浮閥塔課程設(shè)計(jì)--板式精餾塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程名稱： 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 板式精餾塔的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號： </p><p>　　系 別：

2、 環(huán)境與建筑工程系 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p><b>　　2009年12月</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書<

3、;/b></p><p><b>　　一設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　80000噸/年乙醇-水精餾裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二工藝條件</b></p><p><b>　　塔型選擇：浮閥塔。</b></p><p>　　原料組成

4、：乙醇-水溶液，年產(chǎn)80000噸；乙醇含量：38%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）。</p><p>　　年工作日：345天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　生產(chǎn)能力：9662kg/h。</p><p>　　操作壓力：塔頂壓力為1.101325×105Pa；塔底壓力為[1.101325× 105+N(265~530)]Pa（N為塔板數(shù)）。</

5、p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與回流比：自選。</p><p><b>　　三設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　塔頂?shù)囊掖己坎恍∮?7%；</p><p>　　塔底的乙醇含量不大于0.5%；</p><p>　　塔頂易揮發(fā)組分回收率為99%。</p><p><b>

6、　　四設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　操作條件的確定；</b></p><p>　　精餾塔的工藝條件計(jì)算；</p><p>　　精餾塔主要尺寸的計(jì)算；</p><p>　　塔板結(jié)構(gòu)尺寸的的確定；</p><p><b>　　塔的流體力學(xué)驗(yàn)算；</b>

7、</p><p><b>　　操作性能負(fù)荷圖；</b></p><p><b>　　各接管尺寸的確定。</b></p><p><b>　　五設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書一份；</b></p><p>　

8、　繪制生產(chǎn)工藝流程圖一張；</p><p>　　精餾塔的工藝流程圖一張。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1操作條件的確定1</p><p><b>　　1.1操作壓力1</b></p><p><b>　　1.2進(jìn)料狀態(tài)1<

9、;/b></p><p><b>　　1.3加熱方式1</b></p><p><b>　　2物料衡算1</b></p><p>　　2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率的平均摩爾質(zhì)量1</p><p>　　2.2全塔物料衡算2</p><p><b&g

10、t;　　3塔板數(shù)的確定2</b></p><p>　　3.1氣液平衡數(shù)據(jù)的計(jì)算2</p><p>　　3.2最小回流比和操作回流比7</p><p>　　3.3操作線方程8</p><p>　　3.3.1精餾段操作線方程：8</p><p>　　3.3.2圖解法求算理論板數(shù)8</p>

11、<p>　　3.3.3實(shí)際板層數(shù)8</p><p>　　4精餾塔的工藝及有關(guān)物性數(shù)據(jù)11</p><p>　　4.1精餾段和提餾段各自平均壓力11</p><p>　　4.1.1精餾段平均壓力11</p><p>　　4.1.2提餾段平均壓力11</p><p>　　4.2精餾段和提餾段各自平均

12、摩爾質(zhì)量11</p><p>　　4.2.1精餾段平均摩爾質(zhì)量11</p><p>　　4.2.2提餾段平均摩爾質(zhì)量12</p><p>　　4.3精餾段和提餾段各自平均溫度12</p><p>　　4.3.1精餾段平均溫度12</p><p>　　4.3.2提餾段平均溫度13</p><

13、;p>　　4.4精餾段和提餾段各自平均密度13</p><p>　　4.4.1精餾段平均密度13</p><p>　　4.4.2提餾段平均密度14</p><p>　　4.5精餾段和提留段液相平均表面張力15</p><p>　　4.5.1精餾段相平均表面張力16</p><p>　　4.5.2提餾段液

14、相平均表面張力17</p><p>　　4.6精餾段和提餾段各自平均黏度17</p><p>　　4.6.1精餾段平均黏度17</p><p>　　4.6.2提餾段平均黏度18</p><p>　　5精餾段主要尺寸的計(jì)算18</p><p>　　5.1精餾段的氣液負(fù)荷18</p><p&

15、gt;　　5.1.1精餾段18</p><p>　　5.1.2提餾段19</p><p>　　5.2塔徑的計(jì)算19</p><p>　　5.2.1精餾段塔徑的確定19</p><p>　　5.2.2提餾段塔徑的確定20</p><p>　　5.3精餾塔有效高度21</p><p>　

16、　5.3.1提餾段有效高度21</p><p>　　5.3.2提餾段有效高度21</p><p>　　5.4溢流裝置工藝尺寸21</p><p>　　5.4.1精餾段溢流裝置計(jì)算21</p><p>　　5.4.2提餾段溢流裝置計(jì)算23</p><p>　　5.5塔板分布情況24</p>&l

