食品工程原理課程設(shè)計(jì)

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書甲醇、水填料精f留塔的設(shè)計(jì)姓名:學(xué)號(hào):班級(jí):指導(dǎo)老師:一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書3二、 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 3三、工藝計(jì)算51 .基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)5(1) 液相物性的數(shù)據(jù) 5(2) 氣相物性數(shù)據(jù) 5(3) 氣液相平衡數(shù)據(jù) 5(4) 物料衡算62 .填料塔的工藝尺寸的計(jì)算7(1) 塔徑的計(jì)算7(2) 填料層高度計(jì)算 9(3) 填料塔附屬高度及總高計(jì)算 11(4) 填料層壓降計(jì)算 11(5) 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 12(6) 吸收塔接管尺寸計(jì)算 13四、設(shè)計(jì)一覽表 13五、主要符號(hào)說明14六、參考文獻(xiàn) 15七、附圖食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：分離甲醇-水混合物的填料精餾塔第一章流程的確

2、定和說明一、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，通過控制液位高度，可 以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過重力加料，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；如采用自動(dòng)控制泵來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。本次實(shí)驗(yàn)采用高位槽加料。二、進(jìn)料狀況進(jìn)料狀況一般有冷夜進(jìn)料、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，節(jié)省加料費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對(duì)于沈陽地區(qū)來說，存在較大溫差， 冷液進(jìn)料會(huì)增加塔底蒸汽上升量，增

3、大建設(shè)費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對(duì)穩(wěn)定塔操作較為 方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾 流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，股精餾段和提餾段塔徑基本相等，制 造上較為方便。三、塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂 出來的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需進(jìn)一步冷卻，此次分離也是希 望得到甲醇，選用全凝器符合要求。四、回流方式回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。 對(duì)于小型塔，回流冷凝器一般裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn) 是回流冷凝器無需支撐結(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

4、量或板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。而且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。在這種情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝器冷卻以冷回流流入塔中。由于本次設(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和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進(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。間接蒸汽加熱是通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與 回流下來的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論塔板數(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形管蒸汽間接加熱器

5、，用水蒸汽作加熱劑。因?yàn)樗^小，可將加熱器放在塔 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)。第二章精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)操作條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一、操作壓力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) 壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度減小，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。但當(dāng)壓力太低時(shí)，對(duì)設(shè)備要求較高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此再設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常 壓精餾。甲醇-水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。二、氣液平衡時(shí)X、y、t數(shù)據(jù)氣液平衡時(shí)，x、y、t數(shù)據(jù)如表1所示表1氣液平衡關(guān)系表溫度t/ °C甲醇摩爾分

6、數(shù)溫度t/ C甲醇摩爾分?jǐn)?shù)液相X/%氣相y/%液相X/%氣相y/%1000073.846.2077.5692.95.3128.3472.752.9279.7190.37.6740.0171.359.3781.8388.99.2643.5370.068.4984.9285.013.1554.5568.085.6289.6281.620.8362.7366.987.4191.9478.028.1867.7564.710010076.733.3369.18注：摘自化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)下冊(cè) P710表19-38（2）第二節(jié)精餾塔工藝計(jì)算'、物料衡算1.物料衡算圖95%.15000kg/h,20%J

7、0 2% .2.物料衡算已知： F =15000kg/h,質(zhì)量分?jǐn)?shù)：xF =20%, xD =95%, xW=0.2%M 甲醇=30.04kg/kmol, M 水=18.02kg/kmol進(jìn)料液、餾出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)分別為xF、xD、尙:XfXD20/32.0420/32.04 80/18.02= 0.12395/32.0495/32.04 5/18.02= 0.914= 0.00113進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量：M =0.123 32.04(1 -0.123) 18.02 = 19.74kg/hXw0.2/32.040.2/32.04 99.8/18.02原料液：F 15000 kg/h759

