甲醇與水填料精餾塔的設(shè)計任務(wù)書

1、食品工程原理課程設(shè)計說明書甲醇、水填料精f留塔的設(shè)計姓名:學(xué)號:班級:指導(dǎo)老師:一、 設(shè)計任務(wù)書3二、 設(shè)計方案簡介 3三、工藝計算51 .基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)5(1) 液相物性的數(shù)據(jù) 5(2) 氣相物性數(shù)據(jù) 5(3) 氣液相平衡數(shù)據(jù) 5(4) 物料衡算62 .填料塔的工藝尺寸的計算7(1) 塔徑的計算7(2) 填料層高度計算 9(3) 填料塔附屬高度及總高計算 11(4) 填料層壓降計算 11(5) 液體分布器簡要設(shè)計 12(6) 吸收塔接管尺寸計算 13四、設(shè)計一覽表 13五、主要符號說明14六、參考文獻 15七、附圖食品工程原理課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：分離甲醇-水混合物的填料精餾塔第一章流程的確

2、定和說明一、加料方式加料方式有兩種，高位槽加料和泵直接加料。 采用高位槽加料，通過控制液位高度，可 以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過重力加料，可以節(jié)省一筆動力費用。但由于多了高位槽， 建設(shè)費用相應(yīng)增加，采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，從而影 響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便；如采用自動控制泵來控制泵的流量和流速，其控 制原理較復(fù)雜，且設(shè)備操作費用高。本次實驗采用高位槽加料。二、進料狀況進料狀況一般有冷夜進料、泡點進料。對于冷液進料，當組成一定時，流量一定，對分 離有利，節(jié)省加料費用。但冷液進料受環(huán)境影響較大，對于沈陽地區(qū)來說，存在較大溫差， 冷液進料會增加塔底蒸汽上升量，增

3、大建設(shè)費用。采用泡點進料，不僅對穩(wěn)定塔操作較為 方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計上采用泡點進料。泡點進料時，基于恒摩爾 流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，股精餾段和提餾段塔徑基本相等，制 造上較為方便。三、塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂 出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需進一步冷卻，此次分離也是希 望得到甲醇，選用全凝器符合要求。四、回流方式回流方式可分為重力回流和強制回流。 對于小型塔，回流冷凝器一般裝在塔頂。其優(yōu)點 是回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點是回流冷凝器回流控制較難。如果需要較高的塔處理

4、量或板數(shù)較多時，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。而且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。在這種情況下，可采用強制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝器冷卻以冷回流流入塔中。由于本次設(shè)計為小型塔，故采用重力回流。五、加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進入塔內(nèi)。由于重 組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對回流液有稀釋作用， 使理論塔板數(shù)增加，費用增加。間接蒸汽加熱是通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與 回流下來的冷液進行傳質(zhì)，其優(yōu)點是使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(shù)，缺點是增加加熱裝置，本次設(shè)計采用間接蒸汽加熱。六、加熱器采用U形管蒸汽間接加熱器

5、，用水蒸汽作加熱劑。因為塔較小，可將加熱器放在塔 即再沸器。這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。第二章精餾塔的設(shè)計計算第一節(jié)操作條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一、操作壓力精餾操作按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大。當 壓力增大時，混合液的相對揮發(fā)度減小，對分離不利；當壓力減小時，相對揮發(fā)度將增大， 對分離有利。但當壓力太低時，對設(shè)備要求較高，設(shè)備費用增加。因此再設(shè)計時一般采用常 壓精餾。甲醇-水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計采用常壓精餾。二、氣液平衡時x、y、t數(shù)據(jù)氣液平衡時，x、y、t數(shù)據(jù)如表1所示表1氣液平衡關(guān)系表溫度t/ °c甲醇摩爾分

6、數(shù)溫度t/ c甲醇摩爾分數(shù)液相X/%氣相y/%液相X/%氣相y/%1000073.846.2077.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.710010076.733.3369.18注：摘自化工工藝設(shè)計手冊下冊 P710表19-38（2）第二節(jié)精餾塔工藝計算'、物料衡算1 .物料衡算圖95%15000kg/h,20%J

