化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水精餾塔設(shè)計(jì)

1、山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水化工原理課程設(shè)計(jì)題目：乙醇水精餾篩板塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：2010、12、20-2011、1、6山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（化工1）一、設(shè)計(jì)題目板式精餾塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)：乙醇-水二元混合液連續(xù)操作常壓篩板精餾塔的設(shè)計(jì)三、工藝條件生產(chǎn)負(fù)荷（按每年7200小時(shí)計(jì)算）：6、7、8、9、10、11、12萬噸/年進(jìn)料熱狀況：自選回流比：自選加熱蒸汽：低壓蒸汽單板壓降：W0.7Kpa工藝參數(shù)組成濃度（乙醇mol%）塔頂78加料板28塔底0.04四、設(shè)計(jì)內(nèi)容.確定精餾裝置流程，繪出流程示意圖。.工藝參數(shù)的確定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取及估算，工藝過程的物料衡

2、算及熱量衡算，理論塔板數(shù)，塔板效率， 實(shí)際塔板數(shù)等。.主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔盤布置等。.流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù)荷性能圖及操作彈性。.主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型塔頂全凝器設(shè)計(jì)計(jì)算：熱負(fù)荷，載熱體用量，選型及流體力學(xué)計(jì)算。料液泵設(shè)計(jì)計(jì)算：流程計(jì)算及選型。管徑計(jì)算。五、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯六、主要符號(hào)說明七、參考文獻(xiàn)八、圖紙要求1、工藝流程圖一張（A2圖紙）2、主要設(shè)備工藝條件圖（A2圖紙）目錄刖言4山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1概述5 HYPER

3、LINK l bookmark12 o Current Document 設(shè)計(jì)目的5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 塔設(shè)備簡(jiǎn)介6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2設(shè)計(jì)說明書7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 流程簡(jiǎn)介7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 工藝參數(shù)選擇8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3工藝計(jì)算9 HYPERLINK l

4、 bookmark30 o Current Document 物料衡算9理論塔板數(shù)的計(jì)算10查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)10如表3-110q線方程9平衡線11回流比12操作線方程12理論板數(shù)的計(jì)算12 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算13全塔效率ET13實(shí)際板數(shù)NE14 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算15 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算15平均分子量的計(jì)算15平均密度的計(jì)算16 H

5、YPERLINK l bookmark72 o Current Document 塔高的計(jì)算17 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 塔徑的計(jì)算17初步計(jì)算塔徑17塔徑的圓整18 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定19溢流裝置的設(shè)計(jì)19塔盤布置（如圖4-4）20篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率21篩口氣速和篩孔數(shù)的計(jì)算21 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 5精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算22 HYPERLINK l bookmark104

6、o Current Document 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算22液沫夾帶校核22塔板阻力校核23溢流液泛條件的校核25液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核26漏液限校核26 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 分別作精餾段、提留段負(fù)荷性能圖26 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總29 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 6 塔的總體結(jié)構(gòu)30 HYPERLINK l bookmark144 o Current Docu

7、ment 7輔助設(shè)備的選擇31 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 塔頂冷凝器的選擇31 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 塔底再沸器的選擇32 HYPERLINK l bookmark154 o Current Document 管道設(shè)計(jì)與選擇33山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水泵的選型34輔助設(shè)備總匯34前百化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分 是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精餾是分離液體混合 物（含可液化的氣體混合物）最常

8、用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè) 中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水 接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn) 移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn) 行傳質(zhì)、傳熱的過程。乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是很重要的一種原料。在很 多方面，要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難 的，因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性，也極具溶解性，所以，想要得到高純度的乙醇很困難。 要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，

9、要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā) 度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此 可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行的， 塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必 須從塔底引入上升蒸汽流和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作， 還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備， 才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。1概述設(shè)計(jì)目的蒸餾是分離均相混合物的單元操作，精餾是最常用的蒸餾方式，是組成化工生產(chǎn)過 程的主要單元操作。精餾是典型的化工操作設(shè)備之一。進(jìn)行此次課程設(shè)

