xd) =0.8182 46 (1-0.8182) 1 40.91kg/kmolMb=46Xb 18(1-XB) =0.008 46 (1-0.008) 1 18.224kg/kmol= 0.35Rmin -1取 R

7、 =1.3Rmin =1.7459(1).精餾段方程:Xd塵遜72986R 11.7459 11.74590.63581.7459 1精餾段方程：y =0.6358x 0.2986(2).提餾段方程L=R*D =1.7459 23.43 = 40.91kmol / hV 二 D(1 R)二 23.43 (1 1.7459)二 64.34kmol / hq =1 V =V =64.34kmol./ hL =L F =40.91 186.1 =227.01kmol/h提餾段方程：y = L x - B xB 二 3.528x - 0.05554V D(三).理論塔板數(shù)Nt用cad作圖法由圖得；理論

8、板數(shù)=20精餾段塔板數(shù)=18提餾段塔板數(shù)=2進料板為第18塊(四).塔的工藝條件及物性資料計算1. 塔頂?shù)谝粔K板：X1 =0.8182 查表得 Y =0.8325氣相 MV1 =0.8325 X 46+( 1 0.8325 )X 18= 41.31 g / mol液相 Ml1 =0.8182 X 46+( 1 0.8182 )X 18= 40.91 g / mol相對揮發(fā)度a_Y1(1X1)_0.8325"10.8182)仙一 X,1Y) 0.8182 (1一0.8325廠.LdLMl1-3600 ： L竺竺"000614m3/s3600 756.45VMV13600 匚6

9、4U134m3/s3600 1.4382. 進料:Xf=0.11，查表得 Yf =0.4541氣相液相Xb=0.008，查表得 Yb =0.088M VF =0.4541 X 46+( 1 0.4541 ) X 18= 30.72 g/molMlf =0.11 X 46+( 1 0.11 )X 18= 21.08 g / mol相對揮發(fā)度'1)= °.4541(一。11)=6.73X,1Y) 0.11x(10.0.4541)3. 塔釜最底板:氣相液相L (L F)MblB 一 3600（4°.91低.1）咤“.。仆彳冷3600 959.7M bv =0.088 X

10、46+( 1 0.088 ) X 18 = 20.464 g/molM bl =0.008 X 46+( 1 0.008 )X 18= 18.224g/mol相對揮發(fā)度 ”丫1(11),.088(一。008)=11.965X,1Y)0.008x(10.088)V _ VMbvB 3600，v64342。464 丸®*33600 0.6014流量表:進料流量F3F=186.1kmol/h=1.0897kg/s=0.00122m /s塔頂產(chǎn)品流量DD=23.43kmol/h=0.2663kg/s=0.000352m3/s塔底產(chǎn)品流量B3B=162.67kmol/h=0.8235kg/s=

11、0.000858m /s塔頂?shù)谝粔K板液體和氣 體流量Ld、Vd3LD=40.91kmol/h=0.4649kg/s=0.000614m/s3V)=64.34kmol/s=0.7383kg/s=0.5134m/s塔底最底板的液體和氣 體流量Lb、V33LB=227.01kmol/s=1.1492kg/s=0.0012m/s3V?=64.34kmol/s=0.3657kg/s=0.6081m/s計算相關(guān)參數(shù)列表如下，相關(guān)參數(shù)塔頂?shù)谝?塊板進料板塔釜最底板液相濃度（摩爾分率）0.81820.110.008氣相濃度（摩爾分率）0.83250.45410.088溫度（攝氏度t C）78.4386.398

12、.1氣相密度（Kg/m3）1.4380.71640.6014液相密度（Kg/m3）756.45894.43959.7表面張力（mN/m）22.53661相對揮發(fā)度a1.1046.7311.965氣相平均分子量Mv41.3130.7220.464液相平均分子量Ml40.9121.0818.224注：以上需要查表的數(shù)據(jù)查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P222 225的附錄得（五）計算全塔效率和實際塔板數(shù)1.粘度塔頂 t| = 78.43 C 查得 叫=0.4338mPa s進料 t2 =86.3 C 查得二 0.3823mPa s塔釜 t3 =98.1 C 查得3 =0.29mPa s平均粘度幕二3 %2叫

