化工原理課程設計——板式精餾塔的設計

1、<p>　　一、 設計題目 板式精餾塔的設計</p><p>　　二、設計任務：乙醇-水二元混合液連續(xù)操作常壓篩板精餾塔的設計</p><p><b>　　三、工藝條件</b></p><p>　　生產負荷（按每年7200小時計算）：6、7、8、9、10、11、12萬噸/年</p><p><b>

2、　　進料熱狀況：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><b>　　工藝參數</b></p><p>

3、;<b>　　四、設計內容</b></p><p>　　1.確定精餾裝置流程，繪出流程示意圖。</p><p><b>　　2.工藝參數的確定</b></p><p>　　基礎數據的查取及估算，工藝過程的物料衡算及熱量衡算，理論塔板數，塔板效率，實際塔板數等。</p><p>　　3.主要設備的工藝

4、尺寸計算</p><p>　　板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置等。</p><p><b>　　4.流體力學計算</b></p><p>　　流體力學驗算，操作負荷性能圖及操作彈性。</p><p>　　5.主要附屬設備設計計算及選型</p><p>　　塔頂全凝器設計計算：熱負荷，載熱體用

5、量，選型及流體力學計算。</p><p>　　料液泵設計計算：流程計算及選型。</p><p><b>　　管徑計算。</b></p><p><b>　　五、設計結果總匯</b></p><p><b>　　六、主要符號說明</b></p><p>&

6、lt;b>　　七、參考文獻</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、主要設備工藝條件圖（A2圖紙）</p><p><b>　　目錄</b></p><p>&l

7、t;b>　　前言3</b></p><p><b>　　1概述4</b></p><p>　　1.1 設計目的4</p><p>　　1.2 塔設備簡介4</p><p><b>　　2設計說明書6</b></p><p>　　2.1 流程簡介6

8、</p><p>　　2.2 工藝參數選擇7</p><p><b>　　3 工藝計算8</b></p><p><b>　　3.1物料衡算8</b></p><p>　　3.2理論塔板數的計算8</p><p>　　3.2.1 查找各體系的汽液相平衡數據8<

9、;/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>　　3.2.5 操作線方程10</p><p>　　3.2.6 理論板

10、數的計算11</p><p>　　3.3 實際塔板數的計算11</p><p>　　3.3.1全塔效率ET11</p><p>　　3.3.2 實際板數NE12</p><p>　　4塔的結構計算13</p><p>　　4.1混合組分的平均物性參數的計算13</p><p>　　4

11、.1.1平均分子量的計算13</p><p>　　4.1.2 平均密度的計算14</p><p>　　4.2塔高的計算15</p><p>　　4.3塔徑的計算15</p><p>　　4.3.1 初步計算塔徑16</p><p>　　4.3.2 塔徑的圓整17</p><p>　　

12、4.4塔板結構參數的確定17</p><p>　　4.4.1溢流裝置的設計17</p><p>　　4.4.2塔盤布置（如圖4-4）17</p><p>　　4.4.3 篩孔數及排列并計算開孔率18</p><p>　　4.4.4 篩口氣速和篩孔數的計算19</p><p>　　5 精餾塔的流體力學性能驗算

13、20</p><p>　　5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學驗算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</p><p>　　5.2.4 液體在降液管內停留時間的校核23</

14、p><p>　　5.2.5 漏液限校核23</p><p>　　5.2 分別作精餾段、提留段負荷性能圖24</p><p>　　5.3 塔結構數據匯總26</p><p>　　6 塔的總體結構28</p><p>　　7 輔助設備的選擇29</p><p>　　7.1塔頂冷凝器的選擇2

15、9</p><p>　　7.2塔底再沸器的選擇29</p><p>　　7.3管道設計與選擇31</p><p>　　7.4 泵的選型32</p><p>　　7.5 輔助設備總匯...............................................................................

