化工原理課程設(shè)計(jì)說明書(水重水減壓精餾)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)題目：水重水減壓分離</p><p>　　學(xué)院：化學(xué)與化工學(xué)院</p><p><b>　　專業(yè)：能源化學(xué)工程</b></p><p>　　班級(jí)： </p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號(hào)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)題目：水重水減壓分離</p><p>　　二、承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)人員：</p><p>　　三、設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)施時(shí)間：2017年9月——2017年10月</p>

3、;<p><b>　　四、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　分離物系：分離含 5.5%重水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 94.5%水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的</p><p><b>　　二元均相混合液</b></p><p>　　原料狀態(tài)：常溫（可按20 oC計(jì)）</p><p>　　分離要求：

4、所得單體溶液的濃度不低于 27.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p>　　設(shè)計(jì)能力： 38000噸/年。 （按 300天/年 計(jì)）</p><p>　　操作壓力： 0.5atm</p><p><b>　　操作溫度：不限</b></p><p><b>　　作者簽字：</b>

5、;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.緒論1</b></p><p>　　1.1中英文摘要1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)原理1</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案的確定2</p><p>　　2.

6、1 裝置流程的確定2</p><p>　　2.2 板型選擇2</p><p>　　2.3進(jìn)料狀態(tài)的選擇2</p><p>　　2.4 回流比的選擇2</p><p><b>　　2.5工藝流程3</b></p><p>　　3.精餾塔的工藝計(jì)算及塔板尺寸的計(jì)算3</p>

7、<p>　　3.1精餾塔的工藝計(jì)算3</p><p>　　3.1.1物料衡算3</p><p>　　3.1.2 相對(duì)揮發(fā)度α及相平衡方程的計(jì)算4</p><p>　　3.1.3 理論板N的確定7</p><p>　　3.1.4 實(shí)際板數(shù)NP的計(jì)算8</p><p>　　3.1.5進(jìn)料板位置的確定（由

8、逐板計(jì)算法編程得）11</p><p>　　3.2 基本物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算13</p><p>　　3.2.1 溫度的計(jì)算13</p><p>　　3.2.2 平均摩爾分?jǐn)?shù)13</p><p>　　3.2.4 密度計(jì)算（水為A,重水為B）14</p><p>　　3.2.5 黏度14</p>&l

9、t;p>　　3.2.6 液相、氣相流率14</p><p>　　3.2.7 液體表面張力14</p><p>　　3.3 填料類型14</p><p><b>　　3.4 塔徑14</b></p><p><b>　　3.5塔高15</b></p><p>&

10、lt;b>　　3.6氣速15</b></p><p><b>　　3.7壓降15</b></p><p>　　4.預(yù)熱器與再沸器熱量衡算16</p><p>　　4.1 熱量衡算16</p><p>　　4.2 液體噴淋密度16</p><p>　　4.3 動(dòng)運(yùn)用大竹動(dòng)

11、持液量模型16</p><p>　　5.主要輔助設(shè)備選型17</p><p>　　5.1液體分布器-排管式17</p><p>　　5.2填料支承裝置-柵板型支承裝置17</p><p>　　5.3 液體收集再分布器：18</p><p>　　5.4 填料壓板——填料壓緊柵板19</p>&l

12、t;p>　　5.5 床層限制板：散裝填料用床層定位器19</p><p>　　5.6 頂部回流液體噴淋裝置—大塔盤式分布器20</p><p>　　5.7 除沫器-旋流板除沫器20</p><p>　　5.8換熱器——板殼式換熱器20</p><p>　　5.9 冷凝器—臥式殼層冷凝器21</p><p&g

13、t;　　5.10立式熱虹吸再沸器22</p><p>　　6.附件設(shè)備選型22</p><p><b>　　6.1 人孔22</b></p><p>　　6.2 裙座-圓筒形裙座22</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　附錄I 符號(hào)

14、說明24</p><p>　　附錄II 逐板計(jì)算法源代碼：27</p><p>　　附錄III.塔的示意圖29</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p><b>　　1.1中英文摘要</b></p><p>　　摘要：精餾是分離液體混合物最常用的一

