化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書資料

1、化工原理 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書適用專業(yè) :生物、食品與制藥工程課程代碼 :106012369總學(xué)時(shí):2周總學(xué)分:2學(xué)分編寫單位 :生物工程學(xué)院編寫人:包清彬?qū)徍巳?審批人:批準(zhǔn)時(shí)間 :年月日化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一、課程設(shè)計(jì)的目的現(xiàn)代工業(yè)要求相關(guān)工程技術(shù)人員不僅應(yīng)是一名工藝師，還應(yīng)當(dāng)具備按工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線的選型配套及工程設(shè)計(jì)能力。 化工原理課程設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行初步的工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練， 化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程的一個(gè)實(shí)踐性、總結(jié)性和綜合性的教學(xué)環(huán)節(jié)， 其可達(dá)到：1進(jìn)一步鞏固 化工原理 所學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)過程中加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用。2初步掌握化學(xué)工程典型單元操作的設(shè)計(jì)

2、思想和設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)步驟。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，為以后的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。3進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的計(jì)算能力、設(shè)計(jì)能力，熟悉和正確使用手冊(cè)、國(guó)標(biāo)等技術(shù)資料，培養(yǎng)一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。4、樹立實(shí)際工作中的“理論聯(lián)系實(shí)際”的科學(xué)工作方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮工程實(shí)際問題的思想方法，增強(qiáng)工程觀念和時(shí)間能力。二、課程設(shè)計(jì)組織形式課程設(shè)計(jì)采用集中安排，集中講解，分組定點(diǎn)完成，指導(dǎo)教師每天定點(diǎn)指導(dǎo)，適當(dāng)集中及個(gè)別答疑的組織形式。三、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：乙醇水精餾塔（裝置）工藝設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)之上，又以不同學(xué)生完成不同生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體見課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。四、課程設(shè)計(jì)步驟1、查閱文獻(xiàn)資料，搜集資料

3、、閱讀教材，了解精餾的相關(guān)知識(shí)，熟悉精餾的原理、流程、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容；了解乙醇的生產(chǎn)工藝、乙醇水系統(tǒng)的相關(guān)理化參數(shù)，收集原始數(shù)據(jù)等；2、擬定設(shè)計(jì)方案，選擇精餾工藝流程；3、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的產(chǎn)量和回流比要求，用精餾的相關(guān)理論知識(shí)，進(jìn)行精餾操作的工藝計(jì)算：用圖解法確定回流比和理論塔板數(shù)；用物料衡算確定各環(huán)節(jié)的物料量；4、根據(jù)工藝流程及物料衡算結(jié)果，進(jìn)行能量衡算，確定生產(chǎn)所需加熱蒸汽消耗量、冷卻水的消耗量； 根據(jù)傳熱理論進(jìn)行塔底再沸器、塔頂冷凝器、 產(chǎn)品冷卻器換熱面積設(shè)計(jì)計(jì)算；5、在物料衡算、熱量衡算結(jié)論基礎(chǔ)上進(jìn)行塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)，進(jìn)而進(jìn)行塔板的負(fù)荷性能計(jì)算；6、以物料衡算結(jié)果為依據(jù)

4、，結(jié)合流體流動(dòng)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行管路、儲(chǔ)罐尺寸計(jì)算；7、以工藝流程為基礎(chǔ)，結(jié)合物料衡算、熱量衡算結(jié)論及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)論，繪制精餾生產(chǎn)工藝流程圖（帶控制點(diǎn)）及精餾塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；8、編寫設(shè)計(jì)說明書：作為整個(gè)設(shè)計(jì)工作的書面總結(jié)，說明書應(yīng)簡(jiǎn)練、整潔、文字準(zhǔn)確。內(nèi)容應(yīng)包括：封面、目錄、摘要、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表、酒精精餾過程的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)簡(jiǎn)述，精餾總體結(jié)構(gòu)(塔型、主要結(jié)構(gòu) )的選擇簡(jiǎn)述， 精餾過程有關(guān)計(jì)算(物1化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書料衡算、熱量衡算、理論塔板數(shù)、回流比、塔高、塔徑、進(jìn)出管徑、塔板的負(fù)荷性能圖等)，設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表，附屬設(shè)備的選擇，要求的工程設(shè)計(jì)圖；參考文獻(xiàn)，總結(jié)及感想等。五、課程

5、設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、在用圖解法進(jìn)行理論塔板數(shù)的求取時(shí)應(yīng)注意：由于在高濃度段氣液組成較接近，使平衡線與對(duì)角線的距離很近，此時(shí)，應(yīng)采取局部放大的方法來作圖，使圖解結(jié)果更加準(zhǔn)確；2、各物料的相關(guān)溫度可根據(jù)不同濃度的乙醇溶液的汽液平衡（沸點(diǎn)）溫度求取；3、進(jìn)料熱狀態(tài)的確定，應(yīng)根據(jù)預(yù)熱熱源（塔底產(chǎn)品）情況，用熱量衡算進(jìn)行確定；4、塔頂冷凝器的熱量，可只考慮冷凝熱，在此基礎(chǔ)上加5%的余量進(jìn)行工程概算，使計(jì)算簡(jiǎn)單；5、為了強(qiáng)化再沸器的傳熱，可采取增大再沸器中液體的循環(huán)流量的辦法，按經(jīng)驗(yàn)可取原料量的1.53 倍。且再沸器的傳熱面積是決定塔操作彈性的主要因素之一，故估算其傳熱面積時(shí)安全系數(shù)要選大一些，以防塔底蒸發(fā)量不足

6、影響操作。6、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖： 將設(shè)計(jì)的工藝流程方案用帶控制點(diǎn)的工藝流程圖表示出來，繪出流程所需全部設(shè)備，標(biāo)出物流方向及主要控制點(diǎn)的控制參數(shù)值。7、某些物性參數(shù)當(dāng)難以準(zhǔn)確查取時(shí)，可用接近的參數(shù)代替進(jìn)行工程概算。六、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、查閱文獻(xiàn)，熟悉項(xiàng)目情況；2 天2、進(jìn)行工藝計(jì)算及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算4 天3、精餾生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制2 天4、設(shè)計(jì)說明書的編寫1 天5、提交設(shè)計(jì)及答辯1 天七、完成后應(yīng)上交的材料1、設(shè)計(jì)說明書1 份2、圖解法求理論塔板數(shù)的求解過程圖（要求用坐標(biāo)紙繪制）1 張3、工藝設(shè)備流程圖（帶控制點(diǎn)工藝流程圖）1 張（2號(hào)圖）4、精餾塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1 張（2號(hào)圖）

