乙醇—水二元物料板式精餾塔課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　前 言3</b></p><p><b>　　摘 要4</b></p><p>　　化工原理課程設計任務書5</p>

2、<p>　　第1章 緒論及基礎數(shù)據(jù)7</p><p>　　1.1 設計基礎數(shù)據(jù)7</p><p>　　1.1.1乙醇和水的物理性質(zhì)7</p><p>　　1.1.2常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)7</p><p>　　1.1.3乙醇和水物性數(shù)據(jù)7</p><p>　　1.2 精餾流程的確定8&l

3、t;/p><p>　　第2章 精餾塔工藝計算9</p><p>　　2.1 全塔工藝計算12</p><p>　　2.1.1 精餾塔二元物系物料衡算12</p><p>　　2.1.2 相對揮發(fā)度的計算12</p><p>　　2.1.3 最小回流比的確定12</p><p>　　2.1.

4、4 確定合適的回流比13</p><p>　　2.1.5 操作線方程13</p><p>　　2.1.6 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置13</p><p>　　2.1.7 全塔效率14</p><p>　　2.2.1 操作壓強 P12</p><p>　　2.2.2 操作溫度 T15</p>

5、<p>　　2.2.3 物性數(shù)據(jù)計算16</p><p>　　2.2.4 氣液負荷計算19</p><p>　　2.3 精餾段工藝設計20</p><p>　　2.3.1 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算20</p><p>　　2.3.2 篩板流體力學驗算22</p><p>　　2.3.3 塔板

6、負荷性能圖23</p><p>　　2.4 提餾段工藝設計27</p><p>　　2.4.1 提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算27</p><p>　　2.4.2 篩板流體力學驗算29</p><p>　　2.4.3 塔板負荷性能圖31</p><p>　　第3章 板式塔結構及附屬設備設計34</p&

7、gt;<p>　　3.1 熱量衡算34</p><p>　　3.1.1 進入系統(tǒng)的熱量34</p><p>　　3.1.2 離開系統(tǒng)的熱量34</p><p>　　3.1.3 熱量衡算式35</p><p>　　3.2 塔高的計算35</p><p>　　第4章 設計結果匯總35</p&

8、gt;<p>　　參 考 文 獻39</p><p><b>　　附 錄40</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾是分

9、離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動下（有時加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時進行傳質(zhì)、傳熱的過程。</p><p>　　在本設計中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結構簡單造價低。

10、合理的設計和適當?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當控制漏夜。</p><p>　　篩板塔是最早應用于工業(yè)生產(chǎn)的設備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實踐逐步改進了設計方法和結構近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設備為減少對傳質(zhì)的不利影響可將塔板的液體進入?yún)^(qū)制成突起的斜臺狀這樣可以降低進口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳剛的比率較少。它的主要

11、優(yōu)點是：</p><p>　?、俳Y構簡單，易于加工，造價為泡罩塔的60%左右，為浮閥塔的80%左右；</p><p>　?、谠谙嗤瑮l件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%～40%；</p><p>　　③塔板效率較高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮閥塔；</p><p>　?、軞怏w壓力降較小，每板壓力降比泡罩塔約低30%左右。</p>

12、<p><b>　　缺點是：</b></p><p>　?、傩】缀Y板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；</p><p>　?、诓僮鲝椥暂^?。s2～3）。</p><p>　　蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。精餾是典型的化工操作設備之一。進行此次課程設計的目的

13、是為了培養(yǎng)綜合運用所學知識,來解決實際化工問題的能力,做到能獨立進行化工設計初步訓練，為以后從事設計工作打下堅實的基礎。</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設計對一定量的乙醇和水的分離設備——精餾塔做了較詳細的敘述，主要包括：工藝計算，設備泵計算,塔設備等的附圖.化工原理是化學工業(yè)的理論指導，精餾塔是大型的設備組裝件，分為板式塔和填

14、料塔兩大類，其中，篩板精餾塔在實際中應用較為廣泛，它的設計是化工原理課程的重要組成部分，通過對乙醇-水分離的設計，培養(yǎng)學生綜合運用化原理論知識，分析、解決實際問題的能力，掌握化工設計的基本程序和方法。并在查閱文獻、準確選用公式和合理利用數(shù)據(jù)，以及用簡潔文字、圖表表達設計結果及制圖等方面能力得到基本訓練。</p><p>　　關鍵詞：水、乙醇、連續(xù)精餾、精餾段、提餾段、篩板塔</p><p>

15、;　　化工原理課程設計任務書</p><p>　　1.設計題目：乙醇—水二元物料板式精餾塔</p><p>　　2.設計條件：·常壓P=1atm(絕壓)</p><p>　　·原料來自粗餾塔，為95℃～96℃飽和蒸汽，由于沿途熱損失，</p><p>　　進精餾塔時，原料溫度約為90℃；</p><p&

16、gt;　　·塔頂濃度為含乙醇93.31%（質(zhì)量分數(shù)）的酒精，產(chǎn)量為25噸/天；</p><p>　　·塔釜為飽和蒸汽直接加熱，從塔釜出來的殘液中乙醇濃度要求不大于0.03%（質(zhì)量分數(shù)）。</p><p>　　·塔頂采用全凝器，泡點回流，回流比R=（1.1—2.0）Rmin</p><p><b>　　3.設計要求：</b

17、></p><p>　?。?）精餾塔工藝設計計算</p><p>　?。?）全凝器工藝設計計算</p><p>　?。?）精餾工藝過程流程圖</p><p>　?。?）精餾塔設備結構圖</p><p><b>　　（5）塔盤結構圖</b></p><p><b&

