化工原理課程設(shè)計---苯-甲苯連續(xù)精餾泡罩塔的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要……………………………………………………………………………7</p><p>　　英文摘要……………………………………………………………………………8</p><p>　　1 引言………………………………………………………………………………9</p><

2、;p>　　1.1 二元混合精餾概述…………………………………………………………9</p><p>　　1.2 泡罩塔簡介…………………………………………………………………10</p><p>　　1.3 設(shè)計方案的確定……………………………………………………………10</p><p>　　1.4 操作流程……………………………………………………………………10

3、</p><p>　　1.5 精餾塔的設(shè)計步驟…………………………………………………………11</p><p>　　2 塔的工藝參數(shù)計算 ……………………………………………………………12</p><p>　　2.1 主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ……………………………………………………………12</p><p>　　2.1.1苯和甲苯的物理性質(zhì) ………

4、…………………………………………12</p><p>　　2.1.2常壓下苯—甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)………………………………………12</p><p>　　2.1.3飽和蒸汽壓 …………………………………………………………12</p><p>　　2.1.4苯與甲苯的液相密度……………………………………………………13</p><p>　　2.1

5、.5液體表面張力……………………………………………………………13</p><p>　　2.1.6液體黏度…………………………………………………………………13</p><p>　　2.1.7液體氣化熱………………………………………………………………13</p><p>　　2.2 精餾塔的物料衡算…………………………………………………………13</p>

6、<p>　　2.2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率…………………………………13</p><p>　　2.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量……………………………14</p><p>　　2.2.3物料衡算…………………………………………………………………14</p><p>　　2.3 塔板數(shù)的確定……………………………………………………

7、…………14</p><p>　　2.3.1理論塔板數(shù)的求取…………………………………………………14</p><p>　　2.3.1.1 y—x圖及t—x—y…………………………………………………14</p><p>　　2.3.1.2最小回流比及操作回流比…………………………………………16</p><p>　　2.3.1.3理論板數(shù) …

8、…………………………………………………16</p><p>　　2.3.2全塔效率……………………………………………………………16</p><p>　　2.3.3實際塔板數(shù)N……………………………………………………………16</p><p>　　2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算………………………………17</p><p>　　2.

9、4.1操作壓強……………………………………………………………172.4.2操作溫度 ……………………………………………………………17</p><p>　　2.4.3平均摩爾質(zhì)量………………………………………………………17</p><p>　　2.4.4平均密度……………………………………………………………18</p><p>　　2.4.4.1氣相平均密度……

10、……………………………………………18</p><p>　　2.4.4.2液相平均密度計算…………………………………………………18</p><p>　　2.4.5液體平均表面張力…………………………………………………19</p><p>　　2.4.6液體平均黏度………………………………………………………20</p><p>　　2.5氣液

11、負荷計算………………………………………………………………21</p><p>　　3精餾塔的塔體及塔板工藝尺寸計算……………………………………………21</p><p>　　3.1泡罩數(shù)計算…………………………………………………………………22</p><p>　　3.2塔徑的計算…………………………………………………………………22</p><

12、p>　　3.3鼓泡面積……………………………………………………………………22</p><p>　　3.4溢流裝置的計算……………………………………………………………23</p><p>　　3.4.1.堰長…………………………………………………………………23</p><p>　　3.4.2堰上液層高度………………………………………………………23</

13、p><p>　　3.4.3堰高及等…………………………………………………………23</p><p>　　3.5降液管計算…………………………………………………………………24</p><p>　　3.6塔盤布置……………………………………………………………………24</p><p>　　4塔板的流體力學計算……………………………………………………

14、………24</p><p>　　4.1液面落差……………………………………………………………………25</p><p>　　4.2動液封hds……………………………………………………………………26</p><p>　　4.3壓降…………………………………………………………………………26</p><p>　　4.4霧沫夾帶驗算…………………

15、……………………………………………29</p><p>　　4.5排空時間……………………………………………………………………30</p><p>　　4.6塔板負荷性能曲線…………………………………………………………30</p><p>　　4.6.1霧沫夾帶線……………………………………………………………30</p><p>　　4.6.