13、=0.3637mPa s注：查流體力學(xué)和傳熱(華南理工大學(xué)出版社)P257附錄5得。2. 計算平均相對揮發(fā)度：am = 3 a1*a2* a3 二 3 1.104 6.73 11.965 二 4.463. 計算全塔效率：ET =0.49 (am 7)亠245 =0.49 (4.46 0.3637) °245 = 0.4352Np =(Nt -1)/Et =(20 -1)/0.4352 =43.65Nl =P/0.4352 =18/ 0.438 =41.36取實際塔總板數(shù) Np =44塊板，精餾段板數(shù)42塊，進料板在第42塊（六）計算塔徑1. 精餾段:設(shè)定板間距 HT = 0.35m,

14、板上液層高度hL = 0.05m,則HT -hL =0.3m液氣動能參數(shù)LVLd / ： L .0.5LVPh0.0006140.5134756.45、0.5)=0.027431.438O" 0 222 5 0 2CD 7(刃. “問茹0.06143Umax = Cd ；二一=0.06143 756.45 一1.438 = 1.4076m/s'匚.1.438u=(0.60.8) Umax 取 u=0.8 Umax =0.8 X 1.4076 = 1.126m/s根據(jù)流量公式可以計算塔徑，即:D1 a4 0.51343.14 1.126= 0.762m將塔徑圓整得：D1 =0.

15、8m2、提餾段：設(shè)定板間距Ht = 0.35m ,板上液層高度h|_ = 0.075m,則HT = 0.275m液氣動能參數(shù)LVLvlbVB)0.50.0012 / 959.7、0.50.6081( 0.60140.07883C20 =0.052 （查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P181的圖412得）CB- C(益)0.2= °.°52(欽2-0.0656Umax -CBP _ PLV -0.0656959°.6014-2.62m/s0.6014u=(0.60.8)umax取 u=0.6 Umax =0.8 X 2.62 - 2.09m/s4 0.60813.14 2.0

16、9-0.61m將塔徑圓整得：D2 =0.7m3、塔徑：由于精餾段和提餾段的塔徑相等，即：D - 0.8m因為直徑在2.2m以下的浮閥塔，一般采用溢流堰，所以此處也應(yīng)該采用溢流堰。兀 D23.14:0.8?2塔截面積A-0.5024m244實際空塔氣速uD 二VD/Ar =0.5134/0.5024 = 1.022m/suB =VB/Ar =0.6081/0.5024=1.21m/s(七) 溢流裝置設(shè)計：主要符號說明符號意義和單位符號意義和單位lw堰長，mhL塔板上的液層高度，mhw堰咼，mAf弓形降液管的面積，m2how堰上液層咼度，md°閥孔直徑，mho底隙高度，mAO閥孔總面積，

17、m2Wd降液管寬度，mAT塔截面積，m2Hr塔板間距，mD塔徑，mWs安定區(qū)寬度，mWc邊緣區(qū)寬度，mt閥孔中心距，mU0閥孔氣速，m/sF。氣體得閥孔動能因子，kg0.5Lsm.5V氣體體積流率m3 / s1、精餾段設(shè)計：選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰堰長 lw=(0.60.8)D 取堰長 lw= 0.6D = 0.48m出口堰高hw=hL-how取液流收縮系數(shù)E= 1 先假設(shè)是平直堰，計算堰上液層高度，空4e(Ld)21000 lw=0.00786m284 1(°.000614 3600)210000.48因為how - 0.06m故采用平直堰uLd0.000614降液管底隙高

