食工原理課程設(shè)計

食工原理教研室食工原理課程設(shè)計DesignoffoodEngineeringPrinciple設(shè)計題目：甲醇---水填料提留塔設(shè)計設(shè)計者姓名：方遠指導(dǎo)教師：張凌云系別：生物與環(huán)境工程系專業(yè):08食品科學(xué)與工程學(xué)號：0802061040目錄ITOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論 3\o"CurrentDocument"第二章設(shè)計方案的選擇及流程說明 5\o"CurrentDocument"第一節(jié)設(shè)計方案的選擇 5\o"CurrentDocument"第二節(jié)流程說明 7\o"CurrentDocument"第三章塔體工藝尺寸設(shè)計 10\o"CurrentDocument"第一節(jié) 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 10第二節(jié) 精餾塔工藝計算 13\o"CurrentDocument"第三節(jié) 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 21\o"CurrentDocument"第四節(jié) 填料的選擇 27第五節(jié) 塔徑設(shè)計計算 29\o"CurrentDocument"第四章 輔助設(shè)備選型與計算 31\o"CurrentDocument"第五章 設(shè)計結(jié)果小結(jié) 36\o"CurrentDocument"第六章 工藝流程圖及填料精餾塔主體設(shè)備圖 37第_章緒論_、前言課程設(shè)計是食工原理課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實際問題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計基本知識的初次嘗試。通過課程設(shè)計，要求我們能綜合利用本課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，要求我們了解工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)我們分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設(shè)計，還可以使我們樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。二、食工原理課程設(shè)計的目的和要求課程設(shè)計是《食工原理》課程的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)我們綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)我們獨立工作能力的重要作用。它的目的主要有以下幾點：1、 使我們掌握化工設(shè)計的基本程序與方法；2、 結(jié)合設(shè)計課題，培養(yǎng)我們查閱有關(guān)技術(shù)資料及物性參數(shù)的獲取信息能力;3、 通過查閱技術(shù)資料，選用設(shè)計計算公式，搜集數(shù)據(jù)，分析工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響，增強我們分析問題、解決問題的能力；4、 對我們進行化工工程設(shè)計的基本訓(xùn)練，使我們了解一般化工工程設(shè)計的基本內(nèi)容與要求；5、 通過編寫設(shè)計說明書，提高我們文字表達能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；6、 了解一般化工制圖基本要求，對我們進行繪圖基本技能訓(xùn)練。通過設(shè)計，我們應(yīng)培養(yǎng)和掌握：正確的設(shè)計思想和認真負責(zé)的設(shè)計態(tài)度獨立的工作能力及靈活運用所學(xué)知識分析問題和解決問題的能力精餾裝置設(shè)計的一般方法和步驟正確運用各種參考資料，合理選用各種經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)第二章 設(shè)計方案的選擇及流程說明第一節(jié)設(shè)計方案的選擇一、 設(shè)計任務(wù)及操作條件1、 設(shè)計任務(wù)生產(chǎn)能力（進料量）35000噸/年操作周期7200小時/年進料組成15%（質(zhì)量分率，下同）塔頂產(chǎn)品組成70%塔底產(chǎn)品組成05%2、 操作條件操作壓力塔頂為常壓進料熱狀態(tài)泡點進料加熱方式間接蒸汽3、 填料的選擇金屬階梯Dg25型填料4、 廠址合肥二、 塔設(shè)備的選擇填料塔填料塔是最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一，它廣泛應(yīng)用于蒸餾、吸收、解吸、汽提、萃取、化學(xué)交換、洗滌和熱交換等過程。幾年來，由于填料塔研究工作已日益深入，填料結(jié)構(gòu)的形式不斷更新，填料性能也得到了迅速的提高。金屬鞍環(huán)，改型鮑爾環(huán)及波紋填料等大通量、低壓力降、高效率填料的開發(fā)，使大型填料塔不斷地出現(xiàn)，并已推廣到大型汽一液系統(tǒng)操作中，尤其是孔板波紋填料，由于具有較好的綜合性能，使其不僅在大規(guī)模生產(chǎn)中被采用，且由于其在許多方面優(yōu)于各種塔盤而越來越得到人們的重視，在某些領(lǐng)域中，有取代板式塔的趨勢。