化工原理課程填料塔設(shè)計(jì)

5- 目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 -5-一、設(shè)計(jì)題目 -5-二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 -5-三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 -5-第1章設(shè)計(jì)概述 -6-1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) -6-1.1.1 設(shè)計(jì)題目 -6-1.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) -6-1.1.3 操作條件 -6-1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 -6-1.2.1 填料精餾塔設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫 -6-1.2.2 甲醇-水填料提餾塔設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫 -6-1.2.3 甲醇-水填料提餾塔工藝流程圖的繪制 -6-1.2.4 甲醇-水填料提餾塔主體設(shè)備圖的繪制 -6-第2章填料塔 -7-2.1 概述 -7-2.2 與物性有關(guān)的因素 -8-2.3 與操作條件有關(guān)的因素 -8-第3章工藝流程確定和說(shuō)明 -9-3.1 加料方式 -9-3.2 進(jìn)料狀況 -9-3.3 塔頂冷凝方式 -9-3.4 加熱方式 -9-3.5 加熱介質(zhì)的選擇 -9-3.6 冷卻劑的選擇 -10-3.7 流程圖及說(shuō)明 -10-3.8 填料的選擇 -11-第4章提餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 -11-4.1 物性參數(shù) -11-4.2 物料衡算 -12-4.2.1. 原料塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) -12-4.2.2. 原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： -13-4.2.3. 物料流量 -13-4.3 熱量衡算 -14-4.3.1 提餾塔溫度 -14-4.3.2 冷凝器的熱負(fù)荷 -14-4.4 理論板層數(shù)計(jì)算 -15-4.4.1 操作線方程 -15-4.4.2 相對(duì)揮發(fā)度 -16-4.4.3 逐板法求理論板層數(shù) -16-第5章設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 -18-5.1 塔頂條件下的流量及物性參數(shù) -18-5.1.1 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量 -18-5.1.2 氣相密度 -18-5.1.3 液相密度 -18-5.1.4 液相粘度 -18-5.1.5 液體表面張力 -18-5.2 塔底條件下的流量物性參數(shù) -19-5.2.1 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量 -19-5.2.2 氣相密度： -19-5.2.3 液相密度 -19-5.2.4 液相粘度 -19-5.3 進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù) -20-5.3.1 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量 -20-5.3.2 氣相密度 -20-5.3.3 液相密度 -20-5.3.4 液相粘度 -20-5.4 提餾段流量及物性參數(shù) -20-5.4.1 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量： -20-5.4.2 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量： -20-5.4.3 氣相密度 -21-5.4.4 液相密度 -21-5.4.5 液相粘度 -21-5.4.6 氣相流量 -21-5.4.7 液相流量 -21-5.5 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 -21-5.5.1 提餾段塔徑計(jì)算 -21-5.5.2 液體噴淋密度的驗(yàn)算 -22-5.6 填料層計(jì)算 -23-5.6.1 填料層高度 -23-5.6.2 填料層壓降 -23-5.6.3 填料層的分段 -23-第6章附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算 -25-6.1 冷凝器 -25-6.2 塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選型 -25-6.2.1 進(jìn)料管 -25-6.2.2 塔頂蒸汽接管 -25-6.2.3 塔釜出料接管 -26-6.3 填料支撐裝置 -26-6.4 填料壓緊裝置 -26-6.5 液體分布裝置 -26-6.5.1 液體分布器的選型 -26-6.5.2 布液計(jì)算 -27-6.6 除沫器 -27-第7章主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 -28-總結(jié) -29-附錄 -30-參考文獻(xiàn) -31-致謝 -32-設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目甲醇-水填料提餾塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1.設(shè)計(jì)任務(wù)生產(chǎn)能力（進(jìn)料量）:35000噸/年操作周期:7200小時(shí)/年進(jìn)料組成:25%（質(zhì)量分率，下同）塔頂產(chǎn)品組成:≥40%塔底產(chǎn)品組成:≤0.5%2.