化本課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1 精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求1</p><p>　　1.2 板式塔類型1</p><p>　　1.3 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟3</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方

2、案的確定4</p><p>　　2.1操作條件的確定4</p><p>　　2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則5</p><p>　　3 相平衡關(guān)系6</p><p>　　3.1 y~x圖6</p><p>　　3.2 相對(duì)揮發(fā)度6</p><p><b>　　4 工藝計(jì)算7&

3、lt;/b></p><p>　　4.1 物料衡算7</p><p>　　4.2 塔內(nèi)壓力8</p><p>　　4.3 回流比的選定9</p><p>　　4.4 理論板數(shù)的確定9</p><p>　　4.5 實(shí)際板數(shù)的確定11</p><p>　　4.6 熱量衡算11<

4、;/p><p>　　5 塔和塔板主要尺寸的設(shè)計(jì)15</p><p>　　5.1 塔和塔板設(shè)計(jì)的主要依據(jù)15</p><p>　　5.2 塔板的主要尺寸19</p><p>　　5.3 塔板型式及構(gòu)造26</p><p>　　5.4 塔板主要尺寸的選取26</p><p>　　5.5 流體

5、力學(xué)計(jì)算和校核27</p><p>　　5.6 負(fù)荷性能圖29</p><p>　　6 塔體總高及輔助設(shè)備31</p><p>　　6.1 塔體總高度31</p><p>　　6.2 接管尺寸31</p><p>　　6.3 冷凝器33</p><p>　　6.4 再沸器34&l

6、t;/p><p><b>　　6.5 泵34</b></p><p>　　7 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總36</p><p>　　8 主要符號(hào)說(shuō)明37</p><p>　　9 設(shè)計(jì)評(píng)述39</p><p>　　10．參考文獻(xiàn)40</p><p><b>　　11．致謝

7、41</b></p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求</p><p>　　精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種

8、基本要求：</p><p>　　(1)氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。</p><p>　　(2)操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。</p><p>　　(3)流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力

9、降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。</p><p>　　(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。</p><p>　　(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。</p><p>　　(6)塔內(nèi)的滯留量要小。</p><p>　　實(shí)際上，

10、任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。</p><p><b>　　1.2 板式塔類型</b></p><p>　　氣—液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級(jí)接觸型氣—液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上

11、氣—液接觸原件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。</p><p>　　板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔、篩板塔，其后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。</p><p><b>　

12、　1.2.1 篩板塔</b></p><p>　　篩板塔是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)便宜。</p><p>　?。?）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10~15%。</p><p>　?。?）塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。</p><

13、;p>　　（4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。</p><p><b>　　篩板塔的缺點(diǎn)是：</b></p><p>　?。?）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不均。</p><p>　?。?）操作彈性較小。</p><p>　　（3）小孔篩板容易堵塞。</p><p>&

14、lt;b>　　1.2.2 浮閥塔</b></p><p>　　浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開(kāi)孔上沒(méi)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過(guò)程中

15、。</p><p>　　浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn)：</p><p>　?。?）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20~40%，而接近于篩板塔。</p><p>　?。?）操作彈性大，一般約為5~9，比篩板、泡罩、舌形塔的操作彈性要大得多。</p><p>　　（3）塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。</p>

16、;<p>　?。?）壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400~660N/m2</p><p><b>　?。?）液面梯度小</b></p><p>　　（6）使用周期長(zhǎng)，粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的60~80%。</p><

17、p><b>　　1.2.3 泡罩塔</b></p><p>　　泡罩塔又稱泡帽塔和泡蓋塔。塔設(shè)備的一種。通常用來(lái)使蒸氣（或氣體）與液體密切接觸以促進(jìn)其相互間的傳質(zhì)作用。塔內(nèi)裝有多層水平塔板，板上有若干個(gè)供蒸氣（或氣體）通過(guò)的短管，其上各覆蓋底緣有齒縫或小槽的泡罩，并裝有溢流管。操作時(shí)，液體由塔的上部連續(xù)進(jìn)入，經(jīng)溢流管逐板下降，并在各板上積存液層，形成液封；蒸汽（或氣體）則由塔底進(jìn)入，經(jīng)