8、.88 kmol/h25.98kg/mol總物料：F = D易揮發(fā)組分：Fxf二Dxd WxWD =101.446kmol/h代入數(shù)據(jù)解得：W =658.434kmol/h塔頂產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量：Md =32.04 0.914 18.02 (1 一 0.914) =30.834 kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：D =MdD =30.834 101.446 =3127.986kg/kmol塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量：MW =32.04 0.00113 18.02 (1 -0.00113) = 18.036 kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量：W ' =wMw =658.434 18.036

9、 =11875052 kg/h3.物料衡算結(jié)果表2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)3127.98611875.5215000質(zhì)里分?jǐn)?shù)/%950.220摩爾流量/(kmol/h)101.446658.434759.88摩爾分?jǐn)?shù)/%91.40.11312.34塔頂氣相、液相、進(jìn)料和塔底的溫度分別為tvD、tLD、tF、tw查表1,用內(nèi)插法算得：塔頂：汀4-87.41 Jld-66.9=,6.20 C100 87.4164.7 66.991.4 -89.62vd-68.° = tvD =67.16 Clyk/7.16*81.85 =76.5代提餾段平均溫度t2twt

10、F9985 8585 二 92.85 C5.平均相對(duì)揮發(fā)度:-取x -y曲線上兩端點(diǎn)溫度下 查表1可得：:-的平均值t =92.9 C時(shí),YaXbYbXay(1 -x) 28.34匯(100 5.31)7。5(1 一 y)x 一 (100 -28.34) 5.31 一 't =66.9 C時(shí),y(1 -x)(1 y)x少.94 (100 一87.41)“64(100 -91.94) 87.41所以円 + 7.05+1.64 =4.3591.94 -89.6266.9 -68.0塔釜：0 - 0.113100 - tw:tw =99.85 C0 -5.31100 -92.9進(jìn)料：12.3

11、-9.26tF -88.9tF = 85.85 C13.15 9.2685.0 88.9精餾段平均溫度:t16.回流比的確定 作圖法由圖可知：100XdRmin +1= 40.05丄二 40.5所以，Rmin1得：Rmin =1-26又操作回流比 R可取： R=(1.12)Rmin所以R=2R min=2 X 1.26=2.55二、熱量衡算1熱量示意圖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)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)得傳熱系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)1001000 C,適用于高溫加熱。煙道氣的缺點(diǎn)是比熱容

12、及傳熱系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用300kPa (溫度為133C)的飽和水蒸氣作為加熱介質(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、氟利昂等。本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為沈陽。沈陽市夏季最熱月份平均氣溫為25C，故選用25 C的冷卻水，選升溫 10C，即冷卻水的出口溫度為 35 C .4. 熱量衡算(1 )冷凝器的熱負(fù)荷Qc = (R，1)D(Ivd "Ild)式中Ivd -塔頂上升蒸汽的焓；Ild -

13、塔頂餾出液的焓。又 IVD - 1 LD = XD = H V甲 (1 - xd ) = H V水式中'Hv甲-甲醇的蒸發(fā)潛熱；>Hv水一水的蒸發(fā)潛熱。蒸發(fā)潛熱的計(jì)算：蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系，Hv2 "Hv1(牛)°.381 -Tn式中Tr -對(duì)比溫度。表3沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/C蒸發(fā)潛熱也 Hv/( kJ/kg)Tc /K甲醇64.71105513.15水1002257648.15注：摘自化工原理修訂版，上冊(cè)附錄 4(P328329)及附錄18(P350351)。67.16 C時(shí)，甲醇：T" J 273567.叭0.663Tc513.15TriTi

14、273.15 64.7Tc 一 513.15= 0.658蒸發(fā)潛熱Hv甲二1105 (瞪宀1098833同理，水:Tr2T _ 273.1567.16Tc 一 648.15Tr1T1273.15 100648.15= 0.576蒸發(fā)潛熱Hv水二2257(°5fe)02356.550kj/kg所Ivd -Ild =Xd ：Hv 甲(1-Xd)：Hv 水二 0.914 1098.833 -(1 - 0.914) 2356.550 = 801.67kj/kg所以 Qc =(R 1)D (Ivdld) =(2.55 1) 3127.986 801.67 =8.9 106kJ/h(2)冷卻水消

