乙醇-水精餾塔浮閥塔課程設計

1、<p><b>　　化工原理課程設計</b></p><p>　　乙醇——水混合液精餾塔設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計為分離乙醇-水混合物，采用篩板式精餾塔。精餾塔是提供混合物氣、液兩相接觸條件，實現傳質過程的設備。它是利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過液相

2、和氣相的回流，使混合物不斷分離，以達到理想的分離效果。</p><p>　　選擇精餾方案時因組分的沸點都不高所以選擇常壓，進料為泡點進料，回流是泡點回流。塔頂冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加熱方式是使用再沸器。</p><p>　　精餾過程的計算包括物料衡算，熱量衡算,塔板數的確定等。然后對精餾塔進行設計包括：塔徑、塔高、溢流裝置。最后進行流體力學驗算、繪制塔板負荷性能圖。</p>

3、;<p>　　乙醇精餾是生產乙醇中極為關鍵的環(huán)節(jié)，是重要的化工單元。其工藝路線是否合理、技術裝備性能之優(yōu)劣、生產管理者及操作技術素質之高低，均影響乙醇生產的產量及品質。工業(yè)上用發(fā)酵法和乙烯水化法生產乙醇，單不管用何種方法生產乙醇，精餾都是其必不可少的單元操作。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1、生產能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強降及液面落差較小。5、塔的造價低。浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及

4、有一般聚合現象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p>　　關鍵詞：乙醇水精餾 浮閥塔 連續(xù)精餾 塔板設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言 …………………………………………………………………1</p><p>　　第一章 設計任務書………………………………………………

5、……2</p><p>　　1.1、設計條件……………………………………………………2</p><p>　　1.2、設計任務……………………………………………………2</p><p>　　1.3、設計內容……………………………………………………3</p><p>　　第二章 設計方案確定及流程說明……………………………………5</p&g

6、t;<p>　　第三章 塔板的工藝設計………………………………………………7</p><p>　　3.1、全塔物料衡算 ………………………………………………7</p><p>　　3.2、塔內混合液物性計算 ………………………………………8</p><p>　　3.3、適宜回流比 …………………………………………………15</p><

7、;p>　　3.4、溢流裝置 ……………………………………………………21</p><p>　　3.5、塔板布置與浮閥數目及排列 ………………………………22</p><p>　　3.6、塔板流體力學計算 …………………………………………25</p><p>　　3.7、塔板性能負荷圖 ……………………………………………29</p><p&g

8、t;　　3.8、塔高度確定 …………………………………………………33</p><p>　　第四章 附屬設備設計…………………………………………………35</p><p>　　4.1、冷凝器的選擇 ………………………………………………35</p><p>　　4.2、再沸器的選擇 ………………………………………………36</p><p>　　

9、第五章 輔助設備的設計………………………………………………38</p><p>　　5.1、輔助容器的設計………………………………………………38</p><p>　　5.2、管道設計………………………………………………………39</p><p>　　第六章 控制方案………………………………………………………42</p><p>　　第七章

10、設計心得與體會………………………………………………42</p><p>　　附錄一 主要符號說明…………………………………………………43</p><p>　　附錄二 塔計算結果表…………………………………………………45</p><p>　　附錄三 管路計算結果表………………………………………………47</p><p>　　文 獻 綜 述…

11、…………………………………………………………48</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工業(yè)原料之一，與酸堿并重，它作為再生能源猶為受人們的重視。工業(yè)上常用發(fā)酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相當廣泛的用途，除用作燃料，制造飲料和香精外，也是一種重要的有機化工原料，如用乙醇制造乙

12、酸、乙醚等；乙醇又是一種有機溶劑，用于溶解樹脂，制造涂料。 </p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數分離過程，即同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從

13、塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現整個操作。</p><p>　　浮閥塔與20世紀50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，已成為國內應用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結果簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好

14、，廣泛應用在化工及煉油生產中，現已列入部頒標準（JB168-68）內，F1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強降很低的系統(tǒng)中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點：1、生產能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強降及液面落差較小。5、塔的造價低。浮閥塔不宜處理易結焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p><b>

15、　　一 設計任務書</b></p><p><b>　　1.1 設計條件</b></p><p>　?、盘幚砹浚?06000噸/年</p><p><b>　?、撇僮鳁l件：</b></p><p>　　精餾塔塔頂壓強：1. 03 atm（絕對壓強)</p><p>