操作條件操作壓力：塔頂為常壓進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料加熱方式：直接蒸汽加熱3.填料的選擇：金屬板波紋150Y規(guī)整填料4.廠址：合肥三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明2.生產(chǎn)條件確定和說(shuō)明3.塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)（1）塔徑的確定（2）填料層高度的確定（3）填料層壓降的計(jì)算4.輔助設(shè)備選型與計(jì)算5.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總6.工藝流程圖及填料提餾塔主體設(shè)備圖7.設(shè)計(jì)評(píng)述第1章設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)題目甲醇-水填料提餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)生產(chǎn)能力(進(jìn)料量)：年處理甲醇-水混合液35000噸操作條件操作周期：7200小時(shí)/年進(jìn)料組成：甲醇25%（質(zhì)量分率，下同）分離要求：塔頂甲醇含量不低于40%，塔底甲醇含量不高于0.5%操作壓力：塔頂為常壓進(jìn)料熱狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料加熱方式：直接蒸汽加熱填料的選擇：金屬板波紋150Y規(guī)整填料建廠地址：合肥設(shè)計(jì)內(nèi)容填料精餾塔設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫其主要內(nèi)容如下：1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明2、生產(chǎn)條件確定和說(shuō)明3、塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)（1）塔徑的確定（2）填料層高度的確定（3）填料層壓降的確定4、輔助設(shè)備選型與計(jì)算5、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總甲醇-水填料提餾塔設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫甲醇-水填料提餾塔工藝流程圖的繪制甲醇-水填料提餾塔主體設(shè)備圖的繪制第2章填料塔概述填料塔是一類用于氣液和液液系統(tǒng)的微分接觸傳質(zhì)設(shè)備，主要由圓筒形塔體和堆放在塔內(nèi)對(duì)傳質(zhì)起關(guān)鍵作用的填料等組成，用于吸收、蒸餾和萃取，也可用于接觸式換熱、增濕、減濕和氣液相反應(yīng)過程。所以塔設(shè)備的研究一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注的重要課題。填料塔的應(yīng)用始于19世紀(jì)中葉，起初在空塔中填充碎石、磚塊和焦炭等塊狀物，以增強(qiáng)氣液兩相間的傳質(zhì)。1914年德國(guó)人F.拉西首先采用高度與直徑相等的陶瓷環(huán)填料（現(xiàn)稱拉西環(huán)）推動(dòng)了填料塔的發(fā)展。此后，多種新填料相繼出現(xiàn)，填料塔的性能不斷得到改善，近30年來(lái),填料塔的研究及其應(yīng)用取得巨大進(jìn)展,不僅開發(fā)了數(shù)十種新型高效填料，還較好地解決了設(shè)備放大問題。到60年代中期，直徑數(shù)米乃至十幾米的填料塔已不足為奇?，F(xiàn)在，填充塔已與板式塔并駕齊驅(qū)，成為廣泛應(yīng)用的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔自它發(fā)明以來(lái)已廣泛地應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。近二十年,規(guī)整填料塔對(duì)板式塔、散裝填料以及其它多種塔設(shè)備產(chǎn)生了巨大的沖擊,在國(guó)內(nèi)外引起眾多研究者的極大興趣。它因其高通量,低壓降,操作穩(wěn)定而廣泛地用于氣一液,液一液接觸的塔設(shè)備中,如蒸餾、吸收、萃取等諸多領(lǐng)域。特別是在氣液接觸中,已越來(lái)越多地被采用,如已有設(shè)備通過利用規(guī)整填料來(lái)更換塔內(nèi)構(gòu)件,從而達(dá)到提高塔負(fù)荷的目的。規(guī)整填料種類較多,有板波紋填料、格柵填料、絲網(wǎng)填料等,材質(zhì)有金屬、塑料、陶瓷等。即使同樣的種類亦有不同的規(guī)格,它們的比表面、空隙率及幾何尺寸存在差異,這樣在選擇填料時(shí),應(yīng)根據(jù)體系物性,操作負(fù)荷,壓降要求,同時(shí)兼顧材料性能等,進(jìn)行綜合考慮,保證既經(jīng)濟(jì)又能正常生產(chǎn)。填料塔的優(yōu)點(diǎn)有：（1）壓降非常小。氣相在填料中的液相膜表面進(jìn)行對(duì)流傳熱、傳質(zhì)，不存在塔板上清液層及篩孔的阻力。在正常情況下，規(guī)整填料的阻力只有相應(yīng)篩板塔阻力的1/5～1/6；（2）熱、質(zhì)交換充分，分離效率高，使產(chǎn)品的提取率提高；（3）操作彈性大，不產(chǎn)生液泛或漏液，所以負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，適應(yīng)性強(qiáng)。負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可以在30%～110%，篩板塔的調(diào)節(jié)范圍在70%～100%；（4）液體滯留量少，啟動(dòng)和負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快；