15、耗量QcCpc(t2 - t1 )式中Wc -冷卻水消耗量；kg/h;Cpc -冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，kJ/(kg C)t1,t2 -冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，c。所以t2 15 35=25 C此溫度下冷卻水的比熱容Cpc = 4.18kJ /(kg C)Q1 34乂1075所以 WcQc1.6 105kg/hCpc(t2 tj 4.18(3515)(3)加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算列表計(jì)算甲醇、水在不同溫度下混合物的比熱容Cp (單位：kJ/(kg - C)塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段甲醇(1)3.0793.5013.3143.1983.448水4.1834.2204.2034.19

16、34.215精餾段：甲醇 Cp1(tLD -tF) =3.198 (66.20-85.85) = -62.481kJ/kg水 Cp2(tLD -tF 4.193 (66.20 -85.85) - -82.392kJ/kg提餾段：甲醇 Cp1 (tW -tF) =3.448 (99.85-85.85) =48.272kJ/kg水 Cp2(twf) =4.215 (99.85-85.85) =59.01kJ/kg塔頂流出液的比熱容：Cp1 二Cp1xD (1xD)Cp2 =3.079 0.95 0.05 4.183 = 3.134kJ/(kg C)塔釜流出液的比熱容：Cp2 =Cp1XW(1 XW

17、)Cp2 =3.501 0.002 0.998 4.220 = 4.219kJ/(kg C)為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即81.85 C時(shí)的焓值為基準(zhǔn)。根據(jù)表 2 可得：D = 3127.986kg/h , W = 11875.52kg / htLDQd = D J Cp1 dt = DC 卩1出= 3127.986 3.134 (66.20 -85.85)一1.93 105kJ/ hw-/QWJp25= WCp2 進(jìn)= 11875.52 4.203 (99.85 -85.85)= 6.99 105kJ/h對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：Qf Qs = Qd Qw QcQf =0所以 Qs =T.93 105

18、 6.99 105 8.9 106 =9.4 106kJ/h由于塔釜熱損失為10%，則 =90%所以Qs二 Qs/9.4 1060.9= 1.04 107 kJ/h式中Qs -加熱器理想熱負(fù)荷;Qs -加熱器實(shí)際熱負(fù)荷；Qd -塔頂餾出液帶出熱量;Qw -塔底餾出液帶出熱量。加熱蒸汽消耗量：查得：Hv水蒸氣=2168.1 kJ/kg (133.3,300kPa)Hv1.04 1072168.1=4796.8kg/h(4)熱量衡算結(jié)果表4熱量衡算結(jié)果表符號(hào)Qc kJ/hWc kg/hQfkJ/hQdkJ/hQWUThqS kJ/hWh kg /h數(shù)值68.9 匯 1051.6 "00-

19、1.93X056.99"051.04 匯 1074796.8三、理論塔板數(shù)的計(jì)算由于本次設(shè)計(jì)時(shí)，相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不可用簡(jiǎn)捷法，只能用作圖法。精餾段操作線方程為因?yàn)樗x為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1。XdR 1由圖可知，精餾塔理論塔板數(shù)為6塊，其中精餾段3塊，提餾段3塊。第3節(jié)精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、精餾塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件表5甲醇-水在不同溫度下的密度(kg/m3)溫度/乜甲醇水50760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716958.4表6甲醇-水在特殊點(diǎn)的粘度(mPa.s)物質(zhì)甲醇水塔頂：66.20 °C