18、gt;　　（6）設計說明書 </b></p><p><b>　　4.設計任務：</b></p><p>　?。?）完成精餾塔工藝設計（包括輔助設備及進出口管路的計算與選型）。</p><p>　?。?）畫出帶控制點的工藝流程圖、塔板負荷性能圖、塔板、精餾塔工藝條件圖。</p><p>　?。?）完成精餾塔設

19、計說明書，包括設計結果匯總及設計評價。</p><p><b>　　5.設計思路：</b></p><p>　　(1) 全塔物料衡算</p><p><b>　?。?）求理論塔板數(shù)</b></p><p>　　(3) 全塔熱量衡算</p><p>　　(4) 氣液相負荷及特性

20、參數(shù)</p><p><b>　　(5) 篩板塔設計</b></p><p>　　(6) 流體力學性能校核</p><p>　　(7) 畫出負荷性能</p><p>　　6.選塔依據(jù)： </p><p>　　篩板塔是現(xiàn)今應用最廣泛的一種塔型，設計比較成

21、熟，具體優(yōu)點如下：</p><p>　　(1) 結構簡單、金屬耗量少、造價低廉.</p><p>　　(2) 氣體壓降小、板上液面落差也較小.</p><p>　　(3) 塔板效率較高.</p><p>　　(4) 改進的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔.</p><p>　　7.化工原理課程設計的基本內(nèi)容

22、：</p><p>　　(1) 設計方案的選定：對給定或選定的工藝流程、主要設備的形式進行簡要的論述。</p><p>　　(2) 主要的設備工藝設計的計算：物料衡算、熱量衡算、工藝常數(shù)的選定、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算。</p><p>　　(3) 輔助設備的選型：典型輔助設備主要工藝尺寸的計算、；設備規(guī)格型號的選定。</p><p&g

23、t;　　(4) 工藝流程圖： 以單圖線的形式描繪，標出主體設備和輔助設備的物料方向、物流量、能流量、主要測量點。</p><p>　　(5) 主要設備的工藝條件圖：圖面應包括設備的主要工藝尺寸，技術特性表和接管表。編寫設計說明.</p><p>　　(6) 篩板精鎦塔設計任務及說明∶在常壓連續(xù)篩板精餾塔中精餾分離含乙醇17%的乙醇—水混合液，要求塔頂餾出液中含乙醇量不低于84.51%，塔底

24、釜液中含苯量不低于0.0117%（以上均為摩爾分率）.</p><p><b>　　8.設計意圖：</b></p><p>　?。?）使兩相在塔板上充分接觸.</p><p>　?。?）汽液兩相總體上呈逆流，每一層塔板上均勻錯流接觸.</p><p>　　第1章 緒論及基礎數(shù)據(jù)</p><p>　

25、　1.1 設計基礎數(shù)據(jù)</p><p>　　1.1.1乙醇和水的物理性質(zhì)</p><p>　　表1-1乙醇和水物性表</p><p>　　1.1.2常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表1-2 氣液平衡數(shù)據(jù)表</p><p>　　1.1.3乙醇和水物性數(shù)據(jù)</p><p>　　乙醇

26、和水各種物性數(shù)據(jù)見表1-3到表1-6。</p><p>　　表1-3 液相密度</p><p>　　表1-4 液體的表面張力</p><p>　　表1-5 液體的粘度</p><p>　　表1-6 液體氣化熱</p><p>　　注：表中乙醇以A表示，水以B表示，以下相同。表中數(shù)據(jù)摘自《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》（P49

27、4—495）和天津大學《化工原理》上冊及《化工原理課程設計指導書》</p><p>　　1.1.4乙醇的生產(chǎn)方法和粗醇精制的目的</p><p><b>　　1 乙醇的生產(chǎn)方法</b></p><p>　　發(fā)酵法乙醇的工業(yè)生產(chǎn)方法可以歸納為發(fā)酵法和水合法兩大類。發(fā)酵法有糧食發(fā)酵法、木材水解發(fā)酵法、亞硫酸鹽廢堿液法；水合法有乙烯間接水合法和 乙烯

28、直接水合法。此外,最近美國、日本、意大利等國家正在開發(fā)一種用一氧化碳、氫氣（或甲烷）進行羰基合成制1.糧食發(fā)酵法 糧食發(fā)酵法是最早發(fā)明的乙醇生產(chǎn)方法，該法至今仍被采用，特別是飲用酒均采用此法，其基本原理是將葡萄糖（）在有能引發(fā)發(fā)酵的物質(zhì)的物質(zhì)存在的情況下，經(jīng)蒸餾、糖化等階段而轉(zhuǎn)化成乙醇。 2.木材水解發(fā)酵法 為了制備乙醇，要用硫酸或鹽酸處理（水解）木材，將纖維變成葡萄糖。然后再進入制醇的發(fā)酵階段。

29、 （纖維） （葡萄糖）3.亞硫酸鹽廢堿液制取乙醇法 在用纖維造紙的企業(yè)中，有大量的廢亞硫酸鹽堿液產(chǎn)生，對這種廢液經(jīng)過蒸煮等過程的處理后得到乙醇。這種乙醇通常稱作亞硫酸鹽乙醇。這種酒精溶液是很稀的溶液，大約含1％的乙醇，經(jīng)蒸餾后便可得到純度為95％的乙醇?？傊?，發(fā)酵法由于受到原料來源限制和乙醇成本高的原因，其發(fā)展就受到限制，同時這種方法也不適應大規(guī)模的乙醇生產(chǎn)。</p>&

