甲醇—水混合液篩板精餾塔設計

1、課程設計任務書專業(yè) 高分子材料與工程 班級 01 學生姓名 發(fā)題時間： 2012 年 6 月 6 日一、 課題名稱甲醇水混合液篩板精餾塔設計二、 課題條件（原始數(shù)據(jù)） 原料：甲醇、水 年處理量： 20000t料液初溫： 25冷卻水溫度：30塔底廢水中甲醇含量不高于0.5%（質量分率）塔頂易揮發(fā)組分回收率：99.4%操作壓力：4kpa（塔頂常壓）回流比：最小回流比的2倍單板壓降：進料狀態(tài)：飽和液體進料塔頂采用全凝器，泡點回流塔釜：飽和蒸汽間接加熱塔板形式：篩板 生產時間：330天/年，每天24h運行全塔效率：ET 設備形式：篩板塔 廠址：武漢地區(qū)三、參考文獻1陳敏恒等.化工原理.第二版化.學工業(yè)

2、出版社.19992譚天恩,麥本熙,丁惠華.化工原理(上、下冊) .第二版.北京：化學工業(yè)出版 社,1998 3姚玉英.北京：化學工業(yè)出版社,19984賈紹義,柴誠敬主編.化工原理課程設計.天津:天津大學出版社,20025李功樣,陳蘭英,崔英德主編.常用化工單元設備設計.廣州:華南理工大學出版社,20036涂偉萍,陳佩珍,程達芬主編.化工工程及設備設計.北京:化學工業(yè)出版社,20007錢頌文主編.換熱器設計手冊.北京: 化學工業(yè)出版社,20028化工過程及設備設計.廣州：華南工學院出版社，19869化工設計手冊編輯委員會.化學工程手冊，第1篇化工基礎數(shù)據(jù)；第8篇傳熱設備及工業(yè)生產.北京：化學工業(yè)

3、出版社，198610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，2001四、設計內容（包括設計、計算、論述、實驗、應繪圖紙等根據(jù)目錄列出大標題即可）1 設計方案的選定2精餾塔的物料衡算3塔板數(shù)的確定4精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算（加熱物料進出口溫度、密度、粘度、比熱、導熱系數(shù)）5精餾塔塔體工藝尺寸的計算6塔板主要工藝尺寸的計算7塔板的流體力學驗算8塔板負荷性能圖（只做精餾段）9換熱器設計10餾塔接管尺寸計算11制生產工藝流程圖（帶控制點、機繪，A2圖紙）12繪制板式精餾塔的總裝置圖（包括部分構件）（手繪，A1圖紙）13撰寫課程設計說明書一份 設計說明書注意事項

4、：寫出詳細計算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來源；每項設計結束后列出計算結果明細表；設計最終需裝訂成冊上交。五、進度計劃（列出完成項目設計內容、繪圖等具體起始日期）1.下達設計任務書收集資料，閱讀教材，擬定設計進度 2天2.初步確定設計方案及設計計算內容 5-6天3.繪制總裝置圖、工藝流程圖 2-3天4.整理設計資料，撰寫設計說明書 2天5.答辯 1天指導教師（簽名）： 年 月 日 學科部（教研室）主任（簽名）： 年 月 日說明：1學生進行課程設計前，指導教師應事先填好此任務書，并正式打印、簽名，經學科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學生。設計裝訂時應將此任務書訂在設計說明書首頁。2如果設計技術參

5、數(shù)量大，可在任務書后另設附表列出。3所有簽名均要求手簽，以示負責。（共3頁）目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 化工原理課程設計的目的和要求11.2 化工原理課程設計的內容和步驟11.3 精餾操作對塔設備的要求21.4 板式塔概述33第二章 總體設計方案的確定5569111518第四章 塔板的流體力學的驗算224.1 塔板壓降224.2 液面落差234.3 液沫夾帶234.4 漏液244.5 液泛2425第五章 塔附件設計3333345.3 塔的總體高度設計38總 結39致 謝40參考文獻41附 錄42摘 要精餾是化工生產、石油化工煉油生產過程中進行液體混合分離的一個重要操