20、0.3230.4218塔底：99.85乜0.2530.2833進(jìn)料：85.85七0.2630.33171、塔頂條件下的流量及物性參數(shù)XD =0.914,x'D =0.95, D=101.446 kmol/h(1 )氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量Mvd =M甲XdM 水(1 Xd) 口32.04 0.914+18.02(1-0.914)=30.65kg/kmol(2)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量M ld = M vd = 30.65kg/kmol(3 )氣相密度= 1.101 kg/mMvd T p 30.65273.15-. -. = -.22.4 T p 22.4273.15 66.20(4 )液相密

21、度tLD =66.20 C ,查表5，用內(nèi)插法算得:3= 746.04kg/m3=979.85kg/m1x'd(1-x'd)0.950.05=十=r 訂甲 5746.04 979.85解得：，ld =755.05 kg/m(5 )液相粘度查表 6 可得：tLD =66.20 C 時(shí) "甲=0.323mPa.s,亠水=0.428mPa.s、LD ="甲Xd二水(1 Xd)二 0.323 0.914+0.428(1-0.914)=0.332mPa.s(6)塔頂出料的質(zhì)量流量D'=D *M ld =101.44630.65=3109.32 kg/h表7塔頂

22、數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)M ldkg / kmolM vdkg / kmolRd kg /m3kg/m3RdmPa sD' kg/hDkmol / h數(shù)值30.6530.651.101755.050.3323109.32101.462塔釜條件下的流量及物性參數(shù)W =658.434kmol/hXw =0.00113，x'w =0.002,(1) 液相相對(duì)分子質(zhì)量由于甲醇濃度很小，所以液相可視為純水。Mlw =M vw = M 水=18.02kg/kmol（2 ）氣相密度tw =99.85 CM VWT。P-VW 一X X22.4TP。(3 )液相密度18.02273.15X22.4 273

23、.15 99.85二 0.589kg/mtw =99.85 C查表5,用內(nèi)插法得:=959.4Kg/m(4 )塔釜出料的流量WW M lw =658.43418.02=11864.98 kg/h（5 ）液相粘度查表 6 可得：tW =99.85 C ,亠水=0.253 mPa.s 所以"lw ="水-0.253 mPa.s表8塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)M LWkg / kmolM vwkg / kmolkg /m3Rwkg/m3mPa sW kmol / hW' kg/h數(shù)值18.0218.020.589959.40.253658.43411864.983、進(jìn)料條件下的流量

24、及物性參數(shù)F =759.88kmol/h,xF =12.3%,x'F =20%查表1得：xF 9.2612.313.15yF 43.53yF54.55由內(nèi)插法可得：13.15-9.2613.15-12.354.55 -43.5354.55 - yF解得：yF =53.14%=0.53 (1)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量M VF =yFM 甲-（1 -yF）M 水二 0.53 32.04+ （ 1-0.53）18.02=25.45 kg/kmol(2) 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量M LF =XfM 甲Xf) M 水二 0.123 32.04+ (1-0.123 )18.02=19.74 kg/kmol

25、(3) 氣相密度zMvf T0p 25.45273.15:VF-0.86 kg/kmol22.4 Tp022.4273.15 85.85(4) 液相密度由表5數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求出r33:甲=728.74kg/m ,:水=968kg/m1x'F1-x'f 0.21-0.2唁甲 j728.749683解得lf =908.35kg/m(5) 液相粘度查表 6 得：t =85.85°C ,卩甲=0.263mPa s,卩水=0.3317mPa s"lf =Xf .甲 (1-Xf)水二 0.123 0.263 (1 -0.123) 0.3317 =0.323mPa s(6

26、) 進(jìn)料質(zhì)量流量F =15000 kg；h(2)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量22Mld Mlf30.65 19.74M30.65 25.45MVDVF22二 28.05kg； kmol二 25.20 kg. kmol(3)氣相密度(4 )液相密度1.101 0.862二 0.98kg m3讓=LF755.05 908.352831.7 kg m3表9進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)MvfMlfPVFPlf卜LFLF kmol hkg kmolkg kmolkg mkg mmPa skg h數(shù)值25.4519.740.86908.350.32315000759.884.精餾段的流量及物性參數(shù)(1 )氣相平均相對(duì)分子質(zhì)

