課程設(shè)計(jì)--甲苯-乙苯精餾塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《食品工程原理》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目　甲苯-乙苯精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名　 </b></p><p><b>　　學(xué)生學(xué)號(hào)　 </b>&l

2、t;/p><p>　　專業(yè)班級(jí)　食品1091班</p><p><b>　　指導(dǎo)教師　 </b></p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間　2011年12月29號(hào)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1、概述4</b></p&g

3、t;<p><b>　　1.1設(shè)計(jì)題目4</b></p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)目的4</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表4</p><p><b>　　1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容4</b></p><p>　　1.5設(shè)計(jì)方案選定5</p><p&g

4、t;　　2、 精餾塔的物料衡算5</p><p>　　2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率5</p><p><b>　　2.2物料衡算6</b></p><p>　　3、塔板數(shù)的確定6</p><p>　　3.1.理論板層數(shù)NT 的求取6</p><p>　　3.2圖解法求理論板層

5、數(shù)8</p><p>　　3.3實(shí)際塔板數(shù)Np的求取8</p><p>　　4、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算9</p><p>　　4．1 操作壓力計(jì)算9</p><p>　　4.2操作溫度計(jì)算9</p><p>　　4.3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算9</p><p>　　4.4 平

6、均密度計(jì)算9</p><p>　　4.5 液體平均表面張力的計(jì)算11</p><p>　　5、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算12</p><p>　　5.1 塔徑的計(jì)算12</p><p>　　5.2 精餾塔有效高度的計(jì)算13</p><p>　　6、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算13</p><p&

7、gt;　　6.1 精餾段溢流裝置的計(jì)算：13</p><p>　　6.2塔板布置14</p><p>　　7.塔板流動(dòng)性能的校核14</p><p>　　7.1液沫夾帶的校核14</p><p>　　7.2塔板壓降15</p><p>　　7.3 降液管液泛校核15</p><p>

8、　　8、塔板負(fù)荷性能圖16</p><p>　　8.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖16</p><p>　　9、板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算和選型19</p><p>　　9.1塔體的空間19</p><p>　　9.2精餾塔的附屬設(shè)備19</p><p>　　10、所設(shè)計(jì)篩板與塔結(jié)構(gòu)的主要結(jié)果匯總于下表19<

9、;/p><p>　　11、主要接管尺寸的選取20</p><p>　　11.1進(jìn)料管20</p><p>　　11.2回流管20</p><p>　　11.3釜液出口管21</p><p>　　11.4塔頂蒸汽管21</p><p>　　11.5加熱蒸汽管21</p>&l

10、t;p>　　12、設(shè)計(jì)中的符號(hào)說(shuō)明21</p><p>　　13、參考文獻(xiàn)24</p><p><b>　　14、結(jié)束語(yǔ)24</b></p><p><b>　　1、概述</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)題目</b></p><p&

11、gt;　　甲苯—乙苯精餾裝置設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.2.1 通過(guò)甲苯-乙苯精餾裝置設(shè)計(jì)，熟悉蒸餾裝置的原理</p><p>　　1.2.2加強(qiáng)對(duì)“食品科學(xué)與工程”及其化工原理知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。1.2.2提高自己分析與解決工程的實(shí)際問(wèn)題的能力。1.2.3培養(yǎng)查閱資料，選用公式和收集

12、數(shù)值數(shù)據(jù)的能力，正確地選擇設(shè)計(jì)參數(shù)。掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法。</p><p>　　1.2.4加強(qiáng)對(duì)“食品科學(xué)與工程”及其化工原理知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。</p><p>　　1.2.5樹立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)，負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)表</p><p>　　在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離甲

13、苯－乙苯混合物。</p><p>　　1、處理量： 27000 （噸/年）。</p><p>　　2、操作周期：300天/年</p><p>　　3、進(jìn)料組成：甲苯、乙苯的混合溶液，含甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。 </p><p>　　4、進(jìn)料狀態(tài)： 泡點(diǎn)進(jìn)料 </p><p>　　5、料液初溫 ： 35℃ </p

14、><p>　　6、冷卻水的溫度： 30℃ </p><p>　　7、飽和蒸汽壓強(qiáng)：2.5Kgf/cm2(1Kgf/cm2=98.066)KPa</p><p>　　8、精餾塔塔頂壓強(qiáng): 4 KPa(表壓)</p><p>　　9、單板壓降不大于 0.7 kPa</p><p>　　10、總塔效率為 0.6 </p

