化工原理課程設(shè)計——篩板精餾塔設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計 篩板精餾塔設(shè)計 常州大學(xué)石油化工學(xué)院 基礎(chǔ)化工部 2 常壓分離環(huán)己醇常壓分離環(huán)己醇苯酚連續(xù)操作苯酚連續(xù)操作 篩板精餾塔工藝設(shè)計任務(wù)書篩板精餾塔工藝設(shè)計任務(wù)書 基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)：基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)： 1. 處理能力：50000 t/a（年工作按8000小時計） 2. 進料組成：環(huán)己醇30%，苯酚70%（mol%，下同） 3. 進料狀態(tài)：泡點進料 4. 產(chǎn)品要求：塔頂餾出液組成：環(huán)己醇98%，苯酚2% 塔釜釜殘液組成：環(huán)己醇1%，苯酚99% 5. 塔頂壓強：760 mmHg（絕壓） 6. 公用工程：循環(huán)冷卻水：進口溫度32，出口溫度38 導(dǎo)熱油：進口溫度260，出口溫度250 3 總體要求

2、：總體要求： 繪制帶控制點工藝流程圖，完成精餾塔工藝設(shè)計以及有關(guān)附 屬設(shè)備的計算與選型。繪制塔板結(jié)構(gòu)簡圖，編制設(shè)計說明書。 1. 精餾塔工藝設(shè)計內(nèi)容：全塔物料恒算、確定回流比；確定塔 徑、實際板數(shù)及加料板位置。 2. 精餾塔塔板工藝設(shè)計內(nèi)容：塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計、流體力學(xué)計算、 負荷性能圖、工藝尺寸裝配圖。 3. 換熱器設(shè)計：確定冷熱流體流動方式，根據(jù)換熱面積初選換 熱器；核算總傳熱系數(shù)；計算實際傳熱面積；選定換熱器型號， 計算管程、殼程壓降。 說明：說明： 1. 寫出詳細計算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來源。 2. 每項設(shè)計結(jié)束后，列出計算結(jié)果明細表。 3. 設(shè)計說明書要求字跡工整，按規(guī)范裝訂成冊。 4

3、v帶控制點工藝流程圖帶控制點工藝流程圖, ,用用3 3號圖紙畫號圖紙畫 v塔工藝條件圖（帶管口）塔工藝條件圖（帶管口）, ,用用3 3號圖紙畫號圖紙畫 v其余工藝設(shè)計圖其余工藝設(shè)計圖, ,用坐標紙用坐標紙 課程設(shè)計的要求課程設(shè)計的要求 注意事項注意事項: : 寫出詳細計算步驟寫出詳細計算步驟, ,并注明選用數(shù)據(jù)的來源并注明選用數(shù)據(jù)的來源 每項設(shè)計結(jié)束后每項設(shè)計結(jié)束后, ,列出計算結(jié)果明細表列出計算結(jié)果明細表 設(shè)計說明書要求字跡工整設(shè)計說明書要求字跡工整, ,裝訂成冊上交裝訂成冊上交 5 學(xué)號學(xué)號1-10號號 單號單號 雙號雙號 處理量處理量環(huán)己醇組成環(huán)己醇組成 苯酚組成苯酚組成 45000 t

4、/a 55000 t/a 35%65% 72%28% 學(xué)號學(xué)號11-21號號 單號單號 雙號雙號 處理量處理量環(huán)己醇組成環(huán)己醇組成 苯酚組成苯酚組成 55000 t/a 45000 t/a 32%68% 72%28% 學(xué)號學(xué)號22以后以后 單號單號 雙號雙號 處理量處理量環(huán)己醇組成環(huán)己醇組成 苯酚組成苯酚組成 50000 t/a 45000 t/a 26%74% 77%23% 6 計算說明書目錄計算說明書目錄 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書 帶控制點工藝流程圖與工藝說明帶控制點工藝流程圖與工藝說明 精餾塔工藝計算精餾塔工藝計算 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計 換熱器選型換熱器選型 精餾塔工藝條件圖精餾塔工藝條