30、lt;p>　　乙烯水合法1.乙烯間接水合法 2.乙烯直接水合法 乙烯直接水合法系乙烯和水在催化劑、高溫、加壓條件下直接加成得到乙醇的方法：</p><p><b>　　該法又稱為一步法。</b></p><p><b>　　其他方法</b></p><p><b>　　1乙醛加氫法：&

31、lt;/b></p><p><b>　　2 粗醇精制的目的</b></p><p>　　利用乙烯直接水合法合成的乙醇溶液中大部分是水，乙醇濃度僅為10～15％</p><p>　　左右，其中還含有少量的乙醚、乙醛、丁醇及其他有機化合物。這種沒有經(jīng)</p><p>　　過精制的乙醇簡稱粗醇。</p>

32、<p>　　我國目前的乙醇標準還是以釀造法為依據(jù)而制定的，分為精餾級、醫(yī)藥級和</p><p><b>　　工業(yè)級三種。</b></p><p>　　1.2 精餾流程的確定</p><p>　　乙醇—水的混合液用機泵經(jīng)原料預熱器加熱后，送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，冷凝液部分利用重力泡點回流；部分連續(xù)采出經(jīng)冷卻器冷卻后送至

33、產(chǎn)品罐。塔釜采用直接蒸汽（110℃水蒸汽）加熱，塔底廢水經(jīng)冷卻后送入貯槽，具體流程參見附圖（1-1）。 在流程確定方案選擇上，本設計盡可能的減少固定投資，降低操作費用，以期提高經(jīng)濟效益。加料方式的選擇： 設計任務年產(chǎn)量雖小，但每小時2833.98Kg的進料量，為維持生產(chǎn)穩(wěn)定，如采用高位槽進料，就需要一個約4～5的高位槽，這是不太常見的。從減少固定投資，提高經(jīng)濟效益的角度出發(fā)，選用強制進料的加料方式。</p>

34、<p>　　圖1-1 精餾過程簡圖</p><p>　　第2章 精餾塔工藝計算</p><p>　　2.1 全塔工藝計算</p><p>　　2.1.1 精餾塔二元物系物料衡算</p><p>　　查表可知，乙醇—水的進料組成，由條件可知，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量， ，所以</p><p>　　因為要求設計的生產(chǎn)能

35、力是25T/天，所以</p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　2.1.1 操作溫度的計算</p><p>　　利用乙醇-水的汽-液平衡數(shù)據(jù)，有插值法可以求得：</p><p>　　2.1.3 相對揮發(fā)度的計算</p><p><b>　　由,則，</b>

36、;</p><p><b>　　由，則，</b></p><p><b>　　由， 則， </b></p><p><b>　　精餾段的平均揮發(fā)度</b></p><p><b>　　提留段的平均揮發(fā)度</b></p><p>　　

37、全塔的平均相對揮發(fā)度</p><p>　　2.1.4 確定合適的回流比</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=3.209</b></p><p>　　操作回流比取R=（1.1～2.0）</p><p>　　∴取操作回流比 R=1.2R min=

38、1.2×3.209=3.85 (1.2由優(yōu)化得到)</p><p>　　2.1.5 操作線方程</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作方程</b></p><p>　　2.1.6 精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置</p>

39、<p>　　由逐板法計算，編程計算出精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置</p><p>　　精餾段 4塊 提餾段 20塊 第5塊加料</p><p>　　2.1.7 全塔效率</p><p>　　全塔效率 ET=0.17–0.616Lgμm</p><p>　　根據(jù)塔頂和塔底液相組成查表1-2 ，求得塔平均溫度。</p>

40、;<p>　　塔頂 TD=78.54℃ ， 塔底 TW=100℃</p><p><b>　　塔平均溫度:</b></p><p>　　（78.54+100）/2=89.27</p><p>　　該溫度下進料液相平均粘度為</p><p>　　μm=0.17μA+(1-0.17)μB </p>

41、;<p>　　=0.170.406+0.833166</p><p>　　=0.3317mPa·s</p><p>　　其中μA=0.406 mPa·s，μB=0.3165mPa·s</p><p>　　該數(shù)據(jù)由《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》和天津大學《化工原理》教材上冊附錄七查得。</p><p>　　

42、∴ ET=0.17–0.616Lg0.3317=0.4652=46.52%</p><p><b>　　篩板塔的板效率為：</b></p><p>　　2.1.8 實際塔板數(shù)及實際加料位置 </p><p>　　精餾段 N1=5/0.52=9.62，取10塊</p><p>　　總板數(shù)N=25/0.52=48.1，取49

43、塊</p><p>　　實際進料位置為第10塊板。</p><p>　　2.2 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算</p><p><b>　　塔頂壓強 </b></p><p>　　取每層塔板壓降為Δp=0.7kPa,則</p><p>　　進料板壓強 PF=101.325+0.75=104.8Pa&

44、lt;/p><p>　　塔底壓強 PW=101.325+0.718=113.925kPa</p><p>　　精餾段平均操作壓強: </p><p>　　提餾段平均操作壓強: </p><p>　　2.2.2 操作溫度 T</p><p>　　乙醇－水的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即：</p>&l

45、t;p>　　式中T――物系溫度，K；</p><p>　　P＊――飽和蒸汽壓，mmHg;</p><p>　　A,B,C――Antoine常數(shù)，</p><p>　　式中A、B、C 為常系數(shù)，對于乙醇－水物系，其值見表2-3</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　