15、><p>　　11、分離要求：塔頂?shù)募妆胶坎恍∮?9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),塔底的 </p><p>　　甲苯含量不大于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。</p><p>　　12、設(shè)備型式：篩板</p><p><b>　　1.4設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.4.1 精餾塔的物料衡算；1.4.2 塔板數(shù)

16、的確定：1.4.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物件數(shù)據(jù)的計(jì)算；1.4.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；1.4.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算；1.4.6塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算：1.4.7 塔板負(fù)荷性能圖；1.4.8 精餾塔接管尺寸計(jì)算；1.4.9 繪制生產(chǎn)工藝流程圖；1.4.10 繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；1.4.11 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。</p><p><b>　　1.5設(shè)計(jì)方案選定&l

17、t;/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲苯-乙苯混合物。</p><p>　　原料液由泵從原料儲(chǔ)罐中引出，在預(yù)熱器中預(yù)熱至35℃后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用立式自流式冷凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻至25℃后送至產(chǎn)品槽；塔釜采用臥式熱虹吸再沸器提供氣相流，塔釜?dú)堃核椭翉U熱鍋爐。</p><p>　　1.5.1 精

18、餾方式：本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾方式。原料液連續(xù)加入精餾塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度范圍內(nèi)甲苯和乙苯的揮發(fā)度相差較大，因而無(wú)須采用特殊精餾。</p><p>　　1.5.2塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降較低，在甲苯和乙苯這種黏度不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。</p><p&g

19、t;　　1.5.3 加料方式和加料熱狀態(tài)：加料方式選擇加料泵打入。由于原料溫度穩(wěn)定，為減少操作成本采用35℃飽和液體進(jìn)料。</p><p>　　1.5.4 由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。</p><p>　　2、 精餾塔的物料衡算</p><p>　　原料液處理量為3750kg/h,（每年生產(chǎn)300天），塔頂產(chǎn)品組成99%（w/w）甲苯。原料30%（w/w

20、）甲苯-乙苯溶液，釜?dú)堃汉?%（w/w）的甲苯溶液。</p><p>　　分子量92.13 kg/kmol； 106.16 kg/kmol。</p><p>　　2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p>　　原料摩爾分?jǐn)?shù)：（0.3/92.13）/（0.3/92.13+0.7/106.16）=0.3306</p><p>　　塔

21、頂摩爾分?jǐn)?shù) ： XD=（0.99/92.13）/（0.99/92.13+0.01/106.16）=0.9913</p><p>　　塔釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)： XW=（0.01/92.13）/（0.01/92.13+0.99/106.16）=0.0115</p><p>　　塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量:</p><p>　　=0.3306×92.13+（1-0.3

22、306）×106.16=101.5217kgmol</p><p>　　MD=0.9913×92.13+（1-0.9913）×106.16=92.2521 kgmol</p><p>　　Mw=0.0115×92.13+（1-0.0115）×106.16=105.9987 kgmol</p><p><b>

23、;　　2.2物料衡算</b></p><p>　　原料的處理量 F=（27000*103）/（300*24*101.5217）=36.9379kmol/h</p><p>　　總物料衡算 D+W=36.9379 </p><p>　　乙醇的物料衡算 36.9379*0.3306=0.9913×D+0.0

24、115*W</p><p>　　聯(lián)立解得：塔頂采出量 D=12.0299 kmolh</p><p>　　塔底采出量 W=24.9080 kmolh</p><p><b>　　3、塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　3.1.理論板層數(shù)NT 的求取</p><p><

25、;b>　　表1</b></p><p><b>　　表2</b></p><p>　　3.1.1甲苯、乙苯的溫度-組成</p><p>　　甲苯-乙苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。</p><p>　　根據(jù)（A、B、C為Antoine方程常數(shù)由手冊(cè)已查得如表1）求得一系列溫度下甲苯和乙苯的蒸氣壓

26、、。</p><p>　　再根據(jù)泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程得到各組t-x(y)</p><p>　　數(shù)據(jù)（如表2），繪出甲苯、乙苯的溫度-組成圖（如圖1）及平衡曲 </p><p><b>　　線（如圖2）。 </b></p><p><b>　　圖1</b></p><p>