6、作，在提高生產過程的經濟效益和產品質量中起著舉足輕重的作用。本設計的任務是分離甲醇-水溶液的混合物，提純甲醇達到一定的純度。采用的分離設備是篩板式精餾塔。設計根據(jù)給定任務書首先對精餾裝置的流程、操作條件、主要設備選型進行討論，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，最后計算塔板的主要工藝尺寸，進行流體學驗證，看結果是否符合設計要求，繪制精餾過程的工藝流程圖和篩板精餾塔的裝配圖。關鍵詞：精餾塔；篩板式；甲醇AbstractRectification is chemical industry, petrochemical, refining process

7、 to separate liquid mixtures. Rectification is an important action. In improving the economic efficiency of production processes and product quality plays an important role. This design task is to separate a mixture of methanol in aqueous solution , purification of methanol up to a certain purity. S

8、eparation equipment is used sieve-type rectifying tower. Designed according to the given tasks are first on the process of rectification equipment, operating conditions, equipment selection for the main paper, and then determine the rectifying tower by calculating the board of 19 pieces and the heig

9、ht of 12.08 meters,0.8meters diameter tower, the final calculation of the main tray Process size, check for fluid dynamics, to see whether the results meet the design requirements, process maps drawn rectification unit. Keywords:rectifying tower；sieve-type；methanol第一章 緒論1.1 化工原理課程設計的目的和要求課程設計是化工原理課程

10、的一個總結性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關選修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練。在整個教學計劃中，它也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。 課程設計不同于平時的作業(yè)，在設計中需要學生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進行過程和設備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經過反復的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設計。所以，課程設計是培養(yǎng)學生獨立工作能力的有益實踐。 通過課程設計,學生應該注重以下幾個能力的訓練和培養(yǎng)： 1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產現(xiàn)場中搜集)的能力； 2. 樹立既考慮技術上的先進性與可行性，又考慮經濟

11、上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力；3. 迅速準確的進行工程計算的能力；4. 用簡潔的文字，清晰的圖表來表達自己設計思想的能力。1.2 化工原理課程設計的內容和步驟 （一）課程設計的基本內容 1. 設計方案簡介 對給定或選定的工藝流程，主要的設備型式進行簡要的論述； 2. 主要設備的工藝設計計算 包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設備的工藝尺寸計算及結構設計； 3. 典型輔助設備的選型和計算 包括典型輔助設備的主要工藝尺寸計算和設備型號規(guī)格的選定； 4. 帶控制點的工藝流程簡圖 以單線圖的形式繪制，標出主體設備和

12、輔助設備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測量點；5. 主體設備工藝條件圖 圖面上應包括設備的主要工藝尺寸，技術特性表和接管表；完整的課程設計由說明書和圖紙兩部分組成。說明書是設計的書面總結，也是后續(xù)設計工作的主要依據(jù)，應包括以下主要內容：（1）封面（課程設計題目、班級、姓名、指導教師、時間 ）；（2）設計任務書；（3）目錄；（4）設計方案簡介；（5）設計條件及主要物性參數(shù)表；（6）工藝設計計算；（7）輔助設備的計算及選型；（8）設計結果匯總表；（9）設計評述及設計者對本設計有關問題的討論；（10）工藝流程圖及設備工藝條件圖；（11）參考資料。1.3 精餾操作對塔設備的要求 精餾所進行的

13、是氣(汽)、液兩相之間的傳質，而作為氣(汽)、液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質效率。但是，為了滿足工業(yè)生產和需要，塔設備還得具備下列各種基本要求： (1) 氣(汽)、液處理量大，即生產能力大時，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。 (2) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 (3) 流體流動的阻力小，即流體流經塔設備的壓力降小，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

14、持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 (4) 結構簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節(jié)和檢修。 (6) 塔內的滯留量要小。實際上，任何塔設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，設計時應根據(jù)物系性質和具體要求，抓住主要矛盾，進行選型。1.4 板式塔概述板式塔是一種應用極為廣泛的氣液傳質設備，它由一個通常呈圓柱形的殼體及其中的按一定間距水平設置的若干塊塔板所組成。板式塔正常工作時，液體在重力作用下自上而下通過各層塔板后由塔底排出；氣體在壓差推動下，經均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排除，在每塊塔板上皆貯有一定的液體，氣體穿過

