《化工原理》課程設(shè)計---浮閥精餾塔連續(xù)回收乙醇—水混合物中的乙醇

1、<p><b>　　課程設(shè)計題目：</b></p><p>　　浮閥精餾塔連續(xù)回收乙醇—水混合物中的乙醇</p><p>　　課程： 《化工原理》課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計者： 化環(huán)學(xué)院 化學(xué)工程與工藝專業(yè) AP0809122 </p><p>

2、　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　設(shè)計任務(wù)書完成日期： 2011年4月29日 </p><p>　　設(shè) 計 說 明 書</p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………………… 4</p><p>　　1.1 前言 ……………………………………………………………………………… 4</p><p>　　第二章 精餾塔 …………………………………………………………… 4</p><p>　　2.1 精餾塔介紹 …………………………………………………

4、…………………… 4</p><p>　　2.2 浮閥精餾塔的特點 ……………………………………………………………… 5</p><p>　　第三章設(shè)計條件與操作條件選擇………………………………………… 6</p><p>　　3.1 已知設(shè)計條件 …………………………………………………………………… 6</p><p>　　3.

5、2 操作條件的選擇 ………………………………………………………………… 6</p><p>　　第四章 精餾塔的工藝計算………………………………………………… 7</p><p>　　4.1 相關(guān)數(shù)據(jù)與資料 ………………………………………………………………… 7</p><p>　　4.2 進(jìn)料液、塔頂及塔底產(chǎn)品計算 ………………………………………………

6、… 8</p><p>　　4.3 理論塔板數(shù)的計算(NT) ………………………………………………………… 10</p><p>　　4.4 實際塔板數(shù)的計算 ……………………………………………………………… 12</p><p>　　4.5 塔體的熱量衡算 ………………………………………………………………… 13</p><p>

7、;　　第五章 精餾塔尺寸計算……………………………………………………14</p><p>　　5.1 塔徑 ……………………………………………………………………………… 14</p><p>　　5.2 總塔高 …………………………………………………………………………… 17</p><p>　　5.3 塔板主要工藝尺寸 ……………………………………………

8、………………… 17</p><p>　　5.4 浮閥數(shù)目及排列 ………………………………………………………………… 19</p><p>　　第六章 流體力學(xué)驗算………………………………………………………20</p><p>　　6.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降） …………………………………… 21</p><p>　　

9、6.2 漏液驗算 ……………………………………………………………………… 21</p><p>　　6.3 液泛驗算 ……………………………………………………………………… 22</p><p>　　6.4 霧沫夾帶驗算 ……………………………………………………………………… 22</p><p>　　第七章 操作性能負(fù)荷圖…………………………………

10、…………………23</p><p>　　7.1 氣相負(fù)荷下限線 …………………………………………………………………… 23</p><p>　　7.2 過量霧沫夾帶線 …………………………………………………………………… 23</p><p>　　7.3 液相負(fù)荷下限線 …………………………………………………………………… 23</p><p&g

11、t;　　7.4 液相負(fù)荷上限線 …………………………………………………………………… 24</p><p>　　7.5 液泛線 …………………………………………………………………………… 24</p><p>　　第八章 各接管尺寸的確定……………………………………………… 26</p><p>　　8.1 進(jìn)料管 ……………………………………………………

12、……………………… 26</p><p>　　8.2 塔釜殘液出料管 ………………………………………………………………… 26</p><p>　　8.3 回流液管 …………………………………………………………………………… 27</p><p>　　8.4 塔頂上升蒸汽管 ………………………………………………………………… 27</p>&l

13、t;p>　　8.5 水蒸汽進(jìn)口管 ……………………………………………………………………… 27</p><p>　　第九章 精餾塔的主要附屬設(shè)備………………………………………… 28</p><p>　　9.1 冷凝器 ……………………………………………………………………………… 28</p><p>　　9.2 再沸器 …………………………………………

14、…………………………………… 28</p><p>　　9.3 除沫器 ……………………………………………………………………………… 28</p><p>　　9.4 法蘭 ………………………………………………………………………………… 28</p><p>　　9.5 視鏡 ……………………………………………………………………………… 29</p&

