7200噸每年乙酸乙酯乙酸丁酯精餾塔裝置設(shè)計

1、首屆山東省“隆騰雙利杯大學(xué)生化工過程實驗技能競賽7200 噸噸/年乙酸乙酯年乙酸乙酯乙酸丁酯乙酸丁酯精餾裝置設(shè)計精餾裝置設(shè)計設(shè) 計 人： 單 位： 指導(dǎo)教師: 完成時間: 2021-12-8目目 錄錄課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書 .I摘摘 要要.II第一章第一章 文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述.1第二章第二章 設(shè)計方案確實定設(shè)計方案確實定.22.1 操作條件確實定.22.2 確定設(shè)計方案的原那么.2第三章第三章 塔體計算塔體計算.43.1 設(shè)計方案確實定.43.2 精餾塔的物料衡算.43.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量.43.2.2 物料衡算.53.3 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量.53.3.1 熱

2、量計算.53.3.2 熱能利用.63.4 塔板數(shù)確實定 .73.4.1 理論塔板層數(shù)確實定.73.4.2 全塔效率的估算.8實際塔板數(shù).9第四章第四章 精餾塔主體尺寸的計算精餾塔主體尺寸的計算.104.1 精餾塔的體積流量的計算.104.1.1 精餾段體積流量.104.1.2 提餾段體積流量.114.2 塔徑的計算.124.3 塔高的計算 .14第五章第五章 塔板結(jié)構(gòu)尺寸確實定塔板結(jié)構(gòu)尺寸確實定.155.1 塔板結(jié)構(gòu) .155.2 塔板尺寸.155.2.1 塔板根本尺寸.15篩孔數(shù)目.165.3. 弓形降液管.165.3.1 堰高.165.3.2 降液管底隙高度.165.4 篩孔排列.17第六

3、章第六章 流體力學(xué)驗算及塔板負(fù)荷性能圖流體力學(xué)驗算及塔板負(fù)荷性能圖.186.1. 氣體通過精餾段的壓力降(單板壓降).186.1.1 干板阻力.186.1.2 液層壓力降.186.1.3 由外表張力引起的阻力.186.2. 精餾段漏液驗算.186.3. 精餾段液泛驗算 .196.4. 精餾段霧沫夾帶驗算.196.5. 氣體通過提餾段的壓力降(單板壓降).196.5.1 干板阻力.196.5.2 液層壓力降.196.5.3 由外表張力引起的阻力.206.6. 提餾段漏液驗算 .206.7. 提餾段液泛驗算.206.8. 提餾段霧沫夾帶驗算.216.9. 精餾段操作性能負(fù)荷圖.216.9.1 霧沫

4、夾帶上限線.216.9.2 液泛線.216.9.3 液體負(fù)荷上限線.226.9.4 漏液線.226.9.5 液相負(fù)荷下限線.226.10 提餾段操作性能負(fù)荷圖.236.10.1 霧沫夾帶上限線.236. 10.2 液泛線.236.10.3 液體負(fù)荷上限線.246.10.4 漏液線.246.10.5 液相負(fù)荷下限線.24第七章第七章 塔附件設(shè)計塔附件設(shè)計.257.1 泵的計算及選型 .257.2. 換熱器 .257.2.1 設(shè)計任務(wù)及確定設(shè)計方案.257.2.1 換熱器計算.257.2.1 換熱器核算.27附：填料塔的填料層高度的計算附：填料塔的填料層高度的計算.30設(shè)計小結(jié)設(shè)計小結(jié).32附錄附

5、錄.33參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書一、課題名稱乙酸乙酯乙酸丁酯別離過程板式精餾塔篩板塔設(shè)計。二、課題條件原始數(shù)據(jù)原料：乙酸乙酯 乙酸丁酯 年處理量： 7200t 原料組成乙酸乙酯的質(zhì)量分率：0.30操作壓力：常壓進(jìn)料溫度：60回流比：6.8單板壓降：自選進(jìn)料狀態(tài)：冷夜進(jìn)料塔頂產(chǎn)品濃度：塔頂?shù)囊宜嵋阴ズ坎恍∮?5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔底的產(chǎn)品濃度：苯含量不大于 3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔頂：采用全凝器塔釜：飽和蒸汽間接加熱塔板形式：篩板 生產(chǎn)時間：300 天/年，每天 24h 運(yùn)行 設(shè)備形式：篩板塔三、設(shè)計內(nèi)容包括設(shè)計、計算、論述、實驗、繪圖等1 設(shè)計方案的選定2 精餾塔的物料衡算3