7、0 2%2.物料衡算已知： F =15000kg/h,質(zhì)量分數(shù)：xF =20%, xD =95%, xW=0.2%M 甲醇=30.04kg/kmol, M 水=18.02kg/kmol進料液、餾出液、釜殘液的摩爾分數(shù)分別為xF、xD、尙:XfXDXw20/32.0420/32.04 80/18.0295/32.0495/32.04 5/18.020.1230.9140.2/32.040.2/32.04 99.8/18.020.00113進料平均相對分子質(zhì)量：M 0.123 32.04 (1 0.123) 18.02 19.74 kg/h原料液：F 15000 kg/h 759.88 kmol/

8、h 25.98kg/mol總物料：F D W易揮發(fā)組分：Fxf DxD WxW代入數(shù)據(jù)解得：D 101.446kmol/hW 658.434kmol/h塔頂產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量:M d 32.04 0.914 18.02 (10.914)30.834 kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：D MDD 30.834 101.4463127.986 kg/kmol塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量：MW32.04 0.00113 18.02 (1 0.00113) 18.036 kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：WWMW658.434 18.036 11875052 kg/h表2物料衡算結(jié)果表塔頂出料塔底出料進料

9、質(zhì)量流量/(kg/h)3127.98611875.5215000質(zhì)里分數(shù)/%950.220摩爾流量/(kmol/h)101.446658.434759.88摩爾分數(shù)/%91.40.11312.34塔頂氣相、液相、進料和塔底的溫度分別為tVD 、 tLD查表1,用內(nèi)插法算得:塔頂：94 87.41"盼66.20 C進料：1239.26tF88.913.159.2685.088.9tF 85.85 C精餾段平均溫度:t1tVDtF67.16 81.85276.51 C提餾段平均溫度f299.85 85.85292.85 C5平均相對揮發(fā)度取x y曲線上兩端點溫度下 查表1可得：的平均值t

10、 92.9 C時,YaXbYbXay(1 x)28.34 (100 5.31)7 05(1 y)x(100 28.34) 5.31t 66.9 C時,y(1 x) 91.94 (100 87.41) 64(1 y)x (10091.94) 87.41所以12"0564 4.352 2由圖可知：100XD 40.05Rmin16.回流比的確定作圖法91.4所以，Rmin140.5100 87.4164.7 66.991.4 89.62tvD68.0tVD 67.16 C91.9489.6266.9 68.0塔釜：0 0.113100 tWtW 99.85 C0 5.3110092.9得

11、：Rmin 1.26又操作回流比 R可?。篟=(1.12)Rmin所以R=2R min=2 X 1.26=2.55二、熱量衡算1熱量示意圖2加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時得傳熱系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達1001000 C,適用于高溫加熱。煙道氣的缺點是比熱容及傳熱系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計選用300kPa (溫度為133C)的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)。水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。3. 冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，

12、應(yīng)因地制宜加以選用。受當?shù)貧鉁叵拗疲鋮s水一般為1025C .如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。本設(shè)計建廠地區(qū)為沈陽。沈陽市夏季最熱月份平均氣溫為25C，故選用25 C的冷卻水，選升溫 10C，即冷卻水的出口溫度為 35 C .4. 熱量衡算(1 )冷凝器的熱負荷Qc (R 1)D(Ivd Ild)式中Ivd 塔頂上升蒸汽的焓；Ild 塔頂餾出液的焓。又 IVD 1 LD XD Hv甲(1 XD ) H V水式中 Hv甲甲醇的蒸發(fā)潛熱；Hv水 水的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱的計算：蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系Hv2Hvi(牛)0.381 Tri式中Tr對比溫度。表3沸點下蒸發(fā)潛熱列表

13、沸點/C蒸發(fā)潛熱Hv/(kJ/kg i)Tc /K甲醇64.71105513.15水1002257648.15注：摘自化工原理修訂版，上冊附錄 4(P328329)及附錄18(P350351)。67.16 C時，甲醇：Tr2T2TC273.1567.16513.150.663Tr1TTc273.15 64.7513.150.658蒸發(fā)潛熱：£甲1105 (普)0.381098833同理，水：Tr2273.1567.160.523Tr1Tc648.15T1273.15 100Tc648.150.576蒸發(fā)潛熱:所盅水2257 (嚎)0.38觀盼伽I VD I LDXd H V甲(1 X