15、板上液層時，兩相接觸進行傳質。板式塔的主要構件是塔板。本設計采用篩孔塔板，塔板的主要構造如下部分。（1）塔板上的氣體通道篩孔。為保證氣液兩相在塔板上能夠充分接觸并在總體上實現(xiàn)兩相逆流，塔板上均勻地開有一定數(shù)量的供氣體自下而上流動的通道。氣體通道的形式很多，對塔板性能的影響極大，各種塔板的主要區(qū)別就在于氣體通道的形式的不同。（2）溢流堰。為保證氣液兩相在塔板上有足夠的接觸表面，塔板上必須貯有一定量的液體。為此，在塔板的出口端設有溢流堰。塔板上的液層高度或溢液量在很大程度上由堰高決定。最常見的溢流堰，其上緣是平直的。（3）降液管。作為液體自上層塔板流至下層塔板的通道，每塊塔板通常富有一個降液管。板

16、式塔在正常工作時，液體從上層塔板的降液管流出，橫向流過開有篩孔的塔板，翻越溢流堰，進入該層塔板的降液管，流向下層塔板。 本設計按以下幾個階段進行： （1） 設計方案確定和說明。根據(jù)給定任務，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設備型式及其材質的選取等進行論述。 （2）蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。 （3）塔板設計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學校核計算。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備圖。第二章 總體設計方案的確定確定設計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設備的結構型

17、式和某些操作指標。本設計任務為分離甲醇-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，將原料液通過預加熱器至泡點后送入精餾塔內。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，其余部分經產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。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。下面結合課程設計的需要，對某些問題作些闡述。操作壓力蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性進行考慮。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

18、料，但壓力降低將導致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應在加壓下進行蒸餾。當物性無特殊要求時，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?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，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。 進料狀態(tài)進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產中進料狀態(tài)有多種，本設計選擇的進料方式是泡點進料。但一般都將料液預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

19、點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設計和制造上提供了方便。 加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。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，但是由于直接蒸汽加熱的加入，對釜內溶液起一定的稀釋作用，在進料條件和產品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應降低，要在精餾段增加塔板以達到生產要求。根據(jù)任務書的要求，對于本次任務采用間接蒸汽加熱更為簡單，方便。確定設計方案總的原則是在可能的條件下，盡量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

20、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)

21、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?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。 降低生產成本是各部門的經常性任務，因此在設計時，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，應結合具體條件，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

22、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 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 塔板的工藝計算3.1 精餾塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率表3-1甲醇-水相關物性參數(shù)表項目分子式摩爾質量M沸點 /臨界溫度臨界壓強Pc/Kpa甲醇ACH3OH水BH2O100甲醇的摩爾質量 M甲醇

23、水的摩爾質量 M水進料板產品的摩爾分率：= 塔頂產品的摩爾分率： =塔頂產品的摩爾分率： =原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量進料板產品的平均摩爾質量：塔頂產品的平均摩爾質量： =0.9947×32.04+(1-0.9947）×塔釜產品的平均摩爾質量： 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 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 3-2 甲醇-水的氣液平衡組成溫度液相氣相溫度液相氣相31978856870=得到相平衡方程 y=因為泡點進料，所以=1 且點過相平衡線 則=0.94 取操作回流比 精餾塔的氣液相負荷精餾

24、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：操作線方程精餾段操作線方程 =提餾段操作線方程 -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 ，如此反復得氣相組成 y 及液相組成x如下： =0.9947 =0.9818 =0.9446 =0.8541 =0.7032 =0.5603 =0.3995 =0.2308 =0.1101 =0.0455 =0.02578 5×10-3 8×10-3 4×10-3當后，改用相平衡方程與提餾段操作方程 可得到進料板位置 =6總理論板數(shù) =12 <包括再沸器&