27、;　　3.1.2確定操作的回流比R</p><p>　　因q=1、xe=xf=0.3306在x～y圖上查得ye=0.4996。故有： </p><p>　　而一般情況下R=(1.1～2)Rm ,考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的2倍。</p><p>　　即：R=2Rm=5.8189</p><p>　

28、　3.1.3求操作線方程</p><p>　　精餾段操作線方程為：</p><p>　　L=R×D=5.8189×12.0299=70.0008 kmol/h 提餾段操作線方程為</p><p>　　3.2圖解法求理論板層數(shù)</p><p>　　精餾段操作線為經(jīng)過(guò)點(diǎn)a(0.9913,0.9913)、c(0,0.1

29、454)的直線，與q線交與點(diǎn)d,而提留段操作線為經(jīng)過(guò)點(diǎn)d、b(0.0115,0.0115)兩點(diǎn)的直線。在x-y圖中繪出精餾段操作線、提留段操作線、q線，并繪出梯級(jí)（如圖2）。</p><p>　　圖解得總理論塔板數(shù)NT=19.1119－1=18.1119塊（不含再沸器）。其中精餾段NT1=9塊，提餾段NT2=9.1119塊，第10塊為加料板位置。</p><p>　　3.3實(shí)際塔板數(shù)Np的

30、求取</p><p>　　精餾段：Np1=NT1/0.6=15，取Np1=15塊； </p><p>　　提留段：NP2=NT2/0.6=15.1865；取Np2=16塊；</p><p>　　總塔板數(shù)：NP=Np1+Np2=31塊。</p><p>　　4、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　4

31、．1 操作壓力計(jì)算</p><p>　　4.1.1塔頂操作壓力 =101.3+4=105.3 kPa</p><p>　　4.1.2每層塔板壓降 △P = 0.7 kPa</p><p>　　4.1.3進(jìn)料板壓力 = 105.3+0.7×15=115.8 kPa</p><p>　　4.1.4塔底操作壓力 ：PW＝

32、115.8＋0.7×16＝127 kPa</p><p>　　4.1.5精餾段平均壓力 Pm1=(105.3+115.8)/2=110.55 kPa</p><p><b>　　4.2操作溫度計(jì)算</b></p><p>　　查溫度-組成圖可得相應(yīng)溫度如下： 塔頂溫度 ：TD＝110.783 ℃ 進(jìn)料

33、板溫度 ：TF＝125.817 ℃ </p><p>　　塔底溫度 ：TW＝136.983 ℃ 精餾段平均溫度 ：Tm1＝（110.783＋125.817）/2 = 118.301 ℃</p><p>　　4.3平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算</p><p>　　4.3.1塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算：</p><p>　　由y1=xD=0.

34、9913,查平衡曲線得x1=0.9825</p><p>　　4.3.2進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　由 xF＝0.3306，查平衡曲線得yF＝0.4996</p><p>　　4.3.3塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　由 xW＝0.0115，查平衡曲線得yW＝0.01151</p><p>　

35、　4.3.4精餾段平均摩爾質(zhì)量 </p><p>　　4.4 平均密度計(jì)算</p><p>　　4.4.1氣相平均密度計(jì)算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即 </p><p>　　4.4.2液相平均密度計(jì)算</p><p>　　由于已查得液相甲苯、乙苯在某些溫度下的密度（如表3），將其以T為x軸、ρ為y軸

36、分別繪制出甲苯、乙苯的溫度-密度曲線圖（如圖3）。故甲苯、乙苯純組分在本設(shè)計(jì)所涉及的溫度范圍內(nèi)的密度可用下式求得： 甲苯ρA=-1.0245T＋892.00 ，</p><p>　　乙苯 ρB=-0.9521T＋889.84 </p><p>　　而液相平均密度用計(jì)算（ 式中表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 </p><p><b>　　

37、表3</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　①、塔頂液相平均密度的計(jì)算 由TD＝110.783℃ 得：</p><p>　　ρDA=-1.0245×110.783＋892.00=778.5028 kg/m3</p><p>　　ρDB=-0.9521

38、5;110.783＋889.84=784.3635 kg/m3 </p><p>　　②、進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算 由TF＝125.817℃ 得：</p><p>　　ρFA=-1.0245×125.817＋892.00=763.1005 kg/m3</p><p>　　ρFB=-0.9521×125.817＋889.84

