7000噸填料精餾塔設(shè)計(jì)

1、不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考*化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)專(zhuān) 業(yè)：_班 級(jí)：_學(xué)生姓名： _學(xué)生學(xué)號(hào)： _指導(dǎo)教師： _提交時(shí)間：年 月 日成 績(jī)： _僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè) _ 班級(jí)_ 設(shè)計(jì)人 _一、設(shè)計(jì)題目分離 丙酮-水混合液（混合氣）的 填料 精餾塔二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理 丙酮-水 混合液（混合氣）:0.70萬(wàn)噸（開(kāi)工率300天/ 年）；原 料： 丙酮 含量為 40 % （質(zhì)量百分率，下同）的常溫液體（氣體）； 分離要求：塔頂丙酮含量不低于（不高于） 96.0 %；塔底丙酮含量不高于（不低于）4.0 %0建廠地址：沈陽(yáng)三、設(shè)計(jì)要求（一） 編制一份設(shè)計(jì)

2、說(shuō)明書(shū)，主要內(nèi)容包括：1、 前言;2、 流程的確定和說(shuō)明（附流程簡(jiǎn)圖）；3、 生產(chǎn)條件的確定和說(shuō)明；4、 精餾（吸收）塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；5、 附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；6、 設(shè)計(jì)結(jié)果列表；7、 設(shè)計(jì)結(jié)果的討論與說(shuō)明；&注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料；9、結(jié)束語(yǔ)。（二） 繪制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#圖）（三） 繪制精餾（吸收）塔的工藝條件圖（坐標(biāo)紙）四、 設(shè)計(jì)日期：年 月曰至 年 月 日僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途目錄前言.-!-第一章.流程的確定和說(shuō)明. 2-一.加料方式.2 -二.進(jìn)料狀況. 2 -三.塔頂冷凝方式.-2 -四.回流方式. 2 -五.加熱方式.3 -六.加熱器 . -3 -第二章精餾

3、塔的設(shè)計(jì)計(jì)算. 4-一.操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù). 4-操作壓力. 4-4-二. 精餾塔的工藝計(jì)算 -5 -5-8 -11 -僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途三.精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 13 -131619-不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考第三章.附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算.22 -一.冷凝器.-.22 -二.再沸器.- *23 -三.塔內(nèi)其他構(gòu)件. .*23 -23 -25 -26 -27 -27 -28 -28 -四. .精餾塔高度計(jì)算.29 -第四章.設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià). -30 -一. 精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表. -30 -二.設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià). -30 -附錄.

4、32 不得用于商業(yè)用途符號(hào)說(shuō)明僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途、八 刖言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作 中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過(guò)精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和 傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類(lèi)。前者的代表是板式塔，后者的 代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體 分布器噴淋到填料上，

5、并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣 液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相， 液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè) 置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層 填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新

6、分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等 優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效 地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料； 對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。本次課程設(shè)計(jì)就是針對(duì)丙酮-水體系而進(jìn)行的常壓二元填料精餾塔的設(shè)計(jì)及相 關(guān)設(shè)備選型。 由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇 請(qǐng)老師指出以便修正。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途第一章 流程的確定及說(shuō)明一. 加料方式加料方式有兩種： 高位槽加料和泵直接加料。 采用高位槽加料， 通過(guò)控制液位高 度，可以得到穩(wěn)定的流量

7、和流速，通過(guò)重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用，但由于多 了高位槽，建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽 大忽小，從而影響了傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。如果采用自動(dòng)控制泵來(lái)控制 泵的流量和流速，其控制原理較復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本設(shè)計(jì)采用高位槽進(jìn)料。二. 進(jìn)料狀況進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料。 對(duì)于冷液進(jìn)料， 當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定， 對(duì)分離有利，省加熱費(fèi)用，但其受環(huán)境影響較大；而泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度受季節(jié)、氣 溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒 摩爾流假定， 精餾段和提鎦段的塔徑基本相等， 無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造

8、這 樣的精餾塔都比較容易。對(duì)于沈陽(yáng)地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在較大溫差，綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用 泡點(diǎn)進(jìn)料。三. 塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，塔頂出來(lái)的氣體溫度不高，用水冷凝。四. 回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。 對(duì)于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂， 其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)， 其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。 如果需要較 高的塔處理量或塔板數(shù)較多時(shí)， 回流冷凝器不適合于塔頂安裝， 且塔頂冷凝器不易安 裝、檢修和清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途流流入塔中。本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。五. 加熱方式加熱方式分為直接蒸汽加熱和