10、計(jì)的目的是為了 培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，來解決實(shí)際化工問題的能力，做到能獨(dú)立進(jìn)行化工初步設(shè)計(jì)；掌 握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法；學(xué)會(huì)查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)；用簡(jiǎn)潔文字和圖 表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果；用CAD制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，為山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水 以后從事設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。塔設(shè)備簡(jiǎn)介塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，他可以使氣（或汽）或液 液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中， 塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和 環(huán)境保護(hù)等各方面都有重大影響。塔設(shè)備中

11、常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻 和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等。最常見的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先 必須使氣（汽）液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需 要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求：1、生產(chǎn)能力大；2、操作穩(wěn)定，彈性大；3、流體流 動(dòng)阻力??；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量少，制造和安裝容易；5、耐腐蝕和不易阻塞，操 作方便，調(diào)節(jié)和檢修容易。在本設(shè)計(jì)中我使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適 當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩

12、板可解決堵塞問題適當(dāng)控制 漏液。篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過大量的工業(yè)實(shí)踐逐步 改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)，近年來與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。為減少對(duì) 傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度 使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)為泡罩塔的60左右，為浮閥塔的80% 左右；在相同條件下，生產(chǎn)能力比泡罩塔大20%40%；塔板效率較高，比泡罩塔高15% 左右，但稍低于浮閥塔；氣體壓力降較小，每板降比泡罩塔約低30%左右。缺點(diǎn)是：小 孔篩板易堵塞，不適宜處理

13、臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液；操作彈性較?。s2 3）。山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水2設(shè)計(jì)說明書2.1流程簡(jiǎn)介山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水圖1-1精餾過程流程圖2.2工藝參數(shù)選擇(1)處理能力：5000T/y，年開工7200小時(shí)(2)進(jìn)料濃度：Xf=0.15(mol%)(3)進(jìn)料溫度：tf=18 (4)塔頂冷凝水采用12深井水，塔釜間接蒸汽加熱山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水(5)壓力：常壓操作單板壓降W0.7 kPaLJ* W(6)要求：xd=86 mol %xw= 1mol %LJ* W3工藝計(jì)算物料衡算進(jìn)料濃度為Xf=0.15(mol%)，山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙

14、醇水貝U MF=46*0.15+18*0.85=22.2Kg/KmolF=5000T/y=5000000/(MF*7200)=31.28Kmol/h由 F=D+WFXf=DXd+WXw得：D=5.152 Kmol/hW=26.128 Kmol/h理論塔板數(shù)的計(jì)算查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)如表3-1表3-1乙醇-水汽液平衡組成溫度液相組成氣相組成溫度液相組成氣相組成溫度液相組成氣相組成X /%y /%X /%y /%X /%y /%1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.21

15、38.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.039.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.9765.6484.116.6150.8979.751.9865.993.2.2 q線方程18c進(jìn)料：查物性數(shù)據(jù)：易揮發(fā)組分比熱= 2.453 kJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c2= 4.184 kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱口= 902 kJ/kgK難揮發(fā)組分汽化潛熱r2= 2458 kJ/kgK進(jìn)料溫度J= 18，進(jìn)料組成對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度t2=生則平均r =zf r1*M輕組分+(1- zf) r2*M重組

16、分10山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水=0.15*902*46+0.85*2458*18=43831.2 KJ/Kmol平均Cp= Zf cJM輕組分+(1- z)c2*M重組分=0.15*2.453*46+85*4.184*18=80.941KJ/KmolK得 q= (cp*N+r) /r=80.941*(83-18)+43831.2/43831.2=1.119則 q 線方程：y = x xF- =9.396x-1.259 q -1 q -13.2.3平衡線11山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水圖3-2乙醇一水的氣液平衡局部放大圖回流比由 0,259=xD/(Rmin+l)得最小回流比Rm

17、in=2.32又 R= (1.1-1.8) R . min取回流比R=4操作線方程精餾段操作線方程為：y = x + x n+1 R + 1 n R + 1 D=0.8xn+0.2xD提餾段操作線方程為：y = L + qF x，- -x m+1L + qF m L + qF -=1.887xm-0.00887理論板數(shù)的計(jì)算用作圖法(如圖 3-1)，總塔板數(shù)=20+ (0.0241-0.01) /(0.0241-0.0036)=20.69 塊12山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水 第19塊板與q線相交，為進(jìn)料板。精餾段理論板數(shù)=上，第 19 塊為進(jìn)料板提餾段二2.69總理論板數(shù)NT= 20.6