18、度 ho = U = 0.480.07 = 0.0183m實際設(shè)計中h。25 - 30mm,故取h。= 0.025m2、提餾段設(shè)計：選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰堰長 Lw =(0.60.8)D取堰長 LW = 0.48m出口堰咼h w =h L-h ow取液流收縮系數(shù)E= 1先假設(shè)是平直堰，則查圖得：E=1,22.84 LB3 hE(B)3 二ow 10002.84 X10001 嚴012 3600Q 0.0123m0.48因為how0.06m故采用平直堰,出口堰高 h W=h L-h OW =0.0750.0123 = 0.0627mLb0.0012降液管底隙高度:holwU-0.025

19、m滿足不少于2025mm（八）弓形降液管的寬度Wd和截面積Af由lw/D =0.6，查化工原理下冊 P160圖3 13 得: Af / At =0.054Wd /D =0.105Af = 0.054At = 0.054 0.5024= 0.02713m2Wd =0.105 0.8=0.084m液體在降液管停留時間：(1 )精餾段：Af Htf tld(2 )提餾段：Lb'0.02713 0.350.0006140.02713 0.350.0012=15.46s 3s7.91s 3s因此結(jié)構(gòu)合理。（九）塔板布置及浮閥數(shù)目以及排列塔徑0.8m,選用整塊式塔板一般對于小塔，WS =4070m

20、m溢流堰入口安定區(qū)：WS = 40 mm根據(jù)小塔的 WC可選3050mm大塔可選5075mm邊緣區(qū)寬度（無效區(qū)）WC =30mm降液管寬度：Wd -84mm （精餾段和提餾段一樣）（1）精餾段浮閥的數(shù)目及孔間距：對于F1型浮閥（重閥），當(dāng)板上浮閥剛剛?cè)_時，動能因數(shù)F）在912之間，故在此范圍取得合適的Fo=11閥孔氣速uo每層塔板浮閥N:Vd刊和04 0.51342二 0.0392 9.17取 N=47因為浮閥塔在塔板鼓泡區(qū)用叉排時氣液接觸效果較好,三角形叉排?？仔木?s為75125mm對于單溢流塔板，鼓泡區(qū)面積故選用叉排，對整塊式塔板，采用正R2sinx = D- Ws) 78/2 -(0

21、.084 0.040.276m2R-Wc =0.8/2 -0.03 =0.37m22A = 0.3664 m0.51349.17o=0.056m按照等邊三角形排列，閥孔中心距:0.907 厲 A=0.0390.907 0.36640.056二 0.095m取 t=95mm實際排得N=49個（具體見附圖） 精餾段塔板閥孔布置圖如下：OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOQOOOOOO由N值驗算:UoNN'9.17 47498.796 m/sF'o 二 u。、可=8.796、1.438 =10.55開孔率：二 00 =11.62%因開孔率應(yīng)在 4%15之間故符合

22、要求u08.796由于計算出的F0在912之間，所以塔板的布置是合理的。（2 ）提餾段浮閥的數(shù)目及孔間距:取浮閥孔動能因子 Fo' =9（因Fo在912之間）90.6014二 11.6054m/s每層塔板浮閥數(shù):Vb4 doU04 960812: 0.03911.6054=43.88取N=44個浮閥排列方式采用正三角形叉型排列AP0R2s in'*1800R驗算:bu°NU0*J1*6054 4<12.45m/s41F'o 二 U0 VB =12.45 、0.6014 =9.655閥孔能動系數(shù)變化不大，仍在9 12之間開孔率：u 1 21100°

23、;。-9.72% 因開孔率在10%14%t間故符合要求 u012.45X 二 D(Wd Ws) =0.8/2 -(0.0840.04) = 0.276m2R 上-Wc =0.8/2 0.03 =0.37m2所以 AP =0.3664mA。上U0二 °.6081 "0524m211.60542t.d0，0.039 007 °36640.0524=0.098m取孔心距t=98mm實際排得N' =41個（具體見附圖）提餾段塔板閥孔布置圖如下：、塔板的流體力學(xué)驗算(一)精餾段1.氣相通過浮閥塔板的壓強降hp =hchlh_U0C "25a) 干板阻力73