15、gt;<p>　　9.6 塔體壁厚 …………………………………………………………………………… 29</p><p>　　第十章 浮閥塔板工藝設(shè)計結(jié)果一覽表………………………………… 29</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 30</p><p>　　感受與心得………………………………………………………

16、………… 30</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 前言</b></p><p>　　乙醇—水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一。廣泛應(yīng)用于化工、食品飲料工業(yè)、軍工、日用化工和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。將無水乙醇與汽油混合(俗稱汽油醇) 可作為內(nèi)燃機(jī)的燃料,隨著世界石油

17、資源的減少,作為生物燃料的無水乙醇可能在今后的動力燃料中占一席之地。某某公司要求把20%（ω）的乙醇—水混合物原材料，提煉成含乙醇≥94％（ω）的產(chǎn)品。</p><p>　　經(jīng)查閱相關(guān)資料得：精餾是分離均相液體混合物的最有效方法之一，而且精餾已是一種很成熟的工業(yè)分離混合物化工單元操作。精餾操作可以同時對液體混合物進(jìn)行多次部分汽化和對混合物的蒸汽進(jìn)行多次部分冷凝，最終可以在氣相中得到純度較高的易揮發(fā)組分，在液相中得

18、到純度較高的難揮發(fā)組分。</p><p>　　最終選用精餾法來提煉該原材料，選用的裝置為浮閥精餾塔，并設(shè)計以下設(shè)計任務(wù)書。</p><p><b>　　第二章 精餾塔</b></p><p><b>　　2.1 精餾塔介紹</b></p><p><b>　　第一節(jié)</b>&l

19、t;/p><p>　　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。精餾操作可以同時對液體混合物進(jìn)行多次部分汽化和對混合物的蒸汽進(jìn)行多次部分冷凝，最終可以在氣相中得到純度較高的易揮發(fā)組分，在液相中得到純度較高的難揮發(fā)組分。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：</p><

20、p>　　1、氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，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。</p><p>　　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時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　　3、流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對

21、于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　4、結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　　5、耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　　6、塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　實際上，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

22、是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)點，設(shè)計時應(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。</p><p><b>　　第二節(jié)</b></p><p>　　氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。</p><p>　　板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不

23、同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。</p><p>　　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、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及

24、泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。</p><p>　　2.2 浮閥精餾塔的特點</p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮

25、閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m，塔高可達(dá)80m，板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。</p><p>　　浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：</p><p>　　1、處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。</p><p>　　2、操作彈性大，一般約為

26、5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。</p><p>　　3、塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　　4、壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400～660N/m2。</p><p><b>　　5、液面梯度小。 </b></p><p>　　6、使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系

27、統(tǒng)也能正常操作。</p><p>　　7、結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％。</p><p>　　8、浮閥對材料的耐磨性要求較高，一般采用不銹鋼制造。</p><p>　　而浮閥塔也有不足之處，其缺點為閥孔易磨損，閥片易脫落。</p><p>　　第三章 設(shè)計條件與操作條件選擇</p>

28、<p>　　3.1 已知設(shè)計條件</p><p>　　1．處理量：乙醇—水混合物2320 kg/h</p><p>　　2．進(jìn)料濃度：20%（質(zhì)量百分比）</p><p>　　3．進(jìn)料狀態(tài)：泡點進(jìn)料</p><p>　　4．產(chǎn)品要求：含乙醇≥94％（ω）的塔頂產(chǎn)品</p><p>　　5．塔底釜液要求：含

29、乙醇≤0.5％（ω）</p><p>　　6．冷凝水溫度：T入≤25℃、T出≤45℃</p><p>　　7．操作壓力：常壓操作</p><p>　　8．加熱蒸汽壓力：4kgf/cm2</p><p>　　9．加熱方式：直接蒸汽加熱</p><p>　　3.2 操作條件的選擇</p><p>&

30、lt;b>　　1、塔板形式的選擇</b></p><p>　　綜合泡罩塔、篩板塔和浮閥塔三種精餾塔特性，在考慮了生產(chǎn)能力、塔板效率、操作彈性和塔板壓強(qiáng)降等性能指標(biāo)后，決定采用浮閥塔。浮閥塔的優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性大，霧沫夾帶量小，塔板效率高，液面梯度小，蒸汽分布均勻，壓降較泡罩塔小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，造價適中。</p><p><b>　　2、精餾方式的選