46、注：表中乙醇以A表示；水以B表示。</p><p>　　應用計算機計算塔頂、塔釜、及進料板溫度程序見附錄</p><p>　　計算結果：進料板溫度 ℃</p><p><b>　　塔頂溫度 ℃ </b></p><p><b>　　塔釜溫度 ℃</b></p><p&g

47、t;　　2.2.3 物性數(shù)據(jù)計算</p><p><b>　　1 平均分子量Mm</b></p><p>　　乙醇分子量為MA=46.07 ，水分子量MB=18.02</p><p>　　塔頂 y1==0.8184，x1=0.8345</p><p>　　則氣相平均分子量為：</p><p>　　

48、MV，DM=46.07×0.8184+18.02×(1-0.8184)=40.97612Kg·Kmol-1</p><p>　　液相平均分子量為： </p><p>　　ML，DM=0.8345×46.07+（1–0.8345）×18.02=41.428Kg·Kmol-1</p><p>　　進料板yF=

49、y4 =0.17，xF=x4=0.493</p><p>　　則氣相平均分子量為：</p><p>　　MV，F(xiàn)M=0.17×46.07+18.02×(1-0.17)=22.7885Kg·Kmol-1</p><p>　　液相平均分子量為： </p><p>　　ML，F(xiàn)M=0.493×46.07+1

50、8.02×(1-0.493)=31.849Kg·Kmol-1</p><p>　　塔底 yW=0.00001174，xW=0.00006</p><p>　　則氣相平均分子量為：</p><p>　　MV，WM=0.00001174×46.071+（1–0.00001174）×18.02=18.023Kg·Kmol-

51、1</p><p>　　液相平均分子量為： </p><p>　　ML，WM=0.00006×46.07+（1–0.00006）×18.02=18.0217Kg·Kmol-1</p><p><b>　　精餾段平均分子量：</b></p><p>　　氣相： Kg·Kmol-1&

52、lt;/p><p>　　液相： Kg·Kmol-1</p><p><b>　　提餾段平均分子量：</b></p><p>　　氣相： Kg·Kmol-1</p><p>　　液相： Kg·Kmol-1</p><p><b>　　2 平均密度</b>

53、;</p><p>　　由式 可求相應的液相密度。</p><p><b>　　其中α為質(zhì)量分率，</b></p><p>　　對于塔頂：tD=78.54℃，ρL，A=742.3Kg·m-3，ρL，B=970.9Kg·m-3</p><p><b>　　則 </b

54、></p><p>　　對于進料板：tF=84.04 ℃，ρL，A=737.88Kg·m-3，ρL，B=961.46Kg·m-3</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　對于塔底：tW=100℃，ρL，A=717.4Kg·m-3，ρL，B=958.4Kg·m-3</p

55、><p><b>　　則 </b></p><p>　　精餾段平均液相密度：</p><p>　　提餾段平均液相密度：</p><p><b>　　對于塔頂氣相：</b></p><p><b>　　對于進料板氣相：</b></p><

56、;p><b>　　對于進料板氣相：</b></p><p>　　精餾段平均氣相密度： </p><p>　　提餾段平均氣相密度：</p><p><b>　　3 液體表面張力</b></p><p>　　對于塔頂：tD=78.54℃，σA=16.72mN·m-1，σB=65.16mN

57、·m-1</p><p>　　σM，D=0.8914×16.72+65.16×0.1086=21.98mN·m-1</p><p>　　對于進料板：tF=84.04℃，σA=15.93mN·m-1，σB=63.98 mN·m-1</p><p>　　σM，F(xiàn)=0.55×15.93+0.45

58、5;63.98=37.55mN·m-1</p><p>　　對于塔底：tW=100℃，σA=13.10mN·m-1，σB=59.41 mN·m-1</p><p>　　σM，W=0.02×13.10+0.98×59.41=58.48mN·m-1</p><p>　　精餾段平均表面張力：</p>

59、<p>　　提餾段平均表面張力：</p><p><b>　　4 液體黏度</b></p><p>　　對于塔頂：tD=78.54℃，μLA=0.495mPa，μLB=0.3565 mPa</p><p>　　μLM，D=0.8451×0.304+0.1549×0.3565=0.4735 mPa</p>

60、;<p>　　對于進料板：tF=84.04℃，μLA =0.406 mPa，μLB =0.3165 mPa</p><p>　　μLM，F(xiàn) =0.17×0.406+0.83×0.3165=0.3317 mPa</p><p>　　對于塔底：tW=100℃，μLA=0.361 mPa，μLB =0.2838 mPa</p><p>　

61、　μLM，W =0.000117×0.361+0.999883×0.2838=0.2838 mPa</p><p>　　精餾段平均液相黏度：</p><p>　　提餾段平均液相黏度：</p><p>　　2.2.4 氣液負荷計算</p><p>　　V=（R+1）D=4.85×24.965=121.08kmol&

62、#183;h-1</p><p>　　L=RD=3.85×24.965=96.12 kmol·h-1</p><p>　　Lh=0.000932×3600=3.3552m3·h-1</p><p>　　2提餾段氣液負荷計算</p><p>　　2.3 精餾段工藝設計</p><p&g

63、t;　　2.3.1 精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p><b>　　1 塔徑 D </b></p><p>　　初選所設計的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板，板間距HT=450mm。</p><p>　　查教材圖10-42 ，可得到表面張力為20mN/m時的負荷因子 C20=0.084。</p><p><

64、;b>　　液泛速度</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7 = 2.50×0.70=1.75m/s</p><p><b>　　塔徑</b></p><p><b>　　圓整為D=0.7m</b></p><p><b>　　空塔氣速 </b