39、=770.0496 kg/m3 進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率 </p><p>　?、?、塔底液相平均密度的計(jì)算 由TW＝136.983 ℃ 得：</p><p>　　ρWA=-1.0245×136.983＋892.00=751.6609 kg/m3</p><p>　　ρWB=-0.9521×136.983＋889.84=759.4

40、184 kg/m3 ④、精餾段液相平均密度</p><p>　　ρLm1=(ρDm＋ρFm)/2=（778.561＋767.9516）=773.2563 kg/m3</p><p>　　4.5 液體平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　由于已查得液相甲苯、乙苯在某些溫度下的表面張力（如表4），將其以T為x軸、σ為y軸分別繪制出甲苯、乙苯的溫度-表

41、面張力曲線圖（如圖4）。故甲苯、乙苯純組分在本設(shè)計(jì)所涉及的溫度范圍內(nèi)的表面張力可用下式求得： 甲苯 σA=-0.1053T＋30.095</p><p>　　乙苯 σB=-0.1016T＋31.046 </p><p>　　而液相平均表面張力用計(jì)算 </p><p><b>　　表4</b>&l

42、t;/p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　1、塔頂液相平均表面張力的計(jì)算 由 TD＝110.783℃ 得： σDA=-0.1053×110.783＋30.095=18.4296 mN/m </p><p>　　σDB=-0.1016×110.783＋31.046=19.7904 m

43、N/m</p><p>　　σDm=0.9825×18.4296＋(1-0.9825)×19.7904=18.4534mN/m 2、進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算 由TF＝125.817℃ 得：</p><p>　　σFA=-0.1053×125.817＋30.095=16.8465 mN/m</p><p>　　σF

44、B=-0.1016×125.817＋31.046=18.2630 mN/m</p><p>　　σFm=0.3306×16.8465＋（1－0.3306）×18.2630=17.7947 mN/m</p><p>　　3、塔底液相平均表面張力的計(jì)算 由 TW＝136.983℃ 得： σWA=-0.1053×136.983＋30.

45、095=15.6707 mN/m </p><p>　　σWB=-0.1016×136.983＋31.046=17.1285 mN/m</p><p>　　σWm=0.0115×15.6707＋(1-0.0115)×17.1285=17.1118 mN/m 4、精餾段液相平均表面張力 σLm1=(σDm＋σFm)/2=（18.4534＋

46、17.7947)/2=18.1241mN/m </p><p>　　5、精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p><b>　　5.1 塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　取板間距HT=0.50m，取板上清液層高度 ＝0.06m。</p><p><b>　　液氣動(dòng)能參數(shù) ：</b></p&

47、gt;<p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負(fù)荷因子：</b></p><p>　　最大允空塔氣速： </p><p>　　取適宜空塔氣速：μ1=0.7μF1=0.95064 m/s</p><p>　　估算塔徑 ：，按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后取塔徑D＝1 m。</p>

48、<p>　　塔截面積為 AT1=0.785D2=0.785×12=0.785 m2</p><p>　　表6 板間距與塔徑的關(guān)系⑤</p><p>　　5.2 精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p>　　精餾段有效高度： Z精=( Np1-1)HT=(15-1) ×0.5=7 m 提餾段有效高度： Z提=( Np2-1

49、)HT=(16-1) ×0.5=0.75 m 在進(jìn)料板上方開一人孔H´T，其高度為0.5 m 故精餾塔的有效高度Z =Z精＋Z提＋0.5=7＋7.5＋0.5=15 m</p><p>　　6、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　6.1 精餾段溢流裝置的計(jì)算：</p><p>　　因塔徑D＝1 m，可選用單溢流弓形降液管平

50、直堰，采用凹形液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： </p><p>　　6.1.1堰長(zhǎng)： 取</p><p>　　6.1.2溢流堰高度hw1 </p><p>　　由；，根據(jù)液流收縮系數(shù)圖可查得液流收縮系數(shù)E1=1.031，對(duì)于平直堰，堰上液層高度hOW1可由Francis經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得：</p><p>　　hOW應(yīng)大于6mm，本設(shè)計(jì)滿足要求，板上清

51、液層高度 ＝60mm ，故</p><p>　　6.1.3弓形降液管寬度Wd1和截面積Af1  由查弓形降液管的參數(shù)圖得：</p><p>　　液體在降液管中停留時(shí)間：</p><p>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。 6.1.4降液管底隙高度ho1</p><p>　　取降液管底隙的流速則 （不宜小于0.02～0.025 m，滿