9、間接蒸汽加熱， 直接蒸汽加熱時(shí)蒸汽直接由塔底進(jìn) 入塔內(nèi)， 由于重組分是水， 故省略加熱裝置。 但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對(duì)回 流液有稀釋作用， 使理論塔板數(shù)增加， 費(fèi)用增加。 間接蒸汽加熱時(shí)通過(guò)加熱器使釜液 部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次設(shè)計(jì)采用 間接蒸汽加熱。六. 加熱器采用U型管蒸汽間接加熱器，用水蒸氣作加熱劑。因?yàn)樗^小，可將加熱器放在 塔內(nèi)，即再沸器。這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途第二章精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算.操作條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精餾操作按操作壓力可分為常壓，加壓和減壓操作，精餾操作中壓力影響非常大。 當(dāng)壓

10、力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度將減小，對(duì)分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，相對(duì)揮發(fā) 度將增大，對(duì)分離有利。由于丙酮-水體系對(duì)溫度的依賴(lài)性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用， 操作壓力選為常壓101.325kPa。，x、y、t數(shù)據(jù)理想系統(tǒng)Antoine 方程非理想系統(tǒng)式中：0P -一在溫度T時(shí)的飽和蒸汽壓mmHgT溫度,C；A、B、CAntoine 常數(shù)表2-1-2丙酮的Antoine 常數(shù)名稱(chēng)ABC丙酮6.356471277.03237.23水7.074061657.46227.02aBIg P =A-T +C僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途表2-1-2 常壓下丙酮-水氣液平衡與溫度關(guān)系僅供個(gè)人參考不得用

11、于商業(yè)用途進(jìn)料流量F組成XW丙酮/% （ mol分率）丙酮/% （mol分率）丙酮/% （mol分率）液相氣相溫度/C液相氣相溫度/C液相氣相溫度/C0.000.00100.00.200.81562.10.800.89858.20.010.25392.70.300.83061.00.900.93557.50.020.42586.50.400.83960.40.950.96357.00.050.62475.80.500.84960.01.001.0056.130.100.75566.50.600.85959.70.150.79863.40.700.87459.0注：摘自化工原理課程設(shè)計(jì) P32表

12、3-9.精餾塔工藝計(jì)算餾岀液流量D組成XD釜液流量W組成XW1.物料衡算圖（如圖 圖2.2.12. 物料衡算已知：F =7000t/a, 質(zhì)量分?jǐn)?shù)：xF =30%, xD =98.0%, Xw =2.0%僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途M 丙酮=58.08kg/kmol, M 水=18.02kg/kmol僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途3所以 F=z3r1rkg/h=972-22kg/h進(jìn)料液、餾出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)分別為xF、xD、xW :30/58.08xF =0.11730/58.0870/18.0298/58.08xD =0.93898/58.082/18.022/58.082/58.089

13、8/18.02 一 0.0063進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量:MF=0.117 X 58.08+(1-0.117) x 18.02=22.71kg/kmol原料液:F=972.22 =42.81kmol/h22.71總物料:F=W+D(1)易揮發(fā)組分:F XF=DXD+W：W. (2)由(1)、( 2)代入數(shù)據(jù)解得：D=5.087kmol/hW=37.723kmol/h塔頂產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量：M? =58.08 X 0.938+18.02 x( 1-0.938 ) =55.60kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：D = M7 D=55.60X 5.087=282.84kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量：

14、MW =58.08 X 0.0063+18.02 x( 1-0.0063 ) =18.272kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：W=WMW =37.723 X 18.272=689.275kg/h3. 物料衡算結(jié)果表2-2-1(1)物料衡算結(jié)果表塔頂出料塔底出料進(jìn)料質(zhì)量流量/ (kg/h )282.84689.275972.22質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%98230僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途摩爾流量/(kmol/h)5.08737.72342.81摩爾分?jǐn)?shù)/%93.80.6311.7僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途精餾段平均溫度:提餾段平均溫度:t1 =_ tVD tF= 57.45+65.45=61.45 C22

15、t2 :tw F95.4065.45=80.40 C225.平均相對(duì)揮發(fā)度a在tF溫度下丙酮和水的飽和蒸汽壓分別為:精餾段： 鮎=61.45 C61.45 -61.0 _ X! -0.30 _ 丫！ -0.83062.1-61.0 一 0.20 - 0.30 一 0.815 - 0.830Xi =25.91%y =82.39%提餾段：t2 =80.40 C80.40 -75.80 X2 -0.0586.50 -75.800.02 -0.05y2 -0.6240.425 0.624=X2 =3.71%,y2 =61.11%4.塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫度分別為：tvD、“、tF、tw查表2-

16、1-2 （ 1），用內(nèi)插法算得:塔頂：0.938 0.90 tLD -57.5廠t LD 5/ .12 J0.95 0.9057.0 57.50.963 -0.93857.0。二 tvD 二 57.45 C0.963 -0.93557.0 -57.5塔釜：0一0.06300*. tw =95.40 C0 -0.01100 -92.7進(jìn)料：0.15 -0.1063.4 -66.5-:tF =65.45 C0.117-0.10 tF -66.5將 X1,X2，Y1，Y2分別代入 y得：1 =13.38,12 =40.781+（。T）x -;-2 = -13.38 40.78 =23.366.回流比

