乙醇-水精餾塔課程設(shè)計(jì)

1、燕京理工學(xué)院 Yanching Institute of Technology（2017）屆制藥工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目： 乙醇水混合液精餾塔設(shè)計(jì) 學(xué)院：化工與材料工程學(xué)院 專業(yè)： 制藥1301 學(xué)號(hào)： 130120004 姓名： 張世宇 指導(dǎo)教師： 林貝 教研室主任（負(fù)責(zé)人）： 林貝 2016 年 09月 25 日化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水混合液精餾塔設(shè)計(jì)張世宇制藥工程1301班學(xué)號(hào)130120003指導(dǎo)教師林貝摘 要本設(shè)計(jì)是以乙醇水混合液為設(shè)計(jì)物系，以篩板塔為精餾設(shè)備分離乙醇和水。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(duì)二元物系乙醇水的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析，選取，計(jì)算，核算，繪圖等，是較

2、完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。關(guān)鍵詞：乙醇-水精餾 篩板塔 連續(xù)精餾 塔板設(shè)計(jì)目 錄前 言1第章 設(shè)計(jì)任務(wù)書2第2章 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明3第2.1節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定3第2.2節(jié) 設(shè)計(jì)流程5第3章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)6第3.1節(jié)精餾塔的物料衡算6第3.2節(jié)理論板的計(jì)算7第3.3節(jié)平均參數(shù)的計(jì)算11第3.4節(jié)塔徑的初步設(shè)計(jì)15第3.5節(jié)塔高的計(jì)算17第章 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19第4.1節(jié) 溢流裝置計(jì)算19第4.2節(jié) 塔板及篩板設(shè)計(jì)20第4.3節(jié) 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算21第5章 塔板負(fù)荷性能圖24第5.1節(jié) 霧沫夾帶線24第5.2節(jié) 液泛線24第5.3節(jié) 液相負(fù)荷上限線25第5.4節(jié) 漏液線25第5.5節(jié) 液相負(fù)荷

3、下限線26第5.6節(jié) 塔板負(fù)荷性能圖26第6章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)27第61節(jié) 冷凝器27第6.2節(jié) 再沸器28第7章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總30第7.1節(jié) 各主要流股物性匯總30第7.2節(jié) 篩板塔設(shè)計(jì)參數(shù)匯總30參考文獻(xiàn)32附錄33前 言1.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾柱及精餾塔中精餾時(shí)，上述部分氣化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的B物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的A物質(zhì)，精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。1.2精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求精餾設(shè)備所

4、用的設(shè)備及其相互聯(lián)系，總稱為精餾裝置，其核心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類，通稱塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過(guò)程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流 動(dòng)。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力?。毫黧w通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。

5、第章 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)計(jì)題目：乙醇水混合液精餾塔設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)任務(wù)及條件2.1 生產(chǎn)能力：年處理量3萬(wàn)噸乙醇.。2.2 進(jìn)精餾塔料液含乙醇 34%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。2.3 料液初溫：45 2.4 塔頂產(chǎn)品乙醇含量93%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。 2.5 殘液中乙醇含量不得高于 0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。 2.6 每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：300天（24小時(shí)，一年中有兩個(gè)月檢修）2.7 設(shè)備型式：篩板塔2.8 操作條件： 精餾塔頂壓力4kPa(表壓)進(jìn)料狀況泡點(diǎn)進(jìn)料回流比R/Rmin = 2.0單板壓降0.7kPa加熱蒸汽壓力101.325kPa(表壓)2.9 廠址：廊坊地區(qū) 3.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 3.1 設(shè)計(jì)方案的確定及流程

6、說(shuō)明 3.2 精餾塔的工藝計(jì)算(包括物料衡算、理論塔板數(shù)、回流比、總板效率、平均參 數(shù)、塔高、塔徑設(shè)計(jì)等) 3.3 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及流體力學(xué)驗(yàn)算 3.4 塔板負(fù)荷性能圖的繪制 3.5 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)(包括產(chǎn)品冷卻器和接管選型) 3.6 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總(包括主要設(shè)備尺寸及衡算結(jié)果等) 3.7 附圖：圖解理論板，塔板負(fù)荷性能圖，生產(chǎn)工藝流程圖(2號(hào)圖)。第2章 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明第2.1節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定2.1.1 塔的類型選擇本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇水混合物。對(duì)二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。板式塔的空塔速度較高，因而生產(chǎn)能力較大，塔板效率穩(wěn)定，操作 彈性大，且造價(jià)低，檢修、清洗方便，因而在

