化工原理課程設(shè)計(jì)--甲醇—水板式精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工與制藥學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課題名稱：1萬噸/年甲醇—水板式精餾塔設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)班級：07級過控04班</p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號： </b></p

2、><p><b>　　學(xué)生姓名</b></p><p><b>　　學(xué)生成績:</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p>　　課題工作時(shí)間：2010年6月21日---2010年7月4日</p><p><b>　　化工與

3、制藥學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　課題名稱</b></p><p>　　甲醇-水溶液連續(xù)板式精餾塔設(shè)計(jì)</p><p>　　課題條件（文獻(xiàn)資料、儀器設(shè)備、指導(dǎo)力量）</p><p><b>

4、　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　(1) 處理能力：　1.389　　 T/h。</p><p>　　(2) 原料溶液：　0.5　　組成(苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)): </p><p>　　(3) 產(chǎn)品要求：塔頂甲醇的組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):　0.96　　</p><p>　　塔底甲醇組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)): 0.02 。（二）操作

5、條件：</p><p>　?。?）生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，中間加料，泡點(diǎn)回流</p><p>　?。?）生間時(shí)間：每年以300天計(jì)算，每天24小時(shí)</p><p>　?。?）進(jìn)料狀況： 泡點(diǎn)進(jìn)料 </p><p>　?。?）回流比：自選，</p><p>　?。?）塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱</p&

6、gt;<p>　?。?）塔頂冷凝用冷卻水，冷卻水進(jìn)口溫度：20℃</p><p>　　試設(shè)計(jì)一板式精餾塔，完成該生產(chǎn)任務(wù)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1 確定設(shè)計(jì)方案，繪制工藝流程圖。</p><p><b>　　2塔的工藝計(jì)算。</b><

7、/p><p>　?。?）精餾塔的物料衡算；</p><p>　?。?）最佳回流比的確定（3）塔板數(shù)的確定.</p><p><b>　　3塔工藝尺寸的計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）板間距；</b></p><p><b>　?。?）塔徑；</b

8、></p><p>　?。?）塔盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p>　　4塔板的流體力學(xué)核算；</p><p><b>　　5繪出負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　6輔助設(shè)備的計(jì)算與選型</p><p>　　確定塔頂冷凝器、塔底再沸器的計(jì)算，加料泵，回流泵型號。</p><

9、;p><b>　　7附件尺寸確定</b></p><p>　　塔頂空間、塔底空間、人孔、裙座、封頭、進(jìn)出管口等。</p><p>　　8設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表</p><p><b>　　9設(shè)計(jì)結(jié)果評價(jià)</b></p><p>　　10、繪制精餾塔裝配圖</p><p>　

10、　11、編制設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　物性數(shù)據(jù)：熱容、粘度、密度、表面張力和飽和蒸氣壓等。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容</b></p><p><b>　　1封面</b></p><

11、p><b>　　2任務(wù)書</b></p><p>　　3《課程設(shè)計(jì)》綜合成績評定表</p><p><b>　　4中英文摘要。</b></p><p><b>　　5目錄及頁碼</b></p><p><b>　　6概述</b></p>

12、<p>　　7按設(shè)計(jì)任務(wù)順序說明</p><p><b>　　8結(jié)語</b></p><p>　　簡述設(shè)計(jì)體會，收獲，提出建議等。</p><p>　　9參考文獻(xiàn)10附精餾塔裝配圖及流程圖</p><p>　　進(jìn)度計(jì)劃（列出完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）</p><p>　　

13、1 設(shè)計(jì)動(dòng)員，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書 2010.6.21</p><p>　　2 搜集資料，閱讀教材，擬訂設(shè)計(jì)進(jìn)度 2010.6.21—6.22</p><p>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算（包括電算） 2010.6.23—6.29</p><p>　　4

14、繪圖 2010.6.30—7.1</p><p>　　5 整理設(shè)計(jì)資料，撰寫設(shè)計(jì)說明書 2010.7.2—7.3</p><p>　　6 設(shè)計(jì)小結(jié)及答辯 2010.7.3—7.4</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）：