近年來，在蒸餾和吸收領(lǐng)域中，最突出的變化是新型填料，特別是規(guī)整填料在大直徑塔中的采用，它標志作塔填料、塔內(nèi)件及塔設(shè)備的綜合設(shè)計技術(shù)已進入到一個新的階段。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一百立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時，需要進行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。選塔的基本原則：1、 生產(chǎn)能力大，有足夠的彈性。2、 滿足工藝要求，分離效率高。3、 運行可靠性高，操作、維修方便，少出故障。4、 結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，造價較低。5、 塔壓降小。本設(shè)計目的是分離甲醇-水混合液，處理量不大，故選用填料塔。第二節(jié)流程說明設(shè)計的流程大致如下：1、收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：進料流量及組成。分離要求。原料的熱力學(xué)狀態(tài)。冷卻介質(zhì)及其溫度、加熱介質(zhì)及溫度。物性數(shù)據(jù)（如密度、表面張力等）。2、工藝流程的選擇（1） 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進料。（2） 進料狀況進料狀況一般有冷液進料、泡點進料。對于冷液進料，當(dāng)組成一定時，流量一定，對分離有利，節(jié)省加熱費用。但冷液進料受環(huán)境影響較大，對于合肥地區(qū)來說，存在較大溫差，且增加塔底蒸汽上升量，增大建設(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。具體進料溫度由后面相關(guān)計算數(shù)據(jù)推導(dǎo)出。（3） 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。此次分離也是想得到液體甲醇，選用全凝器符合要求。（4） 加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱是用蒸汽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，但理論塔板數(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，以減少理論板數(shù)，缺點是增加加熱裝置。本次實驗采用間接蒸汽加熱。（5） 加熱器采用U型管蒸汽間接加熱器，用水蒸汽作加熱劑。因為塔小，可將加熱器放在塔內(nèi)，即再沸器，這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少了理論板數(shù)。第三章塔體工藝尺寸計算第一節(jié) 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一、 操作壓力精餾操作按操作壓力分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大。當(dāng)壓力增大時，混合液的相對揮發(fā)度將減小，對分離不利;當(dāng)壓力減小時，相對揮發(fā)度將增大，對分離有利。但當(dāng)壓力不太低時，對設(shè)備的要求較高，設(shè)備費用增加。因此在設(shè)計時一般采用常壓蒸餾。當(dāng)常壓下無法完成操作時，則采用加壓或減壓蒸餾。對于甲醇-水系統(tǒng)在常壓下相對揮發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計采用常壓精餾。二、 與物性有關(guān)的因素易起泡的物系在板式塔中有較嚴重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，故選用填料塔為宜。因為填料不易形成泡沫。本設(shè)計為分離甲醇和水，故選用填料塔。對于易腐蝕介質(zhì)，可選用陶瓷或其他耐腐蝕性材料作填料，對于不腐蝕的介質(zhì)，則可選金屬性質(zhì)或塑料填料，而本設(shè)計分離甲醇和水，腐蝕性小可選用金屬填料。三、 操作條件有關(guān)的因素①傳質(zhì)速率受氣膜控制的系統(tǒng)，選用填料塔為宜。因為填料塔層中液相為膜狀流、氣相湍動，有利于減小氣膜阻力。難分離物系與產(chǎn)品純度要求較高，塔板數(shù)很多時，可采用高效填料。若塔的高度有限制，在某些情況下，選用填料塔可降低塔高，為了節(jié)約能耗，故本設(shè)計選用填料塔。要求塔內(nèi)持液量、停留時間短、壓強小的物系，宜用規(guī)整填料。四、氣液平衡關(guān)系及平衡數(shù)據(jù)表1甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)（摘于化工工藝手冊）平衡溫度t10092.990.388.985.081.678.0液相甲醇X05.317.679.2613.1520.8328.18氣相甲醇y028.3440.0143.5354.5562.7367.75平衡溫度t73.872.771.370.068.066.964.7液相甲醇X46.2052.9259.3768.4985.6287.41100氣相甲醇y77.5679.7181.8384.9289.6291.94100根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪出x-y平衡圖

