化工原理課程設(shè)計(jì)——板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理 </b></p><p>　　一、 設(shè)計(jì)題目 板式精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)：乙醇-水二元混合液連續(xù)操作常壓篩板精餾塔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　三、工藝條件</b></p><p>　　生產(chǎn)負(fù)荷（按每年7200小時(shí)計(jì)算）：6、7

2、、8、9、10、11、12萬噸/年</p><p><b>　　進(jìn)料熱狀況：自選</b></p><p><b>　　回流比：自選</b></p><p><b>　　加熱蒸汽：低壓蒸汽</b></p><p>　　單板壓降：≤0.7Kpa</p><p&g

3、t;<b>　　工藝參數(shù)</b></p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.確定精餾裝置流程，繪出流程示意圖。</p><p><b>　　2.工藝參數(shù)的確定</b></p><p>　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論塔

4、板數(shù)，塔板效率，實(shí)際塔板數(shù)等。</p><p>　　3.主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置等。</p><p><b>　　4.流體力學(xué)計(jì)算</b></p><p>　　流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù)荷性能圖及操作彈性。</p><p>　　5.主要附屬設(shè)備設(shè)

5、計(jì)計(jì)算及選型</p><p>　　塔頂全凝器設(shè)計(jì)計(jì)算：熱負(fù)荷，載熱體用量，選型及流體力學(xué)計(jì)算。</p><p>　　料液泵設(shè)計(jì)計(jì)算：流程計(jì)算及選型。</p><p><b>　　管徑計(jì)算。</b></p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯</b></p><p><

6、b>　　六、主要符號(hào)說明</b></p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　八、圖紙要求</b></p><p>　　1、工藝流程圖一張(A2 圖紙)</p><p>　　2、主要設(shè)備工藝條件圖（A2圖紙）</p><p>

7、;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言3</b></p><p><b>　　1概述4</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　1.2 塔設(shè)備簡(jiǎn)介4</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)說

8、明書6</b></p><p>　　2.1 流程簡(jiǎn)介6</p><p>　　2.2 工藝參數(shù)選擇7</p><p><b>　　3 工藝計(jì)算8</b></p><p><b>　　3.1物料衡算8</b></p><p>　　3.2理論塔板數(shù)的計(jì)算8

9、</p><p>　　3.2.1 查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)8</p><p><b>　　如表3-18</b></p><p>　　3.2.2 q線方程9</p><p>　　3.2.3 平衡線9</p><p>　　3.2.4 回流比10</p><p>　　

10、3.2.5 操作線方程10</p><p>　　3.2.6 理論板數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　3.3 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　3.3.1全塔效率ET11</p><p>　　3.3.2 實(shí)際板數(shù)NE12</p><p>　　4塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算13</p><p>

11、;　　4.1混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算13</p><p>　　4.1.1平均分子量的計(jì)算13</p><p>　　4.1.2 平均密度的計(jì)算14</p><p>　　4.2塔高的計(jì)算15</p><p>　　4.3塔徑的計(jì)算15</p><p>　　4.3.1 初步計(jì)算塔徑16</p>&

12、lt;p>　　4.3.2 塔徑的圓整17</p><p>　　4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定17</p><p>　　4.4.1溢流裝置的設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.4.2塔盤布置（如圖4-4）17</p><p>　　4.4.3 篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率18</p><p>　　4.4.4 篩口氣速和

13、篩孔數(shù)的計(jì)算19</p><p>　　5 精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算20</p><p>　　5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算20</p><p>　　5.1.1液沫夾帶校核20</p><p>　　5.2.2塔板阻力校核21</p><p>　　5.2.3溢流液泛條件的校核23<

14、/p><p>　　5.2.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核23</p><p>　　5.2.5 漏液限校核23</p><p>　　5.2 分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖24</p><p>　　5.3 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總26</p><p>　　6 塔的總體結(jié)構(gòu)28</p><p>　　7

15、 輔助設(shè)備的選擇29</p><p>　　7.1塔頂冷凝器的選擇29</p><p>　　7.2塔底再沸器的選擇29</p><p>　　7.3管道設(shè)計(jì)與選擇31</p><p>　　7.4 泵的選型32</p><p>　　7.5 輔助設(shè)備總匯................................