6、 塔板數(shù)確實定4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算加熱物料進(jìn)出口溫度、密度、粘度、比熱等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(xué)驗算8 塔板負(fù)荷性能圖9 換熱器設(shè)計11 制生產(chǎn)工藝流程圖帶控制點摘摘 要要 精餾是別離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工煉油石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的題目是乙酸乙酯乙酸丁酯二元物系篩板式精餾塔的設(shè)計。在確定的工藝要求下，確定設(shè)計方案，設(shè)計內(nèi)容包括精餾塔工藝設(shè)計計算，塔輔助設(shè)備設(shè)計計算，精餾工藝過程流程圖，精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計說明書。關(guān)鍵詞：板式塔；乙酸乙酯乙酸丁酯；工藝計算；流程圖 第一章第一章 文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜

7、述塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料外表下流，氣體逆流向上也有并流向下者與液相接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求是：1生產(chǎn)能力大；2傳熱、傳質(zhì)效率高；3氣流的摩擦阻力??；4操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大；5結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量少；6制造安裝容易，操作維修方便。此外，還要求不易堵塞、耐腐蝕等。乙酸乙酯

8、又稱 醋酸乙酯。是一種用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，用途廣泛，是一種非常重要的有機(jī)化工原料和極好的工業(yè)溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、合成橡膠、涂料及油漆等的生產(chǎn)過程中。其主要用途有：作為工業(yè)溶劑，用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造纖維等產(chǎn)品中；作為粘合劑，用于印刷油墨、人造珍珠的生產(chǎn)；還可以作為提取劑，香料原料等。工業(yè)上一般由醋酸和正丁醇在有催化劑的情況下酯化而得，其中硫酸催化工藝成熟，但副反響較多，研究和改良乙酸乙酯與乙酸丁酯的精餾設(shè)備是有現(xiàn)實意義的，也是非常重要的。塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此

9、我們作板式塔的設(shè)計以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計流程和應(yīng)注意的事項是非常必要的。篩板是在塔板上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。上升氣流經(jīng)篩孔分散、鼓泡通過板上液層，形成氣液密切接觸的泡沫層或噴射的液滴群 。篩板塔是 1932 年提出的，當(dāng)時主要用于釀造，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。但設(shè)計良好的篩板塔仍具有足夠的操作彈性，對易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國對篩板的應(yīng)用日益增多，所以在本設(shè)計中設(shè)計該種塔型。第二章第二

10、章 設(shè)計方案確實定設(shè)計方案確實定2.1 操作條件確實定確定設(shè)計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。例如組分的別離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作如下闡述。 操作壓力蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時，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別離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，那么應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣

11、壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應(yīng)用加壓蒸餾的原因，那么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。在本設(shè)計采用常壓作為操作壓力。 進(jìn)料狀態(tài) 進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比擬容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。但在本設(shè)計中采用的是冷夜進(jìn)料。2.2 確定設(shè)計方案的原那么確定設(shè)計方案總的原那么是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)到達(dá)技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最

12、合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、平安、低消耗的原那么。為此，必須具體考慮如下幾點： 滿足工藝和操作的要求所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品到達(dá)任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)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(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)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(biāo)時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)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(qiáng)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(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出

13、不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費用。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?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上下，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(shè)備費都有影響。本設(shè)計中將考慮到能量的合理利用。 保證平安生產(chǎn)塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要平安裝置。以上三項原那么在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原那么應(yīng)作較多的考慮，對第二個原那么只作定性的考慮，而對第三個原那么只要求作一般的考慮。