16、;<b>　　進料液狀態(tài)：自選</b></p><p><b>　　回流比：自選</b></p><p>　　加熱蒸汽壓力：低壓蒸汽</p><p>　　單板壓降：75mm液柱</p><p>　　乙醇-水平衡數據自查</p><p>　?、且毫辖M成（質量分數）：45%<

17、;/p><p>　?、人敭a品質量組成（質量分數）：93%</p><p>　　⑸塔頂易揮發(fā)組分回收率：99%</p><p>　?、拭磕陮嶋H生產天數：330天</p><p><b>　　1.2 設計任務</b></p><p><b>　?、啪s塔的物料衡算</b></

18、p><p><b>　?、扑鍞档拇_定</b></p><p>　　⑶精餾塔的工藝條件及有關數據的計算</p><p>　?、染s塔的塔體工藝尺寸的計算</p><p>　　⑸塔板主要工藝尺寸的計算</p><p>　?、仕宓牧黧w力學驗算</p><p><b>　

19、?、怂遑摵尚阅軋D</b></p><p>　　⑻精餾塔接管尺寸的計算</p><p><b>　　1.3設計內容</b></p><p><b>　?、?工藝設計</b></p><p>　　①選擇工藝流程和工藝條件</p><p>　　1) 加料方式：貯罐

20、 加料泵 精餾塔。</p><p>　　2) 進料熱狀態(tài)：泡點進料，進料根據能量充分合理利用和節(jié)能原則，可利用塔頂蒸汽的冷凝熱對料液進行預熱至沸點。</p><p>　　3) 塔頂蒸汽冷凝方式：在分凝器中利用塔頂蒸汽的冷凝熱對料液進行預熱，飽和液體進入回流罐，飽和氣體然后在全凝器中進一步冷凝成飽和液體進入回流罐。</p><p>　　4) 再沸器加熱方式

21、：間接加熱。</p><p>　　5) 塔頂產品的出料狀態(tài)：塔頂產品冷卻至常溫后進產品貯槽。塔底采出物流的能量另作它用。</p><p><b>　　⑵精餾工藝計算</b></p><p>　?、?物料衡算確定各物料流量。</p><p><b>　?、诖_定適宜回流比。</b></p>

22、<p><b>　　⑶精餾塔設備設計</b></p><p>　?、偎逶O計和流體力學計算</p><p>　　對精餾段和提餾段分別進行塔板設計和流體力學計算。確定溢流裝置的設計，塔盤布置，塔盤流動性能的校核。</p><p>　?、诶L制塔板汽液負荷性能圖</p><p>　　分別畫出精餾段和提餾段的塔板汽液

23、負荷性能圖。</p><p>　　③精餾塔機械結構和塔體附件</p><p>　　a.接管規(guī)格：根據流量和流體性質，選取經驗流速，確定進料管、塔頂蒸汽管、回流液管、塔釜再沸器進液管和蒸汽管的接管規(guī)格。</p><p>　　b.全塔高度：包括上下封頭、裙座高度。</p><p>　?、雀綄僭O備設計和選用</p><p>

24、　?、偻瓿伤自俜衅鞯脑敿氃O計計算。</p><p><b>　?、诒眠x型。</b></p><p>　?、蹞Q熱器選型：對原料預熱器、塔頂產品冷卻器等進行選型。</p><p>　?、芩斃淠髟O計選型：根據換熱量、回流管內流速、冷凝器高度對塔頂冷凝器設計選型。</p><p>　?、菰虾彤a品儲罐的設計計算。</

25、p><p>　　⑥輸送管路的設計計算。</p><p>　　⑦控制儀表的選擇參數。</p><p><b>　　⑧編寫設計說明書</b></p><p>　　設計說明書是將本設計的詳細介紹和說明。設計說明書應根據設計指導思想闡明設計特點，列出設計主要技術數據，對有關工藝流程和設備選型作出技術上和經濟上的論證和評價。應按設計程

26、序列出計算公式和計算結果，對所選用的物性數據和使用的經驗公式、圖表應注明來歷。</p><p>　　設計說明書應附有帶控制點的工藝流程圖，精餾塔、塔板結構和再沸器工藝條件圖，計算機程序框圖和源程序。</p><p>　　設計說明書具體包括以下內容：封面；目錄；緒論；工藝流程、設備及操作條件；塔工藝和設備設計計算；塔機械結構和塔體附件及附屬設備選型和計算；設計結果概覽；附錄；參考文獻；設計體

