化工原理課程設(shè)計(jì)浮閥式連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)

1、目錄第一部分：設(shè)計(jì)任務(wù)書 2第二部分：工藝流程圖 3第三部分：設(shè)計(jì)方案的確定與說明 4第四部分：設(shè)計(jì)計(jì)算與論證 4一、工藝計(jì)算 4二、流體力學(xué)驗(yàn)算 15三、主要管尺寸計(jì)算 22四、輔助設(shè)備定型 23五、塔的總體結(jié)構(gòu) 26六、塔節(jié)說明 28七、泵的選擇 29第五部分：設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 30第六部分：心得體會 31第七部分：參考資料 31第二部分：工藝流程圖（見附圖）1-M2- W3- W4- 腔5- 第身6- W8 -產(chǎn)牖赭9-W10 聞的11-W T-sim TRC-lO流程的說明首先，苯和甲苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料 預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，

2、然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相 混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精 餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn) 入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進(jìn)入苯的儲罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個 過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中 被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的 加入。最終，完成苯與甲苯的分離。說明： 為了控制精餾產(chǎn)物的純

3、度， 本裝置采用間接控制指標(biāo)， 即用溫度控制器來改變進(jìn)入鼓 泡管的蒸氣流量。 但溫度亦不能太高， 當(dāng)溫度增加時， 塔底壓強(qiáng)增加， 容易引起液泛的發(fā)生。 所以為溫度控制器設(shè)定一個預(yù)定值， 當(dāng)溫度超過該預(yù)定值時， 閘閥自動關(guān)閉， 從而達(dá)到溫度 控制的目的。第三部分：設(shè)計(jì)方案的確定設(shè)計(jì)方案的確定操作壓力 ：對于酒精水體系， 在常壓下已經(jīng)是液態(tài)， 所以選用常壓精餾。 因?yàn)楦邏夯蛘哒婵詹僮鲿?起操作上的其他問題以及設(shè)備費(fèi)用的增加， 尤其是真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和 操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。綜上所 述，我們選擇常壓操作。進(jìn)料狀況：進(jìn)料狀態(tài)有五種

4、，如果選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，即q=1 時，操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影響，此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時精餾段和提餾段的塔徑相同，設(shè)計(jì)和制造時比較方便。加熱方式： 采用間接蒸汽加熱回流比：適宜的回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟(jì)合算來確定， 即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用之和為最低時的回流比為最適宜的回流比。我們確定回流比的方法為：先求出最小回流比Rmin ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的 1.1 2.0 倍，即：R=（ 1.1 - 2.0 ） Rmin回流方式采用泡點(diǎn)回流，易于控制。選擇塔板類型：選用 F1 浮閥塔板（重閥） 。 F1 浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，且重閥采用厚度2mm勺薄板沖制，每閥質(zhì)量約

5、為33g。浮閥塔具有的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)以及液面落差較小，塔的造價比較低（浮閥塔的造價一般為泡罩 塔的 6080，而為篩板塔的 120130）。第四部分：設(shè)計(jì)計(jì)算與論證.工藝計(jì)算（一）物料衡算1. 將質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分?jǐn)?shù)24x 證！ 0.11461892X924680.818246 18_2Xb24698 0.00846 182. 摩爾流量計(jì)算Fxf Dxd Bxb F D B23000 kg / day23.43kmol/hB2343(.8181 M) 162.67kmol/hXf Xb0.11 0.008F D B 23.43162.67 186.1kmo

6、l/h3.平均分子量M F 46Xf 18(1 Xf)0.11 46 (1 0.11) 18 21.08kg/kmolM D 46Xd 18(1 Xd)0.8182 46 (1 0.8182) 18 40.91kg/kmolM B 46Xb18(1 Xb) 0.008 46 (1 0.008) 18 18.224kg/kmol（二）.最小回流比只皿山乙醇一水氣液平衡數(shù)據(jù)作x-y圖:從對角線點(diǎn)a (Xd, Xd)向平衡線作切線得截距0.35亠 0.35min 1RminXD 0.350.350.8182 0.350.351.3431.3Rmin 1.7459(1)XdR 1.精餾段方程:0.81