5、件圖 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果匯總塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果匯總 符號說明符號說明 結(jié)束語結(jié)束語 7 常壓分離環(huán)己醇常壓分離環(huán)己醇苯酚連續(xù)操作苯酚連續(xù)操作 篩板精餾塔設(shè)計計算示例篩板精餾塔設(shè)計計算示例 1. 設(shè)計任務(wù)書設(shè)計任務(wù)書 按要求填入處理量和進料組成按要求填入處理量和進料組成 2. 帶控制點工藝流程圖與工藝說明帶控制點工藝流程圖與工藝說明 （1）帶控制點工藝流程圖）帶控制點工藝流程圖 （2）操作壓力的選擇）操作壓力的選擇 （3）工藝流程敘述）工藝流程敘述 8 9 3. 精餾塔工藝計算精餾塔工藝計算 3.1 平均相對揮發(fā)度的計算平均相對揮發(fā)度的計算 181.90.0000.000 179.10.0250.0

6、994.28 176.40.0500.1864.34 173.80.0750.2634.40 171.30.1000.3334.49 t xy i 說明：平均相對揮發(fā)度為 5.62 i ii ii yx xy 1 1 im 39 1 3.2 繪制繪制t-x-y圖及圖及x-y圖圖 在坐標紙上繪圖，上大小要求t-x-y圖為1010cm， x-y圖為 2020cm 10 項 目 數(shù) 值 進料流量F, kmol/h 塔頂產(chǎn)品流量D, kmol/h 塔釜殘液流量W, kmol/h 進料組成，xF(摩爾分數(shù)） 塔頂產(chǎn)品組成，xD(摩爾分數(shù)） 塔釜殘液組成，xW(摩爾分數(shù)） 表1 物料衡算表 3.3 全塔物

7、料衡算全塔物料衡算 料液平均分子量：Mm = 0.3100 + 0.794 = 95.8 進料流量：F = 50000103 /800095.8 = 65.24 kmol/h F = D + W D=19.5 kmol/h Fxf = DxD + Wxw W=45.74 kmol/h 11 3.4 實際板數(shù)及進料位置的確定實際板數(shù)及進料位置的確定 1. 確定最小回流比Rmin 76. 0 30. 0687. 0 687. 098. 0 min qq qD xy yx R 2. 確定操作回流比R 由Fenske方程計算最小理論板數(shù)Nmin )(9 . 31 lg 1 1 lg min 不包括塔釜

8、 m w w D D x x x x N 12 利用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，計算NT R如下： 0.86314.7 0.98811.8 1.14010.7 1.2929.9 1.4449.3 RNT 1.5209.0 繪制NT R關(guān)系圖，找出最佳回流比。 說明：R取(1.0、1.2、1.4、1.6、 1.8、2.0)Rmin 6 個點 13 圖解法求得NT =5.5（不包括塔釜） 加料板位置nT = 3.0 3. 圖解法求理論板數(shù)及加料板位置圖解法求理論板數(shù)及加料板位置 4.4.實際板數(shù)及加料板位置的確定實際板數(shù)及加料板位置的確定 全塔效率由Oconnell關(guān)聯(lián)式計算： E x Tm L LfiLi 0

9、49049532 03044 0245 0245 . . . 14 回流比回流比 理論板數(shù)理論板數(shù) 板效率板效率 實際板數(shù)實際板數(shù) 理論加料位置理論加料位置 實際加料位置實際加料位置 表表2 2 塔板計算結(jié)果塔板計算結(jié)果 15 包括板間距的初估，塔徑的計算，塔板溢流包括板間距的初估，塔徑的計算，塔板溢流 形式的確定，板上清液高度、堰長、堰高的初形式的確定，板上清液高度、堰長、堰高的初 估與計算，降液管的選型及系列參數(shù)的計算，估與計算，降液管的選型及系列參數(shù)的計算， 塔板布置和篩孔塔板布置和篩孔/ /閥孔的布置等，最后是水力閥孔的布置等，最后是水力 學(xué)校核和負荷性能圖。學(xué)校核和負荷性能圖。 4.