14、第三章第三章 塔體計算塔體計算3.1 設(shè)計方案確實定本設(shè)計采用連續(xù)精餾流程，冷液進(jìn)料。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一局部回流至塔內(nèi)，其余局部經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。塔釜采用飽和蒸汽間接加熱，塔底產(chǎn)品冷卻后送至儲罐。3.2 精餾塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量由于精餾過程的計算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。原料液的摩爾組成：30/88.110.3610330/88.11 70/116.16fnxnn乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸丁酯同理可求得：0.96161,0.03918DWxx原料液的平均摩爾質(zhì)量：(1)0.36103 88.11(1

15、0.36103) 116.16106.03311/fffMx MxMkg kmol乙酸乙酯乙酸丁酯 同理可求得：89.18684/,115.06100/DWMkg kmol Mkg kmol由圖 1 可查得原料液、塔頂和塔底混合物的沸點。將上述計算結(jié)果匯總于表 1。表 1 原料液、餾出液與釜殘液的流量與溫度名稱原料液餾出液釜殘液(%)fx30950.03(摩爾分?jǐn)?shù))fx0.361030.961610.03918摩爾質(zhì)量/kg kmol（）106.0331189.18684115.06100沸點溫度99.2578.21121.75t-x-y 圖01020304050607080901001101

16、201301400 0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951t圖 1 物料衡算以年工作日為 300 天，每天開車 24 小時計，進(jìn)料量為：37200 109.43102/300 24 106.03311Fkmol h由全塔的物料衡算方程可寫出： FDWfDWFxDxWx解得： 3.29063/Dkmol h6.14039/Wkmol h3.3 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 熱量計算塔頂全凝氣的熱負(fù)荷：,414510.96161 32.231 0.9616136.79 10003.24 10/25.6669

17、1 3.24 108.31738 10/rkJ kmolQVrkJ h取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為 20和 30那么平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量可求：4.1785/pcCkJ kg Cx(y)511218.31738 1019905.18129/()4.1785 (3020)pcQWkg hctt塔頂冷卻器熱負(fù)荷：在下，查的產(chǎn)品的比熱容1189.84290/pckJ kmol k1189.84290/pckJ kmol k213.29063 189.8429 38.2123869.89/pQDctkJ h 冷卻水用量222123869.89571.25500/()4.1785

18、(3020)pcQWkg hctt塔底再沸器熱負(fù)荷：26320.03918 32.231 0.0391836.7936.61100/27.81108 36.611 10001.0182 10/rkJ molQV rkJ h、在表壓為 0.4MPa 的條件下查的飽和水蒸氣的汽化潛熱為32107.40000/rkJ kg飽和水蒸氣用量：63331.0182 10483.155/2107.4QWkg hr塔底冷卻器熱負(fù)荷：下查的塔底產(chǎn)品的比熱容40 121.752m在t203.67096/pfckJ kmol k5426.14039 242.7298121.75401.2184 10/pQWctkJ

19、 h 冷卻水用量：54412184 102909.612/4.1875 10pcQWkJ hct 熱能利用以塔釜產(chǎn)品對預(yù)熱原料液，那么將原料由 20到 60所需的熱量為。fQ其中，查得，此時原料液的比熱容:2060402fmt203.67096/pfckJ kmol k原料所需熱量：49.43102 203.67096 407.6833 10/fpfQFctkJ h 由于，所以理論上可用塔釜產(chǎn)品對原料液加熱。4fQQ同理，塔頂飽和蒸汽也可以將原料液預(yù)熱至所需溫度。3.4 塔板數(shù)確實定 理論塔板層數(shù)確實定0.3610399.25ffxtC時溶液泡點為 ，99.256079.625002平均溫度C

20、在 79.625 時，=126.1/(),=247.5/()ppckJkmol k ckJkmol k乙酸乙酯乙酸丁酯原料液平均比熱容,=126.1 0.36103+247.5 (1 0.36103)203.67096/()pckJkmol k原料液的汽化熱，進(jìn)而可求的330.36103 32.23 10(1 0.36103) 36.79 1035143.7032/mrkJ kmol35143.7032203.67096 39.251.2274735143.7032mpmrctqr1q5.396181.5871511fqyxxxqq線方程 10.871790.1232811DRyxxxRR精餾

