化工原理課程設(shè)計---苯—甲苯溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　——苯~甲苯混合物常壓精餾塔設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　苯-甲苯精餾塔設(shè)計任務(wù)書i </p><p><b>　　前 言1</b></p>&

2、lt;p>　　一．設(shè)計方案的確定1</p><p>　　1.1設(shè)計流程的說明2</p><p>　　1.2操作方案的說明2</p><p>　　1.3本設(shè)計中符號的說明3</p><p>　　二．精餾塔的物料衡算4</p><p>　　2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率4</p>&

3、lt;p>　　2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量4</p><p>　　三．塔板數(shù)的確定5</p><p>　　3.1理論板數(shù)Nt的求取5</p><p>　　3.2實際板層數(shù)的求取7</p><p>　　四． 精餾塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)的計算8</p><p>　　4.1操作壓力的計算8&l

4、t;/p><p>　　4.1操作溫度的計算8</p><p>　　4.3平均摩爾質(zhì)量的計算8</p><p>　　4.4平均密度的計算8</p><p>　　4.5 平均粘度計算8</p><p>　　4.6液體平均表面張力計算9</p><p>　　五．精餾塔的塔體工藝尺寸計算9<

5、;/p><p>　　5.1 塔徑的計算10</p><p>　　5.2精餾塔有效高度的計算11</p><p>　　六． 塔板主要工藝尺寸的計算11</p><p>　　七. 塔板的流體力學(xué)驗算12</p><p>　　八． 塔板負荷性能圖15</p><p>　　九． 篩板塔設(shè)計計算結(jié)果

6、16</p><p><b>　　十．參考文獻17</b></p><p>　　十一.設(shè)計感言18</p><p>　　板式精餾塔設(shè)計任務(wù) </p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　苯—甲苯溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計。</p><p

7、>　?。ǘ┰O(shè)計任務(wù)及操作條件</p><p>　?。?）進精餾塔的料液含苯35%（質(zhì)量），其余為甲苯。</p><p>　　（2）塔頂產(chǎn)品的苯含量不得低于96%（質(zhì)量）</p><p>　?。?）塔底產(chǎn)品的苯含量不得高于0.01（質(zhì)量）</p><p>　　（4）混合液處理量為5t/h</p><p><

8、b>　?。?）操作條件</b></p><p>　?。ˋ）精餾塔頂壓強4kpa(表壓)</p><p><b>　?。˙）飽和液料進料</b></p><p>　?。–）回流比R/Rmin=1.5</p><p><b>　?。―）間接蒸汽加熱</b></p><

9、;p>　?。‥）單板壓降不大于0.7Kpa。</p><p><b>　?。ㄈ┰O(shè)備形式</b></p><p><b>　　設(shè)備形式為篩板塔。</b></p><p><b>　?。ㄋ模┰O(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計方案的確定及流程說明。</p&g

10、t;<p><b>　　2.塔的工藝計算。</b></p><p>　　3.塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計。</p><p>　?。?）塔高,塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定。</p><p>　?。?）塔板的流體力學(xué)驗算。</p><p>　?。?）塔板的負荷性能圖。</p><p>　　4.

11、設(shè)計結(jié)果概要貨設(shè)計一覽表。</p><p>　　5.塔板結(jié)構(gòu)俯視圖和塔板安裝圖。</p><p>　　6.對本設(shè)計的評述或有關(guān)問題的分析討論。</p><p>　　苯—甲苯分離過程篩板精餾塔設(shè)計</p><p>　?。ɑ瘜W(xué)化工學(xué)院，衡陽，421001黃剛） </p&g

12、t;<p>　　摘要：本設(shè)計對苯—甲苯分離過程篩板精餾塔裝置進行了設(shè)計，主要進行了以下工作：1、對主要生產(chǎn)工藝流程和方案進行了選擇和確定。2、對生產(chǎn)的主要設(shè)備—篩板塔進行了工藝計算設(shè)計,其中包括：①精餾塔的物料衡算；②塔板數(shù)的確定；③精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算；④精餾塔的塔體工藝尺寸計算；⑤精餾塔塔板的主要工藝尺寸的計算。3、繪制了生產(chǎn)工藝流程圖和精餾塔設(shè)計條件圖。4、對設(shè)計過程中的有關(guān)問題進行了討論和評述。本設(shè)