圖1 x-y平衡圖三、物料平衡計算（1）物料衡算已知： F'=350001Xf=15%Xd=70%七,=15%心甲=32.04kg/kmolm=18.02kg/kmol摩爾分率：1532.S：2：518.02=°.°903=9.03%7032.04 =0.5682=56.82%7032.04+3018.02

0.532.04x= =0.0028=0.28%0.532.04w0.532.04+99.518.02進料平均相對分子質(zhì)量M=0.0903x32.04+G-0.0903)x18.02=19.29Rg/kmol塔釜溫度t，進料溫度tF匕，a.塔頂溫度tD，tVD56.82-52.92tLD-72.7塔釜溫度t，進料溫度tF匕，a.塔頂溫度tD，tVD56.82-52.92tLD-72.759.37—52.92—7^3-72.7^七?！?京C0.28-09.030.28-09.03-7.67 )-90.3第二節(jié)精餾塔工藝計算81.83-56.82 71.3-181.83-79.71一71.3-727^'°塔釜溫度tw'w1°°nt=99.63。C5.31-092.9-100wC.進料溫度tF9.26—7.6788.9—90.3 = ntf=89.100C1、物料衡算（1）物料衡算a.已知：F'=350001，35000x103=a.已知：F'=350001，35000x103=252.00kmol/h進料摩爾流量：F=300x24x19.29Xf=9.03%xD=56.82%、=0.28%總物料F=D+W易揮發(fā)組分F-乂廣D-xD+W-、解得：D=39.00kmol/h W=213.00kmol/hb.塔頂產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量M]=32.04x56.82%+18.02x(1-56.82%)=25.99kg/kmol塔頂產(chǎn)品流量：D=39.00x25.99=1013.61kg/h塔釜產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量M2=32.04x0.28%+18.02x(1-0.28%)=18.06kg/kmol塔釜產(chǎn)品流量：W=213.00x18.06=3846.78kg/hF=D+W=4860.39kg/h(2)物料衡算結(jié)果表單位進料F塔頂D塔釜W物料kg/h4860.391013.613846.78kmol/h252.0039.00213.00組成質(zhì)量分率15%70%0.5%摩爾分率9.03%56.82%0.28%2、熱量衡算①熱量衡算加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱介質(zhì)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的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的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100~1000°C,適用于高溫加熱。缺點是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計選用300kPa(溫度為133.3C)的飽和水蒸氣作加熱介質(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。冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為10~25C。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)為合肥。合肥市夏季最熱月份日平均氣溫為24C。故選用24C的冷卻水，選升溫10C，即冷卻水的出口溫度為34C。冷凝器的熱負荷冷凝器的熱負荷QC=D-(ID-ID)其中城一塔頂上升蒸汽的焓；峪一塔頂餾出液的焓。I-1=尤AH+(1—x)AHVDLDDV甲 D V水其中A丑件一甲醇的蒸發(fā)潛熱；A丑咻一水的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系如表3所示：其中寫一對比溫度。表3沸點下蒸發(fā)潛熱列表沸點/C蒸發(fā)潛熱A五『/(kcal?kmolT)4/K甲醇64.658430512.6水1009729647.3由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱TOC\o"1-5"\h\z1—T 0.38aH=AH( !2)2V11—TY154.78°C時，對甲醇：t=T2=273-15+54.78=0640，2Tc 512.6Tr1二=273」5+64.7=0庭Tr1TC 512.6蒸發(fā)潛熱AH =8430x(1—0.640)0.38=8605.495kc。//kmolv甲 1—0.659對水，同理得：T2=0.507，七=0.576蒸發(fā)潛熱AH =9729x(1—0.507)0.38=10303.011kcol/kmolV水 1—0.576對全凝器作熱量衡算(忽略熱量損失)選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，所以I-1=尤AH+（1—x）AHVDLDDV甲 D V水代入數(shù)據(jù)得：Ivd-ID=0.5682x8605.495+(1-0.5682)x10303.011=9338.48kcal/kmolQC=39.00x9338.48=364200.72kcal/hc.冷卻介質(zhì)消耗量=36420.72kg/=36420.72kg/hCpc(t；-\)—1x(39-29)加熱器的熱負荷及全塔熱量衡算選用300kPa（溫度為133.3°C）的飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)列表計算甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容［單位：kcal/（kg?C）］表4 甲醇在不同溫度下的比熱容溫度（攝氏度）6080100比熱容J/mol.k88.394.29101.3表5 水在不同溫度下的比熱容溫度（攝氏度）708090100比熱容(kJ/kg.k)4.1874.1954.2044.212