17、t;p>　　5.5.1塔板的分塊24</p><p>　　5.5.2浮閥數(shù)目及排列25</p><p>　　6精餾塔流體流體力學(xué)性能29</p><p>　　6.1.1精餾段塔板阻力29</p><p>　　6.1.2提餾段塔板阻力30</p><p>　　6.2精餾塔液沫夾帶現(xiàn)象驗(yàn)證31</p

18、><p>　　6.2.1精餾段液沫夾帶31</p><p>　　6.2.2提餾段液沫夾帶31</p><p>　　6.3精餾塔液泛現(xiàn)象驗(yàn)證32</p><p>　　6.3.1精餾段液泛現(xiàn)象32</p><p>　　6.3.2提餾段液泛現(xiàn)象32</p><p>　　6.4精餾塔漏液現(xiàn)象驗(yàn)證

19、33</p><p>　　6.4.1精餾段漏液現(xiàn)象33</p><p>　　6.4.2提餾段漏液現(xiàn)象34</p><p>　　7精餾塔塔板負(fù)荷性能圖34</p><p>　　7.1精餾段負(fù)荷性能圖34</p><p>　　7.1.1過量液沫夾帶線34</p><p>　　7.1.2液相

20、負(fù)荷下限線35</p><p>　　7.1.3液相負(fù)荷上限線35</p><p>　　7.1.4嚴(yán)重漏液線35</p><p>　　7.1.5液泛線35</p><p>　　7.2提餾段負(fù)荷性能圖38</p><p>　　7.2.1過量液沫夾帶線38</p><p>　　7.2.2液

21、相負(fù)荷下限線38</p><p>　　7.2.3液相負(fù)荷上限線39</p><p>　　7.2.4嚴(yán)重漏液線39</p><p>　　7.2.5液泛線39</p><p><b>　　8接管選型42</b></p><p>　　8.1塔頂蒸汽出口管徑42</p><

22、p>　　8.2回流液管徑43</p><p>　　8.3進(jìn)料管徑43</p><p>　　8.4釜液排出管徑43</p><p>　　8.5塔釜進(jìn)氣管徑44</p><p><b>　　1操作條件的確定</b></p><p><b>　　1.1操作壓力</b>

23、</p><p>　　由于乙醇~水體系對溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓。</p><p>　　其中塔頂壓力為1.101325×105Pa；</p><p>　　塔底壓力[1.101325×105+N(265~530)]Pa（N為塔板數(shù)）。</p><p><b>　　1.2進(jìn)

24、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)、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（泡點(diǎn)進(jìn)料）。</p><p><b>　　1.3加熱方式</b></p&g

25、t;<p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)中一般多在塔底加一個(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低的蒸汽進(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物料衡算</b></p&g

26、t;<p>　　2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求可知乙醇產(chǎn)量為9661.8kg/h，進(jìn)料自選為泡點(diǎn)進(jìn)料。其中乙醇為輕組分（乙醇的摩爾質(zhì)量為46.07g/mol），水為重組分（水的摩爾質(zhì)量為18.016g/mol）。</p><p>　　產(chǎn)物中乙醇為97%（乙醇的質(zhì)量分率），塔頂產(chǎn)品的摩爾分率和平均摩爾質(zhì)量分別為:</p

27、><p><b>　　(g/mol)</b></p><p>　　進(jìn)料中乙醇的組成為38%（乙醇的質(zhì)量分率），原料液的摩爾分率和平均摩爾質(zhì)量分別為：</p><p>　　釜液出料組成控制在0.5%（乙醇的質(zhì)量分率）以內(nèi)，塔底產(chǎn)品的摩爾分率和平均摩爾質(zhì)量分別為：</p><p><b>　　2.2全塔物料衡算<

28、/b></p><p>　　解得F=1062.283kmol/h，W=842.662kmol/h。</p><p>　　整理計(jì)算結(jié)果如下：F=1062.283kmol/h，D=219.621kmol/h，W=842.662Kmol/h；=0.193，=0.926，=0.00196。</p><p><b>　　3塔板數(shù)的確定</b><

29、;/p><p>　　3.1氣液平衡數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　由安托因參數(shù)表續(xù)可得到乙醇和水的安托因方程分別為：</p><p>　　水的安托因方程為： </p><p>　　式中 t——溫度，℃</p><p>　　P——水的飽和蒸汽壓，。</p><p>　　適用范圍：60~150℃。&l