21、段的操作線方程 q(0.37805,0.45286)d線方程與精餾段操作線方程的交點坐標(biāo)綜上，可繪制圖 2xy由此可在圖上畫出提餾段操作線方程，00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.9510 0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.951 圖 2由圖 2 得理論塔板數(shù)為：5 塊精餾段 2 塊，提餾段 2 塊，加料板 1 塊3.4.2 全塔效率的估算用奧康奈爾法()對全塔效率進(jìn)行估算：O conenell由相平衡方

22、程式 可得：1(1)xyx根據(jù)乙酸乙酯乙酸丁酯體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： (塔頂?shù)谝粔K板)10.96161Dyx10.8440 x (加料板)0.72103fy 0.36103fx (塔釜)0.14888wy 0.03918wx 因此可以求得：14.62981,4.57439,4.28980fw全塔的相對平均揮發(fā)度：14.62981 4.289804.45656mw 全塔的平均溫度：78.21 121.7599.9822DWmtttC在溫度下查得99.98 C0.208,0.315mPa smPa s乙酸乙酯乙酸丁酯因為LiLix所以，0.96161 0.208(1 0.96161) 0.31

23、50.21211LDmPa s同理可得0.31081LWmPa s全塔液體的平均粘度：()/ 2(0.21211 0.31081)/ 20.26146LmLDLWmPa s全塔效率0.2450.24510.49()0.4947.198%(4.49550 0.26146)TLE實際塔板數(shù)由圖二得，精餾段的理論塔板數(shù)為右上：2 塊，實際塔板數(shù)為：/12/0.47198 16TPTNNE 精餾段精餾段塊同上，有圖可知提餾段的理論塔板數(shù)為：2 塊，那么實際塔板數(shù)為：/12/0.47198 16TPTNNE 提餾段提餾段塊加料板：1 塊實際塔板數(shù)為：13 塊第四章第四章 精餾塔主體尺寸的計算精餾塔主體尺

24、寸的計算4.1 精餾塔的體積流量的計算4.1.1 精餾段體積流量整理精餾段的數(shù)據(jù)列于表 2，由表中數(shù)據(jù)可知：液相平均摩爾質(zhì)量：1106.03311 92.485899.25946/22lflMMMkg kmol液相平均溫度：99.2578.2188.7322fDmtttC表 2 精餾段的數(shù)據(jù)位置進(jìn)料板塔頂(第一塊板)0.3fx 10.95Dyx質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)0.66222fy 10.80407x 0.36103fx 10.96161Dyx摩爾分?jǐn)?shù)0.72103fy 10.84400 x 106.03311LfM192.48580LM摩爾質(zhì)量()/kg kmol95.93511VfM189.18

25、684VM溫度()99.2578.21在平均溫度下查得 33815.4/,809.8/kg mkg m乙酸乙酯乙酸丁酯液相平均密度為：11LmLmLmxx乙酸乙酯乙酸丁酯其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.30.804070.552042Lmx所以，3812.88188/Lmkg m精餾段的液相負(fù)荷：由6.8 3.2906322.37628/LRDkmol h 322.37628 99.259462.73232/812.88188nLmLMLmh同理可計算出精餾段的汽相負(fù)荷。精餾段的負(fù)荷列于表 3。表 3 精餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相氣相平均摩爾質(zhì)量()/kg kmol99.2594692.56098平均密度

26、()3/kg m812.881883.11888體積流量()3/mh2.73232(0.000758978)3/ms761.73317(0.211593/ms)4.1.2 提餾段體積流量整理提餾段的數(shù)據(jù)列于表 4，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表 5。表 4 提餾段的數(shù)據(jù)位置塔釜進(jìn)料板0.03Wx0.30fx 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.11714Wy0.66222fy 0.03918Wx0.36103fx 摩爾分?jǐn)?shù)0.14888Wy0.72103fy 115.061LWM106.03311LfM摩爾質(zhì)量/kg kmol111.984VWM95.93511VfM溫度/121.7599