65、></p><p>　　由D=0.7m，根據(jù)教材表10-1，塔的板間距HT可以為450mm。</p><p><b>　　2 溢流裝置</b></p><p>　　因為D=0.7m,根據(jù)塔徑，由化工原理下冊表10—2（P180）采用單溢流，弓型降液管，凹行受液盤及平行溢流堰，不設進口堰。</p><p>　　溢流堰

66、長 LW=0.7D=0.7×0.=0.49m</p><p>　　出口堰高 hW=hL-hOW</p><p>　　式中 ：hL–––板上液層高，取0.04m</p><p>　　hOW–––板上方液頭高度</p><p>　　由文獻[2]查知，溢流收縮系數(shù) E=1.0</p><p>　　∴hW=0.04-

67、0.01024=0.02976 m</p><p>　　降液管的寬度Wd與降液管的面積Af</p><p>　　由 查教材圖10-40 得 Wd/D=0.148，Af/AT=0.09</p><p>　　故Wd=0.148×0.7=0.1036m</p><p>　　Af=0.09×（3.14/4）×D2=0.

68、09×0.785×0.72=0.0346m2</p><p>　　計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積。</p><p><b>　　， 故符合要求</b></p><p><b>　　降液管底隙高度h</b></p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速</p&g

69、t;<p>　　計算降液管底隙高度h0</p><p><b>　　塔板布置</b></p><p>　　取邊緣區(qū)寬度WC=0.03m，安定區(qū)寬度WS=0.06m</p><p><b>　　計算開孔區(qū)面積</b></p><p>　　其中：x=D/2–（Wd+WS）=0.35–（0.

70、1182+0.06）=0.1718m</p><p>　　R=D/2–WC=0.35–0.03=0.32m</p><p>　　篩孔數(shù) n 與開孔率 φ</p><p>　　(1)處理的物系無腐蝕性，取篩孔的孔徑d0=5mm</p><p>　　(2)篩板選用一般碳鋼，板厚δ=1.2d0=1.2×5=6mm</p>&

71、lt;p>　　篩孔按正三角形排列 </p><p>　　孔中心距 t=3d0=3×5=15mm</p><p><b>　　(3)塔板上篩孔數(shù)</b></p><p>　　孔中心距 t=3d0=3×5=15mm</p><p><b>　　塔板上篩孔數(shù)</b></p&

72、gt;<p>　　塔板開孔區(qū)的開孔率φ</p><p>　　開孔率在5~15%范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　每層塔板上的開孔面積A0=φAa=0.101×0.4138=0.031m2</p><p>　　氣體通過篩孔的氣速 </p><p><b>　　精餾段塔有效高度</b></

73、p><p>　　Z1=（10–1）×0.45=4.05m</p><p>　　2.3.2 篩板流體力學驗算</p><p>　　1 氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨?lt;/p><p>　　干板壓降相當?shù)囊褐叨萮c</p><p>　　查文獻[2]得 C0=0.88</p><p>　　氣流穿

74、過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨萮l</p><p><b>　　氣相動能因數(shù) FA</b></p><p>　　由設計書圖5–11查取板上液層充氣系數(shù) =0.6</p><p>　　hl=hL=（hW+hOW）=0.6×0.05=0.03m</p><p>　　克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨萮σ</p&

75、gt;<p>　　通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨?lt;/p><p>　　hP1=hC+hl+ =0.0478+0.03+0.00029=0.078m</p><p><b>　　單板壓降：</b></p><p><b>　　符合設計要求。</b></p><p>　　2.3.2.2 霧沫夾

76、帶量ev的驗算</p><p>　　塔板上鼓泡層的高度hf=2.5hL=2.5×0.06=0.15m</p><p>　　∴精餾段在設計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p>　　2.3.2.3 漏液的驗算</p><p><b>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù) </b></p><p>　

77、　該值大于1.5，符合設計要求。</p><p>　　∴精餾段在設計負荷下不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p>　　2.3.2.4 液泛驗算</p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應使降液管中清液層高度</p><p>　　Hd=hP+hL+hd</p><p>　　Hd=hP1+hL+hd=0.08731+0.0

78、5+0.002669=0.13998m</p><p>　　取Ф=0.5， Ф（HT+hW）=0.5×（0.45+0.0430）=0.2465m</p><p>　　∴在設計負荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗算，可以認為精餾段塔徑和各項工藝尺寸是合適的。</p><p>　　2.3.3 塔板負荷性

79、能圖</p><p>　　2.3.3.1霧沫夾帶線</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　近似取E=1.14，hW=0.0430m ，LW=0.56m</p><p>　　取霧沫夾帶極限值eV=0.1 kg液/kg氣，</p><p>　　，HT=0.45 m</p&

80、gt;<p>　　將ua1，hf代入下式得:</p><p><b>　　0.1=</b></p><p><b>　　=0.8956-</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，取幾個LS值，依上式計算出相應的的VS值列于表2.3.1</p><p>　　表 2.3.1 霧沫夾帶線計

81、算結果表</p><p>　　依表中數(shù)據(jù)在提餾段負荷性能圖中做霧沫夾帶線，如圖2-1所示。</p><p>　　2.3.3.2液泛線</p><p>　　由于 Ф(HT+hw)=hp+hw+h0w+hd</p><p>　　近似取E≈1.14 , LW=0.56m</p><p><b>　　h0w=

82、</b></p><p>　　how=1.1193Ls2/3</p><p>　　hp=hc+h1+hσ</p><p><b>　　hc=</b></p><p><b>　　所以 h1=</b></p><p>　　即 h1=0.0258+0.67158L

83、S2/3</p><p>　　hP=0.132VS2+0.0258+0.67158LS2/3+0.00031</p><p>　　已知HT=0.40m hW=0.0485m Ф=0.6 代入上式得：</p><p><b>　　整理得</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)取若干LS值依上式計算Vs值列于表2.3.

