課程設(shè)計---苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計</b></p><p>　　——苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計</p><p><b>　　工藝計算書</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計任務(wù)2<

2、;/p><p><b>　　一．設(shè)計題目2</b></p><p><b>　　二．操作條件2</b></p><p><b>　　三．塔板類型2</b></p><p><b>　　四．工作日2</b></p><p><

3、;b>　　五．廠址2</b></p><p><b>　　六．設(shè)計內(nèi)容2</b></p><p>　　七．設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3</p><p><b>　　符號說明4</b></p><p><b>　　設(shè)計方案7</b></p><p

4、>　　一．設(shè)計方案的思考7</p><p>　　二．設(shè)計方案的特點7</p><p><b>　　三．工藝流程7</b></p><p>　　苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書7</p><p>　　一．設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明8</p><p>　　二．全塔的物料衡算8<

5、;/p><p>　　三．塔板數(shù)的確定9</p><p>　　四．塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算12</p><p>　　五．精餾段的汽液負(fù)荷計算15</p><p>　　六．塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算15</p><p>　　七．塔板負(fù)荷性能圖20</p><p>　　八．

6、附屬設(shè)備的的計算及選型23</p><p>　　篩板塔設(shè)計計算結(jié)果33</p><p><b>　　設(shè)計評述34</b></p><p>　　一．設(shè)計原則確定34</p><p>　　二．操作條件的確定34</p><p><b>　　設(shè)計感想36</b><

7、/p><p>　　苯-氯苯板式精餾塔的工藝設(shè)計</p><p>　　苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計任務(wù)</p><p><b>　　一．設(shè)計題目</b></p><p>　　設(shè)計一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯50000t，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯為38%（以上均為質(zhì)量%）。<

8、/p><p><b>　　二．操作條件</b></p><p>　　1.塔頂壓強4kPa（表壓）；</p><p>　　2.進料熱狀況，自選；</p><p><b>　　3.回流比，自選；</b></p><p>　　4.塔底加熱蒸汽壓力0.5MPa(表壓)；</p>

9、;<p>　　5.單板壓降不大于0.7kPa；</p><p><b>　　三．塔板類型</b></p><p>　　篩板或浮閥塔板（F1型）。</p><p><b>　　四．工作日</b></p><p>　　每年300天，每天24小時連續(xù)運行。</p><p&

10、gt;<b>　　五．廠址</b></p><p><b>　　廠址為天津地區(qū)。</b></p><p><b>　　六．設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.精餾塔的物料衡算；</p><p><b>　　2.塔板數(shù)的確定；</b></p&g

11、t;<p>　　3.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算；</p><p>　　4.精餾塔的塔體工藝尺寸計算；</p><p>　　5.塔板主要工藝尺寸的計算；</p><p>　　6.塔板的流體力學(xué)驗算；</p><p>　　7.塔板負(fù)荷性能圖；</p><p>　　8.精餾塔接管尺寸計算；</p

12、><p>　　9.繪制生產(chǎn)工藝流程圖；</p><p>　　10.繪制精餾塔設(shè)計條件圖；</p><p>　　11.繪制塔板施工圖（可根據(jù)實際情況選作）；</p><p>　　12.對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。</p><p><b>　　七．設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><

13、p>　　苯-氯苯純組分的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)</p><p>　　其他物性數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊。</p><p><b>　　符號說明：</b></p><p>　　a ——填料的有效比表面積，㎡/m3at——填料的總比表面積，㎡/m3</p><p>　　aw——填料的潤濕比表面積，㎡/m3</p><

14、;p>　　Aa——塔板開孔區(qū)面積，m2</p><p>　　Af——降液管截面積，m2</p><p>　　A0——篩孔總面積，m2</p><p>　　At——塔截面積，m2</p><p>　　c0——流量系數(shù)，無因次</p><p>　　C——計算umax時的負(fù)荷系數(shù)，m/sd ——填料直徑，md0——

15、篩孔直徑，mD ——塔徑，mDL——液體擴散系數(shù)，m2/sDV——氣體擴散系數(shù)，m2/s</p><p>　　ev——液沫夾帶量，kg(液)/kg(氣)E——液流收縮系數(shù)，無因次</p><p>　　ET——總板效率，無因次</p><p>　　F——氣相動能因子，kg1/2/(s.m1/2)</p><p>　　F0——篩孔氣相動能

16、因子，</p><p>　　g——重力加速度，9.81m/s2h——填料層分段高度，m HETP關(guān)聯(lián)式常數(shù)</p><p>　　h1——進口堰與降液管間的水平距離，m</p><p>　　hc——與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱</p><p>　　hd——與液體流過降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺</p><