52、足要求）</p><p>　　hW1-ho1=44.2-34.86=9.34 mm>6 mm故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。 選用凹形受液盤，深度取=50mm。 </p><p><b>　　6.2塔板布置</b></p><p>　　6.2.1塔板的分塊 因D1≥800mm，故塔板采用分塊式。塔板分為3塊。<

53、/p><p>　　表7 塔板分塊數(shù)與塔徑的關(guān)系</p><p>　　6.2.2破沫區(qū)(安定區(qū))寬度、無(wú)效邊緣區(qū)確定 取破沫區(qū)寬度：==0.06 m ；取無(wú)效邊緣區(qū)：Wc1=0.05 m。6.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p>　　開孔區(qū)面積Aa按計(jì)算 其中x1=D/2-(Wd1＋Ws1 )= 0.5-(0.11+0.06)=0.33

54、m r1 = D/2-Wc1 =0.5-0.05=0.45 m 故 6.2.4篩孔計(jì)算及其排列 本設(shè)計(jì)所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用δ＝3 mm（一般的厚度為3～4mm）碳鋼板，取篩孔直徑 d01＝5 mm（工業(yè)生產(chǎn)中孔徑一般在3～10mm之間，4～5mm居多），篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為 t1＝3d01＝3 × 5＝15mm（通常采用2.5～5倍孔直徑的中心距） 。

55、 篩孔數(shù)目： 開孔率為：（開孔率一般在5～15%之間,滿足要求）</p><p><b>　　每層塔板開孔面積：</b></p><p>　　氣體通過(guò)篩孔的氣速： </p><p>　　7.塔板流動(dòng)性能的校核</p><p>　　7.1液沫夾帶的校核</p><p>　　液沫夾帶

56、量可用式計(jì)算： </p><p><b>　　精餾段液沫夾帶量</b></p><p>　　（驗(yàn)算結(jié)果表明產(chǎn)生的霧沫夾帶量在本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)允許）</p><p><b>　　7.2塔板壓降</b></p><p>　　7.2.1干板阻力hc1計(jì)算 干板阻力hc1由 計(jì)算

57、d01/δ＝5/3＝1.6667，由孔流系數(shù)圖查得孔流系數(shù)C01＝0.8011 故7.2.2氣體通過(guò)板上液層的壓降</p><p>　　氣體通過(guò)有效流通截面積的氣速，對(duì)單流型塔板有：</p><p><b>　　動(dòng)能因子：</b></p><p>　　查充氣系數(shù)圖得充氣系數(shù)：（一般可近似?。?。</p><p>

58、　　故7.2.3液體表面張力的阻力計(jì)算 液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由計(jì)算 </p><p>　　7.2.4氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp可按下式計(jì)算，即 氣體通過(guò)每層塔板的壓降為 ： </p><p>　?。M足工藝要求）。 </p><p>　　7.3 降液管液泛校核</p><p>　　為防止

59、塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從Hd≤φ(HT+hW) 苯一甲苯物系屬一般物系，取φ＝0.5，則 φ(HT+hW)=0.5×(0.50+0.04394)=0.27197 m 而Hd=hP+hL+Δ+hd，板上不設(shè)進(jìn)口堰，本設(shè)計(jì)采用平直堰Δ=0，hd可由計(jì)算，即 精餾段： 故Hd1=0.08953+0.06+0.001527=0.1511 m液柱 。 因Hd1小于

60、φ(HT+hW),故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。 </p><p>　　通過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計(jì)，還需重選及，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在此不再贅敘。</p><p><b>　　8、塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　8.1精餾段塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　8

61、.1.1液相負(fù)荷上限線</p><p><b>　　①</b></p><p>　　8.1.2液相負(fù)荷下限線</p><p>　　取平堰堰上液層高度m，。</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　8.1.3霧沫夾帶線</p><p>

62、;<b>　　式中</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得</b></p><p><b>　　簡(jiǎn)化得： </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線

63、 ③</p><p><b>　　8.1.4液泛線</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線 ④</p><p>　　8.1.5漏液線（氣相負(fù)荷下限線）</p&g

64、t;<p><b>　　漏液點(diǎn)氣速</b></p><p><b>　　，整理得：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表：</p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線 ⑤</p><p>