25、gt;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）操作壓力計算塔頂操作壓力 每層塔板壓力降 D進料板壓力 =105.3+0.7×塔底壓力 精餾段平均壓力 =提餾段平均壓力 = 操作溫度計算（內插法得）根據(jù)甲醇-水的氣-液平衡組成表，再通過內插法得：塔頂溫度 進料板溫度 塔釜溫度 精餾段平均溫度 =提餾段平均溫度 =平均摩爾質量的計算塔頂平均摩爾質量計算由=0.9947 通過相平衡方程求得 進料板平均摩爾質量計算通過逐板計算得進料板=0.5603，再通過相平衡方程得塔釜平均摩爾質量的計算由=0.002818 查平衡曲線得 精餾段平均摩爾質量=提餾

26、段平均摩爾質量= 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 =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5060708090100760751743734725716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，由內插法得 =進料板液相平均密度計算 由=78.3 查表3-3，由內插法得 進料板液相的質量分率 提餾段液相平均密度計算 由tw 查表3-3，由內插法得 精餾段液相平均密度為 提餾段液相平均密度 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，由內插法得

27、進料板液相平均表面張力的計算 由查表3-3，由內插法得 塔釜液相平均表面張力的計算 由查表3-3，由內插法得 精餾段液相平均表面張力為 提餾段液相平均表面張力為 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，由內插法得 進料板液相平均粘度計算 由查表3-3，由內插法得 s 塔釜液相平均粘度計算 由查表3-3，由內插法得 精餾段液相平均黏度為: 提餾段液相平均黏度為: 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) 圖篩板塔的泛點關聯(lián)圖 取板間距=得到最大空塔氣速取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速按標準塔

28、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，符合設計要求)提餾段同理查閱篩板塔泛點關聯(lián)圖= 取板間距=0.35m 查圖得=/s同上取安全系數(shù)0.8 =0.8 D= 圓整取D=0.8m 同上實際空塔氣速=（符合安全系數(shù)范圍，設計合理）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 設計兩個人孔，設置人孔的兩塊板

29、的間距為0.7m。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= 取E=1.03 查圖3.2得計算得 = 取板上清液高度為 弓形降液管寬度和截面積由得 所以 =0.1D=0.1×0.8=所以依式計算液體在降液管中的停留時間精餾段：q= > 35s（故設計合理）提餾段：q= >35s(故設計合理)降液管底隙高度= =/s精餾段： 提餾段： 故降液管設計合理，選用凹形受液盤=52.65mm 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/mm800120014001600

30、1800200022002400塔板分塊數(shù)3456塔板查表3-5可知分為3塊(2)邊緣區(qū)寬度確定取=0.04m (3)開孔區(qū)面積計算=2（）故=2（）(4)篩孔計算及其排列選用d=3mm碳鋼板，取篩孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為 t=3.1 =3.篩孔數(shù)目n為 開孔率 f=0.907×=9.44%氣體通過閥孔的氣速精餾段 =提餾段 =第四章 塔板的流體力學的驗算4.1 塔板壓降干板阻力計算：（由查圖有）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= =/查圖，由=1.4619 得b圖4.2 充氣系數(shù)e。與Fa的關聯(lián)圖=0.59×（0.05265+

31、0.00735）=液柱ua=/查圖4.2，由b 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 =（設計允許值）=（設計允許值）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驗，一般 故在本設計中液沫夾帶量及在允許范圍內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=提餾段實際孔速=18.73>穩(wěn)定系數(shù)K=4.5 液泛為防止塔內發(fā)生液泛，降液管內液層高及應服從下式j（）j取0.5； j（+）j（）=0.5×

32、;（）=液柱j（）×（）=0.199 m液柱而；板上不設進口堰=液柱=0.07629+0.06+0.001=液柱<液柱=0.0669+0.06+0.001=0.1279 m液柱<液柱故在本設計中不會出現(xiàn)液泛現(xiàn)象 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，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表表4-1 、數(shù)據(jù)表（），由上表數(shù)字即可作出漏液線1。 液沫夾帶線以液/氣為限，求精餾段Vs-Ls關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

