醫(yī)用棉簽的卷棉機(jī)設(shè)計(jì)及乙酸丁酯分離板式精餾塔設(shè)計(jì)

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題目：醫(yī)用棉簽的卷棉機(jī)班級(jí)學(xué)號(hào)：姓名：PAGE33機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題目：醫(yī)用棉簽的卷棉機(jī)班級(jí)學(xué)號(hào)：姓名：目錄卷棉機(jī)的功能和設(shè)計(jì)要求11.設(shè)計(jì)題目12.設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求13.設(shè)計(jì)任務(wù)14.工作進(jìn)度與技術(shù)安排12.機(jī)構(gòu)方案的動(dòng)作分解,執(zhí)行動(dòng)作確定23.主要執(zhí)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)31.送棉機(jī)構(gòu)2.壓棉、揪棉機(jī)構(gòu)3.送簽、卷棉機(jī)構(gòu)4.機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定1.方案A2.方案B5.方案的評(píng)價(jià)表6.系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理1.方案A的數(shù)據(jù)處理2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理3.成品的尺寸設(shè)計(jì)7.電動(dòng)機(jī)的選取8.心得體會(huì)2.機(jī)構(gòu)方案的動(dòng)作分解,執(zhí)行動(dòng)作確定為達(dá)到其工藝動(dòng)作要求,方便設(shè)計(jì)，分解動(dòng)作機(jī)構(gòu)如下：1送棉:當(dāng)條狀棉通過(guò)機(jī)構(gòu)定時(shí)定量送入壓棉機(jī)構(gòu),對(duì)象為棉花,若采用直線送進(jìn)方式,機(jī)構(gòu)必須有持棉和直線,間歇,定長(zhǎng)送進(jìn)等功能,方式兩滾輪壓緊棉條,對(duì)滾送進(jìn),要間歇需要棘輪,不完全齒輪等間歇機(jī)構(gòu)連接。2.壓棉、揪棉:在揪棉前需要將條狀棉壓緊,則壓頭條棉有保持一段時(shí)間的一定壓力,使揪棉時(shí)條棉不滑落,揪棉的機(jī)構(gòu)既有壓棉能力還需要在保持壓緊力狀態(tài)下有某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的可能,并采用一定的壓頭,使條棉容易揪斷。3.送簽、卷棉:在棉塊落入導(dǎo)棉內(nèi),將送入導(dǎo)棉槽的簽桿與棉快接觸,采用漏斗均勻送出大數(shù)量的簽桿至確定的位置,防止在口出卡住,可采取震動(dòng)等方式使簽桿順利漏出。簽桿自轉(zhuǎn),使接觸的棉快卷上?；蛘咭贿呑赞D(zhuǎn)一邊卷上，可用卷輪自轉(zhuǎn)并于摩擦片接觸,使簽桿自轉(zhuǎn)并移動(dòng)卷棉。或者帶傳動(dòng)與摩擦片接觸完成自轉(zhuǎn)及卷棉。3主要執(zhí)行系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)1.送棉：方案1，棘輪機(jī)構(gòu)滾輪1和內(nèi)接棘輪機(jī)構(gòu)2相互摩擦,將中間的棉條壓緊送入導(dǎo)棉槽,當(dāng)內(nèi)接棘輪逆時(shí)針和滾輪順時(shí)針等速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)棉條的定量，定長(zhǎng)，間歇的直線送入。方案2，不完全齒輪機(jī)構(gòu)不完全齒輪1由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，做等速逆時(shí)針傳動(dòng)，當(dāng)齒輪部分與棉條接觸的同時(shí)也與滾輪2嚙合，產(chǎn)生摩擦，帶著棉條向前，直到齒輪部分離開(kāi)滾輪，不再送棉，如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)定量，定長(zhǎng)，間歇的直線送入。2.壓棉，揪棉方案1，凸輪機(jī)構(gòu)凸輪2與壓桿將棉條壓緊，且保持一定的時(shí)間，當(dāng)四分之一處凸輪與圓盤(pán)1接觸，對(duì)滾將其揪斷。方案2，曲柄機(jī)構(gòu)通過(guò)曲柄原動(dòng)件的圓周運(yùn)動(dòng)，使剪子不斷的重合與張開(kāi)，剪子張開(kāi)的頻率要與棉條的間歇時(shí)間相吻合，以達(dá)到剪棉條的目的。3.送簽，卷棉方案：通過(guò)卷輪5的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)漏斗1中送下的簽桿和同時(shí)進(jìn)入輪的棉條3，在輪與摩擦片4組成的縫隙中相接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與摩擦片4接觸，簽桿隨卷輪轉(zhuǎn)動(dòng)并自轉(zhuǎn)，從而達(dá)到卷棉的目的，漏斗口的大小與簽桿的直徑差不多。4.機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定根據(jù)系統(tǒng)方案擬定的一般原則，①盡可能采用簡(jiǎn)短的運(yùn)動(dòng)鏈，有利于降低機(jī)械的重量和制造成本，有利于提高機(jī)械效率和減少積累誤差。②優(yōu)先選用基本機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)方便，技術(shù)成熟。③使機(jī)械有較高的機(jī)械效率。④合理安排不同類(lèi)型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)順序，利于啟動(dòng)平穩(wěn)，方便原動(dòng)機(jī)的布置，保證機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)等，將各個(gè)方案串聯(lián)式組合如下：A電動(dòng)機(jī)滾輪3.圓盤(pán)4.摩擦片不完全齒輪凸輪漏斗卷輪B:1.內(nèi)接棘輪的滾輪曲柄剪刀4.摩擦片滾輪漏斗卷輪5.