17、的確定由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，XXF =0.117僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途aXq-yq _1（： T）Xq 23.36 O.117=0.761（23.36 -1） 0.117僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途RminXD -yq _ 0.938 - 0.76= =0.28yq xq 0.76-0.117一般操作回流比取最小回流比的1.12倍，本設(shè)計(jì)取1.5倍即只=1.5% =L=R D=0.42X 5.087=2.14kmol/hL =L+q F=2.14+1 X 42.81=44.95kmol/hV=V= ( R+1) D= (0.42+1 ) X 5.087=7.22kmol/h1. 熱量示意圖（圖

18、略）2. 加熱介質(zhì)的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣泛的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽壓力控制加熱溫度。 燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá) 1001000C，適合于高溫加熱。煙道氣的缺點(diǎn)是 比熱容及傳熱系數(shù)較低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用300kPa（溫度為133.3 C） 的飽和水蒸氣做加熱介質(zhì)。水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相 應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不會(huì)復(fù)雜。3. 冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜地加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水 一般為1025C .如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂

19、等。 本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為沈陽(yáng)，沈陽(yáng)市夏季最熱月份日平均氣溫為25r。故選用25r的冷卻水，選升溫10r，即冷卻水的出口溫度為 35Eo僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途4. 熱量衡算已求得：tLD =57.12 CtvD =57.40 C tw =95.40 C t，=65.45 C精餾段平均溫度：t；=tvDtF=57.4565.45 =61.45 C1 2 2提餾段平均溫度：t2=tw上一954065：45 =80.40 C2 2tLD 溫度下：Cpi=135.91kJ/(kmol K); Cp2=76.04kJ/(kmol K);CpD = C p1 XD C p2 1 - XD=135.91

20、X 0.938+76.04 X (1-0.938)=132.20kJ/(kmol K);tW 溫度下：Cp1 =143.46kJ/(kmol K); C p2 =76.40kJ/(kmol K);C pW = C p1 * Xw C p2 1 Xw=143.46 X 0.0063+76.40 X (1-0.0063)=76.82kJ/(kmol K)tLD 溫度下：1 =525kJ/kg ;2=2812.5kJ/kg ;二 1 % 21-XD=525X 0.938+2812.5 X( 1-0.938 )=666.83kJ/kg塔頂： M M1 xDM2 1 -XD=58.08X 0.938+1

21、8.02 X (1-0.938)僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途=55.60kg/kmol(1)0C時(shí)塔頂氣體上升的焓QV塔頂以 0C為基準(zhǔn)，QV 二v *CpD *tD V * M D=7.22X 132.2 X 330.27+7.22 X 666.83 X 55.60=582924.3kJ/h(2)回流液的焓QR僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途tVD= 57.40 C溫度下:QRCp1=135.91kJ/(kmol K); Cp2 =76.04kJ/(kmol K);C P C p1 * XD C p2 1 - XD=135.91 X 0.938+76.04 X (1-0.938)=132.20k

22、J/(kmol二 L C p tVD = 2.14 X 132.20 X 330.55=93436.03kJ/h(3)塔頂餾出液的焓QD因餾出口與回流口組成一樣，所以QD 二 DCP *tLD =5.087 X 132.20 X 330.27=222107kJ/h(4)冷凝器消耗的焓QCQC 二QV -QR -QD=582924.3-93436.03-222107=267381.3kJ/h(5)進(jìn)料口的焓QFtF溫度下：Cp1=135.66kJ/(kmol K);Cp2=75.68kJ/(kmol K);Cp=Cp1 xFCp21-xF=135.66 X 0.117+75.68 X (1-0.

23、117)=82.70kJ/(kmol K)所以 QF 二F *Cp *tF =42.81 X 82.70 X 338.60=1198775kJ/h(6)塔底殘液的焓QWQW -W *Cp *tW =37.723 X 76.82 X 368.55=1068014kJ/h(7)再沸器QB塔釜熱損失為10%則n =0.9僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途設(shè)再沸器損失能量Q損=0.1QB , QB QF = QC QW - Q損，QD加熱器的實(shí)際熱負(fù)荷0.9QB = QC QW QD - QF僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途精餾段操作線方程:2.145.087= 0.421ynXn4XD-R 1R 10.421

24、0.9380.421 1X20.421 1= 0.296xnJ 0.66yn 1V，7.22W 37.723= 0.191XnXW0.19110.191Xn0.0063 =6.236xn 0.0330.191=267381.3+1068014+22=358727.3QB =398585.9kJ/h(8)物料衡算結(jié)果表2-2-2 (1)熱量衡算表項(xiàng)目進(jìn)料冷凝器塔頂餾出液塔底殘液再沸器平均比熱1 1/ kJ * kmol * K82.70一132.2076.82一熱量 Q/kJ *h-*1198775267381.32221071068014398585.91. 板數(shù)計(jì)算本次設(shè)計(jì)采用圖解法提餾段操