16、2液泛線…………………………………………………………………31</p><p>　　4.6.3液體負荷上、下限線…………………………………………………32</p><p>　　4.6.4漏液線（氣象脈動線）………………………………………………33</p><p>　　4.6.5液相負荷下限線………………………………………………………33</p><

17、;p>　　5塔附件設(shè)計……………………………………………………………………35</p><p>　　5.1接管………………………………………………………………………35</p><p>　　5.1.1進料管的管徑…………………………………………………………35</p><p>　　5.1.2回流管…………………………………………………………………35</

18、p><p>　　5.1.3塔釜出料管……………………………………………………………36</p><p>　　5.1.4塔頂蒸汽出料管………………………………………………………36</p><p>　　5.1.5塔釜進氣管………………………………………………………………36</p><p>　　5.1.6法蘭……………………………………………………

19、…………………36</p><p>　　5.2 筒體封頭……………………………………………………………………37</p><p>　　5.2.1筒體………………………………………………………………………37</p><p>　　5.2.2封頭………………………………………………………………………37</p><p>　　5.3除沫器……………

20、……………………………………………………………37</p><p>　　5.4裙座……………………………………………………………………………38</p><p>　　5.5吊柱……………………………………………………………………………38</p><p>　　5.6人孔……………………………………………………………………………39</p><p&

21、gt;　　6塔總體高度的設(shè)計………………………………………………………………39</p><p>　　6.1塔的頂部空間高度……………………………………………………………39</p><p>　　6.2塔的底部空間高度……………………………………………………………39</p><p>　　6.3塔立體高度……………………………………………………………………39<

22、;/p><p>　　7附屬設(shè)備設(shè)計……………………………………………………………………40</p><p>　　7.1冷凝器的選擇…………………………………………………………………40</p><p>　　7.1.1熱負荷QC的計算…………………………………………………………40</p><p>　　7.1.2冷卻水用量…………………………………

23、…………………………40</p><p>　　7.1.3總傳熱系數(shù)……………………………………………………………40</p><p>　　7.1.4泡點回流時的平均溫差………………………………………………40</p><p>　　7.1.5換熱面積………………………………………………………………40</p><p>　　7.2再沸器的選擇……

24、……………………………………………………………40</p><p>　　7.2.1熱負荷…………………………………………………………………40</p><p>　　7.2.2 加熱蒸汽用量…………………………………………………………41</p><p>　　7.2.3平均溫差………………………………………………………………41</p><p>

25、;　　7.2.4換熱系數(shù)K…………………………………………………………………41</p><p>　　8風載荷和風彎矩……………………………………………………………………41</p><p>　　8.1 風載荷 ………………………………………………………………………41</p><p>　　8.2 風彎矩…………………………………………………………………………42

26、</p><p>　　9 地震載荷的計算…………………………………………………………………44</p><p>　　9.1塔的自震周期…………………………………………………………………44</p><p>　　9.2地震載荷計算…………………………………………………………………44</p><p>　　10設(shè)計結(jié)果一覽表……………………………

27、……………………………………45</p><p>　　心得體會……………………………………………………………………………48</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………49</p><p><b>　　板式精餾塔設(shè)計</b></p><p>　　摘要：本設(shè)計采用泡罩精餾塔分離苯

28、-甲苯溶液。通過對原料產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對主要尺寸的計算，工藝設(shè)計和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計，完成對苯-甲苯精餾工藝流程和主體備設(shè)計。苯-甲苯溶液為理想物系，利用作圖法求出最小回流比為0.9753，理論板數(shù)為14塊，計算出全塔效率為52%，實際板數(shù)為27塊，其中精餾段10塊，提餾段17塊，進料位置為第11塊。得到精餾塔的塔徑為2.6米，總高15.748米；精餾段操作彈性為2.59，提餾段操作彈性為3.77，通過泡罩塔的流體力學驗算

29、，證明各指標數(shù)據(jù)均符合標準。強度校核表明，該精餾塔滿足強度、剛度及穩(wěn)定性等要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：苯-甲苯溶液，精餾，泡罩塔設(shè)計，最小回流比</p><p>　　Abstract:Ablister distillation tower is designed to separate Benzene and Toluene. The design includes determi

30、nation of the distillation process, optimal reflux ratio through economic accounting, calculation of the distillation column size and selection of auxiliary equipment. The Benzene-Toluene solution is aideal physical syst

31、em. The minimum reflux ratio was 0.9753in mapping method. The theoretical plate number was 14, the efficiency of the rectifying section is52%, the actual plate number was </p><p>　　Keywords: Benzene and Tolu

32、ene，distillation，float valve tower， minimum reflux ratio</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　塔設(shè)備是是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液或液液兩相間進行緊密接觸，達到相際傳質(zhì)及傳熱的目的?？稍谒O(shè)備中完成常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體

33、的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。</p><p>　　在化工、石油化工、煉油廠中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境保護等各個方面都有重大影響。塔設(shè)備的設(shè)計和研究受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。</p><p>　　根據(jù)板式精餾塔設(shè)計任務(wù)，我們選擇用泡罩板精餾塔，運用化工設(shè)計的程序和方法，通過查閱資料、使用手冊，選用數(shù)據(jù)和公式，合理確定工藝流