30、t;/p><p>　　乙醇的安托因方程為：</p><p>　　式中 t——溫度，℃；</p><p>　　P——乙醇的飽和蒸汽壓，。</p><p>　　利用上述兩個(gè)公式進(jìn)行壓力計(jì)算，并對結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果偏差很?。焕霉接?jì)算出乙醇和水在常壓下的飽和蒸汽壓，在通過和，計(jì)算出乙醇的和值看，將計(jì)算結(jié)果匯總于表1。</p><

31、p>　　表1 常壓下乙醇-水溶液氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　圖1 t-x-y相圖</p><p>　　圖2 x-y相圖 </p><p>　　圖3 下精餾段操作線</p><p>　　圖4 塔板梯級圖I</p><p>　　圖5 塔板梯級圖II</p>

32、<p>　　圖6 塔板梯級圖III</p><p>　　3.2最小回流比和操作回流比</p><p>　　利用進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料q=1（q線為通過的豎直線），在x~y相圖中通過圖中的方法可獲得Rmin下的精餾段操作線，即</p><p>　　通過此操作線的斜率，利用a和q兩點(diǎn)間求斜率計(jì)算得=3.695。</p><p>　　計(jì)算

33、方法如下：下的精餾段操作線經(jīng)過a、q兩點(diǎn)。a點(diǎn)坐標(biāo)為（0.926，0.926），q點(diǎn)的坐標(biāo)為（0.193，0.349），利用兩點(diǎn)間斜率法可求得此直線的斜率為：</p><p>　　則 =3.695</p><p>　　取操作回流比為： </p><p><b>　　塔的氣相負(fù)荷：</b

34、></p><p><b>　　3.3操作線方程</b></p><p>　　3.3.1精餾段操作線方程：</p><p>　　3.3.2提餾段操作線方程： </p><p>　　3.3.2圖解法求算理論板數(shù)</p><p>　　采用逐板畫圖法求理論板層數(shù)，如圖4~6所示。求解的結(jié)果為

35、：</p><p>　　總理論板層數(shù) （包括再沸器）</p><p>　　進(jìn)料板位置 </p><p>　　3.3.3實(shí)際板層數(shù)</p><p>　　理論板層數(shù)與實(shí)際板層數(shù)的關(guān)系如下：</p><p>　　式中 ——塔頂、進(jìn)料和塔底的平均相對揮發(fā)度；</p><p&

36、gt;　　——塔頂、進(jìn)料和塔底的平均液相黏度，。</p><p>　　(1)塔頂溫度、進(jìn)料板溫度、塔底溫度及全塔平均溫度。</p><p>　　根據(jù)塔頂、進(jìn)料板、塔底的組成，再通過查t-x-y相圖即可獲得塔體各處的溫度：</p><p>　　=0.926 =79.41℃</p><p>　　=0.193

37、 =94.10℃</p><p>　　=0.00196 =99.93℃</p><p><b>　　（℃）</b></p><p>　　(2)全塔平均相對揮發(fā)度</p><p>　　式中 ——塔頂相對揮發(fā)度；</p><p>　　——進(jìn)料相對揮發(fā)度；</p>

38、<p>　　——塔底相對揮發(fā)度。</p><p>　　由塔頂、進(jìn)料板、塔底的溫度查表1，可得：</p><p><b>　　(3)雙組分系統(tǒng)的</b></p><p>　　式中 ——塔頂、進(jìn)料板、塔底各處的液相平均黏度，；</p><p>　　——塔頂、進(jìn)料板、塔底各處的液相易揮發(fā)組分的摩爾分率；</p

39、><p>　　——塔頂、進(jìn)料板、塔底各處的液相難揮發(fā)組分的摩爾分率；</p><p>　　——塔頂、進(jìn)料板、塔底各處的液相易揮發(fā)組分的平均黏度，；</p><p>　　——塔頂、進(jìn)料板、塔底各處的液相難揮發(fā)組分的平均黏度，；</p><p>　　——塔頂液相平均黏度，；</p><p>　　——進(jìn)料液相平均黏度，；<

40、/p><p>　　——塔底液相平均黏度，。</p><p>　　由化工原理[4]（上）附錄十、十一可以獲得平均溫度為91.15℃是，乙醇（38%）的黏度為0.375；水的黏度為0.311。</p><p>　　將以上計(jì)算結(jié)果帶入相應(yīng)的公式可得</p><p>　　精餾段實(shí)際板數(shù) </p><p>　　提餾段實(shí)際板數(shù)