16、.................................32</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　化工生產中所處理的原料中間產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。生產中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質。精餾是分離液體混合物（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

17、應用。精餾過程在能量劑的驅動下（有時加質量劑），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移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉移，實現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時進行傳質、傳熱的過程。</p><p>　　乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應用，是很重要的一種原料。在很多方面，要求乙醇有不同的純度，有時要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因為

18、乙醇極具揮發(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，因為乙醇和水的揮發(fā)度相差不大。精餾是多數分離過程，即同時進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進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實現(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

19、塔頂引入下降液?？芍瑔斡芯s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，有時還要配原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現(xiàn)整個操作。</p><p><b>　　1概述</b></p><p><b>　　1.1 設計目的</b></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

20、組成化工生產過程的主要單元操作。精餾是典型的化工操作設備之一。進行此次課程設計的目的是為了培養(yǎng)綜合運用所學知識,來解決實際化工問題的能力,做到能獨立進行化工初步設計；掌握化工設計的基本程序和方法；學會查閱技術資料、選用公式和數據；用簡潔文字和圖表表達設計結果；用CAD制圖以及計算機輔助計算等能力方面得到一次基本訓練，為以后從事設計工作打下堅實的基礎。</p><p><b>　　1.2 塔設備簡介<

21、;/b></p><p>　　塔設備是化工、石油化工和煉油等生產中最重要的設備之一,他可以使氣(或汽)或液液兩相緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各方面都有重大影響。</p><p>　　塔設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

22、收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕和減濕等。</p><p>　　最常見的塔設備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質過程的塔設備，首先必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質效率。此外，為滿足工業(yè)生產的需要，塔設備還必須滿足以下要求：1、生產能力大；2、操作穩(wěn)定，彈性大；3、流體流動阻力?。?、結構簡單、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，調節(jié)和檢修容易

23、。</p><p>　　在本設計中我使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點是結構簡單造價低。合理的設計和適當的操作篩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控制漏液。</p><p>　　篩板塔是最早應用于工業(yè)生產的設備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實踐逐步改進了設計方法和結構，近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質設備。為減少對傳質的不利影響，可將塔板的液體進入區(qū)制成突起

24、的斜臺狀這樣可以降低進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)點是：結構簡單，易于加工，造價為泡罩塔的60左右，為浮閥塔的80%左右；在相同條件下，生產能力比泡罩塔大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，每板降比泡罩塔約低30%左右。缺點是：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

25、料液；操作彈性較?。s2～3）。</p><p><b>　　2設計說明書</b></p><p><b>　　2.1 流程簡介</b></p><p>　　圖1-1 精餾過程流程圖</p><p>　　2.2 工藝參數選擇</p><p>　　(1) 處理能力：5000T/

26、y ,年開工7200小時</p><p>　　(2) 進料濃度：Xf=0.15（mol%）</p><p>　　(3) 進料溫度：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) 壓力： 常壓操作 單板壓降≤0.7 kPa</p><p>

27、　　(6) 要求： xd=86 mol % xw= 1mol %</p><p><b>　　3 工藝計算</b></p><p><b>　　3.1物料衡算</b></p><p>　　進料濃度為XF=0.15（mol%），</p><p>　　則MF=46*0.15+18*0.8

28、5=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><p>　　得：D=5.152 Kmol/h</p><p>

29、;　　W=26.128 Kmol/h </p><p>　　3.2理論塔板數的計算</p><p>　　3.2.1 查找各體系的汽液相平衡數據</p><p><b>　　如表3-1 </b></p><p>　　表3-1 乙醇-水汽液平衡組成</p><p>　　3.2.2 q線方程<

30、;/p><p><b>　　18℃進料：</b></p><p>　　查物性數據：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)組分汽化潛熱r1＝ 902 kJ/kgK</p><p>　　難揮

31、發(fā)組分汽化潛熱r2＝ 2458 kJ/kgK</p><p>　　進料溫度t1＝ 18 ℃，進料組成對應的泡點溫度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+0.85*2458*18=43831.2 KJ/Kmol </p>&l

32、t;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]/43831.2=1.119</p><p>　　則q線方程：=9.396x-1.

33、259</p><p><b>　　3.2.3 平衡線</b></p><p>　　根據表3.1作出平衡線圖，并畫出理論塔板數，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3-2乙醇－水的氣液平衡局部放大圖</p><p><b>

34、　　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>　　取回流比R=4</b></p><p>　　3.2.