10、 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 17 4.1 常用塔板的類型常用塔板的類型 （1）泡罩塔）泡罩塔 優(yōu)點優(yōu)點：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。 缺點：缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大但生產(chǎn)能力不大。 塔板是氣液兩相接觸傳質(zhì)的場所，為提高塔板性能，采用 各種形式塔板。 組成：組成：升氣管和泡罩 18 圓形泡罩 條形泡罩 泡罩塔 19 （2）篩板塔板）篩板塔板 優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小。 目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。 塔板上開圓孔，孔徑d0：3 - 8 mm; 大孔徑篩板d0 ：12 - 25 mm。 lw WD 20 （3）浮閥塔板）浮閥塔板 圓形浮閥條形浮閥 浮閥塔盤

11、方形浮閥 21 優(yōu)點：優(yōu)點：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈 性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣 泛的應(yīng)用。 缺點：缺點：浮閥易脫落或損壞。 方形浮閥 F1型浮閥 22 （4）噴射型塔板）噴射型塔板 氣流方向氣流方向：垂直 小角度傾斜， 改善液沫夾帶、液面落差 。 氣液接觸狀態(tài)：氣液接觸狀態(tài)：噴射狀態(tài) 連續(xù)相連續(xù)相：氣相；分散相分散相：液相 促進兩相傳質(zhì)。 形式：形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直篩板等。 缺點缺點：氣泡夾帶現(xiàn)象比較嚴重。 20= R25 50 三面切口舌片; 拱形舌片; 5050mm定向舌片的尺寸和傾角 舌形塔板： 23 溢流堰

12、降 液 管 安定區(qū) 塔 板 連 接 區(qū) 受 液 區(qū) 液 體 分 布 區(qū) 導(dǎo)向孔 1015 20 8 11 15 20 液流方向 30 3 5.7 4.7 (a) 斜孔結(jié)構(gòu)之一 (b)塔板布置 斜孔塔板 （5）斜孔塔板）斜孔塔板 24 AA 降液管 進口堰 壓延金屬板 A-A 剖視圖 網(wǎng)孔塔板 （6）網(wǎng)孔塔板）網(wǎng)孔塔板 25 垂直篩板 液相 塔板 泡罩 氣相 （6）垂直篩板）垂直篩板 26 （7）多降液管（）多降液管（MD）塔板）塔板 優(yōu)點：優(yōu)點：提高允許液體流量 27 （8）林德篩板（導(dǎo)向篩板）林德篩板（導(dǎo)向篩板） 應(yīng)用應(yīng)用：用于減壓塔的低阻力、高效率塔板。 斜臺斜臺：抵消液面落差的影響。 導(dǎo)

13、向孔導(dǎo)向孔：使氣、液流向一致，減小液面落差。 液流 (a)斜臺裝置 液流 液流 (b)導(dǎo)向孔 林德篩板 28 （9）無溢流塔板）無溢流塔板 有溢流塔板：有溢流塔板：有降液管的塔板； 無溢流塔板無溢流塔板：無降液管的塔板； 形式：形式：無溢流柵板和無溢流篩板； 特點特點：生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡單，塔板阻力小； 但操作彈性小，塔板效率低。 沖制柵板 由金屬條組成 的柵板 無溢流篩板 29 設(shè)計參數(shù)如下（以塔頂?shù)谝粔K塔板數(shù)據(jù)為設(shè)計依據(jù)）：設(shè)計參數(shù)如下（以塔頂?shù)谝粔K塔板數(shù)據(jù)為設(shè)計依據(jù)）： 液相密度液相密度 L = 950 kg / m3 汽相密度汽相密度 V = PM/ RT = 2.92 kg / m3

14、 液相表面張力液相表面張力 = 32 dyn /cm 汽相流量汽相流量VS = (R+1) DM /3600 V=0.408 m3/s 液相流量液相流量LS = RDM / 3600 L =0.000684 m3/s 30 4.2 初估塔徑初估塔徑 取板間距HT = 350 mm，板上液層厚度hL= 0.07 m， 則HT -hL= 0.28m。 03.0 92.2 950 408.0 000684.0 5 .0 5 .0 V L S S V L 塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系 塔塔徑徑 D，m 0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.02.0-2.42.4 塔