7、821.7459 10.2986衛(wèi)4絲 0.63581.7459 1精餾段方程:y 0.6358x0.2986(2).提餾段方程L R*D 1.7459 23.43 40.91kmol/hD(1R)23.43 (1 1.7459)64.34kmol / hL F 40.91 186.1227.01kmol/h提餾段方程：1byxxB 3.528x 0.05554VDV64.34kmol./ hLq1 V（三）理論塔板數(shù)Nt用cad作圖法由圖得；理論板數(shù)=20 精餾段塔板數(shù)=18 提餾段塔板數(shù)=2 進(jìn)料板為第18塊（四）.塔的工藝條件及物性資料計(jì)算1. 塔頂?shù)谝粔K板：人=0.8182 查表得 Y

8、 0.8325氣相 MV1 0.8325 X 46+( 1 0.8325 )x 18= 41.31 g / mol液相 ML1 0.8182 X 46+( 1 0.8182 )X 18= 40.91 g / mol1.104相對揮發(fā)度 a 3d 0.8325(1.8182)X1(1 Y) 0.8182 (1 0.8325)LLM L140.91 40.91 0.000614m3/s3600 l 3600 756.45VMV13600 V64.34 41.313600 1.4380.5134m3/sLB(L F)Mbl3600 L(40.91 186.1) 18.2243600 959.730.

9、0012m /sVM bv3600 V64.34 20.4643600 0.601430.6081m /s2. 進(jìn)料：XF 0.11 ,查表得 Yf0.4541氣相 Mvf0.4541 X 46+( 1 0.4541 ) X 18= 30.72 g / mol液相 Mlf0.11 X 46+( 1 0.11 )X 18= 21.08 g / molY1(1 X1)0.4541 (1 0.11)相對揮發(fā)度a 16.73X1(1 Y) 0.11 (1 0.0.4541)3. 塔釜最底板：XB 0.008，查表得 YB 0.088氣相 Mbv 0.088 X 46+( 1 0.088 )X 18 =

10、 20.464 g/mol液相 Mbl 0.008 X 46+( 1 0.008 )X 18= 18.224g/mol相對揮發(fā)度a丫1(1 XJx,1 Y).88(1 .008)11.9650.008 (1 0.088)進(jìn)料流量FF=186.1kmol/h=1.0897kg/s=0.00122m3/s塔頂產(chǎn)品流量D3D=23.43kmol/h=0.2663kg/s=0.000352m /s塔底產(chǎn)品流量B3B=162.67kmol/h=0.8235kg/s=0.000858m /s塔頂?shù)谝粔K板液體和氣 體流量Ld、Vd3LD=40.91kmol/h=0.4649kg/s=0.000614m/sV

11、)=64.34kmol/s=0.7383kg/s=0.5134m3/s塔底最底板的液體和氣 體流量Lb、V33LB=227.01kmol/s=1.1492kg/s=0.0012m/s3V?=64.34kmol/s=0.3657kg/s=0.6081m/s計(jì)算相關(guān)參數(shù)列表如下，相關(guān)參數(shù)塔頂?shù)谝贿M(jìn)料板塔釜最底塊板板液相濃度（摩爾分率）0.81820.110.008 :氣相濃度（摩爾分率）0.83250.45410.088溫度（攝氏度t C）78.4386.398.1氣相密度（Kg/m3）1.4380.71640.60141液相密度（Kg/m3）756.45894.43959.7表面張力（mN/m）

12、22.53661相對揮發(fā)度a1.1046.7311.9651氣相平均分子量Mv41.3130.7220.464液相平均分子量Ml40.9121.0818.224注：以上需要查表的數(shù)據(jù)查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P222 225的附錄得（五）計(jì)算全塔效率和實(shí)際塔板數(shù)1. 粘度塔頂 h = 78.43 C 查得 i 0.4338mPa s進(jìn)料 t286.3 C 查得 20.3823mPa s塔釜 t398.1 C 查得 30.29mPa s平均粘度 m 323 0.3637mPa s注：查流體力學(xué)與傳熱（華南理工大學(xué)出版社）P257附錄5得。2. 計(jì)算平均相對揮發(fā)度：am 3 a1*a2* a3 31.

