課程設(shè)計(jì)---甲醇-水的二元組分精餾設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、前言3</b></p><p>　　1.精餾與塔設(shè)備簡(jiǎn)介3</p><p><b>　　2.體系介紹3</b></p><p>　　3.篩板塔的特點(diǎn)4</p><p>&

2、lt;b>　　4.設(shè)計(jì)要求:4</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)說明書5</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)單元操作方案簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.篩板塔設(shè)計(jì)須知5</p><p>　　3.篩板塔的設(shè)計(jì)程序6</p><p><b>　　三、

3、設(shè)計(jì)計(jì)算書6</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定6</p><p>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)6</p><p><b>　　1.2加熱方式6</b></p><p>　　1.3回流比的選擇7</p><p>　　1.4塔頂冷凝水的選擇7</p><

4、;p>　　2.流程簡(jiǎn)介及流程圖7</p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定8</p><p>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算8</p><p>　　3.2操作溫度的計(jì)算10</p><p>　　3.3熱量衡算11</p><p>　　3.4全塔效率的計(jì)算11</p><p&

5、gt;　　3.5實(shí)際板層數(shù)的確定12</p><p>　　4.塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算12</p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定17</p><p>　　5.1溢流裝置17</p><p>　　5.2溢流堰長(zhǎng)17</p><p>　　5.3出口堰高18</p><p>　　

6、5.4降液管的寬度與降液管的面積：18</p><p>　　5.5降液管底隙高度ho：19</p><p>　　5.6塔板布置及篩孔數(shù)目與排列19</p><p>　　6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)20</p><p>　　6.1塔板壓降20</p><p>　　6.2篩板塔液面落差22</p><

7、p>　　6.3液沫夾帶22</p><p><b>　　6.4漏液22</b></p><p><b>　　6.5液泛23</b></p><p>　　7.塔板負(fù)荷性能圖23</p><p>　　7.1霧沫夾帶線23</p><p>　　7.2 液泛線24&

8、lt;/p><p>　　7.3 液相負(fù)荷上限線25</p><p>　　7.4液相負(fù)荷下限線25</p><p>　　7.5漏液線（氣相負(fù)荷下限線）25</p><p>　　7.6操作彈性26</p><p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)27</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換

9、熱器）27</p><p>　　8.2釜式再沸器：31</p><p>　　8.3原料預(yù)熱器32</p><p>　　8.4管路設(shè)計(jì)32</p><p>　　8.5冷凝水泵34</p><p>　　四、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總35</p><p><b>　　1.工藝計(jì)算35<

10、/b></p><p><b>　　2.輔助設(shè)備37</b></p><p>　　五、 設(shè)計(jì)感想37</p><p>　　六、 參考文獻(xiàn)38</p><p><b>　　七、 致謝38</b></p><p><b>　　一．前言</b>&

11、lt;/p><p>　　1.精餾與塔設(shè)備簡(jiǎn)介</p><p>　　蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同（或沸點(diǎn)不同）來實(shí)現(xiàn)分離目的。例如，設(shè)計(jì)所選取的甲醇與水體系，加熱甲醇（沸點(diǎn)64.65℃）和水（沸點(diǎn)100℃）的混合物時(shí)，由于甲醇的沸點(diǎn)比水低，則甲醇的揮發(fā)度比水高，所以甲醇

12、易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過程，即可將甲醇和水分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。</p><p>　　蒸餾按操作可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓

13、（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾多為多組分精餾，本設(shè)計(jì)著重討論常壓下的雙組分精餾，即甲醇-水體系。</p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)目的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級(jí)接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液

14、體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進(jìn)行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>　　塔設(shè)備一般分為階躍接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。　　篩板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與工業(yè)裝置上，但由于對(duì)篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒有被廣泛采

15、用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少，塔板的造價(jià)可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本設(shè)計(jì)討論的就是篩板塔。</p><p><b>　　體系介紹</b></p>