33、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，任取幾個Ls（Ls）值，依上式計算出值，計算結果列于下表表4-2 ，值（），由上表得出液沫夾帶線2。 液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度，作為最小液體負荷標準，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的垂直液相負荷下限圖3。 液相負荷上限線以=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的垂直液相負荷上限圖4。 液泛線令由式中，故精餾段的氣體體積流率的平方提餾段的

34、氣體體積流率的平方在操作范圍內，任取幾個值，依上式計算出值，計算結果列于下表表4-3，值由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。 塔板負荷性能圖根據(jù)所求數(shù)據(jù)作出的負荷性能圖如下 塔板操作負荷性能圖在負荷性能圖4.3上可以看出，該篩板的操作上線為液泛控制，下限為液相負荷下限控制。由圖5-1查得 故操作彈性為 篩板塔工藝計算結果匯總表4-4 篩板塔工藝設計計算結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平均壓強kPa氣相平均流量m3/s液相平均流量m3/s液相平均摩爾質量kg/kmol氣相平均摩爾質量kg/ kmol氣相平均密度kg/ m3液相平均密度kg/ m3液體平均表面張力mN/m項目符號單位數(shù)

35、值/形式精餾段提鎦段液體平均粘度mPa.s397實際塔板數(shù)N塊910板間距m含有人孔板的板間距m0.7人孔直徑m塔有效高度m塔徑m塔頂高度m進料板高度m塔底空間高度m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口堰形式不設堰長m堰高m溢流堰寬度m管底與受液盤距離m板上清液層高度m項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段安定區(qū)寬度m邊緣區(qū)寬度m開孔區(qū)面積m20.3703篩孔直徑mm篩孔數(shù)目n個2189孔中心距tmm開孔率%篩孔氣速m/s每層板上開孔面積m2干板阻力m369242氣體穿過板上液層的阻力m0.035472克服表面張力的阻

36、力m99551總塔板壓強kPa7629669單板壓強Pa6096霧沫夾帶線kg液/kg氣漏液速度m/s篩板穩(wěn)定系數(shù)2.02液體在降液管停留時間s穩(wěn)定系數(shù)降液管內清液層高度m37290.1279液相負荷上限m3/s2285522855項目符號單位數(shù)值/形式精餾段提鎦段液相負荷下限 m3/s409404094操作彈性塔板分塊形式3塊冷凝器熱負荷kJ/s再沸器熱負荷kJ/s進料管管徑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塔釜進氣管mm191第五章 塔附件設計 冷凝器的選擇有機物蒸氣冷凝器設計選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為5001500kcal/(本設計取=600w

37、/()。（飽和氣）（飽和液）冷卻水溫度：3040逆流操作： =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+（）×2378=0.7303×1226A=表5-1 冷凝器選擇的相關參數(shù)設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f600mm2232163000mm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：100 熱流體溫度：120120逆流操作：=20 =同上 查

38、表知此溫度下 1100+（1-0.002818）×2400=2396 表5-2 再沸器選擇的相關參數(shù)設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f700mm4322214500mm 接管（1）進料管進料管的結構類型很多，有直管進料管、彎管進料管、T形進料管。本設計采用直管進料管，管徑計算如下：D= 取=/s表5-3 不同溫度下甲醇和水的密度791785進料，此溫度下（ ）=D=由<<化工原理設計手冊>>查表取f32×3（2）回流管采用直管回流管 取uR=同理，查上表取f89×4（3）塔釜出料管 取uw=查

39、上表取f38×3（4） 塔頂蒸氣出料筒 直管出氣，取出口氣速u=20m/sD=查上表取f273×8（5）塔釜進氣管 采用直管 取氣速u=23m/sD=查上表取f273×8（6）法蘭本設計常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應的法蘭。進料管接管法蘭：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塔釜蒸汽進氣法蘭：PN0.2 DN200 G