13、104 6.73 11.965 4.463. 計(jì)算全塔效率：Et 0.49 (amJ 0.245 0.49 (4.46 0.3637) 0.245 0.4352Np (Nt 1)/Et (201)/0.435243.65Nl P/0.435218/ 0.43841.36取實(shí)際塔總板數(shù)Np 44塊板，精餾段板數(shù)42塊，進(jìn)料板在第42塊（六）計(jì)算塔徑1. 精餾段:設(shè)定板間距Ht 0.35m,板上液層高度hL 0.05m,則HT hL 0.3m液氣動能參數(shù)LVLd / L、0.5 LVVd( v)O.OO。614( 756.45)0027430.51341.438cd=C2o(2o)02 0-06(

14、2ir)02 0-061430.06143756.45 1.4381.4381.4076m/su=(0.60.8) Umax 取 u=0.8 Umax =0.8 x 1.4076 = 1.126m/s根據(jù)流量公式可以計(jì)算塔徑，即:D14 .5134 =0.762m3.14 1.126將塔徑圓整得:D1 =0.8m2、提餾段:設(shè)定板間距Ht0.35m,板上液層高度hL0.075m ,則 Ht hL 0.275m液氣動能參數(shù)LVLvVb(L 0.50.00120.6081/ 959.7 0.5(站)=0.07883C200.052 （查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P181的圖412得)61Cb= C(2?

15、 J .52 (20)J。0656Umax CBLV0.0656959.6014=2.62m/s0.6014u=(0.60.8)Umax 取 u=0.6 Umax =0.8 x 2.62 = 2.09m/sD24 .6。81 =0.61m3.14 2.09將塔徑圓整得：D2 =0.7m3、塔徑：由于精餾段和提餾段的塔徑相等，即：D = 0.8m因?yàn)橹睆皆?.2m以下的浮閥塔，一般采用溢流堰，所以此處也應(yīng)該采用溢流堰。D2 3.14 0.82塔截面積A=0.5024m244實(shí)際空塔氣速uD VD/Ar 0.5134/0.5024 1.022m/suB VB/Ap 0.6081/0.5024 1.

16、21m/s(七) 溢流裝置設(shè)計(jì)：主要符號說明符號意義與單位符號意義與單位lw堰長，m%塔板上的液層高度，mhw堰咼，mAf弓形降液管的面積，m2how堰上液層咼度，md閥孔直徑，mho底隙高度，mAo閥孔總面積，m2Wd降液管寬度，mat塔截面積，m2Ht塔板間距，mD塔徑，mWs安定區(qū)寬度，mWc邊緣區(qū)寬度，mt閥孔中心距，mU0閥孔氣速，m/sF。氣體得閥孔動能因子，kg0.5gs 1gm 0.5V氣體體積流率m3 / s1、精餾段設(shè)計(jì)：選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰堰長 lw=(0.60.8)D 取堰長 lw= 0.6D = 0.48m2.84 匚（Ld）21000 lw出口堰高h(yuǎn)w=

17、hL-how取液流收縮系數(shù)E= 1 先假設(shè)是平直堰，計(jì)算堰上液層高度，0.00786m型 1（.000614 3600卡10000.48因?yàn)閔ow0.06m故采用平直堰出口堰高 hw二hL-how0.05 0.007860.04214m降液管底隙高度hoLd lwU0.0006140.48 0.070.0183m實(shí)際設(shè)計(jì)中ho 25 30mm,故取ho 0.025m2、提餾段設(shè)計(jì)：選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰堰長 “ =(0.60.8)D 取堰長 Lw = 0.48m出口堰咼h w =h L-h ow取液流收縮系數(shù) E= 1先假設(shè)是平直堰，則查圖得：E=1,得ow2.84 E( LB )3

18、1000 lw284 1 (0.0012 3600卡10000.480.0123mI因?yàn)閔ow0.06m故采用平直堰,出口堰高 h W=hL-h OW 0.075 0.01230.0627m降液管底隙高度hoLblwU0.00120.48 0.10.025m滿足不少于2025mm(八) 弓形降液管的寬度Wd和截面積Af由lw/D 0.6，查化工原理下冊 P160圖3 13得：Af /At 0.054Wd /D 0.105A 0.054厲 0.054 0.5024= 0.02713m2Wd 0.105 0.8=0.084m液體在降液管停留時間:(1 )精餾段：Afhtld0.02713 0.35

19、0.00061415.46s 3s(2 )提餾段:AfHtLb0.02713 0.350.00127.91s 3s因此結(jié)構(gòu)合理。（九）塔板布置及浮閥數(shù)目以及排列塔徑0.8m,選用整塊式塔板一般對于小塔，WS 40 70mm溢流堰入口安定區(qū)：W S 40 mm根據(jù)小塔的 WC可選3050mm大塔可選5075mm邊緣區(qū)寬度（無效區(qū)）WC 30mm降液管寬度：Wd 84mm （精餾段和提餾段一樣）（1）精餾段浮閥的數(shù)目及孔間距 對于F1型浮閥（重閥） 取得合適的，當(dāng)板上浮閥剛剛?cè)_時，動能因數(shù)Fd在912之間，故在此范圍Fo=11閥孔氣速uoFoN:9.17m/s1.438每層塔板浮閥Vd益驗(yàn)46.