13、計簡明、合理，能滿足初步生產(chǎn)工藝的需要，有一定的實踐指導(dǎo)作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：苯—甲苯；分離過程；精餾塔 </p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　塔設(shè)備的應(yīng)用有著悠久的歷史，在很多工業(yè)部門都有應(yīng)用，尤其用在化工、石油、能源等部門。精餾塔是分離混合主份的常用方法。由于、蒸餾屬于氣液兩相見的傳質(zhì)過程。&l

14、t;/p><p>　　塔設(shè)備主要包括以下兩類：板式塔、填料塔兩大類。對一個具體達到分離過程，設(shè)計中選擇何種塔型，應(yīng)該根據(jù)生產(chǎn)能力、分離效率、塔壓力降、操作彈性等要求，并結(jié)合制造、維修、造價等因素綜合考慮。精餾塔的設(shè)計主要包括以下內(nèi)容:</p><p>　　①根據(jù)分離任務(wù)和有關(guān)要求確定設(shè)計方案;</p><p>　?、诔醪酱_定精餾塔的結(jié)構(gòu)尺寸;</p>&l

15、t;p><b>　?、酆怂懔黧w力學(xué);</b></p><p>　?、艽_定塔的工藝結(jié)構(gòu)。</p><p>　　⑤繪制塔板的負荷性能圖。</p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計方案的確定</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離苯-甲苯溶液混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱

16、至泡點送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p>　　1. 設(shè)計流程的說明：</p><p>　　精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器。釜液冷卻器和產(chǎn)品冷凝器等設(shè)備。熱量自塔釜輸

17、入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分汽化與與部分冷凝器進行精餾分離，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，在確定流程裝置時應(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，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波動的影響</p><p>　　塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)狀況以決定采用全凝器，以便于準確地控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用全分凝器。總而言之確定流

18、程時要較全面，合理的兼顧設(shè)備，操作費用操作控制及安全因素。</p><p>　　連續(xù)精餾操作流程圖 </p><p>　　2. 操作方案的說明：</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離苯—甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，降原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝器在泡點下一部分回流到塔內(nèi)，其余

19、部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比去最小回流比的兩倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品冷卻送到儲罐。</p><p><b>　　設(shè)計操作流程圖</b></p><p>　　3. 本設(shè)計中符號的說明</p><p><b>　　英文字母:</b></p><

20、p>　　A0篩孔面積，㎡ h0降液管底高度，m </p><p>　　Aa塔板開孔面積，㎡ hσ相克服表面張力壓降所當(dāng)高度，m </p><p>　

21、　Af降液管面積， ㎡ k篩板的穩(wěn)定系數(shù) </p><p>　　AT 塔截面積，㎡ L塔內(nèi)下降液體流量，kmol/h</p><p>　　C計算時umax的負荷因數(shù) lW溢流堰高度,m</p><p>　　CO流量系數(shù)

22、 LS下降液體流率，m3/s</p><p>　　D塔徑，m N 理論板數(shù) </p><p>　　d0 篩孔直徑，mm NP實際塔板數(shù)<

23、/p><p>　　E液流收縮系數(shù) NT理論塔板數(shù) </p><p>　　ET 全塔效率 n篩孔數(shù)</p><p>　　ev 霧沫夾帶量，kg液/kg氣 P操作壓強，pa或kpa</p><p

24、>　　F 進料流量, kmol/h △P壓強降， pa或kpa</p><p>　　Fa氣相動能因數(shù) q 進料熱狀態(tài)承參數(shù)</p><p>　　H 板間距，mm R回流比</p><p>　　hc 與干板壓降相當(dāng)液柱高度 ，m S直接蒸

25、汽量，kmol/h</p><p>　　h1 進口堰與降液管的水平距離，m t篩孔中心距，mm</p><p>　　hl 與氣流穿過液層的壓降</p><p>　　相當(dāng)液柱高度m u空塔氣速，m/s</p><p>　　hf 板上鼓泡層高度，m u0 篩