18、93.3實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算全塔效率ET塔頂xD=0.86查表得平衡溫度t=78.21塔底xW=0.01查表得平衡溫度t=97.63平均粘度的計(jì)算：塔頂塔底平均溫度t=87.92，查得乙醇粘度3=0.39mPa/s,圖3-2 O5connel關(guān)聯(lián)圖水的粘度 匕=0.3242mPa/s；貝U Rav=匕xj 也(1-xF) =0.39*0.15+0.3242*0.85=0.334查得平均溫度下的平衡組分：x=0.0937, y=0.0433,又：y=ax/1+(a-1)x得：a=7.388由叩av=2.47,查O,connel關(guān)聯(lián)圖(圖3-2)13山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水得全塔效率Et=3

19、8%實(shí)際板數(shù)NeNe=Nt/Et=20.69/38%=54.4 塊表3-1塔內(nèi)氣液流率匯總氣相流率（kmol/h）液相流率（kmol/h）精餾段25.7620.608提餾段29.4855.614山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水4塔的結(jié)構(gòu)計(jì)算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)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不 同。設(shè)計(jì)時(shí)，分別計(jì)算精餾段、提餾段平均條件下的參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)，以此確定塔的 尺寸，然后再作適當(dāng)調(diào)整，但應(yīng)盡量保持塔徑相同，以便于加工制造?；旌辖M分的平均物性

20、參數(shù)的計(jì)算平均分子量的計(jì)算（1）塔頂?shù)钠骄肿恿浚▁1為與y1=XD平衡的液相組成）Mvdm= Xd*M輕組分+（IXd）XM重組分=0.86 x 46 + 0.14 x 18 = 42.08Kg / KmolMldm=X1XM輕組分+ (LXJXM重組分=0.8523 x 46 + 0.1477 x18 = 41.864Kg / Kmol（2）進(jìn)料板的平均分子量 進(jìn)料板對(duì)應(yīng)的組成Xn和ynMvfmRXM輕組分+ (1yn)XM重組分=0.4587 x 46 + 0.5413 x18 = 30.844Kg / KmolMlfm=XnXM輕組分+ (1Xn)XM重組分=0.1132 x 46 +

21、 0.8868 x18 = 21.170Kg / Kmol(3)塔底的平均分子量(yw為與xw平衡的氣相組成)Mvwm= ywXM輕組分+ (1yw)xM重組分=0.0975 x 46 + 0.0025 x18 = 20.73Kg / KmolMlwm=XwXM輕組分+ (1Xw)XM重組分=0.01 x 46 + 0.99 x18 = 18.28Kg / Kmol(4)精餾段、提餾段的平均分子量精餾段平均分子量Mlm =( Mldm + Mlfm)/2 = 3L517Kg / Kmol15山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水 Mvm =( Mvdm + Mvfm)/2 = 36.462Kg /

22、 Kmol 提餾段平均分子量Mlm =( Mlwm + Mlfm)/2 = 19.725Kg / Kmol Mvm =( Mvwm + Mvfm)/2 = 25.787Kg / Kmol平均密度的計(jì)算(1)液相平均密度查物性數(shù)據(jù)：易揮發(fā)組分密度P1= 790 Kg/m3難揮發(fā)組分密度p2= 998.595 Kg/ m3 塔頂易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比丐=94.11% 進(jìn)料易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a2=24.598% 塔底易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a3 = 2.516% 塔頂液相密度：pLD= 1/a1/p1+(1-a1) /p2= 800.008Kg/ m3 進(jìn)料液相密度：pLF= 1/a2/p1+(1-a2

23、) /p2= 937.69Kg/ m3 塔底液相密度：pLW= 1/a3/p1+(1-a3) /p2= 922.005Kg/ m3 精餾段的平均液相密度：pLM=(pLD+pLF)/2=868.849Kg/ m3 提餾段的平均液相密度：pLM=(pLF+pLW)/2=964.85Kg/ m3 (2)汽相平均密度根據(jù)塔頂組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算塔頂溫度Td=78.21根據(jù)進(jìn)料板組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)料板溫度Tf=85.85 F根據(jù)塔底組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算塔底溫度Tw=97.63 精餾段：TM= (Tf+Td)/2=82.03pvM=PMv/RTM=1.456Kg/ m3提餾段：TM=(Tf+Tw)/2=9