65、;<b>　　8.1.6操作彈性</b></p><p><b>　　操作氣液比 </b></p><p>　　操作彈性定義為操作線與界限曲線交點(diǎn)的氣相最大負(fù)荷與氣相允許最小負(fù)荷之比，即：</p><p><b>　　操作彈性=</b></p><p>　　將所得上述五個(gè)方程

66、繪制成精餾段塔板負(fù)荷性能圖（如圖6） 圖 6 </p><p>　　9、板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算和選型</p><p><b>　　9.1塔體的空間</b></p><p>　　9.1.1根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》P11

67、7頁(yè)</p><p>　　通常取塔頂空間高度（1.5-2.0） 取=1.8=1.80.5=0.9m</p><p>　　9.1.2塔底空間 取=2.5m</p><p>　　9.1.3封頭高度 取=0.35m</p><p>　　9.1.4裙座高度 取=3.5m</p><p>　　9.1.5

68、塔高H H=Z++++=15+0.9+0.35+2.5+3.5=22.25m</p><p>　　9.2精餾塔的附屬設(shè)備</p><p>　　精餾塔的附屬設(shè)備包括蒸汽冷凝器、產(chǎn)品冷卻器、再沸器、原料泵、原料儲(chǔ)罐、釜液儲(chǔ)罐、產(chǎn)品儲(chǔ)罐、釜液冷卻器、分配器</p><p>　　再沸器采用臥式熱虹吸式再沸器，冷凝器采用立式自流式</p>&l

69、t;p>　　10、所設(shè)計(jì)篩板與塔結(jié)構(gòu)的主要結(jié)果匯總于下表</p><p>　　序 號(hào) 項(xiàng) 目 數(shù)值</p><p>　　1 平均溫度tm，oC 118.301</p><p>　　2

70、 平均壓力Pm，kPa 110.55</p><p>　　3 氣相流量Vs，（m3/s） 0.6708</p><p>　　4 液相流量Ls，（m3/s） 0.00244<

71、/p><p>　　5 實(shí)際塔板數(shù) 31</p><p>　　6 有效段高度Z，m 7</p><p>　　7 塔徑D，m

72、 1</p><p>　　8 板間距，m 0.5</p><p>　　9 溢流形式 單溢流</p><p>　　10 降液管形式

73、 弓形</p><p>　　11 堰長(zhǎng)，m 0.7</p><p>　　12 堰高，m 0.0442</p><p>　　13

74、 板上液層高度，m 0.06</p><p>　　14 堰上液層高度，m 0.00158</p><p>　　15 降液管底隙高度，m 0.000625 </p><p>　

75、　16 安定區(qū)寬度，m 0.06 </p><p>　　17 邊緣區(qū)寬度，m 0.005</p><p>　　18 開孔區(qū)面積，m2 0.5395&

76、lt;/p><p>　　19 篩孔直徑，m 0.005</p><p>　　20 篩孔數(shù)目，個(gè) 2755</p><p>　　21 孔中心距t，m

77、 0.015</p><p>　　22 開孔率，% 10.0778</p><p>　　23 空塔氣速u，m/s 0.95064</p><p>　　24

78、 篩孔氣速，m/s 12.4337</p><p>　　25 穩(wěn)定系數(shù)K 1.22</p><p>　　26 每層塔板壓降，Pa 679.1</p

79、><p>　　27 負(fù)荷上限 液泛控制</p><p>　　28 負(fù)荷下限 漏液控制</p><p>　　29 液沫夾帶ev，（kg液/kg氣）

80、 0.00734</p><p>　　30 氣相負(fù)荷上限，m3/s 0.007065</p><p>　　31 氣相負(fù)荷下限，m3/s 0.007065</p><p>　　32

81、 操作彈性 3.88</p><p>　　33 塔頂空間高度，m 0.9</p><p>　　34 塔底空間,m 2.5</p&

82、gt;<p>　　35 封頭高度,m 0.35</p><p>　　36 裙座高度,m 3.5</p><p>　　37 塔高H,m

83、 22.25 </p><p>　　11、主要接管尺寸的選取</p><p><b>　　11.1進(jìn)料管</b></p><p>　　有已知料液流率為3750kg/h，取料液密度為988.1kg/m3，則料液體積流率為取管內(nèi)流速uf=0.5m/s，則進(jìn)料管得直徑取進(jìn)料管尺寸φ76*4</p>