26、孔氣速, m/s </p><p>　　hL 板上液曾高度，m u′0降液管底隙處液體流速,m/s </p><p>　　hd,與液體流經(jīng)降液管壓降相當(dāng)液柱高度，m </p><p>　　DF 進料管直徑, m Dl 回流管直徑, m</

27、p><p>　　DW 釜液出口管直徑, m DT 塔頂蒸汽管直徑, m</p><p><b>　　下標： </b></p><p>　　hp 與單板壓降相當(dāng)液層高度，m A易揮發(fā)組分</p><p><b>　　B難揮發(fā)組分</b></p>

28、;<p>　　how 堰上液層高度，m D餾出液 </p><p>　　hw 溢流堰長度， m L液相</p><p>　　W釜殘液流量，kmol/h h 小時 </p><p>　　WC 無效區(qū)塊度，m

29、 i組分序號 </p><p>　　Wd 弓形降液管高度，m m平均</p><p>　　ws安定區(qū)寬度，m F原料液</p><p>　　X液相中易揮發(fā)組分摩爾分率 min最小</p>&

30、lt;p>　　Y氣相中易揮發(fā)組分摩爾分率 max最大</p><p>　　Z塔的有效高度，m n塔板序號</p><p>　　vs塔內(nèi)上升蒸汽流量，m3/s </p><p>　　希臘字母 ： </p><

31、;p>　　α相對揮發(fā)度，無因次</p><p>　　β干篩孔流量系數(shù)的修正系數(shù) ，無因次 </p><p>　　σ液體表面張力， mN/m </p><p>　　δ篩板厚度，mm </p><p>　　μ粘度， mPa.s </p><p>

32、;　　ψ液體密度校正系數(shù) </p><p><b>　　φ開孔率</b></p><p><b>　　t時間,s</b></p><p>　　ρL液相密度,kg/m3</p><p>　　ρV液相密度,kg/m3</p><p>

33、;　　（二）精餾塔的物料衡算</p><p>　　1．原料及塔頂產(chǎn)品的摩爾分率</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量為：78.11kg/kmol</p><p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量為： 92.13kg/kmol</p><p>　　xf=(0.35/78.11)/(0.35/78.11+0.65/92.13)=0.388</p>

34、<p>　　xd=(0.96/78.11)/(0.96/78.11+0.04/92.13)=0.966</p><p>　　xw=(0.01/78.11)/(0.01/78.11+0.99/92.13)=0.012 </p><p>　　2.原料液及塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　Mf=0.388×78.11+92.13×(

35、1-0.412)=86.69kg/kmol</p><p>　　Md=0.966×78.11+92.13×(1-0.966)=78.59kg/kmol</p><p>　　Mw=0.012×78.11+92.13×(1-0.012)=91.96 kg/kmol</p><p><b>　　則可知：</b>

36、</p><p>　　原料的處理量：F=50000/86.69=57.67kmol/h</p><p>　　由總物料衡算：F= D+W</p><p>　　以及: xf×F= xd ×D+W×xw</p><p>　　容易得出： D=22.73 kmol/h</p><p&g

37、t;　　W=34.94 kmol/h</p><p><b>　　(三)塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　1.理論板數(shù)的求取</b></p><p>　　(1)相對揮發(fā)度的求取</p><p>　　苯的沸點為80.1℃，甲苯額沸點為110.63℃</p><p&g

38、t;　　當(dāng)溫度為80.1℃時</p><p><b>　　解得，</b></p><p>　　當(dāng)溫度為110.63℃時</p><p><b>　　解得，</b></p><p><b>　　則有</b></p><p>　　(2)最小回流比的求取<

39、;/p><p>　　由于是飽和液體進料，有q=1，q線為一垂直線，故，根據(jù)相平衡方程有</p><p><b>　　最小回流比為</b></p><p>　　回流比為最小回流比的1.5倍，即</p><p>　　(3)精餾塔的氣、液相負荷</p><p><b>　　(4)操作線方程<

40、/b></p><p><b>　　精餾段操作線方程 </b></p><p>　　提餾段操作線方程 </p><p>　　兩操作線交點橫坐標為 </p><p>　　理論板計算過程如下：氣液平衡方程</p><p><b>　　變形有</b></p&g