15、種單元操作，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，從而實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過程。本次設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)年處理量為38000噸的精餾塔，用以實(shí)現(xiàn)水—重水的二元理想物系的分離。本設(shè)計(jì)說明書通過物料衡算、熱量衡算、工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核等一系列工作來設(shè)計(jì)一個(gè)具有可行性的合理的填料塔。</p><p>　　關(guān)鍵詞：精餾塔 填料塔 水

16、重水 理想物系 </p><p>　　Abstract: Distillation is one kind of the most commonly used unit operations of liquid mixture separation.This operation mainly bases on the volatility of each component in different liquid

17、 mixture:the volatile components of liquid to gas phase transfer, difficult volatile components by gas phase into liquid phase transfer, so as to realize material separation of components in the mixture.The process is al

18、so the process of mass and heat transfer.This design task is to design a annual capacity of</p><p>　　Key word: Rectifying column packed tower water deuterium ideal system</p><p><b>　　1.

19、2 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　（1）塔設(shè)備是化工、石油化工、生物化工、制藥等生產(chǎn)過程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。</p><p>　?。?）根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式可分為板式塔和填料塔兩大類。</p><p>　　1.3塔設(shè)計(jì)基本要求</p><p>　　使氣液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。</p>

20、;<p>　　在較大的氣液流速下，不至于發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等不正常操作現(xiàn)象。</p><p><b>　　操作穩(wěn)定、彈性大。</b></p><p><b>　　流體流動(dòng)的阻力小。</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單、材料消耗量盡可能小。（即在滿足生產(chǎn)要求的前提下盡可能優(yōu)化設(shè)計(jì) ）<

21、/p><p><b>　　塔內(nèi)滯留量小。</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　2.1 裝置流程的確定</p><p>　　水重水物系分離的工業(yè)操作方法主要有電解水、電解水相時(shí)進(jìn)行水和氫之間的同位素 交換、蒸餾水、低溫精餾氫、水和硫化氫之間的雙溫度交換等，由

22、于電解法耗能巨大，本設(shè)計(jì)采用蒸餾的方法分離水重水物系。</p><p>　　原料中水的摩爾分?jǐn)?shù)為95%，且水重水的物理性質(zhì)非常相近，故需要多次蒸餾，工業(yè)生產(chǎn)中多采用連續(xù)精餾的方法，此方法具有生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　2.2 板型選擇</b></p><p>　　根據(jù)水重水物系分離過程中理論塔板數(shù)和壓降特點(diǎn)，排

23、除選擇板式塔的可能選擇使用填料塔。若選用板式塔，則板間距為600mm，全塔高將達(dá)到102m，不符合實(shí)際生產(chǎn)要求。</p><p>　　2.3進(jìn)料狀態(tài)的選擇</p><p>　　物料的進(jìn)料狀態(tài)有五種，可以用進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)q值來表示：過冷液體進(jìn)料，q<1，飽和液體進(jìn)料，q=1，氣液混合物進(jìn)料，0<q<1，飽和氣體進(jìn)料，q=0，過熱蒸氣進(jìn)料，q<0。本設(shè)計(jì)采用飽和液體（泡點(diǎn)

24、）進(jìn)料，原因在于：</p><p>　　可以使精餾段和提餾段保持相同的塔徑，便于制造。</p><p><b>　　避免季節(jié)的影響。</b></p><p><b>　　保持塔的操作穩(wěn)定。</b></p><p>　　2.4 回流比的選擇</p><p>　　實(shí)際回流比總是介

25、于最小回流比和全回流兩種極限。為了使塔設(shè)備合操作費(fèi)用實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化組合，一般經(jīng)驗(yàn)值R=（1.1~2.0）Rmin，本設(shè)計(jì)選擇了若干個(gè)R值，采用計(jì)算機(jī)編程和逐板計(jì)算法求出理論板數(shù)N，作出N(R+1)~R曲線，從中找出最佳操作回流比。</p><p><b>　　2.5工藝流程</b></p><p>　　3.精餾塔的工藝計(jì)算及塔板尺寸的計(jì)算</p><p