84、2,作出精餾段液泛線。 </p><p>　　表 2.3.2 液泛線計算結果表</p><p>　　2.3.3.3液相負荷上限線</p><p>　　取液體在降液管中的停留時間為4秒，</p><p>　　液相負荷上限線在VS–LS坐標圖上為與氣體流量VS無關的垂直線，如圖2-1。</p><p>　　2.3.3.4漏

85、液線（氣相負荷下限線）</p><p>　　由hL=hW+hOW=0.0430+1.1193 LS2/3</p><p><b>　　代入漏液點氣速式</b></p><p>　　A0=0.03105m2代入上式整理得</p><p>　　此即氣相負荷下限線關系式，在操作范圍內(nèi)取幾個LS值，依上式計算相應VS列于表2.3

86、.3，據(jù)此做精餾段氣相負荷下限線。</p><p>　　表 2.3.3 漏液線計算結果表</p><p>　　2.3.3.5液相負荷下限線 </p><p>　　取平堰，堰上液層高度hOW=0.0070m作為液相負荷下限線的條件，取E=1.14 ，則整理上式得</p><p>　　由此值在VS–LS圖上作液相負荷下限線，如圖2-1所示。&l

87、t;/p><p>　　圖2-1精餾段負荷性能圖</p><p>　　2.4 提餾段工藝設計</p><p>　　2.4.1 提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計算</p><p>　　2.4.1.1 塔徑 D</p><p>　　初選所設計的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板，板間距450mm。</p><p>

88、;　　根據(jù)Fair文獻[2]關聯(lián)式得，C20=0.065</p><p><b>　　液泛速度</b></p><p><b>　　取安全系數(shù)為0.6</b></p><p>　　u=0.6×uF=2.58×0.6=1.548</p><p><b>　　塔徑</

89、b></p><p><b>　　圓整為D=0.8m</b></p><p><b>　　空塔氣速 </b></p><p>　　由D=0.8m，根據(jù)文獻[2]知，塔的板間距HT可以為450mm。</p><p>　　2.4.1.2 溢流裝置</p><p>　　采用單

90、溢流，弓型降液管，平行受液盤及平行溢流堰，不設進口堰。</p><p>　　1.溢流堰長 LW=0.7D=0.7×0.8=0.56m</p><p>　　2.出口堰高 hW=hL-hOW</p><p>　　式中 ：hL–––板上液層高，取0.05m</p><p>　　hOW–––板上方液頭高度</p><p&

91、gt;　　由P29圖1-11 ，溢流收縮系數(shù) E=1.14</p><p>　　∴hW=0.05-0.0083=0.0413m</p><p>　　3.降液管的寬度Wd與降液管的面積Af</p><p>　　由 查文獻[2]得 Wd/D=0.148，Af/AT=0.09</p><p>　　故Wd=0.148×0.8=0.1184

92、m</p><p>　　Af=0.09×（3.14/4）×D2=0.045m2</p><p>　　由式 計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積。</p><p><b>　　， 故符合要求。</b></p><p>　　4.降液管底隙高度h0</p><p>　　取液體通

93、過降液管底隙的流速，</p><p>　　計算降液管底隙高度h0</p><p>　　2.4.1.3 塔板布置</p><p>　　1．取邊緣區(qū)寬度WC=0.03m，安定區(qū)寬度WS=0.06m</p><p>　　2. 計算開孔區(qū)面積</p><p>　　其中：x=D/2–（Wd+WS）=0.4–（0.0.1182+0

94、.06）=0.2218m</p><p>　　R=D/2–WC=0.4–0.03=0.37m</p><p>　　2.4.1.4 篩孔數(shù) n 與開孔率 φ</p><p>　　1．取篩孔的孔徑d0=5mm</p><p>　　2．篩板選用一般碳鋼，板厚δ=0.6d0=0.6×5=3mm</p><p>　　3

95、．篩孔按正三角形排列 </p><p>　　孔中心距 t=3d0=3×5=15mm</p><p><b>　　4．塔板上篩孔數(shù)</b></p><p>　　5．塔板開孔區(qū)的開孔率φ</p><p>　　開孔率在5~15%范圍內(nèi)，符合要求。</p><p>　　每層塔板上的開孔面積A0=

96、φAa=0.031m2</p><p>　　氣體通過篩孔的氣速 </p><p>　　2.4.1.5 提餾段塔有效高度</p><p>　　Z2=（39-1）×0.45=17.1m</p><p>　　2.4.2 篩板流體力學驗算</p><p>　　2.4.2.1 氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨?lt;/p

97、><p>　　1.干板壓降相當?shù)囊褐叨萮c</p><p>　　查文獻[2]得 C0=0.77</p><p>　　2.氣流穿過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨萮l</p><p><b>　　氣相動能因數(shù) FA</b></p><p>　　由文獻[6]查取板上液層充氣系數(shù)=0.6</p>

98、<p>　　hl= hL=（hW+hOW）=0.6×0.05=0.03m</p><p>　　3.克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨萮σ</p><p>　　通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨?lt;/p><p>　　hP，2=hC+hl+ hσ=0.03755+0.03+0.00418=0.07173m</p><p><b&