41、t;<p>　　由y求的x,再將x帶入平衡方程，以此類推</p><p>　　總理論板數(shù)為15（包括蒸餾釜），精餾段理論板數(shù)為7，第8塊板為進料板。</p><p>　　2.實際板層數(shù)的求取</p><p><b>　　由t-x-y圖</b></p><p>　　td=82.1 ℃ tw=110.5℃<

42、;/p><p>　　平均溫度 tm=（td+tw）/2=(82.1+110.5)/2=96.3</p><p><b>　　查手冊，知</b></p><p>　　tm下的粘度為 μA=0.27 μB=031</p><p>　　由t-x-y圖得 xa=0.365 xb=0.635 ya=0.581 yb=0

43、.419</p><p>　　μL=0.365×0.27+0.635×0.31=0.296</p><p>　　a=(ya xb)/(yb xa)=(0.581×0.635)/(0.419×0.365)=2.412</p><p>　　Et==0.49（α）=0.49×(2.412×0.296)=0.53&

44、lt;/p><p>　　精餾段實際板層數(shù) N精=6/0.53=11.3=12</p><p>　　N提=7.5/0.53=14.15=15</p><p>　　(四) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p><b>　　⑴ 操作壓力的計算</b></p><p>　　塔頂操作壓力 Pd

45、=101.3+4=105.3（ Kpa）</p><p>　　每層板壓力：Pm=0.7(KPa)</p><p>　　進料板壓力： PW=105.3+12×0.7=189.3(KPa)</p><p>　　精餾段平均壓力：Pm’=(105.3+189.3/2=147.3(KPa)</p><p><b>　　⑵ 操作

46、溫度的計算</b></p><p>　　塔頂溫度 tD=82.1℃</p><p>　　進料板溫度 tF=97.2℃</p><p>　　塔釜溫度 tW=103.2℃</p><p>　　精餾段平均溫度 tm=(82.1+103.2)/2=89.65(℃)</p><

47、;p>　?、?平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由理論板的計算過程可知，, </p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量的計算</p><p>　　由理論板的計算過程可知，，</p><p>　　精餾段的平均摩爾質(zhì)量為</p><p><

48、;b>　　⑷ 平均密度的計算</b></p><p>　　a. 精餾段平均密度的計算</p><p>　?、瘛庀唷　∮衫硐霘怏w狀態(tài)方程得</p><p>　　ρVm=PmMvw/RTm=(147×81.91)/[8.314×(273.15+89.65)]=4.00kg/m3</p><p>　?、颉∫合?/p>

49、　　查不同溫度下的密度，可得tD=82.1.℃時 </p><p>　　ρA＝812.7kg/m3 B=807.9kg/m3</p><p>　　tF=97.2℃時 ρA＝793.0kg/m3 ρB=788.54kg/m3</p><p>　　ρLDm=1/(0.96/812.7+0.04/807.9)=812.5kg/m3</p>&l

50、t;p>　　進料板液相的質(zhì)量分率</p><p>　　αA=(0.388×78.11)/(0.388×78.11+0.612×92.13)=0.35</p><p>　　ρLFm=1/(0.35/793.0+0.65/788.54)=791.6kg/m3</p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p&

51、gt;　　ρLm=(789.9+791)/2=790.45kg/m3</p><p><b>　　⑸ 平均粘度的計算</b></p><p>　　液相平均粘度依下式計算 即</p><p>　　lgμLm=∑xilgμi</p><p>　　a．塔頂液相平均粘度的計算 由tD=82.1℃查手冊得</p>

52、<p>　　μA=0.302mPa.s μB=0.306mPa.s</p><p>　　lgμLDm=0.966lg(0.302)+0.034lg(0.306)</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　μLDm=0.302mPa.s</p><p>　　b．進料板平均粘度的計

53、算由tF=97.2℃查手冊得</p><p>　　μA=0.261mPa.s μB=0.3030mPa.s</p><p>　　lgμLFm=0.388lg(0.2610)+0.612lg(0.3030)</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　μLFm=0.261mPa.s<

54、/p><p><b>　　精餾段平均粘度</b></p><p>　　μLm=(0.302+0.261)/2=0.282mPa.s</p><p>　　⑹ 液相平均表面張力的計算</p><p>　　液相平均表面張力依下式計算 即</p><p><b>　　σLm=∑xiσi</b&