17、p>　　hf——塔板上鼓泡層高度，m</p><p>　　hl——與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱</p><p>　　hL——板上清液層高度，m</p><p>　　hmax——允許的最大填料層高度，m</p><p>　　h0——降液管的低隙高度，m</p><p>　　hOW——堰上液層高度，m<

18、/p><p>　　hW——出口堰高度，m</p><p>　　h’W——進口堰高度，m</p><p>　　hδ——與克服表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱H——板式塔高度，m</p><p>　　溶解系數(shù)，kmol/(m3·kPa)</p><p>　　HB——塔底空間高度，m</p><

19、;p>　　Hd——降液管內(nèi)清液層高度，m</p><p>　　HD——塔頂空間高度，m</p><p>　　HF——進料板處塔板間距，mHOG——氣相總傳質(zhì)單元高度，m</p><p>　　HP——人孔處塔板間距，m</p><p>　　HT——塔板間距，m</p><p><b>　　H1——封頭高

20、度，</b></p><p><b>　　H2——裙座高度，</b></p><p>　　HETP——等板高度，mkG——氣膜吸收系數(shù)，kmol/（m2?h?kPa）kL——液膜吸收系數(shù)，m/hK——穩(wěn)定系數(shù)，無因次</p><p>　　KG——氣膜吸收系數(shù)kmol/（m2?h?kPa）</p><p>

21、;<b>　　lW——堰長，m</b></p><p>　　Lh——液體體積流量，m3/hLs——液體體積流量，m3/hLw——潤濕速率，m3/（m?h）m——相平衡常數(shù)，無因次n——篩孔數(shù)目</p><p>　　NOG——氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，</p><p>　　NT——理論板層數(shù)P——操作壓力，Pa△P——壓力降，Pa</p

22、><p>　　△PP——氣體通過每層篩板的壓降，Pa</p><p>　　r——鼓泡區(qū)半徑，m</p><p>　　u——空塔氣速，m/s</p><p>　　uF——泛點氣速，m/s</p><p>　　u0——氣體通過篩孔的速度，m/s</p><p>　　u0，min——漏液點氣速，m/s&l

23、t;/p><p>　　u’0——液體通過降液管底隙的速度，m/sU——液體噴淋密度，m3/（m2?h）UL——液體質(zhì)量通量，㎏/（m2?h）Umin——最小液體噴淋密度，m3/（m2?h）Uv——氣體質(zhì)量通量，㎏/（m2?h）Vh——氣體體積流量，m3/h</p><p>　　Vs——氣體體積流量，m3/hwL——液體質(zhì)量流量，㎏/hwV——氣體質(zhì)量流量，㎏/h</p>

24、;<p>　　Wc——邊緣無效區(qū)寬度，m</p><p>　　Wd——弓形降液管寬度，m</p><p>　　x——液相摩爾分?jǐn)?shù)X——液相摩爾比y——氣相摩爾分?jǐn)?shù)Y——氣體摩爾比Z——填料層高度 ，mβ——充氣系數(shù)，無因次；δ——篩板厚度，mε——空隙率，無因次θ——液體在降液管內(nèi)停留時間，sμ——粘度，Pa?sρ——密度，kg/m3σ——表面張力，N/

25、mφ——開孔率或孔流系數(shù)，無因次Φ——填料因子，l/mψ——液體密度校正系數(shù)，無因次</p><p>　　下標(biāo)max——最大的min——最小的L——液相V——氣相</p><p><b>　　設(shè)計方案</b></p><p><b>　　一．設(shè)計方案的思考</b></p><p>　　

26、通體由不銹鋼制造，塔節(jié)規(guī)格Φ25～100mm、高度0.5～1.5m，每段塔節(jié)可設(shè)置1～2個進料口/測溫口，亦可結(jié)合客戶具體要求進行設(shè)計制造各種非標(biāo)產(chǎn)品。整個精餾塔包括：塔釜、塔節(jié)、進料罐、進料預(yù)熱器、塔釜液儲罐、塔頂冷凝器、回流比控制器、產(chǎn)品儲罐等。塔壓降由變送器測量，塔釜上升蒸汽量可通過采用釜液溫度或靈敏板進行控制，塔壓可采用穩(wěn)壓閥控制，并可裝載自動安全閥。為使塔身保持絕熱操作，采用現(xiàn)代化儀表控制溫度條件，并可在室溫～300℃范圍內(nèi)任