16、................................................................................32</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾是分離

17、液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。</p><p>　　乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是很重要的一種

18、原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。</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?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)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。化工廠中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有

19、若干層塔板或充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)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(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。</p><p><b>　　1概述</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></

20、p><p>　　蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。進(jìn)行此次課程設(shè)計(jì)的目的是為了培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),來解決實(shí)際化工問題的能力,做到能獨(dú)立進(jìn)行化工初步設(shè)計(jì)；掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法；學(xué)會(huì)查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)；用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果；用CAD制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，為以后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的

21、基礎(chǔ)。</p><p><b>　　1.2 塔設(shè)備簡(jiǎn)介</b></p><p>　　塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一,他可以使氣(或汽)或液液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對(duì)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)等各方面都有重大影響。</p>&l

22、t;p>　　塔設(shè)備中常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等。</p><p>　　最常見的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求：1、生產(chǎn)能力大；2、操作穩(wěn)定，彈性大；3、流體流動(dòng)阻力

23、小；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量少，制造和安裝容易；5、耐腐蝕和不易阻塞，操作方便，調(diào)節(jié)和檢修容易。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏液。</p><p>　　篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，近年

24、來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。</p><p>　　它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的60左右，為浮閥塔的80%左右；在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%～40%；塔板效率較高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮閥塔；氣體壓力降較小

25、，每板降比泡罩塔約低30%左右。缺點(diǎn)是：小孔篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；操作彈性較?。s2～3）。</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　2.1 流程簡(jiǎn)介</b></p><p>　　圖1-1 精餾過程流程圖</p><p>　　2

26、.2 工藝參數(shù)選擇</p><p>　　(1) 處理能力：5000T/y ,年開工7200小時(shí)</p><p>　　(2) 進(jìn)料濃度：Xf=0.15（mol%）</p><p>　　(3) 進(jìn)料溫度：tf=18 ℃ </p><p>　　(4) 塔頂冷凝水采用12℃深井水, 塔釜間接蒸汽加熱</p><p>　　(5)

27、 壓力： 常壓操作 單板壓降≤0.7 kPa</p><p>　　(6) 要求： xd=86 mol % xw= 1mol %</p><p><b>　　3 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1物料衡算</b></p><p>　　進(jìn)料濃度為XF=0.15（

28、mol%），</p><p>　　則MF=46*0.15+18*0.85=22.2Kg/Kmol</p><p>　　F=5000T/y=5000000/(MF*7200)=31.28Kmol/h</p><p><b>　　由 F=D+W</b></p><p>　　FXF=DXD+WXW</p>&

29、lt;p>　　得：D=5.152 Kmol/h</p><p>　　W=26.128 Kmol/h </p><p>　　3.2理論塔板數(shù)的計(jì)算</p><p>　　3.2.1 查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>　　如表3-1 </b></p><p>　　表3-1

30、 乙醇-水汽液平衡組成</p><p>　　3.2.2 q線方程</p><p><b>　　18℃進(jìn)料：</b></p><p>　　查物性數(shù)據(jù)：易揮發(fā)組分比熱c1＝ 2.453 kJ/kgK</p><p>　　難揮發(fā)組分比熱c2＝ 4.184 kJ/kgK</p><p>　　易揮發(fā)

31、組分汽化潛熱r1＝ 902 kJ/kgK</p><p>　　難揮發(fā)組分汽化潛熱r2＝ 2458 kJ/kgK</p><p>　　進(jìn)料溫度t1＝ 18 ℃，進(jìn)料組成對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度t2＝ 83 ℃</p><p>　　則平均r =zf r1*M輕組分+(1- zf) r2*M重組分</p><p>　　=0.15*902*46+0.8