55、gt;</p><p>　　a. 塔頂液相平均表面張力的計算 由tD=82.1℃查手冊得</p><p>　　σA=21.24mN/m σB=21.42mN/m</p><p>　　σLDm=0.966×21.24+0.034×21.42=21.25 mN/m</p><p>　　b. 進料板液相平均表面張力

56、的計算 由tF=97.2℃查手冊得</p><p>　　σA=19.10mN/m σB=19.56N/m</p><p>　　σLFM=0.388×19.10+0.612×19.56=19.43 mN/m</p><p>　　精餾段液相平均表面張力</p><p>　　σLm=(21.25+19.43)/2=20

57、.34 mN/m</p><p>　　(五) 精餾塔的塔體工藝尺寸計算</p><p><b>　　1.塔徑的計算</b></p><p>　　精餾段的氣、液相體積流率為</p><p>　　VS=VMVm/3600ρVm=(77.28×81.085)/(3600×4.00)=0.451m3/s<

58、;/p><p>　　LS=LMLm/3600ρLm=(54.55×82.96)/(3600×790.45)=0.0017m3/s</p><p>　　式中，負荷因子由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C20再求</p><p>　　圖的橫坐標為 Flv=L/V×(ρl/ρv)0.5=0.0533</p><p>　　取板間距，HT=

59、0.40m,板上清液層高度取hL=0.06m，則HT-hL=0.34 m</p><p><b>　　史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p>　　由上面史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知　　C20=0.073</p><p>　　氣體負荷因子　C= C20×(σ/20)0.2=0.0732</p><p>　　Umax=1.03

60、3 m/s</p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為0.7 U=Umax=0.7×1.033=0.723m/s</p><p><b>　　=0.891m</b></p><p>　　按標準塔徑圓整后為D=0.9m</p><p>　　塔截面積為At=3.14×0.9×0.9=0

61、.636 m2</p><p>　　實際空塔氣速為U實際=0.451/0.636=0.709 m/s</p><p>　　U實際/ Umax=1.887/2.43=0.78(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計要求)</p><p>　?、啤∮缮厦婵芍狃s段 L=389.65kmol/h </p><p>　　V=189.61kmol/h<

62、;/p><p>　　2.精餾塔有效高度的計算</p><p>　　精餾段有效高度為 Z精=（N精-1）HT=（12-1）×0.40=4.4 m</p><p>　　提餾段有效高度為 Z提=（N提-1）HT=（15-1）×0.40=5.6 m</p><p>　　在進料板上方開一個人孔，其高度為0.8 m</p&g

63、t;<p>　　故精餾塔有效高度為Z=Z精+Z提+0.5=4.4+5.6+0.8=10.8m</p><p>　　(六)塔板主要工藝尺寸的計算</p><p><b>　　1.溢流堰裝置計算</b></p><p>　　因塔徑　D=0.9m，</p><p>　　所以可選取單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。

64、( 此種溢流方式液體流徑較長，塔板效率較高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，在直徑小于2.2m的塔中被廣泛使用。)各項計算如下：</p><p><b>　　1) 堰長lw</b></p><p>　　可取lw=0.65D=0.59m</p><p>　　2) 溢流堰高度hw</p><p>　　由hw=hL－h(huán)ow</p

65、><p>　　選用平直堰，( 溢流堰板的形狀有平直形與齒形兩種，設(shè)計中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上層液高度how由下列公式計算，即有 </p><p>　　how=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)</p><p>　　并由圖液流收縮系數(shù)計算圖⑷，則可取用E= 1.0 ，則</p><p>　　how=0.0

66、14m</p><p>　　取板上清液層高度hL=0.06 m</p><p>　　故 hw=0.046m</p><p>　　3) 弓形降液管的寬度Wd和截面積Af</p><p>　　由Wd/D=0.65 m 查圖可求得</p><p>　　Af/AT=0.071 1 Wd/D=0.122</p

67、><p>　　Af=0.057×0.636=0.0452m2</p><p>　　Wd=0.122×0.9=0.110 m</p><p>　　并依據(jù)下式驗算液體在降液管中的停留時間，即</p><p>　　θ=3600 Af×HT/Lh= 3600 ×0.0452×0.40/ (3600