14、d) H v水0.914 1098.833 (10.914) 2356.550以801.67 kj/kg所以 Qc(R 1)D (IvdILD)(2.55 1) 3127.986 801.678.9 106kJ/h(2)冷卻水消耗量WcQcCpc(t2tj式中Wc冷卻水消耗量；kg/h;Cpc冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，kJ/(kg C)t1,t2冷卻介質(zhì)在冷凝器進出口處的溫度，c。所以t15 35225 C此溫度下冷卻水的比熱容Cpc 4.18kJ /(kg C)所以wcQcCpc(t2 切1.34 1074.18 (35 15)51.6 10 kg/h(3)加熱器熱負荷及全塔熱量衡算塔頂

15、塔釜進料精餾段提餾段甲醇(1)3.0793.5013.3143.1983.448水4.1834.2204.2034.1934.215精餾段：甲醇 Cp1(tLD tF)3.198 (66.20 85.85)62.481kJ/kg水 0卩2(" tF) 4.193 (66.20 85.85)82.392kJ/kg提餾段：甲醇 Cp1 (tW tF)3.448 (99.85 85.85)48.272kJ/kg水 Cp2(tW tF)4.215 (99.85 85.85)59.01kJ/kg塔頂流出液的比熱容：Cp1Cp1xD(1 xD)Cp2 3.079 0.95 0.05 4.183

16、3.134kJ /(kg C)塔釜流出液的比熱容：Cp2 Cp1xW (1 xW)Cp2 3.501 0.002 0.998 4.220 4.219kJ /(kg C)為簡化計算，現(xiàn)以進料焓，即81.85 C時的焓值為基準。根據(jù)表 2 可得：D 3127.986kg/h , W 11875.52kg/htLDQd D t C p1 dt DC p1 ttF3127.986 3.134 (66.20 85.85)1.93 105kJ/htWQWj / W t C p2 dt WC p2 ttF11875.52 4.203 (99.85 85.85)6.99 105kJ/h對全塔進行熱量衡算:Qf

17、QsQf0QdQwQc所以 Qs1.93 105 6.99 105 8.9 106 9.4 106kJ/h由于塔釜熱損失為10%，貝U90%所以QsQs/69.4 100.91.04 107kJ/h式中Qs加熱器理想熱負荷;Qs加熱器實際熱負荷；Qd塔頂餾出液帶出熱量;Qw 塔底餾出液帶出熱量。加熱蒸汽消耗量：查得：H v水蒸氣2168.1 kJ/kg (133.3 ,300kPa)Qs1.04 1072168.14796.8kg/h(4)熱量衡算結(jié)果表4熱量衡算結(jié)果表符號Qc kJ/hWc kg/hQfkJ/hQdkJ/hQW kJ/hQskJ/hWh kg /h數(shù)值8.9 1061.6 1

18、0501.93 1056.99 1051.04 1074796.8三、理論塔板數(shù)的計算由于本次設(shè)計時，相對揮發(fā)度是變化的，所以不可用簡捷法，只能用作圖法。精餾段操作線方程為因為所選為泡點進料，所以R XdxR 1 R 1q=1。由圖可知，精餾塔理論塔板數(shù)為6塊，其中精餾段3塊，提餾段3塊。第3節(jié)精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算、精餾塔設(shè)計的主要依據(jù)和條件表5甲醇-水在不同溫度下的密度(kg/m3)溫度/ C甲醇水50760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716958.4表6甲醇-水在特殊點的粘度(mPa.s)物質(zhì)甲醇水塔頂：66.20 C

19、0.3230.4218塔底：99.85 C0.2530.2833進料：85.85 C0.2630.33171、塔頂條件下的流量及物性參數(shù)xD =0.914,x'D =0.95, D=101.446 kmol/h(1)氣相平均相對分子質(zhì)量M vd M甲xDM 水(1 Xd)32.040.914+18.02(1-0.914)=30.65kg/kmol(2)(3)(4)tLDLD解得:M LDM VD30.65kg/kmol氣相密度VDM vd224T _p 30.65T p 22.4273.1531.101 kg/m273.15 66.20液相密度66.20 C ,查表 5，用內(nèi)插法算得:

20、3746.04kg/m ,x'd (1 x'd )水 979.85kg/m0.950.05746.04979.853ld 755.05 kg/m液相平均相對分子質(zhì)量(5 )液相粘度查表6可得：tLD 66.20 C時甲 0.323mPa.s,水 LD甲 Xd水(1 Xd)(6)塔頂出料的質(zhì)量流量D' D ?M ld 101.44630.65=3109.32 kg/h表7塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M LDM VDVDLDLDD'Dkg / kmolkg / kmolkg /m3kg/m3mPa skg/hkmol / h數(shù)值30.6530.651.101755.050.3

21、323109.32101.462塔釜條件下的流量及物性參數(shù)Xw 0.00113，x'w 0.002,W 658.434kmol/h(1)液相相對分子質(zhì)量由于甲醇濃度很小，所以液相可視為純水。M lw M vw M 水 18.02kg/kmol查表5,用內(nèi)插法得：(4 )塔釜出料的流量959.4Kg/mW' W M LW658.43418.02=11864.98 kg/h(5 )液相粘度查表6可得：tW99.85 C ,水 0.253 mPa.s(2 )氣相密度tw99.85CM VWTop18.02273.15VWl0.589kg/m22.4Tpo22.4273.15 99.8

22、5(3)液相密度tw 99.85 C所以LW水 0.253 mPa.s表8塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M LWkg / kmolM vwkg / kmolVWkg /m3LWkg/m3LWmPa sW kmol / hW' kg/h數(shù)值18.0218.020.589959.40.253658.43411864.983、進料條件下的流量及物性參數(shù)F 759.88kmol/h,xF12.3%, x'F 20%查表1得：xF 9.2612.313.15yF 43.53yF54.55由內(nèi)插法可得：13.15 9.2613.15 12.354.55 43.5354.55 yF解得:yF 53.14

23、%=0.53(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量M VFyFM 甲(1 yF)M 水 0.53 32.04+ ( 1-0.53)18.02=25.45 kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量(3) 氣相密度VFM VF T0224pP025.45273.150.86 kg/kmol22.4273.15 85.85(4) 液相密度由表5數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求出33甲 728.74kg/m , 水 968kg/mLFXf 甲(1 Xf )水0.123 0.263 (1 0.123) 0.33170.323mPa s1x'F 1x'f0.2 1 0.2LF甲水728.74968解得3LF 90

24、8.35kg/m(5)液相粘度查表6得：t 85.85oC,甲 0.263mPa s,水 0.3317mPa s(6)進料質(zhì)量流量F 15000 kg. hM vdMvf30.6525.4522M ldMlf30.6519.7422VDVF1.1010.86c22LDLF755.05908.35M v精(2 )液相平均相對分子質(zhì)量M l精(3)氣相密度v精(4 )液相密度L精28.05kg. kmol25.20 kg. kmol831.7 kg m3表9進料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號MvfMlfVFLFLFFF kmol hkg kmolkg kmolkg m3kg. m3mPa skg h數(shù)值25.45

25、19.740.86908.350.32315000759.884.精餾段的流量及物性參數(shù)(1 )氣相平均相對分子質(zhì)量(5) 液相粘度(6)(7)L精2u厶o1112摩爾流量R1 D2.55 1101.446 360.13kmol. h質(zhì)量流量VwVwMv精360.1328.05 10101.65kg h摩爾流量L精RD2.55101.446258.69 kmol； h質(zhì)量流量L精Ml258.6925.20 6158.99kg hLDLF0.332 0.3233氣相流量液相流量符號M V精M L精V精L精L精V精L精kg kmolkg/kmolkg/m3kg m3mPas kg hkmol/ h

26、kg/ hkmol h數(shù)值28.0525.200.98831.70.32810101.65360.136518.99258.69表10精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表5提留段流量及物性參數(shù)(1 )氣相平均相對分子質(zhì)量(2)MV提液相平均相對分子質(zhì)量M VF M VW2切5 18°221.74kg,kmolM lf M lw21974 18°218.88 kg kmolVFVW0.86 0.589 ,V提22 '(4 )液相密度LFLW908.35 959.4L提22(5)液相粘度LWLF0.253 0.323L提22(6 )氣相流量摩爾流量因為V精V是q 1 F所以V提V精q 1