15、 2010 年 6 月 21日 </p><p>　　學(xué)科部（教研室）主任（簽名）： 2010 年 6 月 21日 </p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1．學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前，指導(dǎo)教師應(yīng)事先填好此任務(wù)書，并正式打印、簽名，經(jīng)學(xué)科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學(xué)生。設(shè)計(jì)裝訂時(shí)應(yīng)

16、將此任務(wù)書訂在設(shè)計(jì)說明書首頁。</p><p>　　2．如果設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書后另設(shè)附表列出。</p><p>　　3. 所有簽名均要求手簽,以示負(fù)責(zé)。</p><p><b>　　摘要： </b></p><p>　　設(shè)計(jì)一座甲醇-水連續(xù)精餾塔，根據(jù)物性特征，產(chǎn)品產(chǎn)量和工程、經(jīng)濟(jì)合理性來確定塔型和操作條件；通

17、過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定以及對塔體主尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備選型的設(shè)計(jì)，完成對苯-甲苯精餾工藝流程和主體設(shè)備的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：塔型，塔體，設(shè)備，流程 </p><p>　　Abstract: </p><p>　　I need to design an ethanol - water continuous distillati

18、on. According to the characteristics of properties, product production and engineering, economic rationality to determine the type of the tower and operational conditions .Thinking about the requirements of raw materials

19、 and product and the determination of physical parameters, I can calculate of the size of the column , design the process and select the ancillary equipment , then complete the ethanol - water distillation process and th

20、e d</p><p>　　Key words: type, size, ancillary equipment, process</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、概述- 6 -</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)背景- 6 -</p><p>　　1.

21、2 設(shè)計(jì)條件- 6 -</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)要求- 7 -</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容- 7 -</p><p>　　二計(jì)算過程- 8 -</p><p>　　1. 塔型選擇- 8 -</p><p>　　2. 操作條件的確定- 8 -</p><p&g

22、t;　　2.1 操作壓力- 8 -</p><p>　　2.3 加熱方式- 8 -</p><p>　　2.4 熱能利用- 8 -</p><p>　　3. 物料的工藝計(jì)算- 9 -</p><p>　　3.1相對揮發(fā)度- 9 -</p><p>　　3.2回流比R的確定- 11 -</p>

23、<p>　　3.3 物料平衡- 13 -</p><p>　　3.4 理論塔板層數(shù)的確定- 14 -</p><p>　　4. 基本物性數(shù)據(jù)計(jì)算- 15 -</p><p>　　4.1 精餾段- 15 -</p><p>　　4.2 提餾段- 16 -</p><p>　　4.3 全塔的流量- 1

24、7 -</p><p>　　5. 塔徑的計(jì)算- 18 -</p><p>　　6. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定- 19 -</p><p>　　6.1 確定塔板的流型- 19 -</p><p>　　6.2 塔板尺寸- 19 -</p><p>　　6.3 弓形降液管- 21 -</p><p&g

25、t;　　6.3.1 堰上液流高度- 21 -</p><p>　　6.3.2 堰高- 21 -</p><p>　　6.3.3 溢流管底與塔盤間距離h0- 21 -</p><p>　　6.4 浮閥數(shù)目及排列- 22 -</p><p>　　6.4.1 浮閥數(shù)目- 22 -</p><p>　　6.4.2 排

26、列- 22 -</p><p>　　6.4.3 校核- 23 -</p><p>　　7. 塔高的計(jì)算- 23 -</p><p>　　8. 流體力學(xué)驗(yàn)算- 23 -</p><p>　　8.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)- 23 -</p><p>　　8.2干板阻力- 23 -</p&g

27、t;<p>　　8.3 板上充氣液層阻力- 24 -</p><p>　　8.4 由表面張力引起的阻力- 24 -</p><p>　　8.5漏液驗(yàn)算- 24 -</p><p>　　8.6 液泛驗(yàn)算- 24 -</p><p>　　8.7 霧沫夾帶驗(yàn)算- 25 -</p><p>　　9. 操

28、作性能負(fù)荷圖- 25 -</p><p>　　9.1 霧沫夾帶上限線- 25 -</p><p>　　9.2 液泛線- 25 -</p><p>　　9.3 液體負(fù)荷上限線- 26 -</p><p>　　9.4 漏液線- 26 -</p><p>　　9.5 液相負(fù)荷下限線- 26 -</p>