26、>　　3.1精餾塔的工藝計(jì)算</p><p><b>　　3.1.1物料衡算</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)的條件</b></p><p>　　原料：水-重水混合物Xf=0.95（摩爾分?jǐn)?shù)）</p><p>　　產(chǎn)品要求：Xw<0.75（水的摩爾分?jǐn)?shù)），重水回收率>0.9

27、</p><p>　　設(shè)計(jì)能力：38000噸/年（按每年300天計(jì)算）</p><p><b>　　平均分子量</b></p><p>　　分子量：水M=18Kg/Kmol，重水M=20Kg/Kmol</p><p>　　原料平均分子量：M=0.05*20+0.95*18=18.1</p><p>

28、;　　塔頂產(chǎn)品平均分子量：MD=0.006125*20+0.993827*18=18.01225</p><p>　　塔底產(chǎn)品平均分子量：MW=0.75*18+0.25*20=18.5</p><p><b>　　全塔物料衡算</b></p><p>　　F=38000噸/年=291.59Kmol/h</p><p>　

29、　全塔對(duì)輕組分水進(jìn)行物料衡算</p><p>　　Xw=0.75 Xf=0.95</p><p>　　=0.9 (1)</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　聯(lián)立（1）（2）式并代入已知數(shù)據(jù)得到</p><p>　　D=239.1038Kmol/h</

30、p><p>　　W=52.4862Kmol/h</p><p>　　Xd=0.993902</p><p><b>　　Xw=0.75</b></p><p>　　3.1.2 相對(duì)揮發(fā)度α及相平衡方程的計(jì)算</p><p>　　水（A）和重水（B）的蒸氣壓數(shù)據(jù)見表1，據(jù)此求得水-重水二元物系在總壓為5

31、0.6625Kpa下的相平衡數(shù)據(jù)，并作出溫度組成圖。</p><p>　　表1 水、重水在溫度梯度下的蒸氣壓p0A 、p0B</p><p>　　水（A）的蒸氣壓p0A按安托萬方程計(jì)算：lg p0A =7.96681-</p><p>　　重水（B）的蒸氣壓p0B則按下面的公式計(jì)算：</p><p>　　ln =[a1τ+a2τ1.89

32、+a3τ2+a4τ3+a5τ3.6]</p><p>　　其中τ=1-，Tc=643.847K，Pc=21.671MPa，a1=-7.896657，a2=24.73308，a3=27.81128，a4=9.355913，a5=9.220083</p><p>　　由表1的各組數(shù)據(jù)從式3求x，再應(yīng)用式4求y，得到各組t-x(y)數(shù)據(jù)，并制得表2; 根據(jù)表1所列的溫度-組成數(shù)據(jù)，可在縱坐標(biāo)表示

33、溫度t、橫坐標(biāo)表示組成x及y的圖中，繪制出圖1所示的t-x及t-y兩條曲線，得到溫度-組成相圖。</p><p>　　表2 水-重水物系在總壓P=50.6625Kpa下的t-x(y)關(guān)系</p><p>　　圖1水-重水物系在總壓P=50.6625Kpa下的溫度組成相圖</p><p>　　圖2水-重水物系的y-x相圖</p><p>　　

34、根據(jù)α=，由以上數(shù)據(jù)算出各溫度下水-重水的相對(duì)揮發(fā)度，并制得表3</p><p>　　表3水-重水物系在各溫度下的相對(duì)揮發(fā)度</p><p>　　α的算術(shù)平均值為1.074462585，幾何平均值為1.07453373，取α=1.074</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)算得相平衡方程為y==</p><p>　　3.1.3 理論板N的確定<

35、;/p><p>　　先用圖解法找出最佳回流比</p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1,XE=XF=0.95</p><p>　　YE=0.953284</p><p>　　得最小回流比Rmin==12.37</p><p>　　設(shè)回流比R=βRmin,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)由β=1.1~2.0.然后用捷算法求出不同的β對(duì)應(yīng)的NT值。根據(jù)費(fèi)