7、八、成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度 20 分，技術(shù)水平與實(shí)際能力 30 分，論文 (計(jì)算書、圖紙 )撰寫質(zhì)量 50 分，詳見以下課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表。 評(píng)定時(shí)可從設(shè)計(jì)過程情況， 提交的設(shè)計(jì)資料， 答辯情況等進(jìn)行綜合評(píng)定。2化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表項(xiàng)目分值學(xué)習(xí)20態(tài)度技術(shù)水平與實(shí)30際能力論文(計(jì)算書、圖50紙)撰寫質(zhì)量?jī)?yōu)秀良好中等及格不及格(100 x 90)(90 x 80)(80 x 70)(70 x 60)評(píng)分(x60)學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，學(xué)習(xí)態(tài)度好，學(xué)習(xí)態(tài) 度尚學(xué)習(xí)態(tài)度尚學(xué)習(xí)態(tài)度工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，工作作風(fēng)認(rèn)好，遵 守教可，能遵守教馬虎，紀(jì)律嚴(yán)格遵守教學(xué)真，遵守教學(xué)學(xué)紀(jì)律較學(xué)紀(jì)律，能按渙散，工

8、作紀(jì)律，保證設(shè)計(jì)紀(jì)律，能按期好，能 按設(shè)期完成任務(wù)，作風(fēng)不嚴(yán)按進(jìn)度要求進(jìn)圓滿完成設(shè)計(jì)作息 時(shí)間完成的質(zhì)量謹(jǐn)，不能按行，能圓滿完成計(jì)任務(wù)。作業(yè)， 能較一般。設(shè)計(jì)作息設(shè)計(jì)任務(wù)。好地按 期完時(shí)間作業(yè)，成各項(xiàng)工不能按期作。完成任務(wù)或完成質(zhì)量差技術(shù)路線正確，技術(shù)路線正技術(shù)路 線正技術(shù)路線基技術(shù)路線論證合理充分，確，論證較合確，論 證較本正確，論證不正確，論能把文獻(xiàn)報(bào)道理、較充分，合理、 較充較合理、較充證不合理、的新技術(shù)應(yīng)用能把文獻(xiàn)報(bào)分，能 把文分，引用數(shù)據(jù)不充分，引于設(shè)計(jì)中， 引用道的新技術(shù)獻(xiàn)報(bào)道 的新較準(zhǔn)確，計(jì)算用數(shù)據(jù)不數(shù)據(jù)準(zhǔn)確， 計(jì)算應(yīng)用于設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng) 用于基本正確。準(zhǔn)確，計(jì)算正確。中，引用數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

9、中 ，引不正確。準(zhǔn)確，計(jì)算正用數(shù)據(jù) 較準(zhǔn)確。確，計(jì) 算基本正確。設(shè)計(jì)說明書寫設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)說 明書設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)說明作結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、 合寫作結(jié)構(gòu)合寫作結(jié) 構(gòu)較寫作結(jié)構(gòu)基書寫作內(nèi)理，邏輯性強(qiáng)，理，邏輯性較合理， 層次本合理，邏輯容空泛，結(jié)層次清晰， 語言強(qiáng)，層次分較分明 ，文基本清楚， 文構(gòu)混亂，文準(zhǔn)確，文字流明，語言準(zhǔn)理較通 順，字尚通順， 書字表達(dá)不暢，書寫工整或確，文字流書寫較 工整寫較工整， 圖清，錯(cuò)別字用計(jì)算機(jī)打印暢，書寫工整或計(jì)算 機(jī)打紙基本規(guī)范。較多，達(dá)不成文。圖紙規(guī)或用計(jì)算機(jī)印成文 。圖到規(guī)范化范。打印成文。 圖紙較規(guī)范。要求。圖紙紙規(guī)范。不規(guī)范。八、推薦參考資料1、夏清、陳國(guó)貴主編

10、，化工原理，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2005 年。2、華南理工大學(xué)，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，廣州：華南理工大學(xué)出版社，1986 年。3、匡國(guó)柱主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 年4、章克昌，吳佩琮，酒精工業(yè)手冊(cè) ，北京：輕工業(yè)出版社，1995 年。5、化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊(cè)編寫組，化工設(shè)備結(jié)構(gòu)圖冊(cè)，上海，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1978年。3化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書九、主要技術(shù)的案例分析精餾的基本原理和流程精餾的基本原理:精餾是基于混合液中兩組分的揮發(fā)度不同，在精餾塔中同時(shí)并多次進(jìn)行部分氣化部分冷凝的操作，致使混合液可分離成為近于純組分，而塔頂回流和塔底再沸器產(chǎn)生上升蒸氣是精

11、餾得以連續(xù)穩(wěn)定操作的兩個(gè)必要條件。如圖，為精餾的基本流程圖。應(yīng)設(shè)計(jì)的主要設(shè)備有：精餾塔，再沸器中、預(yù)熱器、冷凝器和冷卻器等。輔助設(shè)備有：管路、液體儲(chǔ)存罐具體設(shè)計(jì)見附件資料：附件資料 1：板式塔的設(shè)計(jì)板式塔的類型很多，但其設(shè)計(jì)原則基本相同。一般來說，板式塔的設(shè)計(jì)步驟大致如下：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案；根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型；確定塔徑、塔高等工藝尺寸；進(jìn)行塔板的設(shè)計(jì)，包括溢流裝置的設(shè)計(jì)、塔板的布置、 升氣道（泡罩、 篩孔或浮閥等）的設(shè)計(jì)及排列；進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算；繪制塔板的負(fù)荷性能圖；根據(jù)負(fù)荷性能圖，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，若設(shè)計(jì)不夠理想，可對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過程，一

12、直到滿意為止。一、設(shè)計(jì)方案的確定（一）裝置流程的確定4化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書蒸餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。 蒸餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。譬如，用原料作為塔頂產(chǎn)品（或釜液產(chǎn)品）

13、冷卻器的冷卻介質(zhì)，即可將原料預(yù)熱，又可節(jié)約冷卻介質(zhì)。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。塔頂分凝器對(duì)上升蒸氣有一定的增濃作用，若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器?？傊?，確定流程時(shí)要較全面、合理地兼顧設(shè)備、操作費(fèi)用、操作控制及安全諸因素。（二）操作壓力的選擇蒸餾過程按操作壓力不同，分為常壓蒸餾、減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般，除熱敏性物系外，凡通過常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的物系，都應(yīng)采用常壓蒸餾；