27、意設(shè)定。同時，為了滿足用戶的科研需要，每一段塔節(jié)內(nèi)的溫度、塔釜液相溫度、塔頂氣相溫度、進料溫度、回流溫度、塔頂壓力、塔釜壓力、塔釜液位、進料量等參數(shù)均可以數(shù)字顯示。</p><p>　　二．設(shè)計方案的特點 浮閥塔應(yīng)用廣泛，對液體負(fù)荷變化敏感，不適宜處理易聚合或者含有固體懸浮物的物料浮閥塔涉及液體均布問題在氣液接觸需冷卻時會使結(jié)構(gòu)復(fù)雜板式塔的設(shè)計資料更易得到，而且更可靠。浮閥塔更適合 塔徑不很大，易氣泡物系

28、，腐蝕性物系，而且適合真空操作。</p><p><b>　　三．工藝流程</b></p><p>　　原料液由泵從原料儲罐中引出，在預(yù)熱器中預(yù)熱后送入連續(xù)板式精餾塔（篩板塔），塔頂上升蒸汽流采用強制循環(huán)式列管全凝器冷凝后一部分作為回流液，其余作為產(chǎn)品經(jīng)冷卻至后送至產(chǎn)品槽；塔釜采用熱虹吸立式再沸器提供氣相流，塔釜殘液送至廢熱鍋爐。</p><p&g

29、t;　　苯-氯苯板式精餾塔的工藝計算書</p><p>　　一．設(shè)計方案的確定及工藝流程的說明</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)為分離苯-氯苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作

30、回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p><b>　　二．全塔的物料衡算</b></p><p>　?。ㄒ唬┝弦杭八?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率</p><p>　　苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為78.11 kg/kmol和112.61kg/kmol。</p><p><b

31、>　?。ǘ┢骄栙|(zhì)量</b></p><p>　　MF ＝78.11×0.702＋(1－0.702)×112.61＝88.39kg/kmol</p><p>　?。ㄈ┝弦杭八?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率</p><p>　　依題給條件：一年以300天，一天以24小時計，有：W′＝50000t/a＝6944.4kg/h，全塔物料衡算：

32、</p><p><b>　　F′＝D′＋W′</b></p><p>　　0.38F′＝0.02D′＋0.998W′</p><p>　　F′＝18865.6kg/h F＝18865.6/88.39＝213.44kmol/h</p><p>　　D′＝11921.2kg/h D＝11

33、921.2/78.59＝151.69kmol/h</p><p>　　W′＝6944.4kg/h W＝8944.4/112.5＝61.73kmol/h</p><p><b>　　三．塔板數(shù)的確定</b></p><p>　?。ㄒ唬├碚撍鍞?shù)的求取</p><p>　　苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用

34、梯級圖解法（M·T法）求取，步驟如下：</p><p>　　1.根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點方程和露點方程求取</p><p>　　依據(jù)，，將所得計算結(jié)果列表如下：</p><p>　　表3-1 相關(guān)數(shù)據(jù)計算</p><p>　　本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因為操作壓力偏離

35、常壓很小，所以其對平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。</p><p>　　2.確定操作的回流比R</p><p>　　將表3-1中數(shù)據(jù)作圖得曲線。</p><p>　　圖3-1 苯—氯苯混合液的x—y圖</p><p>　　在圖上，因，查得，而，。故有：</p><p>　　考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實際操作的回

36、流比為最小回流比的2倍，即：</p><p>　　求精餾塔的汽、液相負(fù)荷</p><p>　　L=RD=0.548×151.69=83.13 kmol/h</p><p>　　V=(R+1)D=(0.548+1)×151.69=234.82 kmol/h</p><p>　　L′=L+F=83.13+213.44=29

37、6.57 kmol/h</p><p>　　V′=V=234.82 kmol/h</p><p><b>　　3.求理論塔板數(shù)</b></p><p><b>　　精餾段操作線：</b></p><p><b>　　提餾段操作線：</b></p><p&

38、gt;　　提餾段操作線為過和兩點的直線。</p><p>　　圖3-2 苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解</p><p>　　圖解得塊（不含釜）。其中，精餾段塊，提餾段塊，第4塊為加料板位置。</p><p><b>　?。ǘ嶋H塔板數(shù)</b></p><p><b>　　1.全塔效率</b>

39、;</p><p>　　選用公式計算。該式適用于液相粘度為0.07~1.4mPa·s的烴類物系，式中的為全塔平均溫度下以進料組成表示的平均粘度。</p><p>　　塔的平均溫度為0.5×(80+131.8)=106℃（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄11得：，。</p><p>　　2.實際塔板數(shù)（近似取兩段效率相同）<