31、擇</b></p><p>　　本設(shè)計采用連續(xù)精餾方式。連續(xù)精餾中原料連續(xù)加入精餾塔中，與其它精餾方式相比操作穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于涉及濃度范圍內(nèi)乙醇和水的揮發(fā)度相差較大，故不需要采用特殊精餾方式。</p><p><b>　　3、操作壓力的選擇</b></p><p>　　塔頂壓力選擇常壓。用常壓操作可有效的降低設(shè)備造價和操作費

32、用。塔底產(chǎn)品不是熱敏性物質(zhì)，且沸點不高，所以不需采用減壓蒸餾；乙醇—水在常壓下是液態(tài)，因此也不需減壓蒸餾。</p><p>　　4、加料方式和加料熱狀況的選擇</p><p>　　加料方式采用加料泵加入塔內(nèi)。加料熱狀況的選擇在綜合考慮了理論塔板數(shù)、能耗和操作的穩(wěn)定性，以及溫度對泵的操作的影響等問題后，為了節(jié)省操作費用，對此原料可使用直接冷液進(jìn)料。</p><p>&

33、lt;b>　　4、加熱方式</b></p><p>　　本精餾塔要求利于“直接蒸汽加熱方式”來加熱物料，因為該原料僅是乙醇和水，可以采取該加熱方式，考慮到制造成本，所以本設(shè)置采用直接蒸汽加熱方式。</p><p>　　5、再沸器、冷凝器等附屬設(shè)備的安排</p><p>　　本設(shè)計精餾過程采用蒸汽直接加熱，在塔頂設(shè)冷凝冷卻器，將塔頂蒸汽完全冷凝后一部

34、分泡點回流入塔。冷凝器安裝在塔的頂部，通過回流比控制器分流后回流液直接流入塔內(nèi)，餾出產(chǎn)品經(jīng)再次冷卻進(jìn)入產(chǎn)品儲罐。</p><p><b>　　6、 裙座選擇</b></p><p>　　根據(jù)本塔各參數(shù)的預(yù)算結(jié)果，選擇了塔接型的裙座。</p><p>　　第四章 精餾塔的工藝計算</p><p>　　4.1 相關(guān)數(shù)據(jù)與資料

35、</p><p>　　xF:原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分率</p><p>　　xD:餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分率</p><p>　　xW:直接水蒸汽加熱時釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分率</p><p>　　F:原料流量，kmol/h</p><p>　　D：餾出液流量，kmol/h</p><p>

36、;<b>　　S：加熱蒸汽流量：</b></p><p><b>　　W：釜液流量：</b></p><p>　　V：提餾段中各塊板上升的蒸汽量，m3/s</p><p>　　L:精餾段中各塊板下降的液體量，m3/s</p><p><b>　　R：回流比</b></p&

37、gt;<p>　　L´:精餾段中每塊板下降的液體量，m3/s</p><p>　　V´：提餾段中各塊板上升的蒸汽量, m3/s</p><p>　　Cp:摩爾比熱，kg/kmol·k</p><p><b>　　乙醇和水的物性參數(shù)</b></p><p>　　表（1） 乙醇和水

38、的物理性質(zhì)</p><p>　　4.1.2 常壓下乙醇和水的汽液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表（2） 乙醇－水系統(tǒng)t－x－y數(shù)據(jù)</p><p>　　4.2 進(jìn)料液、塔頂及塔底產(chǎn)品計算</p><p>　　4.2.1 進(jìn)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　4.2.2 平均摩爾質(zhì)量</p>

39、<p>　　4.2.3 進(jìn)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的流量（直接蒸汽加熱方式）</p><p><b>　　每小時處理摩爾量：</b></p><p><b>　　(1)</b></p><p><b>　　總物料衡算：</b></p><p><b>　　（2

40、）</b></p><p>　　1.易揮發(fā)組分物料衡算：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　其中xS為蒸汽中揮發(fā)組分的含量，因為易揮發(fā)組分是乙醇，所以xS=0。因為缺少已知條件，所以按照常規(guī)塔（間接加熱方式）的計算方法來估算進(jìn)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的流量（老師要求的）。</p><p&