36、用最小原則，作出N(R+1)~R圖，從而確定最佳回流比及此時(shí)的理論板數(shù)：</p><p>　　Nmin ===55.9611387</p><p>　　在（R-Rmin）/（R+1）>0.17時(shí)，根據(jù)《化工原理》（下冊(cè)）P101吉利蘭關(guān)聯(lián)式</p><p>　　計(jì)算結(jié)果如表4，并畫出N（R+1)~β曲線如圖3。</p><p>　　表4

37、確定最佳回流比計(jì)算結(jié)果表</p><p>　　根據(jù)表4和圖3，一般精餾塔的費(fèi)用和N（R+1）成正比，所以從圖中得最佳回流比：Ropt=βRmin=1.35 *12.37=16.6995</p><p>　　此時(shí)對(duì)應(yīng)的理論板數(shù)為：NT=95.94823-1 ≈95塊（不含塔釜）</p><p>　　3.1.4 實(shí)際板數(shù)NP的計(jì)算</p><p>

38、;<b>　　板效率ET的計(jì)算</b></p><p>　　進(jìn)料溫度為81.755℃，塔頂溫度為82.18026℃，塔釜溫度為82.124153℃，全塔平均溫度為tm=（81.755+82.18026+82.124153）/3=82.020℃。查手冊(cè)得水、重水黏度并制成表5和表6，并擬合曲線外推得進(jìn)料溫度下的流體平均黏度：</p><p>　　表4 常壓不同溫度下水的

39、黏度</p><p>　　表5 常壓不同溫度下重水的黏度</p><p>　　圖4 常壓不同溫度下水的黏度</p><p>　　圖5 常壓下80~83℃水的黏度</p><p>　　觀察圖4和圖5，發(fā)現(xiàn)在80~83℃區(qū)域內(nèi)水黏度的變化規(guī)律非常接近線性，而在大范圍內(nèi)對(duì)水黏度變化趨勢(shì)的擬合不如此線性關(guān)系，因此我們?nèi)∮镁€性關(guān)系對(duì)82.020攝氏度時(shí)

40、水的黏度進(jìn)行預(yù)測(cè)。</p><p>　　T=82.020,μh=-0.0043*82.020+0.7004= 0.347714 mPa·s</p><p>　　圖6 常壓不同溫度下重水的黏度</p><p>　　T=82.020 μD=3.966618 μPa·s</p><p>　　根據(jù)《化工原理》（上冊(cè)）P8，流體

41、的黏度一般不隨壓力改變而改變，而受溫度影響：溫度升高，流體的黏度減小。故將0.5atm條件下黏度近似等于常壓下流體黏度。</p><p>　　μL=0.95*0.347714+0.003966618*0.05= 0.33052 mPa·s</p><p>　　由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算全塔效率：</p><p>　　由O’Connell法ET=0.49（αμL）-0.

42、245=0.49*（1.074*0.33052）-0.245=0.63153378</p><p>　　其中αμL=1.074*0.33052=0.35497848∈[0.1,7.5]</p><p><b>　　實(shí)際板數(shù)的計(jì)算</b></p><p>　　NP=NT/ET=95/0.63153378≈151（塊）</p><

43、;p>　　3.1.5進(jìn)料板位置的確定（由逐板計(jì)算法編程得）</p><p>　　精餾段操作線方程為：yn+1=</p><p>　　結(jié)合相平衡方程yn+1</p><p>　　可得提餾段操作線方程為：yn+1=XD-</p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1,Xe=XF=0.95</p><p>　　第一塊板上升的氣

44、相組成為：y1=xD=0.993902</p><p>　　第一塊板下降的液相組成為：</p><p>　　x1=y1/(1.074462585-0.074462585*y1)=0.993451</p><p>　　由此法計(jì)算結(jié)果如圖所示，</p><p>　　得加料板位置在第68塊板，理論板數(shù)NT=107（含塔釜）</p>&

45、lt;p>　　實(shí)際板數(shù)NP=NT/ET=107/0.6352≈169（塊）</p><p>　　加料板位置為：169*68/107≈108（塊）</p><p>　　3.2 基本物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算</p><p>　　3.2.1 溫度的計(jì)算</p><p>　　td=82.18026℃</p><p>　　tw=82