25、作線方程:因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以q=1.僅供個(gè)人參考2不得用于商業(yè)用途tw57.1295.402=76.26 Cxw =0.0063 xF =0.117XD = 0.938圖2-2-3理論板數(shù)圖解法NT =9 （不含再沸器）進(jìn)料板NF =8 精餾段7塊，提餾段2塊。2. 塔板效率表2-2-3 （1）不同溫度下丙酮-水黏度（mPa s）溫度c60708090100卩丙酮0.2330.2150.1980.1850.1710.4700.4060.3550.3150.283全塔的平均溫度:僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途由表2-2-3 (1),利用內(nèi)插法計(jì)算得:丙酮:76.26 -70丙酮-0.21580 -

26、700.198 0.215=| 丙酮二0.204 mPa s水:76.26 -70 亠水- 0.40680 -70- 0.355 -0.406=水=0.374 mPa 所以， 巾938 0.2041 -0.9380.374 = 0.215 mPa s仏-0.0063 0.2041 -0.00630.374=0.373 mPa- s=0.117 0.2231 -0.1170.435=0.410 mPa- s全塔液體平均黏度：+ LW20.2150.3732=0.294 mPa- s已知t=76.26C，由表2-1-2 (2)，禾U用內(nèi)插法計(jì)算得：86.5 -75.8 _ 0.02 -0.050.

27、425 -0.62476.26 -75.8 x - 0.05 y - 0.624因此：x=4.87% y=61.54%已求得、-23.36全塔效率 ET =0.49IL 皿45 =0.4923.36 0.294 245 =30.56%3.實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)：N廠ET飛0.56%=30塊(不含塔釜).精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算表2-3-1(1)丙酮-水在不同溫度下的密度僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途溫度C丙酮 / g *ml J丫水 / g *ml JtD =57.120.7410.985tW =95.400.6850.962tF =65.450.7270.980見(jiàn)化工原理書(shū)附錄五P361及附錄三

28、P3591.塔頂條件下的流量和物性參數(shù)M D =MJXD M2 1 -XD =58.08 x0.938+18.02 x (1-0.938)=55.60kg/kmolXD12空8 1 - 0.98 =1.3428mL/g0.7410.9853L1=0.7447g/mL=744.7 kg / mpM DRT101.325 55.60=2.052 kg / m38.314273.15 57.12y =M D *V =55.60 x 7.22=401.43kg/hLMD L =55.60 2.14=118.98kg/h2.進(jìn)料條件下的流量和物性參數(shù)M F M1XFM21-XF =58.08 x0.11

29、7+18.02 x (1-0.117)=22.71kg/kmol：V2pM FRT101.325 22.718.314273.15 65.45=0.817 kg/m31 XF 1 -XF=1.0620mL/g0.117 . 1-0.1170.7270.9802=0.9416g/mL=941.6 kg/m3V2 =V2 - M F *V =22.71 x 7.22=163.97kg/h精餾段：L2 二 M F=22.71 2.14=48.60kg/h提餾段：L2 - M F L -22.71 44.95=1220.82kg/h3.塔底條件下的流量和物性參數(shù)僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途L34.精餾

30、段的流量和物性參數(shù)V1V2401.43163.97=282.70kg/hL1L211898 48.60 =83.79kg/h5. 提餾段的流量和物性參數(shù)=Mx M21-xw =58.08 x 0.0063+18.02 x (1-0.0063)=18.27kg/kmol=勺 1 -Xw . 0.00630.117=1.0421mL/g?1嘉0.6850.962幾3=0.9596g/mL=959.6 kg/m3V3 二 MW V =18.27 x 7.22=131.91kg/hL3 二 MW=18.27 44.95=821.24kg/h22.052 0.817 =1.436 kg/m3744.79

31、41.6 =843.150 kg/m3817.604=0.711 kg/m3;V3pM W101.325 18.27=0.604 kg / m3RT 8.314273.15 95.40僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途6.體積流量IL，L2L 946 959.6=950.600 kg/m3V2V3163.97 1391 =147.94kg/hL31220.82821.24=1021.03kg/h塔頂：Va1V1401.432.052 3600=0.05434m3 /s僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途精餾段:VaVa1Va220.054340.0557523=0.05505m /s提餾段：V aVa2Va