15、塔板板間間距距 HT，m 0.2-0.30.3-0.350.35-0.450.45-0.60.5-0.80.6 說明：說明：工業(yè)塔中，板間距范圍200900 mm 兩相流動參數(shù)FLV= 則液泛氣速：smCu V VL f /19.1 20 5 .0 2 .0 20 31 對于篩板塔、浮閥、泡罩塔，可查圖 ，C20=(HT 、FLV) C20 ： ：=20 dyn/cm 時的氣體負荷因子 0.2 HT=0.6 0.45 0.3 0.15 0.40.30.21.00.70.10.040.030.020.070.01 0.04 0.03 0.02 0.07 0.01 0.1 0.09 0.06 0.

16、05 v l VV VL LV s s q q F VL V f20 uC 塔板泛點關(guān)聯(lián)圖 32 取操作氣速u =（0.6-0.8）uf=0.75uf =0.893 m/s 則氣體流通面積 An= VS / u =0.457 m2 選取單溢流塔盤，取lw / D =0.7，查圖得A f /AT = 0.088 則塔截面積：A A AA m T n fT 1 0 501 2 . 塔徑 D = ，圓整為0.8m。 4079Am T /. 說明：計算得到的塔徑需圓整，系列化標準： 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 120

17、0m 等 33 由此重新計算：由此重新計算： A T =0.785D2 =0.5024 m2 A f = 0.088AT =0.0442 m2 A n= AT - Af =0.4582 m2 u = VS /An =0.89 m/s 實際泛點百分率：實際泛點百分率： u /u f =0.75 注意：注意： 1）必須用圓整后的）必須用圓整后的D重新計算確定實際的氣體流通截重新計算確定實際的氣體流通截 面積、實際氣速及泛點率。面積、實際氣速及泛點率。 2）校核）校核HT與與D的范圍。的范圍。 34 D-塔徑 hw-堰高 how-堰上液層高度 HT-板間距 ho-降液管底隙高度 Hd-降液管內(nèi)清液層

18、高度 hL-板上液層高度 h hL L=h=hw w+h +how ow Hd 溢流裝置溢流裝置（1020cm） 4.3 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.3.1 溢流裝置溢流裝置 溢流型式的選擇溢流型式的選擇 依據(jù)：依據(jù)：塔徑 、流量； 型式型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等。 35 降液管形式和底隙降液管形式和底隙 降液管：弓形、圓形。 降液管截面積：由Af /AT 確定； 底隙高度 h0：通常在 40 60 mm。 36 溢流堰（出口堰）溢流堰（出口堰） 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。 0 37 采用弓形降液管，平堰及平

19、型受液盤，l w =0.7D=0.56 m 堰上液層高度 堰高 h w =h L - h o w =0.06238 m 液管底隙高度 h o =h w -0.006=0.05638 m hE L l m ow h w 2 84 1000 0 00762 2 3 . . 要求：要求：mmhOW6 本設(shè)計采用本設(shè)計采用: 38 一般取安定區(qū)寬度 WS =（50-100）mm 一般取邊緣區(qū)寬度 WC =（30-50）mm 4.3.2 塔盤布置塔盤布置 WC WD WS lW r x 塔盤布置圖（1010cm） 1. 受液區(qū)和降液區(qū)受液區(qū)和降液區(qū) 一般兩區(qū)面積相等。一般兩區(qū)面積相等。 2. 入口安定區(qū)

20、和出口入口安定區(qū)和出口 安定區(qū)。安定區(qū)。 39 取篩孔直徑d o =（38）mm，孔徑比取 t/d0 = 3.0-3.5 由l w /D = 0.7，查圖得 Wd /D=0.15 則 Wd = 0.15D=0.12 m x = D/2 - (Wd + Ws )= 0.21 m r = D/2 - Wc =0.36 m 鼓泡區(qū)面積：A x rxr Sin x r m a 2 180 0284 22212 . 開孔率 = A0 /A a = 0.907 /(t/d0)2 = 0.074 篩孔面積 A 0 = Aa = 0.021 m2 篩孔氣速 u 0 =VS / A 0 =19.43 m/s 篩