41、 </p><p>　　全塔實(shí)際板數(shù) </p><p>　　4精餾塔的工藝及有關(guān)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　4.1精餾段和提餾段各自平均壓力</p><p>　　4.1.1精餾段平均壓力</p><p>　　塔頂操作壓力 =101.325kPa</p><p>　　每層塔板

42、壓降 =0.4kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力 =101.325＋×0.4=101.325＋17×0.4=108.125(kPa)</p><p>　　精餾段平均壓力 =（101.325＋108.125）/2=104.725(kPa)</p><p>　　4.1.2提餾段平均壓力</p><p>　

43、　進(jìn)料板壓力 =108.125kPa</p><p>　　每層塔板壓降 =0.4kPa</p><p>　　塔底操作壓力 =108.125＋×0.4=108.125＋42×0.4=124.925(kPa)</p><p>　　提餾段平均壓力 =(108.125＋124.925)/2=116.525(kPa)</p&g

44、t;<p>　　4.2精餾段和提餾段各自平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　4.2.1精餾段平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　塔頂氣相平均摩爾質(zhì)量和液相平均摩爾質(zhì)量 由=0.926，所以，再查氣液平衡曲線圖，得</p><p>　　進(jìn)料板氣相平均摩爾質(zhì)量和液相平均摩爾質(zhì)量 由圖解理論板中可以獲得進(jìn)料板處氣相組成，查氣液平衡曲線圖得</p>

45、<p><b>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　4.2.2提餾段平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　進(jìn)料板氣相平均摩爾質(zhì)量和液相平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　塔底氣相平均摩爾質(zhì)量和液相平均摩爾質(zhì)量 由=0.00196，查氣液平衡曲線圖，得=0.00435；</p><p><b

46、>　　提餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　4.3精餾段和提餾段各自平均溫度</p><p>　　4.3.1精餾段平均溫度</p><p>　　根據(jù)塔頂、進(jìn)料板的組成，再通過查t-x-y相圖即可獲得塔體各處的溫度：</p><p>　　=0.926 =79.41℃</p>&

47、lt;p>　　=0.193 =94.10℃</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　4.3.2提餾段平均溫度</p><p>　　根據(jù)進(jìn)料板、塔底的組成，再通過查t-x-y相圖即可獲得塔體各處的溫度：</p><p>　　=0.193 =94.

48、10℃</p><p>　　=0.00196 =99.93℃</p><p><b>　　℃</b></p><p>　　4.4精餾段和提餾段各自平均密度</p><p>　　4.4.1精餾段平均密度</p><p><b>　　精餾段氣相平均密度</b>

49、;</p><p>　　精餾段液相平均密度 精餾段液相平均密度的計(jì)算公式如下：</p><p>　　（精餾段塔頂液相平均密度）和（提餾進(jìn)料液相平均密度）的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　或者 </b></p><p>　　式中 ——組分質(zhì)量分率；</p><p><b>

50、　　——組分的密度，；</b></p><p>　　——液相平均密度，。</p><p>　　a. 塔頂液相平均密度的計(jì)算。由塔頂溫度=79.41℃，塔頂質(zhì)量分率</p><p>　　由此數(shù)據(jù)可用實(shí)驗(yàn)方程式：</p><p>　　式中 a、b、c——為乙醇水溶液的密度常數(shù)；</p><p>　　——為相對

51、密度（℃/4℃）；</p><p><b>　　——為溫度，℃。</b></p><p>　　查表可得，當(dāng)=0.933時(shí)，；=79.41℃代入公式可得 =0.75487（79.41℃/4℃），經(jīng)換算可得：=758。</p><p>　　b.進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算。由進(jìn)料板溫度=94.10℃，進(jìn)料板質(zhì)量分率：</p><p&

52、gt;　　查表可得，當(dāng)=0.379時(shí)，；=94.10℃代入公式可得=0.88294（94.1℃/4℃）,經(jīng)換算可得：=887，所以</p><p>　　4.4.2提餾段平均密度</p><p><b>　　提餾段氣相平均密度</b></p><p>　　提餾段液相平均密度 </p><p>　　a.進(jìn)料板液相平均密度=

53、887</p><p>　　b.塔底液相平均密度的計(jì)算。由塔底溫度=99.93℃塔底質(zhì)量分率</p><p>　　查表可得，當(dāng)=0.00500時(shí)，；=99.93℃代入公式可得 =0.94586（79.41℃/4℃），經(jīng)換算可得：=950，所以</p><p>　　4.5精餾段和提留段液相平均表面張力</p><p>　　液相平均表面張力的計(jì)算