24、1.74 pvM=PMv/RT,M=1.16K4g/ m3表4-1塔內(nèi)氣液流率匯總氣相流率(m3/h)液相流率(m3/h)精餾段750.6240.747516山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水提餾段882.491.1055塔高的計(jì)算板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，按下式計(jì)算：Z = (N -1)H E tT式中Z塔的有效高度，m；et-全塔總板效率；nt 塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；Ht塔板間距，m。ht的初選選取時(shí)應(yīng)考慮塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、操作彈性及塔的安裝檢修等因素。表4-2塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D，m0.30.50.50.80.81.61.62.42.44.0板間距/H

25、t，mm200300250350300450350600400600化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，500，600，700，800mm。 在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。此設(shè)計(jì)中我取HT=300mm4.3塔徑的計(jì)算計(jì)算塔徑的方法有兩類：一類是根據(jù)適宜的空塔氣速，求出塔截面積，即可求出塔 徑。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔(閥孔或篩孔)允許通過 的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出 塔的橫截面積和塔徑。本次數(shù)據(jù)采用第一種方法。初步計(jì)算塔徑精餾段：圖中匕L分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/

26、s;Py，PL 分別為塔內(nèi)17氣、液相的密度，kg/m3山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水圖4-1史密斯關(guān)聯(lián)圖(女 尸(1/2)= 0.02624由：V Pv，查圖 4-1 得，C20=0.06又有精餾段平均溫度TM=82.03,查得乙醇和水的表面張力分別為：%=0.0168N/m，o2=0.06257N/m，從而算出混合液體的表面張力o=0.04N/m。-C = C ()0.2=0.0691 u = C :Pl Pv =1.8266m/s，又u = (0.6 0.8)u20 0.02max P pmax VV取 u=1.2m/s，貝U D/ = _,=0.470m0.785u提餾段：與精餾段

27、同樣的方法算得塔的直徑為0.4165m4.3.2塔徑的圓整綜合精餾段與提留段，圓整后的塔徑取500mm18山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定溢流裝置的設(shè)計(jì)溢流裝置包括降液管、溢流堰、授液盤等幾個(gè)部分，是液體的通道，其結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)塔 的性能有著重要影響。A降液管截面積AfB溢流堰包括堰高h(yuǎn)w、堰長(zhǎng)lw及howC受液盤和底隙h0Q圖4-2溢流裝置圖圖4-2溢流裝置19山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水塔盤布置（如圖4-4）A受液區(qū)或降液區(qū)Af=0.01396m2B入口安定區(qū)和出口安定區(qū)Ws = 50 mmC邊緣區(qū)Wc=30 mmD有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳

28、質(zhì)區(qū)，面積為A a結(jié)合我的設(shè)計(jì)任務(wù)，由于流量較小，我選用U型塔板，如圖4-4：圖4-4 U形流型參數(shù)選擇，?。篽b=30mm,hw=50mm,lw=200mm.在 CAD 軟件中求得：AT=0.19625m2,AF=0.01396m2, Aa=0.1185m2則 AF/AT=0.07，在(0.06,0.12)的范圍內(nèi)。h = 2.84 x10-3EI qvhA2/3I lW )=6.84mm6mm,符合要求。20山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率取孔徑d0=6mm,開孔率取0.1,帶入上述公式，得出孔距t=18mm, t/d0=3,在（2.5,5）范圍內(nèi)，符合基本要求。

29、篩口氣速和篩孔數(shù)的計(jì)算A n A n =o 兀幺 一 d 2 4 o3Aa0.785d 20精餾段和提餾段的篩口氣速和篩孔數(shù)分別用上述公式計(jì)算，得出：精餾段 u0=17.6m/s, n=419.2 個(gè)提餾段 u0=20.7m/s, n=419.2 個(gè)所以篩孔數(shù)取420個(gè)。21山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水5精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算液沫夾帶校核v qmLv qmL1 -v qmV1 -v qvvR，查圖 5-1，22O.tL山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水1.00.50,001O.tL山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水1.00.50,001圖5-