27、會等。</p><p><b>　?、蓤D紙</b></p><p><b>　　用2#圖紙繪制</b></p><p>　　帶控制點的工藝流程圖1張；</p><p>　　第二章 設計方案確定及流程說明</p><p>　　塔設備是煉油、化工、石油化工等生產中廣泛應用的氣液傳

28、質設備。根據塔內氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對塔設備的主要要求：（1）生產能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結構簡單、設備取材面廣等。 </p><p>　　本設計的任務為分離乙醇—水二元混合物，采用連續(xù)精餾流程。本設計采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在

29、泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷卻器冷卻后送至儲罐之中?；亓鞅雀鶕洕怂愕玫?，且最適宜回流比與最小回流比的關系范圍為。塔底采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲罐。</p><p><b>　?、?塔板類型選擇</b></p><p>　　浮閥塔的優(yōu)點是結構簡單、制造方便、造價低；塔板開孔率大，生產能力大；由于閥片可以隨氣量的變化自由升降，故操作彈性大；因

30、上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間長，塔板效率高。其缺點是處理易結焦、高粘度的物性時，閥片易于塔板粘結，故操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落和卡死等現象，導致塔板效率下降。但乙醇—水物系屬于不易結焦、低粘度物系，因而不存在上述問題。綜合考慮各類塔板的優(yōu)缺點和待分離物系特點，確定選擇浮閥塔，類型為常用的F1型。</p><p><b>　?、?操作壓力的選擇</b></p><p

31、>　　條件設定塔頂操作壓力為常壓，不需設置真空設備或加壓設備。塔底壓力略高于常壓，但非常壓下物系平衡數據較難獲得，故在計算過程中不考慮壓力變化引起的物系組成變化和溫度變化，這是本設計的一個不足之處。</p><p><b>　?、沁M料熱狀況的選擇</b></p><p>　　本設計采用泡點進料，此時，進料熱狀態(tài)參數q=1，精餾段和提餾段氣體摩爾流量相同，體積流量

32、也相近，塔徑基本相同。</p><p><b>　?、燃訜岱绞降倪x擇</b></p><p>　　本設計采用間接蒸汽加熱，塔底設再沸器，加熱蒸汽溫度120℃。</p><p><b>　?、赡芰康睦脝栴}</b></p><p>　　精餾塔塔底再沸器輸入的能量大部分被塔頂冷卻劑帶走，能量利用率較低，

33、故利用溫度較高的產品（乙醇）或副產品（水）以及冷凝后的加熱蒸汽對原料液進行余熱，也可通過別的方式利用余熱。</p><p>　　圖2—1乙醇-水精餾塔工藝流程簡圖</p><p>　　第三章 塔板的工藝設計</p><p>　　3.1 全塔物料衡算</p><p><b>　　3.1.1 原料液</b></p>

34、;<p>　　質量組成（乙醇，下同）</p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　質量流量 </b></p><p><b>　　平均摩爾質量 </b></p><p><b>　　摩爾流量 </b></

35、p><p>　　3.1.2 塔頂采出液</p><p><b>　　質量組成 </b></p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　質量流量 </b></p><p><b>　　平均摩爾質量 </b>&

36、lt;/p><p><b>　　摩爾流量 </b></p><p>　　3.1.3 塔底采出液</p><p><b>　　質量流量 </b></p><p><b>　　質量組成 </b></p><p><b>　　摩爾流量 </b>

37、;</p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　平均摩爾質量 </b></p><p>　　3.2 塔內混合液物性計算</p><p><b>　　3.2.1 溫度</b></p><p>　　常壓下乙醇—水物系的平衡數據

38、見表2，利用拉格朗日插值法(或安托因方程)求的各點溫度。</p><p>　　表3—1 常壓下乙醇---水系統(tǒng)t-x-y數據</p><p>　　進料溫度（泡點） （℃）</p><p>　　塔頂溫度（露點） (℃)</p><p>　　塔底溫度（泡點） (℃)</p><p>　　精餾段平均溫度 (℃)</p&

39、gt;<p>　　提餾段平均溫度 (℃)</p><p><b>　　3.2.2 密度</b></p><p>　　已知：混合液密度 </p><p>　　混合氣密度 </p><p>　　3.2