20、89取 N=47因?yàn)楦￠y塔在塔板鼓泡區(qū)用叉排時氣液接觸效果較好，故選用叉排，對整塊式塔板，采用正三角形叉排?？仔木?s為75125mm對于單溢流塔板，鼓泡區(qū)面積/2221 XA2 x R x 0 R sin1800RxD(WdWs)0.8/2(0.0840.04)0.276mRWc0.8/2 0.030.37m2A 0.3664 mVd 0.513420 D0.056mA0U09.17按照等邊三角形排列，閥孔中心距：t d10.9070 039 /0.907 0.36640.0560.095m取 t=95mm實(shí)際排得N=49個（具體見附圖）精餾段塔板閥孔布置圖如下：由N值驗(yàn)算:uD0 UoNN

21、7yOOO6OO0OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOpOOOojOOQ9.174749=8.796 m/sF0 u0 廠 8.796.1.438 10.55由于計(jì)算出的F。在912之間，所以塔板的布置是合理的。開孔率：便2 0011.62%因開孔率應(yīng)在4%15之間故符合要求u08.796（2 ）提餾段浮閥的數(shù)目及孔間距：取浮閥孔動能因子 Fg =9（因Fg在912之間）U。衛(wèi)-島11.6054m/s每層塔板浮閥數(shù)：Vb4 do Uo4 0.60810.0392 11.605443.88取N=44個浮閥排列方式采用正三角形叉型排列AP2x C 市R2sin1RXD(Wd

22、Ws)0.8/2(0.0840.04)0.276m2RDWc0.8/2 0.030.37m22所以 AP 0.3664mA VB 0.60810 U011.605420.0524 m.0.907 A，；A0.039,0.907 0.36640.05240.098m取孔心距t=98mm實(shí)際排得N =41個（具體見附圖） 提餾段塔板閥孔布置圖如下：驗(yàn)算:UoNN711.6054 444112.45m/sFo u0、.VB 12.45 .0.6014 9.655閥孔能動系數(shù)變化不大，仍在9 12之間u 1 21開孔率：100 oo 9.72%因開孔率在10%14%L間故符合要求uo 12.45塔板的

23、流體力學(xué)驗(yàn)算（一）精餾段1.氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降hphehlha)干板阻力U0c73.11.825v1.825 73.1/1.4388.61m/ sU08.796 uoc8.61m/she2vUo5.37 2 Lg5.37 1.4382 756.45 9.82津 0.0402mb)板上充氣液層阻力取 00.5hl0hL0.5 0.05 0.0025me）.液體表面張力所造成的阻力，一般很小，完全可以忽略。hp hp h h 0.0402 0.025 0.0652 m483.83Pa單板壓強(qiáng)降pp h ig （he hi h ） ig 0.0652 756.45 9.812. 淹塔校核需要控

24、制的降液管液面高度Hd （ Ht hw），且有 Hd hphlh液體通過塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p=0.0652m2 2LD0.000614hd 0.153-0.1530.0004 mlwh00.4 0.025板上液層咼度 hL =0.05m所以降液管液面高度 Hd 0.0652 0.0004 0.050.1156m(Hthw) =0.5 X( 0.35+0.04214 ) =0.196m因?yàn)镠d 0.1156m0.196m，所以設(shè)計(jì)結(jié)果符合要求。3. 霧沫夾帶由 HT=0.35m, v =1.438kg/ m ,查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P199圖4-25得：G=0.096因?yàn)榫凭凰到y(tǒng)為

25、無泡沫系統(tǒng)，K=1板上液體流經(jīng)長度：ZLD 2Wd 0.8 2 0.084 0.632m鼓泡面積：A At 2Af泛點(diǎn)率1.36LZlKCFAa100%0.51341.438756.45 1.4381.36 0.000614 0.632100%1 0.096 0.4481對于直徑小于0.9m的塔，為了避免霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過53.32%70%70%。以上計(jì)算泛點(diǎn)率0.5024 2 0.02713 0.4481m2在70%以下，故霧沫夾帶量滿足 e 1000的要求。4. 塔板負(fù)荷性能圖a）極限霧沫夾帶線按泛點(diǎn)率1.36LZLKCFAa100 00對于一定的物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式中v,P