40、;/p><p><b>　　精餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　提餾段：塊，取塊</b></p><p><b>　　總塔板數(shù)塊。</b></p><p>　　四．塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p><b>

41、;　?。ㄒ唬┢骄鶋簭?lt;/b></p><p>　　取每層塔板壓降為0.7kPa計算。</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　平均壓強</b></p><p>&l

42、t;b>　?。ǘ┢骄鶞囟?lt;/b></p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法，計算出泡點溫度，其中苯、氯苯的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算，計算結(jié)果如下：</p><p><b>　　塔頂溫度80℃</b></p><p><b>　　加料板88℃。</b></p><p&g

43、t;<b>　　℃</b></p><p><b>　　（三）平均分子量</b></p><p>　　塔頂： ，（查相平衡圖）</p><p>　　加料板：，（查相平衡圖）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>

44、;　　（四）平均密度</b></p><p><b>　　1.液相平均密度</b></p><p>　　表4-1 組分的液相密度（kg/m3）</p><p>　　純組分在任何溫度下的密度可由下式計算</p><p>　　苯 ： 推薦：</p><p>　　氯苯 ：

45、 推薦：</p><p><b>　　式中的t為溫度，℃</b></p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進料板：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b

46、>　　2.汽相平均密度</b></p><p>　　（五）液體的平均表面張力</p><p>　　附： 表4-2 組分的表面張力（mN/m）</p><p>　　雙組分混合液體的表面張力可按下式計算：</p><p>　?。锳、B組分的摩爾分率）</p><p>　　計算得，

47、塔頂：；（80℃）</p><p>　　進料板：；（88℃）</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　氯苯的汽化潛熱：</b></p><p>　　常壓沸點下的汽化潛熱為35.3×103kJ/kmol。純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示：</p

48、><p>　　（氯苯的臨界溫度：）</p><p>　?。┮后w的平均粘度</p><p>　　塔頂：查化工原理附錄11，在80℃下有：</p><p><b>　　加料板：</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>　　五．

49、精餾段的汽液負(fù)荷計算</p><p><b>　　汽相摩爾流率</b></p><p><b>　　汽相體積流量</b></p><p><b>　　汽相體積流量</b></p><p><b>　　液相回流摩爾流率</b></p><

50、p><b>　　液相體積流量</b></p><p><b>　　液相體積流量</b></p><p><b>　　冷凝器的熱負(fù)荷</b></p><p>　　六．塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算</p><p><b>　?。ㄒ唬┧?lt;/b><

51、/p><p>　　1.初選塔板間距及板上液層高度，則：</p><p>　　2.按Smith法求取允許的空塔氣速（即泛點氣速）</p><p>　　查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　負(fù)荷因子</b></p><p><b>　　泛點氣速：</b></p&

52、gt;<p><b>　　m/s</b></p><p>　　3.取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為</p><p><b>　　4.精餾段的塔徑</b></p><p>　　圓整取，此時的操作氣速。</p><p>　　5.精餾塔有效高度的計算</p><p>

53、<b>　　精餾段有效高度為</b></p><p><b>　　提餾段有效高度為</b></p><p>　　在進料板上方開一人孔，其高度為600mm</p><p><b>　　故精餾塔的高度為</b></p><p>　　2.25+4.5+0.6=7.35m</p&

54、gt;<p>　?。ǘ┧骞に嚱Y(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計與計算</p><p><b>　　1.溢流裝置</b></p><p>　　采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進口內(nèi)堰。</p><p>　?。?）溢流堰長（出口堰長）</p><p><b>　　取</b>&l

55、t;/p><p>　　堰上溢流強度，滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。</p><p><b>　　（2）出口堰高</b></p><p><b>　　對平直堰</b></p><p>　　由及，查化工原理課程設(shè)計圖5-5得，于是：</p><p><b>　　（滿足要求）

56、</b></p><p>　?。?）降液管的寬度和降液管的面積</p><p>　　由，查化原下P147圖11-16得，即：</p><p><b>　　，，。</b></p><p>　　液體在降液管內(nèi)的停留時間</p><p><b>　?。M足要求）</b>

57、</p><p>　?。?）降液管的底隙高度</p><p>　　液體通過降液管底隙的流速一般為0.07~0.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：</p><p>　?。ú灰诵∮?.02~0.025m，本結(jié)果滿足要求）</p><p><b>　　2.塔板布置</b></p><p>　