14、對(duì)熱敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對(duì)常壓下餾出物的冷凝溫度過低的物系，需提高塔壓或者采用深井水、冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。例如苯乙烯常壓沸點(diǎn)為145.2，而將其加熱到102以上就會(huì)發(fā)生聚合，故苯乙烯應(yīng)采用減壓蒸餾；脫丙烷塔操作壓力提高到1 765 kP a 時(shí)，冷凝溫度約為50，便可用江河水或者循環(huán)水進(jìn)行冷卻，則運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用減少；石油氣常壓呈氣態(tài)，必須采用加壓蒸餾。（三）進(jìn)料熱狀況的選擇蒸餾操作有五種進(jìn)料熱狀況，進(jìn)料熱狀況不同，影響塔內(nèi)各層塔板的氣、液相負(fù)荷。工業(yè)上多采用接近泡點(diǎn)的液體進(jìn)料和飽和液體（泡點(diǎn)）進(jìn)料，通常用釜?dú)堃侯A(yù)熱原料。若工藝要求

15、減少塔釜的加熱量，以避免釜溫過高，料液產(chǎn)生聚合或結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。（四）加熱方式的選擇蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。 有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱，例如蒸餾釜?dú)堃褐械闹饕M分是水，且在低濃度下輕組分的相對(duì)揮發(fā)度較大時(shí)（如乙醇與水混合液）宜用直接蒸汽加熱， 其優(yōu)點(diǎn)是可以利用壓力較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。但由于直接蒸汽的加入，對(duì)釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需要在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。（五）回流比的選擇回流比是精餾操作的重要工藝條件，其選擇的原則是使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用之和最低。設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)根據(jù)實(shí)際需

16、要選定回流比，也可參考同類生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)值選定。必要時(shí)可選用若干個(gè) R 值，利用吉利蘭圖（簡(jiǎn)捷法）求出對(duì)應(yīng)理論板數(shù)N ，作出 N R 曲線，從中找出適宜操作回流比R，也可作出R 對(duì)精餾操作費(fèi)用的關(guān)系線，從中確定適宜回流比R。二、塔板的類型與選擇塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯(cuò)流式塔板和逆流式塔板兩類，工業(yè)應(yīng)用以錯(cuò)流式塔板5化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書為主，常用的錯(cuò)流式塔板主要有下列幾種。（一）泡罩塔板泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分為80 、100 、150 三種，可根據(jù)塔徑的大小選擇。通常塔徑小于1

17、000 ，選用80 的泡罩；塔徑大于 2 000 ，選用150 的泡罩。泡罩塔板的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。近年來，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在設(shè)計(jì)中除特殊需要（如分離粘度大，易結(jié)焦等物系）外一般不宜選用。（二）篩孔塔板篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板（孔徑為3 8 ）和大孔徑篩板（孔徑為10 25 ）兩類。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合（如分離粘度大，易結(jié)焦等物系）。篩板的優(yōu)點(diǎn)是

18、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏夜，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降， 故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來， 由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。浮閥塔板浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收可兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。氣流從浮閥周邊水平地進(jìn)入塔板上

19、液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。 浮閥的類型很多，國(guó)內(nèi)常用的有F1 型、 V-4 型及 T 型等，其中以F1 型浮閥應(yīng)用最為普遍。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，故塔板效率高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。應(yīng)予指出， 以上介紹的僅是幾種較為典型的浮閥形式。由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便， 故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其他型式的

20、塔板廣泛， 是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。近年來研究開發(fā)出的新型浮閥有船型浮閥、管型浮閥、梯型浮閥、雙層浮閥、V-V 浮閥、混合浮閥等，其共同的特點(diǎn)是加強(qiáng)了流體的導(dǎo)向作用和氣體的分散作用，使氣液兩相的流動(dòng)更趨于合理，操作彈性和塔板效率得到進(jìn)一步的提高。但應(yīng)指出，在工業(yè)應(yīng)用中，目前還多采用F1 型浮閥，其原因是F1 浮閥已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完善，便于設(shè)計(jì)和對(duì)比。而采用新型浮閥，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不夠完善，給設(shè)計(jì)帶來一定的困難，但隨著新型浮閥性能測(cè)定數(shù)據(jù)的不斷發(fā)表及工業(yè)應(yīng)用的增加，其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)逐步完善，在有效完善的性能數(shù)據(jù)下，設(shè)計(jì)中可選用新型浮閥。6化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書三、板式塔的塔體工藝尺寸

21、計(jì)算板式塔的塔體工藝尺寸包括塔體的有效高度和塔徑（一）塔的有效高度計(jì)算板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可按下式計(jì)算：Z( NT1)H T（5-1）ET式中Z 板式塔的有效高度，m；N T 塔內(nèi)所需的理論塔板層數(shù)；ET 總板效率；H T 塔板間距，m。2.理論板層數(shù)的計(jì)算對(duì)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，當(dāng)分離要求和操作條件確定后，所需的理論板層數(shù)可采用逐板計(jì)算法或圖解法求得，有關(guān)內(nèi)容在化工傳質(zhì)與分離過程教材的蒸餾一章中已詳盡討論，此處不再贅述。應(yīng)予指出， 近年來， 隨著模擬計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已開發(fā)出許多用于精餾過程模擬計(jì)算的軟件，設(shè)計(jì)中常用的有ASPEN 、 PRO/等。這些模擬軟件雖有各自

22、的特點(diǎn)，但其模擬計(jì)算的原理基本相同，即采用不同的數(shù)學(xué)方法，聯(lián)立求解物料衡算方程（ M 方程）、相平衡方程（ E 方程）、熱量衡算方程（H 方程）及組成加和方程（S 方程），簡(jiǎn)稱 MEHS 方程組。在ASPEN 、PRO/等軟件包中，存儲(chǔ)了大多數(shù)物系的物性參數(shù)及氣液平衡數(shù)據(jù)，對(duì)缺乏數(shù)據(jù)的物系，可通過軟件包內(nèi)的計(jì)算模塊，通過一定的算法， 求出相關(guān)的參數(shù)。設(shè)計(jì)中，給定相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過模擬計(jì)算，即可獲得所需的理論板層數(shù)，進(jìn)料板的位置，各層理論板的氣液相負(fù)荷、氣液相密度、 氣液相粘度， 各層理論板的溫度與壓力等，計(jì)算快捷準(zhǔn)確。3.塔板間距的確定塔板間距 H T 的選取與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率

23、、操作彈性以及塔的安裝、檢修等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)塔徑的大小，由表5-1 列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)值選取。表 5-1 塔板間距與塔徑的關(guān)系塔 徑D， m0.30.50.5 0.80.8 1.61.6 2.02.02.42.4板間距HT ，200300300 350350 450450 600500800800選取塔板間距時(shí)，還要考慮實(shí)際情況。例如塔板層數(shù)很多時(shí)，宜選用較小的板間距，適當(dāng)加大塔徑以降低塔的高度； 塔內(nèi)各段負(fù)荷差別較大時(shí)， 也可采用不同的板間距以保持塔徑的一致；對(duì)易發(fā)泡的物系，板間距應(yīng)取大些，以保證塔的分離效果；對(duì)生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)較大的場(chǎng)合，也需加大板間距以提高操作彈性。在設(shè)計(jì)中，有時(shí)