26、lA,Cf,Zl,K均為已知值。V l的關(guān)系式,相應(yīng)于e 0.1的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各已知數(shù)據(jù)代入上式，使得出 根據(jù)此可做出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率=70%計(jì)算如下：1.36LZLKCFAa1000=70%將各數(shù)據(jù)代入得霧沫夾帶線：0.04364V 0.8596L 0.03011b）液泛線Hthw5.34L2g(硃)2 0-153 iWh2.84 E10003600Llw23L(m /s)0.0010.00150.0020.00250.003V(m3/s)0.75980.71770.67570.63260.5878將各數(shù)代入整理得：0.1328 0.1519V2 1062.5L

27、2 1.632L23上式即為精餾段液泛線方程，在操作范圍內(nèi)取若干L值計(jì)算相應(yīng)的V值，列表如下：c） 液相負(fù)荷上限最大流量應(yīng)保證降液管中液體停留時間不少于3-5秒Af Ht /L 35s，這里取4s，則AH0.02713 0.35430.002374m /s d）氣相負(fù)荷下限對于F1型重閥，取FOu。； v 5計(jì)算，則d： N Fo4 e）液相負(fù)荷下限0.0392 49 54 1.43830.244m / s取堰上液層高度how0.006m作為液相負(fù)荷的下限,精餾段采用平直堰，利用how2.84 L、2/3 E() 1000 lw所以0006粽1占2/3L 1.474m3/h 0.00041m3

28、/s精餾段的操作彈性：Vmax2Vmin0.335（二）、提餾段a ）干板阻力uoc1、氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降hp hc hl h1.825 73.1/0.6014 13.878m/suB012.45m/s uoc 13.878m/shc19.9(uB)0.175/ l19.9 12.4薩75/959.7 0.03172mb）板上充氣液層阻力取00.5hl0hL 0.5 0.075 0.0375mc) 液體表面張力所造成的阻力，一般很小，完全可以忽略。hP hc hl h 0.031720.03750.0692m單板壓強(qiáng)降p； hl g0.0692 959.7 9.81 651.688Pa

29、=0.063 x 926.57 x9.81 = 586.51Pa2 .淹塔校核需要控制的降液管液面高度Hd ( H T hw),且有 H； hp hL hdhd0.153I wh 00.15320.00120.48 0.0250.00153m板上液層高度h L =0.06m所以降液管液面高度 Hd =0.0692+0.06+0.00153 = 0.1457m因?yàn)橐掖家凰奈锵挡灰灼鹋荩?.5(Ht hw)0.5(0.350.0627)0.2064 m因?yàn)镠d 0.1457m0.2064m,所以設(shè)計(jì)結(jié)果符合要求。3.霧沫夾帶3由 v 0.6014kg/m HT 0.35查傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)P

30、199圖4-25得：C f=0.085，因?yàn)榫凭灰凰到y(tǒng)為無泡沫系統(tǒng)，K=1板上液體流經(jīng)長度：ZL D 2Wd 0.8 2 0.084 0.632m鼓泡面積： A At 2Af 0.5024 2 0.02713 0.4481m2V 1.36LZl泛點(diǎn)率v 100%KCyAa0.60810.6014959.7 0.60141.36 0.0012 0.632100%1 0.085 0.4481對于直徑小于0.9m的塔，為了避免霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過42.7%70%70%。以上計(jì)算泛點(diǎn)率在70%以下，故霧沫夾帶量滿足 e 1000的要求。4.塔板負(fù)荷性能圖 a）極限霧沫夾帶線按泛點(diǎn)率1.36

31、LZlKCFAa100 00對于一定的物系及定的塔板結(jié)構(gòu)，式中v,PlA,Cf,Zl,K均為已知值。V L的關(guān)系式,相應(yīng)于e 0.1的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各已知數(shù)據(jù)代入上式，使得出根據(jù)此可做出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。 按泛點(diǎn)率=70%計(jì)算如下：1.36 LZl=70%Aa將各數(shù)據(jù)代入得霧沫夾帶線：0.02504V 0.8596L 0.02666b）液泛線Hthw 2534 蒿O53 靑 1ohw2.84 E10002 -將各數(shù)代入整理得：0.1123 0.071V2 1062.5L2 1.632L323600L 虧 lw2上式即為精餾段液泛線方程，在操作范圍內(nèi)取若干l值計(jì)算相應(yīng)的V值，列