58、　（1）邊緣區(qū)寬度與安定區(qū)寬度</p><p>　　邊緣區(qū)寬度：一般為50~75mm，D >2m時，可達(dá)100mm。</p><p>　　安定區(qū)寬度：規(guī)定m時mm；m時mm；</p><p>　　本設(shè)計取mm，mm。</p><p><b>　　（2）開孔區(qū)面積</b></p><p>&l

59、t;b>　　式中：</b></p><p><b>　　3.開孔數(shù)和開孔率</b></p><p>　　取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。</p><p>　　每層塔板的開孔數(shù)（孔）</p><p>　　每層塔板的開孔率（應(yīng)在5~15%，故滿足要求）</p>

60、<p><b>　　每層塔板的開孔面積</b></p><p><b>　　氣體通過篩孔的孔速</b></p><p>　?。ㄈ┖Y板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　1.塔板壓降</b></p><p>　　(1)由查圖5-10得=0.772</p

61、><p>　　(2)氣體通過液層的阻力由下式計算</p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　查表5-11，得β=0.57.</p><p>　?。?）液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力 由下式計算</p><p>　　氣體

62、通過每層塔板的液柱高度為</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　?。M足工藝要求）</b></p><p><b>　　2.液面落差</b></p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本案例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p>

63、<p><b>　　3.液沫夾帶</b></p><p>　　式中：=2.5×0.06=0.15</p><p>　　在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍中。</p><p><b>　　4.漏液</b></p><p><b>　　漏液點的氣速</b></

64、p><p>　　篩板的穩(wěn)定性系數(shù)（不會產(chǎn)生過量液漏）</p><p><b>　　5.液泛</b></p><p>　　為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度</p><p>　　苯—氯苯物系屬于一般物系，取φ=0.5</p><p><b>　　而</b></p&

65、gt;<p><b>　　板上不設(shè)進口堰，則</b></p><p>　　成立，故不會產(chǎn)生液泛。</p><p><b>　　七．塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　1.液沫夾帶線（1）</p><p>　　以氣為限，求關(guān)系如下</p><p><

66、b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入式（7-1）</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-2）算出對應(yīng)的值列于下表：</p><

67、p><b>　　表7-1</b></p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）</p><p><b>　　2.液泛線（2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　（7-4）</b></p&

68、gt;<p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-4）算出對應(yīng)的值列于下表：</p><p><b>　　表7-2</b></p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）</p><p>　　3.液相負(fù)荷上限線（3）</p><p><b>　　以</b></p>

69、<p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　4.漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）</p><p><b>　　漏液點氣速</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></

70、p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依式（7-6）算出對應(yīng)的值列于下表：</p><p><b>　　表7-3</b></p><p>　　依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）</p><p>　　5.液相負(fù)荷下限線（5）</p><p>　　取平堰堰上液層高度m，。</p><p&

71、gt;<b>　　（7-7）</b></p><p>　　圖7-1精餾段篩板負(fù)荷性能圖</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上線為液泛控制，下限為漏液控制。由上圖查得</p><p>　　Vs,max=3.17m3/s</p><p>　　Vs,min=0.6

72、5m3/s</p><p>　　故操作彈性為：=4.88</p><p>　　八．附屬設(shè)備的的計算及選型</p><p>　　(一）塔體總高度 </p><p>　　板式塔的塔高如圖8-1所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： </p><p><b>　　(8

73、-1)</b></p><p>　　式中 HD——塔頂空間，m；</p><p>　　HB——塔底空間，m；</p><p>　　HT——塔板間距，m；</p><p>　　HT’——開有人孔的塔板間距，m； </p><p>　　HF——進料段高度，m； </p>

74、<p>　　Np——實際塔板數(shù)；</p><p>　　S——人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。</p><p>　?。ǘ┧斂臻gHD </p><p>　　塔頂空間（見圖8-1）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，通常取HD為（ 1.5

75、～2.0）HT。若圖8-1 塔高示意圖需要安裝除沫器時，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。</p><p><b>　?。ㄈ┤丝讛?shù)目</b></p><p>　　人孔數(shù)目根據(jù)塔板安裝方便和物料的清洗程度而定。對于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔8～10塊塔板設(shè)置一個人孔；對于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔4～6塊塔板開一個人孔。人孔直徑通常為450mm（本設(shè)計