34、程，正確進行工藝計算，并且用文字、數(shù)表、圖紙表達了設(shè)計成果。具體設(shè)計內(nèi)容如下：</p><p>　　1.1 二元混合精餾概述</p><p>　　在化工實際生產(chǎn)中，精餾是最常用的單元操作，是分離均相液體混合物的最有效方法之一。在化學工業(yè)中，總能耗的40％用于分離過程，而其中的95％是精餾過程消耗的，因此有必要開辟多種途徑來降低能耗，實現(xiàn)精餾節(jié)能。因此，對二元混合物連續(xù)精餾的研究無論是對節(jié)省

35、投資，還是降低能耗，都具有非常重要的意義。</p><p>　　雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐羝玫讲糠掷淠?，部分凝液作為回流液返回塔頂，其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸汽沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進料加在塔的中部，進料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降，進料

36、中的蒸汽和下塔段來的蒸汽一起沿塔上升。在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計和操作得當，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進料口以上的塔段，把上升蒸汽中易揮發(fā)組分進一步提濃，稱為精餾段；進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩

37、種產(chǎn)品。當使n組分混合液較完全地分離而取得n個高純度單組分產(chǎn)品時，須有n-1個塔。</p><p>　　近年來人們逐漸重視對于將化學反應(yīng)和精餾過程結(jié)合起來的研究。這種伴有化學反應(yīng)的精餾過程稱為反應(yīng)精餾。按照反應(yīng)中是否使用催化劑可將反應(yīng)精餾分為催化反應(yīng)精餾過程和無催化劑的反應(yīng)精餾過程。催化反應(yīng)精餾過程按所用催化劑的相態(tài)又可分為均相催化反應(yīng)精餾和非均相催化精餾過程，非均相催化精餾過程即為通常所講的催化精餾。這種非均相

38、催化精餾過程能避免均相反應(yīng)精餾中存在的催化劑回收困難，以及隨之帶來的腐蝕、污染等一系列問題。</p><p><b>　　1.2泡罩塔簡介</b></p><p>　　板式精餾塔中溶液經(jīng)過一塊塔板即相當于一次相平衡，塔板的數(shù)目越多則分離效果越明顯，但同時塔板費用也越高，故需要根據(jù)實際的費用及操作要求來確定塔板的數(shù)目。塔板是板式塔的主要構(gòu)件，分為錯流式塔板和逆流式塔板兩

39、類，工業(yè)中以錯流式為主，常用的錯流式塔板有：泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔板。</p><p>　　泡罩塔是典型的板式塔，長期以來在蒸餾、吸收等單元操作所使用的塔設(shè)備中曾占有主要地位，近幾十年來由于塔設(shè)備有很大進展，出現(xiàn)了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應(yīng)用范圍和在塔設(shè)備中所占的比重都有所減少。但泡罩塔并不因此失去重要性，因為其具有以下優(yōu)點：</p><p><b>　?。?）塔板

40、效率較高</b></p><p>　?。?）操作彈性較大，在負荷變動范圍較大時仍能保持較高的效率。</p><p>　?。?）生產(chǎn)能力較大。</p><p>　?。?）液氣比的范圍大。</p><p>　?。?）不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì)。</p><p>　　（6）操作穩(wěn)定可靠。</p>&l

41、t;p>　　泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。然而泡罩塔經(jīng)過長期的實踐，積累的經(jīng)驗比其他任何塔型都豐富。常用的泡罩已經(jīng)標準化。</p><p>　　1.3設(shè)計方案的確定</p><p>　　設(shè)計方案選定是指確定整個精餾裝置的流程、主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和主要操作條件。所選方案必須：①能滿足工藝要求，達到指定的產(chǎn)量和質(zhì)量；②操作平穩(wěn)，易于調(diào)節(jié)；③經(jīng)濟合理

42、；④生產(chǎn)安全。在實際的設(shè)計問題中，上述四項都必須兼顧考慮。課程設(shè)計方案選定所涉及的主要內(nèi)容有：操作壓力，進料狀況，加熱方式及其熱能的利用。本設(shè)計選用泡罩塔，采用泡點進料，采用間接加熱塔釜加熱蒸汽壓力為0.2MPa（表壓）。</p><p><b>　　1.4操作流程</b></p><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

43、。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。</p><p>　　苯-甲苯混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點溫度后送入精餾塔進料板，在進料板上與自塔上部下降的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進行熱和質(zhì)的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一起通過各層塔板。塔頂蒸

44、汽進入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后送出作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷凝器冷卻后送入貯槽。塔釜采用再沸器加熱。塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。</p><p>　　1.5精餾塔的設(shè)計步驟</p><p>　　本設(shè)計按以下幾個階段進行：</p><p>　　(1)設(shè)計方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)

45、的選取等進行論述。</p><p>　　(2)蒸餾塔的工藝計算，確定塔高和塔徑。</p><p>　　(3)塔板設(shè)計：計算塔板各主要工藝尺寸，進行流體力學校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。</p><p>　　(4)管路及附屬設(shè)備的計算與選型，如再沸器、冷凝器。</p><p>　　(5)精餾塔主體設(shè)備的機械設(shè)計。</p&

46、gt;<p>　　(6)繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。</p><p>　　(7)編寫設(shè)計說明書。</p><p>　　2 塔的工藝參數(shù)計算</p><p><b>　　2.1主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2.1.1 苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　2.