方案的評(píng)價(jià)利用數(shù)學(xué)分析法，對(duì)兩個(gè)方案的綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，進(jìn)行評(píng)分，每項(xiàng)指標(biāo)分值為10分，評(píng)價(jià)等級(jí)為很好，較好，好，不太好，一般，實(shí)用，不實(shí)用等等，據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)定。序號(hào)評(píng)價(jià)項(xiàng)目方案A方案B等級(jí)分?jǐn)?shù)等級(jí)分?jǐn)?shù)1功能實(shí)現(xiàn)的精確性較好7好62功能實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性很好10一般43系統(tǒng)的新穎性一般5一般54系統(tǒng)的工作效率高8低55功能實(shí)現(xiàn)的適應(yīng)性好8一般66系統(tǒng)的傳動(dòng)性能很好10好87系統(tǒng)的耐磨性好8好88制造成本低9稍高69維修的難易程度簡(jiǎn)單9簡(jiǎn)單910系統(tǒng)的復(fù)雜程度簡(jiǎn)單9復(fù)雜711所占空間幾何尺寸小8稍大712系統(tǒng)的環(huán)保性好7好7總計(jì)分?jǐn)?shù)9878綜上，方案A為最佳方案。發(fā)動(dòng)機(jī)2.滾輪3.圓盤(pán)摩擦片5.不完全齒輪6.凸輪漏斗8.滾輪注：（黃色虛線處為棉條，白色圓圈為簽桿）系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理：1.方案A的數(shù)據(jù)處理卷棉機(jī)的生產(chǎn)效率：60支每分鐘送棉和揪棉機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速：送簽和卷棉機(jī)構(gòu)8的轉(zhuǎn)速：N=2(rad/s)零件的尺寸設(shè)計(jì)：r2r3r5r82.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理3.成品的尺寸設(shè)計(jì)7.電動(dòng)機(jī)的選取根據(jù)動(dòng)力源的不同，常用原動(dòng)機(jī)分為四大類(lèi)型，電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓馬達(dá)和氣壓馬達(dá)。選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型要從執(zhí)行構(gòu)件的載荷特征、運(yùn)動(dòng)特性、機(jī)械的結(jié)構(gòu)布局、工作環(huán)境、環(huán)保要求;原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、適應(yīng)的工作環(huán)境、輸出參數(shù)的可控性、能源供應(yīng);機(jī)械的經(jīng)濟(jì)性、效率、質(zhì)量、尺寸等諸多方面考慮。由于電力供應(yīng)的普遍性，電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、效率高等優(yōu)點(diǎn)，大部分固定機(jī)械均優(yōu)先選用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)類(lèi)型有交流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。直流電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)造價(jià)高，多用于特殊要求的場(chǎng)合；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用于數(shù)控設(shè)備中。交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作穩(wěn)定性可靠，容易維護(hù)，是機(jī)械設(shè)備中最常用的原動(dòng)機(jī)。其中三相籠型異步電動(dòng)機(jī)用的最多。Y系列電動(dòng)機(jī)為中國(guó)推廣采用的新型設(shè)計(jì)產(chǎn)品，不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體的場(chǎng)合，以及具有要求較好啟動(dòng)性能的機(jī)械。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速一般直接根據(jù)工作機(jī)械的要求選定。在額定功率相同條件下，轉(zhuǎn)速越高的電動(dòng)機(jī)尺寸越小，質(zhì)量和價(jià)格也越低。對(duì)于常用的Y系列電動(dòng)機(jī)，一般用同步轉(zhuǎn)速為1000n/min和1500n/min的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)容量由負(fù)載所需要的功率，轉(zhuǎn)矩，及工作制來(lái)決定。經(jīng)綜合考慮，選用Y132S-88.心得體會(huì)：此次課設(shè)遇到的問(wèn)題，在評(píng)價(jià)方案的過(guò)程中，有的評(píng)價(jià)指標(biāo)自己不能分出哪一個(gè)方案更好。終于松了一口氣，緊張的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，在此之前，從未對(duì)自己的專業(yè)課上心過(guò)，也著實(shí)不喜歡機(jī)械類(lèi)的一切，而這一次，改變了我對(duì)自己所選專業(yè)的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有了對(duì)他的譬如無(wú)趣無(wú)聊復(fù)雜等的偏見(jiàn)。在上網(wǎng)或圖書(shū)館查閱資料和相關(guān)機(jī)械類(lèi)的書(shū)籍時(shí)，我慢慢學(xué)會(huì)了系統(tǒng)的運(yùn)用學(xué)過(guò)的各種基礎(chǔ)知識(shí)，將其串聯(lián)起來(lái)，加深了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和深入，各種桿件，齒輪，傳動(dòng)等等是那么的有趣，不同的連接方式，有不一樣的效果，很大的發(fā)揮了自己的擴(kuò)散性思維。