（5）可節(jié)約能源。由于阻力小，空氣進(jìn)塔壓力可降低0.07MPa左右，因而使空氣壓縮能耗減少6.5%左右；（6）塔徑可以減小。塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類：板式塔和填料塔。以前，在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多用板式塔，處理量小時(shí)采用填料塔。近年來(lái)由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小以性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此填料塔已被推廣到大型汽液操作中。在某些場(chǎng)合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。隨著對(duì)填料塔的研究和開發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。填料塔為逐級(jí)接觸式汽液傳質(zhì)設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也有投資費(fèi)用較高、填料易堵塞等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)目的是分離甲醇-水混合液，處理量不大，故選用填料塔。與物性有關(guān)的因素（1）易起泡的物系在板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，故選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍喜灰仔纬膳菽１驹O(shè)計(jì)為分離甲醇和水，故選用填料塔。（2）對(duì)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(duì)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(jì)分離甲醇和水，腐蝕性小可選用金屬填料。與操作條件有關(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?yàn)樘盍纤又幸合酁槟盍?、氣相湍?dòng)，有利于減小氣膜阻力。（2）難分離物系與產(chǎn)品純度要求較高，塔板數(shù)很多時(shí)，可采用高效填料。（3）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(jì)選用填料塔。（4）要求塔內(nèi)持液量、停留時(shí)間短、壓強(qiáng)小的物系，宜用規(guī)整填料。第3章工藝流程確定和說(shuō)明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(dòng)力費(fèi)用。但由于多了高位槽，建設(shè)費(fèi)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(jiǎn)單、安裝方便；如采自動(dòng)控制泵來(lái)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(fèi)用高。本次實(shí)驗(yàn)采用高位槽加料。進(jìn)料狀況進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定，對(duì)分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對(duì)于合肥地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在較大溫差，且增加塔底蒸汽上升量，增大建設(shè)費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對(duì)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(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。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(lái)的氣體溫度不高，冷凝后產(chǎn)品溫度不高無(wú)需進(jìn)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。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(jìn)入塔內(nèi)。由于重組分是水，故省略加熱裝置。但理論塔板數(shù)增加，費(fèi)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(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次實(shí)驗(yàn)采用直接蒸汽加熱。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(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)100～1000℃，適用于高溫加熱。缺點(diǎn)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(jì)選用275kPa（溫度為130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10～25℃。本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為合肥。合肥市夏季最熱月份日平均氣溫為30℃。故選用30℃的冷卻水，選升溫10℃流程圖及說(shuō)明圖3-圖3-1甲醇提純流程圖預(yù)熱器提餾塔高位槽（原料）飽和蒸汽塔底產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品精餾塔塔底產(chǎn)品對(duì)于給定的低濃度甲醇水溶液，采用兩塔流程回收甲醇，如圖3-1所示。流程概述如下：原料為含甲醇25%的水溶液，經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)進(jìn)入提餾塔；經(jīng)提餾塔將原料中大量的水和雜質(zhì)從塔底排出，塔頂?shù)玫綕舛容^高的甲醇蒸汽；甲醇蒸氣直接引入精餾塔精餾，精餾塔頂可獲得高純度的甲醇。