18、由泡罩底緣上的齒縫或小槽分散成為小氣泡，與液體充分接觸，并穿過(guò)液層而達(dá)液面，然后升入上一層塔板。短管裝在塔內(nèi)的，稱內(nèi)溢流式；也有裝在塔外的，稱外溢流式。泡罩塔廣泛用于精餾和氣體吸收。</p><p>　　1.3 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　本設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)階段進(jìn)行：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)方案確定和說(shuō)明。根據(jù)給定任務(wù)，對(duì)精餾裝置的流程、操作條件、主

19、要設(shè)備形式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。</p><p>　　（2）蒸餾塔的工藝計(jì)算，精確塔高和塔徑。</p><p>　?。?）塔板設(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計(jì)算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的此操作性能圖。</p><p>　　（4）管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型，如再沸器、冷凝器。</p><p><b>　?。?）抄

20、寫說(shuō)明書。</b></p><p>　　（6）繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。</p><p>　　2 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　2.1操作條件的確定</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和某些操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的

21、冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題做些闡述。</p><p><b>　　2.1.1操作壓力</b></p><p>　　其中塔頂壓力為（Pa）</p><p>　　每層塔板壓降為△P=0.7kPa</p><p>　　2.1.2 進(jìn)料狀態(tài)</p><p>　　進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑

22、、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的關(guān)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送人塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。</p><p><b>　　2.1.3加熱方式</b></p><p>　　蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器

23、。有時(shí)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(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱，通入在釜內(nèi)只需安裝鼓泡塔，不需安裝龐大的傳熱面。這樣可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)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)主分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。</p><p>　　2

24、.1.4冷卻劑與出口溫度</p><p>　　冷卻劑的選擇有塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者決定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)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，但一般不宜過(guò)高，否則，溶于水中的無(wú)機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。&

25、lt;/p><p>　　2.1.5熱能的利用</p><p>　　選取適宜的回流比，使過(guò)程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗將至最低。與此同時(shí)，合理利用精餾過(guò)程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。</p><p>　　若不計(jì)進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似 塔底再沸器所輸出的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了，如果采

26、用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級(jí)4低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。</p><p>　　2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則</p><p>　　確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：</p><p

27、>　?。?）滿足工藝和操作的要求</p><p>　　（2）滿足經(jīng)濟(jì)上的要求</p><p><b>　?。?）保證安全生產(chǎn)</b></p><p><b>　　3 相平衡關(guān)系</b></p><p><b>　　3.1 y~x圖</b></p><

28、p>　　圖1苯和甲苯的汽液平衡線</p><p><b>　　3.2 相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p>　　利用苯和甲苯的汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)差法求得塔進(jìn)料處溫度</p><p>　　塔進(jìn)料處： t=88.45℃ ；利用安托因方程

29、 </p><p><b>　　∵</b></p><p><b>　　∴，</b></p><p>　　塔頂處： t=82.6

30、5℃ </p><p><b>　　利用安托因方程</b></p><p><b>　　∵</b></p><p><b>　　∴，</b></p><p>　　塔釜 t=111.3℃，利用安托因方程</p><p><b>　　計(jì)算得出，&l

31、t;/b></p><p><b>　　全塔的相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b>　　4 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　4.1 物料衡算</b></p><p>　　由于精餾過(guò)程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。&

32、lt;/p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p><p>　　以年工作日為330天，每天開(kāi)車24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　可求出</b></p><p>　　由全塔的物料衡

33、算方程可寫出：</p><p><b>　　求得</b></p><p>　　表1 原料液、餾出液與釜?dú)堃旱牧髁?lt;/p><p><b>　　4.2 塔內(nèi)壓力</b></p><p><b>　　塔頂?shù)牟僮鲏毫?</b></p><p>　　每層塔板壓