32、30.055750.0606723= 0.05821 m /s塔底：mt 0.6041600 二 0.06067m / S1.填料選擇填料塔內(nèi)所用的填料應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)的要求進(jìn)行選擇，并對(duì)填料的品種、材質(zhì)及尺寸進(jìn)行綜合考慮，應(yīng)盡量選用技術(shù)資料齊全，使用性能成熟的新型塔填 料。對(duì)性能相近的填料，應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，使所選用的填料 既能滿足生產(chǎn)要求，又能使設(shè)備的投資和操作費(fèi)用最低或較低。填料是填料塔中汽液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的 主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔， 大大提高了環(huán)內(nèi)空間，及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小液

33、體分布均勻，與拉西環(huán) 相比，其通量可增加 50%上，傳質(zhì)效率可提高30%左右，鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣 的填料之一。對(duì)填料的基本要求有比表面積和孔隙率較大， 堆積密度較小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度, 有良好的化學(xué)穩(wěn)定行及液體的濕潤(rùn)性，價(jià)格低廉等。綜合以上因素及鮑爾環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用 DN38型填料。2.塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算填料塔內(nèi)所使用的填料應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝技術(shù)的要求進(jìn)行選擇，并對(duì)填料的品 種、材質(zhì)及尺寸進(jìn)行綜合考慮，應(yīng)盡量選用及時(shí)、應(yīng)盡量選用技術(shù)資料齊全，使用 性能成熟的新型塔填料。對(duì)性能相近的填料，應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)評(píng)進(jìn)料:Va2V2163970.817 3600二 0.05575m3 / s僅供

34、個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途根據(jù)流量公式可計(jì)算塔徑，即 D二4VS u（1）精餾段83.791.436I =0.0122282.70 1843.150 丿由圖查得縱坐標(biāo)為已知填料因子 =117mJ精餾段平均溫度:罟=0.252ty = 57.4565.45 =61.451 2匚=843.150 kg/m ,水二 982.332kg/ mP L =0.8583JL =0.294mPa s泛點(diǎn)氣速 uf0.252gZ =廠.252二9.8匕843.15匚=4297m/s W 叮2117 0.8583 1.436 0.29402對(duì)于散裝填料,其泛點(diǎn)速率經(jīng)驗(yàn)值u/uF =0.50.85，取空塔氣速為50%

35、uf，則u=0.5價(jià)，使所選用的填料既能滿足生產(chǎn)要求，又能使設(shè)備的投資和操作費(fèi)用最低。填料是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的 主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率， 氣流阻力小, 液體分布均勻，與拉西環(huán)相比，其通量可增加 50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右， 鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。綜上以上因素及鮑爾環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，且由于 DN38鮑爾環(huán)各項(xiàng)參數(shù)齊全，故本次選 用DN38鮑爾環(huán)為塔填料。表2-3-2（ 1）填料尺寸性能填料名稱(chēng)外徑X高況厚d x H 漢 6 (mm沃 mmx mm)堆積個(gè)數(shù)n

36、（個(gè) /m3）堆積密度PD(kg/m3)比表面a/2 f3(m / m )空隙率z（%金屬鮑爾環(huán)38x38 匯 0.8130003651290.945注：摘自化學(xué)工程手冊(cè)第三卷 P13-44 表3-3僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途X 4.297=2.149m/s4Vs _4 0.05505，二u. 3.14 2.149=0.18m圓整后：塔徑為400mm廣 0.711 2950.60 丿=0.1886泛點(diǎn)氣速Uf0.105gL _0.105 9.81950.60門(mén)“叮2.117 0.86780.7110.2940.2= 4.163m/s=0.19m由圖查得縱坐標(biāo)為Uf 工 吒2 4105g沖丿已

37、知填料因子=117mJ提餾段平均溫度：匚二如 *二95二0 65 =80.40 C2 2九=843.150 kg/m3, *水二 971.540kg/m3P= 0.8678=0.294mPa S對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)速率經(jīng)驗(yàn)值U/UF =0.50.85，取空塔氣速為50%Uf ,則u=0.5X 4.163=2.082m/sD = 4Vs =4 0.05821一，u 一 ： 3.14 2.082圓整后：塔徑為400mm(3)全塔塔徑圓整后：全塔塔徑為400mm(2)提餾段:1021.03147.94僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途圖2-3-2填料塔泛點(diǎn)氣速及氣體壓力降計(jì)算用關(guān)聯(lián)圖1.等板高度設(shè)計(jì)計(jì)算（

38、1）精餾段動(dòng)能因子F ： =2.1491.436 =2.575m/s kg/m 2經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)（NTSM精=2.60m所以精餾段填料層高度為n精7Z 精二精2.69mNTSM 精 2.60式中n精一一精餾段理論塔板數(shù)。（2）提餾段Oa0Oo.ooeo.tm0 010 020B04 0.06 0.08 040.20.40.6 0.8 1.023 4& 帛 I。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途動(dòng)能因子F 二 U、V =2.0820.711 = 1.756m/s kg/m3 僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)(NTSM提=2.68m-所以提餾段填料層高度為n提NTSM 提填料層總高度Z =