32、5*2458*18=43831.2 KJ/Kmol </p><p>　　平均cp= zf c1*M輕組分+(1- zf) c2*M重組分</p><p>　　=0.15*2.453*46+85*4.184*18=80.941KJ/KmolK</p><p>　　得q=（cp*Δt+r）/r=[80.941*(83-18)+43831.2]/43831

33、.2=1.119</p><p>　　則q線方程：=9.396x-1.259</p><p><b>　　3.2.3 平衡線</b></p><p>　　根據(jù)表3.1作出平衡線圖，并畫出理論塔板數(shù)，如圖3-1和3-2。</p><p>　　圖3-1乙醇－水的氣液平衡x-y圖</p><p>　　圖

34、3-2乙醇－水的氣液平衡局部放大圖</p><p><b>　　3.2.4 回流比</b></p><p>　　由0.259=xD/(Rmin+1) </p><p>　　得最小回流比Rmin＝2.32 </p><p>　　又R=（1.1-1.8）Rmin</p><p><b>

35、;　　取回流比R=4</b></p><p>　　3.2.5 操作線方程 </p><p>　　精餾段操作線方程為: </p><p>　　=0.8xn+0.2xD</p><p>　　提餾段操作線方程為: </p><p>　　=1.887xm-0.00887</p><p>　

36、　3.2.6 理論板數(shù)的計(jì)算</p><p>　　用作圖法（如圖3-1）,總塔板數(shù)=20+（0.0241-0.01）/(0.0241-0.0036)=20.69塊</p><p>　　第19塊板與q線相交，為進(jìn)料板。</p><p>　　精餾段理論板數(shù)= 18 ，第 19 塊為進(jìn)料板</p><p>　　提餾段= 2.69 </p&g

37、t;<p>　　總理論板數(shù)NT= 20.69 </p><p>　　3.3 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算</p><p>　　3.3.1全塔效率ET</p><p>　　塔頂xD=0.86查表得平衡溫度t=78.21℃</p><p>　　塔底xW=0.01查表得平衡溫度t=97.63℃</p><p><b&

38、gt;　　平均粘度的計(jì)算： </b></p><p>　　塔頂塔底平均溫度t=87.92℃，查得乙醇粘度μ1=0.39mPa/s,</p><p>　　圖3-2 O’connel關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　水的粘度μ2=0.3242mPa/s；</p><p>　　則μav= μ1xF+ μ2（1－xF）=0.39*0.15+0.

39、3242*0.85=0.334</p><p>　　查得平均溫度下的平衡組分：x=0.0937，y=0.0433，</p><p>　　又： y=αx/[1+(α-1)x]</p><p>　　得：α=7.388 </p><p>　　由αμav=2.47，</p><p>　　查O’co

40、nnel關(guān)聯(lián)圖（圖3-2）</p><p>　　得全塔效率ET=38%</p><p>　　3.3.2 實(shí)際板數(shù)NE </p><p>　　NE=NT/ET=20.69/38%=54.4塊</p><p>　　表 3-1 塔內(nèi)氣液流率匯總</p><p><b>　　4塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算</b&g

41、t;</p><p>　　板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。</p><p>　　板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算精餾段、提餾段平均條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。</

42、p><p>　　4.1混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　4.1.1平均分子量的計(jì)算</p><p>　　塔頂?shù)钠骄肿恿?（x1為與y1=XD平衡 的液相組成）</p><p>　　MVDM= XD×M輕組分+（1－XD）×M重組分</p><p>　　MLDM= x1×M

43、輕組分+（1－x1）×M重組分</p><p>　?。?）進(jìn)料板的平均分子量 </p><p>　　進(jìn)料板對(duì)應(yīng)的組成Xn 和yn </p><p>　　MVFM= yn×M輕組分+（1－yn）×M重組分</p><p>　　MLFM= Xn×M輕組分+（1－Xn）×M重組分</p>

44、;<p>　?。?）塔底的平均分子量（yw為與xw平衡的氣相組成）</p><p>　　MVWM= yw×M輕組分+（1－yw）×M重組分</p><p>　　MLWM= xw×M輕組分+（1－xw）×M重組分</p><p>　　（4）精餾段、提餾段的平均分子量</p><p><