34、降 </p><p>　　進(jìn)料板壓力 </p><p><b>　　精餾段的平均壓力</b></p><p>　　4.3 回流比的選定</p><p>　　由于是泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1），由于是泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1），</p><p><b>　　相平衡方程</b>&

35、lt;/p><p>　　當(dāng),求出夾緊點(diǎn)，，因此：</p><p><b>　　操作回流比</b></p><p>　　4.4 理論板數(shù)的確定</p><p>　　最少理論板數(shù)的確定：利用芬斯克方程</p><p>　　以年工作日為330天，每天開(kāi)車24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：</p><

36、p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p><b>　　可求出</b></p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫出：</p><p><b>　　求得</b></p><p><b>　　精餾段操作方程：</b></p>&l

37、t;p><b>　　提餾段操作方程：</b></p><p><b>　　線方程：</b></p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p>　　利用逐板法計(jì)算理論塔板層數(shù)：</p><p><b>　?。ㄏ嗥胶夥匠蹋?lt;/b><

38、/p><p>　?。ňs段方程、相平衡平衡）</p><p>　?。ňs段方程、相平衡平衡）</p><p>　?。ňs段方程、相平衡平衡）</p><p>　?。ňs段方程、相平衡平衡）</p><p>　?。ňs段方程、相平衡平衡）</p><p>　　（進(jìn)料板）（精餾段方程、相平衡平衡）<

39、;/p><p>　?。ㄌ狃s段方程、相平衡方程）</p><p>　　（提餾段方程、相平衡方程）</p><p>　?。ㄌ狃s段方程、相平衡方程）</p><p>　?。ㄌ狃s段方程、相平衡方程）</p><p>　?。ㄌ狃s段方程、相平衡方程）</p><p>　?。ㄌ狃s段方程、相平衡方程）</p&

40、gt;<p>　　從上計(jì)算中可以得出理論塔板層數(shù)塊（含塔釜）</p><p>　　其中，第7塊為進(jìn)料板。</p><p>　　4.5 實(shí)際板數(shù)的確定</p><p><b>　　由條件知全塔效率</b></p><p>　　則可計(jì)算出實(shí)際塔板層數(shù)（含塔釜）</p><p><b

41、>　　4.6 熱量衡算</b></p><p>　　4.6.1 熱量衡算示意圖</p><p>　　圖2 熱量衡算示意圖</p><p>　　4.6.2 熱量衡算</p><p>　　4.6.2.1 加熱介質(zhì)的選擇</p><p>　　選擇飽和水蒸氣，溫度133.3，工程大氣壓為300KPa</

42、p><p>　　原因：水蒸氣清潔易得，不易結(jié)垢，不腐蝕管道，飽和水蒸氣冷凝放熱值大，而水蒸氣壓力越高，冷凝溫差越大，管程數(shù)相應(yīng)越小，但水蒸氣不宜太高。</p><p>　　4.6.2.2 冷卻劑的選擇</p><p>　　平均氣溫為25，故選用25的冷卻水，溫升10，即冷卻水的出口溫度為35。</p><p>　　4.6.2.3 熱量衡算<

43、/p><p>　　（1）冷凝器的熱負(fù)荷</p><p><b>　　蒸發(fā)潛化熱的計(jì)算：</b></p><p>　　蒸發(fā)潛化熱與溫度的關(guān)系：</p><p><b>　　式中——蒸發(fā)潛熱</b></p><p><b>　　——對(duì)比溫度</b></p&

44、gt;<p>　　表2 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表</p><p>　　根據(jù)苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)表使用內(nèi)插法，計(jì)算出</p><p>　　由上知,故由Pitzer偏心因子法</p><p>　　——塔頂上升蒸汽的焓,——塔頂溜出液的焓</p><p><b>　　又</b></p><p>

45、;　　式中——塔頂液體質(zhì)量分?jǐn)?shù)</p><p><b>　　R=1.58</b></p><p><b>　　(2）冷卻水消耗量</b></p><p>　　式中——冷卻水消耗量，kg/s</p><p>　　——冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，kJ/(kg)</p><p>