47、1.2常壓下苯——甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　2.1.3飽和蒸汽壓</p><p>　　苯、甲苯的飽和蒸汽壓可用Antoine方程求算，即</p><p>　　式中 t—物系溫度，℃；</p><p>　　—飽和蒸汽壓，kPa；</p><p>　　A、B、C—Antoine常數(shù)，其值見下表：</p&

48、gt;<p>　　2.1.4苯與甲苯的液相密度</p><p>　　2.1.5液體表面張力</p><p><b>　　2.1.6液體黏度</b></p><p>　　2.1.7液體氣化熱</p><p>　　2.2 精餾塔的物料衡算</p><p>　　2.2.1 原料液及塔頂、塔

49、底產(chǎn)品的摩爾分率 苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量</p><p>　　2.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 </p><p>　　2.2.3物料衡算 原料處理量</p><p>　　總物料衡算苯物料衡算聯(lián)立解得</p><p>　　式中 F------原料液流量</p><p>　　D------塔頂

50、產(chǎn)品量</p><p>　　W------塔底產(chǎn)品量</p><p>　　2.3塔板數(shù)的確定2.3.1 理論塔板數(shù)的求取 苯一甲苯屬理想物系，可采M.T.圖解法求理論塔板數(shù)。</p><p>　　2.3.1.1根據(jù)苯、甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)作y—x圖及t—x—y，參見圖1及圖2</p><p>　　圖1苯、甲苯的y—x圖及圖解理論版</

51、p><p>　　圖2苯、甲苯的t-x-y圖</p><p>　　2.3.1.2求最小回流比及操作回流比。 因泡點進料，在圖2中作進料線（q線），該線與平衡線的交點坐標為=0.7475，=0.5412，此即最小回流比時操作線與平衡線的交點坐標。依最小回流比計算式：</p><p><b>　　取回流比</b></p><p>

52、;　　2.3.1.3求理論板數(shù)精餾段操作線</p><p>　　如圖2所示，按常規(guī)M.T.作圖法解得：</p><p>　　層（不包括釜）。其中精餾段理論板數(shù)為5層，提餾段為8.5層（不包括釜）。</p><p><b>　　2.3.2全塔效率</b></p><p>　　根據(jù)塔頂、塔底液相組成查圖3，求得塔平均溫度為

53、95.43℃，該溫度下進料液相黏度為：故</p><p>　　2.3.3實際塔板數(shù)N</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　2.4.1操作壓強

54、塔頂操作壓力PD＝101.3 kPa</p><p>　　每層塔板壓降 △P＝0.7 kPa進料板壓力＝101.3+0.7×10＝108.3kPa塔底操作壓力=101.3+27×0.7=120.2kPa</p><p>　　精餾段平均壓力 P m精＝（101.3+108.3）/2＝104.8 kPa</p><p>　　提餾段平均壓力P m

55、提 =（120.2+108.3）/2 =114.25 kPa2.4.2操作溫度依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略。計算結(jié)果如下： 塔頂溫度，進料板溫度 塔底溫度</p><p><b>　　精餾段平均溫度</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度</b></

56、p><p>　　2.4.3平均摩爾質(zhì)量塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 由代入相平衡方程得</p><p>　　進料板平均摩爾質(zhì)量計算 </p><p>　　由上面理論板的算法，得</p><p>　　塔底平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　由,由相平衡方程，得</p><p>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量 &

57、lt;/p><p><b>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　2.4.4平均密度2.4.4.1氣相平均密度由理想氣體狀態(tài)方程計算，精餾段的平均氣相密度即 </p><p>　　提餾段的平均氣相密度</p><p>　　2.4.4.2液相平均密度計算 液相平均密度依下式計算，即 </p>

58、<p>　　塔頂液相平均密度的計算 由＝81.1℃，查手冊得 ，</p><p>　　塔頂液相的質(zhì)量分率 </p><p><b>　　求得</b></p><p>　　進料板液相平均密度的計算 由，查手冊得 </p><p>　　,進料板液相的質(zhì)量分率 </p><p><

59、;b>　　求得</b></p><p>　　塔底液相平均密度的計算 由，查手冊得 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　塔底液相的質(zhì)量分率 </p><p><b>　　求得</b></p><p>　　精餾段液相平均密度為 <

60、;/p><p>　　提餾段液相平均密度為</p><p>　　2.4.5液體平均表面張力液相平均表面張力依下式計算，即 </p><p>　　塔頂液相平均表面張力的計算 由，查手冊得 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　進料板液相平均表面張力的計算 由，查手冊得 ，&