7、工業(yè)上應(yīng)用較為廣泛。 因考慮到設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)技術(shù)的成熟穩(wěn)定性，所以決定采用板式塔進(jìn)行精餾操作。2.1.2 塔板類型的選擇 板式塔的類型有許多，例如泡罩塔、浮閥塔、篩板塔，篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，板效率高。所以使用篩板塔。 2.1.3 塔壓確定 工業(yè)精餾可在常壓、加壓或減壓下進(jìn)行。確定操作壓力主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)、技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來(lái)考慮的。 一般來(lái)說(shuō)，常壓精餾最為簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，可減少因加壓或減壓操作所增加的增、減壓設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。若無(wú)特殊要求，應(yīng)盡量在常壓下操作。加壓精餾可提高平衡溫度，有利于塔頂蒸汽冷凝熱的利用，或可以使用較便宜的冷卻劑，減少冷凝和冷卻費(fèi)用。

8、在相同的塔徑下，適當(dāng)提高塔的操作壓力還可以提高塔的處理能力。減壓精餾可以防止某些易分解組分在精餾過(guò)程之中受熱分解。 乙醇水混合液在操作溫度下非常穩(wěn)定，在綜合平衡操作可行性及設(shè)備、操作費(fèi)用各因素之后，確定采用塔頂壓力為(101.325+4)kPa 進(jìn)行操作。 2.1.4 加料方式加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加熱。采用高位槽加料，通過(guò)控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過(guò)重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用。但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加熱，進(jìn)料受到泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速液忽大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，而且泵還具有以下優(yōu)點(diǎn)：滿足工藝上對(duì)流量和能量的要

9、求；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用低；運(yùn)行可靠，效率高，日常維護(hù)費(fèi)用低；能適用被輸送流體的特性，如腐蝕性、粘性、可燃性等。因此，從實(shí)際考慮，使用泵直接加料更為合理，而本設(shè)計(jì)采用的就是泵直接加料。2.1.5 進(jìn)料熱狀況的選擇工業(yè)上均采用接近泡點(diǎn)的液體進(jìn)料或泡點(diǎn)進(jìn)料，這樣可以保證進(jìn)料溫度不受季 節(jié)、氣溫變化和前道工序波動(dòng)的影響，塔的操作也比較容易控制。因此本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。 2.1.6 塔釜加熱方式的確定 蒸餾塔塔釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。但本設(shè)計(jì)案例具有其特殊性，塔底產(chǎn)物接近于純水，而且在實(shí)際生產(chǎn)中直接蒸汽加熱有更高的熱效率。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定其塔釜加熱方式為蒸汽直接加熱。 2.1

10、.7 塔頂冷凝方式 泡點(diǎn)回流易于控制,設(shè)計(jì)和控制時(shí)比較方便,而且可以節(jié)約能源。 2.1.8 塔板溢流形式 U 形流的液體流徑比較長(zhǎng)，可以提高板效率，其板面利用率也高，但是液面落差大，只適用于小塔及液體流量小的場(chǎng)合。單溢流的液體流徑較長(zhǎng)，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，在直徑小于 2.2m 的塔中被廣泛使用。雙溢流的優(yōu)點(diǎn)是液體流動(dòng)的路程短，可降低液面落差，但塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，板面利用率低，一般用于直徑大于 2m 的塔中。階梯式雙溢流的塔板結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，只適用于塔徑很大、液流量很大的特殊場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)本例中的液體流量、塔徑等進(jìn)行初步估計(jì)，確定選用單溢流塔板。 2.1.9 塔徑的選取 板式塔的塔徑依