46、　　——冷卻戒指在冷凝器進(jìn)出口的溫度，</p><p><b>　　故</b></p><p>　　此溫度下冷卻水的比熱容，所以：</p><p>　?。?）加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算</p><p>　　表3 苯、甲苯液態(tài)比熱容</p><p>　　表4 計(jì)算得苯、甲苯在不同溫度下混合物的比熱容

47、</p><p><b>　　由表4 ，得</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　苯：</b></p><p><b>　　甲苯：</b></p><p><b>　　提餾段：&

48、lt;/b></p><p><b>　　苯：</b></p><p><b>　　甲苯：</b></p><p>　　塔頂流出液的比熱容：</p><p>　　塔釜溜出液的比熱容：</p><p>　　以進(jìn)料焓，即=88.45℃時(shí)的焓值為基準(zhǔn)：</p>

49、<p>　　對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：</p><p>　　塔釜熱損失為10%，則</p><p><b>　　故</b></p><p>　　式中——加熱器理想熱負(fù)荷</p><p>　　——加熱器實(shí)際熱負(fù)荷</p><p>　　——塔頂溜出液帶出熱量</p><p>

50、;　　——塔底溜出液帶出熱量</p><p><b>　　加熱蒸汽消耗量：</b></p><p><b>　　查得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　表5 熱量衡算結(jié)果表</p><p>　　5 塔和塔板主要尺寸的設(shè)

51、計(jì)</p><p>　　5.1 塔和塔板設(shè)計(jì)的主要依據(jù)</p><p>　　根據(jù)苯~甲苯系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p><b>　　(塔頂?shù)谝粔K板)</b></p><p><b>　　(加料板)</b></p><p><b>　　(塔釜)</b&

52、gt;</p><p><b>　　全塔的平均溫度：</b></p><p>　　整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表6，由表中數(shù)據(jù)可知：</p><p>　　表6 精餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p><b>　　液相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　平均溫度

53、：</b></p><p><b>　　在平均溫度下查得</b></p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)</b></p><p><b>　　所以，</b></p>&

54、lt;p><b>　　精餾段的液相負(fù)荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　壓強(qiáng)</b></p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均壓強(qiáng)

55、</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　精餾段的汽相負(fù)荷</b></p><p>　　精餾段的負(fù)荷列于表7</p><p>　　表7 精餾段的汽液相負(fù)荷</p><p>　　采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，

56、結(jié)果列于表8。</p><p>　　表8 提餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p><b>　　液相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　平均溫度：</b></p><p><b>　　在平均溫度下查得</b></p><p><b>　

57、　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　提餾段的液相負(fù)荷</b></p><p><b>　　汽相平均摩爾質(zhì)量：</b><

58、/p><p><b>　　汽相平均密度為：</b></p><p><b>　　平均壓強(qiáng)</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　提餾段的汽相負(fù)荷</b></p><p>　　表9 提餾段的汽液相

59、負(fù)荷</p><p>　　5.2 塔板的主要尺寸</p><p>　　板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，板塔布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。</p><p><b>　　5.2.1塔徑</b></p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我

60、們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可以知道：</p><p>　　汽塔的總的蒸汽流量：</p><p>　　汽塔的總的液相流量：</p><p>　　汽塔的汽相平均密度：</p><p>　　汽塔的液相平均密度：</p><p>　　塔徑可以由下面的公式給出：</p><p>　　由于適宜的空

61、塔氣速，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速</p><p><b>　　初步設(shè)定板間距,</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p><b>　　圖3 史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：,由于,需先求平均表面張力：</p&

62、gt;<p><b>　　全塔的平均溫度：</b></p><p>　　查《化工原理》書379頁(yè)液體表面張力共線圖并計(jì)算出液體表面張力</p><p>　　史密斯關(guān)聯(lián)圖是按液體表面張力的物系繪制的，若所處物系的表面張力為其他值，則需按式校正查出的負(fù)荷系數(shù)，即：</p><p>　　u =（0.6~0.8）</p>&

63、lt;p><b>　　則取適宜的空塔氣速</b></p><p><b>　　塔徑的確定：</b></p><p><b>　　塔徑</b></p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單流型塔板。</p>