24、需反復(fù)調(diào)整，選定適宜的板間距。塔板間距的數(shù)值應(yīng)按系列標(biāo)準(zhǔn)選取，常用的塔板間距有300、350、400、450、500、600、等幾種系列標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)予指出，板間距的確定除考慮上述因素外，還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體的人孔處，應(yīng)采用較大的板間距，一般不低于600 。塔徑的計(jì)算板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即7化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書D4 V S（ 5-2）u式中D 塔徑， m；VS 氣體體積流量，m 3 /s；u 空塔氣速，m/s。由式 5-2 可知，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u。設(shè)計(jì)中， 空塔氣速 u 的計(jì)算方法是，先求得最大的空塔氣速u max ，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即

25、u=（ 0.60.8） u max（ 5-3）安全系數(shù)的選取與分離物系的發(fā)泡程度密切相關(guān)。對(duì)不易發(fā)泡的物系，可取較高的安全系數(shù)，對(duì)易發(fā)泡的物系，應(yīng)取較低的安全系數(shù)。最大空塔氣速u max 可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為u m a =x C（ 5-4）vvL 液相密度， / m 3 ；V 氣相密度，/ m3 ；C負(fù)荷因子， m/s。負(fù)荷因子 C 值與氣液負(fù)荷、物性及塔板結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般由實(shí)驗(yàn)確定，史密斯（Smith ）等人匯集了若干泡罩、篩板和浮閥塔的數(shù)據(jù)，整理成負(fù)荷因子與諸影響因素間的關(guān)系曲線，如圖 5-1 所示。圖中橫坐標(biāo) Lh / Vh ( L/ V ) 1 / 2 為無因次比值，稱為

26、液氣動(dòng)能參數(shù)，它反映液、氣兩相的負(fù)荷與密度對(duì)負(fù)荷因子的影響；縱坐標(biāo)C20為物系表面張力為20mN/m 的負(fù)荷系數(shù)；參數(shù)HThL 反映液滴沉降空間高度對(duì)負(fù)荷因子的影響。設(shè)計(jì)中，板上液層高度hL 由設(shè)計(jì)者選定。對(duì)常壓塔一般取為0.05 0.08m；對(duì)減壓塔一般取為0.025 0.03m。圖 5-1 是按液體表面張力L =20mN/m 的物系繪制的，當(dāng)所處理的物系表面張力為其他值，應(yīng)按下式進(jìn)行校正，即C C20( L )0.2（ 5-5）20式中C 操作物系的負(fù)荷因子，m/s；L 操作物系的液體表面張力，mN/m 。應(yīng)予指出， 由式 5-2 計(jì)算出塔徑 D 后，還應(yīng)按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。常用的標(biāo)準(zhǔn)

27、塔徑為： 400、500、 600、 700、 800、 1 000、 1 200、1 400、 1 600、 2 000、 2 200 等。還應(yīng)指出，以上算出塔徑只是初估值，還要根據(jù)流體力學(xué)原則進(jìn)行驗(yàn)算。另外，對(duì)于精餾過程， 精餾段和提餾段的氣、 液相負(fù)荷及物性數(shù)據(jù)是不同的， 故設(shè)計(jì)中兩段的塔徑應(yīng)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。8化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書四、板式塔的塔板工藝尺寸計(jì)算溢流裝置的設(shè)計(jì)板式塔的溢流裝置包括溢流堰、 降液管和受液盤等幾部分， 其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)塔的性能有著重要的影響。1.降液管的類型與溢流方式降液管的類型降液管是塔板間流體流動(dòng)的通

28、道，也是使溢流液中所夾帶氣體得以分離的場(chǎng)所。降液管有圓形與弓形兩類，如圖 5-2 所示。通常，圓形降液管一般只用于小直徑塔，對(duì)于直徑較大的塔，常用弓形降液管。溢流方式溢流方式與降液管的布置有關(guān)。常用的降液管布置方式有U 型流、單溢流、雙溢流及階梯式雙溢流等，如圖5-3 所示。9化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書U 型流也稱回轉(zhuǎn)流。其結(jié)構(gòu)是將弓形降液管用擋板隔成兩半，一半作受液盤， 另一半作降液管，降液和受液裝置安排在同一側(cè)。此種溢流方式液體流徑長(zhǎng)，可以提高板效率，其板面利用率也高，但它的液面落差大，只適用于小塔及液體流量小的場(chǎng)合。單溢流又稱直徑流。 液體自受液盤橫向流過塔板至溢流堰。此種溢流方式液體流徑較

29、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。雙溢流又稱半徑流。其結(jié)構(gòu)是降液管交替設(shè)在塔截面的中部和兩側(cè)，來自上層塔板的液體分別從兩側(cè)的降液管進(jìn)入塔板，橫過半塊塔板而進(jìn)入中部降液管，到下層塔板則液體由中央向兩側(cè)流動(dòng)。此種溢流方式的優(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做成階梯型式， 每一階梯均有溢流。 此種溢流方式可在不縮短液體流徑的情況下減小液面落差。 這種塔板結(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。溢流類型也液體負(fù)荷及塔徑有關(guān)。表5-2 列出了溢流類型及液體負(fù)

30、荷及塔徑的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。表 5-2溢流類型與液體流量及塔徑的關(guān)系塔徑D，液體流量 L h ，m 3/hU 型流單溢流雙溢流階梯式雙溢流600552590077501 0007451 4009702 0001190901603 000111101102002003004 000111101102302303505 000111101102502504006 00011110110250250450應(yīng)用場(chǎng)合用于較低一般場(chǎng)合用于高液氣比用于極高液氣比液氣比或大型塔板或超大型塔板10化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2.溢流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算為維持塔板上有一定高度的流動(dòng)液層，必須設(shè)置溢流裝置。溢流裝置的設(shè)

31、計(jì)包括堰長(zhǎng)l W 、堰高 hW ，弓形降液管的寬度 Wd 、截面積 Af 、降液管底隙高度 h0 ，進(jìn)口堰的高度 hW 與降液管間的水平距離 h1 等，如圖 5-4 所示。1）溢流堰（出口堰）將降液管的上端高出塔板板面，即形成溢流堰。溢流堰板的形狀有平直形與齒形兩種，設(shè)計(jì)中一般采用平直形溢流堰板。堰長(zhǎng)弓形降液管的弦長(zhǎng)稱為堰長(zhǎng)，以 lW 表示。堰長(zhǎng) lW 一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定， 對(duì)于常用的弓形降液管：?jiǎn)我缌鱨W =（ 0.6 0.8） D雙溢流lW =（ 0.5 0.6） D式中D 塔內(nèi)徑， m堰高降液管端面高出塔板板面的距離，稱為堰高，以h 表示。堰高與板上清液W層高度及堰上液層高度的關(guān)系為h =