40、.3 平均摩爾質量</p><p><b>　　精餾段 (℃)</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>&l

41、t;b>　　提餾段 (℃)</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　3.2.4 液相質量組成</p><p>

42、;<b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.2.5 純物質密度</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的密度見表2</p><p>　　表3—2 不同溫度下乙醇和水的密度</p><p><b>　　精餾段

43、(℃)</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　提餾段 (℃)</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p>

44、<b>　　水 </b></p><p>　　3.2.6 液相密度</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.2.7 氣相密度</p><p><b>　　精餾段 &

45、lt;/b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　3.2.8表面張力</b></p><p>　　二元有機物—水溶液表面張力可用下式計算</p><p>　　公式 </p><p>　　式中，下標w和o分別代表純

46、水和純有機物，上標σ代表表面層，和分別代表水和有機物在表面層內的比體積分數，由下列諸式聯立求出：</p><p><b>　　而體積分數和分別為</b></p><p>　　式中，q為與有機物特征和大小有關的常數，對于乙醇，q=2。不同溫度下乙醇和水的表面張力見表3</p><p>　　表3—3 不同溫度下乙醇和水的表面張力</p>

47、<p><b>　　精餾段 (℃)</b></p><p><b>　　表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　摩爾體積：</b

48、></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p>　　已知X1=0.4316,XW=1-X1=1-0.4316=0.5684 </p><p><b>　　∴</b></p><p>　　

49、聯立解得 提餾段 (℃)</p><p><b>　　表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　摩爾體積：</b></p>&

50、lt;p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p>　　已知X0’=0.0568 ,XW’=1-X0’=1-0.0568=0.9432</p><p><b>　　所以： </b></p><p><b>　　聯立

51、解得 </b></p><p><b>　　3.2.9 粘度</b></p><p><b>　　(℃)查表得：</b></p><p><b>　　(℃)查表得：</b></p><p><b>　　乙醇和水見表4</b></p

52、><p>　　表3—4 液體粘度數據關聯</p><p>　　根據公式提餾段粘度：</p><p>　　根據公式提餾段粘度：</p><p>　　3.2.0 相對揮發(fā)度</p><p><b>　?、倬s段揮發(fā)度：</b></p><p><b>　　由</b&

53、gt;</p><p><b>　?、谔狃s段揮發(fā)度：</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　3.3 適宜回流比</b></p><p>　　3.3.1 最小回流比</p><p>　　根據表1，用AutoCAD軟件作

54、出常壓下乙醇—水物系的x-y圖（圖1），過塔頂采出點D（0.8387，0.8387）作平衡曲線的切線，故最小回流比讀得（圖1）： ，</p><p><b>　　取實際回流比</b></p><p>　　3.3.2 塔內物料氣液相體積流量計算</p><p><b>　　精餾段</b></p><p&g

55、t;<b>　　摩爾流量： </b></p><p><b>　　質量流量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　摩爾流量：</b></

56、p><p><b>　　質量流量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p>　　3.3.3 理論塔板數</p><p>　　關于理論板層數的計算，通常可以采用圖解法和逐板計算法。</p><p>　　精餾段操作線方程為：</p>&l

57、t;p>　　精餾段操作線方程為：y = 0.6951 x - 0.2257</p><p>　　提餾段操作線方程為：</p><p>　　根據點（0.8387，0.8387）起在平衡線和操作線間畫階梯與平衡線交點小于0.0035為止，得理論值NT=19塊，進料板為16塊。</p><p>　　提餾段操作線方程為：y =1.7606 x - 0.0027<

58、/p><p>　　3.3.4 理論塔板數</p><p>　　如圖，理論塔板數：含再沸器理論塔板數為19，進料板是第16塊。精餾段理論塔板數，提餾段理論塔板數（含進料板）</p><p>　　3.3.5 塔板效率</p><p>　　本體系為非理想體系，故根據分別計算精餾段和提餾段塔板效率。</p><p><b&g

59、t;　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　3.3.6 實際塔板數</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　（包括進料板，不含再

60、沸器）</p><p><b>　　總板數 </b></p><p><b>　?。ú缓俜衅鳎?lt;/b></p><p><b>　　全塔效率</b></p><p>　　3.3.7 塔徑的初步計算</p><p>　　塔徑的設計以避免塔內氣液兩相的異常