64、<p><b>　　5.2.2塔高</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計(jì)算：</p><p>　　已知實(shí)際塔板數(shù)為塊，板間距由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為：</p><p><b>　　個(gè)</b></p><p>　　取人孔兩板之間的間

65、距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p>　　5.2.3溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p><b>　?、俳狄汗?lt;/b></p><p>　　降液管是塔板間液體通道，也是溢流液體夾帶氣體得以分離的場(chǎng)所。降液管類型有圓形和弓形兩種，前者制造方便，但流通截面積較小，只在液體流量很小、塔徑較小時(shí)應(yīng)用，故一般采用弓形。&l

66、t;/p><p><b>　?、谝缌餮?lt;/b></p><p>　　選取，而（0.6~0.8）</p><p>　　所以（0.84~1.12），1.4×0.7=0.98m,</p><p><b>　　即</b></p><p>　　圖4 弓形降液管的寬度與面積<

67、/p><p>　　然后根據(jù)上表弓形降液管的寬度與面積即可查出</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　從而計(jì)算出：</b></p><p><b>　　塔板總面積</b></p><p><b>　　弓形溢流管寬度<

68、;/b></p><p><b>　　弓形降液管面積</b></p><p><b>　　堰上液流高度 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用平堰，則堰上液頭高應(yīng)在（6~60mm之間）。</p><p>　　對(duì)于平堰，則堰上液頭高可用佛蘭西斯公式計(jì)算：</p><p>

69、;　　對(duì)于式中液流收縮系數(shù)E可用下表差得</p><p>　　圖5 溢流堰的液流收縮系數(shù)</p><p><b>　　則計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)平堰上液頭高時(shí)，堰上溢流會(huì)不穩(wěn)定，需改為齒形堰。</p><p><b>　　堰高 </b></p><p>　　采用平

70、直堰，一般應(yīng)使塔板上得清夜層高度50~100mm，而清夜層高度，因此有：</p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　溢流管底與塔盤間距離h0 </p><p><b>　　因，而</b></p><p>　　若取精餾段取，那么液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速為</p>

71、<p><b>　　的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為</b></p><p><b>　　所以取</b></p><p><b>　　浮閥數(shù)目及排列</b></p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑。</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b>&

72、lt;/p><p>　　閥孔數(shù)n取決于操作時(shí)的閥孔氣速，而由閥孔動(dòng)能因數(shù)決定。</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度</p><p>　　一般8~11，對(duì)于不同工藝條件，也可以適當(dāng)調(diào)整。</p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，那么，因此</p>

73、<p><b>　　個(gè)</b></p><p><b>　　排列：</b></p><p>　　閥孔的排列方式有正三角形排列和等腰三角形排列。</p><p>　　若按等邊三角形排列：孔心距（常用有：75mm，100mm，125mm，150mm）</p><p><b>　　閥

74、孔面積：</b></p><p><b>　　開(kāi)孔鼓泡區(qū)面積：</b></p><p><b>　　計(jì)算可得到</b></p><p>　　5.3 塔板型式及構(gòu)造</p><p>　　塔的外殼多用鋼板焊接，如外殼采用鑄鐵鑄造，則往往以每層塔板為一節(jié)，然后用法蘭連接。</p>

75、<p>　　板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。此外，在塔體上有時(shí)還焊有保溫材料的支承圈。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。塔底與再沸器間有管路連接，有時(shí)則在塔底釜中設(shè)置列管或蛇管換熱器，將釜中液體加熱汽化。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡塔，直接接入加熱蒸汽。另外，進(jìn)料板的板間距也比一般間距大。</p><p&g

76、t;　　5.4 塔板主要尺寸的選取</p><p>　　1、塔徑的選擇：塔徑</p><p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單流型塔板。</p><p>　　2、精餾塔的有效高度為：取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p&