32、 h +hOW（ 5-6）LW式中hL 板上清液層高度，m；OW 堰上液層高度，m。h設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)保持塔板上清液層高度在50 100 ，于是，堰高h(yuǎn)W 可由板上清液層高度及堰上液層高度而定。堰上液層高度對(duì)塔板的操作性能有很大的影響。堰上液層高度太小，會(huì)造成液體在堰上分布不均，影響傳質(zhì)效果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使堰上液層高度大于6 ，若小于此值須采用齒形堰；堰上液層高度太大，會(huì)增大塔板壓降及液沫夾帶量。一般設(shè)計(jì)時(shí) hOW不宜大于 60 70 ，超過此值時(shí)可改用雙溢流型式。對(duì)于平直堰，堰上液層高度hOW 可用費(fèi)蘭西斯（ Francis）公式計(jì)算，即OW = 2.84Lh)2 / 3（ 5-7）hE(1000

33、LW式中L h 塔內(nèi)液體流量，m 3 /hE液流收縮系數(shù)，由圖5-5 查得。11化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取E=1時(shí)所引起的誤差能滿足工程設(shè)計(jì)要求。當(dāng)E=1 時(shí)，由式5-7 可看出， hOW 僅與 L h 及 l W 有關(guān)，于是可用圖 5-6 所示的列線圖求出hOW 。求出 hOW 后，即可按下式范圍確定hW ：0.05- hOW hW 0.1- hOW在工業(yè)塔中，堰高W0.05m；減壓塔為 0.015 0.025m；加壓塔為0.04h 一般為 0.040.08m，一般不宜超過 0.1m 。2）降液管工業(yè)中以弓形降液管應(yīng)用為主，故此處只討論弓形降液管的設(shè)計(jì)。（ 1）弓形降液管的寬度及

34、截面積弓形降液管的寬度以 Wd表示，截面積以 A f 表示，設(shè)計(jì)中可根據(jù)堰長(zhǎng)與塔徑之比l W /D 由圖 5-7 查得。為使液體中夾帶的氣泡得以分離，液體在降液管內(nèi)應(yīng)有足夠的停留時(shí)間。由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間不應(yīng)小于35s，對(duì)于高壓下操作的塔及易起泡的物系，停留時(shí)間應(yīng)更長(zhǎng)一些。 為此，在確定降液管尺寸后， 應(yīng)按下式驗(yàn)算降液管內(nèi)液體的停留時(shí)間，即12化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書=3600 Af H T（5-9）L h3 5若不能滿足式5-9 要求，應(yīng)調(diào)整降液管尺寸或板間距，直至滿足要求為止。（ 2）降液管底隙高度降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以h0 表示。降液管底隙高度h

35、0應(yīng)低于出口堰高度Wh ，才能保證降液管底端有良好的液封，一般不應(yīng)低于 6，即h =h-0.006（5-10）0Wh0 也可按下式計(jì)算：h0 =L h(5-11)3600 L W u 0式中 u0 液體通過低隙時(shí)的流速，m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取u0 =0.07 0.25m/s 。降液管底隙高度一般不宜小于2025 ，否則易于堵塞， 或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。13化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書3）受液盤受液盤有平受液盤和凹形受液盤兩種形式，如圖5-8 所示。平受液盤一般需在塔板上設(shè)置進(jìn)口堰， 以保證降液管的液封， 并使液體在板上分布均勻。進(jìn)口堰高度 hW 可按下述原則考慮： 當(dāng)出口堰高度 hW

36、 大于降液管底隙高度 h0（一般都是這樣）時(shí)，取 hW = hW ，在個(gè)別情況下 hW h0 ，則應(yīng)取 hW h0 ，以保證液體由降液管流出時(shí)不致受到很大阻力，進(jìn)口堰與降液管間的水平距離h1 不應(yīng)小于 h0 。設(shè)置進(jìn)口堰即占用板面，又易使沉淀物淤積此處造成阻塞。采用凹形受液盤不需設(shè)置進(jìn)口堰。 凹形受液盤即可在低液量時(shí)能形成良好的液封，又有改變液體流向的緩沖作用，并便于液體從側(cè)線的抽出。對(duì)于600 以上的塔，多采用凹形受液盤。凹形受液盤的深度一般在 50 以上，有側(cè)線采出時(shí)宜取深些。凹形受液盤不適于易聚合及有懸浮固體的情況，因易造成死角而堵塞。（二）塔板設(shè)計(jì)塔板具有不同的類型， 不同類型塔板的設(shè)

37、計(jì)原則雖基本相同， 但又各有不同的特點(diǎn)， 現(xiàn)對(duì)篩板的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行討論。1.塔板布置塔板板面根據(jù)所起作用不同分為四個(gè)區(qū)域，如圖5-4 所示。開孔區(qū)圖 5-4 中虛線以內(nèi)的區(qū)域?yàn)椴贾煤Y孔的有效傳質(zhì)區(qū)，亦稱鼓泡區(qū)。開孔區(qū)面積以 A a 表示，對(duì)單溢流型塔板，開孔區(qū)面積可用下式計(jì)算，即A a2( xr 2x2r 2sin 1x )(5-12)180r式中D( dS ) ， mxWW2DWc ，mr2sin 1 x 為以角度表示的反正弦函數(shù)。r溢流區(qū)溢流區(qū)為降液管及受液盤所占的區(qū)域，其中降液管所占面積以A f 表示，受液盤所占面積以A f 表示。安定區(qū)開孔區(qū)與溢流區(qū)之間的不開孔區(qū)域稱為安定區(qū)，也稱破沫區(qū)

38、。溢流堰前的安定區(qū)寬度為 WS ，其作用是在液體進(jìn)入降液管之前有一段不鼓泡的安定地帶，以免液體大量夾帶氣泡進(jìn)入降液管；進(jìn)口堰后的安全區(qū)寬度為WS ，其作用是在液體入口處，由于板上液面落差，液層較厚，有一段不開孔的安全地帶，可減少漏液量。安定區(qū)的寬度可按下述范14化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書圍選取，即溢流堰前的安定區(qū)寬度WS =70100 進(jìn)口堰后的安全區(qū)寬度WS=50100 對(duì)小直徑的塔（ D 1m）,因塔板面積小 ,安定區(qū)要相應(yīng)減小 .無效區(qū)在靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域供支持塔板的邊梁之用,稱為無效區(qū) ,也稱邊緣區(qū) .其寬度 Wc 視塔板的支承需要而定 ,小塔一般為 3050 ,大塔一般為 50 70