32、表如下：L(m3 / s)0.0020.00250.0030.00350.0043V(m /s)1.15691.0620.96650.86640.7613c） 液相負(fù)荷上限最大流量應(yīng)保證降液管中液體停留時間不少于3-5秒Af Ht /L 35s，這里取4s，則Af Ht0.02713 0.35430.002374m /s d）氣相負(fù)荷下限對于F1型重閥，取Fou。； v 5計(jì)算，則2do _NFo4仁0.0392 41 540.60140.3156m3/se）液相負(fù)荷下限取堰上液層高度how0.006m作為液相負(fù)荷的下限,精餾段采用平直堰，利用how2.84 L 2/31000 (J所以 0.

33、00621 ()2/310000.4833L 1.474m /h 0.00041m / s提餾段的操作彈性:VmaxVmin0.990.31563.14提餾段的負(fù)荷性能圖見附圖1.5-114-1.3 -1 2 -1 1 -11.0-H209 -0.8-07-ix06-5/p305-0.4 -/03 -V40.2 -0 1 -J0.0-1 1 1 p1v1II*il0 0000 0 00050 DD10 0.0015 0 0020 0 00250 0030 0 00350 0040 004E 0 0050 L mL7s三、主要接管尺寸計(jì)算1. 進(jìn)料管由前面物料衡算得：F=186.1kmol/h=

34、1.0897kg/s進(jìn)料平均溫度 86.3 C, L =894.43Kg/ m3進(jìn)料由泵輸入塔中，適宜流速為1.5-2.5m/s取進(jìn)料流速u 2.0m/ s，則:進(jìn)料管內(nèi)徑dF4 1.08972.0 894.430.02786m根據(jù)計(jì)算結(jié)果可選取鋼管：38 3.5mm效核實(shí)際流速u4F4 1.08972894.43 0.0311.615m/s，設(shè)備適用。2. 回流管L 756.45 kg/m3由前面物料衡算得：L=40.91kmol/h=0.4649kg/s采取泵回流，適宜速度為1.5-2m/s，取回流流速u 1.5m/s，則:4 L4 0.4649回流官直徑d|,0.02285mYu v1.

35、5 756.45選取鋼管： 32 3.5mm驗(yàn)算得實(shí)際流速u4Ld24 0.46490.0252 756.451.25m/s，設(shè)備適用3. 釜液出口管 由前面物料衡算得:B 162.67kmol/h0.8325kg/s3L 959.7kg / m適宜速度為0.5-1.0m/s ，取出口流速u0.8m/s，則管直徑dB4 0.82350.8 959.70.03696m選取 45 3.5mm校核實(shí)際流速u4B4 0.823520.0382 959.70.757m/s，設(shè)備適用。4. 塔頂蒸汽管由前面物料衡算得：VD 0.5134m3/s常壓下適宜的蒸汽流速為：1520m/s,取蒸汽流速u=18m/

36、s,管直徑4 VD4 0.5134V u Y 180.191m選取 219 6mm驗(yàn)算得實(shí)際流速u節(jié)4 0.51343.14 0.2072=15.26m/s，設(shè)備適用四、輔助設(shè)備定型本設(shè)計(jì)方案使用的輔助設(shè)備主要有：預(yù)熱器一個，用于預(yù)熱進(jìn)料，同時冷卻釜液全凝器一個，將塔頂蒸汽冷卻，提供產(chǎn)品和一定量的回流冷卻器一個，將產(chǎn)品冷卻到要求溫度后排出 再沸器一個，將釜液加熱成蒸氣1.冷卻器取水進(jìn)口溫度為 25C，水的出口溫度為 35 C; t =(25+35)/2=30 C塔頂全凝器出來的有機(jī)液（質(zhì)量分率92%勺乙醇溶液）D=0.2663Kg/s ;溫度為78.43 C,降至30C（設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定）。按產(chǎn)