46、.12415℃</p><p>　　tf=81.755℃</p><p>　　t平均=82.0198℃</p><p>　　3.2.2 平均摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　由t-x(y)相圖擬合t-x、t-y曲線關(guān)系式</p><p>　　t-x關(guān)系式：t=0.0305x2-1.8136x+83.455</p>

47、;<p>　　t-y關(guān)系式：t=-0.0972x2-1.6853x+83.455</p><p>　　當(dāng)t平均=82.0198℃時(shí)，xA=0.8022，yA=0.8134.</p><p>　　M平均=M水yA+M重水（1-yA）=18.3732kg/kmol</p><p>　　3.2.4 密度計(jì)算（水為A,重水為B）</p><

48、p>　　ρA=974.4881kg/m3</p><p>　　ρA氣=0.3036kg/m3 </p><p>　　ρB=1079.1861kg/m3</p><p>　　ρB氣=0.3333kg/m3 </p><p>　　ρL=xAρA+(1-xA)ρB=995.2kg/m3</p><p>　　ρG=y

49、AρA氣+(1-yA)ρB氣=0.3132kg/m3</p><p><b>　　3.2.5 黏度</b></p><p>　　μL=0.33052 mPa·s</p><p>　　3.2.6 液相、氣相流率</p><p>　　V=D(R+1)=4202.97kmol/h</p><p&g

50、t;　　L=RD=3963.87kmol/h</p><p>　　G=VM平均=77222kg/h</p><p>　　3.2.7 液體表面張力</p><p>　　σA=62.1923mN/m，σB=63.2970mN/m。</p><p>　　σ平均=σAxA+σB（1-xA）=62.1923mN/m</p><p&g

51、t;<b>　　3.3 填料類型</b></p><p>　　采用Dg50金屬環(huán)矩鞍作散裝填料：A0=550。</p><p><b>　　3.4 塔徑</b></p><p>　　流動(dòng)參數(shù)FP=L/G(ρG/ ρL)^0.5=0.001，查FP-CS圖得對(duì)應(yīng)的氣相負(fù)荷因子CS=0.16m/s。</p>&l

52、t;p>　　截面積AT=G/(3600CS(ρG(ρL-ρG))^0.5=7.5949m2</p><p>　　直徑DT=1.13AT^0.5=3.1141m，圓整直徑D=3200mm。</p><p><b>　　3.5塔高</b></p><p>　　當(dāng)量高度HETP=(σ平均/20)^-0.161.78^=552.26mm</

53、p><p>　　塔高H=NP*HETP=93.88m</p><p><b>　　3.6氣速</b></p><p>　　空塔氣速：uG=G/(3600*ρG*AT)=9.02m/s.</p><p>　　操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比為泛點(diǎn)率；對(duì)散裝材料，其泛點(diǎn)率經(jīng)驗(yàn)</p><p>　　uG/uf=0

54、.5至0.8,此處因空塔氣速過大，為降低壓降，選擇較高的泛點(diǎn)率0.8。</p><p>　　泛點(diǎn)氣速uf=2*uG=18.04m/s。</p><p><b>　　3.7壓降</b></p><p>　　查Eckert泛點(diǎn)氣速通用壓降關(guān)聯(lián)式圖，</p><p>　　Dg50金屬環(huán)矩鞍的壓降填料因子Φ=150，Ψ=ρB/ρ

55、A=1.10744</p><p>　　Y=ufΦΨ*(ρG/ρL)^0.5/g=0.0766684</p><p>　　X=L(ρG/ρL)^0.5/V=0.0167</p><p>　　用內(nèi)插法，得ΔP=483.42Pa/m</p><p>　　全塔填料層壓降P=94.14*483.7=45383Pa</p><p&g