77、gt;　　3、堰上液流高：對(duì)于平堰，則堰上液頭高可用佛蘭西斯公式計(jì)算：</p><p><b>　　則計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)平堰上液頭高時(shí)，堰上溢流會(huì)不穩(wěn)定，需改為齒形堰。</p><p>　　5.5 流體力學(xué)計(jì)算和校核</p><p>　　一、塔板流動(dòng)性能的校核</p><p>&

78、lt;b>　　1、液沫夾帶量校核</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率</b></p><p>　　查得物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)</p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率</b></p><p>

79、;<b>　　泛點(diǎn)率</b></p><p>　　采用比較結(jié)果中較大值</p><p>　　對(duì)于一般大塔，直徑小于900mm的塔</p><p>　　可見(jiàn)，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　2、塔板阻力的計(jì)算和校核</p><p>　　氣體通過(guò)浮閥塔一塊塔板的壓力降(單板壓降)包括干

80、板壓降、板上液層的有效阻力和鼓泡時(shí)克服液體表面張力的阻力，所以。</p><p>　　由于表面張力所造成的阻力一般很小，可以忽略。</p><p>　　干板壓降，對(duì)于F1型重閥的浮閥塔板，閥門全開(kāi)后</p><p>　　浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)為全部全開(kāi)時(shí)的臨界速度為</p><p><b>　　﹤</b></p>

81、<p><b>　　所以</b></p><p>　　板上液層的有效阻力，對(duì)于篩板，一般取</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　單板壓降：</b></p><p>　　= 670 Pa = 0.67 kPa kPa</p>

82、<p><b>　　3、降液管液泛校核</b></p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p>　　對(duì)于篩板和浮閥塔板，一般液面梯度都很小，可以忽略。</p><p>　　液體經(jīng)過(guò)降液管的壓降可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：</p><p><b>　　其中，</b></p>

83、;<p><b>　　所以，</b></p><p>　　為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：</p><p>　　可見(jiàn)，，即不會(huì)產(chǎn)生液泛。</p><p>　　4 、液體在降液管中停留時(shí)間校核</p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p>　　液體在精餾段降液

84、管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p><b>　　D﹤2.5m</b></p><p><b>　　取，安全區(qū)</b></p><p><b>　　5.6 負(fù)荷性能圖</b></p><p>　　1、霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點(diǎn)率為80%代入泛

85、點(diǎn)率計(jì)算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾帶上限方程為：</p><p>　　此時(shí)為一線性方程，由兩點(diǎn)即可確定。當(dāng)時(shí)，，當(dāng)</p><p><b>　　2、液相負(fù)荷下限線</b></p><p><b>　　取代入的計(jì)算式：</b></p><p><b>

86、;　　整理可得：</b></p><p><b>　　3、漏液線</b></p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，以限定氣體的最小負(fù)荷：</p><p><b>　　4、液體負(fù)荷上限線</b></p><p><b>　　取，那么</b></p><p&

87、gt;<b>　　5、液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程為</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　代入上式化簡(jiǎn)后可得：</p><p>　　表10降液管液泛線數(shù)據(jù)</p><p><b>　

88、　圖6塔板性能負(fù)荷圖</b></p><p>　　6 塔體總高及輔助設(shè)備</p><p><b>　　6.1 塔體總高度</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計(jì)算：</p><p>　　已知實(shí)際塔板數(shù)為塊，板間距由于料液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為：

89、 </p><p><b>　　個(gè)</b></p><p>　　取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p><b>　　6.2 接管尺寸</b></p><p><b>　　進(jìn)料管</b></p><

90、p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，故</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/b></p>

91、<p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　回流液管</b><

92、;/p><p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　

93、　塔頂上升蒸汽管</b></p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：</p><p><b>　　取適宜速度，那么</b></p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>

94、;<b>　　法蘭的選用</b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用法蘭。</p><p>　　進(jìn)料管接管法蘭：Pg6Dg40HG20593</p><p>　　回流管接管法蘭：Pg6Dg70HG20593</p><p>　　塔釜出料管法蘭：Pg6Dg55HG2059