提餾塔塔底產(chǎn)品為甲醇含量極低的水，可直接排放。提餾塔的目的是初步提純甲醇并除去大量的水，這樣在精餾塔中可減少處理量，相比單塔精餾，能耗更低，操作彈性也更大。本設(shè)計(jì)采用提餾塔的形式，原料從塔頂直接加入，不設(shè)回流裝置。此外考慮到塔底濃度已經(jīng)接近水，本設(shè)計(jì)采用直接蒸汽加熱，省去了再沸器簡(jiǎn)化了附屬設(shè)備。采用直接蒸汽的另一個(gè)好處是對(duì)蒸汽壓要求更低，這是因?yàn)槭∪チ碎g接加熱的溫度差。綜合前述考慮，本設(shè)計(jì)確定甲醇回收塔的工況如下：將25℃下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25%的甲醇水溶液預(yù)熱到泡點(diǎn)；經(jīng)提餾塔濃縮，塔頂產(chǎn)品甲醇回收率不小于98%，塔頂產(chǎn)品濃度和流量將通過優(yōu)選確定，提餾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)。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，金屬板波紋150Y型填料。規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。150Y型波紋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(diǎn)：（1）比表面積與通用散裝填料相比，可提高近1倍，填料壓降較低，通量和傳質(zhì)效率均有較大幅度提高。（2）與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。（3）工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔無(wú)法維持操作。鑒于150Y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(chǎng)合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。鑒于以上150Y型的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用Mellapok-150Y型填料，因本設(shè)計(jì)塔中壓力很低。11-第4章提餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算物性參數(shù)水的摩爾質(zhì)量表4-1水的物性參數(shù)壓強(qiáng)p×10-5Pa溫度t℃密度ρkg/m3比熱容cp×10-3J/kg·K黏度μ×105Pa·s表面張力σ×103N/m1.010999.94.212178.7875.6110999.74.191130.5374.1420998.24.183100.4272.6730995.74.17480.1271.2040992.24.17465.3269.6350988.14.17454.9367.6760983.24.17846.9866.2070977.84.16740.6064.3380971.84.19535.5062.5790965.34.20831.4860.71100958.44.22028.2458.84甲醇的摩爾質(zhì)量：表4-2甲醇的物性參數(shù)壓強(qiáng)p×10-5Pa溫度t℃密度ρkg/m3比熱容cp×10-3J/kg·K黏度μ×105Pa·s表面張σ×103N/m1.0108092.3660.82524.50108012.4580.70023.29207922.5120.60022.07307822.5500.52420.87407722.5720.47019.67507642.6180.40018.50607542.6750.51017.33707462.7300.31916.19807362.7700.27815.04907252.8310.24513.921007142.8920.22512.80水蒸汽的物性參數(shù)：表4-3水蒸汽的物性參數(shù)溫度t/℃壓強(qiáng)P×10-5/Pa密度ρ/(kg/m3)汽化潛γ/(kJ/kg)100101.330.59702258.4平衡溫度t/℃10096.491.287.781.778.075.3液相甲醇x00.020.060.100.200.300.40氣相甲醇y00.1340.3040.4180.5790.6650.729平衡溫度t/℃73.171.269.367.666.065.064.5液相甲醇x0.500.600.700.800.900.951.00氣相甲醇y0.7790.8250.8700.9150.9580.9791.00表4-4甲醇-水氣液平衡數(shù)據(jù)物料衡算原料塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)已知：甲醇的摩爾質(zhì)量：水的摩爾質(zhì)量：,,（質(zhì)量百分比）摩爾分?jǐn)?shù)：原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：物料流量已知：（進(jìn)料量）35000噸/年，操作周期7200小時(shí)/年，進(jìn)料摩爾流量：由于加熱方式是直接蒸汽加熱，泡點(diǎn)進(jìn)料，根據(jù)恒摩爾流假定，則有;總物料衡算：易揮發(fā)組分衡算：,,代入數(shù)據(jù)解得:故各部分質(zhì)量流量：物料衡算結(jié)果匯總?cè)缦卤?-5物料衡算結(jié)果表參數(shù)

