浮閥塔課程設計--板式精餾塔的設計

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課程名稱： 化工原理課程設計 </p><p>　　題 目： 板式精餾塔的設計 </p><p>　　學生姓名： 學號： </p><p>　　系 別：

2、 環(huán)境與建筑工程系 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　指導老師： </p><p><b>　　2009年12月</b></p><p><b>　　設計任務書<

3、;/b></p><p><b>　　一設計題目</b></p><p>　　80000噸/年乙醇-水精餾裝置設計</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)量分數(shù)，下同）。</p><p>　　年工作日：345天，每天24小時連續(xù)運行。</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>　　進料狀態(tài)與回流比：自選。</p><p><b>　　三設計要求</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、　　四設計內(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算；</p><p>　　精餾塔主要尺寸的計算；</p><p>　　塔板結(jié)構尺寸的的確定；</p><p><b>　　塔的流體力學驗算；</b>

7、</p><p><b>　　操作性能負荷圖；</b></p><p><b>　　各接管尺寸的確定。</b></p><p><b>　　五設計結(jié)果</b></p><p><b>　　設計說明書一份；</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實際板層數(shù)8</p><p>　　4精餾塔的工藝及有關物性數(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算18</p><p>　　5.1精餾段的氣液負荷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精餾段溢流裝置計算21</p><p>　　5.4.2提餾段溢流裝置計算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精餾塔塔板負荷性能圖34</p><p>　　7.1精餾段負荷性能圖34</p><p>　　7.1.1過量液沫夾帶線34</p><p>　　7.1.2液相

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

21、相負荷下限線38</p><p>　　7.2.3液相負荷上限線39</p><p>　　7.2.4嚴重漏液線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進料管徑43</p><p>　　8.4釜液排出管徑43</p><p>　　8.5塔釜進氣管徑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，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費用，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

24、料狀態(tài)</b></p><p>　　雖然進料方式有多種，但是飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設計中采取飽和液體進料（泡點進料）。</p><p><b>　　1.3加熱方式</b></p&g

25、t;<p>　　精餾塔的設計中一般多在塔底加一個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；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，這時只需在塔底安裝一個鼓泡管，于是可省去一個再沸器，并且可以利用壓力較低的蒸汽進行加熱，無論是設備費用還是操作費用都可以降低。 </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>　　由設計要求可知乙醇產(chǎn)量為9661.8kg/h，進料自選為泡點進料。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>　　利用上述兩個公式進行壓力計算，并對結(jié)果進行對比，結(jié)果偏差很??；利用公式計算出乙醇和水在常壓下的飽和蒸汽壓，在通過和，計算出乙醇的和值看，將計算結(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>　　利用進料為泡點進料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兩點間求斜率計算得=3.695。</p><p>　　計算

33、方法如下：下的精餾段操作線經(jīng)過a、q兩點。a點坐標為（0.926，0.926），q點的坐標為（0.193，0.349），利用兩點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>　　進料板位置 </p><p>　　3.3.3實際板層數(shù)</p><p>　　理論板層數(shù)與實際板層數(shù)的關系如下：</p><p>　　式中 ——塔頂、進料和塔底的平均相對揮發(fā)度；</p><p&

36、gt;　　——塔頂、進料和塔底的平均液相黏度，。</p><p>　　(1)塔頂溫度、進料板溫度、塔底溫度及全塔平均溫度。</p><p>　　根據(jù)塔頂、進料板、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>　?。ā妫?lt;/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>　　——進料相對揮發(fā)度；</p>

38、<p>　　——塔底相對揮發(fā)度。</p><p>　　由塔頂、進料板、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、進料板、塔底各處的液相平均黏度，；</p><p>　　——塔頂、進料板、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>　　將以上計算結(jié)果帶入相應的公式可得</p><p>　　精餾段實際板數(shù) </p><p>　　提餾段實際板數(shù)

41、 </p><p>　　全塔實際板數(shù) </p><p>　　4精餾塔的工藝及有關物性數(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算公式如下：</p><p>　?。ňs段塔頂液相平均密度）和（提餾進料液相平均密度）的計算公式如下：</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)可用實驗方程式：</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=0.933時，；=79.41℃代入公式可得 =0.75487（79.41℃/4℃），經(jīng)換算可得：=758。</p><p>　　b.進料板液相平均密度的計算。由進料板溫度=94.10℃，進料板質(zhì)量分率：</p><p&

52、gt;　　查表可得，當=0.379時，；=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.進料板液相平均密度=

53、887</p><p>　　b.塔底液相平均密度的計算。由塔底溫度=99.93℃塔底質(zhì)量分率</p><p>　　查表可得，當=0.00500時，；=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算