45、b>　　精餾段平均分子量 </b></p><p><b>　　提餾段平均分子量 </b></p><p>　　4.1.2 平均密度的計(jì)算</p><p><b>　?。?）液相平均密度</b></p><p>　　查物性數(shù)據(jù)： 易揮發(fā)組分密度ρ1＝ 790 Kg/m3</p

46、><p>　　難揮發(fā)組分密度ρ2＝ 998.595 Kg/ m3</p><p>　　塔頂易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a1＝94.11% </p><p>　　進(jìn)料易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a2＝24.598% </p><p>　　塔底易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a3＝2.516% </p><p>　　塔頂液相密度：ρLD＝1/

47、[a1/ρ1+(1-a1) /ρ2]= 800.008Kg/ m3</p><p>　　進(jìn)料液相密度：ρLF＝1/[a2/ρ1+(1-a2) /ρ2]= 937.69Kg/ m3</p><p>　　塔底液相密度：ρLW＝1/[a3/ρ1+(1-a3) /ρ2]= 922.005Kg/ m3</p><p>　　精餾段的平均液相密度：ρLM＝(ρLD+ρLF)/2=

48、868.849Kg/ m3</p><p>　　提餾段的平均液相密度：ρ’LM＝(ρLF+ρLW)/2=964.85Kg/ m3 </p><p><b>　?。?）汽相平均密度</b></p><p>　　根據(jù)塔頂組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 塔頂溫度TD=78.21℃</p><p>　　根據(jù)進(jìn)料板組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 進(jìn)料板溫

49、度TF＝85.85℃</p><p>　　根據(jù)塔底組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 塔底溫度TW＝97.63℃</p><p>　　精餾段：TM=（TF+TD）/2=82.03℃</p><p>　　ρVM＝PMV/RTM=1.456Kg/ m3</p><p>　　提餾段：T’M=（TF+TW）/2=91.74℃</p><p>

50、　　ρ’VM＝PM’V/RT’M=1.16K4g/ m3</p><p>　　表 4-1 塔內(nèi)氣液流率匯總</p><p><b>　　4.2塔高的計(jì)算</b></p><p>　　①板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 Z——塔的有效高度，m；</p><

51、p>　　ET——全塔總板效率；</p><p>　　NT ——塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；</p><p>　　HT——塔板間距，m。</p><p><b>　　HT的初選</b></p><p>　　選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。</p><p>　

52、　表4-2 塔板間距與塔徑的關(guān)系</p><p>　　化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。</p><p>　　此設(shè)計(jì)中我取HT=300mm</p><p><b>　　4.3塔徑的計(jì)算</b></p><p&g

53、t;　　計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。本次數(shù)據(jù)采用第一種方法。</p><p>　　4.3.1 初步計(jì)算塔徑</p><p><b>　　精餾段：</b>&

54、lt;/p><p>　　圖中V ,L——分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； ρV，ρL ——分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3</p><p>　　圖 4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　由：，查圖4-1得，C20=0.06</p><p>　　又有精餾段平均溫度TM=82.03,查得乙醇和水的表面張力分別為：</p&g

55、t;<p>　　σ1=0.0168N/m，σ2=0.06257N/m，從而算出混合液體的表面張力σ=0.04N/m。</p><p>　　→=0.069→=1.8266m/s，又</p><p>　　取u=1.2m/s，則=0.470m</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　與精

56、餾段同樣的方法算得塔的直徑為0.4165m</p><p>　　4.3.2 塔徑的圓整</p><p>　　綜合精餾段與提留段，圓整后的塔徑取500mm</p><p>　　4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定</p><p>　　4.4.1溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　溢流裝置包括降液管、溢流堰、授液盤等幾個(gè)部分，是液體的

57、通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)塔的性能有著重要影響。</p><p>　　A 降液管截面積 Af</p><p>　　B溢流堰包括堰高h(yuǎn)w、堰長(zhǎng)lw及how</p><p>　　C 受液盤和底隙h0</p><p>　　圖4-2溢流裝置 圖4-3 塔盤布置</p><p>　　