27、F V精氣相密度360.13kmol. h0.725kg； m3933.88kg. m30.283kg. m3式中 q 1 (泡點進料)質(zhì)量流量V提V提 M V提 360.13 21.74 7829.23kg.： h（7 ）液相流量表10摩爾流量質(zhì)量流量L提L精qF是L提M l精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表L 精 F1018.57258.6918.88759.881018.57 kmol/h1.92 104 kg/h符號M v提M L提V提L提L提V提V提是L提kg kmolkg kmolkg. m3kg m3 mPa skg hkmo h kg/hkmol h數(shù)值21.7418.880.725933.88

28、0.2837829.33360.131.92 1041018.57二、塔徑設(shè)計計算1填料選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)和傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料和規(guī)整填料兩個方向進行。本設(shè)計選用規(guī)整填料，金屬板波紋250Y型填料。規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和整流現(xiàn)象， 壓降可以很小，同時還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達到更高的傳熱、傳質(zhì)效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、 規(guī)則、有對稱性，當與散裝填料有相同的比表面 積時，填料孔隙率更大，具有更大的通量，單位分

29、離能力更大。250Y型填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料，它具有以下特點：第一，比表面積與通用散裝填料相比，可提高近一倍，填料壓降降低，通量和傳熱效率均有較大幅度提高。第二，與各種通用板式塔相比， 不僅傳熱面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。第三，工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料機某些板式塔無法維持操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝 填料塔不適宜的場合使用，擴大了填料塔的應(yīng)用范圍。鑒于以上250Y型填料的特點，本設(shè)計采用 Mel lap ok-250Y型填料，因而本設(shè)計塔中壓 力很低。2塔徑設(shè)計計算方法：Bain

30、-Hougen關(guān)聯(lián)式法2lg3gV0.2LL1/418A K丄VL式中F泛點空塔氣速，m s ；g重力加速度，m s2，取9.8 m s2 ；干填料因子,a比表面積，250Y型取250m2/m3;e孔隙率，250Y 型取 0.97m 3/m2;v, 1氣、液相密度，kg/m3;U 液相粘度，mPa®A-常數(shù)，取 0.291;K-常數(shù)，取1.75；L、V-液、氣相流量，kg/h。 精餾段空塔氣速及塔徑計算 查表10可知V精 10101.65kg/h,L'精 6518.99kg/hv精30.98kg/m , l精得：u2Flg -9.82501.093020.343774.710

31、.973解得uf3.96m/s因為空塔氣速u可?。?.60.8）uf831.7kg/m3,L精 0.328mPa s1/41/80.291 1.756518.990.9810101.65831.7所以u0.7uF0.7 3.962.772m/s又/V精Mv精1V精10101.652.86m3/sVs3600 V 3600 V3600 0.98所以塔徑D4 2.861.146mu 3.14 2.772圓整后：D 1200mm,代入上式可算得此時的空塔氣速u 2.53m/s. 提留段空塔氣速及塔徑計算查表11可知：V提 7829.23kg/h,L提 1.92 104kg/h33v提 0.725kg

32、/m , L提 933.88kg/m , L提 0.283mPa s所以Ig2U F9.82500.9730.725933.880.2830'20.291 1.7541/41.92 107829.230.725933.881/8解得 uF 3.84m / s同理：空塔氣速 u= (0.60.8) uF此時選u 0.7uF 0.7 3.84 2.69m/s又此時氣體體積流量V提MV提3600 V3600 V7829.233600 0.7253.00m3 / s所以提留段塔徑D播 岳疇1192m圓整后：D 1200mm,代入上式可算得此時的空塔氣速u 2.65m/s. 選取整塔塔徑提留段及

33、精餾段塔徑圓整后D 1200mm,為精餾塔的塔徑。三、填料層高度設(shè)計計算1 填料層高度計算精餾段 1動能因子F u二 3 '經(jīng)查每米理論級數(shù)NTSM精2.60m所以精餾段填料層高度為NTSM 精32.601.15m式中 n精一精餾段理論塔板數(shù)。提留段 1動能因子F u.= 2.690.725 2.29m/s kg/m3 '經(jīng)查每米理論級數(shù)NTSM精2.68m所以提餾段填料層高度為NTSM 提1.12m填料層總高度Z Z 精 Z 提 1.15 1.122.27m2 填料層壓降計算 查壓降曲線精餾段液體負荷I 3600F3600 2.742 11/m2h用精餾段動能因子F查液體負荷