24、1 =1.82丁73.1/1.438 =8.61m/sUo= 8.796 Uoc =8.61m/s2vUo5.37 1.438 8.7962=5.37-0.0402 mb)板上充氣液層阻力取° =0.5h| 二 phL =0.5 0.05 = 0.0025mc) .液體表面張力所造成的阻力，一般很小，完全可以忽略。hp = hp h h - = 0.04020.025 = 0.0652m單板壓強降A(chǔ)pp =hpRg =(hc+h» Rg = 0.0652 漢 756.45漢 9.81 = 483.83Pa2. 淹塔校核需要控制的降液管液面高度Hd乞' (Ht 

25、9; hw)，且有Hd二hp hh匚液體通過塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p=0.0652mLdr 0.000614 ；hd =0.153 亠 =0.153. = 0.0004mQwh。丿10.4 9025 丿板上液層咼度 hL =0.05m所以降液管液面高度 Hd =0.0652 0.0004 0.05 =0.1156m因為乙醇一水的物系不易起泡，取=0.5(Ht hw) =0.5 X( 0.35+0.04214 ) =0.196m因為Hd =0.1156m < 0.196m，所以設(shè)計結(jié)果符合要求。3. 霧沫夾帶由 HT=0.35m,匚=1.438kg/ m3,查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P1

26、99圖4-25得：0=0.096因為酒精一水系統(tǒng)為無泡沫系統(tǒng)，K=1板上液體流經(jīng)長度：Zl 二 D _2Wd =°.8 - 2 0.084 = 0.632m鼓泡面積： &二 A 2Af =0.5024-2 0.02713 = 0.4481m2Vb ： 、 ：' 1.36LZl泛點率 '匚二100%1.438KCyAa二 53.32% ： 70%0.51341.36 0.000614 0.632'756.45 1.438 100%1 0.096 0.4481對于直徑小于0.9m的塔，為了避免霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點率不超過70%。以上計算泛點率在70%以下，

27、故霧沫夾帶量滿足e：100o的要求。4. 塔板負荷性能圖a）極限霧沫夾帶線按泛點率1.36LZl©Aa100°°對于一定的物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中, PlA,Cf,Zl, K均為已知值。相應(yīng)于e=0.1的泛點率上限值亦可確定，將各已知數(shù)據(jù)代入上式，使得出 根據(jù)此可做出負荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點率=70%計算如下：V l的關(guān)系式,1.36LZlKCFAa10000=70%將各數(shù)據(jù)代入得霧沫夾帶線：0.04364V 0.85960.03011b）液泛線HT hw =5.34(2T2g -do2N4V )2 0.153丄2Jwho ?3600L ?nr2 將各數(shù)

28、代入整理得:0.1328 = 0.1519/2 1062.5L2 1.632L 3 2L值計算上式即為精餾段液泛線方程，在操作范圍內(nèi)取若干 相應(yīng)的v值，列表如下：L(m3 / s)0.0010.00150.0020.00250.0033V(m /s)0.75980.71770.67570.63260.5878c ） 液相負荷上限最大流量應(yīng)保證降液管中液體停留時間不少于3-5秒r - Af Ht /L _35s，這里取 v -4s，則AfHTQ0.02713 0.35= 0.002374m3/sd）氣相負荷下限對于F1型重閥，取Fo二u。、-兀=5計算，則2二 d° N FO4v2二

29、0.03949 541.4383=0.244m / se）液相負荷下限取堰上液層高度h°w = 0.006m作為液相負荷的下限,精餾段采用平直堰，利用how2.84 L、2/3E(_)1000 lw2.84L 2/3所以 0.0061 ()10000.483QL =1.474m /h =0.00041 m /s精餾段的操作彈性：Vma - 四3 = 2Vmin0.3350.6-34p/ 畑操作區(qū)0.00.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 0.00450.0050 L m?/s持傭段操柞弾性圖提餾段