27、量(5)液相粘度0.332 0.323=0.328 kg(6 )氣相流量摩爾流量 VwR 1 D2. 55 1 1 01.446 3 6 0idl3h質(zhì)量流量 Vw = 精漢 MV精=3 6 0. 1 3 2 8. 05 101 kg. 65(7 )液相流量摩爾流量Lw = R D =2. 5 5 1 0 1.446 2 5!8m；6)9 h質(zhì)量流量 1_精=Lw x M =258. 69 25. 20 6 1 璀 99VFVW25.45 18.022= 21.74 kg； kmol表10精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)M V精kg kmolM L精%精精%精V精V精嗚L精kg/kmolkg/mkg/m3

28、mPas kg hkmol/ hkg/hkmol h數(shù)值28.0525.200.98831.70.32810101.65360.136518.99258.695.提留段流量及物性參數(shù)(1 )氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量3(2 )液相平均相對(duì)分子質(zhì)量M LF M LW219.74 18.022=18.88 kg； kmol(3)氣相密度(4 )液相密度(5)液相粘度(6 )氣相流量S' ”VW0.86 0.5892=0.725kg m3'LF-?LW-f908.35 959.42=933.88kg m30.253 0.3232二 0.283kg； m3摩爾流量因?yàn)樗訴提二 精q1 F

29、二精 3 6 0. 1 3kmol h式中 q =1 (泡點(diǎn)進(jìn)料)質(zhì)量流量 V提 - V提 MV提=360.13 21. 74 7 8 29. 2h3(7 )液相流量摩爾流量1提=扁+ qF = 精L + F25 8. 6 9+ 7 59. 8£ 1 0 1 k./mc7l h質(zhì)量流量 L提、L提域M日01 8. 57 1 8. 8 8 宓49g/g1 0表10精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表Mv提Ml提V提L提-L提V提V提L提L提付號(hào)33kg kmol kg kmol kg m kg m mPa s kg h kmol h kg h kmol h數(shù)值 21.7418.880.725933.880

30、.2837829.33360.131.92<1041018.57二、塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算1.填料選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)和傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料和規(guī)整填料兩個(gè)方向進(jìn)行。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，金屬板波紋250Y型填料。規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善了溝流和整流現(xiàn)象， 壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)到更高的傳熱、傳質(zhì)效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、 規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面 積時(shí)，填料孔隙率更大，具有更大的通量，

31、單位分離能力更大。250Y型填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料，它具有以下特點(diǎn)：第一，比表面積與通用散裝填料相比，可提高近一倍，填料壓降降低，通量和傳熱效率均有較大幅度提高。第二，與各種通用板式塔相比，不僅傳熱面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大改善。第三，工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均可能帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料機(jī)某些板式塔無法維持操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝 填料塔不適宜的場(chǎng)合使用，擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。鑒于以上250Y型填料的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用Mel lap ok-250Y型填料，因而本設(shè)計(jì)塔中壓力很低。2.塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算方法：Bai

32、n-Hougen關(guān)聯(lián)式法»K丄1IV丿14廣 V°.2?L LV 叮丿式中 丄f泛點(diǎn)空塔氣速， m s ；g重力加速度，m s2，取9.8 m s2 ；干填料因子，ma比表面積，250Y型取250m2/m3;e孔隙率，250Y 型取 0.97m 3/m2; 氣、液相密度，kg/m3;Ui -液相粘度，mPa|_S；A-常數(shù)，取 0.291；K-常數(shù)，取1.75；L、V-液、氣相流量，kg/h。 精餾段空塔氣速及塔徑計(jì)算 查表10可知V精=10101.65kg/h,L'精二 6518.99kg/h33©精=0.98kg/m , ：?L精二 831.7kg/