61、流動為原則，即使他的空塔氣速低于發(fā)生過量液沫夾帶液泛的氣速，然后，根據空塔氣速計算塔徑。</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　氣液流動參數</b></p><p><b>　　塔板間距，，則</b></p><p>　　由史密斯關聯圖，可得&

62、lt;/p><p>　　安全系數取0.7，安全氣速</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　圓整</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　氣液流動參數 </b>&l

63、t;/p><p><b>　　塔板間距，，則 </b></p><p><b>　　由費爾關聯圖，可得</b></p><p>　　安全系數取0.7，安全氣速</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　圓整 <

64、/b></p><p><b>　　塔截面積 </b></p><p>　　空塔氣速 提餾段：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　3.3.8熱量衡算</b></p><p>　　乙醇與水的比熱容見表五：&l

65、t;/p><p>　　表3—5乙醇與水的比熱容</p><p><b>　　加熱蒸汽用量的計算</b></p><p>　　原料液平均摩爾比熱容：</p><p><b>　　原料液的焓：</b></p><p><b>　　原料液帶入的熱量：</b><

66、;/p><p>　　回流液的焓近似取純C2H5OH的焓：</p><p><b>　　回流液帶入的熱量：</b></p><p>　　塔頂蒸汽的熱焓近似地取純乙醇蒸汽的焓：</p><p>　　塔頂蒸汽帶出的熱量：</p><p>　　塔底產品的焓近似地取純水的焓：</p><p&

67、gt;<b>　　3.4 溢流裝置</b></p><p>　　因塔徑D = 2.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用平直堰，凹形受液盤。各項計算如下。</p><p><b>　?。?）堰長：</b></p><p><b>　　（2）溢流堰高度：</b></p><p>　　

68、采用平直堰，堰上液層高度由公式求得。</p><p><b>　　(取E=1)</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p&

69、gt;<b>　　故：</b></p><p>　?。?）弓形降液管寬度Wd 和截面積Af</p><p>　　由，查弓形降液管參數圖，得： 查圖可知，，。</p><p><b>　　則，，</b></p><p>　　驗算液體在降液管內停留時間：</p><p><

70、b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　故降液管設計合理。</b></p><p>　?。?） 降液管底隙高度：</p><p>　　對于精餾段取降液管底隙流速： </p><p>　　對于提餾段

71、取降液管底隙流速：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　故降液管底隙高度設計合理。</p><p>　　3.5 塔板布置與浮閥數目及排列</p><p>　　3.5.1 塔板分布</p><p>　　由于塔徑大于800mm，故采用單溢流型分塊式塔板，以便于人孔拆裝塔板。&l

72、t;/p><p>　　3.5.2 浮閥數目與排列</p><p>　　因D = 2.0m > 1.5m，取破沫區(qū)的寬度，邊緣區(qū)寬度本設計采用F1型重閥，孔徑，取浮閥動能因子 </p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　孔速：</b></p><p&

73、gt;<b>　　每層塔板上浮閥數：</b></p><p>　　塔板上鼓泡區(qū)面積按照下式計算：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取孔中心距：t1=0.075m</p&

74、gt;<p><b>　　則排間距 </b></p><p>　　考慮到塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距應小些，取t2 = 0.075m，以等腰三角形叉排方式作圖，排得浮閥數目為N = 342個。塔板布置如圖3。</p><p>　　按照N = 342，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p>

75、<p><b>　　，在9~13之間</b></p><p><b>　　開孔率：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　孔速：</b></p><p><b>　　每層塔板上浮閥數：<

76、;/b></p><p><b>　　塔板上鼓泡區(qū)面積：</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取孔中心距t1=0.075m</p><p><b>　　則排間距 </b></p><p>　　考慮到塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積

77、，因此排間距應小些，以等腰三角形叉排方式作圖，</p><p>　　排得浮閥數目為N = 300 個。塔板布置如圖4。</p><p>　　按照N = 300，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p><p><b>　　，在9~13之間</b></p><p><b>　　開孔率：</b></p

78、><p>　　3.6 塔板流體力學計算</p><p>　　3.6.1 塔板壓降</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　?、鸥砂鍓航?lt;/b></p><p><b>　　由式確定臨界流速;</b></p><

79、;p><b>　　解得：，，</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　?、茪怏w通過充氣液層的壓降計算公式為，。</p><p>　?、?液體表面張力阻力引起的壓降可以忽略</p><p><b>　　故 </b></p><