61、lt;/p><p>　　塔底液相平均表面張力的計算 由，查手冊得 ，</p><p>　　精餾段液相平均表面張力為 </p><p>　　提餾段液相平均表面張力為 </p><p>　　2.4.6液體平均黏度液相平均黏度依下式計算，即 </p><p>　　塔頂液相平均黏度的計算 由 ，查手冊得 ,</p&

62、gt;<p>　　進料板液相平均黏度的計算 由，查手冊得 ，</p><p>　　塔底液相平均黏度的計算 由，查手冊得 .</p><p>　　精餾段液相平均黏度為 </p><p>　　提餾段液相平均黏度為 </p><p>　　2.5 氣液負荷計算</p><p><b>　　精餾段

63、：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　3 精餾塔的塔體及塔板工藝尺寸計算</p><p><b>　　選取泡罩塔尺寸</b></p><p>　　齒縫高度 h=30mm</p><p>　　齒縫寬度b1=5mm</p

64、><p><b>　　齒縫數(shù) n=32</b></p><p><b>　　升氣管直徑</b></p><p><b>　　齒縫總面積</b></p><p><b>　　泡罩底面積</b></p><p><b>　　升氣管

65、凈面積</b></p><p><b>　　3.1泡罩數(shù)計算</b></p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p>　　為了排列方便，我們選取泡罩數(shù)為245個</p><p>

66、<b>　　3.2塔徑的計算</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，以及塔的安裝、檢修等都有關(guān)。</p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>　　取泡罩中心距</b></p><p>

67、<b>　　鼓泡面積</b></p><p><b>　　根據(jù)t/查圖可得</b></p><p><b>　　——鼓泡總面積</b></p><p>　　——各泡罩的底面積之和</p><p>　　塔徑 所以取2.6m符合要求</p><p>　

68、　對提餾段：塔徑D也為2.6m</p><p><b>　　3.3鼓泡面積</b></p><p><b>　　塔板總鼓泡面積：</b></p><p>　　3.4溢流裝置的計算</p><p><b>　　3.4.1.堰長</b></p><p>　　

69、本塔采用單溢流，常用弓形降液管的溢流堰長取值范圍為</p><p><b>　　取</b></p><p>　　3.4.2堰上液層高度</p><p>　　本設(shè)計采用平直堰設(shè)出口堰，不設(shè)進口堰,堰上液層高度按下式計算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p&g

70、t;<b>　　3.4.3堰高及等</b></p><p><b>　　初選動液封</b></p><p><b>　　靜液封</b></p><p><b>　　堰高</b></p><p>　　——泡罩下緣距塔板間距0.01m</p>&

71、lt;p>　　——泡罩帽緣高度0.005m</p><p><b>　　取0.081m</b></p><p>　　考慮降液管底部液封為12mm，則管底通道寬度</p><p><b>　　提餾段:</b></p><p><b>　　堰高：初選動液封</b></p

72、><p><b>　　靜液封</b></p><p><b>　　堰高</b></p><p>　　——泡罩下緣距塔板間距0.01m</p><p>　　——泡罩帽緣高度0.005m</p><p><b>　　取0.062m</b></p>

73、<p>　　考慮降液管底部液封為12mm，則管底通道寬度</p><p><b>　　3.5降液管計算</b></p><p>　　對于弓形降液管，堰長一經(jīng)確定之后，降液管寬和面積可按下圖計算.</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　，</b

74、></p><p><b>　　查圖可得：,</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　驗算降液管內(nèi)停留時間，應(yīng)用公式</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</

75、b></p><p>　　停留時間，故降液管可用。</p><p><b>　　3.6塔盤布置</b></p><p>　　塔盤面積分為鼓泡面積、降液面積、穩(wěn)定區(qū)和無效區(qū)。由上面數(shù)據(jù)得：</p><p><b>　　鼓泡區(qū)：</b></p><p><b>　

76、　降液區(qū)：</b></p><p>　　無效區(qū)：1-62.13%-14.44%=23.43%</p><p>　　4 塔板的流體力學計算</p><p><b>　　4.1 液面落差</b></p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p>　　先按

77、塔徑計算液流強度，根據(jù)hw及hT由下圖求出未校正的每排泡罩的液面落差：</p><p><b>　　查表得</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　計算氣動因子Fp：從上圖求出校正系數(shù),在算出校正后的每排泡罩的液面落差。有關(guān)計算式如下：</p><p><b>

78、;　　查上表得</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p><b>　　查表得</b></p><p>　　計算氣動因子Fp：從上圖求出校正系數(shù),在算出校正后的每排泡罩的液面落差。有關(guān)計算式如下：</p><p><b>　　查上表得</b&g