39、 .為防止液體經(jīng)無效區(qū)流過而產(chǎn)生短路現(xiàn)象 ,可在塔板上沿塔壁設(shè)置擋板 .應(yīng)予指出 , 為便于設(shè)計(jì)及加工 ,塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)已逐漸系列化 .附錄四中列出了塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的系列化標(biāo)準(zhǔn) ,可供設(shè)計(jì)時(shí)參考 .2.篩孔的計(jì)算及其排列篩孔直徑篩孔直徑 d 0 的選取與塔的操作性能要求、物系性質(zhì)、塔板厚度、加工要求等有關(guān)， 是影響氣相分散和氣液接觸的重要工藝尺寸。按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)， 表面張力為正系統(tǒng)的物系，可采用 d 0為 38 （常用 4 5 ）的小孔徑篩板；表面張力為負(fù)系統(tǒng)的物系或易堵塞物系，可采用d0 為 1025 的大孔徑篩板。近年來，隨著設(shè)計(jì)水平的提高和操作經(jīng)驗(yàn)的積累，采用大孔徑篩板逐漸增多，因大孔徑篩板加

40、工簡(jiǎn)單、造價(jià)低，且不易堵塞，只要設(shè)計(jì)合理，操作得當(dāng)，仍可獲得滿意的分離效果。篩板厚度 篩孔的加工一般采用沖壓法，故確定篩板厚度應(yīng)根據(jù)篩孔直徑的大小，考慮加工的可能性。對(duì)于碳鋼塔板，板厚為 3 4 ，孔徑 d0 應(yīng)不小于板厚；對(duì)于不銹鋼塔板，板厚為 2 2.5 ， d0應(yīng)不小于（ 1.5 2） ?？字行木嘞噜弮珊Y孔中心的距離稱為孔中心距，以t 表示?？字行木?t 一般為2.5 5） d 0 ，t/ d0 過小易使氣流相互干擾，過大則鼓泡不均勻，都會(huì)影響傳質(zhì)效率。設(shè)計(jì)推薦值為 t/ d0 3 4。篩孔的排列與篩孔數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，篩孔按正三角形排列，如圖 5-9 所示。當(dāng)采用正三角形排列時(shí)，篩孔的數(shù)目n

41、可按下式計(jì)算，即1.155Aa（ 5-13）nt2式中Aa 鼓泡區(qū)面積，；t篩孔的中心距，m。開孔率篩板上篩孔總面積A 0 與開孔區(qū)面積 Aa 的比值稱為開孔率，即A0 100%（ 5-14）Aa篩孔按正三角形排列時(shí)，可以導(dǎo)出A0 =0.907 ( d 0 ) 2（ 5-15 ）Aat應(yīng)予指出，按上述方法求出篩孔的直徑d 0 、篩孔數(shù)目n 后，還需要通過流體力學(xué)驗(yàn)算，檢驗(yàn)是否合理，若不合理需進(jìn)行調(diào)整。五篩孔的流體力學(xué)驗(yàn)算塔板流體力學(xué)驗(yàn)算的目的在于檢驗(yàn)初步設(shè)計(jì)的塔板計(jì)算是否合理，塔板能否正常操作。15化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書驗(yàn)算內(nèi)容有以下幾項(xiàng)：塔板壓力降、液面落差、液沫夾帶、漏液及液泛等。(一 )

42、塔板壓降氣體通過篩板時(shí)，需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力即形成了篩板的壓降，氣體通過篩板的壓降PP 可由下式計(jì)算PP = hPL g式 5-16 中的液柱高度hP 可按下式計(jì)算，即hP hchI h式中 hc 與氣體通過篩板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m 液柱；hI 與氣體通過板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m 液柱；h 與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺 液柱。1.干板阻力(5-16)(5-17)干板阻力 hc 可按以下經(jīng)驗(yàn)公式估算，即hc =0.051 ( u0) 2 (V)1 (A0) 2(5-18)c0LA式中u0 氣體通過篩孔的速度，

43、m/s；c0 流量系數(shù)。通常，篩板的開孔率 15%，故式5-18 可簡(jiǎn)化為hc =0.051 ( u0) 2 (V)(5-19)c0L流量系數(shù)的求取方法較多，當(dāng)d0 10 ，其值可由圖 5-10直接查出。當(dāng) d0 10 時(shí)，由圖 5-10查得 c0 后再乘以1.15 的校正系數(shù)。2.氣體通過液層的阻力氣體通過液層的阻力1hL 及氣泡的狀況等許多因素有關(guān)，其計(jì)算h與板上清液層的高度方法很多，設(shè)計(jì)中常采用下式估算h1 = hL = （ hW hOW ）（5-20）式中充氣系數(shù)，反映板上液層的充氣程度，其值從圖5-11 查取，通?？扇?0.5 0.6圖 5-11 中 F0 為氣相動(dòng)能因子，其定義式為

44、F0 = uaV（ 5-21）uaVs(單溢流板 )(5-22)ATAf16化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書式中F0 氣相動(dòng)能因子， 1/ 2 /（ s m 1 / 2 ）； ua 通過有效傳質(zhì)區(qū)的氣速， m/s；AT 塔截面積，。3.液體表面張力的阻力液體表面張力的阻力h 可由下式估算，即h =4Lgd0式中L 液體的表面張力，N/m 。由以上各式分別求出 hc 、 h1 及 h 后，即可計(jì)算出氣體通過篩板的壓降應(yīng)低于設(shè)計(jì)允許值。（二）液面落差當(dāng)液體橫向流過塔板時(shí)，為克服板上的摩擦阻力和板上構(gòu)件的局部阻力，(5-23)PP ，該計(jì)算值需要一定的液位差，此即液面落差。篩板上由于沒有突起的氣液接觸構(gòu)件，故

45、液面落差較小。在正常的液體流量范圍內(nèi)，對(duì)于 D 1 600 的篩板， 液面落差可忽略不計(jì)。對(duì)于液體流量很大及D 2的篩板，需要考慮液面落差的影響。液面落差的計(jì)算方法參考有關(guān)書籍。（三）液沫夾帶液沫夾帶造成液相在塔板間的返混，嚴(yán)重的液沫夾帶會(huì)使塔板效率急劇下降，為保證塔板效率的基本穩(wěn)定，通常將液沫夾帶量限制在一定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)中規(guī)定液沫夾帶量eV 0.1液體 /氣體。計(jì)算液沫夾帶的方法很多，設(shè)計(jì)中常采用亨特關(guān)聯(lián)圖，如圖5-12 所示。圖中直線部分可回歸成下式5.7 10 6u a)3.2（ 5-24）eV =(LH T h f式中 eV 液沫夾帶量，液體/氣體；h f 塔板上鼓泡層高度，m。根據(jù)設(shè)