80、p><b>　　每層板的壓降 </b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　?。?）干板壓降</b></p><p><b>　　解得：，，則</b></p><p>　?。?）氣體通過充氣液層的壓降計算公式為，。&

81、lt;/p><p>　?。?）液體表面張力阻力引起的壓降可以忽略</p><p><b>　　每層板的壓降：</b></p><p>　　3.6.2 降液管液泛校核</p><p>　　為了防止降液管中液體發(fā)生液泛現象，應控制降液管內清液層高度</p><p><b>　　，</b&g

82、t;</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　塔板阻力 </b></p><p><b>　　流動阻力 </b></p><p><b>　　板上清液層高 </b></p><p>　　，符合防止淹塔

83、要求。</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　塔板阻力 </b></p><p><b>　　流動阻力 </b></p><p><b>　　板上清液層高 </b></p><p><b>

84、;　　，</b></p><p>　　3.6.3 霧沫夾帶</p><p>　　本設計中控制泛點率在0.8以內，來避免過量液沫夾帶。</p><p>　　泛點率通過公式計算：</p><p><b>　　其中液相流程長</b></p><p><b>　　液流面積</b

85、></p><p>　　并取物性系數K=1 </p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　根據氣相密度與塔板間距，由泛點負荷因子關聯圖（圖5），得</p><p><b>　　泛點負荷因子 ，</b></p><p><b>　　泛點率&l

86、t;/b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　泛點負荷因子 </b></p><p><b>　　泛點率 </b></p><p>　　由以上計算，霧沫夾帶能滿足eV<0.1(kg 液/kg 氣)氣的要求。</p>

87、<p><b>　　3.6.4 漏液</b></p><p>　　前面在進行塔板上的浮閥數目計算及排列的時候已經核算過，閥孔動能因子變化不大，仍在正常操作范圍內，不會造成漏液。</p><p>　　3.7 塔板性能負荷圖</p><p>　　3.7.1 霧沫夾帶上限線</p><p>　　按泛點率為80%確定

88、氣液流量關系，求出霧沫夾帶線方程，并作出霧沫夾帶上限線。</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　最后得表：</b></p><p>　　3.7.2 降液管液泛線</p><

89、p>　　根據，降液管液泛線方程為公式</p><p><b>　　且</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.7.3 液相負荷上限線</p><p>　　液體的

90、最大流量應保證降液管中停留時間不低于3--5s，取降液管內停留時間5s為液相負荷上限，則</p><p>　　精餾段 （提餾段同）</p><p>　　3.7.4 液相負荷下限線</p><p>　　取堰上液頭高度為0.006m作為液相負荷下限條件，E=1.0，即</p><p>　　精餾段 （提餾段同）</p><p

91、>　　3.7.5 氣相負荷下限線</p><p>　　對于F1型重閥，以作為規(guī)定氣體最小負荷的標準，則</p><p><b>　　精餾段 ：</b></p><p><b>　　提餾段 ：</b></p><p>　　3.7.6 塔板負荷性能圖</p><p>　　根

92、據7.1—7.5計算結果，作出塔板負荷性能圖。</p><p>　?、旁谌蝿找?guī)定的氣、液符合下的操作點P（設計點）處在適宜操作區(qū)內的適中位置。</p><p>　　⑵塔板的氣相符合上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p>　　在圖中做出精餾段的操作點，如圖

93、，連接操作點與原點，交負荷性能圖于兩點，并由此確定氣相負荷上限，氣相負荷下限，操作彈性。</p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　在圖中做出精餾段的操作點，如圖，連接操作點與原點，交負荷性能圖于兩點，并由此確定氣相負荷上限，氣相負荷下限，操作彈性</p><p><b>　　3.8 塔高度確定</b&g

94、t;</p><p><b>　　3.8.1 裙座</b></p><p>　　為了制作方便一般采用圓筒形裙座，由于裙座內徑大于800mm，故裙坐壁厚取16nm。</p><p><b>　　基礎環(huán)內徑：</b></p><p><b>　　基礎環(huán)外徑：</b></p&g

95、t;<p>　　圓整Dbi=1800mm,Dbo=2300mm，基礎環(huán)厚度。考慮到腐蝕余量取18nm，考慮到再沸器，裙座高度取3m,地腳螺栓直徑取30m。</p><p><b>　　3.8.2 人孔</b></p><p>　　人孔：是一般每隔6-8塊塔板才設一個人孔，本塔中共37塊板，需設置4個人孔。每個孔直徑為450mm，在設置人孔處，板間距為45