56、t;　　4.預(yù)熱器與再沸器熱量衡算</p><p><b>　　4.1 熱量衡算</b></p><p>　　查圖1可知，對(duì)組成為0.95的進(jìn)料，泡點(diǎn)為 81.755℃，露點(diǎn)為81.94 ℃。</p><p>　　進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量為18.1Kg/ Kmol , 平均比熱容=4.18KJ/(Kg·K)</p><p

57、>　　將料液由20℃加熱至81.755℃所需的熱量為</p><p>　　iL-iF=M均*CP*(t泡-t原)=18.1*4.18*(81.755-20)=4672.2598KJ/Kmol</p><p>　　繼續(xù)加熱，使之完全汽化（達(dá)到81.94℃）</p><p>　　查閱書籍知，水的汽化潛熱=2260.17KJ/Kg，重水的汽化潛熱=2084.15KJ

58、/Kg</p><p>　　iV-IL = [q水潛熱+cP,V*(t露-t泡)*M水*xF]+[q重水潛熱+cP,L*(t露-t泡)*M重水*1(-xF)]</p><p>　　=[2260.17+1.969*(81.94-81.755)]*18*0.95+[2084.15+4.18*(81.94-81.755)]*20*0.05</p><p>　　=4074

59、0.059KJ/Kmol</p><p>　　所以每千摩爾進(jìn)料液所需熱量為Q=((iL-iF)+(iV-IL))=45412.32kJ</p><p>　　4.2 液體噴淋密度</p><p><b>　　最小噴淋密度</b></p><p>　　根據(jù)填料最小潤(rùn)濕率lw計(jì)算最小噴淋密度l,a為填料比表面積</p&g

60、t;<p>　　散裝填料最小潤(rùn)濕率為0.08m³（m·h)</p><p><b>　　l=lw·a</b></p><p>　　Dg50金屬環(huán)矩鞍a=74.9㎡/m³</p><p>　　最小噴淋密度l=5.992m³/㎡·h</p><p>　

61、　4.3 動(dòng)運(yùn)用大竹動(dòng)持液量模型</p><p>　　運(yùn)用大竹動(dòng)持液量模型</p><p>　　H0=1.295（duLρL/μL)0.675(d3gρL2/μL2)-0.44ad</p><p>　　公稱直徑d=50mm，填料比表面積a=74.9㎡/m³</p><p>　　空塔氣速uL=9m/s，g=9.81㎡/s2，ρL=99

62、5.2kg/m3，μL=0.3229 mPa·s</p><p>　　HO=2.53m³（液體）/m³（填料） </p><p>　　5.主要輔助設(shè)備選型</p><p>　　5.1液體分布器-排管式</p><p>　　減壓蒸餾塔中通常采用排管式液體分布器。如圖為排管式液體分布器結(jié)構(gòu)圖。它是由進(jìn)液口1、液位管2

63、、液體分配管3及布液管4組成的封閉式液體分布器。進(jìn)液口一般呈漏斗形，內(nèi)置由金屬絲網(wǎng)制成的過濾器，以防止固體雜質(zhì)進(jìn)入液體分布器。液位管2、液體分配管3可用圓管或形管制成。布液管4用圓管制成，底部打孔已將液體分布到填料上端。對(duì)于整體式大塔，排管式液體分布器制成可拆卸結(jié)構(gòu)，以便通過人口進(jìn)入塔中，在塔內(nèi)組裝。此分布器最大的優(yōu)點(diǎn)是液位管中的液位較高（一般不得低于50mm），故安裝水平度誤差不會(huì)對(duì)小孔流出液體有較大影響，因而可達(dá)到較高的分布質(zhì)量。這

64、種分布器多用于中等以下液體負(fù)荷及污染物進(jìn)入的填料塔中，多用作塔頂回流液體分布器。</p><p>　　5.2填料支承裝置-柵板型支承裝置</p><p>　　填料支承柵板是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、最常用的填料支承裝置，適用于設(shè)計(jì)所需的蒸餾填料塔。通常放置于焊接在塔壁的支承圈上。在柵板條上整齊擺放大尺寸十字隔板環(huán)填料，其尺寸視塔內(nèi)填料型號(hào)而定。若塔內(nèi)填料過小則擺放幾層，尺寸依次減小，以使上面散裝填料不致