58、4.4.2塔盤布置（如圖4-4）</p><p>　　A 受液區(qū)或降液區(qū)Af=0.01396m2</p><p>　　B 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)Ws＝50 mmC 邊緣區(qū)Wc=30 mm</p><p>　　D 有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為Aa</p><p>　　結(jié)合我的設(shè)計(jì)任務(wù)，由于流量較小，我選用U型塔板，

59、如圖4-4：</p><p><b>　　圖4-4 U形流型</b></p><p>　　參數(shù)選擇，?。篽b=30mm,hw=50mm,lw=200mm.</p><p>　　在CAD軟件中求得：AT=0.19625m2,AF=0.01396m2，Aa=0.1185m2</p><p>　　則AF/AT=0.07,在（0

60、.06,0.12）的范圍內(nèi)。</p><p>　　=6.84mm>6mm,,符合要求。</p><p>　　4.4.3 篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率</p><p>　　取孔徑d0=6mm,開孔率取0.1，帶入上述公式，得出孔距t=18mm，</p><p>　　t/d0=3,在（2.5,5）范圍內(nèi)，符合基本要求。 </p>

61、<p>　　4.4.4 篩口氣速和篩孔數(shù)的計(jì)算 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　精餾段和提餾段的篩口氣速和篩孔數(shù)分別用上述公式計(jì)算，</p><p>　　得出：精餾段 u0=17.6m/s,n=419.2個(gè)</p><p>　　提餾段 u0=20.7m/s,n=419.2個(gè) &

62、lt;/p><p>　　所以篩孔數(shù)取420個(gè)。</p><p>　　5 精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算</p><p>　　5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　5.1.1液沫夾帶校核</p><p><b>　　，查圖5-1，</b></p><p

63、>　　圖5-1 液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　由，得ψ=0.11</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入上述公式，得出精餾段ev=0.0734kg液/kg≤0.1kg液/kg</p><p>　　同樣的方法，可得出精餾段ev=0.0909kg液/kg≤0.1kg液/kg &l

64、t;/p><p>　　則液沫夾帶校核通過。</p><p>　　5.2.2塔板阻力校核</p><p>　　精餾段的踏板阻力校核：</p><p><b>　?、?干板阻力 </b></p><p>　　由d0=6mm,查圖5-2</p><p>　　圖5-2 塔板孔流系數(shù)

65、</p><p>　　得，孔流系數(shù)C0=0.65</p><p>　　帶入公式，得h0=0.0473</p><p><b>　　⑵ 液層阻力</b></p><p>　　A'a=(1-2Ad/AT)=0.16833m2</p><p>　　Fa=Vs/A'a(ρV)2=1.495

66、</p><p>　　根據(jù)Fa，查圖5-3</p><p>　　圖5-3 充氣系數(shù)圖</p><p><b>　　得，β=0.59，</b></p><p>　　則 hL=β(hW+hOW)=0.59*(0.05+0.00684)=0.03354</p><p>　?、?液體表面張力所造成阻力非

67、常之小，此項(xiàng)可以忽略不計(jì)。</p><p>　　故氣體流經(jīng)一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：</p><p>　　=0.0473+0.03354=0.08084</p><p>　　=0.08084*868.849*9.8=0.688Kp(<0.7K,符合設(shè)計(jì)要求)</p><p>　　題餾段的踏板阻力校核方法同上，</p>

68、;<p>　　最后得出=0.0645Kp(<0.7K,符合設(shè)計(jì)要求</p><p>　　綜上所述，塔板阻力校核通過。</p><p>　　5.2.3溢流液泛條件的校核</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　液面落差Δ一般較小，可不計(jì)。</p><p>

69、;　　液體通過降液管阻力 hd，包括底隙阻力 hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。</p><p>　　hd=hd1+hd2=0.0153(LS/lWhb)2+0=0.000183m</p><p>　　Hd=hW+hOW+Δ+(P1-P2)/Lg+hd=0.139m</p><p>　　對(duì)于一般物系，?值可取0.5，對(duì)于不易起泡物系，?值約為0.6～0.7，對(duì)于易起泡物系