33、mL精二 0.328mPa s匠2509.80.97X：1.093774.71x0.3430.2=0.291 1.75! 丫4/彈110101.65 丿831.7 丿解得 Uf = 3. 9h6 s/因?yàn)榭账馑賣可?。?.60.8）Uf 所以 u =0.7uf =0.7 3.96 =2.772m/s又V精MV精3600 匚IV精3600 J10101.653600 0.98-2.86m3/s所以=1.146m塔徑4 286Y 兀u 斗3.14匯2.772圓整后：D =1200mm,代入上式可算得此時(shí)的空塔氣速u =2.53m/s. 提留段空塔氣速及塔徑計(jì)算 查表11可知：V提=7829.23

34、kg/h,L提-1.92 104kg/h提二0.725kg/m3, ?L提二933.88kg/m3, %提二0.283mPa s所以牡過空沢啤“.2830.2 19.80.973 933.88= 0.2911.751.92 x 10八7829.23 /J/80.725933.88填料層總高度Z =Z精 Z提=1.15 1.12 = 2.27m解得 Uf = 3. 8n4 s/同理：空塔氣速 u= (0.60.8) uf此時(shí)選u =0.7uf =0.7 3.84 =2.69m/sV提MV提又此時(shí)氣體體積流量Vs坯提7829.233.00m3 / s3600 仏 3600 3600 0.725所以

35、提留段塔徑D =、4Vs4 3.°°=1.192m3.14 2.69圓整后：D -1200mm,代入上式可算得此時(shí)的空塔氣速u =2.65m/s. 選取整塔塔徑提留段及精餾段塔徑圓整后D = 1200mm,為精餾塔的塔徑。三、填料層高度設(shè)計(jì)計(jì)算1 填料層高度計(jì)算精餾段 1動(dòng)能因子F=u.兀=2.77=2.742m/s kg/m3 °經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)NTSM精二2.60m，所以精餾段填料層高度為Z精1.15m精(NTSM 精 2.60式中 n精一精餾段理論塔板數(shù)。提留段 1 動(dòng)能因子F 二u.JV=2.69 ,0.725 = 2.29m/s kg/m3 三經(jīng)查每米理

36、論級(jí)數(shù)NTSM精二2.68m J所以提餾段填料層高度為Z精二NTSM提32.68=1.12m2 填料層壓降計(jì)算 查壓降曲線精餾段液體負(fù)荷“吋寧的心器刁血/卄用精餾段動(dòng)能因子F查液體負(fù)荷1I -11.75m3/ mh時(shí)的每米壓降。I1020衛(wèi)0.22Z.當(dāng)0.25 當(dāng)所以精餾段壓降：p - Zp Z提餾段0.223 1. 540.kP43分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算I I = 11.75m3 / m2 h 時(shí)， 于二 0.223kF> / m液體負(fù)荷I =3600F 亠=3600 2.290725 = 7.52m3 / m2 hPl933.88同理，用提留段動(dòng)能因子F查液

37、體負(fù)荷|分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算I = 7.52m3/ m2 h時(shí)的每米壓降。1510_蘭 0.1660.179當(dāng) I 二 7.52m3 / m2 h，=0.173kFa /mZ所以提餾段壓降：pZ精 0. 1 73 2.2 4 0.k3D8a8全塔填料層總壓降：巾=祁精 =p提二0.343 - 0.388二0.731kFa3填料層持液量的計(jì)算(1)精餾段由上可知：液體負(fù)荷| =11.75m3 /(m2 h)氣體動(dòng)能因子 F =2.742m/s，(kg/m3)12時(shí)32I /(m /(mh)912hL /10 m3/m34.345.33有內(nèi)插法可算得：當(dāng)I=11.75m3