30、1、氣相通過浮閥塔板的壓強降h'p二h'c h： h'；_a )干板阻力u'0c 十5 73.1 J.82573.1/0.6014 =13.878m/suB0 =12.45m/s : u'oc =13.878m/sh'c =19.9(uB)0.175/% -19.9 12.451175/959.7 = 0.03172mb)板上充氣液層阻力?。? =0.5 h = ；0h'L =0.5 0.075 =0.0375mc) 液體表面張力所造成的阻力，一般很小，完全可以忽略。h'p 二 h'c hl h'；： 0.0317

31、20.0375 = 0.0692m單板壓強降廊；=h 'pP ' g = 0.0692江 959.79.81651P8&0.063 x 926.57 x9.81 = 586.51Pa2 .淹塔校核需要控制的降液管液面高度H； _( H 'T h'w),液體通過塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p = 0.0692m訂-.22'L (0.0012)h'd =0.153 =0.153 I = 0.00153mJwh'10.48 x 0.025 丿板上液層高度h L =0.06m所以降液管液面高度 Hd' =0.0692+0.06+0

32、.00153 = 0.1457m因為乙醇一水的物系不易起泡，取=0.5(H 'T h'w) =0.5(0.350.0627) = 0.2064m因為Hd = 0.1457m : 0.2064m,所以設(shè)計結(jié)果符合要求。3.霧沫夾帶3由：v =0.6014kg/m HT =0.35查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計P199圖4-25得：C' f=0.085，因為酒精一一水系統(tǒng)為無泡沫系統(tǒng)，K=1板上液體流經(jīng)長度：ZL 二 D - 2Wd =0.8 一2 0.084 = 0.632m鼓泡面積： 代=州-2Af =0.5024-2 0.02713 = 0.4481m2Vd泛點率二KCfA9

33、100%0.6014°.60叫 959.二0.6014 似 °.0012 °6321 0.085 0.4481100% =42.7% ： 70%對于直徑小于0.9m的塔，為了避免霧沫夾帶,應(yīng)控制泛點率不超過70%。以上計算泛點率在70%以下，故霧沫夾帶量滿足e：10°0的要求。4.塔板負荷性能圖 a)極限霧沫夾帶線V按泛點率=-Pvr1.36LZlL vKCFAa100 00對于一定的物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中：,PlA,Cf,Zl, K均為已知值。相應(yīng)于e=0.1的泛點率上限值亦可確定，將各已知數(shù)據(jù)代入上式，使得出 根據(jù)此可做出負荷性能圖中的霧沫夾帶線

34、。V L的關(guān)系式,1.36 LZl=70%©Aa將各數(shù)據(jù)代入得霧沫夾帶線：0.02504V - 0.8596L = 0.02666b）液泛線P：4V 2HT hw =5.34 盛(麗)0.153l_iwhO山+型E丿. 10003600Llw將各數(shù)代入整理得：0.1123 = 0.071V2 1062.5L2 1.632lL3 2上式即為精餾段液泛線方程，在操作范圍內(nèi)取若干l值計算相應(yīng)的V值，列表如下：3L(m /s)0.0020.00250.0030.00350.004V(m3/s)1.15691.0620.96650.86640.7613c） 液相負荷上限最大流量應(yīng)保證降液管中液

35、體停留時間不少于3-5秒71 = Af H t / L _35s，這里取 v - 4s，則0.02713 0.3543=0.002374 m /sd）氣相負荷下限對于F1型重閥，取FO二兀=5計算，則 : d： N FO4v : 0.0392 41 540.6014=0.3156m3/s4e）液相負荷下限取堰上液層高度h°w = 0.006m作為液相負荷的下限，精餾段采用平直堰，利用how空4 e(L)2/31000lw所以 0.006 二241 ()2/310000.4833L =1.474m /h = 0.00041m / s提餾段的操作彈性:VmaxVmin0.990.3156