39、 Z精 Z提=2.69 1.12= 3.81m用上述方法計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為ZJ1.21.5Z，本次取ZJ1.5Z。Z設(shè)計(jì)時(shí)的填料高度，m ;Z工藝計(jì)算時(shí)得到的填料高度，m;Z=1.5Z=1.5 3.81=5.715m2.填料層壓強(qiáng)降計(jì)算(1)精餾段液體負(fù)荷:pl =3600F=3600 2.575PL840.150=13.22m3/ m2 /h用精餾段動(dòng)能因子F查出液體負(fù)荷I為10和20的每米填料層壓降分別為0.22和0.25，算出l為13.22時(shí)的每米填料層壓降為 0.230kPa/m。則精餾段的壓降：Z 精二 0.230 2.69

40、 1.5 = 0.928kPa(2)提餾段液體負(fù)荷I -3600F 上=3600 1.756 0.711 = 5.61m3 / m2 / hPL950.60用提餾段動(dòng)能因子F查出液體負(fù)荷l為5和10的每米填料層壓降分別為0.166和0.179，算出l為5.61時(shí)的每米填料層壓降為0.168kPa/m。則提餾段的壓降：= 0.168 1.12 1.5=0.282kPa僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途全塔填料層總壓降：p = p 精cp 提=0.619 0.188 = 0.807kPa3.填料層持液量的計(jì)算（1）精餾段由上可知：1 動(dòng)能因子 F = 2.575m/s kg/

41、m3 2，液體負(fù)荷 l = 13.22m3 / m2 / h由I分別10m3 / m2 / h和15m3 / m2 /h的持液量hL值，利用內(nèi)插法求得丨為13.22m3 / m2 /h 時(shí)的九值為 5.28 10 工 m3/m3（2）提餾段由上可知：動(dòng)能因子 F =1.756m/s kg/m3 ，液體負(fù)荷5.61m3 / m2 /h由I分別3m3 / m2 /h和6m3 / m2/h的持液量hL值，利用內(nèi)插法求得I為5.61m3 /m2 /h 時(shí)的 hL值為 3.53 10m3/m3表2-3-2 （ 2）精餾段提餾段各參數(shù)精餾段提餾段全塔1氣體動(dòng)能因子F/ (m/s (kg/m3)2 )2.5

42、751.756每米填料層壓降 空/kPa/mZ0.2300.168填料壓降厶p/kPa0.9280.2821.210填料層高度Z/m4.0351.6805.715持液量 hL /(m3/m3 )5.28 103.53 10不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考第三章附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算本次設(shè)計(jì)冷凝器選用殼程式冷凝器。對(duì)于蒸餾塔的冷凝器，一般選用列管 式、空氣冷凝螺旋板式換熱器。因本次設(shè)計(jì)冷熱流體溫差不大，所以選用管殼式冷 凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液。冷凝水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時(shí)，使其液膜 厚度減薄，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)用。沈陽(yáng)最熱月平

43、均氣溫t=25 C。冷卻劑用深井水，冷卻水出口溫度一般不超過(guò) 40C，否則易結(jié)垢，取t2=38C泡點(diǎn)回流溫度 tVD =57.40,tLD =57.121.計(jì)算冷卻水流量GcQc267381.320567.79 kg/hCp t2-ti1 38-252. 冷凝器的計(jì)算與選型冷凝器選擇列管式，逆流方式 =坷 一 1 _ tLD 一t2 =32.28 C In $VD - ti )/LD -上2Qc 二 KA %A 二267381 =4.93m2K ：tm 1680 32.28操作彈性為 1.2，A =1.2A =5.92m2表3-1公稱(chēng)直徑/mm管程數(shù)管子數(shù)量管長(zhǎng)/mm換熱面積/ m2公稱(chēng)壓力M

44、Pa273I38200055.6625僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途GB398585.9513 4.1868185.58kg /h.塔內(nèi)其他構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào) JB1145-71-2-39設(shè)備型號(hào) G273 H -25-3二.再沸器選用U型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)。蒸汽選擇3.69atm , 140C的水蒸氣，傳熱系數(shù) K=600kcal/(m 2 h C )=2520kJ/(m 2 h C) , =513kcal/kg1間接加熱蒸汽量2.再沸器加熱面積tw1 =95.40 C為再沸器液體入口溫度；tw2 =95.40 C為回流汽化為上升蒸汽時(shí)的溫度;鮎=61.45 C為加熱蒸汽溫度；t2 =6

45、1.45 C為加熱蒸汽冷凝為液體的溫度；用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量從而減少熱量損失 -t1 -tw1 =95.40 -61.45=33.95Ct2 =t2 tw2 =95.40 61.45=33.95 C：tm =44.60 C. QB398585.9ll 2A 旦3.55mk tm 2520 44.601.塔頂蒸汽管從塔頂只冷凝器的蒸汽導(dǎo)管，尺寸必須適合，以免產(chǎn)生過(guò)大壓降，特別在減壓僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途dR _4LIR3600”：WR ：匚=0.010mdF4F3600 二WF，L24 972.220.014m36003.14 2.0 941.6過(guò)程中，過(guò)大壓降會(huì)影響塔德真空度。操作壓力