在以后的學(xué)習(xí)中，會(huì)不斷擴(kuò)寬自己的知識(shí)面，并結(jié)合實(shí)際，更好的在這片機(jī)械的海洋里暢游。并感謝老師對(duì)我的關(guān)心指導(dǎo)。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課題名稱乙酸乙酯—乙酸丁酯分離板式精餾塔設(shè)計(jì)二、課題條件（原始數(shù)據(jù)）原料：乙酸乙酯、乙酸丁酯溶液處理量：4萬(wàn)t/a原料組成：30%（乙酸乙酯的質(zhì)量分率）料液初溫：35℃操作壓力、回流比、單板壓降：自選進(jìn)料狀態(tài)：冷液體進(jìn)料塔頂產(chǎn)品濃度：97%（質(zhì)量分率）塔底釜?dú)堃阂宜岫□セ厥章蕿?7%（質(zhì)量分率）塔頂：全凝器塔釜：飽和蒸汽間接加熱塔板形式：浮閥板生產(chǎn)時(shí)間：300天/年，每天24h運(yùn)行冷卻水溫度：20℃設(shè)備形式：浮閥板塔廠址：衡陽(yáng)市三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括設(shè)計(jì)、計(jì)算、論述、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)繪圖紙等根據(jù)目錄列出大標(biāo)題即可）1、設(shè)計(jì)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(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（加熱物料進(jìn)出口溫度、密度、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)）5、精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算6、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算8、塔板負(fù)荷性能圖（精餾段）9、換熱器設(shè)計(jì)10、餾塔接管尺寸計(jì)算11、制生產(chǎn)工藝流程圖（帶控制點(diǎn)、機(jī)繪，A2圖紙）12、繪制板式精餾塔的總裝置圖（包括部分構(gòu)件）（手繪，A1圖紙）13、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的基本內(nèi)容：⑴課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；⑵課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表；⑶中英文摘要；⑷目錄；⑸設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明；⑹設(shè)計(jì)結(jié)果匯總；⑺小結(jié)；⑻參考文獻(xiàn)）14、有關(guān)物性數(shù)據(jù)可查相關(guān)手冊(cè)15、注意事項(xiàng)寫(xiě)出詳細(xì)計(jì)算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來(lái)源每項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)束后列出計(jì)算結(jié)果明細(xì)表設(shè)計(jì)最終需裝訂成冊(cè)上交目錄摘要 1第一章概述 11.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求 11.2板式塔類(lèi)型 1第二章設(shè)計(jì)方案的確定 22.1操作條件的確定 22.2確定設(shè)計(jì)方案的原則 4第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算 53.1精餾塔的物料衡算 53.1.1摩爾分率 53.1.2平均摩爾質(zhì)量 53.1.3物料衡算 53.1.4回收率 53.2塔板數(shù)的確定 63.2.1理論板層數(shù)N的求取 63.3精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 83.3.1操作壓力計(jì)算 83.3.2操作溫度計(jì)算 93.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 93.3.4平均密度計(jì)算 103.3.5液體平均表面張力計(jì)算 103.3.6液體平均黏度計(jì)算 113.4精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì) 113.4.1塔徑的計(jì)算 113.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算 113.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 143.5.1溢流裝置計(jì)算 143.5.2塔板布置 173.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 193.6.1塔板壓降 203.6.2液面落差 213.6.3液沫夾帶 223.6.4漏液 223.6.5液泛 233.7塔板負(fù)荷性能圖 233.7.1漏液線 233.7.2液沫夾帶線 233.7.3液相負(fù)荷下限線 243.7.4液相負(fù)荷上限線 253.7.5液泛線 26第四章塔附屬設(shè)計(jì) 294.1塔附件設(shè)計(jì) 294.2筒體與封頭 324.3塔總體高度設(shè)計(jì) 334.3.1塔的頂部空間高度 334.3.2塔的底部空間高度 334.3.3塔體高度 334.4附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 334.4.1冷凝器的選擇 334.4.2泵的選擇 34設(shè)計(jì)小結(jié) 35附錄 36摘要化工生產(chǎn)過(guò)程中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足存儲(chǔ)、運(yùn)輸。加工和使用的要求，時(shí)常將這些混合物分離為較純凈的物質(zhì)。