38、/(m2.h)時(shí)hL的值:12-912 -11.13所以 hL =5.25 10J?m3/m3(2)提留段由上可知：液體負(fù)荷l = 7.52m3 /(m2 h)動(dòng)能因子：F =2.29m/s (kg/m3)?2同理可查得：當(dāng)F2.29m/s (kg/m ) 2時(shí)不同液體負(fù)荷下的持液量。32l/(m/(mh)69hL/10，m3/m33.554.25有內(nèi)插法可算得：當(dāng)l = 7.52m3 /(m2 h)時(shí) hL 的值：9-6(4.25 -3.55) 10 工7.52 6233上=hL 3.90 匯 10 m /m(hL -3.55) 10精餾段提留段全塔. _ 1氣體動(dòng)能因子f /(m / s

39、( kg / m3) 2)2.7422.29每米填料壓降 /(kPa/m)Z0.2230.173填料壓降也P/kPa0.3430.3880.731填料高度Z/m1.121.122.24持液量 hL /(m3 /m3 )5.25漢10，3.90 00，第三章附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算第1節(jié) 冷凝器本設(shè)計(jì)冷凝器選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理。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。因本設(shè)計(jì)冷凝器與被冷凝流體溫差不大，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)，使其液膜厚度減弱，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省

40、面積，減少材料費(fèi)用。取冷凝器傳熱系數(shù)2 O2°K=550kcal/(m h C) =2302kJ/(m h C)沈陽地區(qū)夏季最高平均水溫為15 C，溫升20 C。對(duì)于逆流：T 66.20 C - 67.16 C15 C t 35 C據(jù)表4可得：QC =8.9 106kJ/h所以冷凝器冷凝面積A-Qc68.9 10294.41matm2302 40.95查取有關(guān)數(shù)據(jù)如下：表13公稱直徑/mm管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)/mm換熱面積/m2公稱壓力/MPa1200出43525009594.525注：摘自金屬設(shè)備上冊(cè) P118表2-2-5和P132表2-2-8。 標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)：JB-1145-71-2-30

41、 設(shè)備型號(hào)：G400 I-16-16所以覽2 -.出In(66.2015) - (67.16-35)ln(66.20-15)(67.16-35)= 40.95 C第2節(jié)加熱器選用U型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)。蒸汽選擇133.3 C飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)2 ® 2 *K hOOOkcal/(m2 h C) =4186kJ/(m2 h C)QS換熱面積：A -Kt衛(wèi)丄=74.61m24186 33.3 ：t -133.3 -100 =33.3 C由表4可得：'7Qs =1.04 107kJ/h注：摘自金屬設(shè)備上冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)：JB-1145-71-1-21公稱直徑管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)/

42、mm換熱面積/mm公稱壓力/Mpa75“1200川 42820002574.5表14P118 表 2-2-5 和 P132 表 2-2-8。 設(shè)備型號(hào)：G400 n -16-15第三節(jié)塔內(nèi)其他構(gòu)件一、接管管徑的計(jì)算和選擇1、進(jìn)料管本次加料選用高位進(jìn)料，所以Wf可取0.40.8m/s。本次設(shè)計(jì)取 WF=0.6m/s。4F'4 15000dF= . =0.0987m 3600 n WFpL. 3600 3.14 0.6 908.35式中 F 進(jìn)料液質(zhì)量流量，kg/h。 p 進(jìn)料條件下的流體密度，kg/m3。圓整后dF=100mm。表15進(jìn)料管參數(shù)表內(nèi)管d2x S2外管d1 X s1半徑R

43、H 1H 2內(nèi)管重/(kg/m)100 X 6180X 81502002203.73注：摘自浮閥塔P197表5-3。2、回流管dR =4L =.4255 3127.986=0.0967 3600 n WR)L V 3600 漢 3.14 漢 0.4 漢 755.05式中：L回流液體質(zhì)量流量，kg/h ;Pl塔頂液相密度，kg/m3。本次設(shè)計(jì)采用的是重力回流，所以速度Wr取0.20.5m/s。此處選Wr =0.4m/s圓整后dR=100mm表16回流管參數(shù)表內(nèi)管d2X S2外管d1 X S1半徑R H 1H 2內(nèi)管重/(kg/m)100 X 7160X 72452452607.32注：摘自浮閥塔