79、t;</p><p>　　4.2 動液封hds</p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>　　初選動液封</b></p><p><b>　　則靜液封</b></p><p><b>　　對提餾段：</b&g

80、t;</p><p><b>　　初選動液封</b></p><p><b>　　則靜液封</b></p><p><b>　　4.3 壓降</b></p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>

81、　　屏保壓降hc</b></p><p>　　由已知得，取KC=0.25</p><p><b>　　液層阻力h1</b></p><p>　　式中：—按液流面積計算的氣速</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　查圖得&l

82、t;/b></p><p><b>　　全塔總壓降</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p>　　由已知得，取KC=0.25</p><p><b>　　液層阻力h1</b></p><p>　　式中：—按液流面積計算

83、的氣速</p><p><b>　　查圖得</b></p><p><b>　　全塔總壓降</b></p><p>　　4.4 霧沫夾帶驗算</p><p><b>　　檢驗液泛：</b></p><p><b>　　對精餾段：</b&g

84、t;</p><p><b>　　所以不發(fā)生液泛。</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p><b>　　同理可得</b></p><p><b>　　所以不發(fā)生液泛。</b></p><p><

85、;b>　　檢查霧沫夾帶：</b></p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>　　所以不發(fā)生霧沫夾帶</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p><b>　　同理求得</b><

86、/p><p>　　所以不發(fā)生霧沫夾帶。</p><p><b>　　4.5 排空時間</b></p><p><b>　　對精餾段：</b></p><p><b>　　采用排空孔徑，取</b></p><p><b>　　孔數(shù)</b>

87、</p><p><b>　　取4個</b></p><p><b>　　對提餾段：</b></p><p><b>　　采用排空孔徑，取</b></p><p><b>　　孔數(shù)</b></p><p><b>　　取4

88、個</b></p><p>　　4.6 塔板負荷性能曲線</p><p>　　4.6.1 霧沫夾帶線：</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　近似取</b></p><p><b>　　故</b></p

89、><p><b>　　已知</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　與精餾段同理可得</b&g

90、t;</p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　4.6.2液泛線：</b></p><p><b>　　令求出關(guān)系式</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>

91、;　　將，帶入得：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　，帶入得：</b></p><p>　　4.6.3 液體負荷上、下限線</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b

92、>　　齒縫度計算：</b></p><p><b>　　齒縫全開時氣量</b></p><p><b>　　負荷上限</b></p><p>　　負荷上限為106.98%</p><p><b>　　負荷下限：</b></p><p>

93、<b>　　負荷下限</b></p><p>　　負荷下限為67.66%</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　齒縫度計算：</b></p><p><b>　　齒縫全開時氣量</b></p><p&g

94、t;<b>　　負荷上限</b></p><p>　　負荷上限為100.56%</p><p><b>　　負荷下限：</b></p><p><b>　　負荷下限</b></p><p>　　負荷下限為63.60%</p><p><b>　

95、　上限線：</b></p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　4.6.4 漏液線（氣象脈動線）：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　

96、精餾段</b></p><p><b>　　將代入得：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　將各種參數(shù)代入得：</b></p><p>　　4.6.5 液相負荷下限線</p><p><b&g

97、t;　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　由以上（1）~（5）做出塔板負荷性能圖，按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負荷上限和下限：</p><p>　　圖6精餾段塔板負荷性能圖</p><p>　　圖7 提餾段塔板負荷性能圖</p><p&

98、gt;<b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　所以精餾段操作彈性，提餾段操作彈性</p><p><b>　　5 塔附件設(shè)計</b></p><p>　　塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然

99、后用法蘭連接。</p><p>　　板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手）孔、基座，有時外部還有扶梯或平臺。此外，在塔體上有時還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動的吊柱。一般說來，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進料層的結(jié)構(gòu)有所不同。最高一層塔板與塔頂?shù)木嚯x常大于一般塔板間距，以便能良好的除沫。最低一層塔板到塔底的距離較大，以

100、便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有10～15min的停留時間，使塔底液體不致流空。塔底大多是直接通入由塔外再沸器來的蒸汽，塔底與再沸器間有管路連接，有時則再塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。另外，進料板的板間距也比一般間距大。</p><p><b>　　5.1 接管</b></p><p>

101、;　　5.1.1 進料管的管徑計算</p><p>　　進料管的結(jié)構(gòu)種類很多，有直管進料管，彎管進料管，T型進料管。本設(shè)計采用直管進料管，管徑計算如下：</p><p><b>　　選取</b></p><p><b>　　進料管料液體積流量</b></p><p><b>　　5.1.2

102、 回流管</b></p><p>　　冷凝器安裝在塔頂，一般流速為0.20~0.50m/s，故取，</p><p><b>　　則</b></p><p>　　5.1.3 塔釜出料管</p><p>　　釜液流出速度一般范圍為0.50~1.00m/s，故取</p><p><b&