84、<p><b>　　11.2回流管</b></p><p>　　有已知回流液流率為1636.613.6kg/h，取回流液密度為778.561kg/m3，則回流液體積流率為取回回流管尺寸為φ25*2.5</p><p><b>　　11.3釜液出口管</b></p><p>　　由已知釜液流率為4480.342k

85、g/h，取釜液密度為988.1kg/m3，則釜液體積流率取管內(nèi)流速Uw=2m/s,則釜液出口管直徑取釜液出口管尺寸為φ89*4</p><p><b>　　11.4塔頂蒸汽管</b></p><p>　　近似取精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率VT，并取管內(nèi)蒸汽uT=15m/s，則塔頂蒸汽管直徑取塔頂蒸汽管尺寸為φ168*28</p><p>&

86、lt;b>　　11.5加熱蒸汽管</b></p><p>　　取加熱蒸汽管內(nèi)蒸汽流速uT=0.6 m3/s，加熱蒸汽密度3.25kg/ m3，流速取15m/s，則加熱蒸汽管徑取加熱蒸汽管尺寸為φ219*7</p><p>　　12、設(shè)計(jì)中的符號(hào)說(shuō)明</p><p><b>　　英文字母</b></p><p

87、>　　Ap——塔板鼓泡區(qū)面積，m2；</p><p>　　Af——降液管截面積，m2；</p><p>　　A0——篩孔面積，m2；</p><p>　　AT——塔截面積，m2；</p><p>　　C——負(fù)荷系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　C20——20dyn/cm時(shí)的負(fù)荷系數(shù)，無(wú)因次</p

88、><p>　　Cf——泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　Cp——比熱，kJ/kg&S226;K；</p><p>　　d0——篩孔直徑，m；</p><p><b>　　D——塔徑，m；</b></p><p>　　D——塔頂產(chǎn)品流量，kmol/h或kg/h；</p&g

89、t;<p>　　eV——霧沫夾帶量，kg(液)/kg(氣) ；</p><p>　　E——液流收縮系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　ET——總板效率或全塔效率，無(wú)因次；</p><p>　　F——原料流量，kmol/h或kg/h；</p><p>　　g——重力加速度，m/s2；</p><p&g

90、t;　　hd——干板壓降，m；</p><p>　　hd——液體通過(guò)降液管的壓降，m；</p><p>　　ht——?dú)庀嗤ㄟ^(guò)塔板的壓降，m；</p><p>　　hf——板上鼓泡層高度，m；</p><p>　　hl——板上液層的有效阻力，m；</p><p>　　hL——板上液層高度，m；</p&g

91、t;<p>　　h0——降液管底隙高度，m；</p><p>　　h0w——堰上液層高度，m；</p><p>　　hp——與單板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　hW——溢流堰高度，m；</p><p>　　hσ——與克服表面張力的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　H

92、d——降液管內(nèi)清液層高度，m；</p><p>　　HT——塔板間距，m；</p><p>　　I——物質(zhì)的焓，kJ/kg；</p><p>　　K——穩(wěn)定系數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　lW——堰長(zhǎng)，m；</p><p>　　LS——塔內(nèi)液體流量，m3/s；</p><p>&

93、lt;b>　　M——分子量；</b></p><p><b>　　n——篩孔總數(shù)；</b></p><p>　　NT——理論板數(shù)；</p><p><b>　　N——實(shí)際板數(shù)；</b></p><p>　　P——操作壓強(qiáng)，Pa；</p><p>　

94、　ΔP——單板壓強(qiáng)，Pa；</p><p>　　ΔPp——通過(guò)一層塔板的壓強(qiáng)降，Pa/層；</p><p>　　q——進(jìn)料熱狀況參數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　Q——熱負(fù)荷，kJ/h；</p><p>　　QB——再沸器熱負(fù)荷，kJ/h；</p><p>　　QC——全凝器熱負(fù)荷，kJ/h；</p

95、><p>　　QL——熱負(fù)荷損失，kJ/h；</p><p>　　r——汽化潛熱，kJ/kg；</p><p>　　R——?dú)怏w常數(shù)，8314J/kmol&S226;K；</p><p>　　R——回流比，無(wú)因次；</p><p>　　t——溫度，℃或K；</p><p>　　t—