21、孔數(shù)目 n = 4 A 0 / d02 =1672個 以Aa為面積計算的氣速 ua=VS/Aa 3. 篩板塔有效傳質(zhì)區(qū)布置篩板塔有效傳質(zhì)區(qū)布置 d0 t 正三角排列 40 4.4 塔板塔板流體力學(xué)校核流體力學(xué)校核 4.4.1 塔板阻力塔板阻力 篩板塔板阻力篩板塔板阻力 液柱m g p h L f f 塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 hd 氣體通過板上孔的阻力（無液體時）； （b）液層阻力 hl 氣體通過液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力。 可用清液柱高度表示： （a）干板阻力）干板阻力hd 2 0 0 , 2 1 C u gg p h L V L df

22、d 41 d0/ C0 塔板孔流系數(shù) 查得 孔流系數(shù)C0=0.75，則：取板厚 = 3 mm， 液柱m C u gg p h L V L df d 11. 0 2 1 2 0 0 , 42 OWWl hhh（b）液層阻力）液層阻力 hl 查圖得充氣系數(shù)=0.58 V uF aa 液柱mhhh OWWl 0406. 0于是：于是： 43 說明說明：（：（1）若塔板阻力過大，可增加開孔率或若塔板阻力過大，可增加開孔率或 降低降低 堰高。堰高。 （2）對于常壓和加壓塔，塔板阻力一般沒有）對于常壓和加壓塔，塔板阻力一般沒有 什么特別要求。什么特別要求。 （3）對于減壓塔，塔板阻力有一定的要求。）對于減

23、壓塔，塔板阻力有一定的要求。 0 3 104 dg h L （c）克服液體表面張力阻力克服液體表面張力阻力（一般可不計） 故塔板阻力：液柱mhhhh ldf 15. 0 44 4.4.2 液沫夾帶量校核液沫夾帶量校核 單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)量（或摩爾）ev ： kg 液體 / kg氣 體，或 kmol液體 / kmol氣體。指標為ev 0.1。 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數(shù)。故有： VS LS V V L e 1 方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖，由 和實際泛點百分率0.75，查得=0.08，進而求出ev=0.0470.1。 ev的計算方法的計算方法： 03.0

24、/ VL S S LV V L F 篩板塔液沫夾帶量校核篩板塔液沫夾帶量校核 45 2 . 3 6 107 . 5 fT v HH u e 方法2：用亨特（Hunt）經(jīng)驗公式計算ev： 說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。說明：超過允許值，可調(diào)整塔板間距或塔徑。 )(5 . 2 OWWf hhH式中Hf 為板上泡沫層高度： 要求要求： ev 0.1 kg 液體液體 / kg氣體氣體 46 4.4.3 降液管溢流液泛校核降液管溢流液泛校核 篩板塔降液管溢流液泛校核篩板塔降液管溢流液泛校核 d L OWWd h g pp hhH 12 ffOWW hhhh 降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度

25、 (m)： （a）液面落差）液面落差一般較小，可不計。當(dāng)一般較小，可不計。當(dāng)不可忽略時：不可忽略時： )()( )4( 0476.0 3 2 vLf sLf bH LZHb 一般要求：一般要求：0.5h0 47 m hl L g u h W sd f 000072. 0153. 0 2 2 0 2 主要為底隙阻力，而進口堰阻力一般為0（當(dāng)無進口堰時）： （b b）液體通過降液管阻力液體通過降液管阻力 hf d d H H WTd hHH 降液管中泡沫層高度： 要求：要求： 說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大塔板間距。說明：若泡沫高度過大，可減小塔板阻力或增大塔板間距。 對不易起泡物系：