27、.25表 5 提餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量()/kg kmol110.54606103.95956平均密度()3/kg m782.867893.28815體積流量()3/mh4.79417(0.00133171)3/ms879.28703(0.24425)3/ms4.2 塔徑的計算由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚膹较嗟取Ｓ幸陨系挠嬎憬Y(jié)果可以知道：汽塔的平均蒸汽流量：3()0.211590.244250.22792/22SJSTSVVVms汽塔的平均液相流量：3()0.0007589780.001331710.00104534/22SJSTSLLLm

28、s汽塔的汽相平均密度： 33.118883.288153.20352/22VJVTVkg m汽塔的液相平均密度： 3812.88188782.86789797.87489/22LJLTLkg m塔徑可以由下面的公式給出： 4SVDu由于適宜的空塔氣速，因此，需先計算出最大允許氣速。max(0.6 0.8)uumaxumaxLVVuC取塔板間距，板上液層高度，那么別離空間：0.35THm1500.05hmmm 10.350.050.30THhm功能參數(shù)：0.00104534797.87489()0.072380.227923.20352SLSVLV從史密斯關(guān)聯(lián)圖圖 2, 查得：，200.059C

29、 史密斯關(guān)聯(lián)圖圖 2由于，在平均溫度下由外表張力手冊查的：0.220()20CC精餾段乙酸乙酯乙酸丁酯的平均外表張力，提餾段乙酸乙酯乙酸2130.34734/dyn m丁酯的平均外表張力2226.90581/dyn m平均外表張力228.62658/dyn m所以： 0.228.626580.059()0.06338720C max797.874893.203520.0633870.92925/3.20352LVVuCm s0.75 0.929250.69694/um s 4 0.22792645.30.69694Dmm根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為700Dmm此時，精餾段的上升蒸汽速度為： 2244

30、 0.211590.54981/0.7SJJVum sD提餾段的上升蒸汽速度為： 240.63467/STTVum sD4.3 塔高的計算塔體總高度不包括裙座由下式?jīng)Q定： (2)DpTTFBHHNSHSHHH ,DBTTFPHmHmHmHmHmNS式中 塔頂空間，塔底空間，塔板間距，開有人孔的塔板間距，進(jìn)料段高度，實際板數(shù)人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間）塔頂空間為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取 HD 為 1.52.0的，TH1.750.06125DTHHm取人孔數(shù)目：為了塔板安裝方便和物料的清洗，取 2 個人孔，其直徑為 450mm。塔底空間：BH1.225mBH

31、取料板空間高度：0.5FHm取開有人孔的塔板間距 0.6THm取所以總塔高為：(2)6.6875DpTTFBHHNSHSHHHm第五章第五章 塔板結(jié)構(gòu)尺寸確實定塔板結(jié)構(gòu)尺寸確實定5.1 塔板結(jié)構(gòu)塔板類型按結(jié)構(gòu)特點可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從 300900mm 時采用整塊式塔板，因此采用整塊式。5.2 塔板尺寸5.2.1 塔板根本尺寸取無效邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度，0.050CWm0.060SWm由圖 3 可得： 0.065 =0.455WlDm弓形溢流管寬度0.12000.084dWDm 圖 3弓形降液管面積 220.384854TDAm /0.0680fTAA 20.02617fAm

32、 / 20.30000CRDWm / 20.20600dSxDWWm篩孔數(shù)目篩孔數(shù)目0204ANd22222arcsin0.22609180axAx RxRmR 0200.907aAAtd200.01282Am0652.9653N 驗算： 液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間 0.02617 0.3512.0855350.00075789fTJSJA HssL液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間 設(shè)計合理0.02617 0.356.8780550.0013317fTTSTA HssL5.3. 弓形降液管5.3.1 堰高采用平直堰、單溢流， 取如下值：1wowhhh堰高 ，2312.732324.79417