29、<p>　　9.6 操作性能負(fù)荷圖- 26 -</p><p>　　10.有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總于表7- 27 -</p><p>　　11. 各接管尺寸的確定- 27 -</p><p>　　11.1 進(jìn)料管- 27 -</p><p>　　11.2 釜?dú)堃撼隽瞎? 28 -</p><

30、;p>　　11.3 回流液管- 28 -</p><p>　　11.4 塔頂上升蒸汽管- 28 -</p><p>　　11.5 水蒸汽進(jìn)口管- 29 -</p><p>　　12.輔助設(shè)備的計(jì)算及選型- 29 -</p><p>　　12.1原料預(yù)熱器- 29 -</p><p>　　12.2冷凝器熱

31、負(fù)荷- 29 -</p><p>　　12.3再沸器熱負(fù)荷- 30 -</p><p>　　12.4泵的選擇- 30 -</p><p>　　12.5法蘭的選用- 30 -</p><p><b>　　小結(jié)- 31 -</b></p><p>　　參考資料：- 32 -</p&g

32、t;<p><b>　　一、概述</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有非常重大的影響

33、。</p><p>　　精餾過程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達(dá)到分離的目的。因此精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　為了加強(qiáng)工業(yè)技術(shù)的競爭力，長期以來，各國都在加大塔的研究力度。如今在我國常用的板式塔中主要為泡罩塔、浮閥塔、篩

34、板塔和舌型塔等。填料種類出拉西、環(huán)鮑爾環(huán)外，階梯環(huán)以及波紋填料、金屬絲網(wǎng)填料等規(guī)整填料也常采用。更加強(qiáng)了對篩板塔的研究，提出了斜空塔和浮動(dòng)噴射塔等新塔型。同時(shí)我國還進(jìn)口一些新型塔設(shè)備，這些設(shè)備的引進(jìn)也帶動(dòng)了我國自己的塔設(shè)備的科研、設(shè)計(jì)工作，加速了我國塔技術(shù)的開發(fā)。</p><p>　　國外關(guān)于塔的研究如今已經(jīng)放慢了腳步，是因?yàn)橐呀?jīng)研究出了塔盤的效率并不取決與塔盤的結(jié)構(gòu)，而是主要取決與物系的性質(zhì)，如：揮發(fā)度、黏度、

35、混合物的組分等。國外已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究“在提高處理能力和簡化結(jié)構(gòu)的前提下，保持適當(dāng)?shù)牟僮鲝椥院蛪毫?，并盡量提高塔盤的效率?！痹谛滦吞盍戏矫鎰t在努力的研究發(fā)展有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。</p><p>　　經(jīng)過我國這些年的努力，在塔研究方面與國外先進(jìn)技術(shù)的差距正在不斷的減小</p><p>　　目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴(yán)格計(jì)算法對于連續(xù)精餾塔

36、是最常采用的，我們此次所做的計(jì)算也采用嚴(yán)格計(jì)算法。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)條件</b></p><p><b>　　原料：甲醇、水</b></p><p><b>　　原料溫度：泡點(diǎn)進(jìn)料</b></p><p><b>　　處理量：1萬噸/年<

37、/b></p><p>　　原料組成：甲醇的質(zhì)量分率=0.50（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p>　　產(chǎn)品要求：塔頂甲醇的質(zhì)量分率=0.96（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），塔底甲醇質(zhì)量分率=0.02（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p>　　生產(chǎn)時(shí)間：300天/年</p><p>　　冷卻水進(jìn)口溫度：25℃</p><p>　　加熱劑：0.9MP

38、飽和水蒸汽</p><p>　　單板壓降：小于或等于0.7kpa</p><p>　　生產(chǎn)方式：連續(xù)操作，泡點(diǎn)回流</p><p>　　全塔效率：Et=50%</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.撰寫課程設(shè)計(jì)說明書一份</p><p&g

39、t;　　2.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一張</p><p>　　3.塔裝備的總裝圖一張</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p>　　2.帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的確定 </p><p>　　3.操作條件的選擇（包括操作壓強(qiáng)、進(jìn)