26、 8 .05 .0 4 . 03 . 0易起泡物系： 而 H d / = 0.34 (HT +hw) = 0.41 48 4.4.4 液體在降液管中停留時間校核液體在降液管中停留時間校核(同時適用于兩種塔盤同時適用于兩種塔盤) 目的：目的：避免嚴重的氣泡夾帶降低板效率。 )53(2 .14 S df L HA 停留時間：停留時間： 要求：要求：s ) 53( 說明：停留時間過小，可增加降液管面積或增大塔板間距。說明：停留時間過小，可增加降液管面積或增大塔板間距。 49 （a）計算嚴重漏液時干板阻力 hd OWWd hhh13.00056.0 （b）計算漏液點氣速 uow d V L ow hg

27、Cu 2 0 說明：如果穩(wěn)定系數(shù)說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可減小開孔率或降低堰高。過小，可減小開孔率或降低堰高。 （5）嚴重漏液校核）嚴重漏液校核 ( 針對篩板塔針對篩板塔 ) 漏液點氣速漏液點氣速 uow：發(fā)生嚴重漏液時篩孔氣速。 穩(wěn)定系數(shù)：穩(wěn)定系數(shù)： owo uuk/ 要求：要求：25 . 1k （c）計算穩(wěn)定系數(shù) 0 .3/ owo uuk 50 4.5 塔板負荷性能圖塔板負荷性能圖 在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進在確定了塔板的工藝尺寸，又按前述各款進 行了流體力學(xué)驗算之后，便可確認所設(shè)計的塔行了流體力學(xué)驗算之后，便可確認所設(shè)計的塔 板能在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下正常操作。此時，板能

28、在任務(wù)規(guī)定的氣液負荷下正常操作。此時， 有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出有必要進一步揭示該塔板的操作性能，即求出 維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動維持該塔板正常操作所允許的氣、液負荷波動 范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式范圍。這個范圍通常以塔板負荷性能圖的形式 表示。表示。 51 操作彈性操作彈性=Vmax / Vmin 52 （1）漏液線（氣相負荷下限線）漏液線（氣相負荷下限線）(篩板塔篩板塔) 第一點：L h = L S （ 0.000684）3600 = 2.46 m3/h V h = A0 u ow3600 = 491.4 m3/h 第二點：取L h = 10

29、m3/h，同樣可以計算得到： u ow = 7.5 m/s， 則V h = A0 u ow3600 = 567 m3/h 53 漏液量增大，導(dǎo)致塔板上難以維持正常操作所需的液面，無法 操作。此漏液為嚴重漏液，稱相應(yīng)的孔流氣速為漏液點氣速漏液點氣速。 54 （2）過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線）過量液沫夾帶線（氣相負荷上限線） （篩板塔）（篩板塔） 規(guī)定：ev = 0.1（ kg 液體 / kg氣體）為限制條件。 2 .3 6 107 .5 fT v HH u e )(3600 fT h AA V u )(5 .2 wowf hhH 3 2 1000 84. 2 w h ow l L Eh ow

30、Lw hhh 把u、Hf、how和hw的計算公 式代入ev計算公式，得到Vh 和Lh的關(guān)系式，作圖。 55 原因：原因： 氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板； 氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。 56 （3）液相負荷下限線（篩板塔）液相負荷下限線（篩板塔） 對于平直堰，一般取堰上液層高度對于平直堰，一般取堰上液層高度0.006 OW hm 作為液相負荷下限條件，低于此限便不能保作為液相負荷下限條件，低于此限便不能保 證板上液流均勻分布，降低氣液接觸效果。證板上液流均勻分布，降低氣液接觸效果。 依此式可求得液相負荷下限，據(jù)此作出液依此式可求得液相負荷下限，據(jù)此作

31、出液 相負荷下限線相負荷下限線(3)。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在豎直。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在豎直 線線(3)的右方。的右方。 hml E L wh /72. 1 11. 2 3 2 3 min, 57 （4）液相負荷上限線（篩板塔）液相負荷上限線（篩板塔） 此線反映對于液體在降液管內(nèi)停留時間的起碼要此線反映對于液體在降液管內(nèi)停留時間的起碼要 求。對于尺寸已經(jīng)確定的降液管，若液體流量超過求。對于尺寸已經(jīng)確定的降液管，若液體流量超過 某一限度，使液體在降液管中的停留時間過短，則某一限度，使液體在降液管中的停留時間過短，則 其中氣泡來不及放出就進入下層塔板，造成氣相返其中氣泡來不及放出就進入下層塔板，造成氣