41、gt;　　2.因為該塔是泡點進(jìn)料，所以q = 1,V´= V (V′為提餾段上升蒸汽量，V為精餾段上升蒸汽量)，所以：。</p><p>　　所以（2）式變?yōu)椋海?）</p><p>　　聯(lián)立（1）（3）（4）三個式子可得：</p><p><b>　　又因為：</b></p><p><b>　　驗

42、證：</b></p><p>　　4.3 理論塔板數(shù)的計算(NT)</p><p>　　4.3.1 最小回流比及操作回流比</p><p>　　由于是泡點進(jìn)料，xq=xf=0.0891,過點e（0.0891.，0.0891），因為是泡點進(jìn)料，所以q值為1,故作垂直線x=0.0891交平衡線于點d，由點d可讀出yq=0.42125，因此：</p>

43、;<p>　　又過點a（0.8598，0.8598）作平衡線的切線，切點記為g,讀取g點的坐標(biāo)為</p><p>　　(xq´=0.7208,yq´=0.7681),因此： </p><p>　　所以Rmin=Rmin(2)=2.0888,可取操作回流比R=1.5Rmin=3.1332。乙醇-水汽液平衡圖如圖1所示。</p><p>

44、;　　圖1 乙醇-水汽液平衡圖</p><p>　　4.3.2 精餾段操作曲線</p><p>　　已知R=3.1332，xD=0.8598.所以精餾段操作線方程為：</p><p>　　該操作曲線過D點（0.8598,0.8598），在乙醇-水汽液平衡圖中作精餾段曲線交q線于f（0.0891,0.2755）點。</p><p>　　4.3.

45、3 提餾段操作曲線</p><p>　　提餾段操作曲線：過點W（0.0019，0）與上述f（0.0891,0.2755）點連線，得到的直線Wf即為提餾段操作曲線，直線Wf的方程即為提餾段操作線方程，方程式如下：</p><p>　　4.3.4 直接蒸汽加熱</p><p>　　因為是直接蒸汽加熱，故最后一個梯階必須跨過X軸上的xb點為止，xb點為提餾段操作線與X軸的

46、交點。xb點的坐標(biāo)計算如下：</p><p><b>　　因為：，所以</b></p><p>　　4.3.5 作直角階梯圖</p><p>　　由乙醇-水汽液平衡線、q線、精餾段操作曲線、提餾段操作曲線和xb值，做出理論塔板數(shù)的階梯圖，如圖2所示：</p><p>　　圖2 理論塔板數(shù)的階梯圖</p>&

47、lt;p>　　圖中 ，由圖解法可以得知：總理論塔板數(shù)為22，第18塊板為進(jìn)料板，精餾段理論塔板數(shù)為17，提餾段理論塔板數(shù)為5。間接蒸汽加熱時理論塔板數(shù)為21，直接蒸汽加熱時總理論塔板數(shù)為22。</p><p>　　4.4 實際塔板數(shù)的計算</p><p>　　已知總塔板效率E0=0.56，總理論塔板數(shù)為22，因為是直接蒸汽加熱，蒸汽直接通入到最底下的一塊塔板上，所以實際塔板數(shù)N實的計

48、算如下，即</p><p>　　取整數(shù)所以N實 = 40（直接蒸汽加熱）。實際進(jìn)料板位置：，取整數(shù)所以N進(jìn)=33。所以實際精餾段理論塔板數(shù)為32，提餾段理論塔板數(shù)為8。</p><p>　　4.5 塔體的熱量衡算</p><p>　　4.5.1 塔頂94%乙醇蒸汽帶走的熱量</p><p>　　塔頂94%乙醇蒸汽的焓（用內(nèi)插法）的Hv:<

49、;/p><p>　　得出Hv=1201.5247 KJ/Kg。</p><p>　　所以94%乙醇蒸汽帶走的熱量為</p><p>　　4.5.2 物料帶塔內(nèi)的熱量</p><p>　　飽和液體進(jìn)料中：HF=414.49KJ/Kg，所以物料帶進(jìn)來的熱量為</p><p>　　4.5.3 塔底產(chǎn)品帶出的熱量</p>