99、gt;　　單板壓降：</b></p><p><b>　　符合設計要求。</b></p><p>　　2.4.2.2 霧沫夾帶量ev的驗算</p><p>　　塔板上鼓泡層的高度hf=2.5hL=2.5×0.05=0.125m</p><p>　　∴精餾段在設計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。</

100、p><p>　　2.4.2.3 漏液的驗算</p><p><b>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù) </b></p><p>　　該值大于1.5，符合設計要求。</p><p>　　∴精餾段在設計負荷下不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p>　　2.4.2.4 液泛驗算</p><p>　　

101、為防止降液管液泛的發(fā)生，應使降液管中清夜層高度</p><p>　　由式 Hd=hP+hL+hd 得</p><p>　　Hd=hP2+hL+hd=0.0741+0.05+0.00075=0.12485m</p><p>　　取Ф=0.5， Ф（HT+hW）=0.5×（0.45+0.0436）=0.2468m</p><p>　　

102、∴在設計負荷下不會發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗算，可以認為提餾段塔徑和各項工藝尺寸是合適的。</p><p>　　2.4.3 塔板負荷性能圖(同精餾段負荷性能求解相同)</p><p>　　2.4.3.1霧沫夾帶線</p><p><b>　　經(jīng)計算整理得 </b></p>

103、<p>　　在操作范圍內(nèi)，取幾個LS值，依上式計算出相應的的VS值列于表2.4.1</p><p>　　表 2.4.1 霧沫夾帶線計算結果表</p><p>　　依表中數(shù)據(jù)在提餾段負荷性能圖中做霧沫夾帶線，如圖2-2所示。</p><p>　　2.4.3.2液泛線 </p><p><b>　　經(jīng)計算整理得</b&g

104、t;</p><p>　　在操作范圍內(nèi)取若干LS值依(2)式計算Vs值列于表2.4.2,作出精餾段液泛線。</p><p>　　表 2.4.2 液泛線計算結果表</p><p>　　2.4.3.3液相負荷上限線</p><p>　　取液體在降液管中的停留時間為4秒</p><p>　　液相負荷上限線在VS–LS坐標圖上

105、為與氣體流量VS無關的垂直線，如圖2-2。</p><p>　　2.4.3.4漏液線（氣相負荷下限線）</p><p><b>　　經(jīng)計算整理得:</b></p><p>　　此即氣相負荷下限線關系式，在操作范圍內(nèi)取幾個LS值，依式計算相應VS列于表2.4.3，據(jù)此做提餾段氣相負荷下限線。</p><p>　　表 2.4

106、.3 漏液線計算結果表</p><p>　　2.4.3.5液相負荷下限線 </p><p>　　取平堰，堰上液層高度hOW=0.0064m作為液相負荷下限線的條件，取E=1.14 ，則整理上式</p><p>　　由此值在VS–LS圖上作液相負荷下限線，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2提餾段負荷性能圖</p>&

107、lt;p>　　以上二圖即精餾段和提餾段負荷性能圖，每五條線包圍的區(qū)域分別為精、提餾段的塔板操作區(qū)，P為操作點，OP為操作線，OP與霧沫夾帶線的交點相應氣相負荷為VS，mas，OP與氣相負荷下限線的交點相應氣相負荷為VS，min。</p><p>　　可知本設計塔板上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。</p><p>　　精餾段臨界點的操作彈性為：VS，mas / VS，min=1.3

108、5/0.63=2.15</p><p>　　提餾段臨界點的操作彈性為：VS，mas / VS，min=1.4/0.6818=2.05</p><p><b>　　第3章 板式塔結構</b></p><p><b>　　3.1 熱量衡算</b></p><p>　　3.1.1 進入系統(tǒng)的熱量</

109、p><p>　　1．加熱蒸汽帶入的熱量QB</p><p>　　QB=GB·rW（按140℃飽和蒸汽計）</p><p>　　2．進料帶入的熱量QF</p><p>　　QF=FG·CPF·tF </p><p>　　tF=84.04℃=357.2K =2.

110、8704 = 4.173</p><p>　　CP，F(xiàn)=kJ/（kg·℃）</p><p>　　MF=0.55×32.04+（1-0.55）×18.02 =25.73 kg /kmol</p><p>　　QF=70×25.73×3.456×345.4=2.15×106 kJ/h</p&g

111、t;<p>　　3．回流帶入的熱量QR</p><p>　　CP,R=2.756</p><p>　　QR=R·DG·CP,R·tR tR=65.31℃=338.46K </p><p>　　QR=1.268×1198.18×2.756×338.46</p>&l

112、t;p>　　=1.42×106kJ/h</p><p>　　3.1.2 離開系統(tǒng)的熱量</p><p><b>　　塔頂蒸汽帶出的熱量</b></p><p>　　QV=DG(R+1)(CP，D·tD+rD)</p><p>　　tD=65.31℃=338.46K CP，D=2.85

113、3</p><p>　　rD=1298.56kJ/kg DG=1198.18kg/h</p><p>　　QV=1198.18×2.268×（2.853×338.46+1298.56）</p><p>　　=6.15×106 kJ/h </p><p><b>　　殘液帶出的熱量<

114、;/b></p><p>　　QW=WG·CP，W·tW </p><p>　　MG=18.3kg/kmol</p><p>　　tW=97.33℃=370.48K CP，W=4.195 </p><p>　　QW= 30.741×18.3×4.195×370.48

115、=8.74×105kJ/h</p><p>　　散于周圍的熱量 QL</p><p>　　可取QL=0.5%QB</p><p>　　3.1.3 熱量衡算式</p><p>　　QB+QF+QR=QV+QW+QL</p><p>　　QB =QV+QW+QL–QF–QR</p><p>