54、關(guān)系如下：</p><p>　　式中 ——物料表面張力，；</p><p>　　——物料在液相中的摩爾分率；</p><p>　　——物料的表面張力。</p><p>　　液相各物料表面張力的計(jì)算關(guān)系如下：</p><p>　　式中 ——物料表面張力，；</p><p><b>　

55、　a、b——常數(shù)；</b></p><p><b>　　——溫度，℃。</b></p><p>　　由《蘭氏化學(xué)手冊》（第十三版中文版）第10章表10-35（10-101）可查得：</p><p><b>　　乙醇 </b></p><p>　　由《蘭氏化學(xué)手冊》（第十三版中文

56、版）第10章表10-33（10-97）可得水的表面張力如表2：</p><p>　　表2 水的表面張力表</p><p>　　4.5.1精餾段相平均表面張力</p><p>　　塔頂液相平均表面張力 由=79.41℃、=0.926利用上述公式計(jì)算得：</p><p><b>　　由表2得，</b></p>

57、<p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力 由℃、利用上述公式計(jì)算得：</p><p><b>　　由表2得，</b></p><p>　　精餾段平均表面張力：</p><p>　　4.5.2提餾段液相平均表面張力</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力</p><p>　　塔底液相平均

58、表面張力 </p><p>　　由℃、利用上述公式計(jì)算得：</p><p><b>　　由表2得，</b></p><p>　　提餾段平均表面張力：</p><p>　　4.6精餾段和提餾段各自平均黏度</p><p>　　4.6.1精餾段平均黏度</p><p>　　由化

59、工原理[4]（上冊）附錄十、十一可得，當(dāng)塔頂溫度=79.41℃、=0.926、=0.074時(shí)：</p><p><b>　　;</b></p><p>　　當(dāng)=94.10℃、=0.193、=0.807時(shí)：</p><p>　　精餾段的平均黏度為：</p><p>　　4.6.2提餾段平均黏度</p><

60、;p><b>　　進(jìn)料板的黏度為 ；</b></p><p>　　由化工原理[4]（上冊）附錄十、十一可得，當(dāng)塔底溫度=99.93℃、=0.00196、=0.99804時(shí):</p><p>　　提餾段的平均黏度為：</p><p>　　5精餾段主要尺寸的計(jì)算</p><p>　　5.1精餾段的氣液負(fù)荷</p&

61、gt;<p><b>　　5.1.1精餾段</b></p><p><b>　　5.1.2提餾段</b></p><p><b>　　5.2塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　5.2.1精餾段塔徑的確定</p><p>　　初設(shè)塔板間距，取板上液層高度，則&l

62、t;/p><p>　　通過以上數(shù)據(jù)，查史密斯關(guān)聯(lián)圖[3]得</p><p><b>　　，取</b></p><p>　　估算塔徑 </p><p>　　按照標(biāo)準(zhǔn)塔塔塔徑對精餾塔全塔進(jìn)行塔徑圓整，圓整后精餾塔塔徑為</p><p><b>　　則塔截面積</b>

63、;</p><p><b>　　空塔氣速</b></p><p>　　5.2.2提餾段塔徑的確定</p><p>　　初設(shè)塔板間距，取板上液層高度，則</p><p>　　通過以上數(shù)據(jù)，查史密斯關(guān)聯(lián)圖[3]得</p><p><b>　　，取</b></p>&

64、lt;p>　　估算塔徑 </p><p>　　按照標(biāo)準(zhǔn)塔塔塔徑對精餾塔全塔進(jìn)行塔徑圓整，圓整后精餾塔塔徑為</p><p><b>　　則塔截面積</b></p><p><b>　　空塔氣速</b></p><p>　　5.3精餾塔有效高度</p><

65、p>　　5.3.1提餾段有效高度</p><p>　　5.3.2提餾段有效高度</p><p>　　處于對設(shè)備維修的考慮，在進(jìn)料板位置架設(shè)一入孔，其高度為0.8m，故精餾塔總的有效高度</p><p>　　5.4溢流裝置工藝尺寸</p><p>　　5.4.1精餾段溢流裝置計(jì)算</p><p>　　選用單流型弓形

66、降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p><b>　　(1)堰長</b></p><p><b>　　取。</b></p><p><b>　　(2)溢流堰高度</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p

67、>　　進(jìn)行計(jì)算，并且采用平直堰、堰上液層高度按照公式</p><p>　　計(jì)算，可近似取E=1，因?yàn)?lt;/p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　溢流強(qiáng)度 </b></p>

68、<p>　　(3)弓形降液管寬度和面積</p><p>　　由化學(xué)原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[3]表5-6得：，再查圖2-6得：</p><p><b>　　, </b></p><p>　　故 </p><p><b>　　依據(jù)公式</b></p