11、據(jù)流量公式計(jì)算，在設(shè)計(jì)時(shí)，一般依據(jù)嚴(yán)重液沫夾帶時(shí)的極限空塔氣速來(lái)決定。在估算出塔徑后，還應(yīng)按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，并進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算。精餾段和提餾段的汽液負(fù)荷及物性是不同的，故設(shè)計(jì)時(shí)兩段的塔徑應(yīng)該分別計(jì)算，若二者相差不大，應(yīng)取較大者作為塔徑；若二者相差較大，應(yīng)采用變徑塔。 2.1.10 適宜回流比的選取 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)取實(shí)際操作回流比為最小回流比的 1.2-2.0倍。乙醇水混合物系屬易分離物系，最小回流比較小，結(jié)合此設(shè)計(jì)任務(wù)要求，操作回流比取最小回流比的

12、2.0倍。 第2.2節(jié) 設(shè)計(jì)流程 首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開(kāi)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(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)

13、溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。 本設(shè)計(jì)乙醇水混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為汽液混合物q=1 送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲(chǔ)罐,塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入貯罐。第3章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)第3.1節(jié)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F原料液流量（kmol/s）xF原料液組成（摩爾分?jǐn)?shù)）D塔頂產(chǎn)品流量（kmol/s）xD塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)）W塔底殘液流量（kmol/s）xW塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)）V0加熱蒸汽量（kmol

14、/s）M乙醇= 46.07 kg/kmolM水= 18.02 kg/kmol原料液組成xF塔頂組成xD塔底組成xW3.1.2 原料液及塔頂、塔底的平均摩爾質(zhì)量3.1.3全塔物料衡算全塔物料衡算 輕組分乙醇物料衡算所以將總物料衡算與乙醇物料衡算聯(lián)立并帶入數(shù)據(jù)解得 第3.2節(jié)理論板的計(jì)算3.2.1最小回流比的計(jì)算根據(jù)1.01325×105Pa下乙醇水的氣液平衡組成可繪出平衡曲線，即x-y曲線圖。已知乙醇水為非理想物系，其平衡曲線有下凹部分，當(dāng)操作線與q線的交點(diǎn)尚未落到平衡線上之前，操作線已經(jīng)與平衡線相切，對(duì)應(yīng)的回流比為最小的回流比。最小回流比的求法是由點(diǎn)（0.8386，0.8386）向平

15、衡線的下凹部分作切線，該線與q 線的交點(diǎn)坐標(biāo)為( )。 ，圖1 最小回流比計(jì)算圖故最小回流比為 操作回流比為 精餾段操作線方程為：精餾段操作線過(guò)（）提餾段操作線過(guò)（），線方程為：精餾段操作線方程，提餾段操作線方程和線方程交于同一點(diǎn)，所以聯(lián)立精餾段操作線方程和線方程解出交點(diǎn)為（0.1677,0.3959），又有提餾段操作線過(guò)（0.0020,0.0020），即 解得 解得提餾段操作線方程為： 3.2.2理論板數(shù)的計(jì)算已知精餾段操作線方程為以此類推：提餾段操作線方程以此類推：理論塔板數(shù)為9塊，其中第3塊為進(jìn)料板，精餾段的理論塔板數(shù)為3塊。提餾段的理論塔板數(shù)為6塊。3.2.3塔板效率的計(jì)算（1）各段溫

16、度計(jì)算 利用附表中數(shù)據(jù)由內(nèi)差法可求得 精餾段平均溫度: 提餾段平均溫度:（2）各組分的計(jì)算精餾段：液相組成 ： 得 氣相組成： 得 所以 提餾段: 液相組成 ： 得 氣相組成： 得 所以 （3）相對(duì)揮發(fā)度精餾段揮發(fā)度：由相平衡方程 則 解得 精餾段揮發(fā)度：由相平衡方程 解得 則全塔平均相對(duì)揮發(fā)度：（4）液體平均粘度計(jì)算對(duì)于多組分系統(tǒng)可按下式計(jì)算，即 液相任意組分的黏度，；液相中任意組分的摩爾分?jǐn)?shù)。塔頂物系粘度： 解得 =0.4421： 解得 =0.3651 進(jìn)料板物系粘度： 解得 =0.4686： 解得 =0.3407塔釜物系粘度： ： 解得 ： 解得 所以 3.2.3塔板效率的計(jì)算塔板總效率