40、料狀態(tài)、加熱劑、冷卻劑、回流比）</p><p><b>　　4.塔的工藝計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）全塔物料衡算</b></p><p>　　（2）最佳回流比的確定</p><p>　?。?）理論板及實(shí)際板的確定</p><p><b>　　（

41、4）塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　（5）降液管及溢流堰尺寸的確定</p><p>　?。?）浮閥數(shù)及排列方式（篩板孔徑及排列方式）的確定</p><p>　?。?）塔板流動(dòng)性能的校核（液沫夾帶校核，塔板阻力校核，降液管液泛校核，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間校核，嚴(yán)重漏液校核）</p><p>　　（8）塔板負(fù)荷性能圖的繪制&l

42、t;/p><p>　　（9）塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</p><p>　　5.輔助設(shè)備工藝計(jì)算</p><p>　?。?）換熱器的面積計(jì)算及選型</p><p>　　（2）各種接管管徑的計(jì)算及選型</p><p>　?。?）泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型</p><p>　　6.塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（包括塔盤、裙座、進(jìn)

43、出口料管）</p><p><b>　　二計(jì)算過程</b></p><p><b>　　1. 塔型選擇</b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)算，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥塔。</p>

44、<p>　　2. 操作條件的確定</p><p><b>　　2.1 操作壓力</b></p><p><b>　　壓力為（Pa）</b></p><p><b>　　2.2 進(jìn)料狀態(tài)</b></p><p>　　雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)

45、、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，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料（q=1）。</p><p><b>　　2.3 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)；由于乙醇~水體系

46、中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這時(shí)只需在塔底安裝一個(gè)鼓泡管，于是可省去一個(gè)再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進(jìn)行加熱，無論是設(shè)備費(fèi)用還是操作費(fèi)用都可以降低。</p><p><b>　　2.4 熱能利用</b></p><p>　　精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)入再沸器的能量只有5%左右可以

47、被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜?dú)堃簩υ弦哼M(jìn)行加熱。</p><p>　　3. 物料的工藝計(jì)算</p><p>　　由于精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。</p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p

48、><p>　　甲醇的摩爾質(zhì)量為：32 kg/kmol</p><p>　　水的摩爾質(zhì)量為： 18kg/kmol</p><p>　　以年工作日為300天，每天開車24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：</p><p><b>　　進(jìn)料液的平均摩爾數(shù)</b></p><p><b>　　根據(jù)公式</b

49、></p><p><b>　　可求出</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　求得</b></p><p>　　表1 原料液、餾出液與釜?dú)堃旱牧髁?lt;/p><p><b>　　3.1相對揮發(fā)度</b>

50、</p><p>　　可根據(jù)平衡線圖（圖1）查得塔頂、塔底溫度</p><p>　　1—汽相 2—液相</p><p>　　圖1 甲醇-水溶液的t-y-x圖</p><p><b>　　或用計(jì)算法求得：</b></p><p><b>　　安托因方程: </b></p

51、><p><b>　?、龠M(jìn)料處：，</b></p><p>　　查圖1得：t = 77℃,利用安托因方程，</p><p><b>　　計(jì)算得出，</b></p><p><b>　　求得=3.87</b></p><p><b>　?、谒敚?l

52、t;/b></p><p>　　查圖得t=64.5℃, 同理求得，</p><p><b>　　此時(shí)的相對揮發(fā)度</b></p><p><b>　?、鬯祝?lt;/b></p><p>　　查圖得：t=98℃, 同理求得，</p><p><b>　　此時(shí)的相對

53、揮發(fā)度</b></p><p><b>　　全塔的相對揮發(fā)度</b></p><p>　　3.2回流比R的確定</p><p>　　由于是泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1），</p><p><b>　　相平衡方程 =</b></p><p>　　當(dāng),求出夾緊點(diǎn)，，因此：<

54、/p><p><b>　　操作回流比</b></p><p>　　最少理論板數(shù)的確定：利用芬斯克方程</p><p>　　由于設(shè)備的綜合費(fèi)用與N(R+1)有直接的關(guān)系，因此繪制N(R+1)~R圖就可以求當(dāng)R值時(shí)N(R+1)最小的為實(shí)際R</p><p>　　令，由不同β得到R值</p><p>　　利