96、—孔心距，m；</p><p>　　T——溫度，℃或K；</p><p>　　Ts——塔頂溫度，℃或K；</p><p>　　T’s——回流液溫度，℃或K；</p><p>　　u ——空塔氣速，m/s；</p><p>　　Ua ——按板上層液上方有效流通面積計(jì)氣速，m/s；</p><

97、p>　　Umax ——極限空塔氣速，m/s；</p><p>　　uo ——篩孔氣速，m/s；</p><p>　　uoM ——漏液點(diǎn)氣速，m/s；</p><p>　　u’o ——降液管底隙處液體流速，m/s；</p><p>　　V ——精餾段上升蒸汽量，kmol/h；</p><p>　　Vh ——塔內(nèi)氣

98、相流量，m3/h；</p><p>　　Vs ——塔內(nèi)氣相流量，m3/s；</p><p>　　V’——提餾段上升蒸汽量，kmol/h；</p><p>　　W ——釜?dú)堃毫髁?，kmol/h或kg/h；</p><p>　　——冷卻水量，kg/h；</p><p>　　Wh ——加熱蒸氣量，kg/h；</p&g

99、t;<p>　　Wc ——邊緣區(qū)寬度，m；</p><p>　　Wd ——弓形降液管的寬度，m；</p><p>　　Ws ——破沫區(qū)的寬度，m；</p><p>　　x ——液相組成，摩爾分率；</p><p>　　y ——?dú)庀嘟M成，摩爾分率；</p><p>　　Z ——塔的有效高度，m。</p

100、><p><b>　　希臘字母</b></p><p>　　α——相對(duì)揮發(fā)度,無(wú)因次；</p><p>　　ε’o——板上液層充氣系數(shù), 無(wú)因次；</p><p>　　ι——液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間, 無(wú)因次；</p><p>　　μ——粘度, mPa.s ；</p><p>　

101、　ρ——密度,kg/m3；</p><p>　　φ——液體的表面張力,N/m；</p><p>　　Φ——校正系數(shù), 無(wú)因次。</p><p><b>　　13、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》，華南化工學(xué)院化工原理教研組，華南化工學(xué)院出版社，1986</p><p&

102、gt;　　[2]《化工原理》，上冊(cè)。陳敏恒，從德茲，方圖南，齊鳴齋 編，化學(xué)工業(yè)出版社，北京2000</p><p>　　[3] 天津大學(xué)化工原理教研室編.化工原理(上、下冊(cè),第二版)[M]. 天津：天津科技出版社，1996</p><p>　　[4] 柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 天津：天津科技出版社，1996</p><p>　　[5] 潘國(guó)昌. 化工設(shè)備

103、設(shè)計(jì)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[6] 婁愛娟，吳志泉，吳敘美. 化工設(shè)計(jì)[M]. 上海：華東理工大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[7] 黃璐. 化工設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[8] 童景山. 流體的熱物理性質(zhì)[M]. 北京：中國(guó)石化出版社，1996</p><p

104、>　　[9] 童景山. 流態(tài)化干燥工藝與設(shè)備[M]. 北京：科學(xué)出版社，1989</p><p><b>　　14、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　對(duì)課程設(shè)計(jì)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，在平常的食品工程原理課程學(xué)習(xí)中總是只針對(duì)局部進(jìn)行了計(jì)算，而對(duì)參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)缺乏認(rèn)識(shí)。平常的學(xué)習(xí)總會(huì)有題設(shè)的條件，省去了我們很多勞動(dòng)，但在設(shè)計(jì)中大量用到了物性數(shù)據(jù)是我們需要自己去查

105、取的。</p><p>　　設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了離開老師進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，參看多本指導(dǎo)書，還查閱了一些超星圖書館中的資料。這樣的設(shè)計(jì)讓我從中獲得了一些自信，覺(jué)得專業(yè)還是學(xué)了不少東西的，至少學(xué)會(huì)了一種研究的方法，將來(lái)工作中或?qū)W習(xí)遇到了什么困難或從未接觸過(guò)的領(lǐng)域，我也不再會(huì)感到畏懼。因?yàn)槲乙呀?jīng)有了一定的自主研究的能力，我能通過(guò)自學(xué)慢慢的將問(wèn)題化解。</p><p>　　設(shè)計(jì)幫助我更好的熟悉了WORD、E