50、;<p>　　塔底產(chǎn)品5%乙醇的焓，同理用內(nèi)插法求得: Hw =402.61KJ/Kg。所以塔底產(chǎn)品帶出的熱量為</p><p>　　4.5.4 塔頂液體回流帶入的熱量</p><p>　　已知 HR= 243.5KJ/Kg ，所以塔頂液體回流時帶入的熱量為</p><p>　　4.5.5 水蒸汽帶進(jìn)塔內(nèi)的熱量</p><p>

51、　　已知P絕=4kgf/cm2，查表得，并用內(nèi)插法求水蒸汽汽化熱r，即</p><p>　　，所以 r =2136.9929。</p><p>　　故水蒸汽帶進(jìn)塔內(nèi)的熱量為：</p><p>　　4.5.6 熱量的損失Q損</p><p><b>　　因為 ，所以：</b></p><p>　

52、　因為缺少已知條件，所以熱量損失暫時計算不了。</p><p>　　4.5.7 冷卻水用量（不考慮熱量損失）</p><p>　　已知冷卻過程中的總熱量：和 HD=HR=243.5KJ/Kg，</p><p>　　且餾出液帶出的熱量：</p><p><b>　　故</b></p><p>　　水

53、在25℃～45℃之間的平均比熱容CP = 4.187 KJ/Kg·k 。</p><p><b>　　所以冷卻水的用量:</b></p><p>　　第五章 精餾塔尺寸計算</p><p><b>　　5.1 塔徑</b></p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為了便

54、于制造，設(shè)計取兩段的塔徑相等。所以該精餾塔的塔徑計算如下：（全塔徑的計算方法按精餾段的塔徑計算方法）</p><p><b>　　塔的平均蒸汽流量：</b></p><p><b>　　塔的平均液相流量：</b></p><p>　　塔的汽相平均密度：（用內(nèi)插法求的）</p><p>　　塔的液相平

55、均密度：（用內(nèi)插法求的）</p><p>　　塔徑可由此公式求解：</p><p>　　由于適宜的空塔氣速 ，因此要先算出最大允許氣速umas.</p><p>　　取塔板間距HT=0.35m,板上液層高度HL=0.05m，那么分離空間：</p><p><b>　　功能參數(shù)：.</b></p><p

56、>　　由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：C20=0.059，由于,故需求出液體表面張力。</p><p>　　TC：液體的臨界溫度，K</p><p>　　Xi：任一組分的摩爾分率</p><p>　　Tic:乙醇的臨界溫度為243K，水的臨界溫度為342.2K</p><p>　?。阂后w的表面張力，dym/m2</p><p&g

57、t;　　液體的臨界溫度：（取xi=0.86）</p><p>　　X1=0.86時，查表得=22 dym/cm，T1=25℃，T2=78.3℃，所以：</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　又所以：</b&g

58、t;</p><p>　　因為適宜的空塔氣速 ，取安全系數(shù)為0.7，即：</p><p><b>　　塔徑為：</b></p><p>　　所以塔徑取值為D= 0.750 m,因為已知初選定精餾段的塔徑等于提餾段塔徑，所以全塔徑為0.750米。</p><p><b>　　塔的橫截面積為：</b>&

59、lt;/p><p><b>　　5.2 總塔高</b></p><p>　　精餾塔的高度可由以下式子計算：</p><p>　　1.已知實際塔板數(shù)為N=40塊，板間距HT=0.35m，由于原料僅是乙醇和水（較清潔原料），所以無需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊塔板設(shè)置一個人孔，則人孔的數(shù)目S為：</p><p>　　2.設(shè)塔底儲蓄液停

60、留時間為5 min，那么儲蓄液高度為：</p><p>　　一般塔底液面至最下層塔板間要有1～2米的距離，為蒸汽空間，故取塔底空間HW=2.5m</p><p>　　3.塔頂空間距離要大于板間距，為了利于氣體夾帶的液滴沉降，取塔頂空間HD=1.2m。</p><p>　　4.進(jìn)料板空間高度HF=0.5m, 取人孔兩板間的間距為：hT=0.6m，那么精餾塔高度為：&l