65、落下，這樣還可使柵板條距離加大，以節(jié)省材料加工工時(shí)，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的支承裝置。</p><p>　　5.3 液體收集再分布器：</p><p>　?、偈占?遮板式液體收集器（雙流式）</p><p>　?、谠俜植计?組合式液體分布器（遮板式+排管式）</p><p>　　將集液器與常規(guī)液體分布器組合起來即構(gòu)成組合式液體再分布器，因此可以組合而成

66、多種形式的液體再分布器。，可用于規(guī)整填料塔及散裝填料塔中。為了能從人孔順利進(jìn)出，集液板三片制成一體，進(jìn)塔后組裝成整體。對(duì)于直徑大于2.5m或者大液量的塔，可制成雙流式結(jié)構(gòu)。。</p><p>　　5.4 填料壓板——填料壓緊柵板</p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)的填料塔直徑很大，填料的類型和緊壓程度對(duì)蒸餾效率的影響很大。選擇填料壓緊柵板，可使填料分布密實(shí)、均勻、穩(wěn)固，且其最大優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制

67、造方便。塔典型的填料壓緊柵板如圖6-38所示。它是用金屬材料制成，對(duì)于小直徑的塔，可制成整體式， 對(duì)于大直徑的塔，需制成分塊式，從塔的人孔裝入或在塔內(nèi)組裝。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮阻力及氣體通過的能力外，要求孔隙率大于70％，為了防止填料通過柵板，柵條間距定為填料直徑的0.6—0.8倍，或者采用在其底部墊金屬網(wǎng)（一般用鋼板網(wǎng)）的辦法以加大柵條間距。</p><p>　　5.5 床層限制板：散裝填料用床層定位器</p&

68、gt;<p>　　因?yàn)樗O(shè)計(jì)的塔很大，所以綜合考慮填料、網(wǎng)孔、液體分布及安裝的影響，床層限制板最優(yōu)選擇為散裝填料用床層定位器。散裝填料用床層定位器制成柵板狀，典型結(jié)構(gòu)如圖6-41所示。為防止小填料流失，在床層固定器底部加一層金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔大小由所用填料而定。目前多采用金屬鋼板網(wǎng)，即金屬板沖拉面成的網(wǎng)，網(wǎng)孔呈菱形。為使孔隙率加大又不影響液體分布，金屬網(wǎng)點(diǎn)焊在柵條上。對(duì)于筒體用法蘭連接的小塔可制成整體式；而具有人孔的大塔則可制成

69、分塊式，分塊的大小以能從人孔順利進(jìn)出而定。</p><p>　　5.6 頂部回流液體噴淋裝置—大塔盤式分布器</p><p>　　對(duì)于直徑大于3m的大塔，采用Norton公司開發(fā)的盤式分布器，它用一個(gè)（對(duì)于更大的塔可用兩個(gè)）支撐梁將分布器分成兩部分，塔壁支撐圈寬度由塔徑而定，取80mm。 <

70、/p><p>　　5.7 除沫器-旋流板除沫器</p><p>　　旋流塔板由固定的葉片組成的外向板形如風(fēng)車狀。夾帶液滴的氣體通過葉片時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和離心運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下將液滴甩至塔壁，實(shí)現(xiàn)氣液分離，除沫效率高達(dá)99％，是一種非常理想實(shí)用的除沫器。</p><p>　　5.8換熱器——板殼式換熱器</p><p>　　換熱器選擇板殼式。板殼式換熱

71、器主要由板數(shù)和殼體兩部分組成，是介于管殼式和板式換熱器之間的一種換熱器。板束相當(dāng)于管殼式換熱器的管束，每一板束由許多寬度不等的板管組成，每一根板管相當(dāng)于一根管子，由板束元件構(gòu)成的流道稱為板殼式換熱器的板程，相當(dāng)于管殼式換熱器的管程；板束與殼體之間的流通空間則構(gòu)成板殼式換熱器的殼程。板式換熱器兼具管殼式和板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積包含的換熱面積較管殼式換熱器增加70％；傳熱效率高，壓力降??；與板式換熱器相比，由于沒有密封墊片，較