37、品冷卻前后的平均溫度，t平= 78.43 30 54.215 C ,查算比熱:2Cpm產(chǎn)二 2.91kJ 昶-1 *Q Cpmr D dt產(chǎn)=2.91 X 0.2663 X （78.43-30）=37.53kJ/s所用水量：M 水 Q/ CPmK “水13.89/ 4.174 100.899kg/s單位產(chǎn)品冷卻水用量0.8990.26633.376kg水 / kg產(chǎn)品根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，K=290698J/（ m2.C ）2取總傳熱系數(shù)K=0.4KJ/( m . C)tm(78.4335)(3025),78.43_35In302517.78 K取安全系數(shù)為1.1，則換熱面積為:A 1.1Q/ K tm

38、 1.1 37.53/ 0.4 17.785.8m2選取固定管板式換熱器： 型號：Gb 325 6.3 11管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通 面積2m管子總數(shù)管長m換熱面積2 m325190.01790.0194571.56.3單位熱交換面積Q37.53215.96 KJ gm gSA6.32.全凝器取水進(jìn)口溫度為25C,水的出口溫度為 45 C, V =0.7383Kg/s ;塔頂出口氣體的溫度為78.43 C,在此溫度下查得乙醇汽化熱為846KJ/kg, 水為 2311.47 KJ/kgrm=0.92 X 846+ (1-0.92 )X

39、2311.47=963.24kJ/kg熱負(fù)荷 Q=VX rm =0.7383 X 963.24 = 711.16 KJ/s平均溫度 35C下，CP7K 4.174KJ/(kg*)所用水量：M水 Q/ CPmK Vt水711.16/4.174 20 8.5kg/s單位產(chǎn)品冷凝水用量8.510.226337.6kg水/kg產(chǎn)品根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,K=5821163J/（222m C)，取總傳熱系數(shù) K=700w/m C =0.7KJ/ m C78.43 45tm 78.43 4578.43 25 /In42.65 Cm78.43 25取安全系數(shù)1.1，則換熱面積為：A=1.1 Q/ ktm1.1 711.

40、16/ 0.7 42.65 26.2m2選取浮頭式換熱器：型號：Fb 500 28.3 1 2 管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm;殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通 面積2m管子總數(shù)管長m換熱面積2 m500280.01940.0582124328.3單位熱交換面積Q 需6 25JgS1gm23、預(yù)熱器設(shè)計(jì)流程要求泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料濃度下的泡點(diǎn)溫度為86.3 C ,而進(jìn)料溫度為25 C，利用22.5kgf/cm蒸汽間接加熱。查得蒸汽的參數(shù)：t 126.720C, p 2.453 105 pa,r 2183.42kJ/kg, v 1.39Kg /m3料液的平均溫度：t 25 ；6.3

41、55.65 C 查得 Cp 4.39KJ*g 1 1F 1.089 kg / s故 Q 吸 Cpm F Vt 4.391.089(86.325)293.06 kJ /sQ 吸 Q 放 293.06 kJ / s根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值可知，K 1200 W /( m2. C)66.42 Ctm (126.7225)(126.7286.3) /1n(126.7225) /(126.7286.3)取安全系數(shù)為1.1則換熱面積為：A 1.1Q/(k* tm) 1.1 293.06/(1.2 66.42) 4.044m2蒸氣用量Ws Qr293.060.1342kg/ s2183.42單位產(chǎn)品蒸氣用量Ws 0.13

42、420.5039kg蒸氣/ kg產(chǎn)品D 0.2263產(chǎn)品選取浮頭式換熱器：型號：Fb 325 6.4 2.5 4管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心排管數(shù)管程流通 面積2m殼程流通 面積2m管子總 數(shù)管長m換熱面積2 m325440.00220.043652836.4單位熱交換面積Q 293.06 45.79 KJ gS 1gm 2A 6.44、再沸器飽和 水蒸氣壓強(qiáng) 為 2.5kgf/cm 2, 在此條件下05t 126.72 C, p 2.453 10 pa,r 2183.42kJ/kg釜液的溫度為98.1 C，組成基本為水，查得此溫度下水汽化熱為r水 2263 KJ /

43、kg傳熱溫差為 Vtm T tw 126.72 98.128.62 C22根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，K=14204250 W/(m K)，取 K=2000W/(m K) V=0.3657kg/sQ Vg 0.3657 2263 827.58kJ / s蒸氣的用量WsQ 827.580.379kg/s r 2183.42單位產(chǎn)品蒸氣用量Ws 0.3791.675kg蒸氣/ kg產(chǎn)品D 0.2263取安全系數(shù)1.1 ,1 1Q1 1827 58則換熱面積為：A15.90m2KVtm2 28.62選取浮頭式換熱器： 型號：Fb 400 16.92.5 2管子（炭鋼）尺寸25 2.5mm ；殼徑m管程數(shù)中心管 排數(shù)