34、I分別為5和10時的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算I 11.75m3/ m2h時的每米壓降。10200.220.2511.75m3/ m2 h 時，0.223kP, / mZ所以精餾段壓降:0.223 1.54 0.343kPa提餾段液體負荷I 3600F亠丄L36002.2907257.52m3 / m2 h933.88同理,用提留段動能因子F查液體負荷I分別為5和10時的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法7.52m3/ m2h時的每米壓降。10P Z0.1660.179752m3/h，于。心檢巾所以提餾段壓降:0.173 2.24 0.388kPa全塔填料層總壓降:P 提 O.3430.3880.7

35、31kPa3.填料層持液量的計算（1）精餾段由上可知：液體負荷11.75m3/(m2 h)氣體動能因子 F 2.742m/s (kg/m3)'2時1232I/(m/(mh)23,3hL /10 m /m4.345.33有內(nèi)插法可算得：當I=11.75m3/（m2.h）時hL的值:2(5.33 4.34) 1012 11.13275(5.33 hL) 10所以 hL 5.25 10 2m3/m3(2)提留段由上可知：液體負荷I 7.52m3/(m2 h)動能因子：F 2.29m/s (kg/m3)'2同理可查得：當F 2.29m/s (kg/m3/2時不同液體負荷下的持液量。32

36、l/(m/(mh)6923,3hL /10 m /m3.554.25有內(nèi)插法可算得：當I327.52m /(m h)時 hL 的值:7.52 6(4.25 3.55) 10(hL23.55) 1033hL3.90 10 2m3/m3精餾段提留段全塔氣體動能因子f /(m / s (kg / m3) '2)2.7422.29P每米填料壓降 一/(kPa/m)Z0.2230.173填料壓降 P / kPa0.3430.3880.731填料高度Z/m1.121.122.24持液量hL / m3 /m35.25 10223.90 10第三章附屬設(shè)備及主要附件的選型計算第1節(jié) 冷凝器本設(shè)計冷凝器

37、選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理。對于蒸餾塔的冷凝器，一般選用列管式，空氣冷凝螺旋板式換熱器。因本設(shè)計冷凝器與被冷凝流體溫差不大，所以選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時排出冷凝液。冷凝水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當氣體流入冷凝器時，使其液膜厚度減弱，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費用。取冷凝器傳熱系數(shù)2 2K 550kcal /(m h C) 2302kJ /(m h C)對于逆流:T 66.20 C 67.16 C15 C t 35 C公稱直徑/mm管程數(shù)管數(shù)管長/mm換熱面積/m2公稱壓力/MPa1200出43525009594.525查取有關(guān)數(shù)據(jù)如下:表13注：摘

38、自金屬設(shè)備上冊 P118表2-2-5和P132表2-2-8。.標準圖號：JB-1145-71-2-30 設(shè)備型號：G400 I-16-16所以tmt2t1t2t1In據(jù)表4可得:Qc8.9所以冷凝器冷凝面積(66.20 15) (67.16 35)ln (66.20 15)(67.16 35)106kJ /hA旦K tm68.9 102302 40.9540.95 C94.41m2加熱器選用U型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)。蒸汽選擇133.3 C飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K 1000kcal/(m2 h C) 4186kJ/(m2 h C)t 133.3 10033.3 CP118 表 2-2-5

39、 和 P132 表 2-2-8。設(shè)備型號：G400 n -16-15由表 4 可得：Qs 1.04 107kJ/h換熱面積：'7八 Qs1.04 102A74.61mK t4186 33.3表14公稱直徑管程數(shù)管數(shù)管長/mm換熱面積/mm公稱壓力/Mpa120075“川 42820002574.5注：摘自金屬設(shè)備上冊標準圖號：JB-1145-71-1-21第三節(jié)塔內(nèi)其他構(gòu)件一、接管管徑的計算和選擇1、進料管本次加料選用高位進料，所以Wf可取0.40.8m/s。本次設(shè)計取 WF=0.6m/s。4F'4 15000內(nèi)管d2 Xs2外管d1 Xs1半徑RH1H2內(nèi)管重 / (kg/m