精餾是分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)得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相多次接觸和分離，利用各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分分離，該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳熱傳質(zhì)過(guò)程。本次設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一定處理量的分離乙酸乙酯-乙酸丁酯混合物的精餾塔。板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，20世紀(jì)50年代起對(duì)板式精餾塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力（20%——40%）塔板效率（10%——50%）而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤(pán)造價(jià)減少40%左右，安裝，維修都較容易。而在板式精餾塔中，篩板塔有結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右，處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮更符合本設(shè)計(jì)的要求?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫(huà)出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過(guò)程的物料衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。關(guān)鍵詞：板式精餾塔篩板計(jì)算校核第一章概述塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)注意的事項(xiàng)是非常必要的。1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：（1）氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，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(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。（3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diào)節(jié)和檢修。（6）塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.2板式塔類(lèi)型氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的設(shè)計(jì)將在其他分冊(cè)中作詳細(xì)介紹，故本書(shū)將只介紹板式塔。板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類(lèi)繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類(lèi)型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因此，本章只討論篩板塔的設(shè)計(jì)。篩板塔也是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。（2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。篩板塔的缺點(diǎn)是：（1）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。（2）操作彈性較小(約2～3)。（3）小孔篩板容易堵塞。第二章設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為乙醇—水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，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(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(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。2.1操作條件的確定確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)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)。例如組分的分離順序、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(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作些闡述。2.1.1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(shí)，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分離相對(duì)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(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無(wú)特殊要求時(shí)，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(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r(shí)應(yīng)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(shí)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。2.1.2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(shí)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(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。