55、用吉利蘭圖~求出N值，進(jìn)而能得到N(R+1)</p><p><b>　　圖2 吉利蘭圖</b></p><p>　　有吉利蘭圖關(guān)聯(lián)圖中的曲線近似值，表達(dá)式有</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　當(dāng)β=1.1時(shí)，R=β=1.1x0.78=0.858</p>&

56、lt;p>　　代入①式得N=15.8</p><p>　　總成本費(fèi)用：=15.8x(0.858+1)=29.356</p><p>　　當(dāng)β=1.2時(shí)，R=β=1.2x0.78=0.936</p><p>　　代入①式得N=13.6</p><p>　　總成本費(fèi)用：=13.6x(0.936+1)=26.33</p><

57、;p>　　當(dāng)β=1.3時(shí)，R=β=1.3x0.78=1.014</p><p>　　代入①式得N=12.4</p><p>　　總成本費(fèi)用：=12.4x(1.014+1)=24.974</p><p>　　同理可求得當(dāng)β取不同值時(shí)對應(yīng)的R、N以及的值，列表如下：</p><p><b>　　表2 回流比計(jì)算表</b>

58、;</p><p>　　選取總成本最小時(shí)的R值。</p><p>　　由上表可知當(dāng)=1.9時(shí)總成本最小，最小為22.834。</p><p>　　此時(shí)最適回流比為：R=1.56</p><p><b>　　3.3 物料平衡</b></p><p><b>　?、倬s段操作方程：</

59、b></p><p>　　精餾段液體的摩爾流量：</p><p><b>　　氣體的摩爾流量：</b></p><p><b>　?、谔狃s段操作方程：</b></p><p><b>　　液體的摩爾流量：</b></p><p><b>

60、　　氣體的摩爾流量：</b></p><p><b>　　q線方程：</b></p><p>　　3.4 理論塔板層數(shù)的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><

61、;p><b>　　線方程：</b></p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p>　　利用逐板法計(jì)算理論塔板層數(shù)：</p><p><b>　　(進(jìn)料板)</b></p><p>　　從上計(jì)算中可以得出理論塔板層數(shù)塊（含塔釜）</p>&

62、lt;p>　　其中，第4塊為進(jìn)料板。</p><p><b>　　由條件知全塔效率</b></p><p>　　則可計(jì)算出實(shí)際塔板層數(shù)（含塔釜）</p><p>　　4. 基本物性數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p><b>　　4.1 精餾段</b></p><p>　　整理精餾

63、段的已知數(shù)據(jù)列于表3(見下頁)，由表中數(shù)據(jù)可知：</p><p>　　表3 精餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、僖合嗥骄栙|(zhì)量：</p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　精餾段的液相負(fù)荷</b></p><p><b>

64、;　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　精餾段的汽相負(fù)荷</b></p><p>　　精餾段的負(fù)荷列于表4。</p><p>　　表4 精餾段的汽液相負(fù)荷</p><p><b>

65、;　　4.2 提餾段</b></p><p>　　整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5，采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表6。</p><p>　　表5 提餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　?、僖合嗥骄栙|(zhì)量：</p><p><b>　　液相平均密度：</b></p><

66、;p><b>　　提餾段的液相負(fù)荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　提餾段的汽相負(fù)荷</b></p><p>　　表6 提餾段的汽液相負(fù)

67、荷</p><p><b>　　4.3 全塔的流量</b></p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可以知道：</p><p>　　汽塔的平均蒸汽流量：</p><p>　　汽塔的平均液相流量：</p><p>　　汽塔的汽相平

68、均密度：</p><p>　　汽塔的液相平均密度：</p><p><b>　　5. 塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　塔徑可以由下面的公式給出：</p><p>　　由于適宜的空塔氣速，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速。</p><p><b>　　初步設(shè)定板間距 </b>

69、;</p><p>　　板上清夜層高度取 =0.06m</p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p><b>　　圖3 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力：</p><p><b>　　全塔的平

70、均溫度：</b></p><p>　　在此溫度下,查《化工原理》書379頁液體表面張力共線圖并計(jì)算出液體表面張力</p><p>　　史密斯關(guān)聯(lián)圖是按液體表面張力的物系繪制的，若所處物系的表面張力為其他值，則需按式校正查出的負(fù)荷系數(shù)，即：</p><p><b>　　取安全系數(shù)為0.7</b></p><p>