68、5;0.0017)=10.64s＞5s </p><p>　　其中HT即為板間距0.40m，Lh即為每小時的體積流量</p><p>　　驗證結(jié)果為降液管設(shè)計符合要求。</p><p>　　4）降液管底隙高度ho</p><p>　　ho= Lh/（3600×lw×uo'）</p><p>

69、;　　取uo'=0.09m/s</p><p>　　則ho=0.0017×3600/(3600×0.65×0.09) </p><p><b>　　=0.029 m </b></p><p>　　Hw-ho=0.046-0.029=0.017m＞0.006 m</p><p>　　故

70、降液管底隙高度設(shè)計合理</p><p>　　選用凹形受液盤，深度h’w=50mm。</p><p><b>　　2.塔板布置</b></p><p><b>　　1) 塔板的分塊</b></p><p>　　因為D≥ 800mm，所以選擇采用分塊式，查表可得，塔板可分為3塊。</p>

71、<p>　　2) 邊緣區(qū)寬度確定</p><p>　　取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm</p><p><b>　　c．開孔區(qū)面積計算</b></p><p>　　開孔區(qū)面積Aa按下面式子計算，則有</p><p>　　Aa=2【x（r2－x2）0.5+∏ r2/180×sin-1（x

72、/r）】</p><p>　　其中 x=D/2－(Wd＋Ws)</p><p><b>　　r= D/2－Wc</b></p><p>　　并由Wd/D=0.122， 推出Wd=0.110</p><p>　　由上面推出 Aa=0.420m2</p><p>　　d 篩孔計算與

73、排列</p><p>　　本實驗研究的物系基本上沒有腐蝕性，可選用δ= 3mm碳鋼板，取篩孔直徑do=5mm⑷</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為</p><p>　　t=3do=15mm</p><p><b>　　篩孔的數(shù)目n為</b></p><p>　　n=1.155A

74、o/t2=2156個</p><p>　　開孔率為φ=0.907（do/t）2=10.1%</p><p>　　氣體通過閥孔的氣速為</p><p>　　uo=Vs/Ao=0.451/（Aa×φ）=10.63m/s</p><p>　?。ㄆ撸┧媪黧w力學(xué)驗算</p><p><b>　　1) 塔板的

75、壓降</b></p><p>　　a 干板的阻力hc計算</p><p>　　干板的阻力hc計算由公式</p><p>　　hc=0.051(uo/co)2×（ρv/ρl）</p><p>　　并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查史密斯關(guān)聯(lián)圖得，co=0.772</p><p>　　所以hc=

76、0.051(10.63/0.772) 2×(4/801.2)=0.0483m液柱</p><p>　　b 氣體通過液層的阻力hl的計算</p><p>　　氣體通過液層的阻力hl由公式</p><p><b>　　hl=βhL</b></p><p>　　ua=Vs/（AT－Af）=0.451(0.636-0.

77、0452)=0.763m/s</p><p>　　Fo=0.763 (4.00)1/2=1.53kg1/2/(s m1/2)</p><p>　　可查⑸得，得β=0.59</p><p>　　所以hl=βhL=0.59×(0.046+0.014)=0.0354 m液柱</p><p>　　c 液體表面張力的阻力hσ計算</p&

78、gt;<p>　　液體表面張力的阻力hσ由公式hσ=4σL/（ρl×g×do）計算,則有</p><p>　　hσ=(4×20.34×10-3)/(801.2×9.81×0.005)=0.0021 m液柱</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度hP，可按下面公式計算</p><p>　

79、　hP=hc+hl+hσ=0.0483+0.0354+0.0021=0.0858m液柱</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p>　　Pp= hP×ρl×g =0.0858×801.2×9.81=674KPa＜0.9KPa（設(shè)計允許值）</p><p><b>　　2) 液面落差</b>

80、;</p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，由于塔徑和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影響。</p><p><b>　　3) 液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶量，采用公式</p><p>　　ev=5.7×106/σL×【 ua/(HT－h(huán)f)】3.2</p>&