46、計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般取h f =2.5 hL 。（四）漏液當(dāng)氣體通過篩孔的流速較小，氣體的動(dòng)能不足以阻止液體向下流動(dòng)時(shí)，便會(huì)發(fā)生漏液現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)漏液量小于塔內(nèi)液流量的10%時(shí)對(duì)塔板效率影響不大。故漏液量等于塔內(nèi)液流量的10%時(shí)的氣速稱為漏液點(diǎn)氣速，它是塔板操作氣速的下限，以u(píng)0,min表示。計(jì)算篩板塔漏液點(diǎn)氣速有不同的方法。設(shè)計(jì)中可采用下式計(jì)算，即u0,min= 4.4C0(0.0056 0.13hLh )LV（5-25）當(dāng) hL 30 或篩孔孔徑 d0 3 時(shí)，用下式計(jì)算較適宜：u0,min= 4.4C0(0.01 0.13hLh )LV（ 5-26）因漏液量與氣體通過篩孔的動(dòng)能因子有關(guān)，故亦

47、可采用動(dòng)能因子計(jì)算漏液點(diǎn)氣速，即17化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書F0,min（ 5-27）u0,min =V式中F0,min 漏液點(diǎn)動(dòng)能因子，F(xiàn)0, min 值的適宜范圍為 8 10。氣體通過篩孔的實(shí)際速度u0 與漏液點(diǎn)氣速 u0 ,min 之比，稱為穩(wěn)定系數(shù)，即u 0（5-28）Ku0, min式中K 穩(wěn)定系數(shù)，無因次。K 值的適宜范圍為 1.5 2。（五）液泛液泛分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況。因設(shè)計(jì)中對(duì)液沫夾帶量進(jìn)行了驗(yàn)算，故在篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算中通常只對(duì)降液管液泛進(jìn)行驗(yàn)算。為使液體能由上層塔板穩(wěn)定地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度H d 。降液管內(nèi)液層高度用來克服相鄰兩層塔板

48、間的壓降、板上清液層阻力和液體流過降液管的阻力，因此，可用下式計(jì)算H d ，即H d = hP hLhd（5-29）式中H d 降液管中清液層高度，m 液柱；hd 與液體流過降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺 液柱。hd 主要是由降液管底隙處的局部阻力造成，可按下面經(jīng)驗(yàn)公式估算：塔板上不設(shè)置進(jìn)口堰L S)30.15(u0 )2（ 5-30）hd = 0.153 (lW h0塔板上設(shè)置進(jìn)口堰h(yuǎn)d = 0.2( LS )30.2(u0 ) 2（ 5-31）l W h0式中u0 流體流過降液管底隙時(shí)的流速，m/s。按式 5-29 可算出降液管中清液層高度H d ，而降液管中液體和泡沫的實(shí)際高度大于此值。

49、為了防止液泛。 ，應(yīng)保證降液管中泡沫液體總高度不能超過上層塔板的出口堰，即H d (H T hW )（ 5-32）式中安全系數(shù)。對(duì)易發(fā)泡物系，=0.3 0.5；不易發(fā)泡物系，=0.6 0.7。六、塔板的負(fù)荷性能圖按上述方法進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算后，還應(yīng)繪出塔板的負(fù)荷性能圖，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。塔板的負(fù)荷性能圖的繪制方法見“篩板精餾塔設(shè)計(jì)示例”。七、板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備（一）塔體結(jié)構(gòu)塔頂空間塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，設(shè)計(jì)中通常取塔頂間距為（ 1.5 2.0） H T ，若需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂間距。塔底空間18化

50、工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由如下因素決定：塔底儲(chǔ)液空間依儲(chǔ)存液量停留3 8min（易結(jié)焦物料可縮短停留時(shí)間）而定；再沸器的安裝方式及安裝高度；塔底液面至最下層塔板之間要留有1 2m 的間距。3.人孔對(duì)于 D 1 000 的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔6 8 層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般為450 600 ，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)為200 250 ，人孔中心距操作平臺(tái)約 800 1 200 。設(shè)人孔處的板間距應(yīng)等于或大于600 。4.塔高板式塔的塔高如圖5-13 所示。可按下式計(jì)算，即H( nnFnP1) H TnF H FnP H PHDHBH1H2（5-3

51、3）式中H 塔高， m；n 實(shí)際塔板數(shù)；nF 進(jìn)料板數(shù)；H F 進(jìn)料板處板間距，m；nP 人孔數(shù)；H B 塔底空間高度，m；H P 設(shè)人孔處的板間距，m；H D 塔頂空間高度，m；H 1 封頭高度，m；H 2 裙座高度， m。（二）塔板結(jié)構(gòu)塔板按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大致可分為整塊式和分塊式兩類塔板。塔徑小于 800 時(shí)，一般采用整塊式；塔徑超過800 時(shí)，由于剛度、安裝、檢修等要求，多將塔板分成數(shù)塊通過人孔送入塔內(nèi)，對(duì)于單溢流型塔板，塔板分塊如表5-3 所示，其常用的分塊方法如圖5-14 所示。表 5-3塔板分塊數(shù)塔徑 ,8001 2001 4001 6001 8002 0002 2002 400塔板分

52、塊數(shù)3456（三）精餾塔的附屬設(shè)備精餾塔的附屬設(shè)備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷卻器、再沸器（蒸餾釜）、原料預(yù)熱器等，可根據(jù)有關(guān)教材或化工手冊(cè)進(jìn)行選型與設(shè)計(jì)。以下著重介紹再沸器（蒸餾釜） 和冷凝器的型式和特點(diǎn)，具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程從略。19化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書1.再沸器（蒸餾釜）該裝置的作用是加熱塔底料液使之部分氣化，以提供精餾塔內(nèi)的上升氣流。工業(yè)上常用的再沸器（蒸餾釜）有以下幾種： 內(nèi)置式再沸器（蒸餾釜）將加熱裝置直接設(shè)置于塔的底部，稱為內(nèi)置式再沸器（蒸餾釜），如圖 5-15（a）所示。加熱裝置可采用夾套、蛇管或列管式加熱器等不同形式，其裝料系數(shù)依物系起泡傾向取為 60% 80%。內(nèi)置式再沸器（蒸餾釜