36、= 3.14提餾段的負荷性能圖見附圖L m3/s捉謂段操作彈性圖、主要接管尺寸計算1. 進料管由前面物料衡算得：F=186.1kmol/h=1.0897kg/s進料平均溫度86.3 C,3=894.43Kg/ m進料由泵輸入塔中，適宜流速為,取進料流速u =2.0m/s，則：4 疋 F /41 0897進料管內(nèi)徑dF0.02786m護PLS 況2.0匯894.43根據(jù)計算結(jié)果可選取鋼管：38 3.5mm一4F4 江1 0897效核實際流速 u =2一 1 2 - 1.615m/s，設(shè)備適用。兀Pd兀漢894.43 漢 0.0312. 回流管由前面物料衡算得：3L=40.91kmol/h=0.4

37、649kg/s 凡工756.45kg / m采取泵回流，適宜速度為1.5-2m/s，取回流流速u=1.5m/s，則:4 L4 0.4649回流管直徑d|0.02285mYn 漢u 漢 P漢 1.5漢 756.45選取鋼管：' =32 3.5mm驗算得實際流速u =上匕=一恥0：649一 =1 25m/s，設(shè)備適用 nPd兀乂 0.025 x 756.453. 釜液出口管由前面物料衡算得：3B =162.67kmol/h = 0.8325kg/s 兒=959.7kg/m適宜速度為，取出口流速u=0.8m/s，貝U4漢 B/4漢0 8235管直徑 dB 二 4 B =4 0.8235 “.

38、03696m 二 u .二 0.8 959.7選取 45 3.5mm校核實際流速u二-4 =4。乎350.757m/s，設(shè)備適用。uPd2 兀 0.038959.74. 塔頂蒸汽管由前面物料衡算得：VD = 0.5134 m3/s常壓下適宜的蒸汽流速為：1520m/s,取蒸汽流速u=18m/s,管直徑4 Vd【二u4 0.5134V 兀 X18二 0.191m選取 219 6mm驗算得實際流速u4Vd二 d24 0.51343.14 0.2072=15.26m/s，設(shè)備適用四、輔助設(shè)備定型本設(shè)計方案使用的輔助設(shè)備主要有：預(yù)熱器一個，用于預(yù)熱進料，同時冷卻釜液全凝器一個，將塔頂蒸汽冷卻，提供產(chǎn)品

39、和一定量的回流冷卻器一個，將產(chǎn)品冷卻到要求溫度后排出 再沸器一個，將釜液加熱成蒸氣1.冷卻器取水進口溫度為 25C，水的出口溫度為 35 C; t =(25+35)/2=30 C塔頂全凝器出來的有機液（質(zhì)量分率92%勺乙醇溶液）D=0.2663Kg/s ;溫度為78.43 C,降至30C（設(shè)計任務(wù)書規(guī)定）。按產(chǎn)品冷卻前后的平均溫度，t平= 78.43 30 =54.215C,查算比熱:2Cpm產(chǎn)=291kJ |_kg *Q =CprT X D 匯dt產(chǎn)=2.91 X 0.2663 X （78.43-30）=37.53kJ/s所用水量：M 水=Q/ CPm水 |_t水=13.89/ 4.174

40、10 = 0.899kg /s單位產(chǎn)品冷卻水用量二 D = ；2驚=3.376kg 水 /kg 產(chǎn)品D 0.2663根據(jù)經(jīng)驗值，K=290698J/（ m2.C ）2取總傳熱系數(shù)K=0.4KJ/( m . C)Atm(78.43 -35) -(30 - 25)= 17.78 K取安全系數(shù)為1.1，則換熱面積為:A=1.1Q/ K ：tm=1.1 37.53/ 0.4 17.7-5.8m2選取固定管板式換熱器： 型號：Gb -325 -6.3 -1 -1管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通 面積2m管子總數(shù)管長m換熱面積2 m325190.0179