95、3</p><p>　　塔頂蒸氣管法蘭：Pg6Dg230HG20593</p><p><b>　　6.3 冷凝器</b></p><p>　　取水進(jìn)口溫度為25℃，水的出口溫度為40℃，V =1.3kg/s；塔頂出口氣體的溫度為80.34℃，在此溫度下：</p><p><b>　　取安全系數(shù)1.1</

96、b></p><p><b>　　A=</b></p><p>　　選G-159-3-25-1型號(hào)的換熱器。</p><p><b>　　6.4 再沸器</b></p><p><b>　　，查表得</b></p><p><b>　　則

97、，</b></p><p>　　與預(yù)熱器一樣，采用間接蒸汽加熱。</p><p>　　，取K=800 W/(m2K)。</p><p><b>　　換熱器面積：</b></p><p>　　選取再沸器：G-159-4-15-1</p><p><b>　　6.5 泵</

98、b></p><p>　　進(jìn)料溫度86.13℃時(shí)，，已求得進(jìn)料管的內(nèi)徑 則流速，</p><p>　　查得在25℃時(shí)： ，</p><p>　　取絕對(duì)粗糙度為0.2</p><p><b>　　則相對(duì)粗糙度為</b></p><p><b>　　則0.032</b>&

99、lt;/p><p>　　取2個(gè)彎頭， 0.75</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由塔板構(gòu)造可算得進(jìn)料口高為，則</p><p>　　故選用泵的型號(hào)為IS50-32-200</p><p><b>　　7 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p>&l

100、t;p>　　浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　8 主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>　　9 設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，完成一個(gè)化工原理設(shè)計(jì)要正確選用設(shè)計(jì)參數(shù)，樹(shù)立從技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理兩方面考慮的工程觀點(diǎn)，同時(shí)還

101、需考慮到操作維修的方便和環(huán)境保護(hù)的要求。也即對(duì)于課程設(shè)計(jì)不僅要求計(jì)算正確，還要求從工程的角度綜合考慮各種因素，從總體上得到最佳結(jié)果。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)鍛煉了我獨(dú)立思考的能力和自我決策的能力，通過(guò)查取資料，進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備的運(yùn)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的推敲、論證，選擇最理想的方案，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到理論、公式上的模糊，但最終都通過(guò)查閱資料解決了，再一次的鞏固了書本知識(shí)，使我對(duì)精餾等方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和

102、理解。</p><p><b>　　10．參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì). 上海：華東理工大學(xué)出版社，2005</p><p>　　賈紹義，柴誠(chéng)敬．化工原理課程設(shè)計(jì)．天津：天津大學(xué)出版社，2002．</p><p>　　管國(guó)鋒，趙汝溥. 化工原理(第三版). 北京：化學(xué)工

103、業(yè)出版社，2008．</p><p>　　夏清，陳常貴等．化工原理．天津：天津大學(xué)出版社，2005．</p><p>　　華東理工大學(xué)化工原理教研室編. 化工過(guò)程設(shè)備及設(shè)計(jì). 廣州：華南理工大學(xué)出版社. 1996.02</p><p>　　天津大學(xué)化工原理教研室編. 化工原理(下). 天津：天津大學(xué)出版社. 1999.04</p><p>　

104、　化學(xué)工業(yè)出版社.化工原理.王志魁編</p><p>　　盧煥章等《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1982</p><p><b>　　11．致謝</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在徐兵老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平

105、易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅是我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與人處事的道路。本課程設(shè)計(jì)從選題到完成，每一步都是在徐兵老師的指導(dǎo)下完成了，傾注了老師大量的心血。在此，謹(jǐn)向徐兵老師表示崇高的敬意和衷心的感謝!</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　苯和甲苯的物理性質(zhì)</b>

106、;</p><p>　　(2) 常壓下苯-甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　飽和蒸汽壓P： 苯、甲苯的飽和蒸汽壓可用方程Antoine求算，即</p><p>　　，式中： t----物系溫度℃；P----飽和蒸汽壓</p><p>　　A、B、C----Antoine常數(shù)，其值見(jiàn)附表：</p><p><