35、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>　　3.2.6 理論板數的計算</p><p>　　用作圖法（如圖3-

36、1）,總塔板數=20+（0.0241-0.01）/(0.0241-0.0036)=20.69塊</p><p>　　第19塊板與q線相交，為進料板。</p><p>　　精餾段理論板數= 18 ，第 19 塊為進料板</p><p>　　提餾段= 2.69 </p><p>　　總理論板數NT= 20.69 </p><p

37、>　　3.3 實際塔板數的計算</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>　　平均粘度的計算： </b></p><p>　　

38、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+0.3242*0.85=0.334</p><p>　　查得平均溫度下的平

39、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’connel關聯(lián)圖（圖3-2）</p><p>　　得全塔效率ET=38%

40、</p><p>　　3.3.2 實際板數NE </p><p>　　NE=NT/ET=20.69/38%=54.4塊</p><p>　　表 3-1 塔內氣液流率匯總</p><p><b>　　4塔的結構計算</b></p><p>　　板式塔主要尺寸的設計計算，包括塔高、塔徑的設

41、計計算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設計，塔板布置、氣體通道的設計等工藝計算。</p><p>　　板式塔為逐級接觸式的氣液傳質設備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。設計時，分別計算精餾段、提餾段平均條件下的參數作為設計依據，以此確定塔的尺寸，然后再作適當調整，但應盡量保持塔徑相同，以便于加工制造。</p><p>　　4.1混合組分的平均物性參數的計算</p>

42、<p>　　4.1.1平均分子量的計算</p><p>　　塔頂的平均分子量 （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輕組分+（1－x1）×M重組分</p><p>　?。?）進

43、料板的平均分子量 </p><p>　　進料板對應的組成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><p>　?。?）塔底的平均分子量（yw為與xw平衡的氣相組成）</p&

44、gt;<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>　?。?）精餾段、提餾段的平均分子量</p><p><b>　　精餾段平均分子量 </b></p><p>

45、<b>　　提餾段平均分子量 </b></p><p>　　4.1.2 平均密度的計算</p><p><b>　?。?）液相平均密度</b></p><p>　　查物性數據： 易揮發(fā)組分密度ρ1＝ 790 Kg/m3</p><p>　　難揮發(fā)組分密度ρ2＝ 998.595 Kg/ m3<

46、;/p><p>　　塔頂易揮發(fā)組分質量百分比a1＝94.11% </p><p>　　進料易揮發(fā)組分質量百分比a2＝24.598% </p><p>　　塔底易揮發(fā)組分質量百分比a3＝2.516% </p><p>　　塔頂液相密度：ρLD＝1/[a1/ρ1+(1-a1) /ρ2]= 800.008Kg/ m3</p>&l

47、t;p>　　進料液相密度：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=868.849Kg/ m3</p><p>　　提餾段的平均液相密度：

48、ρ’LM＝(ρLF+ρLW)/2=964.85Kg/ m3 </p><p><b>　?。?）汽相平均密度</b></p><p>　　根據塔頂組成查平衡數據計算 塔頂溫度TD=78.21℃</p><p>　　根據進料板組成查平衡數據計算 進料板溫度TF＝85.85℃</p><p>　　根據塔底組成查平衡數據計算

49、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>　　ρ’VM＝PM’V/RT’M=1.16K4g/ m3</p><p&g

50、t;　　表 4-1 塔內氣液流率匯總</p><p><b>　　4.2塔高的計算</b></p><p>　?、侔迨剿挠行Ц叨仁侵赴惭b塔板部分的高度，按下式計算：</p><p>　　式中 Z——塔的有效高度，m；</p><p>　　ET——全塔總板效率；</p><p>　　NT ——塔

51、內所需的理論板層數；</p><p>　　HT——塔板間距，m。</p><p><b>　　HT的初選</b></p><p>　　選取時應考慮塔高、塔徑、物系性質、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。</p><p>　　表4-2 塔板間距與塔徑的關系</p><p>　　化工生產中常用

52、板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。在決定板間距時還應考慮安裝、檢修的需要。</p><p>　　此設計中我取HT=300mm</p><p><b>　　4.3塔徑的計算</b></p><p>　　計算塔徑的方法有兩類：一類是根據適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔徑。另一類計算

53、方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數，再根據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。本次數據采用第一種方法。</p><p>　　4.3.1 初步計算塔徑</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　圖中V ,L——分別為塔內氣、液兩相體積流量，m3