76、取600mm）。</p><p>　　圖8-1 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡圖</p><p><b>　?。ㄋ模┧卓臻gHB</b></p><p>　　塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值視具體情況而定：當(dāng)進料有15分鐘緩沖時間的容量時，塔底產(chǎn)品的停留時間可取3～5分鐘，否則需有10～15分鐘的儲量，以保證塔底料液不致流空。塔底產(chǎn)品量大時，塔底容

77、量可取小些，停留時間可取3～5分鐘；對易結(jié)焦的物料，停留時間應(yīng)短些，一般取1～1.5分鐘。</p><p>　　精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括蒸氣冷凝器、產(chǎn)品冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。下面簡要介紹。</p><p><b>　　（五）冷凝器</b></p>

78、<p>　　按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強制循環(huán)式。</p><p><b>　　1.整體式</b></p><p>　　如圖8-2(a)和(b)所示。將冷凝器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維修，當(dāng)需用閥門、流量計來調(diào)節(jié)時，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導(dǎo)致塔體過高。&

79、lt;/p><p>　　該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場合。</p><p>　　圖8-2 冷凝器的型式</p><p><b>　　2.自流式</b></p><p>　　如圖8-2（c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺架上，靠改變臺架的高度來獲得回流和采出所需的位差。</p><p><b&

80、gt;　　3.強制循環(huán)式</b></p><p>　　如圖8-2（d）、（e）所示。當(dāng)冷凝器換熱面過大時，裝在塔頂附近對造價和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。</p><p>　　需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因為臥式的冷凝液膜較薄，故對流傳熱系數(shù)較大，且臥式便于安裝和維修。</p><p>　　4.管殼式

81、換熱器的設(shè)計與選型</p><p>　　管殼式換熱器的設(shè)計與選型的核心是計算換熱器的傳熱面積，進而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號。</p><p>　　5.流體流動阻力（壓強降）的計算</p><p>　?。?）管程流動阻力 </p><p>　　管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對于多程換熱器，其阻力ΣΔpi等于各程直管阻力、回彎阻

82、力及進、出口阻力之和。一般情況下進、出口阻力可忽略不計，故管程總阻力的計算式為</p><p><b>　　(8-2)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　ΔP1、ΔP2——分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，Pa；</p><p>　　Ft——結(jié)垢校正因

83、數(shù)，對Φ25mm×2.5mm的管子取1.4；對Φ19mm×2mm的管子取1.5；</p><p><b>　　NP——管程數(shù)；</b></p><p>　　Ns——串聯(lián)的殼程數(shù)。</p><p>　　上式中直管壓強降ΔP1可按第一章中介紹的公式計算；回彎管的壓強降ΔP2由下面的經(jīng)驗公式估算，即</p><

84、p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?）殼程流動阻力</b></p><p>　　殼程流動阻力的計算公式很多，在此介紹埃索法計算殼程壓強降ΔP0的公式，即</p><p><b>　　（8-4）</b></p><p>　　式中 ΔP1’—

85、—流體橫過管束的壓強降，Pa；</p><p>　　ΔP2’——流體通過折流板缺口的壓強降，Pa；</p><p>　　FS——殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取1.15，氣體可取1.0。</p><p><b>　　（8-5）</b></p><p>　　式中： F——管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對正三角形排列F

86、=0.5，對轉(zhuǎn)角三角形為0.4，正方形為0.3；</p><p>　　f0——殼程流體的摩擦系數(shù)；</p><p>　　Nc ——橫過管束中心線的管子數(shù)；Nc值可由下式估算：</p><p>　　管子按正三角形排列： </p><p>　　管子按正方形排列：

87、 </p><p>　　式中： n——換熱器總管數(shù)。</p><p>　　NB——折流擋板數(shù)；</p><p>　　h——折流擋板間距； </p><p>　　u0——按殼程流通截面積A0計算的流速，m/s，而A0=h(D-ncd0)。</p><p>　　6.管殼式換熱器的選型和設(shè)計計算步驟</p&g

88、t;<p>　　(1)計算并初選設(shè)備規(guī)格</p><p>　　a．確定流體在換熱器中的流動途徑</p><p>　　b．根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負(fù)荷Q。</p><p>　　c．確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。</p><p>　　d．計算平均溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不

89、應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。</p><p>　　e．依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選擇總傳熱系數(shù)K值。</p><p>　　f．由總傳熱速率方程Q = KSΔtm，初步計算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸（如D、L、n及管子在管板上的排列等），或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇設(shè)備規(guī)格（2）計算管程、殼程壓強降</p><p>　　根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管