46、為常壓，蒸汽速度 Wp =1220m/s,本次設(shè)計(jì)取Wp =15m/s。=4V14x401.43dP圓整后d表 3-3-1（1）- 3600二 WP 匚P = 76mm塔頂蒸汽管參數(shù)表3600 3.14 15 2.052=0.068m內(nèi)徑d2 s2外徑d1s!RH1H2內(nèi)管重/（kg/m）76漢4133 42251201577.10注：摘自浮閥塔 P197表5-3。2.回流管冷凝器安裝在塔頂時(shí)，回流液在管道中的流速一般不能過(guò)高，否則冷凝器高度也要相應(yīng)提高，對(duì)于重力回流，一般取速度WR為0.20.5m，本次設(shè)計(jì)取WR =0.5m/s。4X98.983600 3.14 0.5 744.7圓整后 d

47、R =18mm表3-3-1（ 2）回流管參數(shù)表內(nèi)徑d2 s2外徑d1s1RH1H2內(nèi)管重/（kg/m）18 357 3.5501201501.11注：摘自浮閥塔 P197表5-3。3.進(jìn)料管本次加料選用泵加料，所以由泵輸送時(shí)WF可取1.52.5m/s，本次設(shè)計(jì)取WF =2.0m/s。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途圓整后 dF =18mm表3-3-1（ 3）進(jìn)料管參數(shù)表僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途dw4W,3600 二WW 讓34x689.2753600 3.14 0.6 959.6= 0.017m內(nèi)徑d2 s2外徑d1s!RH1H2內(nèi)管重/(kg/m)18x357 3.5501201501.11

48、注：摘自浮閥塔 P197表5-3 。4.塔釜出料管塔釜流出液體的速度 WW一般可取0.51.0m/s，本次設(shè)計(jì)取 WW =0.9m/s圓整后 dw =18mm表3-3-1( 4)塔頂蒸汽管參數(shù)表內(nèi)徑d2 S2外徑d1 s1RH1H2內(nèi)管重/(kg/m)18漢357 3.5501201501.11注：摘自浮閥塔 P197表5-3 。除沫器用于分離塔頂出口氣體中所夾帶的液滴，以降低有價(jià)值的產(chǎn)品的損失， 并改善塔后動(dòng)力設(shè)備的操作。近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)石油化工設(shè)備中，廣泛應(yīng)用絲網(wǎng)除沫 器。除沫器的直徑取決于氣體量及選定的氣體速度。影響氣體速度的因素很多，如 霧沫夾帶量，氣、液體的密度，液體的表面張力和粘度以

49、及絲網(wǎng)的比表面積等。其 中，氣體和液體的密度對(duì)氣體速度的影響最大。氣速計(jì)算fp_- PWK. Ll V1V1式中K 常數(shù)，取0.107 ;:?L1、?V1-塔頂氣體和液體密度（kg/m3）WK =0.107 . 744.7 一 2.052 = 2.04m/s K2.052除沫器直徑計(jì)算：D；.10鶯=0窗式中，V為氣體體積處理量，m3/s僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途Vi3600 50.05434m3 / m3600 2.052所以，小孔數(shù)f *Wd20.60 100.894.25，3.144 1024即為5個(gè)小孔采用蓬頭式噴淋器。選此裝置的目的是能使填料表面很好地潤(rùn)濕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造和維修方

50、便，噴灑比較均勻，安裝簡(jiǎn)單。1.回流液分布器流量系數(shù)取0.820.85，本次設(shè)計(jì)取0.82，推動(dòng)力液柱高度H取0.06m。則小孔中液體流速W 二 2gH =0.82 、2 9.81 0.06 = 0.89m/s小孔輸液能力Q =Ll118.980.44 10 m2 /sPL存 3600744.7 漢 3600由Q= fW得_4小孔總面積 f =衛(wèi) 0.44 100.60 10*m2護(hù)W 0.82x0.892 0.892 si n240僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途h= 0.075 cot 40-二 0.174m = 174mm式中，d 小孔直徑，一般取 410mm本設(shè)計(jì)取4mm噴灑器球面中心到填

51、料表面距離計(jì)算2 g! 2W2sin2 ：式中r 噴灑圓半徑，r = 一 75 100 = 300 一 75 二 75mm 二 0.075m2 2:-噴灑角，即小孔中心線與垂直軸線間的夾角，:40 ,取二=409.81 0.07522.進(jìn)料液分布器米用蓮蓬頭僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途由前知W=0.89m/sQ = 360hL；972.222.87 10*m2/s3600 941.6取 d=4mr，i =0.85Q 2.87 10一頂一 0.85 0.89 =3.79 10 m4f *W3.79 漢 100.89日入小7【n26.86，即為27個(gè)小孔。J 23.14 打2d4 1044取-40