17、與物系性質(zhì)、塔板結(jié)構(gòu)及操作條件都有密切的關(guān)系，由于影響因素很多，目前尚無(wú)精確的計(jì)算方法。目前，塔板效率的估算方法大體分為兩類。一類是較全面的考慮各種傳質(zhì)和流體力學(xué)因素的影響，從點(diǎn)效率出發(fā)，逐步計(jì)算出全塔效率；另一類是簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法。奧康奈爾方法目前被認(rèn)為是較好的簡(jiǎn)易方法。對(duì)于精餾塔，奧康奈爾法將總板效率對(duì)液相黏度與相對(duì)揮發(fā)度的乘積進(jìn)行關(guān)聯(lián)，表達(dá)式如下：所以全塔效率3.2.4實(shí)際板數(shù)的計(jì)算實(shí)際板數(shù)： 精餾段實(shí)際板數(shù): 提餾段實(shí)際板數(shù): 第3.3節(jié)平均參數(shù)的計(jì)算3.3.1操作壓力的計(jì)算塔頂壓強(qiáng)： 取每層塔板壓降進(jìn)料板壓強(qiáng)： 塔釜壓強(qiáng)： 精餾段平均操作壓強(qiáng)：提餾段平均操作壓強(qiáng)：3.3.2氣液兩相平

18、均密度的計(jì)算（1）各液相平均密度的計(jì)算利用附錄4中不同溫度下乙醇和水的密度，由各進(jìn)、出料口液相組成求取個(gè)液相平均密度。由 計(jì)算 ，單位 塔頂物系密度： 解得 =： 解得 =972.819質(zhì)量分率：乙醇= 水=1-乙醇=1-0.9300=0.0700所以即進(jìn)料板物系密度： 解得 =733.030： 解得 =969.231質(zhì)量分率：乙醇= 水=1-乙醇=1-0.3400=0.6600所以即塔釜物系密度： ： 解得 ： 解得 質(zhì)量分率： 所以即 則精餾段的液相平均密度：提餾段的液相平均密度：（2）各氣相平均密度的計(jì)算 由 計(jì)算精餾段的氣相平均密度：提餾段的氣相平均密度：3.3.3液體平均表面張力的計(jì)

19、算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 （1）塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由，通過(guò)查表4并計(jì)算： =： =（2）進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由，通過(guò)查表4并計(jì)算： =： =（3）塔底液相平均表面張力的計(jì)算 由，通過(guò)查表4并計(jì)算： ： 所以精餾段液相平均表面張力為： 提餾段液相平均表面張力為：3.3.4氣液兩相平均體積流率的計(jì)算 在前面的計(jì)算中已經(jīng)得出：最小回流比為：操作回流比為：（1）精餾段摩爾流率 質(zhì)量流率 體積流率 （2）提餾段摩爾流率 質(zhì)量流率 體積流率 第3.4節(jié)塔徑的初步設(shè)計(jì)3.4.1精餾段塔徑的計(jì)算由 其中 其中的 需從史密斯關(guān)系圖中查出。橫坐標(biāo)為：取板間距，板上液層高度，則 查圖2

20、史密斯關(guān)系圖得： 所以 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 則空塔氣速為 圖2 史密斯關(guān)聯(lián)圖 3.4.2提餾段塔徑的計(jì)算由 其中 其中的 需從史密斯關(guān)系圖中查出。橫坐標(biāo)為：取板間距，板上液層高度，則 查圖2 史密斯關(guān)系圖得： 所以 取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 塔截面積為 則空塔氣速為 由于精餾段與提餾段塔徑相差不大，故精餾塔徑取為第3.5節(jié)塔高的計(jì)算3.5.1 塔的有效高度精餾段有效高度提餾段有效高度全塔有效高度3.5.2 塔高計(jì)算塔高=第章 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第4.1節(jié) 溢流裝置計(jì)算因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用平直堰，凹形受液管。各項(xiàng)

21、計(jì)算如下。4.1.1堰長(zhǎng)的計(jì)算 4.1.2溢流堰高度的計(jì)算 由，選用平直堰，堰上液層高度由下式計(jì)算 其中近似取 對(duì)于精餾段有 取板上清液高度，則 對(duì)于提餾段有 則 4.1.3弓形降液管寬度和截面積的計(jì)算 由 查弓形降液管的參數(shù) 得 所以 驗(yàn)算液體在降液管中停留的時(shí)間，即 精餾段 提餾段 故降液管設(shè)計(jì)合理。4.1.4 降液管底隙高度對(duì)于精餾段取降液管底隙流速 對(duì)于提餾段取降液管底隙流速 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度第4.2節(jié) 塔板及篩板設(shè)計(jì)4.2.1塔板的結(jié)構(gòu)尺寸（1）塔板的分布：因 選用分塊式塔板 （2）邊緣區(qū)寬度確定：取破沫區(qū)寬度,無(wú)效區(qū)寬度（3）鼓泡區(qū)面積的計(jì)算 鼓泡區(qū)面