32、相返 混，降低塔板效率?；?，降低塔板效率。 依此式可求得液相負荷上限，據(jù)此作出液依此式可求得液相負荷上限，據(jù)此作出液 相負荷上限線相負荷上限線(4)。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在豎直。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在豎直 線線(4)的左方。的左方。 LAHmh hfT,max / ./30 3600 1856 3 58 （5）液泛線（篩板塔）液泛線（篩板塔） 液泛線表示降液管內(nèi)泡沫層高度超過最大允許值時，液泛線表示降液管內(nèi)泡沫層高度超過最大允許值時， 破壞塔的正常操作。破壞塔的正常操作。 由以下公式得到Vh和Lh的關(guān)系式： 2 0 3600 153.0 hl L h W h f 2 0 0 2 1 C u g h

33、 L V d OWWl hhh )( WTd hHH 0 3600/AVu ho ldfOWWd hhhhhH 59 液泛現(xiàn)象 60 5. 換熱器選型換熱器選型 5.1 換熱器的初步選型換熱器的初步選型 （1）塔頂冷凝器）塔頂冷凝器 熱負荷QC = (R+1)D(IVD - ILD)= (R+1)DMDrD = 4.63105 kcal/h。 取冷卻水的進口溫度為32，出口溫度為38，則換熱平均溫 差tm =87.3，取換熱系數(shù)K = 350 w/m2，則所需換熱面積： S = 4.631051034.18 / (360035087.3) = 17.7 m2 選擇型號：標準系列JB1145-7

34、3 Fg18（雙程） 61 （2）塔底再沸器）塔底再沸器 熱負荷QB = (R+1)DMBrB = 2.08106 kJ/h。 取導(dǎo)熱油進口溫度為260，出口溫度為250， 則換熱平均溫差tm =57.5，取換熱系數(shù)K = 500 w /m2；則所需換熱面積：S = 2.08106103 / (360050057.5) = 20.0 m2 選擇型號：標準系列JB1145-73 Fg20（單程） 62 5.2 塔頂冷凝器設(shè)計塔頂冷凝器設(shè)計 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： （1）根據(jù)工藝要求，確定換熱器類型；）根據(jù)工藝要求，確定換熱器類型； （2）根據(jù)物料情況，確定流體流徑（管程、殼程的安排）；）根據(jù)物料情

35、況，確定流體流徑（管程、殼程的安排）； （3）確定定性溫度下冷熱流體的物性數(shù)據(jù)；）確定定性溫度下冷熱流體的物性數(shù)據(jù)； （4）計算熱負荷、冷卻水量以及傳熱溫差；）計算熱負荷、冷卻水量以及傳熱溫差； （5）根據(jù)經(jīng)驗，初步估計）根據(jù)經(jīng)驗，初步估計K值；值； 高溫流體高溫流體低溫流體低溫流體K值推薦值推薦/kcal/m2.h. 有機蒸汽有機蒸汽水水 350-650 高沸點碳氫化合物蒸汽高沸點碳氫化合物蒸汽 水水450-850 有機蒸汽與水蒸汽混合物有機蒸汽與水蒸汽混合物水水 400-750 油汽蒸汽油汽蒸汽 水水 350-450 水蒸汽水蒸汽 水水 1500-2500 甲醇蒸汽甲醇蒸汽 水水 450-

36、550 63 （6）由傳熱方程）由傳熱方程 Q=KAtmtm 計算換熱面積?？紤]計算換熱面積?？紤]10%-15%的裕度，確定面積；的裕度，確定面積； （7）根據(jù)換熱器類型和面積，選定換熱器型號）根據(jù)換熱器類型和面積，選定換熱器型號, 列出該換熱器的參數(shù)；列出該換熱器的參數(shù)； 換熱器參數(shù)表換熱器參數(shù)表 外殼直徑外殼直徑D/mm 公稱壓力公稱壓力P/Mpa 公稱面積公稱面積A/m2 管程數(shù)管程數(shù)Np 管子排列方式管子排列方式 管子尺寸管子尺寸/mm 管長管長l/m 管數(shù)管數(shù)NT/根根 管心距管心距t/mm 500 1.6 57 2 正方形正方形 2525 2.5 2.5 3 3 248 32 64