16、;<p>　　本設(shè)計(jì)為甲醇-水的二元組分精餾設(shè)計(jì)，下表為二組分的T-X-Y關(guān)系</p><p><b>　　作圖如下：</b></p><p><b>　　3.篩板塔的特點(diǎn)</b></p><p>　　篩板塔板簡(jiǎn)稱篩板，結(jié)構(gòu)持點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小</p><

17、p>　　孔徑篩板(孔徑為3—8mm)和大孔徑篩板(孔徑為10—25mm)兩類。工業(yè)應(yīng)用小以小孔徑</p><p>　　篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合(如分離粘度大、易結(jié)焦的物系)。</p><p>　　篩板的優(yōu)點(diǎn)足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。</p>&

18、lt;p>　　應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減</p><p>　　小，傳質(zhì)效率下降．故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，</p><p>　　可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。</p><p><b&g

19、t;　　設(shè)計(jì)要求:</b></p><p>　　體系： 甲醇—水體系 </p><p>　　已知： 進(jìn)料量F= 180kmol/h</p><p>　　進(jìn)料濃度ZF= 0.40（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)：q＝ 1 </p><p>　　操作條件： 單板壓降不大于0

20、.7kPa。</p><p>　　塔頂冷凝水采用深井水，溫度t＝12℃；</p><p>　　塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱</p><p>　　分離要求： XD= 0.995 ； </p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)單元操作方案簡(jiǎn)介 </p&g

21、t;<p>　　精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可采用高位槽送料以免受泵操作波動(dòng)的影響。</p><p>　　塔頂冷凝裝

22、置根據(jù)生產(chǎn)情況決定采用分凝器或全凝器。一般塔頂分凝器對(duì)上升蒸汽雖有一定增濃作用，但在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時(shí)往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地確定回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。</p><p>　　蒸餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步

23、分離。故分離苯-甲苯混合物體系應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。</p><p>　　蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻劑中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便準(zhǔn)確控制回流比。</p><p><b>　　2.篩板塔設(shè)計(jì)須知</b></p>&

24、lt;p>　?。?）篩板塔設(shè)計(jì)是在有關(guān)工藝計(jì)算已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對(duì)于氣、液恒摩爾流的塔段，只需任選其中一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可將該設(shè)計(jì)結(jié)果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常選上面第一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)；全塔最下面一段塔段，通常選最下面一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣計(jì)算便于查取氣液相物性數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）若不同塔段的塔板結(jié)構(gòu)差別不大，可考慮采用同一塔徑，若不同塔段塔板的篩孔數(shù)、空心距與篩孔直徑

25、之比t/d0可能有差異。對(duì)篩孔少、塔徑大的塔段，為減少進(jìn)塔壁處液體“短路”，可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當(dāng)不同塔段的塔徑相差較大時(shí)才考慮采用不同塔徑，即異徑塔。</p><p>　　3. 篩板塔的設(shè)計(jì)程序</p><p>　?。?）選定塔板液流形式、板間距 HT、溢流堰長(zhǎng)與塔徑之比lw/D、降液管形式及泛點(diǎn)百分 率。</p><p><b>　?。?）塔徑

26、計(jì)算。</b></p><p>　　（3）塔板版面布置設(shè)計(jì)及降液管設(shè)計(jì)。</p><p>　　（4）塔板操作情況的校核計(jì)算——作負(fù)荷性能圖及確定確定操作點(diǎn)。</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)計(jì)算書</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</b></p>

27、<p><b>　　1.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p>　　泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。冷液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低，但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泡點(diǎn)進(jìn)料，q＝1。</p

28、><p><b>　　1.2加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇-水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，采用3kgf/cm2（溫度130℃）間接水蒸汽加熱。</p><p>　　1.3回流比（R）的選

29、擇</p><p>　　實(shí)際操作的R必須大于Rmin，但并無上限限制。選定操作R時(shí)應(yīng)考慮，隨R選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量L，V，L’，V’增加，勢(shì)必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，既操作費(fèi)用增大。若R值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示?？傎M(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算