103、gt;　　塔底平均摩爾質(zhì)量為</b></p><p>　　塔釜排液管的體積流量：</p><p><b>　　故</b></p><p>　　5.1.4 塔頂蒸汽出料管</p><p>　　由于是常壓精餾，允許氣速為12.00~20.00m/s，故取，</p><p><b>

104、;　　則</b></p><p>　　5.1.5塔釜進氣管</p><p>　　本塔采用直管進氣，取出口氣速為</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　5.1.6 法蘭 </b></p><p>　　由于常壓操作，所以法蘭均采用標準管法

105、蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用法蘭。</p><p>　　(1)蒸氣出口管法蘭：HG 20593 法蘭 PL400-1.6RF Q235-A</p><p>　　(2)回流管法蘭：HG 20593 法蘭 PL80-1.6RF Q235-A</p><p>　　(3)進料管法蘭：HG 20593 法蘭 PL65-1.6RFQ235-A</p>&l

106、t;p>　　(4)釜液排出管法蘭：HG 20593 法蘭 PL40-1.6RF Q235-A</p><p>　　(6)塔釜蒸氣進氣法蘭：HG 20593 法蘭 PL300-1.6RF Q235-A</p><p><b>　　5.2 筒體和封頭</b></p><p><b>　　5.2.1 筒體</b></

107、p><p><b>　　筒體厚度</b></p><p><b>　　式中：;</b></p><p>　　— 塔體焊縫為雙面對接焊，局部無損探傷，查表得=0.85；</p><p>　　—鋼板厚度負偏差，估計筒體厚度在8—25mm范圍內(nèi)，查表得；</p><p>　　—腐蝕裕量

108、，根據(jù)已知工藝條件，；</p><p>　　按鋼度要求，筒體所需最小厚度：</p><p>　　故按鋼度條件，筒體厚度僅需6mm?？紤]到此塔較高，風載荷較大，而塔的內(nèi)徑不太大，故適當增加厚度，現(xiàn)假設(shè)塔體厚度，則假設(shè)的塔體有效厚度</p><p><b>　　5.2.2 封頭</b></p><p><b>　　

109、故取封頭厚度</b></p><p><b>　　5.3 除沫器</b></p><p>　　空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)

110、點。</p><p><b>　　設(shè)計氣速選取：</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　除沫器直徑</b></p><p>　　故取不銹鋼除沫器選取不銹鋼除沫器。類型：標準型；規(guī)格：60；材料：不銹鋼絲（1Gr18Ni9Ti）；絲網(wǎng)尺寸：圓

111、絲。</p><p><b>　　5.4 裙座</b></p><p>　　塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑＞300mm，故裙座壁厚取12mm。</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： </b></p>&l

112、t;p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑： </b></p><p>　　圓整： ，基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm，考慮到再沸器，裙座高度取1.5m。地角螺栓直徑取M30。</p><p><b>　　5.5 吊柱</b></p><p>　　對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸

113、內(nèi)件，既經(jīng)濟又方便的一項實施，一般取15 m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計中塔高度較大，因此設(shè)吊柱。本設(shè)計塔徑D=2600 mm，可選用吊柱500 kg。S=800 mm，L=3150 mm，H=900 mm。材料為A3。</p><p><b>　　5.6 人孔</b></p><p>　　人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)變于進入任何一層塔板，由于設(shè)置人

114、空處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會使制造時塔體的彎曲度難以達到要求，一般每隔6~8塊板才設(shè)一個人孔，本設(shè)計每降7層板設(shè)置一個人孔，本塔中共27塊板，塔上人孔數(shù)： </p><p>　　在設(shè)置人孔處，板間距為700mm，人孔直徑為450mm。裙座上開2個人孔，直徑為450mm。</p><p>　　6 塔總體高度的設(shè)計</p><p>　　6.1 塔的頂部空間高

115、度</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>　　6.2塔的底部空間高度</p><p>　　塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時間取10min，</p><p><b>　　6.

116、3塔立體高度</b></p><p><b>　　塔的總高度：</b></p><p><b>　　7 附屬設(shè)備設(shè)計</b></p><p>　　7.1 冷凝器的選擇</p><p>　　7.1.1、熱負荷QC的計算</p><p>　　塔頂溫度℃，該溫度下苯的

117、汽化潛熱為393.27kJ/kg,甲苯的汽化潛熱為379.21kJ/kg,平均汽化潛熱為：</p><p>　　7.1.2、冷卻水用量</p><p>　　取冷卻水的進口溫度為20℃，出口溫度為45℃，水的比熱容為,則</p><p>　　7.1.3總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　查表，取</b></p&g

118、t;<p>　　7.1.4泡點回流時的平均溫差</p><p><b>　　7.1.5換熱面積</b></p><p>　　7.2 再沸器的選擇</p><p><b>　　7.2.1熱負荷</b></p><p><b>　　塔底溫度</b></p>