37、 （8）計算管程給熱系數(shù)）計算管程給熱系數(shù)ai 利用以下公式計算：利用以下公式計算： 3 .08 .0 PrRe023.0 i i d 其中管程流動面積：其中管程流動面積： P T ii N N dA 2 4 管程流體流速：管程流體流速： ii mi i A q u 雷努數(shù)：雷努數(shù)： i iii i ud Re （9）計算總傳熱系數(shù)）計算總傳熱系數(shù)K 1 ) 1 ( oi i RRK 65 （10）計算傳熱面積）計算傳熱面積 溫度校正系數(shù)：溫度校正系數(shù)：),(PRf 12 21 tt TT R 21 11 tt P Tt 根據(jù)根據(jù)R和和P查溫度校正系數(shù)查溫度校正系數(shù) 實際傳熱溫差為實際傳熱溫差

38、為 mm tt 計算傳熱面積為計算傳熱面積為 m tK Q A 計 實際傳熱面積為實際傳熱面積為ldNA oT 實 若若 0 . 1/ 計實 AA 則所選換熱器合適，否則重新選擇則所選換熱器合適，否則重新選擇 66 （11）計算管程壓力降）計算管程壓力降 2 2 3 i i pt i uNf d l P ）（ 管 （12）計算殼程壓力降）計算殼程壓力降 ft 為管程結(jié)垢校正系數(shù)為管程結(jié)垢校正系數(shù),對三角形排列的取對三角形排列的取1.5 對正方形排列的取對正方形排列的取1.4 2 0 2 1(3.5) 2 o So B PFffu D TCBB殼 N（N）+N 0.5 0.5 1 1.1 1.1

39、9 (307) B TCT TCT l N B NN NN Pg B 0 折流板數(shù)目 正三角形排列 正方形排列 校正系數(shù)F,正三角形F取0.5,正三角形F取0.3 f 查圖 見華東理工大學(xué) 為折流板間距,取0.2m 67 換熱器設(shè)計計算結(jié)果匯總換熱器設(shè)計計算結(jié)果匯總 68 塔頂冷凝器設(shè)計計算結(jié)果匯總表塔頂冷凝器設(shè)計計算結(jié)果匯總表 項目項目數(shù)值數(shù)值備注備注 換熱器類型換熱器類型固定管板式固定管板式 換熱器面積換熱器面積57m2 管程流體管程流體 冷卻水冷卻水 殼程流體殼程流體 塔頂汽相塔頂汽相 外殼直徑外殼直徑500mm 管程流速管程流速2.5m/s 殼程流速殼程流速12.5m/s 管程數(shù)管程數(shù)

40、雙程雙程 管子長度管子長度 3.0m 管子尺寸管子尺寸 2525 2.5 2.5正方形排列正方形排列 管程壓降管程壓降 殼程壓降殼程壓降 3.7kpa 5.3kpa 折流板型式折流板型式 弓形折流板弓形折流板 折流板間距折流板間距 200mm 69 v塔頂空間塔頂空間HD 塔頂空間HD的作用是供安裝塔板和開人孔的需要， 也使氣體中的液滴自由沉降，一般取11.5m。 v塔底空間塔底空間HB 塔底空間HB具有中間貯槽的作用，塔釜料液最好能 在塔底有1015分鐘的儲量，以保證塔釜料液不致迅 速排完，一般取2.02.5m。 6.1 塔體總高塔體總高 6. 精餾塔工藝條件圖精餾塔工藝條件圖 70 v人孔人孔 一般每隔一般每隔68層塔板設(shè)一人孔（供安裝、檢修層塔板設(shè)一人孔（供安裝、檢修 用），人孔處板間距用），人孔處板間距650mm，人孔直徑一般為，人孔直徑一般為 450550mm,其