單位進(jìn)料塔頂塔釜物料流量kg/h4933.152984.444339.64kmol/h240.29136.65240.29百分組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%40%0.5%摩爾分?jǐn)?shù)0.15790.27270.002818熱量衡算提餾塔溫度塔頂溫度解得：塔釜溫度解得：℃塔進(jìn)料溫度解得：℃冷凝器的熱負(fù)荷冷凝器的熱負(fù)荷式中:—塔頂上升蒸汽的焓；—塔頂餾出液的焓。式中：—甲醇的蒸發(fā)潛熱；—水的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：，其中—對(duì)比溫度。表4-6沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表[3]組分沸點(diǎn)t/°C蒸發(fā)潛熱?Hr/(kJ/kmol)Tc/K甲醇64.735286.731512.6水10040724.152647.392.17℃時(shí)，對(duì)甲醇：蒸發(fā)潛熱對(duì)水，同理得：，蒸發(fā)潛熱對(duì)全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨?，與露點(diǎn)相接近所以代入數(shù)據(jù)得故冷卻介質(zhì)消耗量理論板層數(shù)計(jì)算操作線方程根據(jù)表4-4氣液相平衡數(shù)據(jù)表繪出x-y平衡圖對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，則相對(duì)揮發(fā)度由，再根據(jù)上表4-4可得下表：表4-6水-甲醇體系相對(duì)揮發(fā)度與溫度的對(duì)應(yīng)值溫度/℃相對(duì)揮發(fā)度96.47.58293.57.33292.17.09091.26.84389.36.61087.76.46484.46.06681.75.50180.15.209從而得：逐板法求理論板層數(shù)令重復(fù)算下去直至，可得如下數(shù)據(jù)：表4-7理論板計(jì)算表板號(hào)yx10.27270.0547320.091260.0152730.021890.00344440.00110.00017從上表可知理論板層數(shù)為：第5章設(shè)計(jì)參數(shù)的確定塔頂條件下的流量及物性參數(shù)，，,,查表4-4汽液平衡數(shù)據(jù)得如下0.20.27270.30.5790.665由內(nèi)差法得氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相密度液相密度℃,查表4-1、表4-2，由內(nèi)插法得：所以液相粘度℃，查表4-1、表4-2，由內(nèi)插法得：液體表面張力℃，查表4-1、表4-2，由內(nèi)插法得：，表5-1塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表名稱數(shù)值21.8427.0210.936862.2310.33940.36136.65塔底條件下的流量物性參數(shù)，，，，，℃由表4-4汽液相平衡數(shù)據(jù)如下00.0028180.100.418由內(nèi)差法氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相密度：液相密度℃℃視同純水，查表液相粘度℃查表4-1，表4-2內(nèi)差計(jì)算得：,表5-2塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表名稱數(shù)值18.0618.190.5959580.270240.29進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù) ，，，，，℃查表4-4，得如下的平衡數(shù)據(jù)：0.10.15790.20.4180.579由內(nèi)差法，得：氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相密度液相密度℃,查表同上用內(nèi)差法得：，所以液相粘度℃，查表內(nèi)差法有：表5-3進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值20.2325.1840.859887.950.310240.29提餾段流量及物性參數(shù)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量：液相平均相對(duì)分子質(zhì)量：氣相密度液相密度液相粘度氣相流量由于泡點(diǎn)進(jìn)料R=1，則，液相流量，表5-4提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表主要參數(shù)

提餾段氣相平均相對(duì)分子質(zhì)23.46液相平均相對(duì)分子質(zhì)20.04氣相密度0.797液相密度902.73氣相摩爾流量/136.65氣相質(zhì)量流量/3205.81液相粘度/0.306液相摩爾流量/240.29液相質(zhì)量流量/4815.41塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算提餾段塔徑計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式式中：—干填料因子；—液體粘度，；—常數(shù)（150Y型為0.291）；—液體、氣體質(zhì)量流量，；—液體、氣體密度,；g—重力加速度，。已知：，，，，，，，,代入式中求解得：根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，規(guī)整填料的泛點(diǎn)率選擇范圍為：,取,則：空塔氣速：體積流量：塔徑:圓整后：，則再代入上式得空塔氣速液體噴淋密度的驗(yàn)算填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為式中：液體噴淋密度，；；,。為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值為最小噴淋密度，以表示。對(duì)于規(guī)整填料，設(shè)計(jì)中通常已知:,得經(jīng)上面校核，填料塔直徑取合理。填料層計(jì)算填料層高度所以：氣動(dòng)因子填料高度的計(jì)算采用等板高度法，對(duì)于150Y金屬板波紋填料，查化工手冊(cè)得，每米填料理論板數(shù)為2～3塊，取，則。填料層的高度為：式中：—填料塔的理論板，為4塊；—等板高度，。所以：填料層的設(shè)計(jì)高度一般為,取,所以：填料層壓降對(duì)于150Y金屬波紋填料，查化工手冊(cè)得，每米填料層壓降為：。