由內(nèi)插法計算有:甲醇：c =0.742kcal/kg.0CC =0.800kcal/kg.0CP1FC =0.836kcal/kg.0CP1WCP1P1TDpiF0.742+CP1P1TDpiF0.742+0.8002=0771kcal/kg.0C——'Cpi0.836+0.8002=0.818kcal/kg.0C水：同理可得c =1.02383Cp2=1.03526C22=1.04315-=皿2383+皿3526=1.02955kcal/kgoCP2 2一，Cp2=1.03921kcal/kg.0C甲醇：C^^x(tD-七)=0.771x(71.85-89.10)=—13.30C'x(t-1)=0.818x(99.63-89.10)=8.61P1 WF水：qx(tD-tF)=1.02955x(71.85-89.10)=-17.76一，Cp2x(tw-tF)=1.03921x(99.63-89.10)=10.94-————'——'jCp1dt=Cp1.xd+Cp2(1-Xd)=(0.771x0.7+0.3x1.02955)x(71.85-89.10)=-14.64.一 一''一''jCp2dt=Cp1.x+C2(1-七)=(0.818x0.005+1.03921x0.995)x(99.63-89.10)=10.93木艮據(jù)表2,d=1013.61kg/hW=3846.78kg/h

Q=D7fcdt=D.CAt=1013.61x(—14.64)=—14839.25kcal/hD P1 P1Q=w"9fC~dt=WC~At=3846.78x10.93=42045.31kcal/hW p2 P289.10對全塔進行熱量衡算：Q+Q=Q+Q+QFSDWC為了簡化計算，以進料焓，即89.10°C時的焓值為基準做熱量衡算Q=Q+Q+Q—QSDWCF=-14839.25+42045.31+364200.72-0=391406.78kcal/h=3.91x105kcal/h塔釜熱損失為10%,則療爵，則q，=普=3.90；105=4.34x105kcal/h式中么一加熱器理想熱負荷；俄一加熱器實際熱負荷；叫一塔頂餾出液帶出熱量；&叩一塔底帶出熱量。加熱蒸汽消耗量AH冰蒸氣=2168.1KJ/Kg(333K,300kPa)4.34x104.34x1052168.14.2=840.74kg/hQW=sh AH林蒸氣

熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表第三節(jié)精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算r=i第三節(jié)精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算r=i符2cQfQdQw數(shù)值3.64x1053.64x1040-14839.2542045.31434000840.74單位kcal/hkg/hkcal/hkcal/hkcal/hkg/h3、理論板數(shù)計算精餾塔設(shè)計的主要依據(jù)和條件表7不同溫度下甲醇和水的密度物質(zhì)密度kg/m3溫度/笆5060708090100甲醇750741731721713704水988983978972965958