119、<p>　　7.2.2加熱蒸汽用量</p><p>　　選用0.25MPa(表壓)的飽和蒸汽加熱，溫度為T=138.8℃，r’=2152kJ/kg</p><p>　　考慮10％的熱損失，</p><p><b>　　7.2.3平均溫差</b></p><p>　　7.2.4換熱系數(shù)K</p>

120、<p><b>　　查手冊，取</b></p><p><b>　　換熱面積</b></p><p>　　考慮10％的熱損失，</p><p><b>　　8 風載荷和風彎矩</b></p><p><b>　　8.1 風載荷</b></

121、p><p>　　將塔分成五段，每段十米</p><p><b>　　其中塔高,</b></p><p>　　假定在合肥郊區(qū)建廠，則如下: </p><p>　　3-10m </p><p>　　10—20m </p><p>　　20—30m <

122、;/p><p>　　30—40m </p><p>　　40—50m </p><p>　　50-60m </p><p>　　60-70m </p><p><b>　　塔體各段風力:</b></p><p><b>　　3-10

123、m </b></p><p><b>　　10-20m</b></p><p><b>　　20-30m</b></p><p><b>　　30—40m </b></p><p><b>　　40—50m</b></p><

124、;p><b>　　50-60m</b></p><p><b>　　60-70m</b></p><p><b>　　8.2 風彎矩</b></p><p>　　截面劃分為0—0截面為裙座基座截面，1—1截面為裙座人孔處截面，2—2截面為裙座塔體焊縫處截面</p><p>

125、;<b>　　0—0截面彎矩：</b></p><p>　　式中：----------裙座底部到標高十米處的距離=10m</p><p>　　----------對應(yīng)于段的風力</p><p><b>　　1—1截面彎矩：</b></p><p>　　式中：----------塔體1—1截面到標高1

126、0m處的距離=10-1=9m</p><p>　　----------對應(yīng)于段的風力</p><p><b>　　2—2截面彎矩：</b></p><p>　　式中：------塔體2—2截面到標高10m處的距離=10-3=7m</p><p>　　------對應(yīng)于段的風力</p><p>&l

127、t;b>　　9 地震載荷的計算</b></p><p>　　9.1 塔的自震周期</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　H--------塔的總高度，m</p><p>　　E----------塔殼體材料在設(shè)計溫度下的彈性模量，MPa</p><p>

128、　　----------塔殼的有效高度，m</p><p>　　----------塔殼內(nèi)徑，m</p><p>　　9.2 地震載荷計算</p><p>　　查得地震烈度為7時，地震影響系數(shù)的最大值</p><p><b>　　Ⅱ類場地上：</b></p><p>　　由于H/D＝46s>

129、1s,故塔體任意點的x地震載荷為</p><p>　　C——結(jié)構(gòu)系數(shù)，小于1，取C＝0.5（立式設(shè)備）必須考慮高振影響。</p><p>　　確定危險截面：0—0截面為裙座基座截面</p><p>　　1—1截面為裙座人孔處截面</p><p>　　2—2 截面為塔底焊縫處截面</p><p>　　0—0截面地震彎矩：

130、</p><p>　　1—1截面地震彎矩：</p><p>　　2—2 截面地震彎矩:</p><p><b>　　10設(shè)計結(jié)果一覽表</b></p><p><b>　　泡罩塔工藝設(shè)計結(jié)果</b></p><p><b>　　11 心得體會</b>&l

131、t;/p><p>　　兩周的課程設(shè)計結(jié)束了在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學習的知識也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情如何去做一件事情又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中與同學分工設(shè)計和同學們相互探討?yīng)は嗷W習相互監(jiān)督。學會了合作學會了運籌帷幄學會了寬容學會了理解也學會了做人與處世。</p><p>　　課程設(shè)計給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升給了我許多道給了我很多思給了

132、我莫大的空間。同時設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。通過這次課程設(shè)計使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性更特別是對精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計對實際單元操作設(shè)計中所涉及的個方面要注意問題都有所了解。通過這次對精餾塔的設(shè)計不僅讓我將所學的知識應(yīng)用到實際中而且對知識也是一種鞏固和提升。</p><p><b>　?。蹍⒖嘉墨I］</b></p>

133、<p>　　[1]魏鳳玉.板式塔設(shè)計.合肥：合肥工業(yè)大學教材科,2002 </p><p>　　[2]崔鵬，魏鳳玉. 化工原理.合肥：合肥工業(yè)大學出版社,2007 </p><p>　　[3]魏兆燦，李寬宏.塔設(shè)備設(shè)計。上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1990</p><p>　　[4]湯善甫,朱思明.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)第二版.上海：華東理工大學出版社,2003