30、1液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖L (&尸(1/2)= 0.02624由V Pv，得力=0.11將數(shù)據(jù)帶入上述公式，得出精餾段ev=0.0734kg液/kgS0.1kg液/kg同樣的方法，可得出精餾段ev=0.0909kg 液/kgRlkg液/kg則液沫夾帶校核通過。5.2.2塔板阻力校核h = h + h + h精餾段的踏板阻力校核:干板阻力由 d0=6mm,查圖 5-223山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水。一孔流系數(shù)djs圖5-2塔板孔流系數(shù)得，孔流系數(shù)Co=0.65-Ap1 p (u )2h =fo = I o-帶入公式0 PLg2g Pl ICo J，得h0=0,0473加液柱液層阻力Aa=(1-2

31、Ad/AT)=0.16833m2Fa=Vs/Aa(4)2=1.495 根據(jù)Fa，查圖5-324山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水圖5-3充氣系數(shù)圖得，B =0.59,貝U hL= B (hW+hOW)=0.59*(0.05+0.00684)=0.03354 加液柱液體表面張力所造成阻力非常之小，此項(xiàng)可以忽略不計(jì)。故氣體流經(jīng)一層浮閥塔塔板的壓力降的液柱高度為：h =0.0473+0.03354=0.08084 m 液柱=0.08084*868.849*9.8=0.688Kp(0.7KP，符合設(shè)計(jì)要求)a題餾段的踏板阻力校核方法同上，最后得出h =0.0645Kp(0.7KP ,符合設(shè)計(jì)要求綜上所

32、述，塔板阻力校核通過。5.2.3溢流液泛條件的校核一 P 7H = h + h +A + i + hd W OWp g dL精餾段：液面落差A(yù)一般較小，可不計(jì)。液體通過降液管阻力hd,包括底隙阻力hd1和進(jìn)口堰阻力hd2。hd=hd1+hd2=0.0153(LS/lWhb)2+0=0.000183m25山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水Hd=hw+how+A+(P1-P2)/ P Lg+hd=0.139m對(duì)于一般物系，。值可取0.5,對(duì)于不易起泡物系，。值約為0.60.7,對(duì)于易起泡 物系，?？扇≈?.30.4。乙醇-水屬于不易起泡物系，。取0.5。貝U Hd/g0.278mHT+hW題餾段方

33、法同上得，Hd/g0.263m5s題餾段 t=AdHT/Ls=0.01396*0.3/0.00030700=13.6s5s則液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核通過。漏液限校核精餾段h = 0.0056 + 0.13(h + h )- h0W OW G=0.0073m/ C .2 g .Pl - h00 P 0V=6.006m/sk=u0/u0=17.6/6=2.932提餾段用同樣的方法得，k=u0/u0=20.7/7.0775=2.922綜上所述，漏液限校核通過。5.2分別作精館段、提留段負(fù)荷性能圖(1)負(fù)荷性能圖的其它幾條曲線的依據(jù)分別是：26山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水霧沫夾帶線VP】/

34、+1.36L Z泛點(diǎn)率X 100%川 PP泛點(diǎn)率X 100%KC A據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線。按泛點(diǎn)率80%計(jì)算。精餾段0.8 =V，上0.8 =V，上456 q*868.849-1.456+ 1.36LS x 0.441x 0.126 x 0.11846整理得：0.1194=0.4097Vs+5.984LS提餾段0.8 =V :1.16440.8 =V :1.1644SY 964.85-1.1644+ 1.36LS x 0.441x 0.126 x 0.11846整理得：0.1194=0.3476Vs+5.984LS根據(jù)平液泛線、(根據(jù)平液泛線、(H + h )= h +h +h

35、= h +h +h +h +hT p L d c l G確定液泛線，由于hG很小，故忽略式中的hG3.41x10 -3.41x10 -8+ 4.26 x10-3r l +1.18 X10 -811 h JW W by= H + (Q-1.5) hTW精餾段：代入數(shù)據(jù)得：2.4996*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1提餾段：代入數(shù)據(jù)得：1.8000*10-7Vh2+57.893Lh2/3+0.03278Lh2=0.1 液相負(fù)荷上限線 全塔LS,max在降液管中停留時(shí)間5s時(shí)求出。V : 720H,d = 720X 0.3X 0.01396 : 3.0227山東