70、，?可取值0.3～0.4。乙醇-水屬于不易起泡物系，?取0.5。</p><p>　　則Hd/?=0.278m<HT+hW</p><p>　　題餾段方法同上得，Hd/?=0.263m<HT+hW</p><p>　　綜上所述，溢流液泛條件的校核通過。</p><p>　　5.2.4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核</p>

71、;<p>　　精餾段t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.00020764=20.1s>5s</p><p>　　題餾段t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.00030700=13.6s>5s</p><p>　　則液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核通過。</p><p>　　5.2.5 漏液限校核</p>&l

72、t;p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　=0.0073m</b></p><p><b>　　=6.006m/s</b></p><p>　　k=u0/u'0=17.6/6=2.93>2</p><p>　　提餾段用同樣的方法得，k=

73、u0/u'0=20.7/7.0775=2.92>2</p><p>　　綜上所述，漏液限校核通過。</p><p>　　5.2 分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖</p><p>　　（1）負(fù)荷性能圖的其它幾條曲線的依據(jù)分別是: </p><p><b>　?、凫F沫夾帶線 </b></p><

74、;p><b>　　泛點(diǎn)率</b></p><p>　　據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線。按泛點(diǎn)率80%計(jì)算。</p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　整理得：0.1194=0.4097VS+5.984LS</p><p><b>　　提餾段</b>

75、;</p><p>　　整理得：0.1194=0.3476VS+5.984LS</p><p><b>　?、谝悍壕€ </b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p>　　確定液泛線，由于很小，故忽略式中的</p><p><b>　　精餾段：&l

76、t;/b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：2.4996*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1</p><p><b>　　提餾段:</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：1.8000*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1</p><p>　?、垡合?/p>

77、負(fù)荷上限線 全塔LS,max在降液管中停留時(shí)間5s時(shí)求出。 </p><p><b>　　④漏液線 </b></p><p>　?、菀合嘭?fù)荷下限線 以堰上液層高度how=0.006m計(jì)。</p><p>　　分別作出精餾段和提餾段的踏板負(fù)荷性能圖，如圖5-4,圖5-5</p><p>　　圖5-4 精餾段踏板負(fù)荷性能圖&

78、lt;/p><p>　　圖5-5 提餾段踏板負(fù)荷性能圖</p><p>　　由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：</p><p>　　在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。</p><p>　　按固定的液氣比，由圖查出塔

79、板的氣相負(fù)荷上限VSMAX=0.31(0.4)m3/s</p><p>　　氣相負(fù)荷下限VSMIN=0.125(0.15)m3/s</p><p>　　所以，精餾段操作彈性=0.31/0.125=2.48 。</p><p>　　提留段操作彈性=0.4/0.15=2.67。</p><p>　　5.3 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總</p>&

80、lt;p>　　表5-1 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總</p><p><b>　　6 塔的總體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　6.1 塔體總高度 </p><p>　　板式塔的塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： </p><p><b>　　上式中： </b&g

81、t;</p><p>　　HD——塔頂空間，0.5m；</p><p>　　HB——塔底空間，0.5m；</p><p>　　HT——塔板間距，0.3m；</p><p>　　HT’——開有手孔的塔板間距，0.4m； </p><p>　　HF——進(jìn)料段高度，0.6m； </p>

82、<p>　　Np——實(shí)際塔板數(shù),54；</p><p>　　S——人孔數(shù)目，6個(gè)。</p><p>　　總體高度為H=0.5+(54-2-6)*0.3+6*0.4+0.6+0.8=18.1m</p><p>　　6.2塔板結(jié)構(gòu) </p><p>　　塔板類型

83、按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300～900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。本設(shè)計(jì)中塔徑為500mm，所以采用整塊式塔板。</p><p><b>　　7 輔助設(shè)備的選擇</b></p><p>　　表7-1 換熱器結(jié)果列表</p><p>　　7.1塔頂冷凝器的選