40、B-T1047-2005 筒體與封頭（1）筒體壁厚選6mm，所用材質為A3 （2）封頭封頭本設計采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=800mm,曲面高度200mm，直邊高度25mm，內表面積，容積，選取風同樣DN800×6。（選自常用化工單元設備設計附表1（A）橢圓封頭尺寸與質量（JB/T4729-94） 除沫器當空塔氣速較大帶液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設置除沫器，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。本設計采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比面積大、質量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點。設計氣速選?。?/p>

41、，系數(shù)，除沫器直徑： 吊柱塔徑D=800mm，可選用吊柱250，S=600mm，L=3150mm，H=900mm，材料用A3。 裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小，所用它是塔設備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內徑>800mm，故裙座壁厚取16mm?；A環(huán)內徑：基礎環(huán)外徑：圓整：=1600mm，=2200mm；基礎環(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。 人孔人孔是安裝和檢修人員進出塔的惟一通道，人孔的位置應便于進入任何一層塔板，由于設置人孔處塔間距離大且人孔設備過少會使制造時塔體的彎曲度

42、難于達到要求 塔中共19塊板，設置4個人孔，第6塊和第7塊板之間設一塊，第12塊和第13塊板之間設一塊，每個孔直徑為450mm，人孔處的板間距取700mm，塔頂和塔釜各設一人孔，裙座上再開2個人孔，直徑為450mm，人孔伸入塔內部與塔內壁修平，其邊緣倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面及墊片用材與塔的接管法蘭相同。 進料段進料板設置在第9塊板和第10塊板之間，高度為700mm。5.3 塔的總體高度設計 塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，塔頂部空間高度設1200mm。 塔的底部空間高度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5min

43、。= 塔體高度塔高，m； 沒人孔處的板間距，m； 實際塔板數(shù)； 板間距，m； 裙座高度，m； 進料板處板間距，m；人孔數(shù)； 塔底空間高度，m； 塔頂空間高度?？?結 通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關精餾塔方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。在這次設計過程中，我覺得最重要的是先查閱大量的有關本設計的資料，讀懂并理解指導老師發(fā)的參考資料，只有這樣，才能對自己所設計的課題有一個整體的思路和方案，在后續(xù)的設計過程中的才能做到水到渠成。其次，要有足夠的耐心，以及嚴謹?shù)膽B(tài)度面對接下來

44、的龐大的計算量。最后，在完成整個設計過程后，要繪制一個裝配圖，我覺得，只有前面的設計過程完全弄懂了，畫裝置圖時才能得心應手，胸有成竹，一氣呵成?？偟膩碚f，整個設計過程都需要我們嚴謹，認真的處理每一個步驟。其次，在這次設計過程中，我也學會了如何將書本上學到的理論知識靈活運用于實際設計中，帶著問題去思考進行每一個環(huán)節(jié)，只有這樣才能達到活學活用的效果并且提高學習效率。這次課程設計即將結束了，但我從里面學到的東西將終身受用。發(fā)現(xiàn)，提出，分析解決問題能力的提高都會在我以后的學習生活中受用。設計過程，好比是我們成長的歷程，常有一些不如意，但畢竟是第一次做課程設計，難免會遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發(fā)

45、現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學知識的理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我通過查閱大量的有關資料，并在小組中積極參與討論，交流經驗，若遇到是在弄不清楚的問題就及時向老師請教，設計的過程雖然充滿了艱辛，但確實學到了很多東西，付出的一切努力都是值得的。 在整個設計過程中，我都要感謝我的指導老師陶老師對我的教導與幫助，感謝同學們的相互幫助和支持。 限于我的水平，設計中難免有不足和謬誤之處，懇請老師批評指正。致 謝 為期兩周的課程設計已經接近尾聲，回顧這匆匆而去的兩周，我心里百感交集。從開始接到任務書時的茫然及不知所措，再到加班加點的設計計算及反復的驗證修改時的煩躁憂慮，最后是即將定稿的喜悅。在這過程中，萬分感謝指導老師陶老師對我所提出的疑難問題的詳細指導和解答，為我的后續(xù)設計節(jié)約了大量的時間，對整個設計過程有了整體而明確的方向。更重要的是，讓我深刻體會到了課程設計的意義，如何將課本上的靈活運用到我的設計之中。