53、）的優(yōu)點(diǎn)是安裝方便、可減少占地面積，通常用于直徑小于 600 的蒸餾塔中。 釜式（罐式）再沸器對(duì)直徑較大的塔，一般將再沸器置于塔外，如圖5-15（ b）所示。其管束可抽出，為保證管束浸于沸騰液中，管束末端設(shè)溢流堰，堰外空間為出料液的緩沖區(qū)。其液面以上空間為氣液分離空間，設(shè)計(jì)中，一般要求氣液分離空間為再沸器總體積的30%以上。釜式（罐式）再沸器的優(yōu)點(diǎn)是氣化率高，可達(dá) 80%以上。 若工藝過程要求較高的氣化率，宜采用釜式 （罐式） 再沸器。此外，對(duì)于某些塔底物料需分批移除的塔或間歇精餾塔，因操作范圍變化大，也宜采用釜式（罐式）再沸器。 虹吸式再沸器 利用熱虹吸原理， 即再沸器內(nèi)液體被加熱部分氣化后

54、， 氣液混合物密度小于塔內(nèi)液體密度，使再沸器與塔間產(chǎn)生靜壓差，促使塔底液體被“虹吸”進(jìn)入再沸器，在再沸器內(nèi)氣化后返回塔中，因而不必用泵便可使塔底液體循環(huán)。熱虹吸式再沸器有立式、臥式兩種形式，如圖5-16 所示。立式熱虹吸式再沸器的優(yōu)點(diǎn)是，按單位面積計(jì)的金屬耗用量顯著低于其他型式，并且傳熱效果較好、占地面積小、連接管線短。但立式熱虹吸式再沸器安裝時(shí)要求精餾塔底部液面與再沸器頂部管板持平，要有固定標(biāo)高，其循環(huán)速率受流體力學(xué)因素制約。當(dāng)處理能力大，要求循環(huán)量大，傳熱面也大時(shí)，常選用臥式熱虹吸式再沸器。一是由于隨傳熱面加大其單位面積的金屬耗量降低較快，二是其循環(huán)量受流體力學(xué)因素影響較小，可在一定范圍內(nèi)

55、調(diào)整塔底與再沸器之間的高度差以適應(yīng)要求。熱虹吸式再沸器的氣化率不能大于40%，否則傳熱不良，且因加熱管不能充分潤(rùn)濕而19化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書易結(jié)垢，故對(duì)要求較高氣化率的工藝過程和處理易結(jié)垢的物料不宜采用。 強(qiáng)制循環(huán)式再沸器用泵使塔底液體在再沸器與塔間進(jìn)行循環(huán)，稱為強(qiáng)制循環(huán)式再沸器，可采用立式、臥式兩種形式，如圖5-17 所示。強(qiáng)制循環(huán)式再沸器的優(yōu)點(diǎn)是，液體流速大，停留時(shí)間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。該方式特別適用于高粘度液體和熱敏性物料的蒸餾過程。強(qiáng)制循環(huán)式再沸器因采用泵循環(huán)，使得操作費(fèi)用增加，而且釜溫較高時(shí)需選用耐高溫的泵，設(shè)備費(fèi)較高，另外料液易發(fā)生泄漏，故除特殊需要外，一般不宜采用。應(yīng)

56、予指出，再沸器的傳熱面積是決定塔操作彈性的主要因素之一，故估算其傳熱面積時(shí)安全系數(shù)要選大一些，以防塔底蒸發(fā)量不足影響操作。2.塔頂回流冷凝器塔頂回流冷凝器通常采用管殼式換熱器，有臥式、立式、管內(nèi)或管外冷凝等形式。按冷凝器與塔的相對(duì)位置區(qū)分，有以下幾類。 整體式及自流式將冷凝器直接安置于塔頂，冷凝器藉重力回流入塔，此即整體式冷凝器，又稱內(nèi)回流式，如圖 5-18（ a）、（ b）所示。其優(yōu)點(diǎn)是蒸氣壓降較小，節(jié)省安裝面積，可藉改變升氣管或塔板位置調(diào)節(jié)位差以保證回流與采出所需的壓頭。缺點(diǎn)是塔頂結(jié)構(gòu)20化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書復(fù)雜，維修不便，且回流比難于精確控制。該方式常用于以下幾種情況：傳熱面較小（例如

57、50 以下）；冷凝液難以用泵輸送或泵送有危險(xiǎn)的場(chǎng)合；減壓蒸餾過程。圖 5-18（ c）所示為自流式冷凝器，即將冷凝器置于塔頂附近的臺(tái)架上，靠改變臺(tái)架高度獲得回流和采出所需的位差。強(qiáng)制循環(huán)式 當(dāng)塔的處理量很大或塔板數(shù)很多時(shí)，若回流冷凝器置于塔頂將造成安裝、檢修等諸多不便，且造價(jià)高，可將冷凝器置于塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂輸送回流，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐，即為強(qiáng)制循環(huán)式。圖5-18（ d）所示為冷凝器置于回流罐之上，回流罐的位置應(yīng)保證其中液面與泵入口間之位差大于泵的氣蝕余量，若罐內(nèi)液溫接近沸點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使罐內(nèi)液面比泵入口高出3m以上。圖 5-18 （ e）所示為將回流罐置于冷凝器的上部，冷凝器置于

58、地面，冷凝器藉壓差流入回流罐中，這樣可減少臺(tái)架，且便于維修，主要用于常壓或加壓蒸餾。21化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書附件資料 2：篩板塔設(shè)計(jì)示例例題：在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯-甲苯混合物。已知原料液的處理量為4 000 /h、組成為 0.41（苯的質(zhì)量分率，下同） ，要求塔頂餾出物的組成為0.96，塔底釜液的組成為0.01。設(shè)計(jì)條件如下：操作壓力4kP a （塔頂表壓） ；進(jìn)料熱狀況自選；回流比自選；單板壓降0.7 kP a ；全塔效率ET=52%；建廠地址天津地區(qū)。試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算?！驹O(shè)計(jì)計(jì)算 】（一）設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離

59、，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料， 將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)送入精餾塔內(nèi)。 塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，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(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。（二）精餾塔的物料衡算1.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率22化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書苯的摩爾質(zhì)量M A=78.11 /kmol甲苯的摩爾質(zhì)量M B =92.13 /kmolx F0.41 78.110.4500.59 92.130.41 78.11x D0.96 78.110.9660.04 9

60、2.130.96 78.11xW0.01 78.110.0120.99 92.130.01 78.112.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M F0.45078.11(10.450)92.1385.82kg / k m o lM D0.96678.11(10.966)92.1378.59kg / kmolM W0.01278.11(10.012)92.1391.96kg / kmol3.物料衡算原料處理量F400046.61k mo l/ h85.82總物料衡算46.61= DW苯物料衡算46.610.45= 0.966D0.012W聯(lián)立解得D =21.40kmol/hW =25.21kmo