96、0mm，裙座上應開設2個人孔，直徑450mm。</p><p>　　3.8.3 頂部空間</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂第一層塔盤到塔頂封頭的直線距離，頂部空間高度，取除沫器到第一塊板的距離為450mm，塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>　　3.8.4 底部空間</p><p>　　塔的底部空間高度是指塔底最末一層

97、塔盤到塔底封頭的直線距離，釜液停留時間取5min，Rv=0.142</p><p><b>　　3.8.5進料板</b></p><p><b>　　進料板板間距取</b></p><p>　　3.8.6 塔體總高</p><p>　　第四章 附屬設備設計</p><p>&

98、lt;b>　　4.1冷凝器的選擇</b></p><p>　　按泡點回流設計，即飽和蒸汽冷凝且回流，冷卻水的進口溫度為25℃，出口溫度為45℃逆流操作。</p><p>　　由《化工原理》（楊祖榮主編）“液體比熱容共線圖”可以查得在不同溫度下乙醇、水的比熱容，得表4—1。</p><p><b>　?、贌嶝摵蒕c</b><

99、;/p><p>　　表 4—1 不同溫度下水和乙醇的汽化熱</p><p>　　塔頂，插值法求得乙醇的汽化熱：</p><p><b>　　水的汽化熱：</b></p><p><b>　　平均汽化熱： </b></p><p><b>　?、诶鋮s水用量</b&g

100、t;</p><p>　　取冷卻水的進口溫度20℃，出口溫度40℃，水的比熱容為4.174KJ/(kg·℃)則 </p><p><b>　?、劭倐鳠嵯禂礙</b></p><p>　　查表，取K=600W/（m2·℃），作為傳熱面積。</p><p>　　出料液面積：78.25℃（飽和氣）→78.

101、25℃（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：20℃→35℃</p><p>　?、芘蔹c回流時的平均溫差Δtm：Δt1=58.25℃，Δt2=43.25℃。</p><p><b>　　⑤換熱面積A</b></p><p>　　圓整后取183m3,查表取得換熱管長4.5m，公稱直徑900mm，公稱壓力1.6MPa，管

102、程數6。則冷凝器型號為：AEL 900 – 1.6 – 185.8– 4.5/25 – 6 Ⅱ。</p><p>　　4.2 再沸器的選擇</p><p><b>　?。?）塔底 ， </b></p><p><b>　　根據插值法得出</b></p><p><b>　?。?）總傳熱系數

103、K</b></p><p>　　查表，取K=600W/（m2·℃）</p><p>　　（3）平均溫差Δtm</p><p><b>　?。?）換熱面積A’</b></p><p><b>　　圓整后468m3。</b></p><p>　　查表取得換熱

104、管長9.0m，公稱直徑1000mm，公稱壓力2.5MPa，管程數6，則冷凝器型號為：AEL 1000 – 2.5 – 487.7-– 9.0/25 – 6 Ⅱ</p><p>　　第五章 輔助設備的設計</p><p>　　5.1 輔助容器的設計</p><p>　　容器填充系數取k=0.7</p><p>　　5.1.1進料罐（常溫貯料）&

105、lt;/p><p>　　在20℃時，水 ，乙醇 ，壓力取1.24Mpa （絕對壓力）。</p><p>　　進料XF=0.2425，平均密度可得：</p><p><b>　　進料質量流量 </b></p><p><b>　　進料罐容積</b></p><p>　　其中 為停留

106、時間，取4天， </p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　圓整取2252m3</b></p><p>　　5.1.2回流罐（40℃）</p><p>　　，取停留時間為 。</p><p><b>　　則：</b><

107、/p><p><b>　　圓整后取22m3。</b></p><p>　　5.1.3餾出產品罐</p><p>　　取產品停留時間為5天，即 =120 h，</p><p>　　則 5.1.4釜液罐</p><p>　　取停留時間為5天，即 =120 h, 。</p><p>

108、;<b>　　則 </b></p><p><b>　　5.2 管道設計</b></p><p>　　表5—1各接管尺寸的確定</p><p>　　5.2.1 進料管線</p><p>　　取料液流速 u=1.6m/s 則 。</p><p>　　當tF=82.57℃根據插