69、><p>　　驗(yàn)證液體在降液管中的停留時(shí)間是否合理，即</p><p><b>　　故可用。</b></p><p>　　(3)降液管底隙高度</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　取 </p&

70、gt;<p>　　則 </p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　5.4.2提餾段溢流裝置計(jì)算</p><p>　　選用單流型弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p><b>　　(1)堰長</b></p><

71、p><b>　　取</b></p><p><b>　　(2)溢流堰高度</b></p><p><b>　　由公式</b></p><p>　　進(jìn)行計(jì)算，并且采用平直堰、堰上液層高度按照公式</p><p>　　計(jì)算，可近似取E=1，因?yàn)?lt;/p><

72、p><b>　　故</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　溢流強(qiáng)度 </b></p><p>　　(3)弓形降液管寬度和面積</p><p>　　由化學(xué)原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[3]查圖2-6得：</p>

73、<p><b>　　, </b></p><p>　　故 </p><p><b>　　依據(jù)公式</b></p><p>　　驗(yàn)證液體在降液管中的停留時(shí)間是否合理，即</p><p><b>　　故可用。</b><

74、/p><p>　　(4)降液管底隙高度</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　取 </p><p>　　則 </p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><

75、p><b>　　5.5塔板分布情況</b></p><p>　　5.5.1塔板的分塊</p><p>　　因?yàn)镈≥800mm，故通過查塔板溢流類型圖可得，適合采用3塊式單流塔板。</p><p>　　圖7 塔板分布示意圖</p><p>　　5.5.2浮閥數(shù)目及排列</p><p>　

76、　選取F1型（V-1型）浮閥塔，重型（33g），閥孔直徑m</p><p><b>　　(1)精餾段</b></p><p>　　初取閥孔動(dòng)能因子，計(jì)算閥孔氣速</p><p><b>　　每層浮閥個(gè)數(shù)</b></p><p><b>　　邊緣區(qū)域?qū)挾却_定</b></p&

77、gt;<p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取板上液體進(jìn)、出口安定區(qū)寬度，取邊緣區(qū)寬度為。</p><p><b>　　開孔區(qū)面積計(jì)算</b></p><p>　　有效傳質(zhì)區(qū)面積按照如下公式[2]計(jì)算：</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　則開孔所占面積<

78、;/b></p><p>　　選等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距t=0.075m，其固定邊尺寸B可由以下方法估算。如圖8所示。</p><p>　　圖8 閥孔排列示意圖</p><p>　　考慮塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊也要占去一部分，故取B=70，以等腰三角形叉排方式布孔，排得實(shí)際浮閥數(shù)目為732，如圖9所示。</p><p

79、>　　圖9 精餾段閥孔排列圖</p><p>　　重新計(jì)算塔板的各參數(shù)：</p><p><b>　　閥孔氣速 </b></p><p><b>　　動(dòng)能因子</b></p><p><b>　　塔板開孔率</b></p><p><b

80、>　　(2)提餾段</b></p><p>　　初取閥孔動(dòng)能因子，計(jì)算閥孔氣速</p><p><b>　　每層浮閥個(gè)數(shù)</b></p><p><b>　　邊緣區(qū)域?qū)挾却_定</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取提餾段塔板上液體進(jìn)、出口安定區(qū)寬度，取邊緣區(qū)寬度為。</p&

81、gt;<p><b>　　開孔區(qū)面積計(jì)算</b></p><p>　　有效傳質(zhì)區(qū)面積按照如下公式[2]計(jì)算：</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　則開孔所占面積</b></p><p>　　選等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距=0.

82、100m，其固定邊尺寸B可由以下方法估算。</p><p>　　考慮塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊也要占去一部分，故取B=90mm，以等腰三角形叉排方式布孔，排得實(shí)際浮閥數(shù)目為396，如圖10所示。</p><p>　　圖10 提餾段塔板排列圖</p><p>　　重新計(jì)算塔板的各參數(shù)：</p><p><b>　　閥孔氣

83、速 </b></p><p><b>　　動(dòng)能因子</b></p><p><b>　　塔板開孔率</b></p><p>　　6精餾塔流體流體力學(xué)性能</p><p>　　6.1.1精餾段塔板阻力 </p>

84、<p>　　為精餾塔塔板總阻力，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　干板阻力的計(jì)算</b></p><p><b>　　臨界孔速 </b></p><p>　　因閥孔氣速大于其臨界氣速，故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)計(jì)算干板阻力；</p><p><b>　　塔板清液層阻力<