41、0.0194571.56.3單位熱交換面積=Q = 37.53 =5.96KjLm1s，A6.32.全凝器取水進口溫度為25C,水的出口溫度為 45 C, V =0.7383Kg/s ;塔頂出口氣體的溫度為78.43 C,在此溫度下查得乙醇汽化熱為846 KJ/kg, 水為2311.47 KJ/kgrm=0.92 X 846+ (1-0.92 )X 2311.47=963.24kJ/kg熱負荷 Q=VX rm =0.7383 X 963.24 = 711.16 KJ/s平均溫度 35C下，Cp水二4.174KJ /(kgLk)所用水量：M水二Q/ CPm水 Lt水 =711.16/4.174

42、20 = 8.5kg/sMn 8 51單位產(chǎn)品冷凝水用量水 85137.6kg水/kg產(chǎn)品D 0.2263根據(jù)經(jīng)驗值，K=582 1163J/( m2.C)，取總傳熱系數(shù) K=700w/m2 C =0.7KJ/ m2 C-.f78.43-45)：tm - 也78.43-45 - 78.43-25 /In42.65 C取安全系數(shù)1.1，則換熱面積為：A=1.1 Q/ k .-：tm =1.1 711.16/ 0.7 42.65 = 26.2m2選取浮頭式換熱器：型號：Fb -500 28.31 2 管子（炭鋼）尺寸© 2 2.5mm ;殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通

43、面積2m管子總數(shù)管長m換熱面積2 m500280.01940.0582124328.3單位熱交換面積 =Q = 711.16 = 25.13KJ |_S 4_m A 28.3-3、預(yù)熱器 設(shè)計流程要求泡點進料，進料濃度下的泡點溫度為86.3 C ,而進料溫度為25 C，利用22.5kgf/cm蒸汽間接加熱。查得蒸汽的參數(shù)：t =126.720C, p =2.453 105 pa,r =2183.42kJ/kg, © =1.39Kg /m3料液的平均溫度：t二25 J3二55.65° C 查得Cp二4.39KJ山g'_K F 二 1.089 kg / s故 Q吸=Cp

44、m F LJt 二 4.391.089(86.3 - 25) = 293.06 kJ /sQ 吸=Q 放=293.06 kJ / s根據(jù)經(jīng)驗值可知，K = 1200 W/(m2. C)：tm =(126.72 - 25) - (126.72 - 86.3) /1n(126.72 - 25) /(126.72 - 86.3) - 66.42 C取安全系數(shù)為1.1則換熱面積為：A=1.1Q/(k* ：tm) =1.1 293.06/(1.2 66.42) = 4.044m2蒸氣用量Ws半誥心342kg/s單位產(chǎn)品蒸氣用量嚴亠1342 "5039kg蒸氣/kg產(chǎn)品D 0.2263產(chǎn)品選取浮

45、頭式換熱器：型號：Fb-325 6.42.5 4 管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通 面積2m管子總 數(shù)管長m換熱面積2 m325440.00220.043652836.4單位熱交換面積=Q = 293.06 二 45.79 KJ |_S <m A 6.4-4、再沸器飽和 水蒸氣壓強 為 2.5kgf/cm 2， 在此條件下05t =126.72 C, p =2.453 10 pa,r = 2183.42kJ /kg釜液的溫度為98.1 C，組成基本為水，查得此溫度下水汽化熱為環(huán)二2263 KJ / kg傳熱溫差為 Ltm 二T -tw

46、=126.72 -98.仁 28.62 C2 2根據(jù)經(jīng)驗值， K=14204250 W/(m K)，取 K=2000W/(m K) V=0.3657kg/sQ -0.3657 2263 =827.58kJ / s蒸氣的用量 Ws = Q 827.580.379kg /sr 2183.42單位產(chǎn)品蒸氣用量Ws0.3790.22631.675kg蒸氣/ kg產(chǎn)品取安全系數(shù)1.1，則換熱面積為:1.1QKLtm1.1 827.582 28.622=15.90m選取浮頭式換熱器： 型號：Fb-400- 16.9 2.52 管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心管 排數(shù)管程流通殼程流通 面