71、;<b>　　則取適宜的空塔氣速</b></p><p><b>　　塔徑的確定：</b></p><p><b>　　氣相流量</b></p><p><b>　　塔徑</b></p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p

72、>　　6. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　　6.1 確定塔板的流型</p><p>　　塔徑小于800mm，采用單溢流弓形降液管。</p><p><b>　　6.2 塔板尺寸</b></p><p><b>　　選取，而0.714</b></p><p>&l

73、t;b>　　所以0.5m</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　然后根據(jù)上表弓形降液管的寬度與面積即可查出</p><p><b>　　，</b></p><p>

74、<b>　　從而計(jì)算出：</b></p><p><b>　　塔板總面積</b></p><p><b>　　弓形溢流管寬度</b></p><p><b>　　弓形降液管面積</b></p><p><b>　　驗(yàn)算：</b><

75、;/p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p>　　液體在提餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p><b>　　6.3 弓形降液管</b></p><p>　　6.3.1 堰上液流高度 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用平堰，則堰上液頭高應(yīng)在（6~60mm之間）。</p>

76、<p>　　對于平堰，則堰上液頭高可用佛蘭西斯公式計(jì)算：</p><p>　　對于式中液流收縮系數(shù)E可用下表差得</p><p>　　圖5 溢流堰的液流收縮系數(shù)</p><p><b>　　則計(jì)算</b></p><p><b>　　6.3.2 堰高 </b></p>&

77、lt;p>　　采用平直堰，一般應(yīng)使塔板上得清夜層高度50~100mm，而清夜層高度，因此有：</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　6.3.3 溢流管底與塔盤間距離h0 </p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　取=30mm&

78、lt;/b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理</p><p>　　選用凹形受夜盤，深度=5mm</p><p>　　6.4 浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm。</p><p>　　6.4.1 浮閥數(shù)目</p><p>　　閥孔數(shù)

79、n取決于操作時(shí)的閥孔氣速，而由閥孔動(dòng)能因數(shù)決定。</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過閥孔時(shí)的速度</p><p>　　一般8~11，對于不同工藝條件，也可以適當(dāng)調(diào)整。</p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，那么，因此</p><p><b>　　個(gè) 取n

80、=35</b></p><p><b>　　6.4.2 排列</b></p><p>　　閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。</p><p>　　按等腰三角形排列：取三角形底邊固定為75mm </p><p><b>　　開孔鼓泡區(qū)面積：</b></p><

81、;p><b>　　則計(jì)算可得到</b></p><p>　　則t==0.18/(350.075)=68.6mm 取t=65mm，畫圖知通道板上可排閥孔 35個(gè)。 </p><p><b>　　6.4.3 校核</b></p><p>　　氣體通過閥孔時(shí)的實(shí)際速度：<

82、/p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因數(shù)：(在9~11之間)</p><p><b>　　開孔率：</b></p><p>　　開孔率在10%~14%之間，滿足要求。</p><p><b>　　7. 塔高的計(jì)算</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計(jì)算：</p>

83、<p>　　已知實(shí)際塔板數(shù)為塊，板間距由于料液較清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為： </p><p><b>　　個(gè)</b></p><p>　　取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p><b>　　8. 流體力學(xué)驗(yàn)算<

84、;/b></p><p>　　8.1 氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)</p><p>　　氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)</p><p><b>　　8.2干板阻力</b></p><p>　　浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時(shí)的臨界速度為：</p><p><b>　　因?yàn)?/p>

85、</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　8.3 板上充氣液層阻力</p><p>　　取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：</p><p>　　8.4 由表面張力引起的阻力</p><p>　　由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以

86、：</p><p><b>　　<0.7kpa</b></p><p><b>　　8.5漏液驗(yàn)算</b></p><p>　　動(dòng)能因數(shù)，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷為：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　所以&

87、lt;/b></p><p>　　可見不會產(chǎn)生過量漏液。</p><p><b>　　8.6 液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　　（可忽略）</b>&l

88、t;/p><p>　　為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：</p><p>　　可見，，即不會產(chǎn)生液泛。</p><p>　　8.7 霧沫夾帶驗(yàn)算</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p><b>　　由，查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)</b></p><

89、p>　　無泡沫正常系統(tǒng) K=1,所以，</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　取兩值中較大值 57.9%<65%</p><p>　　可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)</p><p>　　9.