84、擇</p><p>　　查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數(shù)K= 800 W/m2℃</p><p>　　塔頂溫度TD=78.21,查得：易揮發(fā)組分汽化潛熱r1=600kJ/kg；</p><p>　　難揮發(fā)組分汽化潛熱r2=2312.2kJ/kg</p><p>　　rD=r1×y1+r2×(1-y1)=600*0.86+

85、2312.2*0.14=839.7kJ/kg</p><p>　　Q=(R+1)DrD </p><p>　　得：Q=(4+1)*（5.152*42.08/3600）*839.7=252.84kJ/s</p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p>　　A==252.84*1000/(800*50.93)

86、=6.2m2</p><p>　　選型：則該換熱器的公稱面積為7m2，型號(hào)G273I—25—7。其參數(shù)如表7-2：</p><p>　　7.2塔底再沸器的選擇</p><p>　　查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數(shù)K‘= 3000 W/m2℃</p><p>　　塔底溫度TW=97.63，查得：</p><p>　　易

87、揮發(fā)組分比熱c1＝3.8kJ/kgK</p><p>　　難揮發(fā)組分比熱c2＝4.25 kJ/kgK</p><p>　　易揮發(fā)組分汽化潛熱r1=680kJ/kg</p><p>　　難揮發(fā)組分汽化潛熱r1=2264.5kJ/kg</p><p><b>　　平均 </b></p><p>　　

88、=4.25*0.99+3.8*0.01=4.2455kJ/kgK</p><p>　　rW=r1*XW+r2*(1-XW)=680*0.01+2264.5*0.99=2248.66kJ/kg</p><p>　　Q‘=V’*rW+ V’Δt =271.5KJ/s</p><p>　　換熱器面積A‘=271.5*1000/(3000*82.98)=1.1m2</

89、p><p>　　選型：則該換熱器的公稱面積為2m2，型號(hào)G159I—25—2。其參數(shù)如表7-2：</p><p>　　表7-2 換熱器參數(shù)</p><p>　　7.3管道設(shè)計(jì)與選擇</p><p><b>　　塔頂回流管</b></p><p>　　，得d=0.0115m ?。轰摴堙?6mm

90、15;2mm</p><p><b>　　塔頂蒸汽出口管</b></p><p>　　，得d=0.133m ?。轰摴堙?46mm×6mm</p><p><b>　　塔頂產(chǎn)品出口管</b></p><p>　　，得d=0.00575m?。轰摴堙?0mm×2mm</p&

91、gt;<p><b>　　進(jìn)料管</b></p><p>　　，得d=0.011m?。轰摴堙?6mm×2mm</p><p><b>　　塔釜出料管</b></p><p>　　，得d=0.014m取：鋼管ф22mm×3.5mm</p><p><b&

92、gt;　　塔釜回流管</b></p><p>　　，得d=0.125m取：鋼管ф146mm×6mm</p><p><b>　　塔釜產(chǎn)品出口管</b></p><p>　　，得d=0.089m取：鋼管ф102mm×6mm</p><p>　　蒸氣出口管中的允許氣速UV應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓

93、降，其值可參照表7-3</p><p>　　表7-3 蒸氣出口管中允許氣速參照表</p><p><b>　　7.4 泵的選型</b></p><p><b>　　1、進(jìn)料泵</b></p><p>　　流量F=5000000/(7200*937.69)=0.74m3/hr</p>

94、<p><b>　　揚(yáng)程H＝50m</b></p><p>　　選擇IS50-32-200型號(hào)的泵</p><p><b>　　2、回流泵</b></p><p>　　塔頂：流量F=0.7475m3/hr</p><p><b>　　揚(yáng)程H＝30 m</b></

95、p><p>　　選擇IS65-50-160型號(hào)的泵</p><p>　　塔底：流量F=1.1m3/hr</p><p><b>　　揚(yáng)程H＝30 m</b></p><p>　　選擇IS65-50-160型號(hào)的泵</p><p>　　7.5 輔助設(shè)備匯總</p><p>　　表