54、關系如下：</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算關系如下：</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利用上述公式計算得：</p><p><b>　　由表2得，</b></p>

57、<p>　　進料板液相平均表面張力 由℃、利用上述公式計算得：</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，當塔頂溫度=79.41℃、=0.926、=0.074時：</p><p><b>　　;</b></p><p>　　當=94.10℃、=0.193、=0.807時：</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，當塔底溫度=99.93℃、=0.00196、=0.99804時:</p><p>　　提餾段的平均黏度為：</p><p>　　5精餾段主要尺寸的計算</p><p>　　5.1精餾段的氣液負荷</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塔徑的計算</b></p><p>　　5.2.1精餾段塔徑的確定</p><p>　　初設塔板間距，取板上液層高度，則&l

62、t;/p><p>　　通過以上數(shù)據(jù)，查史密斯關聯(lián)圖[3]得</p><p><b>　　，取</b></p><p>　　估算塔徑 </p><p>　　按照標準塔塔塔徑對精餾塔全塔進行塔徑圓整，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)，查史密斯關聯(lián)圖[3]得</p><p><b>　　，取</b></p>&

64、lt;p>　　估算塔徑 </p><p>　　按照標準塔塔塔徑對精餾塔全塔進行塔徑圓整，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>　　處于對設備維修的考慮，在進料板位置架設一入孔，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精餾段溢流裝置計算</p><p>　　選用單流型弓形

66、降液管，不設進口堰，各項計算如下：</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、>　　進行計算，并且采用平直堰、堰上液層高度按照公式</p><p>　　計算，可近似取E=1，因為</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　溢流強度 </b></p>

68、<p>　　(3)弓形降液管寬度和面積</p><p>　　由化學原理及設備課程設計[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>　　驗證液體在降液管中的停留時間是否合理，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計合理。</p><p>　　5.4.2提餾段溢流裝置計算</p><p>　　選用單流型弓形降液管，不設進口堰，各項計算如下：</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>　　進行計算，并且采用平直堰、堰上液層高度按照公式</p><p>　　計算，可近似取E=1，因為</p><

72、p><b>　　故</b></p><p><b>　　取板上清液層高度</b></p><p><b>　　溢流強度 </b></p><p>　　(3)弓形降液管寬度和面積</p><p>　　由化學原理及設備課程設計[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>　　驗證液體在降液管中的停留時間是否合理，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計合理。</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>　　因為D≥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>　　初取閥孔動能因子，計算閥孔氣速</p><p><b>　　每層浮閥個數(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，取板上液體進、出口安定區(qū)寬度，取邊緣區(qū)寬度為。</p><p><b>　　開孔區(qū)面積計算</b></p><p>　　有效傳質(zhì)區(qū)面積按照如下公式[2]計算：</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>　　重新計算塔板的各參數(shù)：</p><p><b>　　閥孔氣速 </b></p><p><b>　　動能因子</b></p><p><b>　　塔板開孔率</b></p><p><b

80、>　　(2)提餾段</b></p><p>　　初取閥孔動能因子，計算閥孔氣速</p><p><b>　　每層浮閥個數(shù)</b></p><p><b>　　邊緣區(qū)域?qū)挾却_定</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，取提餾段塔板上液體進、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)面積計算</b></p><p>　　有效傳質(zhì)區(qū)面積按照如下公式[2]計算：</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>　　重新計算塔板的各參數(shù)：</p><p><b>　　閥孔氣

83、速 </b></p><p><b>　　動能因子</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，其計算公式如下：</p><p><b>　　干板阻力的計算</b></p><p><b>　　臨界孔速 </b></p><p>　　因閥孔氣速大于其臨界氣速，故應在浮閥全開狀態(tài)計算干板阻力；</p><p><b>　　塔板清液層阻力<

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

86、p>　　為精餾塔塔板總阻力，其計算公式如下：</p><p><b>　　干板阻力的計算</b></p><p><b>　　臨界孔速 </b></p><p>　　因閥孔氣速大于其臨界氣速，故應在浮閥全開狀態(tài)計算干板阻力；</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>　　由以上三項阻力之和求得塔板總阻力壓強降</p><p>　　6.2精餾塔液沫夾帶現(xiàn)象驗證</p><p>　　6.2.1精餾段液沫夾帶</p><p>　　液沫夾帶量計算公式如下：</p><p&g

88、t;　　在本設計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>　　液沫夾帶量計算如下：</p><p>　　在本設計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)液層高度應服從如下關系：</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。故</p><p><b>　　由于 </b></p><p>　　故精餾段不會發(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)液層高度應服從如下關