44、 P197表5-3。3、塔頂蒸氣管因?yàn)椴僮鲏毫槌?，所以蒸氣速度W可取1220m/s,本節(jié)設(shè)計(jì)選 W =17m/s。dD =4V _ ：4乂(2.55+1)X3127.9863600 n Wvp L- 3600 3.14 17 1.101=0.458式中：V塔頂蒸氣質(zhì)量流量，kg/h ;p 塔頂氣相密度，kg/m3。圓整后dv=460mm。表17塔頂蒸汽管參數(shù)表內(nèi)管d2冷2夕卜管d1命半徑RH1H2內(nèi)管重 / (kg/m)460 X 9620 X1285028032033.68注：摘自？浮閥塔?P197表5-34.塔釜出料管塔釜流出液的速度 WW般可取0.51.0m/s,本設(shè)計(jì)取0.7m/s

45、。./ 4W/4S1875.52門 cedv= =0.0791m,360(n Ww L. 3600 3.14 0.7 959.4式中 W-塔釜流出液的質(zhì)量流量，kg/h;L-塔釜液相密度，kg/m3。圓整后：dW=80mm表18塔釜出液管參數(shù)表內(nèi)管d2 Xs2外管d1 Xs1半徑RH1H2 內(nèi)管重/ (kg/m)80X10120X61002002203.51二、除沫器為了確保氣體的純度，減少液體的夾帶損失， 選用除沫器，常用的除沫器裝置有 折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。本設(shè)計(jì)塔徑較小，且氣液分離，故 采用小型絲網(wǎng)除沫器，裝入設(shè)備上蓋。氣流計(jì)算Ww=K讓心丫PV式中K-常數(shù)，取0.10

46、7;:L、V -精餾段氣體和液體的密度，kg/m3Wk=0.107X 831.70.98 =3.115m/s0.98除沫器直徑計(jì)算:D= n Wk式中，V-氣體處理量，m3/sV=精 = =2.863m3/s 3600 : v精 3600 0.984 2.863所以D= =1.082mV3.14X3.115三、液體分布器采用蓮蓬頭式噴淋器。選用此裝置能使截面積的填料表面較好地潤(rùn)濕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修方便，噴灑比較方便，安裝簡(jiǎn)便。1.、回流液分布器以上，本設(shè)計(jì)選流速系數(shù) 可取0.820.85,推動(dòng)力液柱高度H可取0.120.15m:=0.83 , H=0.16mW= : . 2gH =0.83

47、 x、, 2 9.8 0.16 =1.47m/s小孔輸液能力計(jì)算:L?l 360042.55 3127.986755.05 36002.9 10"0.83 1.472.38 103.144= 2.9 10 232= 2.38 10 m= 84.2 : 84(個(gè))m3 /s(6 10")2式中w=小孔流速，m/s;f=小孔總面積，m 2;H=推動(dòng)力液柱高度，m,取H=0.16m; dr、孔直徑，可取 410mm此處選 d=6mm; ;：=流速系數(shù)，取0.83 ;n= 小孔總數(shù)；Q=小孔輸液能力，m2W sin :/s;噴灑球面中心到填料表面距離計(jì)算:h=rcot -: +2gr式中r=噴射圓周半徑，m=噴射角，可取40 °，本設(shè)計(jì)選:=40°D1200r=-（75 100）=85 = 515mm = 0.515m2 2式中D=精餾塔內(nèi)徑，mm.2所以h = r cot ： + 尹廠2W sin a0.515cot40 +29.8 0.5152 1.472 (sin40 )=2.069 m2069mmW=1.47m/s2.進(jìn)料