90、 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　9.1 霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點(diǎn)率為80%代入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾帶上限方程為：</p><p><b>　　9.2 液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程為</b>&l

91、t;/p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　代入上式化簡后可得：</p><p>　　9.3 液體負(fù)荷上限線</p><p><b>　　取，那么</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)的V值，列表如下：</p><

92、;p><b>　　9.4 漏液線</b></p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，以限定氣體的最小負(fù)荷：</p><p>　　9.5 液相負(fù)荷下限線</p><p><b>　　取代入的計(jì)算式：</b></p><p><b>　　整理可得：</b></p><

93、;p>　　9.6 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)P(0.00047，0.472)在正常的操作范圍內(nèi)。連接OP作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負(fù)荷下限，即由漏液所控制。由圖可讀得：</p><p>　　所以，塔的操作彈性為</p>

94、;<p>　　10.有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總于表7</p><p>　　表7 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p>　　11. 各接管尺寸的確定</p><p><b>　　11.1 進(jìn)料管</b></p><p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p>

95、<p>　　進(jìn)料管內(nèi)適宜流速一般取1.5~2.5取適宜的輸送速度，故</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.2 釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b&g

96、t;</p><p>　　塔釜出料管內(nèi)適宜流速一般取0.5~1.0取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB 8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　11.3 回流液管</b></p><

97、;p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流適宜流速一般取0.2~0.5，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.4

98、塔頂上升蒸汽管</p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：</p><p>　　塔頂蒸汽的適宜流速為：常壓操作時(shí)取12~20，取適宜速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　11.

99、5 水蒸汽進(jìn)口管</p><p>　　通入塔的水蒸氣體積流量：</p><p>　　蒸汽的適宜流速為：常壓操作時(shí)取12~20，取適宜速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管GB8163-87)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　12.輔助

100、設(shè)備的計(jì)算及選型</p><p><b>　　12.1原料預(yù)熱器</b></p><p>　　原料加熱：采用壓強(qiáng)為0.9MPa的水蒸汽加熱，溫度為175℃。原料溫度從25℃升高到77℃。流體形式采用逆流加熱　　則</p><p><b>　　原料流量：</b></p><p>　　原料的比熱容：

101、 </p><p><b>　　進(jìn)料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</b></p><p><b>　　混合液的比熱容為：</b></p><p><b>　　原料吸熱量為：</b></p><p>　　選擇傳熱系數(shù)K=2800w/(m2·K)</p><p&g

102、t;　　則傳熱面積由下列公式計(jì)算：</p><p>　　采用加熱管的直徑為：19×2mm</p><p>　　12.2冷凝器熱負(fù)荷</p><p>　　按泡點(diǎn)回流設(shè)計(jì)，即飽和蒸汽冷凝且飽和回流，采用25℃的水作為冷卻劑，逆流操作，則 Q=Wr1r1=VMVDr1</p><p>　　查液體的汽化潛熱圖，可知塔頂溫度77℃下，<

103、;/p><p>　　乙醇汽化潛熱：rA=1050KJ/kg</p><p>　　水的汽化潛熱：rB=2400KJ/kg</p><p>　　r1=∑rixi=1050×0.931×32+（1-0.9311）×2400×18=34262.4KJ/Kmol</p><p>　　故Q=55.85×342

104、62.4/3600=557.24KJ/s</p><p>　　又由于Q=KAΔtm</p><p><b>　　則</b></p><p>　　因?yàn)?K=2800J/s·(m2·K)</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　12.3再

105、沸器熱負(fù)荷</p><p>　　采用飽和水蒸氣間接加熱，逆流操作，則 Q=Wh2r2</p><p>　　查得塔釜溫度98℃下</p><p>　　乙醇汽化潛熱rA=1100KJ/kg</p><p>　　水的汽化潛熱：rB=2260KJ/kg</p><p>　　r2=∑rixi=1100×0.011