116、;　?。?–0.5%）QB= QV+QW–QF–QR</p><p>　?。?–0.5%）QB =6.15×106+8.74×105–2.15×106–1.42×106</p><p>　　QB=3.45×106kJ/h</p><p>　　查文獻[1] rW=2148.7 kJ/kg （140℃飽和蒸汽）<

117、/p><p>　　GB=QB/rW=3.45×106/2148.7=1605.62kg/h</p><p><b>　　3.2 塔高的計算</b></p><p>　　精餾塔的實際塔板數(shù)為n=49,人孔數(shù)ns=3,取，塔頂封頭取0.6m, 群座取1.5 m, 進料孔</p><p>　　精餾段 H1=4.05m&l

118、t;/p><p>　　提餾段 H2=17.55m</p><p>　　所以 H0=4.05+17.55+0.65+1.5+1.5+0.6=25.85m</p><p><b>　　第4章設計結果匯總</b></p><p>　　表4-1篩板塔的工藝設計計算結果匯總表</p><p><b>

119、　　主要符號說明</b></p><p><b>　　結 束 語</b></p><p>　　通過對這次化工原理的課程設計是我們知道如何去靈活地運用課本上的公式解決實際問題，也增長了不少實際的知識，同時也在我們的大腦中確立了一個關于化工生產(chǎn)的一個輪廓。</p><p>　　課程設計是對以往學過的知識加以檢驗，能夠培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能

120、力，尤其是這次精餾塔設計更加深入的對化工生產(chǎn)過程的理解和認識，使我們所學的知識不局限于書本，并鍛煉了我們邏輯思維能力。</p><p>　　在設計過程中培養(yǎng)了我們自學能力，設計中需要的許多知識都需要我們查閱資料和文獻，并要求加以歸納、整理和總結。通過自學及老師的指導，不僅鞏固了所學的化工原理知識,更極大的拓寬了我們的知識面，讓我們認識了實際化工生產(chǎn)過程和理論的聯(lián)系和差別，這對將來的畢業(yè)設計及工作無疑將起到重要的作

121、用.</p><p>　　在此次的化工原理設計過程中，我們的收獲很大,感觸也很深，我知道自己所學的知識還遠遠不夠，在這次設計中還存在許多疏漏之處，還需老師給與指導；更覺得學好基礎知識的重要性，以便為將來的工作打下良好的基礎。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1．陳敏

122、恒、從德滋、方圖南等 .《化工原理》上冊第二版.北京化學工業(yè)出版社.1999</p><p>　　2．陳敏恒、從德滋、方圖南、齊鳴齋等.《化工原理》下冊第三版.北京化學工業(yè)出版社.2006.5</p><p>　　3．劉光啟、馬連湘、劉杰主編 《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊.有機卷》 化學工業(yè)出版社1982</p><p>　　4. 劉光啟、馬連湘、劉杰主編 《化學化工物性

123、數(shù)據(jù)手冊.無機卷》 化學工業(yè)出版社1982</p><p>　　5．盧煥章等.《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》化學工業(yè)出版社.1982.</p><p>　　6. 王國柱 史啟才 主編《化工原理課程設計》大連理工大學出版社2009</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　泡點計算源程序清單 </p&g

124、t;<p>　　#include "math.h"</p><p>　　float Pf=1042,T0=330,xf=0.57;</p><p>　　float f(float x){return xf*exp(17.0073-2595.01/(x-53.15))/Pf+(1-xf)*exp(16.0545-2618.73 /(x-37.30))/Pf-

125、1;}</p><p>　　float f1(float x){return xf*exp(17.0073-2595.01/(x-53.15))/Pf*2595.01/(x-53.15)/(x-53.15)+(1-xf)*exp(16.0545-2618.73/(x-37.30))/Pf*2618.73/(x-37.30)/(x-37.30);}</p><p><b>　　ma

126、in()</b></p><p>　　{float T1,e=0.0001,Td;int N=100,k;</p><p>　　for(k=0;k<N;k++)</p><p>　　{if(f1(T0)==0){printf("no answer");break;}</p><p>　　T1=T0-f(T

127、0)/f1(T0);</p><p>　　if(fabs(T1-T0)<=e){printf("Td=%f,%f",T1-273.15,f(T1));break;}</p><p><b>　　T0=T1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&

128、lt;b>　　}</b></p><p>　　由逐板法計算塔板數(shù)程序如下：</p><p>　　void CDistillationDlg::OnBnClickedButton1()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　m_Result=_T("");<

129、/p><p>　　UpdateData(0);</p><p><b>　　float xq;</b></p><p>　　CString str,result;</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT4,str);</p><p>　　R=_wtof(str);</

130、p><p>　　str=_T("");</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT5,str);</p><p>　　xd=_wtof(str);</p><p>　　str=_T("");</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT6

131、,str);</p><p>　　xf=_wtof(str);</p><p>　　str=_T("");</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT7,str);</p><p>　　xw=_wtof(str);</p><p>　　str=_T("")

132、;</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT8,str);</p><p>　　q=_wtof(str);</p><p>　　str=_T("");</p><p>　　GetDlgItemText(IDC_EDIT9,str);</p><p>　　a=_wtof(st

133、r);</p><p>　　str=_T("");</p><p>　　FD = (xd - xw) / (xf - xw);</p><p>　　xq = ((R + 1) * xf + (q - 1) * xd) / (R + q);</p><p>　　float y,x ;</p><p>