81、lt;p>　　由hf=2.5hL=2.5×0.06=0.15m 所以：</p><p>　　ev=(5.7×10-6/20.34×10-3) 【0.763/(0.4-0.15)】</p><p>　　=0.010kg液/kg氣＜0.1kg液/kg氣</p><p>　　可知液沫夾帶量在設(shè)計范圍之內(nèi)。</p>

82、<p><b>　　4) 漏液</b></p><p>　　對于篩板塔，漏液點氣速uo,min可由公式</p><p>　　Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 hL-hσ)/ρL /ρV】1/2=5.110m/s</p><p>　　實際孔速為Ｕo10.63m/s＞Uo,min</p><p>

83、;　　穩(wěn)定系數(shù)為 Ｋ=Uo/Uo,min=10.63/5.110=2.08＞1.5</p><p>　　故在本設(shè)計中無明顯漏液。</p><p><b>　　5) 液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液高度Hd應(yīng)服從式子</p><p>　　Hd≤ψ(HT＋hw)</p>&l

84、t;p>　　甲醇與水屬于一般物系，取ψ= 0.5，則</p><p>　　ψ(HT＋hw)=0.5（0.40+0.046）=0.223m</p><p>　　而Hd=hp+hL+hd</p><p>　　板上不設(shè)進口堰，則有</p><p>　　hd=0.153(uo’)2=0.153×(0.099)2=0.00151m液柱&

85、lt;/p><p>　　Hd=hp+hL+hd=0.0858+0.06+0.00151=0.147m液柱</p><p>　　則有： Hd≤ψ(HT＋hw)</p><p>　　于是可知本設(shè)計不會發(fā)生液泛</p><p>　?。ò耍┧遑摵尚阅軋D</p><p><b>　　精餾段</b></

86、p><p><b>　　a　漏液線</b></p><p>　　Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 hL-hσ)/ρL /ρV】1/2</p><p>　　Uo,min=Vs, min/Ao</p><p>　　hL= h w +hOW</p><p>　　hOW =2.84/1000

87、×E×(Lh/lw)(2/3)</p><p>　　Vs, min =4.4Co Ao{【0.0056+0.13( hW+2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3))- hσ】ρL /ρV }1/2 =2.039(0.00948+0.127Ls2/3) 1/2 </p><p>　　在操作

88、范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值計算結(jié)果列于下表</p><p><b>　　b 液沫夾帶線</b></p><p>　　ev =0.1kg液/kg氣為限，求Vs—Ls關(guān)系如下：</p><p>　　ev=5.7×10-6/σL×【 ua/(HT－h(huán)f)】3.2</p><p>　　ua=

89、Vs/(AT-Af)=1.693 Vs</p><p>　　hf=2.5hL=2.5(hw+ how)</p><p><b>　　hw=0.046</b></p><p>　　how=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3)</p><p>　　hf=2.5(0.046+ 0.98 Ls2/

90、3)=0.115+2.5 Ls2/3</p><p>　　HT－h(huán)f=0.40-0.115-2.5Ls2/3=0.285-2.5 Ls2/3 </p><p>　　ev=5.7×10-6/20.34×10-3【 1.693Vs/(0.285-2.5 Ls2/3)】3.2 =0.1</p><p>　　整理得 Vs=1.06-9.27 Ls2

91、/3</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值計算結(jié)果列于下表</p><p>　　c 液相負荷下限線</p><p>　　對于平流堰，取堰上液層高度how=0.005m作為最小液體負荷標準，由式</p><p>　　how=2.84/1000×E×(Lh/lw)(2/3) =0.006<

92、;/p><p>　　Ls,min=0.00056m/s</p><p>　　據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線3</p><p>　　d 液相負荷上限線</p><p>　　以θ=5s作為液體在降液管中停留時間的下限，由下式</p><p>　　θ=（Af×HT）/Ls=5</p>&l

93、t;p>　　故Ls,max=（Af×HT）/5=（0.0452×0.40）/5=0.00362 m3/s</p><p>　　據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限</p><p><b>　　e 液泛線</b></p><p>　　令Hd=ψ(HT＋hw)</p><p>　　Hd=h