33、50,0.00284 () ,1,3.763252howhwLhmm hEELl取11.6138.39owwhmmhmm 則 5.3.2 降液管底隙高度取，那么液體通過降液管底隙時的流速為028hmm精餾段： 000.0007589780.06/0.455 0.028SJwLum sl h提餾段： 000.001331710.10688/0.445 0.028STwLum sl h的一般經(jīng)驗數(shù)值為0u0.07 0.25/m s5.4 篩孔排列因為物系根本上沒有腐蝕性，可選用 = 3.5mm 碳鋼板,取篩孔直徑=5mm，篩孔按正0d三角形排列，孔中心距 t 一般為2.55.0倍的，取 t/=4,

34、那么 t 為 20mm。0d0d篩孔排列方式采等邊三角形排列。校核： 在 5%-15%之間合理00.01282=0.056700.22609aAA 第六章第六章 流體力學(xué)驗算及塔板負(fù)荷性能圖流體力學(xué)驗算及塔板負(fù)荷性能圖6.1. 氣體通過精餾段的壓力降(單板壓降) 6.1.1 干板阻力：03.5=0.81mmC取查圖得0017.77847/sVum sA所以200.051()0.08124ovcluhmC6.1.2 液層壓力降取充氣系數(shù)，那么：0.610.6 0.038390.03000Lhhm 由外表張力引起的阻力由外表張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比擬小，所以一般情況下可以忽略。所以，綜上所述，0

35、.081240.030.11124phm6.2. 精餾段漏液驗算穩(wěn)定系數(shù)oomuKu00.00848(1.27)( +27.9)+4.512.65380/lomvdhum s下限篩孔氣速17.77847/oum s實際氣速所以。=7.179251.52.0oomuKu，具有較大操作彈性不會產(chǎn)生過量漏液。6.3. 精餾段液泛驗算溢流管內(nèi)的清液層高度 dpdLHhhhh028hmm取 其中，1200.153()0.000543sdwLhml h 22200.01274,0.10.000355srwdrLAl hm hA液體流經(jīng)堰口時的最窄截面面積所以，0.050.0005430.0003550.1

36、11240.16214dHm為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，()dTwHHh0.50那么有： ()0.50 (0.350.03839)0.19419TwHhm可見，即不會產(chǎn)生液泛。設(shè)計合理。()dTwHHh6.4. 精餾段霧沫夾帶驗算nl3.26u =0.24425m/s,h =2.5h =0.125m,5.7 10e0.0064980/sfTfnTfVAAukgkgkgkgHh霧沫氣體0. 1霧沫氣體nufh 按氣體流通面積計算的氣體速度 泡沫層高度可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)6.5. 氣體通過提餾段的壓力降(單板壓降) 6.5.1 干板阻力：03.5=0.81mmC取查圖得0017.778

37、47/sVum sA所以200.051()0.08124ovcluhmC6.5.2 液層壓力降取充氣系數(shù)，那么：0.610.6 0.038390.03000Lhhm 由外表張力引起的阻力由外表張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比擬小，所以一般情況下可以忽略。所以，綜上所述：0.11851 0.030.14851phm6.6. 提餾段漏液驗算穩(wěn)定系數(shù)oomuKu00.00848(1.27)( +27.9)+4.512.72486/lomvdhum s下限篩孔氣速17.77847/oum s實際氣速所以。=6.057071.52.0oomuKu，具有較大操作彈性不會產(chǎn)生過量漏液。6.7. 提餾段液泛驗算溢流

38、管內(nèi)的清液層高度 dpdLHhhhh028hmm取 其中，1200.153()0.00167sdwLhml h 22200.01274,0.10.00109srwdrLAl hm hmA液體流經(jīng)堰口時的最窄截面面積所以，0.050.001670.001090.148510.20127dHm為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，()dTwHHh0.50那么有： ()0.50 (0.350.03839)0.19419TwHhm可見，即不會產(chǎn)生液泛。 設(shè)計合理。()dTwHHh6.8. 提餾段霧沫夾帶驗算nl3.26u =0.58991m/s, h =2.5h =0.125m,5.7 10e0.004351