85、/b></p><p>　　，為充氣系數(shù)；當(dāng)液相為水時(shí)，則</p><p><b>　　克服表面張力阻力</b></p><p>　　由以上三項(xiàng)阻力之和求得塔板總阻力壓強(qiáng)降</p><p>　　6.1.2提餾段塔板阻力 </p><

86、p>　　為精餾塔塔板總阻力，其計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　干板阻力的計(jì)算</b></p><p><b>　　臨界孔速 </b></p><p>　　因閥孔氣速大于其臨界氣速，故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)計(jì)算干板阻力；</p><p><b>　　塔板清液層阻力</b&g

87、t;</p><p><b>　　克服表面張力阻力</b></p><p>　　由以上三項(xiàng)阻力之和求得塔板總阻力壓強(qiáng)降</p><p>　　6.2精餾塔液沫夾帶現(xiàn)象驗(yàn)證</p><p>　　6.2.1精餾段液沫夾帶</p><p>　　液沫夾帶量計(jì)算公式如下：</p><p&g

88、t;　　在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　6.2.2提餾段液沫夾帶</p><p>　　液沫夾帶量計(jì)算如下：</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　6.3精餾塔液泛現(xiàn)象驗(yàn)證</p><p>　　6.3.1精餾段液泛現(xiàn)象</p><p>

89、　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從如下關(guān)系：</p><p>　　乙醇—水物系具有一定的揮發(fā)性能，因而取其安全系數(shù)，即</p><p>　　精餾段降液管內(nèi)液層高度計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中，?—為液面落差，m；</p><p>　　—為流體流過降液管底隙的阻力，m清液柱。</p><p>　　

90、其中的計(jì)算公式如下：</p><p>　　浮閥塔板上液面落差?一般較小，可以忽略不計(jì)。故</p><p><b>　　由于 </b></p><p>　　故精餾段不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　6.3.2提餾段液泛現(xiàn)象</p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度應(yīng)服從如下關(guān)

91、系：</p><p>　　提餾段降液管內(nèi)液層高度計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中，?'—為液面落差，m；</p><p>　　—為流體流過降液管底隙的阻力，m清液柱。</p><p>　　其中的計(jì)算公式如下：</p><p>　　浮閥塔板上液面落差?一般較小，可以忽略不計(jì)。故</p>&l

92、t;p>　　由于 </p><p>　　故提餾段不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　6.4精餾塔漏液現(xiàn)象驗(yàn)證</p><p>　　6.4.1精餾段漏液現(xiàn)象</p><p>　　浮閥塔的閥孔因動(dòng)能因子低于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故漏液點(diǎn)的孔速可取的相應(yīng)孔流氣速:</p><p><b>　

93、　穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　故精餾段不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。</p><p>　　6.4.2提餾段漏液現(xiàn)象</p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　故提餾段不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。</p><p>　　7精餾塔塔板負(fù)荷性能圖</p><p&

94、gt;　　7.1精餾段負(fù)荷性能圖</p><p>　　7.1.1過量液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　整理得 <

95、/p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，由以上公式可計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果即可作出液沫夾帶線1。</p><p>　　7.1.2液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取其堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件。即可確定液相下限線。</p><p><b>　　取E=1.0</b></p><

96、;p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出液相負(fù)荷下限線2。</p><p>　　7.1.3液相負(fù)荷上限線</p><p>　　液體在降液管中停留的時(shí)間公式如下：</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，液體應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3~5s，以停留時(shí)間作為液體在降液管中的停留時(shí)間上限，則</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出

97、液相負(fù)荷上限線3。</p><p>　　7.1.4嚴(yán)重漏液線</p><p>　　因動(dòng)能因子時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取，計(jì)算相應(yīng)的氣相流量</p><p>　　其中 </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　上式為常數(shù)表達(dá)式，為一平行軸

98、的直線，為漏液線，也稱為氣相下限線。</p><p><b>　　7.1.5液泛線</b></p><p>　　液泛線的確定可根據(jù)公式:</p><p><b>　　以及</b></p><p>　　將這幾個(gè)公式聯(lián)立得:</p><p>　　忽略式中，將與、與、與的關(guān)系代入上

99、式，整理得</p><p><b>　　與的如下關(guān)系式：</b></p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p>　　故 </p><p>　　或 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任意取幾個(gè)值，由以上公式可計(jì)算相