54、/s； ρV，ρL ——分別為塔內氣、液相的密度，kg/m3</p><p>　　圖 4-1 史密斯關聯(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><p>　　σ1=0.0168N/m，σ2=0.06257N/m，從而算出混

55、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>　　與精餾段同樣的方法算得塔的直徑為0.4165m</p><p>　　4.3

56、.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塔板結構參數的確定</p><p>　　4.4.1溢流裝置的設計</p><p>　　溢流裝置包括降液管、溢流堰、授液盤等幾個部分，是液體的通道，其結構和尺寸對塔的性能有著重要影響。</p><p>　　A 降

57、液管截面積 Af</p><p>　　B溢流堰包括堰高hw、堰長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>　　4.4.2塔盤布置（如圖4-4）</p><p>　　A 受液區(qū)或降液

58、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 有效傳質區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質區(qū)，面積為Aa</p><p>　　結合我的設計任務，由于流量較小，我選用U型塔板，如圖4-4：</p><p><b>　　圖4-4 U形流型

59、</b></p><p>　　參數選擇，取：hb=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（0.06,0.12）的范圍內。</p><p>　　=6.84mm>

60、;6mm,,符合要求。</p><p>　　4.4.3 篩孔數及排列并計算開孔率</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，符合基本要求。 </p><p>　　4.4.4 篩口氣速和篩孔數的計算 </p><p&

61、gt;<b>　　，</b></p><p>　　精餾段和提餾段的篩口氣速和篩孔數分別用上述公式計算，</p><p>　　得出：精餾段 u0=17.6m/s,n=419.2個</p><p>　　提餾段 u0=20.7m/s,n=419.2個 </p><p>　　所以篩孔數取420個。</p>&l

62、t;p>　　5 精餾塔的流體力學性能驗算</p><p>　　5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學驗算</p><p>　　5.1.1液沫夾帶校核</p><p><b>　　，查圖5-1，</b></p><p>　　圖5-1 液沫夾帶關聯(lián)圖</p><p><b>

63、;　　由，得ψ=0.11</b></p><p>　　將數據帶入上述公式，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 </p><p>　　則液沫夾帶校核通過。</p><

64、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>　　⑴ 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</p><p>　　得，孔流系數C0=0.65</p>

65、<p>　　帶入公式，得h0=0.0473</p><p><b>　?、?液層阻力</b></p><p>　　A'a=(1-2Ad/AT)=0.16833m2</p><p>　　Fa=Vs/A'a(ρV)2=1.495</p><p>　　根據Fa，查圖5-3</p>&l

66、t;p>　　圖5-3 充氣系數圖</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常之小，此項可以忽略不計。</p><p>　　故氣體流經一層浮閥塔塔

67、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,符合設計要求)</p><p>　　題餾段的踏板阻力校核方法同上，</p><p>　　最后得出=0.0645Kp(<0.7K,符合設計要求<

68、/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。</p><p>　　液體通過降液管阻力 hd，包括底隙阻力 hd1和進口堰阻力hd2。</p>

69、<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>　　對于一般物系，?值可取0.5，對于不易起泡物系，?值約為0.6～0.7，對于易起泡物系，?可取值0.3～0.4。乙醇-水屬于不易起泡物系，?取0.5。</p><

70、;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 液體在降液管內停留時間的校核</p><p>　　精餾段t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.000207

71、64=20.1s>5s</p><p>　　題餾段t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.00030700=13.6s>5s</p><p>　　則液體在降液管內停留時間的校核通過。</p><p>　　5.2.5 漏液限校核</p><p><b>　　精餾段</b></p><

72、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=u0/u'0=20.7/7.0775=2.92>2</p><

73、;p>　　綜上所述，漏液限校核通過。</p><p>　　5.2 分別作精餾段、提留段負荷性能圖</p><p>　?。?）負荷性能圖的其它幾條曲線的依據分別是: </p><p><b>　　①霧沫夾帶線 </b></p><p><b>　　泛點率</b></p><p

74、>　　據此可作出負荷性能圖中的物沫夾帶線。按泛點率80%計算。</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></p><p>　　整理得：0.1194=0.3476VS+5.9