40、)460 X 9620 X1285028032033.68dF=和=0.0987m,3600 n WFpL. 3600 3.14 0.6 908.35式中F'進料液質(zhì)量流量，kg/h。P 進料條件下的流體密度，kg/m3。圓整后dF=100mm。表15進料管參數(shù)表內(nèi)管d2X S2外管d1 X s1半徑RH 1H 2內(nèi)管重/(kg/m)100 X 6180X 81502002203.73注：摘自浮閥塔P197表5-3。2、回流管dR =4L =.4255 3127.986=0.0967 3600 n WR)L V 3600 3.14 0.4 755.05式中：L回流液體質(zhì)量流量，kg/h

41、 ;PL塔頂液相密度，kg/m3。本次設(shè)計采用的是重力回流，所以速度Wr取0.20.5m/s。此處選Wr =0.4m/s圓整后dR=100mm表16回流管參數(shù)表內(nèi)管d2X S2外管d1 X S1半徑RH 1H 2內(nèi)管重/(kg/m)100 X 7160X 72452452607.32注：摘自浮閥塔 P197表5-3。3、塔頂蒸氣管因為操作壓力為常壓，所以蒸氣速度W可取1220m/s,本節(jié)設(shè)計選 W =17m/s。/ 4V h (2.55 1) 3127.986dD =0.458V 3600 n WvpL 3600 3.14 17 1.101式中：V塔頂蒸氣質(zhì)量流量，kg/h ;P 塔頂氣相密度

42、，kg/m3。圓整后dv=460mm。表17塔頂蒸汽管參數(shù)表注：摘自？浮閥塔?P197表5-34.塔釜出料管塔釜流出液的速度 WW般可取0.51.0m/s,本設(shè)計取0.7m/s。./ 4W/4 11875.52門 cedv= =0.0791m,360(n Ww L . 3600 3.14 0.7 959.4式中 W-塔釜流出液的質(zhì)量流量，kg/h;L-塔釜液相密度，kg/m3。圓整后：dW=80mm表18塔釜出液管參數(shù)表內(nèi)管d2 Xs2外管d1 Xs1半徑RH1H2 內(nèi)管重/ (kg/m)80X10120X61002002203.51二、除沫器為了確保氣體的純度，減少液體的夾帶損失， 選用除沫

43、器，常用的除沫器裝置有 折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。本設(shè)計塔徑較小，且氣液分離，故 采用小型絲網(wǎng)除沫器，裝入設(shè)備上蓋。I氣流計算Ww二K J_V V式中K-常數(shù)，取0.107;L、 V-精餾段氣體和液體的密度，kg/m3Wk=0.107X 831.70.98 =3.115m/s0.98除沫器直徑計算:D=馬式中，V-氣體處理量，m3/sV= =6L=2.863m3/s 3600 v 精 3600 0.984 2.863所以D= =1.082mV3.14 3.115三、液體分布器采用蓮蓬頭式噴淋器。選用此裝置能使截面積的填料表面較好地潤濕。結(jié)構(gòu)簡單，制造和維修方便，噴灑比較方便，安裝

44、簡便。1.、回流液分布器流速系數(shù)可取0.820.85,推動力液柱高度H可取0.120.15m=0.83 , H=0.16mW= , 2gH =0.83 x , 2 9.8 0.16 =1.47m/s小孔輸液能力計算:以上，本設(shè)計選Ll 36002.55 3127.986= 2.9755.05 3600Q 2.9 10 ?W 0.83 1.47322.38 10 m33 ,10 m /s2.38 103.144(6 10 3)284.284(個)式中w=小孔流速，m/s;f=小孔總面積，m2;H=推動力液柱高度，m,取H=0.16m; dr、孔直徑，可取 410mm此處選 d=6mm;=流速系數(shù)，取0.83 ;n=小孔總數(shù)；Q=小孔輸液能力，m3/s;噴灑球面中心到填料表面距離計算:h=rcot2gr2 22W sin式中r=噴射圓周半徑，m=噴射角，可取40。，本設(shè)計選=40D1200r=-(75 100)=85515mm 0.515m2 2式中D=精餾塔內(nèi)徑，mm.所以r cot2gr2W2sin0.515cot40 +29.8 0.5152 1.472 (sin 40 )22.069 m2069mm2.進料夜分布器由前知，小孔流速 W=1.47m/s小孔輸液能力Q=150004.59 10 3m3/sLF 3600 908.35 3600同樣，