100、應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)結(jié)果可作出線5。</p><p>　　根據(jù)以上5條線的函數(shù)關(guān)系分別作出其對應(yīng)的圖形關(guān)系，見圖11。</p><p>　　圖11 精餾段塔板性能負(fù)荷圖</p><p>　　由精餾段塔板負(fù)荷性能圖上可以看出：</p><p>　　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))，處于操作區(qū)內(nèi)，未發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，不需進(jìn)行設(shè)計(jì)修正。&l

101、t;/p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限由液泛線控制，操作下限由漏液線控制。</p><p>　　按照規(guī)定的液氣比，由上圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，故操作彈性為：</p><p>　　7.2提餾段負(fù)荷性能圖</p><p>　　7.2.1過量液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p>

102、;<p><b>　　由 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　整理得 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，由以上公式可計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果即可作出液沫夾帶線1。</p><p>　　

103、7.2.2液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取其堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件。即可確定液相下限線。</p><p><b>　　取E=1.0</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出液相負(fù)荷下限線2。</p><p>　　7.2.3液相負(fù)荷上限線</p><p&g

104、t;　　液體在降液管中停留的時(shí)間公式如下：</p><p>　　以停留時(shí)間作為液體在降液管中的停留時(shí)間上限，則</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出液相負(fù)荷上限線3。</p><p>　　7.2.4嚴(yán)重漏液線</p><p>　　因動(dòng)能因子時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取，計(jì)算相應(yīng)的氣相流量</p><p>　

105、　其中 </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　上式為常數(shù)表達(dá)式，為一平行軸的直線，為漏液線，也稱為氣相下限線。</p><p><b>　　7.2.5液泛線</b></p><p><b>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得：</

106、b></p><p>　　故 </p><p>　　或 </p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任意取幾個(gè)值，由以上公式可計(jì)算相應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)結(jié)果可作出線5。</p><p>　　根據(jù)以上5條線的函數(shù)關(guān)系分別作出其對應(yīng)的圖形關(guān)系，見圖12。</p><p>　　圖12 提餾段性能

107、負(fù)荷圖</p><p>　　由提餾段塔板負(fù)荷性能圖上可以看出：</p><p>　　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))，處于操作區(qū)內(nèi)，未發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，不需進(jìn)行設(shè)計(jì)修正。</p><p>　　塔板的氣相負(fù)荷上限由液泛線控制，操作下限由漏液線控制。</p><p>　　按照規(guī)定的液氣比，由上圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，

108、故操作彈性為：</p><p>　　表3 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總</p><p>　　實(shí)際塔板數(shù)：=59塊</p><p>　　進(jìn)料板位置：第17塊板</p><p>　　塔總高度：Z=28.85m。</p><p><b>　　8接管選型</b></p><p>　　各

109、接管直徑由流體流速及其流量，按如下關(guān)系進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　8.1塔頂蒸汽出口管徑</p><p>　　工業(yè)蒸汽的經(jīng)驗(yàn)流速范圍為10~20m/s，所以取蒸汽速度，則管徑為：</p><p>　　查GB8163-87可知，選用的熱軋無縫鋼管。</p><p><b>　　8.2回流液管徑</b></p>

110、;<p>　　由于靠重力回流，所以選用回流液流速為，則管徑</p><p>　　查GB8163-87可知，選用的熱軋無縫鋼管。</p><p><b>　　8.3進(jìn)料管徑</b></p><p>　　選用用泵進(jìn)料，根據(jù)工業(yè)中流體的一般流速范圍，進(jìn)料流速取為。</p><p><b>　　則管徑&l

111、t;/b></p><p>　　查GB8163-87可知，選用的熱軋無縫鋼管。</p><p><b>　　8.4釜液排出管徑</b></p><p>　　釜液流出速度取m/s。又</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　查GB8163-87可知

112、，選用的熱軋無縫鋼管。</p><p><b>　　8.5塔釜進(jìn)氣管徑</b></p><p>　　由于操作條件下，進(jìn)氣量，取，又</p><p><b>　　則管徑</b></p><p>　　查GB8163-87可知，選用的熱軋無縫鋼管。</p><p>　　經(jīng)過以上各步

113、計(jì)算，，將計(jì)算結(jié)果匯總于表4中。</p><p>　　表4 精餾塔接管尺寸表</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1]張紅兵,郭長生,武志怡,周國慶.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(第三版)上冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.7.P2-797。</p><p>　　[2]匡國柱,史啟才.化工

114、單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.10.P158-P174.</p><p>　　[3]李芳.化學(xué)原理及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.8.P21-P70.</p><p>　　[4]譚天恩,竇梅,周明華.化工原理(第三版)上冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4</p><p>　　[5]劉啟光,馬連