22、積按下式計(jì)算 其中 所以 4.2.2篩孔取篩孔孔徑dd=5mm篩孔厚度孔心距t 則塔板開(kāi)孔率篩孔數(shù)n第4.3節(jié) 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算4.3.1氣相通過(guò)篩板塔板的壓降可以根據(jù)式，來(lái)計(jì)算。干板壓降的計(jì)算其中 所以板上液層壓降計(jì)算公式為：液體表面張力所引起的壓降由下式計(jì)算： （液柱）因此 （液柱）每層板的 4.3.2液泛為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要控制降液管高度。此處取。液泛計(jì)算單層氣體通過(guò)塔板壓降為：液體通過(guò)降液管的壓頭損失為：板上液層高度則 已知， 有顯然 ，因此精餾段滿足條件，不會(huì)發(fā)生液泛。4.3.3霧沫夾帶4.3.4漏液的驗(yàn)算篩板的穩(wěn)定系數(shù)故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液第5章 塔板負(fù)荷性能圖 第5

23、.1節(jié) 霧沫夾帶線依式 式中代入得第5.2節(jié) 液泛線 近似取 取將聯(lián)立可得第5.3節(jié) 液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)滿足其再降液管內(nèi)停留的時(shí)間不低于3-5s。 以作為液體在降液管中的停留時(shí)間下限，則： 第5.4節(jié) 漏液線由、代入漏液點(diǎn)氣速式得 將A0=0.05396m2代入上式整理，得據(jù)此可以做出與液體流量無(wú)關(guān)的漏液線，即氣相負(fù)荷下限線。第5.5節(jié) 液相負(fù)荷下限線 取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，做出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。由式： 解得 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直的液相負(fù)荷下限線。第5.6節(jié) 塔板負(fù)荷性能圖根據(jù)上面求出的各段的符合性能曲線分別畫出塔板負(fù)荷性能曲線圖

24、。第6章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)第61節(jié) 冷凝器1冷凝器的選擇：強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器 冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐，這樣可以減少臺(tái)架，且便于維修、安裝，造價(jià)不高。2冷凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量設(shè)計(jì)流程要求泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料濃度下的泡點(diǎn)溫度為83.94。原料溫度為45。釜?dú)堃簻囟葹?9.28，擬定將釜液降至55排出。 =1.157kg/s=kg/s根據(jù)溫度查相關(guān)表得 ） ）=0.00892*2.7025+（1-0.00892）4.1748=4.043KJ/（kg*）取傳熱系數(shù)K=取安全系數(shù)為1.1，則實(shí)際傳熱面積冷凝器計(jì)算取水進(jìn)口溫度為25，水的出口溫度為35，

25、塔頂全凝器出來(lái)的有機(jī)液D=0.6237kg/s, 溫度為78.3，降至35按 產(chǎn)品冷卻前后的平均溫度查表算比熱容所用水量取總傳熱系數(shù)取安全系數(shù)為1.1則第6.2節(jié) 再沸器采用飽和水蒸汽間接加熱，逆流操作焓I： 做全塔平衡式：解得：=134066.25(kJ/h)壓力=121.4kPa(表)時(shí)， 因?yàn)樵O(shè)備蒸汽熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%，所以所需蒸汽的質(zhì)量流量為：:加熱蒸汽的冷凝潛熱 塔釜產(chǎn)品溫度不變，為121.32，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，蒸汽溫度也不變，為130，由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài) 選擇取安全系數(shù)為0.8，則：采用加熱管的直徑為：19×2mm表6.1 塔釜再沸器規(guī)格公稱直徑/mm公稱壓力管