61、t;/p><p>　　5.取裙坐高度為Hq=1.4m。</p><p>　　6.由以上數(shù)據(jù)并查表，得出封頭的高度應(yīng)取H封=0.2m</p><p>　　故整個精餾塔裝置高度為：（因為裙座已經(jīng)包含了一個底部封頭，所以在計算時，只計算一個封頭。）</p><p>　　5.3 塔板主要工藝尺寸</p><p>　　5.3.1 溢

62、流裝置</p><p>　　本精餾塔采用單溢流、弓形降液管、平型受液盤、及平型溢流堰，不設(shè)進(jìn)流堰。各尺寸計算如下：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　1、取溢流堰長為0.6D，即 。</p><p>　　2、出口堰高Hw： </p><p><b>　　

63、由，</b></p><p><b>　　得收縮系數(shù)E=1。</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　

64、　1、溢流堰長為0.6D，因為精餾塔和提餾段的塔徑相同，所以溢流堰長=0.48m、出口堰高H´W=0.04269m，符合要求。</p><p>　　5.3.2 降液管寬度Wd與降液管面積Af</p><p>　　因為，查手冊得,，故：</p><p><b>　　停留時間：</b></p><p><b&

65、gt;　　符合要求。</b></p><p>　　5.3.3 降液管底隙高度h0</p><p>　　取液體通過降液管底隙時的流速為u0=0.07m/s ，故根據(jù)公式可求出降液管底隙高度H0為：</p><p>　　5.3.4 塔板的布置</p><p>　　取邊緣區(qū)寬度WC=0.03 m,安定區(qū)寬度WS=0.06 m.</

66、p><p>　　5.3.5 開孔區(qū)面積</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　5.4 浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為d0=39.0mm.</p><

67、p>　　5.4.1 浮閥數(shù)目N</p><p>　　氣體通過閥孔時的速度為：，取動能因數(shù)F=12，故：</p><p><b>　　因此：</b></p><p>　　開孔區(qū)的開孔率，即：</p><p>　　一般要求開孔率達(dá)到10%～14%，而=9.1812，較符合要求。</p><p>

68、　　5.4.2 閥孔排列</p><p><b>　　孔間距為：</b></p><p>　　其中，采取正三角形排列，排列如下：</p><p>　　圖3 塔板閥孔的排列</p><p>　　第六章 流體力學(xué)驗算</p><p>　　6.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降（單板壓降）</p>

69、<p>　　6.1.1 干板阻力</p><p>　　浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為uoc,即</p><p><b>　　因為 ，所以：</b></p><p>　　6.1.2 板上充氣液層阻力h1 </p><p>　　取板上充氣程度因數(shù)，那么：</p><p>　　6

70、.1.3 由表面張力引起的阻力</p><p>　　由于表面張力導(dǎo)致的阻力一般都很小，所以在此忽略。</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　6.2 漏液驗算</b></p><p>　　動能因數(shù)F0=5，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷VSmin為：，其中。</p>

71、<p><b>　　所以：</b></p><p>　　可見不會產(chǎn)生過來的漏液現(xiàn)象。</p><p><b>　　6.3 液泛驗算</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度 ,其中，，。</p><p><b>　　所以：</b></p>&l

72、t;p>　　為了防止液泛，一般要求 ，取校正系數(shù)，則</p><p>　　可見：，所以不會發(fā)生液泛。</p><p>　　6.4 霧沫夾帶驗算</p><p>　　泛點率=，查得物性系數(shù)K=1.0，泛點負(fù)荷系數(shù)CF=0.097。已知Vs=V=0.3726m3/s,Ls=L=0.0005507m3/s,</p><p><b>

73、　　所以：</b></p><p>　　可見，霧沫夾帶在允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　第七章 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　7.1 氣相負(fù)荷下限線(又稱漏液線),記為線1</p><p>　　對于F1重閥，取閥孔動能因數(shù)F0 = 5作為控制漏液量的操作下限，氣相負(fù)荷下限線方程可寫成為：</p>

74、<p>　　式中：d0——閥孔孔徑，d0=0.039m；N：浮閥數(shù)；ρv：氣相密度，㎏/m3；VS：氣相體積流量，m3/s。</p><p><b>　　故：</b></p><p>　　7.2 過量霧沫夾帶線(又稱為氣相負(fù)荷上限線)，記為線2</p><p>　　按泛點率=80%計算，故</p><p>&l