94、p+hL+hd</p><p>　　hP=hc+hl+hσ</p><p><b>　　hl=βhL</b></p><p>　　hL= h w +hOW</p><p>　　聯(lián)立得 ψHT＋(ψ-β-1)hw=(β+1) hOW+ hc + hd + hσ</p><p>　　忽略hσ，將h

95、OW與Ls、hd和Ls、hc與Vs的關(guān)系代入上式，得</p><p>　　a’ V2s=b’-c’ Ls2-d’ Ls2/3 式中</p><p>　　a’=[0.051/(Aoco)2]×（ρv/ρl）</p><p>　　b’=ψHT＋(ψ-β-1)hw</p><p>　　c’=0.153/(lwhO)2</p>

96、<p>　　d’=2.84×10-3×E×( 1+β)(3600/lw)(2/3)</p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入,得</b></p><p>　　a’=[0.051/(0.101×0.42×0.772)2]×（4.00/801.2）=0.237</p><p&g

97、t;　　b’=0.5×0.4＋(0.5-0.59-1)×0.046=0.150</p><p>　　c’=0.153/(0.59×0.029)2=522.63</p><p>　　d’=2.84×10-3×1×( 1+0.59)(3600/0.59)(2/3)=1.552 故</p><p>　　V2s=

98、0.63-2205.19 Ls2-6.55 L2/3s</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs的值，計算結(jié)果如下表</p><p>　　在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖二可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏控制。由圖查得</p><p>　　Vs,max= 0.704m3/s

99、 Vs,min=0.207 m3/s</p><p>　　故操作彈性為 Vs,max/ Vs,min=0.704/0.207=3.400</p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　(） （）</b></p><p>　　（九）、篩板塔設(shè)計計算結(jié)果</p>

100、<p><b>　?。ㄊ?參考文獻</b></p><p>　　[ 1 ]、汪愷主編，《機械設(shè)計標準應(yīng)用手冊》，第1版， 機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[ 2 ]、夏清、陳常貴主編，《化工原理》（修訂版），天津大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[ 3 ]、《化工原理課程設(shè)計》，化工原理教研室</p&

101、gt;<p>　　[ 4 ]、姚玉英主編，《化工原理》（上冊），新版.天津：天津大學(xué)出版社，1999.8</p><p>　　[ 5 ]、《化工設(shè)計設(shè)計基礎(chǔ)》，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　[ 6 ]、《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》，編寫組編，1987年6月版</p><p>　　[ 7 ]、《塔設(shè)備》，工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會，上海科學(xué)技術(shù)出版社化，

102、1988年4月版</p><p>　　[ 8 ]、《材料與零部件》（上），上海人民出版社</p><p><b>　?。ㄊ唬?設(shè)計感言</b></p><p>　　本次課程設(shè)計通過給定的生產(chǎn)操作工藝條件自行設(shè)計一套苯－甲苯物系的分離的塔板式連續(xù)精餾塔設(shè)備。通過兩周的努力，反復(fù)計算和優(yōu)化，小組成員終于設(shè)計出一套較為完善的塔板式連續(xù)精餾塔設(shè)備。其

103、各項操作性能指標均能符合工藝生產(chǎn)技術(shù)要求，而且操作彈性大，生產(chǎn)能力強，達到了預(yù)期的目的。                     課程設(shè)計需要我們把平時所學(xué)的理論知識運用到實踐中，使我們對書本上所學(xué)理論知識有了進一步的理解，更讓我們體會到了理論知識對實踐工作的重要的指導(dǎo)意義。課程設(shè)計要求我們

104、完全依靠自己的能力去學(xué)習(xí)和設(shè)計，而不是像以往課程那樣一切都由教材和老師安排。因此，課程設(shè)計給我們提供了更大的發(fā)揮空間，讓我們發(fā)揮主觀能動性獨立地去通過書籍、網(wǎng)絡(luò)等各種途徑查閱資料、查找數(shù)據(jù)，確定設(shè)計方案。通過這次課程設(shè)計提高了我們的認識問題、分析問題、解決問題的能力。更重要的是，該課程設(shè)計需要我們充分發(fā)揮團隊合作精神，組員之間必須緊密合作，相互配合，才可能在有限的時間內(nèi)設(shè)計出最優(yōu)的設(shè)計方案?？傊?，這次課程設(shè)計既是對我們課程知識的考核，又