109、值法，得:</p><p>　　取管子規(guī)格Ф68×3。</p><p><b>　　5.2.2回流管</b></p><p>　　采用直接回流管，取原料流速u=1.6m/s，t=78.25℃，則，</p><p><b>　　,</b></p><p>　　取管子規(guī)

110、格Ф25×2.5。</p><p>　　5.2.3 釜液流出管</p><p>　　取釜液流速u=1.6m/s,tw=99.17℃。根據插值法得。則 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　取管子規(guī)格Ф25×2.5。</p><p>　　5.2.4塔頂蒸汽

111、出料管</p><p>　　直管出氣，取出口氣速u=20m/s,Vs1=4.065m3/s。</p><p>　　選管規(guī)格 Ф530×9。</p><p>　　5.2.5塔釜進氣管</p><p>　　采用直管，取蒸汽流速 u=23m/s，則</p><p>　　取管子規(guī)格Ф508×12。</

112、p><p>　　5.2.6筒體和封頭</p><p><b>　?、磐搀w</b></p><p>　　用鋼板卷制而成的筒體，其公稱直徑的值等于內徑。當筒體直徑較小時可直接采用無縫鋼管制作，此時公稱直徑的值等于鋼管外徑。根據所設計的塔徑，先按內壓容器設計厚度，厚度計算見下式：</p><p><b>　　，式中 ：&

113、lt;/b></p><p>　　——計算壓力，，根據設計壓力確定；</p><p><b>　　——塔徑；</b></p><p>　　——焊接接頭系數，對筒體指縱向焊接系數；</p><p>　　——設計溫度下材料的許用應力，，與鋼板的厚度有關。</p><p>　　由上式計算出的計算厚

114、度加上腐蝕裕量得到設計厚度。 </p><p>　　壁厚選6mm,所用材質為A3。</p><p><b>　?、品忸^</b></p><p>　　本設計采用橢圓形的封頭，由公稱直徑DN=2000mm，查得曲面高度h1=500mm，直邊高度h0=40m2。</p><p><b>　　5.2.7除沫器</

115、b></p><p><b>　　設計氣速選?。?lt;/b></p><p><b>　　，。</b></p><p><b>　　除沫器直徑：</b></p><p><b>　　5.3 吊柱</b></p><p>　　本設計

116、中塔高度，因此設吊柱。因設計塔徑D=2000mm，可選用吊柱500kg，S=1000mm,L=3400mm,H=1000mm,材料為A3。</p><p><b>　　第六章 控制方案</b></p><p>　　精餾塔的控制方案要求從質量指標、產品產量和能量消耗三個方面進行綜合考慮。精餾塔最直接的質量指標是產品濃度。由于檢測上的困難，難以直接按產品純度進行控制。最常

117、用的間接質量指標是溫度。</p><p>　　第七章 設計心得與體會</p><p>　　歷時一個星期，終于完成了課程設計。</p><p>　　我感覺到課程設計鍛煉了我們搜索有用信息的能力，各種狀態(tài)下的物性參數都要親自去查出來，翻閱文獻，查找資料，在這一步步的設計準備過程中，自己的能力也在不斷的提高。</p><p>　　最后十分感謝顧明廣

118、老師在課程設計過程中給予我熱情的指導，不厭其煩解答我的各種問題，使我順利完成課設。也感謝和我一起進行設計、計算討論的同學，我們一起探討，一起學習、一起進步。這是一個非常難忘的過程，復雜但充實，再次特別感謝！</p><p>　　附錄一 主要符號說明</p><p><b>　　下標</b></p><p>　　附錄二 塔計算結果表</p

119、><p>　　（1）操作條件及物性參數</p><p>　　操作壓力：塔頂 0.103 MPa（絕壓） 塔底 0.124 MPa（絕壓）</p><p>　　操作溫度：塔頂 78.25 ℃ 塔底 99.17 ℃</p><p>　　(2) 塔板主要工藝尺寸及水力學核算結果</p&g

120、t;<p>　　附錄三 管路計算結果表：</p><p><b>　　文獻綜述</b></p><p>　　[1]馬江全.冷一欣．化工原理課程設計[M].北京：中國石化出版社，2011.</p><p>　　[2]楊祖榮.劉麗英.劉偉.化工原理[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.</p><p>　　[