36、理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水漏液線h = 0.0056 + 0.13(h + h )- h = 0.0056 + 0.13 *(0.05 + 0.006) = 0.01288 0W OW G液相負(fù)荷下限線 以堰上液層高度how=0.006m計(jì)。3叫二 3.07 * .02 二 .061分別作出精餾段和提餾段的踏板負(fù)荷性能圖，如圖5-4，圖5-5精館圖5-5提餾段踏板負(fù)荷性能圖由塔板負(fù)荷性能圖可以看出：.在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p (設(shè)計(jì)點(diǎn))處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。.塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。.按固定的液氣比，由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限VSMAX=0

37、.31(0.4)m3/s氣相負(fù)荷下限 VSMIN=0.125(0.15)m3/s28山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水所以，精餾段操作彈性=0.31/0.125=2.48。提留段操作彈性=0.4/0.15=2.67。53塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總表5-1塔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯總項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)備注精餾段提餾段塔徑Dm0.50.5板間距HTm0.30.3塔板類型U形流型降液管空塔氣速um/s1.061.25堰長(zhǎng)lwm0.20.2堰高h(yuǎn)wm0.0500.050板上液層高度hLm0.070.07降液管底隙高h(yuǎn)bm0.0300.030堰上方液頭高度hOWm0.006840.00684閥空氣速uom/s17.620.7降液

38、管面積Afmm20.013960.01396塔盤面積ATmm20.196250.19625孔心距tm0.0180.018孔徑d0m0.0060.006孔為正三角形式排 列單板壓降PpPa688645降液管內(nèi)清液曾高度Hdm0.1390.13129山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水6塔的總體結(jié)構(gòu)6,1塔體總高度山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水6塔的總體結(jié)構(gòu)板式塔的塔體總高度(不包括裙座)由下式?jīng)Q定:H = H + (N 2 S) x H + S x H + H + HD pTT F BHd塔頂空間，0.5m ；HB塔底空間，0.5m ；HT-塔板間距，0.3m；HT,開有手孔的塔板間距，0.4

39、m；HF進(jìn)料段高度，0.6m；Np實(shí)際塔板數(shù),54；S人孔數(shù)目，6個(gè)?？傮w高度為 H=0.5+(54-2-6)*0.3+6*0.4+0.6+0.8=18.1m6.2塔板結(jié)構(gòu)塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑上式中:30上式中:山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水從300900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。本設(shè)計(jì)中塔徑為500mm，所以采用整塊式塔板。7輔助設(shè)備的選擇表7-1換熱器結(jié)果列表?yè)Q熱器名 稱介質(zhì)溫度，進(jìn)出塔頂冷凝器殼程乙醇-水混合氣體78.21 78.21 管程循環(huán)冷凝水1240塔底再沸 器管程乙醇-水溶

40、液83 87 殼程蒸汽168 168 7.1塔頂冷凝器的選擇查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數(shù)K= 800 W/m2塔頂溫度TD=78.21。,查得：易揮發(fā)組分汽化潛熱rj=600kJ/kg；難揮發(fā)組分汽化潛熱r2=2312.2kJ/kgrD=r1Xy1+r2X(1-y1)=600*0.86+2312.2*0.14=839.7kJ/kgQ=(R+1)DrD得：Q=(4+1)* (5.152*42.08/3600) *839.7=252.84kJ/s31山東理工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水A11 -A12 _ (78.21 12) (78.21 40)ln包At 2ln(78-21 -12) (78.21 - 40)=50.93。傳熱面積：A= Q =252.84*1000/(800*50.93)=6.2m2K xA tm選型：則該換熱器的公稱面積為7m2,型號(hào)G273I257。其參數(shù)如表7-2：7.2塔底再沸器的選擇查第四章傳熱表4-8：取總傳熱系數(shù)K,= 3000 W/m2塔底溫度TW=97.63 。，查得：易揮發(fā)組分比熱c1 = 3JkJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c2=4.25 kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱r1=680kJ/kg難揮發(fā)組分汽化潛熱r1=2264.5kJ/kg n平均Cp c