30、確定最佳R值，常用的適宜R值范圍為：R＝（1.2～2）Rmin。本設(shè)計(jì)經(jīng)簡(jiǎn)單核算后，選用：R＝1.6Rmin。</p><p>　　1.4 塔頂冷凝水的選擇</p><p>　　采用深井水，溫度t＝12℃</p><p>　　2.流程簡(jiǎn)介及流程圖</p><p>　　含甲醇0.40（摩爾分?jǐn)?shù)）的甲醇-水混合液經(jīng)過預(yù)熱器，預(yù)熱到泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)入精

31、餾塔后分離，塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含甲醇0.995），一部分回流再進(jìn)入塔中，塔底殘留液給再沸器加熱后，進(jìn)入塔中，塔頂效率為0.99.</p><p><b>　　簡(jiǎn)略流程圖如下：</b></p><p>　　3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定</p><p><b>　　3.1理論板數(shù)計(jì)算</b></p&

32、gt;<p><b>　　3.1.1物料衡算</b></p><p>　　已知進(jìn)料量F＝180kmol/h，進(jìn)料組成XF＝0.40，進(jìn)料q＝1</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：XD＝0.995，=0.99</p><p><b>　　衡算方程 ： </b></p><p>　　3.1.2

33、 q線方程</p><p>　　XF＝0.40 q＝1q線方程為：X＝0.40</p><p>　　3.1.3平衡線方程</p><p>　　使用軟件作平衡線和q線如下圖所示：</p><p>　　由q線方程和平衡線方程交點(diǎn)確定Xe=0.4，Ye=0.7317</p><p>　　3.1.4 Rmin和R的確定<

34、;/p><p>　　3.1.5精餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程</b></p><p>　　3.1.6精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p>　　D＝71.64kmol/h R＝1.2701</p><p>　　精餾段： L＝RD＝90.99kmol/h&

35、lt;/p><p>　　V＝（R＋1）D＝162.63kmol/h</p><p>　　提餾段： L’＝L＋qF＝90.99+180=270.99kmol/h</p><p>　　V’＝V－（1－q）F＝V＝162.63kmol/h</p><p>　　3.1.7提餾段操作線方程的確定</p><p><b>

36、　　提餾段操作線方程：</b></p><p>　　3.1.8圖解法計(jì)算</p><p>　　Y1=XD=0.995 開始作圖得</p><p><b>　　可得板共15塊不足</b></p><p>　　其中第11塊板為進(jìn)料板</p><p>　　精餾段共10塊理論板</p&g

37、t;<p>　　提餾段共4.97塊理論板(從上往下數(shù),不包括再沸器)</p><p>　　3.2操作溫度的計(jì)算</p><p>　　由t-x-y圖作圖可得</p><p>　　塔頂 XD=0.995 </p><p><b>　　tD=64.58℃</b></p><p>

38、　　塔底 XW=0.00663 </p><p><b>　　tW=99.10℃</b></p><p>　　進(jìn)料板 XF=0.40 </p><p><b>　　tF=75.36℃</b></p><p><b>　　進(jìn)料板上一板：</b></p>

39、<p>　　X=0.51 t=72.97℃</p><p><b>　　進(jìn)料板下一板：</b></p><p>　　X=0.382 t=75.80℃</p><p><b>　　則塔平均溫度 </b></p><p><b>　　精餾段平均溫度</b>

40、</p><p><b>　　提餾段平均溫度</b></p><p><b>　　3.3熱量衡算</b></p><p>　　塔頂（冷凝器）放熱 </p><p>　　塔底（再沸器）吸熱 </p><p>　　3.4全塔效率的計(jì)算</p><p>

41、　　在實(shí)際塔板上，氣液兩相并未達(dá)到平衡，這種氣液兩相間傳質(zhì)的不完善程度用塔板效率來表示，在設(shè)計(jì)計(jì)算中多采用總板效率求出實(shí)際塔板數(shù)?？偘逍蚀_定得是否合理，對(duì)設(shè)計(jì)的塔在建成后能否滿足生產(chǎn)的要求有重要的意義。而總板效率與物系物性、塔板結(jié)構(gòu)和操作條件密切相關(guān)。由于影響的因素多而復(fù)雜，很難找到各種因素之間的定量關(guān)系，一般可采用下面的方法來確定總板效率。</p><p>　　時(shí)查得純流體物性粘度</p>&l