表8 不同溫度下甲醇的粘度溫度6080100粘度（mpa.s）0.3440.2770.288表9不同溫度下水的粘度溫度7374929399100粘度（mPa.s）0.390.38940.39050.3060.28680.2838由表8和表9整理得甲醇-水特殊點粘度:表10物質(zhì)粘度mPa?s塔頂71.85°C塔底99.63C進料89.10C甲醇0.30430.2300.255水0.39660.2840.31841、塔頂條件下的流量及物性參數(shù) ‘一 …一x^=0.5682 x^=0.7D=39.00kmol/h氣相平均相對分子質(zhì)量

MD=M甲-Xd+M水(1-xD)=32.04x0.5682+18.02x(1-0.5682)=25.99kg/kmol液相平均相對分子質(zhì)量M=M=25.99kg/kmol氣相密度M——VD-22.4M——VD-22.4T P 25.99X0x——= xT P 22.4273.15273.15+71.85=0.9186kg/m3P甲=729.15kg/m3液相密度tD=P甲=729.15kg/m3P水=976.89kg/m31x1-x0.7 0.3=―^+ a= +np=789.27kg/m3PldP甲P水. .液相粘度查表10得：tD=71.850C，四甲=0.3043旦水=0.3966日=日x+日(1-x)=0.3043x0.5682+0.3966x(1—0.4318)=0.3458mP。-sLD甲D水D塔頂出料口質(zhì)量流量D=39.00x25.99=1013.61kg/h表11塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符Pld住您7底里,施如再爾F加&E1)數(shù)值25.9925.990.9186789.270.34581013.6139.00

2、塔底條件下的流量物性參數(shù) ‘ x=0.0028x=0.005液相相對分子質(zhì)量：由于很小，所以液相可視為純水M睥=M^=M=18kg/kmol氣相密度：tw=99.630CP=EWP=EWxTvw22.4TP18

x—= xP22.4273.15273.15+99.63=0.589炫/m液相密度：t=99.630C-1000C視同純水，查表7得，P=P=958kg/m3查表10得:液相粘度查表10得:tw=99.630C，旦水=0.284,旦甲=0.230旦=旦x+旦(1-x)=0.230x0.0028+0.284x(1-0.0028)=0.284LW甲D水D塔底流量W=3846.78炫/h表12塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表符kg?kmol-L也湃Mg，m口I-1尸舊流童昭底里/施用T建爾，修gLhL)數(shù)值18.0218.020.5899580.2843846.78213.00

3、進料條件下的流量及物性參數(shù)x=15%F=252.00kmol/hxx=15%查表1得:7.679.039.2640.01y43.53y=4302%=0.4302①氣相平均相對分子質(zhì)量:Mvf=M甲yf+M水(]f=32.04x0.4302+18.02x(1-0.4302)=24.05kg/kmol②液相平均相對分子質(zhì)量MLF=M甲XF+M水x(1-x)=32.04x0.0903+18.02x(1-0.0903)=19.29kg/kmol③氣相密度p =Mv^xTxpp =Mv^xTxpvf22.4T273.1524.05 xp0 22.4 273.15+=0.8096kg/m389.10液相密度由表7由表7數(shù)據(jù)，同上用內(nèi)插法，求出p甲=713.72kg/m3 p水=965.63kg/m31=。甲1-a甲=0.15 1-0.15713.72965.63"p中LF甲