44、管程流通 面積殼程流通 面積管子總 數(shù)管長m換熱面積2 m2 m2 m400270.01160.0436574316.9單位熱交換面積QA827.5816.91 248.97 KJgS gm五、塔總體結(jié)構(gòu)1.塔壁厚材料Q235-A查得113MPa操作壓力P=1atm 溫度100oCPDicVd2P由于用以上公式計(jì)算出的壁厚很小，不符合實(shí)際的要求，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取壁厚d 8mm2塔封頭的確定由D=800mn選橢圓型封頭 DN800 8 Q235 A JB仃4737，封頭高度hl=200mm直邊高度h2=25mm取壁厚 d 8mm3. 法蘭的選擇D=800mm，工作壓力為 O.IMpa。選擇甲型法蘭J

45、B4701-92,公稱壓力為 0.25Mpa，材料為Q235-A4. 塔高因?yàn)樗卓臻g具有中間儲槽的作用，塔釜料液最好在塔底停留1015min，這里取600s,則有V釜液=0.0012 X 600= 0.72 m3所以塔釜液面高：H釜=4 0.72/ 3.14 0.821.433m塔釜高度=1.433+0.2=1.7m進(jìn)料板層增加的高度=0.2m封頭高度=2* (0.2+0.025 ) =0.45m塔頂層高度=1m塔層高度=44X 0.35=15.4m裙座高度=2.5m開人孔增加的高度 =6*0.35=2.1m總塔高度約為24mo4.裙座的設(shè)計(jì)(1) 裙座高度：2.5m，厚度：8mm ,直徑：

46、800mm(2) 開人孔：直徑 480mm(3)基礎(chǔ)環(huán)：外徑48 41加內(nèi)徑：D00.8 0.3 0.5m(4)基礎(chǔ)環(huán)上固定螺栓的確定：條件：當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力 12級，查得風(fēng)速32.6m/s，風(fēng)壓P=2254 Pa 塔高：24m計(jì)算:56.65 242697.8KNgm塔體承受的風(fēng)力：Fk1k2PfiHD 0.7 1.7 2254 1.1 24 0.8 56.65KN力矩：M 2基礎(chǔ)環(huán)的強(qiáng)度：S環(huán)=0.25 (D=D2)=0.25 3.14( 1.2 2-0.5 2)=0.934m2W環(huán)314OR 04m232D32 1.2應(yīng)力：M697.84.255MPaW環(huán)0.1642基礎(chǔ)環(huán)的有效面積： S

47、0.7S環(huán) 0.6538m2 2 2 2 2Fb 0.25 (D1 D )0.25 3.14(12080 )6280cmA3 鋼螺栓的許用應(yīng)力為|51275.3 1 05 Pa，取用螺栓 n=28 個螺栓徑d一4飛 n l0.34 4.225 106 62803.14 28 1275.3 1050.33.38cm查表得，基礎(chǔ)環(huán)取規(guī)格為M42的螺栓，28個。六、塔節(jié)說明(結(jié)構(gòu)圖見附圖)因?yàn)樗降扔?800mm所以采用整塊式塔板。本設(shè)計(jì)定距離管式塔板結(jié)構(gòu)。因共需44塊塔板，所以可以設(shè)計(jì)一個塔層中安裝5層塔板，全塔共需要 9個塔節(jié)。因?yàn)榘彘g距為 350mm故塔節(jié)高度為350X 5=1750 mm。小于2500mm滿足要求；含進(jìn)料層的塔節(jié)較其他塔節(jié)高， 為1950mm裝有人孔的塔節(jié)也較其他塔節(jié)略高，為2100mm也滿足要求。6個塔板用拉桿和定距管緊固在塔節(jié)內(nèi)。 定距管起著支撐塔板和保持塔間距的作用。塔板與塔壁的間隙， 一軟填料密封后，用壓板和壓圈壓緊。塔節(jié)兩端均有法蘭，兩個塔節(jié)間用螺栓螺母連接。七、泵的選擇1. 進(jìn)料泵進(jìn)料高度=2.5 0.225 1.7 4 0.35 5.825m3流量 F=3922.92kg/h=4.392m /h在原料液罐液面與進(jìn)料口面之間列伯努利方程得：2 2ZPLU