2.1.3加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大(如酒精與水的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。但對(duì)有些物系(如酒精與水的二元混合液)，當(dāng)殘液的濃度稀薄時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)采用直接蒸汽加熱是合適的。值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)溶液，一般采用0.4~0.7KPa（表壓）。2.1.4冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過(guò)50℃，否則溶于水中的無(wú)機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。2.2.1滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(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(jì)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(shí)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(mén)，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。2.2.2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(fèi)用。如前所述在蒸餾過(guò)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(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。2.2.3保證安全生產(chǎn)例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車(chē)間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。第三章塔的工藝尺寸的計(jì)算3.1精餾塔的物料衡算物料衡算原料組成：乙酸乙酯：30%乙酸丁酯：70%流量：F=400噸/年塔頂流出液：回收率：ηA=97%塔釜流出液：回收率：%乙酸乙酯（以下用A代表）：摩爾質(zhì)量MA=88.11kg/kmol摩爾百分?jǐn)?shù)xA=(0.3/88.11)/(0.3/88.11+0.7/116.16)=0.361乙酸丁酯（以下用B代表）：摩爾質(zhì)量MB=116.16kg/kmol摩爾百分?jǐn)?shù)xB=1－xA=0.639原料液平均摩爾質(zhì)量：M平均=88.11×0.361+116.16×0.639=106.03kg/kmolF=（40000×103）/（300×24）=5555.56kg/hF=5555.56/106.03=52.40Kmol/h餾出液中乙酸乙酯的摩爾分?jǐn)?shù)xD=97/88.11/（97/88.11+3/116.16）=0.977釜?dú)堃褐幸宜嵋阴サ哪柗謹(jǐn)?shù)xW=3/88.11/（3/88.11+97/116.16）=0.039全塔物料衡算：F=D+W=1\*GB3①FxF=DxD+Wxw=2\*GB3②由=1\*GB3①=2\*GB3②計(jì)算得餾出液摩爾流量D=17.99kmol/h釜液液摩爾流量W=34.41kmol/h圖1乙酸乙酯和乙酸丁酯二元混合物的t-x(y)關(guān)系圖由圖t-x(y)查得，進(jìn)料液泡點(diǎn)溫度tb=99.68℃塔頂溫度：79.36℃塔底溫度：122.11℃進(jìn)料溫度tF=35℃平均溫度tm=(tb+tF)/2=67.34℃進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)：進(jìn)料平均摩爾熱容：CpL=xF×CpA+(1－xF)×CpB=229.31kJ/(kmol·K)進(jìn)料平均摩爾汽化潛熱：r=xF×rA+(1－xF)×rB=35.14kJ/mol故求得熱狀態(tài)參數(shù)：q=1.26進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q線方程：平衡線方程進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q線方程與平衡線方程的交點(diǎn)為（0.472，0.899）故取R=2Rmin=0.366故精餾段操作線方程精餾段氣相摩爾流量：V=(R+1)D=24.57kmol/h精餾段液相摩爾流量：L=RD=6.58kmol/h提餾段氣相摩爾流量：V′=V―(1―q)F=20.21kmol/h提餾段液相摩爾流量：L′=L+qF=72.6kmol/h提餾段操作線方程：故提餾段操作線方程y=1.9x-0.0353.2.1.3逐板法求塔板數(shù)：,,q線方程和精餾段操作線方程交點(diǎn)xq=0.459求得x1=0.809y2=0,932X2=0.587y3=0.870X3=0.4≤0.459則精餾段N=2提餾段：x3=0.4y4=0.725X4=0.208y5=0.36X5=0.053y6=0.066X6=0.0007≤0.039則提餾段N=3第三塊板為最佳進(jìn)料理論板。3.2.2實(shí)際板層數(shù)的求取=1\*GB2⑴定性溫度計(jì)算由t—x(y)圖查得塔頂溫度tD=79.36℃塔底溫度tW=122.11℃定性溫度tm=(tD+tW)=100.74℃=2\*GB2⑵平均黏度μL計(jì)算由圖5查得μA=0.21cpμB=0.31cpμL=xF·μA+(1－xF)μB=0.274cp=3\*GB2⑶平均相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算塔底相對(duì)揮發(fā)度αW=yw/(1－yw)×(1－xw)/xw=10.02塔頂相對(duì)揮發(fā)度αD=xD/(1－xD)×(1－x1)/x1=10.02平均相對(duì)揮發(fā)度 由O′connell公式得全塔效率：ET=0.49k(α·μL)-0.245=0.38精餾段實(shí)際塔板數(shù)：NT=2/ET=5.2塊≈6塊提餾段實(shí)際塔板數(shù)：NT=3/ET=7.89塊≈8塊塔有關(guān)物