39、47/sfTfnTfVAAukgkgkgkgHh霧沫氣體0. 1霧沫氣體nufh 按氣體流通面積計算的氣體速度 泡沫層高度可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)6.9. 精餾段操作性能負(fù)荷圖6.9.1 霧沫夾帶上限線v3.26vn2233l23236v-2e =0.1kg/kg5.7 10e =u =2.788h =2.5h =2.5,0.03839,0.00284 ()1.127662.819160.095980.254022.819162.785.7 10e =3.034734 10nTfssTfhfwowwowswfsTfsuHhVVAALhhhhELlhLHhL液沫氣體3.2232380.10

40、.254022.819160.947937.19078ssssVLVL6.9.2 液泛線液泛線方程為 222/3SSSaVbcLdL其中，22005.376.8263224VLagd N(1)0.13277TwbHh 2200.153942.65456wcl h233600(1) 0.00284 ()1.80426wdl代入上式化簡后可得：222/30.01945 138.091180.26431SSSVLL6.9.3 液體負(fù)荷上限線取，那么4s3max0.021617 0.350.0022899/44fTSA HLms6.9.4 漏液線00min0min0min02023min0.814.4

41、(0.00560.13)/,0.012820.04569 1.9667938.20773LLvsssCuChhVuAAmVL取其中6.9.5 液相負(fù)荷下限線取代入的計算式：0.006owhmowh2/3min2.841 0.0061000SwLl 整理可得：3min0.00038811/SLms00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.0010.0020.0030.0040.0050.006系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7精餾段操作性能負(fù)荷圖6.10 提餾段操作性能負(fù)荷圖6.10.1 霧沫夾帶上限線v3.26vn2233l23236v-2e =0.1kg/kg5

42、.7 10e =u =2.788h =2.5h =2.5,0.03839,0.00284 ()1.127662.819160.095980.254022.819162.785.7 10e =2.868658 10nTfssTfhfwowwowswfsTfsuHhVVAALhhhhELlhLHhL液沫氣體3.2232380.10.254022.819160.636227.06082ssssVLVL6. 10.2 液泛線液泛線方程為 222/3SSSaVbcLdL其中，22005.377.3136324VLagd N(1)0.13277TwbHh 2200.153942.65456wcl h233

43、600(1) 0.00284 ()1.80426wdl代入上式化簡后可得：222/30.01815 128.890110.24670SSSVLL6.10.3 液體負(fù)荷上限線取，那么，4s3max0.021617 0.350.0022899/44fTSA HLms6.10.4 漏液線00min0min0min02023min0.814.4(0.00560.13)/,0.012820.04569 1.8115534.90270LLvsssCuChhVuAAmVL取其中6.10.5 液相負(fù)荷下限線取代入的計算式：，整理可得：0.006owhmowh2/3min2.841 0.0061000SwLl

44、提餾段操作性能負(fù)荷圖3min0.00038811/SLms00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.0010.0020.0030.0040.0050.006系列1系列2系列3系列4系列5系列6系列7第七章第七章 塔附件設(shè)計塔附件設(shè)計7.1 泵的計算及選型 原料液的流量： 310001000/1.173/852.5392Fkg hmh25 2.5mm()取管徑與換熱器接管尺寸相同 1244 1.1731.04/3600 3.14 0.02iVum sd取罐內(nèi)原料液平面為 0-0 面，進(jìn)料管出口外側(cè)為 1-1 面 2200110110021122,02ffpupuZHeZHg

45、gggPP uuHeZHg0，其中Z =0,得： 2,=0.022fuLHdg經(jīng)查得25.61.040.020.310.022 9.81fHm21.045.60.316.022 9.81Hem綜上所述，選用的離心泵可以完成任務(wù)。5032 160IS附：5032 160IS型號：33.75/Vmh1450 / minnr8.5Hm35%7.2. 換熱器7.2.1 設(shè)計任務(wù)及確定設(shè)計方案 用冷原料液冷凝塔頂蒸汽，到達(dá)預(yù)熱原料液和冷凝塔頂蒸汽的雙重效果。1、選擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體溫度為 78.21的飽和蒸汽，冷流體進(jìn)口溫度為 20，出口溫度為 60，選用列管式換熱器。2、流程安