填料層的總壓降為：填料層的分段對(duì)于250Y金屬板波紋填料，工業(yè)上分段高度一般取，填料層總高度為2.0m填料層高度和壓降計(jì)算匯總?cè)缦卤?-5填料層高度和壓降計(jì)算結(jié)果表參數(shù)填料層氣動(dòng)因子/2.088每米填料壓降總壓降填料層高度第6章附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算冷凝器本設(shè)計(jì)冷凝器采用重力回流直立或管殼式冷凝器。對(duì)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(jì)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(shí)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(shí)，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(fèi)。查化工手冊(cè)，得到：對(duì)于低沸點(diǎn)有機(jī)物，冷凝介質(zhì)為水時(shí)，取冷凝器傳熱系數(shù)℃）合肥地區(qū)夏季最高平均水溫30℃，溫升10逆流：T：79.01℃7t：40℃30℃?zhèn)鳠崦娣e：故本設(shè)計(jì)選用的列管換熱器是G400－2－16－22。塔內(nèi)管徑的計(jì)算及選型進(jìn)料管已知進(jìn)料液流量為，密度為，取管內(nèi)流速，則進(jìn)料管直徑為:經(jīng)圓整選取熱扎無(wú)縫鋼管(GB8163-87),規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：塔頂蒸汽接管已知塔頂蒸汽流量為，密度為，操作為常壓，取蒸汽速度，則蒸汽接管直徑為：經(jīng)圓整選取熱扎無(wú)縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速:塔釜出料接管已知塔釜液流量為，密度為，取塔釜流出液體速度，則出料接管直徑為：經(jīng)圓整選取熱扎無(wú)縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速:塔內(nèi)管徑的計(jì)算匯總?cè)缦卤?-1塔內(nèi)管徑的計(jì)算結(jié)果表參數(shù)塔頂進(jìn)料塔頂蒸汽接管塔釜出料接管管子選型/mm流速/m/s0.97121.020.828填料支撐裝置填料支撐裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型。本設(shè)計(jì)采用規(guī)整填料，選用柵板型支承裝置。填料壓緊裝置填料壓緊裝置的作用是防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同的類型。本設(shè)計(jì)采用規(guī)整填料，選用壓緊柵板。液體分布裝置液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、槽式或槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式及槽盤式為主。槽盤式分布器是近年來(lái)開發(fā)的新型液體分布器，它兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊、氣液分布均勻，阻力較小，操作彈性高達(dá)10/1,適用于各種液體噴淋量。近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛，本設(shè)計(jì)采用槽盤式分布器。分布點(diǎn)密度計(jì)算按蘇爾壽公司的規(guī)整填料塔分布點(diǎn)密度建議值，對(duì)于150Y孔板波紋填料，噴淋點(diǎn)密度，本設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為。布液點(diǎn)數(shù)為：布液計(jì)算本設(shè)計(jì)為重力型液體分布器中的多孔型，其布液工作的公里為開孔上方的液為高度。多孔型液體分布器布液能力的計(jì)算公式為：式中:—液體流量，；—開孔數(shù)目（分布點(diǎn)數(shù)目）；—孔流系數(shù)，通常??；—孔徑，；—開孔上方的液位高度，。已知:,,取，設(shè)計(jì)取除沫器為了確保氣體的純度，減少液體的夾帶損失，選用除沫器。常用除沫裝置有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。本設(shè)計(jì)塔徑小，且氣液分離，故采用小型絲網(wǎng)除沫器，裝入設(shè)備上蓋。第7章主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表表7-1提餾塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)表塔頂塔釜進(jìn)料提餾段氣相摩爾流量（kmol/h）136.65液相摩爾流量（kmol/h）136.65240.29240.29240.29氣相質(zhì)量流量（kg/h）3205.81液相質(zhì)量流量（kg/h）2984.444339.644933.154815.41摩爾分率0.27270.0028180.1579質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.400.0050.25氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量(kg/kmol)27.02118.19025.18423.46液相平均相對(duì)分子質(zhì)量(kg/kmol)21.8418.0620.2320.04氣相平均密度()0.9360.5950.8590.797液相平均密度（）862.231958887.95902.73溫度(℃)79.0199.4984.23平均粘度（mPa·s）0.3390.2700.3100.306表7-2提餾塔的物料參數(shù)表填料層高度填料層壓降冷凝器換熱面積260050.64進(jìn)料管管徑選型塔頂蒸汽接管管徑選型塔釜出料接管選型30-總結(jié)經(jīng)過兩周時(shí)間的課程設(shè)