42、t;p><b>　　用內(nèi)插法: </b></p><p>　　查精餾操作總板效率圖得 ET=0.40</p><p>　　3.5實(shí)際板層數(shù)的確定</p><p>　　N精=10/0.40=25</p><p>　　N提=4.97/0.40=12.425≈13(包括再沸器)</p><p&g

43、t;　　NP＝N精+N提＝25+13=38塊</p><p>　　4 . 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p><b>　　4.1操作壓力pm</b></p><p>　　應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性原則。對(duì)熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對(duì)揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對(duì)

44、于物性無特殊要求的采用常壓操作。由于甲醇-水體系對(duì)溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓。</p><p>　　其中塔頂壓力PD=101.3kPa </p><p>　　單板壓降ΔP=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力PF=101.3+0.713=110.4kPa</p><p>　　塔底壓力P底=10

45、1.3+0.738=127.9kPa</p><p><b>　　精餾段平均操作壓力</b></p><p><b>　　提餾段平均操作壓力</b></p><p>　　平均操作壓力Pm=(101.3kPa+127.9kPa)/2=114.6kPa</p><p><b>　　4.2密度及

46、流量</b></p><p><b>　?、?、精餾段</b></p><p>　　p=105.9kpa</p><p>　　查t-x-y圖得x=0.7449 y=0.8923</p><p><b>　　液相平均分子量：</b></p><p><b>

47、;　　氣相平均分子量：</b></p><p><b>　　液相密度： </b></p><p><b>　　液相流量：</b></p><p>　　氣相密度：（氣相視為理想氣體）</p><p><b>　　氣相流量：</b></p><p&g

48、t;<b>　　Ⅱ、提餾段</b></p><p>　　p=119.15kpa</p><p>　　查圖得 x=0.09990 y=0.4274</p><p><b>　　液相平均分子量：</b></p><p><b>　　氣相平均分子量：</b></p>

49、<p>　　液相密度： </p><p>　　液相流量: </p><p>　　氣相密度: </p><p><b>　　氣相流量： </b></p><p>　　4.3液相表面張力的確定：</p><p><b>　　塔頂液相表面張力&l

50、t;/b></p><p><b>　　進(jìn)料板液相表面張力</b></p><p><b>　　塔底液相表面張力</b></p><p>　　精餾段平均液相表面張力</p><p>　　提餾段平均液相表面張力 </p><p>　　全塔平均液相表面張力 &

51、lt;/p><p>　　4.4 液體平均粘度計(jì)算</p><p><b>　　塔頂粘度</b></p><p><b>　　進(jìn)料板粘度 </b></p><p><b>　　塔底粘度</b></p><p><b>　　精餾段平均液相粘度</

52、b></p><p><b>　　提餾段平均液相粘度</b></p><p><b>　　全塔平均液相粘度</b></p><p><b>　　4.5塔的工藝條件</b></p><p>　　塔板間距HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及

53、塔的安裝、檢修等都有關(guān)?？蓞⒄障卤硭窘?jīng)驗(yàn)關(guān)系選取。</p><p><b>　　板間距與塔徑關(guān)系</b></p><p>　　選板間距，取板上液層高度.</p><p>　　分離空間：- hL=0.45-0.06=0.39m</p><p><b>　?、?、精餾段</b></p>&

54、lt;p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，則</p><p>　　可取安全系數(shù)為0.65（安全系數(shù)0.6—0.8），則</p><p><b>　　圓整得D=1.0m</b></p><p><b>　　塔截面積：</b><

55、/p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　Ⅱ、提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　可取安全系數(shù)為0.65（安全系數(shù)0.6—0.8）

56、，則</p><p>　　圓整得D'=1.0m=D</p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.6塔有效高度</b></p><p><b>　　精餾段

57、有效高度 </b></p><p><b>　　提餾段有效高度 </b></p><p>　　從塔頂開始每隔7塊板開一個(gè)人孔，其直徑為0.6米,開人孔的兩塊板間距取0.7米</p><p><b>　　所以應(yīng)多加高</b></p><p><b>　　總塔的有效高度 </