75、t;b>　　整理得：</b></p><p>　　VS和LS分別取值獲得一條直線，數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　7.3 液相負(fù)荷下限線，記為線3</p><p>　　液相負(fù)荷下限線方程為：</p><p>　　式中：LS—液相流量，m3/s；lw —溢流堰長，m；E—流量收縮系數(shù)，可取E=1計算。</p>&

76、lt;p>　　所以：LS=0.0004095 m3/s 。</p><p>　　7.4 液相負(fù)荷上限線，記為線4</p><p>　　其液相負(fù)荷上限線方程為：</p><p>　　式中：Af—降液管截面積，m2；HT—板間距，m；LS—液相流量，m3/s。</p><p>　　所以：LS=0.002319 m3/s。</p>

77、<p>　　7.5 液泛線，記為線5</p><p>　　令：，由： ； ； ； 。聯(lián)立得：</p><p>　　忽略hσ，將h0W與Ls；hd與Ls；hc與Vs的關(guān)系式代入上式，并整理得</p><p>　　其中，a，b，c，d為由系統(tǒng)物性和塔板結(jié)構(gòu)尺寸所決定的常數(shù)，分別為：</p><p><b>　??；；<

78、/b></p><p><b>　??； </b></p><p>　　式中：Vs、Ls—分別為氣、液相流量，m3/s；ρV、ρL—分別為氣、液相密度，kg/m3； N—閥孔數(shù)； HT—板間距，m； hW—液流堰高度，m； lW—液流堰長度，m； h0—降液管底隙高度，m；Φ—校正系數(shù)，一般取Φ=0.5；ε0—充氣因數(shù)，一般取ε0=0.5； E—流量收縮因數(shù)，可取

79、E=1。</p><p>　　求得a=0.3636;b=0.1323;c=2469;d=1.6320,故方程如下：</p><p>　　根據(jù)以上求得的氣相負(fù)荷下限線、過量霧沫夾帶線、液相負(fù)荷下限線、液相負(fù)荷上限線及液泛線5線，可以作出性能負(fù)荷圖，圖如下：</p><p><b>　　圖4性能負(fù)荷圖</b></p><p>

80、;　　在操作性能負(fù)荷圖中，氣相負(fù)荷下限線、過量霧沫夾帶線、液相負(fù)荷下限線、液相負(fù)荷上限線及液泛線五條曲線所圍成的區(qū)域（深色區(qū)域），就是該精餾塔工作時的適宜操作區(qū)。在此操作區(qū)域內(nèi)，塔板上流體力學(xué)情況正常。</p><p>　　圖5 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　由操作性能負(fù)荷圖可以得知：</p><p>　　1、該精餾塔所預(yù)設(shè)的氣液負(fù)荷設(shè)計點P（0.000550

81、7，0.3726）正好落在該區(qū)域的適中位置，連接OP直線，即可得出操作線，</p><p>　　該塔板的操作上線完全由液返線控制，下線由氣相負(fù)荷下限線控制。</p><p><b>　　由上圖可以查得：</b></p><p>　　VS,mas=0.51 m3/s ; VS,min=0.01572 m3/s</p><p&g

82、t;　　故操作彈性K為：K = VS,mas/ VS,min=0.51/0.01572=32.4427,所以該精餾塔裝置具有較好的操作彈性。</p><p>　　第八章 各接管尺寸的確定</p><p><b>　　8.1 進(jìn)料管</b></p><p>　　25℃時，用內(nèi)插法查表求得進(jìn)料體積流量：</p><p>　　

83、取適宜的輸送流速uF=1.5m/s，故：</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：。實際管內(nèi)流速為：</p><p>　　8.2 塔釜殘液出料管</p><p>　　塔釜殘液體積流量VW=0.0005507m3/s,取適宜的輸送速度uW=1.5m/s，故：</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB816

84、3-87）,規(guī)格：。實際管內(nèi)流速為：</p><p><b>　　8.3 回流液管</b></p><p>　　回流液體積流量V回=0.000634m3/s取適宜的輸送速度u回=1.5m/s，故：</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：。實際管內(nèi)流速為：</p><p>　　8.4 塔頂