91、系：</p><p>　　提餾段降液管內(nèi)液層高度計算公式如下：</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。故</p>&l

92、t;p>　　由于 </p><p>　　故提餾段不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　6.4精餾塔漏液現(xiàn)象驗證</p><p>　　6.4.1精餾段漏液現(xiàn)象</p><p>　　浮閥塔的閥孔因動能因子低于5時將會發(fā)生嚴重漏液，故漏液點的孔速可取的相應孔流氣速:</p><p><b>　

93、　穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　故精餾段不會發(fā)生嚴重漏液。</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>　　故提餾段不會發(fā)生嚴重漏液。</p><p>　　7精餾塔塔板負荷性能圖</p><p&

94、gt;　　7.1精餾段負荷性能圖</p><p>　　7.1.1過量液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關系如下：</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)，任取幾個值，由以上公式可計算出相應的數(shù)值，根據(jù)計算結(jié)果即可作出液沫夾帶線1。</p><p>　　7.1.2液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取其堰上液層高度作為液相負荷下限條件。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荷下限線2。</p><p>　　7.1.3液相負荷上限線</p><p>　　液體在降液管中停留的時間公式如下：</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，液體應保證在降液管中停留時間不低于3~5s，以停留時間作為液體在降液管中的停留時間上限，則</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出

97、液相負荷上限線3。</p><p>　　7.1.4嚴重漏液線</p><p>　　因動能因子時，會發(fā)生嚴重漏液，故取，計算相應的氣相流量</p><p>　　其中 </p><p><b>　　故 </b></p><p>　　上式為常數(shù)表達式，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>　　將這幾個公式聯(lián)立得:</p><p>　　忽略式中，將與、與、與的關系代入上

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

100、應的數(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)關系分別作出其對應的圖形關系，見圖11。</p><p>　　圖11 精餾段塔板性能負荷圖</p><p>　　由精餾段塔板負荷性能圖上可以看出：</p><p>　　任務規(guī)定的氣、液負荷下的操作點P (設計點)，處于操作區(qū)內(nèi)，未發(fā)生嚴重的漏液現(xiàn)象，不需進行設計修正。&l

101、t;/p><p>　　塔板的氣相負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荷上限，氣相負荷下限，故操作彈性為：</p><p>　　7.2提餾段負荷性能圖</p><p>　　7.2.1過量液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關系如下：</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)，任取幾個值，由以上公式可計算出相應的數(shù)值，根據(jù)計算結(jié)果即可作出液沫夾帶線1。</p><p>　　

103、7.2.2液相負荷下限線</p><p>　　對于平直堰，取其堰上液層高度作為液相負荷下限條件。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荷下限線2。</p><p>　　7.2.3液相負荷上限線</p><p&g

104、t;　　液體在降液管中停留的時間公式如下：</p><p>　　以停留時間作為液體在降液管中的停留時間上限，則</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，由以上公式即可作出液相負荷上限線3。</p><p>　　7.2.4嚴重漏液線</p><p>　　因動能因子時，會發(fā)生嚴重漏液，故取，計算相應的氣相流量</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)，任意取幾個值，由以上公式可計算相應的數(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)關系分別作出其對應的圖形關系，見圖12。</p><p>　　圖12 提餾段性能

107、負荷圖</p><p>　　由提餾段塔板負荷性能圖上可以看出：</p><p>　　任務規(guī)定的氣、液負荷下的操作點P (設計點)，處于操作區(qū)內(nèi)，未發(fā)生嚴重的漏液現(xiàn)象，不需進行設計修正。</p><p>　　塔板的氣相負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荷上限，氣相負荷下限，

108、故操作彈性為：</p><p>　　表3 精餾塔設計計算結(jié)果匯總</p><p>　　實際塔板數(shù)：=59塊</p><p>　　進料板位置：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，按如下關系進行計算：</p><p>　　8.1塔頂蒸汽出口管徑</p><p>　　工業(yè)蒸汽的經(jīng)驗流速范圍為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進料管徑</b></p><p>　　選用用泵進料，根據(jù)工業(yè)中流體的一般流速范圍，進料流速取為。</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塔釜進氣管徑</b></p><p>　　由于操作條件下，進氣量，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、計算，，將計算結(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.化工工藝設計手冊(第三版)上冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.7.P2-797。</p><p>　　[2]匡國柱,史啟才.化工

114、單元過程及設備課程設計(第二版)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.10.P158-P174.</p><p>　　[3]李芳.化學原理及設備課程設計[M].北京：化學工業(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：化學工業(yè)出版社，2006.4</p><p>　　[5]劉啟光,馬連