26、程數(shù)N管子根數(shù)n40011108中心排管數(shù)管程流通面積/計(jì)算換熱面積/換熱管長(zhǎng)度/mm90.004819.33000第7章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總第7.1節(jié) 各主要流股物性匯總表1 各主要流股物性匯總 項(xiàng)目 符號(hào)單位塔頂D進(jìn)料F塔底W溫度78.2783.9499.28壓力(絕壓)101.325111.125106.225液相組成0.83860.16770.0020液相平均密度749.618875.53925.35液體平均粘度0.42970.36210.2864表面張力24.62254.28758.850第7.2節(jié) 篩板塔設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表2 篩板塔設(shè)計(jì)參數(shù)匯總項(xiàng)目符號(hào)單位精餾段提餾段最小回流比Rmin0.9

27、703回流比R1.9406各段平均壓力P106.225108.675各段平均溫度t81.10591.61摩爾流率氣相Lkmol/h70.48253.839液相Vkmol/h106.79106.79質(zhì)量流率氣相Lmkg/h1976.264858.48液相Vmkg/h3714.162792.56體積流率氣相LSm3/s0.000680.00147液相VSm3/s0.82540.8252液相平均組成x0.35710.0398氣相平均組成y0.59740.2898液相平均密度749.618915.35氣相平均密度1.250.94液相平均分子量27.9619.15氣相平均分子量34.7526.21液相表

28、面張力39.45556.569理論板數(shù)NT36塔徑Dm0.9板間距HTm0.450.45塔板形式單溢流弓形降液管（分塊式塔板）空塔氣速um/s0.380.38堰長(zhǎng)lWm0.5940.594堰高h(yuǎn)Wlm0.0060.006篩孔數(shù)n個(gè)2066篩孔孔徑d0mm5篩孔厚度mm2.5開(kāi)孔率7.40%孔心距tm0.075降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.1475氣相負(fù)荷上限VSmaxm3/s2.2943.062氣相負(fù)荷下限VSminm3/s0.7390.669液相負(fù)荷上限LSmaxm3/s0.005103液相負(fù)荷下限LSminm3/s0.0003657參考文獻(xiàn)1賈紹義，柴誠(chéng)敬主編化工傳質(zhì)與分離過(guò)程北京：化學(xué)工業(yè)

29、出版社，20092柴誠(chéng)敬，張國(guó)亮主編化工流體流動(dòng)與傳熱北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20083賈紹義，柴誠(chéng)敬主編化工原理課程設(shè)計(jì)(化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì))北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20064劉光啟，馬連湘，邢志有主編化工物性算圖手冊(cè)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025劉光啟，馬連湘，劉杰主編化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)(有機(jī)卷)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20026劉光啟，馬連湘，劉杰主編化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)(無(wú)機(jī)卷)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002附錄附錄1 主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明單位符號(hào)說(shuō)明單位C乙醇堰長(zhǎng)W水溢流堰高度D塔頂堰上層高度F進(jìn)料板弓形降液管高度W塔釜截面積L液相塔截面積V氣相液體在降液管中停留時(shí)間sM摩爾質(zhì)

30、量h0降液管底隙高度最小回流比邊緣區(qū)高度N實(shí)際塔板數(shù)開(kāi)孔區(qū)面積P壓強(qiáng)t同一排孔中心距T溫度開(kāi)孔率密度n篩孔數(shù)目表面張力氣體通過(guò)閥孔氣速粘度干板阻力液柱塔板間距h1氣體通過(guò)降液層阻力液柱板上液層高度氣體通過(guò)表面張力阻力液柱u空塔氣速hp氣體通過(guò)每層塔板液柱高度D直徑氣體通過(guò)每層塔板的壓降附錄2 乙醇水系統(tǒng)的氣液平衡數(shù)據(jù)表沸點(diǎn)t/乙醇摩爾數(shù)/%沸點(diǎn)t/乙醇摩爾數(shù)/%液相x氣相y液相x氣相y99.90.0040.05382.027.3056.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.642.0962.2299.50.121.5780.148.9264.70

31、99.20.232.9079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.7572.3676.9391.34.1629.9278.675.9979.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41附錄3 不同溫度下乙醇和水的粘度溫度 水粘度 乙醇粘度 t/ 0 1.7921 1.773 1.82 1.70 10 1.3077 1.466 1.49 20