85、上升蒸汽管</p><p>　　回流液體積流量V升= =0.4245m3/s取適宜的輸送速度u升=15m/s (常壓操作條件下管內(nèi)蒸汽流速一般取12～20m/s)，故：</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：。實際管內(nèi)流速為：</p><p>　　8.5 水蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　在絕對壓力為4kgf

86、/cm2時，進(jìn)料體積流量：</p><p>　　取適宜的輸送流速u汽進(jìn)=15m/s，故：</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（GB8163-87）,規(guī)格：。實際管內(nèi)流速為：</p><p>　　第九章 精餾塔的主要附屬設(shè)備</p><p><b>　　9.1 冷凝器</b></p><p>

87、;　　9.1.1 冷凝器的選擇：強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器</p><p>　　冷凝器安裝在塔下適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器與泵之間設(shè)回流罐，這樣可以減少臺架，便于維修、安裝、減少成本。</p><p>　　9.1.2 冷凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量：</p><p>　　記熱流體為78.3℃的94%的乙醇蒸汽，已知要求冷卻水進(jìn)入溫度為25℃，冷卻水流出溫度為

88、45℃，因為Q熱=Q冷 ，且，</p><p>　　已知r熱=600KJ/Kg， qm熱=0.5507Kg/s ，所以：</p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　設(shè)熱流體流出溫度為45℃，，因為</p><p><b>　　所以：。</b></p><

89、p><b>　　即：</b></p><p>　　所以傳熱面積為15.4981m2 。</p><p><b>　　9.2 再沸器</b></p><p>　　因為該精餾塔為直接蒸汽加熱，所以可以不用安裝再沸器。</p><p><b>　　9.3 除沫器</b><

90、/p><p>　　除沫器用于分離塔頂出口氣體中所夾帶的液滴，可降低有價值產(chǎn)品的損失，我選用了應(yīng)用最廣的絲網(wǎng)除沫器。除沫器DK的直徑由氣體量和氣速決定：</p><p><b>　　9.4 法蘭</b></p><p>　　初步選用SO型法蘭，標(biāo)準(zhǔn)號為HG20594。（可根據(jù)特殊情況改用其他法蘭）</p><p><b&

91、gt;　　9.5 視鏡</b></p><p>　　在塔上部與塔下部適中位置各開一個12cm的孔，各安裝一個視鏡。</p><p><b>　　9.6 塔體壁厚</b></p><p>　　本精餾塔的操作壓力雖為常壓，但是為滿足制造時的焊接工藝，所以我選用應(yīng)用較廣的塔體材料：一般碳鋼，壁厚為0.04m。</p><

92、;p>　　第十章 浮閥塔板工藝設(shè)計結(jié)果一覽表</p><p>　　表1 浮閥塔板工藝設(shè)計結(jié)果匯總表</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)與資料</b></p><p>　　[1] 王志魁等主編，化工原料，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2010。</p><p>　　[3] 李國庭等主編，化工設(shè)計概論，北京，化工工業(yè)出版社，

93、2008</p><p>　　[2] 張曉艷，精餾塔分離乙醇-水混合物最佳生產(chǎn)條件的確定，赤峰學(xué)院學(xué)報，2010。</p><p><b>　　感受與心得</b></p><p>　　剛開始接到這個課題時的時候，真的有點茫然，真的不知道該從哪里入手，不過在自己查閱相關(guān)的文獻(xiàn)、書籍和網(wǎng)絡(luò)資料，我就有了一個較明確的思路，知道自己該做什么了。在設(shè)計完

94、成這個裝置后，給我的感覺就是要完完全全地設(shè)計好一個裝置，并不是三天兩夜就完成得了的事情。我是每一個數(shù)據(jù)，每一個量都基本理解，最后感覺就是數(shù)據(jù)太多，參數(shù)太多，不過在完成這個設(shè)計后，有點成就感，畢竟這是我第一個設(shè)計的裝置，希望以后能接觸到各種不同的裝置設(shè)計書。我想學(xué)習(xí)更多的知識，我感覺很有趣。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在此次設(shè)計過程中