58、b></p><p><b>　　4.7整體塔高</b></p><p><b>　　(1)塔頂空間HD</b></p><p>　　取HD=1.6 HT=0.45 加一人孔0.6米，共為2.65m</p><p><b>　　(2)塔底空間</b></p>

59、<p>　　塔底儲(chǔ)液高度依停留4min而定</p><p>　　取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間開一直徑為0.6米的人孔</p><p><b>　?。?）整體塔高 </b></p><p>　　5.塔板主要工藝參數(shù)確定</p><p><b>　　5.1溢流裝置</b>&l

60、t;/p><p>　　采用單溢流、弓形降液管，凹形受液盤，不設(shè)進(jìn)口堰。</p><p><b>　　5.2溢流堰長(zhǎng)</b></p><p>　　單溢流去lW=（0.6～0.8）D,取堰長(zhǎng) =0.63D=0.63×1.0=0.63m</p><p><b>　　5.3出口堰高</b></

61、p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　查液流收縮系數(shù)圖得 E=1.03，則</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　查液流收縮系數(shù)圖得 E=1.04，則</p><p><b>　　取 則：</b>

62、</p><p>　　5.4降液管的寬度與降液管的面積：</p><p><b>　　由查得，</b></p><p><b>　　則：， </b></p><p>　　計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，</p><p>　?。ù笥?s，符合要求） （大于5s，符

63、合要求）</p><p><b>　　所以降液管尺寸可用</b></p><p>　　5.5降液管底隙高度ho：</p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速 </p><p><b>　　精餾段：取</b></p><p><b>　　則</b>&l

64、t;/p><p><b>　　提餾段：取</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理選用凹形受液盤，深度</p><p>　　5.6塔板布置及篩孔數(shù)目與排列</p><p>　　5.6.1塔板的分塊</p><

65、p>　　D≥800mm，故塔板采用分塊式，查表塔板分為3塊。</p><p>　　5.6.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p>　　溢流堰前的安定區(qū)寬度：=70~100mm，</p><p>　　進(jìn)口堰后的安定區(qū)寬度：=50~100mm</p><p>　　小塔一般=30~50mm，大塔一般=50~70mm。</p><

66、p><b>　　取</b></p><p>　　5.6.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　5.6.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　物系無腐蝕性，選用δ=3mm碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列

67、，取,則孔中心距t為；</p><p>　　開孔率為（在8~15內(nèi)）</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為；。</b></p><p>　　則每層板上的開孔面積為： </p><p>　　氣體通過篩孔的氣速為： </p><p><b>　　精餾段： </b><

68、;/p><p><b>　　提餾段： </b></p><p><b>　　6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)</b></p><p><b>　　6.1塔板壓降</b></p><p><b>　　干板阻力計(jì)算： </b></p><p>　

69、　由/δ=1.67查圖得=0.772則：</p><p><b>　　精餾段：液柱</b></p><p><b>　　提餾段：液柱</b></p><p><b>　　的計(jì)算：</b></p><p><b>　　精餾段： </b></p>

70、<p><b>　　查右表得出， </b></p><p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　提餾段： </b></p><p><b>　　查表得出</b></p><p><b>　　液柱</b>

71、</p><p>　　液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算：</p><p><b>　　精餾段：液柱</b></p><p><b>　　提餾段：液柱</b></p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高：</p><p>　　精餾段：液柱 </p&

72、gt;<p>　　6.2篩板塔液面落差</p><p>　　由于，所以不用考慮液面落差</p><p><b>　　6.3液沫夾帶</b></p><p><b>　　(kg液/kg氣)</b></p><p><b>　　精餾段：；</b></p>

73、<p><b>　　提餾段：；</b></p><p>　　故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p><b>　　6.4漏液</b></p><p>　　篩板塔漏液點(diǎn)氣速： =</p><p>　　精餾段： </p><p>&

74、lt;b>　　， </b></p><p>　　提餾段： </p><p>　　實(shí)際篩孔氣速： ＞</p><p><b>　　></b></p><p>　　穩(wěn)定系數(shù)： </p><p>　　均大于1.5,所以設(shè)計(jì)無