713.72965.63所以p =917.43kg/m3LF液相粘度查表10得：tF=89.100C，旦甲=0.255旦水=0.3184旦=旦%+旦(1-%)=0.255x0.0903+0.3184x(1-0.0903)=0.313m尸。-sLF甲F水F進料流量廠35000x103F= =4860.39kg/h300x24表13進料數(shù)據(jù)結(jié)果表符炫,切2。尸虬Fkg，imojT您?u如質(zhì)屋4鋌?/津爾兒碰函疽）數(shù)值24.0519.290.8096917.430.3134860.39252.004、提餾段流量及物性參數(shù)①氣相平均相對分子質(zhì)量:廣=七+廣=七+、VT 224.05+18.022=21.04kg/kmol②液相平均相對分子質(zhì)量:MLFM+M^LFMLFM+M^LF219.29+18.022=18.66kg/kmol③液相密度:p=Plf+P或③液相密度:p=Plf+P或LT 2917.43+958=937.72kg/m3④氣相密度:P=P仔+P四VT 2。.8。96+0.589=0.6993炫/m3液相流量:L=F=252.00kmol/hL'=252.00x18.66=4702.32kg/h⑤液相粘度：日二義里匕=0.284+0.313=0.2985mPa-slt2 2V'=39.00x21.04=820.56kg/h氣相流量：VV'=39.00x21.04=820.56kg/h表14提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表提餾段氣相平均相對分子質(zhì)量慕/(kg?kmolT)21.04液相平均相對分子質(zhì)量財上/(kg?kmolT)18.66氣相密度％/(kg?m-3)0.6993液相密度冉/(kg?m-3)937.72氣相摩爾流量/(kmol?h-1)39.00氣相質(zhì)量流量/(kg?h-1)820.56液相粘度/(mPa?s)0.2985液相摩爾流量/(kmol-h-1)252.00液相質(zhì)量流量/(kg?h-1)4702.32第四節(jié) 填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。日前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。本設(shè)計選用金屬階梯填料，型號為Dg25型填料。階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為日前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。金屬階梯環(huán)的優(yōu)點：1、減少壓力降：金屬階梯環(huán)在氣液流的路徑上空隙大，通量大，可以有效的減少氣壓降。

2、 增大反應(yīng)塔容量：反應(yīng)塔容量的增大是壓力降減少的直接原因。金屬階梯環(huán)使反應(yīng)觸點遠離伴有溢流現(xiàn)象的壓力降觸點，這意味著能處理更多的氣液，反應(yīng)塔容量加大。3、 增強防污能力：金屬階梯環(huán)的指向位置使氣液流方向上的空隙達到最大值，因此任何固體的圬垢都能隨著氣液流通過填料層。4、 提高反應(yīng)效率：金屬階梯環(huán)最大限度保證其環(huán)面垂直而非平行，這種設(shè)計運用在傳質(zhì)中優(yōu)勢更為突出。因為反應(yīng)效率取決于接觸面的大小。平行面的設(shè)計會使環(huán)內(nèi)側(cè)面接觸不到液體，從而形成干面。干面在傳質(zhì)中幾乎不起作用，但是金屬階梯環(huán)的垂直設(shè)計大大降低干面的可能性，從而有效的提高效率。第五節(jié) 塔徑和填料層高度設(shè)計計算一、提餾段塔徑計算一、提餾段塔徑計算由氣速關(guān)聯(lián)式lg由氣速關(guān)聯(lián)式lg(LI=A-1.75-"G)式中：F—干填料因子；疆—液體粘度，mPa?s；A—Dg25型為0.287；L、G—液體、氣體質(zhì)量流速;*缶一液體、氣體密度；g—重力加速度。Pv=0.6993kg/m3p乙=937.72kg/m3L=4702.32kg/hV=820.56kg/h『^2x頌/6993x0.30.21=0.287—1.75嚴2.32]4f爵99邛9.810.972937.72 "820.56)\937.72)所以p=5.29m/s空塔氣速：p=0.5p=0.5x5.29=2.65m/sf三=d=89.10+99.63=94.370C2體積流量：V，=39.00x&314x(94.37+273.15)x103=0.473m3/,0.6993x105x3600,'4V7 ,'4x0.473■——s= =0.477m'兀u3.14x2.65圓整后：D=500mm，空塔氣速p=2.41m/s、填料層高度的計算1、提餾段已知空塔氣速 pg=2.41m/s pv=0.6993kg/m3