46、排 因為加熱劑為飽和熱蒸汽，冷凝過程中有飽和液體出現(xiàn)，故飽和蒸汽走殼程，冷原料液走管程。7.2.1 換熱器計算一、確定物性參數(shù) 定性溫度：對于一般氣體和低粘度液體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程流體定性溫度為 78.21，管程定性溫度。2060402T為 飽和蒸汽在在 78.21下的有關(guān)物性參數(shù) 33.087/kg m127.4392/()phckJkmol K 0.01436/()Wm K30.00895 10 Pa s原料液在 40下的有關(guān)物性參數(shù) 3865.776/kg m206.838/()pcckJkmol K 0.1352/()Wm K30.04914 10 Pa s

47、二、估算傳熱面積 1 冷流 19.43102 206.838 4058.21pcQFctkw 量：2 平均傳熱溫差：121258.21 18.2134.4158.21lnln18.21mttttt 3 傳熱面積：由于原料液的粘度比擬低，殼間為有機(jī)蒸汽冷凝，故其 K 值比擬小，2 K60W/(mK)假設(shè)32121.674 1010.5m60 34.41pmQAK t4 蒸汽用量：331621.674 100.669 10/0.0597/32.405 10QWkmol skg sr三、 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 1 管徑和管內(nèi)流速：較高冷拔傳熱管碳鋼 ，取14 2mm選用0.6/um s 2 傳熱管數(shù)：221

48、000/865.7766.870.785 0.010.64siVnd u根按單程計算，所需管長：A10.5L=34.123.14 0.014 7posmd n根據(jù)實際情況，取管長，那么管程數(shù)為9lm34.123.7949pLNl 管程傳熱管總數(shù)：T7 428N 傳熱管總數(shù) 根3 由于用熱蒸汽加熱且在該溫度下排除冷凝飽和液，故其平均溫差不用校正。4 傳熱管排列和分程方法：采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心620otdmm距 隔板中心到離其最近一排管中心距6162tSmm為各程相鄰管的管心距為。32mm5 殼體內(nèi)徑：取管板利用率，那么0.71.05/1.05

49、2028/0.7132.8TDtNmm按卷制殼體的進(jìn)級檔，可取150Dmm 6 折流板：采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的，那么切去的圓缺高度為25%0.25 15037.5hmm取折流板間距為50Bmm90001117950BN 傳熱管長折流板數(shù) 塊折流板間距 7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為110/um s1144 0.0597/3.0870.04963.14 10VDmu圓整后可取接管內(nèi)徑50mm為管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速21.1/um s為2244 1000/(865.776 3600)0.0193.14 1.1VDmu圓整可取接管內(nèi)徑20mm為7.2.1 換

50、熱器核算 1 熱流量核算1殼體外表傳熱系數(shù) 用克恩法計算0.551/30.14100.36RePr()oeWd2234 (0.020.014 )240.01753.14 0.014edm殼程流通截面積：3200.014(1)0.05 0.15 (1)2.25 100.02odSBDmt殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：0300.0597/3.0878.595/2.25 10Vum sS0030.0175 8.595 3.087Re207518.830.00895 10ed u普朗特數(shù)：3127.4392 0.00895 10Pr0.07940.01436phc0.14()1W粘度校正 0.551/

51、320.014360.36207518.830.0794106.678/()0.0175oWmK2 管內(nèi)外表傳熱系數(shù)0.80.40.023RePriiid管程流體流通截面積22420.0175.495 1044iisSd nm管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：41000/(865.776 3600)0.583/5.495 10ium s30.01 0.584 865.776Re102890.4914 10du普朗特數(shù)：3206.838 0.4914 10Pr0.7520.1352pcc0.80.420.13520.02310289 0.752449.87/()0.01iWmK3 污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻：20.00105/oRmK W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：20.00106/iRmK W 管壁熱阻：碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為250/()WmK 20.0020.00004/50wRmK W4 傳熱系數(shù) 2166.372/()0.0140.0140.01410.001060.00004449.87 0.010.010.012106.678cKWmK5 傳熱面積裕度 32121.6741 109.4966.372 34.41ccmQAm