90、程、殼程流體的流速和壓強降。檢查計算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，在確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓強降直至滿足要求為止。</p><p>　　（3）核算總傳熱系數(shù)</p><p>　　計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻Rsi和Rso，在計算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設(shè)值和計算值，若K’ /K=1.15～1.25，則初選的換熱器合

91、適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計算步驟。</p><p><b>　　7.再沸器</b></p><p>　　精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強制循環(huán)再沸器。</p><p><b>　?。?）釜式式再沸器</b></p><p>　　如圖8-2（a）和（b）所示。（a）是臥式再沸

92、器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進入底液池中，再進入再沸器的管際空間被加熱而部分汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與垂直塔板之間的空間至少停留8～10分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對于小設(shè)備，管束上方至少有300mm高的分離空間，對于大設(shè)備，取再沸器殼徑為管束直徑的1.3～1.6倍。</p><p

93、>　　（b）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。</p><p>　?。?）熱虹吸式再沸器</p><p>　　如圖8-2（c）、（d）、（e）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再

94、沸器汽化率不大于40%，否則傳熱不良。</p><p>　?。?）強制循環(huán)再沸器</p><p>　　如圖8-2中（f）所示。對于高粘度液體和熱敏性氣體，宜用泵強制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。</p><p>　　原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計算。 </p>&l

95、t;p>　　圖8-2 再沸器的型式</p><p><b>　　8.接管直徑</b></p><p>　　各接管直徑由流體速度及其流量，按連續(xù)性方程決定，即：</p><p>　　式中：VS——流體體積流量，m3/ s；</p><p>　　u——流體流速，m/ s；</p><p>　　

96、d——管子直徑，m。</p><p>　?。?）塔頂蒸氣出口管徑DV </p><p>　　蒸氣出口管中的允許氣速UV應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表8-1。</p><p>　　表8-1 蒸氣出口管中允許氣速參照表</p><p>　　

97、（2）回流液管徑DR</p><p>　　冷凝器安裝在塔頂時，冷凝液靠重力回流，一般流速為0.2～0.5m/s，速度太大，則冷凝器的高度也相應(yīng)增加。用泵回流時，速度可取1.5～2.5m/s。 </p><p><b>　?。?）進料管徑dF</b></p><p>　　料液由高位槽進塔時，料液流速

98、取0.4～0.8m/s。由泵輸送時，流速取為1.5～2.5 m/s。</p><p>　?。?）釜液排除管徑dW</p><p>　　釜液流出的速度一般取0.5～1.0m/s。</p><p><b>　?。?）飽和水蒸氣管</b></p><p>　　飽和水蒸氣壓力在295kPa（表壓）以下時，蒸氣在管中流速取為20～

99、40m/s；表壓在785 kPa以下時，流速取為40～60m/s；表壓在2950 kPa以上時，流速取為80m/s。</p><p><b>　　9.加熱蒸氣鼓泡管</b></p><p>　　加熱蒸氣鼓泡管（又叫蒸氣噴出器）若精餾塔采用直接蒸氣加熱時，在塔釜中要裝開孔的蒸氣鼓泡管。使加熱蒸氣能均勻分布與釜液中。其結(jié)構(gòu)為一環(huán)式蒸氣管，管子上適當(dāng)?shù)拈_一些小孔。當(dāng)小孔直徑

100、小時，汽泡分布的更均勻。但太小不僅增加阻力損失，而且容易堵塞。其孔直徑一般為5～10mm，孔距為孔徑的5～10倍。小孔總面積為鼓泡管橫截面積的1.2～1.5倍，管內(nèi)蒸氣速度為20～25m/s。加熱蒸氣管距釜中液面的高度至少在0.6m以上，以保證蒸氣與溶液有足夠的接觸時間。</p><p><b>　　10.離心泵的選擇</b></p><p>　　離心泵的選擇，一般可

101、按下列的方法與步驟進行：</p><p>　?。?）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭</p><p>　　液體的輸送量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時應(yīng)按最大流量考慮。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算在最大流量下管路所需的壓頭。</p><p>　?。?）選擇泵的類型與型號</p><p>　　首先應(yīng)根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和

102、操作條件確定泵的類型，然后按已確定的流量Qe和壓頭He從泵的樣本或產(chǎn)品目錄中選出合適的型號。顯然，選出的泵所提供的流量和壓頭不見得與管路要求的流量Qe和壓頭He完全相符，且考慮到操作條件的變化和備有一定的裕量，所選泵的流量和壓頭可稍大一點，但在該條件下對應(yīng)泵的效率應(yīng)比較高，即點（Qe、He）坐標(biāo)位置應(yīng)靠在泵的高效率范圍所對應(yīng)的H-Q曲線下方。另外，泵的型號選出后，應(yīng)列出該泵的各種性能參數(shù)。</p><p>　?。?/p>