52、u。9.8仆0.0752門(mén)h=0.075cot40220.174m =174mm2 7.89 sin 40蓮蓬頭的直徑范圍為(y3 1D),取-D =60mm55液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的傾向，偏流往往造成 塔中心的填料不被潤(rùn)濕。塔徑越小，對(duì)應(yīng)于單位截面積的周邊越長(zhǎng)，這種現(xiàn)象越嚴(yán) 重。為將流動(dòng)塔壁處的液體重新匯集并引向塔中央?yún)^(qū)域，可在填料塔層內(nèi)每隔一定 高度設(shè)置液體再分布器，每段填料層的高度因填料種類(lèi)而定，對(duì)鮑爾環(huán)，可為塔徑 的510倍，但通常不超過(guò)6m此次設(shè)計(jì)填料層的高度選塔徑的10倍，故每0.3 10=3m處裝一個(gè)再分布器選取截錐式再分布器，因其適用于直徑 0.8m以下

53、的小塔。本次設(shè)計(jì)選用分塊式氣體噴射式支撐板。僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途這種設(shè)計(jì)板可提供100%勺自由截面，波形結(jié)構(gòu)系統(tǒng)承載能力好，空隙率大，宜于1200mm以下的塔。在波形內(nèi)增設(shè)加強(qiáng)板，可提高支撐板的剛度。他的最大液體僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途塔底液料量LW =VS提二 0.06067m / s塔底體積因?yàn)樗訴W二 2二一d2h4，LW 二竺6067 = 0.121m30.50.5-2d負(fù)荷為145m3 / m2h，最大承載能力為40kPa,由于本塔較高，故選此板主要設(shè)計(jì)參考：表3-3-5 ( 1)分塊式氣體噴射式支撐板的設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)塔徑D/(mm)板外徑DJmm分塊數(shù)訴似重量/N300

54、294228注：摘自塔設(shè)備設(shè)計(jì)P268表5-36 o表3-3-5(2) 支撐圈尺寸塔徑/(mm)圈外徑D1/(mm)圈內(nèi)徑D2 /(mm)厚度/(mm)重量/N300297257341.2注：摘自塔設(shè)備設(shè)計(jì)P273表5-41 o料液在釜內(nèi)停留15min,裝料系統(tǒng)取0.5塔底高(h)：塔徑(d) =1:2h =2d = 2 0.426 = 0.852m塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.21.5m，本設(shè)計(jì)取1.2m。3=0.426m1 VWd僅供個(gè)人參考不得用于商業(yè)用途手孔是指手和手提燈能伸入的設(shè)備孔口，用于不便進(jìn)入或不必

55、進(jìn)入設(shè)備即能清 理、檢查或修理的場(chǎng)合。手孔又常用作小直徑填料塔裝卸填料之用，在每段填料層 得上下方各設(shè)置一個(gè)手孔。由于塔徑為D =400mm，所以手孔可設(shè)計(jì)為直徑為 D孔=200mm大小的圓孔。塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形?？紤]到工藝中采用直立式再沸器，裙座高度取0.3m, Db1 = 820mm, Db 1100mm四.精餾塔高度計(jì)算表3-4精餾塔各部分高度列表單位：mm塔頂塔釜鞍式支座填料層高度塔釜法蘭高12008663004200200噴淋高度塔頂接管高度噴夾彎曲半徑進(jìn)料口噴頭上方高度1591509

56、0200本次設(shè)計(jì)的填料塔的實(shí)際高度為:H=1200+866+300+21647+200+159+150+90+200=7365mm不得用于商業(yè)用途名稱(chēng) 液相質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分率%摩爾率%平均分子質(zhì)量kg/kmol液相平均密度kg / m3氣相平均密度kg / m3溫度c比熱容kJ/(kmol K)黏度mPa- s塔頂塔底進(jìn)料精餾段提餾段118.98821.24638.7683.791021.039823093.80.6311.755.6018.27222.71744.7959.6941.6843.15950.62.0520.6040.8171.4360.71157.1295.4065.4561.4580.40132.2076.8282.700.2150.3730.4100.3130.392僅供個(gè)人參考第四章設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表表4-1 ( 1)精餾塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表主要設(shè)計(jì)參數(shù)表4-1 ( 2)精餾塔主要工藝尺寸匯總表主要工藝尺寸理論塔板數(shù)9實(shí)際塔板數(shù)30塔徑0.4m塔高7.37m二.設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)與評(píng)價(jià)本次課程設(shè)計(jì)的要求為設(shè)計(jì)分離丙酮-水混合液(混合氣)