75、明顯液漏符合要求.</p><p><b>　　6.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)液層高要滿足： </p><p>　　對(duì)于設(shè)計(jì)中的甲醇-水體系：， </p><p><b>　　由于板上不設(shè)進(jìn)口堰</b></p><p><b

76、>　　精餾段： 液柱</b></p><p><b>　　提餾段： 液柱</b></p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)液體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及各項(xiàng)工藝尺寸是適合的，所以不會(huì)發(fā)生淹泛現(xiàn)象。</p><p><b>　　7.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p><

77、b>　　7.1霧沫夾帶線</b></p><p>　　依式(*) 取霧沫夾帶極限值為</p><p>　　式中 </p><p>　　近似取E=1.0, 則 </p><p><b>　　精餾

78、段：帶入(*)</b></p><p><b>　　整理得： </b></p><p><b>　　提餾段：同理帶入后</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　7.2 液泛線</b></p>

79、<p><b>　　Hd=φ()</b></p><p><b>　　由，，，</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中帶入數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　精餾段 提餾段</b

80、></p><p><b>　　所以精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　7.3 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　取液體在降液管中停留時(shí)間為4秒，由下式</p><p>　　液相負(fù)荷上限線為VS—LS圖中與氣相流量無關(guān)的垂線

81、</p><p>　　7.4液相負(fù)荷下限線 </p><p>　　取平堰、堰上液層高度為液相負(fù)荷下限條件，</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　得：</b></p>

82、<p>　　7.5漏液線（氣相負(fù)荷下限線）</p><p><b>　　由=</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　=</b></p><p&

83、gt;<b>　　=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　得=</b></p><p>　　將以上5條線標(biāo)繪于圖（圖）中，即為精餾段負(fù)荷性能圖。</p><p>　　線包圍區(qū)域?yàn)榫s段塔板操作區(qū)，P為操作點(diǎn)，OP為操作線。OP線與線

84、的交點(diǎn)相應(yīng)相負(fù)荷為，OP線與氣相負(fù)荷下限線的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為。</p><p>　　同理可繪提餾段負(fù)荷性能圖。</p><p><b>　　7.6操作彈性</b></p><p>　　精餾段的操作彈性（圖如上）(在3-5之間符合要求)</p><p>　　提餾段操作彈性（圖如上）（在3-5之前符合要求）</p&g

85、t;<p>　　8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　甲醇-水走殼程，冷凝水走管程，采用逆流形式</p><p>　　8.1.1估計(jì)換熱面積</p><p>　　冷凝量 </p><p><b>　　塔頂氣化潛熱 <

86、/b></p><p>　　換熱量 </p><p>　　冷凝水始溫12℃，出口溫度22℃。</p><p>　　冷凝水的平均溫度，塔頂溫度64.58℃</p><p><b>　　水的流量： </b></p><p><b>　　平均溫度差：</b>&

87、lt;/p><p>　　甲醇—水系統(tǒng)冷凝操作的傳熱系數(shù)K值范圍為582~1163</p><p><b>　　選擇</b></p><p><b>　　傳熱面積估計(jì)值：</b></p><p>　　安全系數(shù)取1.2, 則 </p><p>　　管子尺寸取25mm 水流速取ui

88、=1.0m/s</p><p><b>　　單程管數(shù)：</b></p><p><b>　　取137根</b></p><p><b>　　單程管長(zhǎng)：</b></p><p><b>　　取管心距 </b></p><p>　　殼體

89、直徑取400mm.</p><p>　　折流板：弓形折流板。</p><p>　　取折流板間距B=200mm</p><p><b>　　由上面的計(jì)算可知：</b></p><p>　　應(yīng)選取換熱器G-400-1-16-40</p><p>　　8.1.2核算管程，殼程的流速及Re</p&g

90、t;<p><b>　　流通截面積：</b></p><p><b>　　管內(nèi)水的流速</b></p><p>　　8.1.3 管程的壓降</p><p>　　由于鋼管的絕對(duì)粗糙度</p><p>　　又取管程結(jié)垢校正系數(shù) ，故得管程壓降為</p><p>&l