75、84LS</p><p><b>　?、谝悍壕€ </b></p><p><b>　　根據</b></p><p>　　確定液泛線，由于很小，故忽略式中的</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　代入數據得：2.4996*10-

76、7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1</p><p><b>　　提餾段:</b></p><p>　　代入數據得：1.8000*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1</p><p>　?、垡合嘭摵缮舷蘧€ 全塔LS,max在降液管中停留時間5s時求出。 </p><p

77、><b>　?、苈┮壕€ </b></p><p>　　⑤液相負荷下限線 以堰上液層高度how=0.006m計。</p><p>　　分別作出精餾段和提餾段的踏板負荷性能圖，如圖5-4,圖5-5</p><p>　　圖5-4 精餾段踏板負荷性能圖</p><p>　　圖5-5 提餾段踏板負荷性能圖</p>

78、<p>　　由塔板負荷性能圖可以看出：</p><p>　　在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點p（設計點）處在適宜的操作區(qū)內的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負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，由圖查出塔板的氣相負荷上限VSMAX=0.31(0.4)m3/s</p><p>

79、;　　氣相負荷下限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 塔結構數據匯總</p><p>　　表5-1 塔結構數據匯總</p><p><

80、b>　　6 塔的總體結構</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）由下式決定： </p><p><b>　　上式中： </b></p><p>　　HD——塔頂空間，0.5m；</p&g

81、t;<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——進料段高度，0.6m； </p><p>　　Np——實際塔板數,54；</p><p>

82、　　S——人孔數目，6個。</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塔板結構 </p><p>　　塔板類型按結構特點可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從300～900mm時采用整塊式塔板；當塔徑在8

83、00mm以上時，人已能在塔內進行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。本設計中塔徑為500mm，所以采用整塊式塔板。</p><p><b>　　7 輔助設備的選擇</b></p><p>　　表7-1 換熱器結果列表</p><p>　　7.1塔頂冷凝器的選擇</p><p>　　查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數K= 800

84、 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+2312.2*0.14=839.7kJ/kg</p><p>　　Q=

85、(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)=6.2m2</p><p>　　選型：則該換熱器的公稱面積為7m2，

86、型號G273I—25—7。其參數如表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K‘= 3000 W/m2℃</p><p>　　塔底溫度TW=97.63，查得：</p><p>　　易揮發(fā)組分比熱c1＝3.8kJ/kgK</p><p>　　難揮發(fā)組分比

87、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>　　=4.25*0.99+3.8*0.01=4.2455kJ/kgK</p><

88、;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</p><p>　　選型：則該換熱器的公稱面積為2m2，型號G159I—25—

89、2。其參數如表7-2：</p><p>　　表7-2 換熱器參數</p><p>　　7.3管道設計與選擇</p><p><b>　　塔頂回流管</b></p><p>　　，得d=0.0115m ?。轰摴堙?6mm×2mm</p><p><b>　　塔頂蒸汽出口管&l

90、t;/b></p><p>　　，得d=0.133m 取：鋼管ф146mm×6mm</p><p><b>　　塔頂產品出口管</b></p><p>　　，得d=0.00575m?。轰摴堙?0mm×2mm</p><p><b>　　進料管</b></p>

91、;<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?。轰摴堙?2mm×3.5mm</p><p><b>　　塔釜回流管</b></p><p>　　，得d=

92、0.125m取：鋼管ф146mm×6mm</p><p><b>　　塔釜產品出口管</b></p><p>　　，得d=0.089m?。轰摴堙?02mm×6mm</p><p>　　蒸氣出口管中的允許氣速UV應不產生過大的壓降，其值可參照表7-3</p><p>　　表7-3 蒸氣出口管中允

93、許氣速參照表</p><p><b>　　7.4 泵的選型</b></p><p><b>　　1、進料泵</b></p><p>　　流量F=5000000/(7200*937.69)=0.74m3/hr</p><p><b>　　揚程H＝50m</b></p>

94、<p>　　選擇IS50-32-200型號的泵</p><p><b>　　2、回流泵</b></p><p>　　塔頂：流量F=0.7475m3/hr</p><p><b>　　揚程H＝30 m</b></p><p>　　選擇IS65-50-160型號的泵</p>