106、15;32+（1-0.011）×2260×18=40619.72KJ/Kmol</p><p>　　故Q=（L′-W）Mflr=58.55×40619.72/3600=660.63KJ/s</p><p>　　又由于Q=KAΔtm</p><p>　　因?yàn)镵=2800J/s·(m2·K)</p><

107、;p><b>　　所以</b></p><p><b>　　12.4泵的選擇</b></p><p>　　在進(jìn)料口加料時(shí)，本設(shè)計(jì)采用換熱器加熱原料</p><p>　　進(jìn)料口高度為：H=2.5+4.8+7×0.4</p><p><b>　　=10.5m</b>

108、</p><p><b>　　進(jìn)料流量：</b></p><p>　　考慮到氣蝕余量和阻力損失：</p><p>　　選取IS50-32-125 型泵。</p><p>　　流量為6.3 m3/h，揚(yáng)程為20m</p><p><b>　　12.5法蘭的選用</b></

109、p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：Pg6Dg40HG20593</p><p>　　回流管接管法蘭：Pg6Dg70HG20593</p><p>　　塔釜出料管法蘭：Pg6Dg55HG20593</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：

110、Pg6Dg230HG20593</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　將近兩周的化工原理課程設(shè)計(jì)讓我真正的懂得了什么是精餾塔,什么是精餾塔的工藝流程。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我們要完成的作業(yè)量包括草稿本（主要是各參數(shù)的計(jì)算和校核），一張工藝流程圖，一張裝配圖和完整的設(shè)計(jì)說明書。雖然天氣比較熱以及在計(jì)算過程中遇到了很多問題，但是在杜老師和同學(xué)的幫助下,經(jīng)

111、過我和小組成員—黃齊樂共同的努力：合理的安排時(shí)間和分工。最終，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)順利的完成了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們學(xué)會了怎樣將課堂上所學(xué)的有關(guān)塔各部分零散的理論計(jì)算（包括精餾段操作線方程﹑提留段操作線方程﹑q線方程以及相對揮發(fā)度﹑理論板等參數(shù)的計(jì)算）結(jié)合實(shí)際的工藝要求得以完整的運(yùn)用。而且在完成整個(gè)計(jì)算過程后，讓我們對各部分的相關(guān)參數(shù)有了更深入的認(rèn)識和理解，同時(shí)，讓我們懂得了如何更

112、好的利用電腦以及相關(guān)書籍查相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中，讓我們學(xué)會了設(shè)計(jì)精餾塔的大致步驟，即根據(jù)工藝要求選擇合適的塔型，計(jì)算塔的各部分參數(shù)，對部分參數(shù)進(jìn)行校核。這對我們機(jī)械類學(xué)生來說很有必要，因?yàn)樵谝院蟮墓ぷ髦袑⒂锌赡苡龅接嘘P(guān)設(shè)計(jì)的問題。而且還教會了我們在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)對計(jì)算能力的要求，因?yàn)樵O(shè)計(jì)寫草稿本的時(shí)候，有時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)或值選錯(cuò)，會導(dǎo)致后面一大片數(shù)據(jù)可能都不滿足要求，所有的數(shù)據(jù)又不得不重新選擇，計(jì)

113、算過程也要重新進(jìn)行。所以，在設(shè)計(jì)中嚴(yán)謹(jǐn)與一絲不茍是最基本的要求。工藝流程圖與裝配圖的繪制也使我們再一次練習(xí)和提高了用CAD繪圖的能力，這也是機(jī)械類學(xué)生必須掌握的技能。</p><p>　　總之，通過化工原理課程設(shè)計(jì)，我們受益匪淺，不僅將課堂上學(xué)習(xí)過的理論知識加以綜合運(yùn)用，而且進(jìn)一步提高了對理論知識的理解，還提高了我們對計(jì)算機(jī)的使用技能，提前為我們進(jìn)入工作崗位做了準(zhǔn)備。</p><p>　　

114、在此，向老師和給予幫助的同學(xué)表示深深的感謝！</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　華東理工大學(xué)化工原理教研室編. 化工過程設(shè)備及設(shè)計(jì). 廣州：華南理工大學(xué)出版社. 1996.02</p><p>　　天津大學(xué)化工原理教研室編. 化工原理(下). 天津：天津大學(xué)出版社. 1999.04</p><