47、積2m管子總 數(shù)管m長換熱面積2 m面2 m積400270.0436574316.90.0116單位熱交換面積=Q = 827.58二48.97KJ|_SmA 16.9五、塔總體結(jié)構(gòu)1. 塔壁厚材料 Q235-A 查得 c -113MPa操作壓力P=1atm 溫度100°CPDi2 匕- P由于用以上公式計算出的壁厚很小，不符合實際的要求，故根據(jù)經(jīng)驗取壁厚2塔封頭的確定由 D=800mn選橢圓型封頭 DN800 8 -Q235 A - JB 仃4737，封頭高度 hl=200mm直邊高度h2=25mm取壁厚 6d =8mm3. 法蘭的選擇D=800mm，工作壓力為 0.1Mpa。選擇

48、甲型法蘭JB4701-92,公稱壓力為 0.25Mpa，材料為Q235-A4. 塔高因為塔底空間具有中間儲槽的作用，塔釜料液最好在塔底停留1015min，這里取600s,則有V釜液=0.0012 X 600= 0.72 m3所以塔釜液面咼：H釜=4 0.72/ 3.14 0.82 7-1.433m塔釜高度=1.433+0.2=1.7m進料板層增加的高度=0.2m封頭高度=2* (0.2+0.025 ) =0.45m塔頂層高度=1m塔層高度=44X 0.35=15.4m裙座高度=2.5m開人孔增加的高度 =6*0.35=2.1m總塔高度約為24mo4.裙座的設(shè)計(1) 裙座高度：2.5m，厚度：

49、8mm ,直徑：800mm(2) 開人孔：直徑 480mm(3 )基礎(chǔ)環(huán):外徑：D1 =0.8 0.4 = 1.2m內(nèi)徑：D0 =0.8-0.3=0.5m(4)基礎(chǔ)環(huán)上固定螺栓的確定：條件：當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力 12級，查得風(fēng)速32.6m/s，風(fēng)壓P=2254 Pa塔高：24m計算:塔體承受的風(fēng)力：F 二 kikzPfiHD =0.7 1.7 2254 1.1 24 0.8 = 56.65KN力矩：M -FH -56.65 24 -697.8KNLm基礎(chǔ)環(huán)的強度：S環(huán)=0.25 (D2-D2) =0.253.14 (1.2 2-0.5 2) =0.934m2(Di -D0)32D44=0.164m23

50、.14 (1.2 -0.5 )32 ".2應(yīng)力:697.80.164= 4.255MPa2基礎(chǔ)環(huán)的有效面積：S'=0.7S環(huán)=0.6538m2 2 2 2 2Fb3 =0.25二(D1 -D )=0.25 3.14(120 -80 )= 6280cmA3鋼螺栓的許用應(yīng)力為二l =1275.3 1 05 Pa，取用螺栓n=28個螺栓徑d0.34 4.225 106 62803.14 28 1275.3 1050.3 = 3.38cm查表得，基礎(chǔ)環(huán)取規(guī)格為M42的螺栓，28個。六、塔節(jié)說明（結(jié)構(gòu)圖見附圖）因為塔徑等于 800mm所以采用整塊式塔板。本設(shè)計定距離管式塔板結(jié)構(gòu)。因共需44塊塔板，所以可以設(shè)計一個塔層中安裝5層塔板，全塔共需要 9個塔節(jié)。因為板間距為 350mm故塔節(jié)高度為350X 5=1750 mm。小于2500mm滿足要求；含進料層的塔節(jié)較其他塔節(jié)高， 為1950mm裝有人孔的塔節(jié)也較其他塔節(jié)略高，為2100mm也滿足要求。6個塔板用拉桿和定距管緊固在塔節(jié)內(nèi)。 定距管起著支撐塔板和保持塔間距的作用。塔板和塔壁的間隙， 一軟填料密封后，用壓板