103、3）核算泵的軸功率</p><p>　　若輸送液體的密度大于水的密度時，可按核算泵的軸功率。</p><p>　　綜上，所設(shè)計篩板的主要結(jié)果匯總于下表：</p><p><b>　　篩板塔設(shè)計計算結(jié)果</b></p><p><b>　　設(shè)計評述</b></p><p>&l

104、t;b>　　一．設(shè)計原則確定</b></p><p>　　工程設(shè)計本身存在一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，同時又是政策性很強的工作。設(shè)計者在進行工程設(shè)計時應(yīng)綜合考慮諸多影響因素，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點。</p><p>　　滿足工藝和操作的要求</p><p>　　所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得

105、到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產(chǎn)過程。</p><p><b>　　滿足經(jīng)濟上的要求 </b></p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻

106、介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設(shè)備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設(shè)備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費用增加。因此，設(shè)計時應(yīng)全面考慮，力求總費用盡可能低一些。</p><p><b>　　保證生產(chǎn)安全 </b></p><p>　　生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物

107、料車間的電器均應(yīng)為防爆品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強度。</p><p><b>　　二．操作條件的確定</b></p><p>　　結(jié)合課程設(shè)計的需要，對某些問題作具體闡述。</p><p><b>　　1. 操作壓力</b></p><p>　　精餾操作通

108、?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性進行考慮。采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設(shè)備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進行精餾。當(dāng)物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時應(yīng)用加壓精餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便

109、于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少精餾的能量消耗。對于本設(shè)計中要求分離的苯-氯苯物系，應(yīng)采用常壓操作。</p><p><b>　　2. 進料狀態(tài)</b></p><p>　　進料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實際的生產(chǎn)中進料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點或接近泡點才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較

110、容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點進料時，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計和制造上提供了方便。因此，本設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔。</p><p><b>　　3. 加熱方式</b></p><p>　　精餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對

111、揮發(fā)度較大，便可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。所以，本設(shè)計中采用間接蒸汽加熱。</p><p>　　4. 冷卻劑與出口溫度</p><p>　　冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。冷卻水出口溫度取得高些，

112、冷卻劑的消耗可以減少，但同時溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。綜合考慮經(jīng)濟成本，本設(shè)計用常溫水作冷卻劑。</p><p><b>　　5. 熱能的利用</b></p><p>　　精餾過程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用

113、精餾過程本身的熱能是十分重要的。選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進行，可使能耗降至最低。</p><p><b>　　設(shè)計感想</b></p><p>　　作為一名制藥專業(yè)大三的學(xué)生，一直進行著基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，《化工原理》就是其中一門工科類的基礎(chǔ)課程，它更偏向于實際生產(chǎn)的運用，而我們學(xué)習(xí)的都是書本上的理論知識，對實際工業(yè)生產(chǎn)中設(shè)備的設(shè)計與計算并不熟悉，這次的課程

114、設(shè)計就給了我們一次把書本中的知識聯(lián)系到實踐中去的機會，通過這次課程設(shè)計使我充分認(rèn)識到化工原理課程的重要性和實用性，也讓我明白了書本上學(xué)習(xí)到的知識只是實際應(yīng)用中的皮毛而已，有更多的實際生產(chǎn)問題是書本上的理論解決不了的。</p><p>　　化工原理課程設(shè)計的主要內(nèi)容是進行有關(guān)工藝計算與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要求畫出工藝流程圖和設(shè)備主要構(gòu)型圖，它與一般的習(xí)題、大作業(yè)有著明顯的不同，因為它涉及的知識范圍更廣，要求更高。資料

115、、數(shù)據(jù)的收集，流程方案的確定，操作參數(shù)的選擇，工藝和設(shè)備的計算等，單憑所學(xué)教科書是難以解決的，它要求設(shè)計小組中每個成員均要去查閱一定的資料、文獻，并結(jié)合在化工原理課程中所學(xué)習(xí)過的理論知識及已修課程(如化學(xué)，物理化學(xué)，工程制圖、分離技術(shù)等)的基礎(chǔ)之上做綜合運用。經(jīng)過了為期數(shù)周的課程設(shè)計，可以說已經(jīng)飽嘗了辛酸與喜悅共進的滋味。</p><p>　　這次課程設(shè)計使我對精餾原理及其操作各方面有了較深入的了解并且參與了設(shè)計