-V2a（P:-2.4122500.6993…]—t -日0.2=X X X0.30.2_g￡3IPLlL_9.810.973937.72縱坐標:=0.09506'2 _=0.1564702.32仲.6996]1820.56"937.72/橫坐標:F=U如=2.015橫坐標:第三版王志魁編248根據(jù)圖5-29填料塔泛點氣速及氣體壓力降計算用關(guān)聯(lián)圖(化工原理查得勇/=96pa/m提餾段填料高度第三版王志魁編248Z=_n_=4=1.45mNTSM2.75提餾段總壓降aP=（APZ）XZ=96X1.45=139.2Pa2、全塔填料層壓降ap=139.2Pa3、填料總高度Z=1.45m第四章輔助設(shè)備選型與計算一、冷凝器本設(shè)計冷凝器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。冷卻水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時，使其液膜厚度減薄，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費，取冷凝器傳熱系數(shù)K=600kcal/(m2?h?°C)合肥地區(qū)夏季最高平均水溫24C，溫升10C逆流：T54.78CT71.85Ct24C-34C△H1=(71-85-34)一郵78-24)=34.230Cm,At |71.85-34In―a InAt 54.78-241傳熱面積：A=Q=364200.72=17.73m2冷凝K-At 600x34.23查取有關(guān)數(shù)據(jù)如下公稱直徑/mm管程數(shù)管數(shù)管長/mm換熱面積/m2公稱壓力/MPa5001179300040/41.750.6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133.3C飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K=W嫩函血、筆)At=133.3-100=33.3C由表5得qf=4.34X105kcal/hA加熱 S—KxAt4.34x1051000x33.3=13.03m2三、塔內(nèi)管徑的計算及選擇(1)進料管df， 4F _, 4x4860.39：3600兀W^p-'3600x3.14x0.6x917.43=0.0559m圓整后df=6°mm內(nèi)管d2Xs2外管dlXslRHlH2內(nèi)管重(kg/m)18X357X3.5501201501.11(2)塔頂蒸汽接管操作壓力常壓，蒸汽速度吼=2°誠占「 - 4Vd= v)13600x叫Pv: 4x1013.311'3600x3.14x20x0.6993=0.16m內(nèi)管d2Xs2外管d1Xs1RH1H2內(nèi)管重(kg/m)108X4159X4.532515020010.26圓整后d^=160mm⑴塔釜出料塔釜流出液體速度％取0.6m/s4W4x4W4x3846.78d. ,w\〔360頃匕pl \3600x3.14x0.6x937.72=0.0492m圓整后d^=100mm內(nèi)管d2Xs2外管dlXslRHlH2內(nèi)管重(kg/m)10X357X3.5501201501.11四、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，安裝簡便。(1)進料液分布器個一流速系數(shù)取0.82~0.5,H取0.06W=7冥H=0.82x*2x9.81x0.06=0.89（m/s）小孔輸液能力計算Q= L= 4702.32 =1.39x10一3（m2/s）plx3600937.72x3600取d=0.003m，e=0.821.39x1.39x10-30.82x0.89=1.9x10-3（m2/s）n=—!—=―1.9、10一3—=268.93^269（孔）"d23?14x（0.003）24 4式中W一小孔流速,m/s；研一孔系數(shù)取0.82；F一小孔點面積；n一小孔數(shù)；H一推動力液柱高度H=60mm；D一小孔直徑取3mm；Q一小孔輸液能力。噴灑球面中心到填料表面距離計算,… gr2h=rCOt以+ . 2①2S1R2以式中r一噴射圓周半徑；a一噴射角。取^=40。r=^--（75-100）=^-75=Z2=O.75xC0t4O°+ ——=12mm2x（0.89）2xfsin40°）2蓮蓬頭直徑40mm，噴射角約為40°，蓮蓬頭高度為72mm。五、填料及支承板的選擇本設(shè)計采用波紋板網(wǎng)支承板，板網(wǎng)支撐的結(jié)構(gòu)簡單