91、t;b>　　因此，壓降滿足要求</b></p><p>　　8.1.4計(jì)算管內(nèi)給熱系數(shù)</p><p>　　8.1.5冷凝給熱系數(shù)以及K值的計(jì)算</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　一般情況下，水平管的給熱系數(shù)大于垂直管的冷凝給熱系數(shù)，所以列管

92、 換熱器選用水平安裝方式。對(duì)于n根水平管束，</p><p><b>　　可用下式計(jì)算 ：</b></p><p>　　又因?yàn)閚>100時(shí)，取該系數(shù)，設(shè)壁溫，則平均膜溫 </p><p>　　此溫度下甲醇的物性數(shù)據(jù)為：</p><p><b>　　垢層熱阻：<

93、;/b></p><p>　　甲醇冷凝時(shí)，垢層熱阻較小，管內(nèi)的垢層熱阻則較大:。</p><p><b>　　K值計(jì)算：</b></p><p><b>　　校核：</b></p><p>　　與假設(shè)值=48.89℃，僅差0.03℃，認(rèn)為計(jì)算合理。</p><p>　　

94、換熱面積及安全系數(shù)計(jì)算：</p><p>　　實(shí)際換熱器的傳熱器的傳熱面積為</p><p><b>　　故安全系數(shù)： </b></p><p>　　此值在1.15~1.25之間，表示選的合理。</p><p>　　管束與殼體溫差的計(jì)算：</p><p>　　根據(jù)對(duì)流傳熱速率可得</p>

95、;<p><b>　　故 </b></p><p><b>　　而管束的平均溫度為</b></p><p>　　則殼體與管束的溫差為</p><p>　　以上各計(jì)算表明，所選型號(hào)的換熱器合用。</p><p><b>　　8.2釜式再沸器：</b></p&g

96、t;<p><b>　　計(jì)算熱負(fù)荷：</b></p><p>　　考慮到5%的熱損失后 </p><p>　　選用0.2MPa飽和水蒸氣加熱，℃</p><p>　　因兩側(cè)均為恒溫相變 ℃</p><p>　　取傳熱系數(shù)K=1000W/（m2.K）</p><p><b>

97、;　　估算傳熱面積</b></p><p>　　取安全系數(shù)1.2，實(shí)際傳熱面積A=152.231.2=182.7m2</p><p><b>　　8.3原料預(yù)熱器</b></p><p>　　原料加熱：采用壓強(qiáng)為270.25kPa的飽和水蒸汽加熱，溫度為130℃，冷凝溫度至130℃流

98、 體形式，采用逆流加熱　　查表t=75.36℃ Cp甲醇=2.9004kJ/(kg?K) Cp水=4.193kJ/(kg?K)摩爾分?jǐn)?shù) xF=0.40則 Cpc=2.9×0.4+4.193×0.6=3.676kJ/(kg?K)設(shè)加熱原料溫度由20℃到75.36℃ </p><p><b

99、>　　顯熱：</b></p><p>　　潛熱：甲醇?xì)饣瘽摕幔?076.4kJ/kg, 水的氣化潛熱：2326.5kJ/kg.</p><p>　　選擇傳熱系數(shù)K=800 w/(m2?K)計(jì)算傳熱面積：</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　取安全系數(shù)為1.2A實(shí)際=37.861

100、.2=45.43m2</p><p><b>　　8.4管路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　8.4.1釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b></p><p>　　t=99.10℃： </p><p>　　取適宜的輸送速度uw=0.70m/s

101、則:</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：?38mm2.5mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.4.2回流液管</b></p><p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>

102、　　t=64.58℃ </p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：?57mm2.5mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.4.3再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p&g

103、t;　　V=162.63×18/0.6/3600=1.35</p><p>　　設(shè)蒸汽流速為16m/s,</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：?350mm15.0mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　8.4.4塔頂蒸汽出口管</p><p

104、>　　設(shè)蒸汽流速為18m/s,</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：Φ219mm15mm</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　8.4.5冷凝水管</b></p><p>　　深井水溫度為12℃，水的物性數(shù)據(jù)：</p>&l