72、好解決了耐溫、抗壓與高效率之間的矛盾；容易清洗。</p><p>　　5.9 冷凝器—臥式殼層冷凝器</p><p>　　通常采用臥式殼層冷凝器。對(duì)于大型塔，塔很高，處理量大，冷凝器一般不安裝在塔頂，而安裝在地面或平臺(tái)上，回流液由泵來輸送，即所謂強(qiáng)制回流。此種方式較為方便。</p><p>　　5.10立式熱虹吸再沸器</p><p>　　如

73、圖所示，立式熱虹吸再沸器是利用塔底單向釜液與換熱器傳管內(nèi)熱氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)，這種再沸器具有傳熱密度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、釜液在加熱段的停留時(shí)間短、不易結(jié)垢、調(diào)節(jié)方便、設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著特點(diǎn)。</p><p><b>　　6.附件設(shè)備選型</b></p><p><b>　　6.1 人孔</b

74、></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)人孔標(biāo)準(zhǔn)，在裙座就地高1000mm處 開設(shè)兩個(gè)人孔，人孔半徑bm=500mm，人孔長(zhǎng)度G=700mm。</p><p>　　6.2 裙座-圓筒形裙座</p><p>　　梯子-斜梯，角度450梯子的最低一級(jí)踏步高出地面300mm</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>

75、</p><p>　　[1]譚天恩、竇梅等，化工原理（上、下冊(cè)），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013</p><p>　　[2]James G.Speight，化學(xué)工程師實(shí)用數(shù)據(jù)手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3]鄧忠，康天源，化學(xué)工程師簡(jiǎn)明手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998</p><p>　　[4]E.J.亨利、

76、J.D.希德，化學(xué)工程中的平衡級(jí)分離操作，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990</p><p>　　[5]劉光啟、馬連湘等，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[6]華南理工大學(xué)化工原理教研組，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，廣州：華南理工大學(xué)出版社出版，1986</p><p>　　[7]王樹楹，現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南，北京：中國(guó)石化出版社，199

77、8</p><p>　　[8]鄭津洋，桑志富主編，過程設(shè)備設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社第四版，2015 </p><p>　　[9]陳英南，劉玉洋主編，常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)，上海：華東理工大學(xué)出版社，2005.4</p><p><b>　　附錄I 符號(hào)說明</b></p><p>　　附錄II 逐板計(jì)算法源代碼：&l

78、t;/p><p>　　#include<stdio.h> </p><p>　　#include<math.h> </p><p><b>　　main() </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　float R,d,c,

79、j,x,y,t,F,md,mw,D,w,a,mf,mt,W,b; </p><p>　　printf("輸入進(jìn)料組成（摩爾分?jǐn)?shù)），處理能力（kg/h）,Xd,Xw(摩爾分?jǐn)?shù)),R(回流比)\n"); </p><p>　　scanf("%f,%f,%f,%f,%f",&c,&F,&d,&w,&R); </

80、p><p>　　mf=c*18+(1-c)*20; md=d*18+(1-d)*20; </p><p>　　mw=w*18+(1-w)*20; mt=F/mf; </p><p>　　D=mt*(c-w)/(d-w); W=mt-D; j=0;</p><p>　　t=0; y=d; </p><p>　　print

81、f("D=%f(kmol/h),W=%f(kmol/h)\n",D,W); </p><p><b>　　do{ </b></p><p>　　x=y/(1.074462585-0.074462585*y); </p><p>　　y=R*x/(R+1)+d/(R+1); </p><p>

82、;<b>　　a=x; </b></p><p><b>　　b=y; </b></p><p><b>　　j++; </b></p><p>　　printf("%.6f,%.6f\n",a,b);}while(x>0.95); </p><p&

83、gt;<b>　　do{ </b></p><p>　　x=y/(1.074462585-0.074462585*y); </p><p>　　y=(R*D+mt)*x/((R+1)*D)-W*w/(D*(R+1)); </p><p>　　a=x; b=y; t++; </p><p>　　printf("