105、t;p>　　ρ=999.4kg/m3, μ=1.234, =4.129kJ/(kgK)</p><p>　　深井水的質(zhì)量流率，取流速為2m/s</p><p><b>　　管徑</b></p><p>　　選取 Φ159×4.5mm熱軋無縫鋼管</p><p><b>　　實(shí)際流速為</

106、b></p><p><b>　　8.5冷凝水泵</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p>　　取ε=0.01，,查圖摩擦系數(shù)λ=0.0318</p><p>　　各管件及閥門阻力系數(shù)如下:</p><p>　　設(shè)管長(zhǎng)為5米,揚(yáng)程取 H0=16

107、m </p><p><b>　　流量</b></p><p>　　選擇IS125-100-200型離心泵,參數(shù)為</p><p>　　流量V=200,揚(yáng)程,H=50m轉(zhuǎn)速</p><p>　　泵效率,?=81% 軸功率Na=33.6kW</p><p><b>　

108、　四、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p><b>　　1.工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　輔助設(shè)備</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)感想</b></p><p>　　這是我的第一次課程設(shè)計(jì)，花了整整兩周時(shí)間，原本認(rèn)為很輕松的課程設(shè)計(jì)做起來并不

109、是想象中的那么容易。</p><p>　　化工原理的設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大考慮的細(xì)節(jié)較多，對(duì)同一個(gè)設(shè)備分成兩部分進(jìn)行考慮，既相互獨(dú)立又須彼此照應(yīng)，始終要考慮計(jì)算是為一個(gè)設(shè)備進(jìn)行。通過這次設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到作為化工專業(yè)的學(xué)生，不僅要學(xué)好《化工原理》《化工設(shè)備》等專業(yè)課，還要對(duì)設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容都要學(xué)好用好，只有這樣才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中要考慮很多問題，尤其是一些不容易引起重視細(xì)節(jié)問題，否則“小毛病出

110、大問題”，這就要我考慮問題要全面詳細(xì)。學(xué)以致用，要多學(xué)各方面的知識(shí)并充分利用，用融合的，相互聯(lián)系的知識(shí)能更好地解決問題。</p><p>　　由于是工程上邊的問題，我們?cè)O(shè)計(jì)的不能像理論上那樣準(zhǔn)確，存在誤差是在所難免的，但只要不超過5%就可以，尤其是計(jì)算過程中數(shù)字的一步步地四舍五入逐漸積累了較大的計(jì)算誤差，但是只要我們?cè)谟?jì)算中保持高的精確度，這種誤差可以大大地減小。計(jì)算過程中，我主要使用excel進(jìn)行計(jì)算，可以從一

111、方面減少在取舍中出現(xiàn)的誤差，精餾段和提餾段有一定的差別，這就要綜合所學(xué)知識(shí)，將二者合二為一，使其統(tǒng)一。</p><p>　　總而言之，課程設(shè)計(jì)是我們深入了解一門課程的好途徑，通過不斷的計(jì)算不斷的查詢書籍，從而積累我們對(duì)于我們所設(shè)計(jì)的類型的認(rèn)識(shí)。但是由于知識(shí)的缺陷，設(shè)計(jì)中仍有很大不足，希望老師可以指出，促進(jìn)我的設(shè)計(jì)質(zhì)量。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

112、t;/p><p>　　[1] 管國鋒.趙汝溥.化工原理(第三版)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008. </p><p>　　[2] 姚玉英,陳常貴, 柴誠敬.化工原理，天津:天津大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[3] 董大勤.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[4] 劉道德，袁慶輝.化工設(shè)備的選擇與設(shè)

113、計(jì)，中南大學(xué)出版社，2002.6</p><p>　　[5] 華南工學(xué)院化工原理教研組.化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì).華南工學(xué)院</p><p>　　[6] 馮元琦，李關(guān)云.甲醇生產(chǎn)操作問答.北京：化學(xué)工業(yè)出版社</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)過程，由于本身知識(shí)有限，設(shè)計(jì)過程中很多同學(xué)的幫助