乙醇-水連續(xù)精餾篩板塔的設計說明

#/46u=8.7591m3/s0.minV =1d2nu =0.785x0.0082x3680x8.7591=1.6194m3/ss.min4 00min據(jù)此可以做出與流體流量無關的水平漏液線6.2.2過量液沫夾帶線注:以下計算常用h=2.84x10-3E(Lh)2/3得h(~L),E~~M經(jīng)驗計算,ow l ows l2.5ww取E=1.04則h=2.84x10-3x1.04X(-h-)2/3=2.84x10-3x1.04xf360cLs卜=0.659LS2/3- 1.08 I1.08)依下式計算： e=5.7x10-6fU132voH-hTf式中：u=———= =0.4161VTOC\o"1-5"\h\zaA-A2.5434-0.1399 sTfh=2.5<h+h>=2.5(0.0358+0.6591l2/3)=0.0895+1.6478L2/3

f wow s s令e=0.1kg液/kg氣油o=52.9847x10-3N/m,H=0-45mvT代入式<2-1>得：0.1=-x10-6 < 0.4161Vs >3252.9847x10-3 0.45-0.0895-1.6478L2/3s整理得：V=7.3332-33.5191L2/3

ss在操作范圍中，任取幾個L值，根據(jù)上式算出V值列于表6-3中：ss表6－3L,m3/ss0.0020.0040.0060.008V,m3/ss6.80116.48866.22645.9924依表中數(shù)據(jù)在作出過量液沫夾帶線6.2.3液相負荷下限線取平頂直堰堰上液層高度h=0.006m作為液相負荷下限條件，低于此下限廁不ow

能保證板上液流分布均勻。則h=2.84x10.3E〔Lh2/3

ow lwE=1.04廁0.006=2.84x10一3x104〔9>?/31.08整理得：L =(——0006——)3108_=0.0008686m3/ss，min0.00284x1.04 3600在圖上L =8.686x10-4m3/s處作垂線即為液相負荷下限線。s，min液相負荷上限線取液體在降液管中停留時間為t=5秒作為液體在降液管中停留時間的下限則l=HTAf=0.45x0.1399=0.0126〔m3/ssmant 5在l=0.0126m3/s處作出垂線得液相負荷上限線，可知在圖上sman它為與氣體流量V$無關的垂直線。溢流液泛線由式Hd--h<H0 ^T和H-h+h+A+由式Hd--h<H0 ^T<1>h-h+h+hpcLouU PuU Ph=0.051〔-o2〔c cPo=0.051〔匕2pCApooL=0.051〔 ^ 2〔1.1818=0.003885V20.72x0.1849 875.7577 ，h=P〔h+h=0.5(0.0358+0.6591L2/3)=0.0179+0.3296L2/3TOC\o"1-5"\h\zl wow s s故h=0.003885V2+0.0179+0.3296L2/3+0.003084ps s=0.003885V2+0.3296L2/3+0.0210

ss<2>h=0.153〔L2=0.153〔——L——2=145,7476L2則：d lh 1.08X0.03 sw00.6(0.45+0.0423)=0.003885V2+0.3296L2/3+0.0210+0.0358+0.6591L2/3+145.7476L2ss s s整理得： V2=60.41831-254.489L2/3-37516.9L2s ss取若干L值依式計算V值，見表6-4，作出液泛線ss表6-4L,m3/s0.0020.0040.0060.008V,m3/ss7.49867.30797.11806.9165根據(jù)以上各線方程,可做出篩板塔的負荷性能圖如下精餾段塔板負荷性能圖由圖可以看出:P點為操作點,其坐標為：Vs=2.6732m3/s,Ls=0.0068513m3/sOP為操作線,OP與液量上限線的交點對應氣相負荷為V =5m3/s，與漏夜線的s,max交點對應氣相負荷為V =1.6194m3/s.可知：s,min提餾段的操作彈性：Vs,max/Vs,min=3.088>2第七章各接管尺寸的確定及選型7.1進料管尺寸的計算及選型

料液質(zhì)量流體：G=FM=0.154x27.058=4.1669kg/sF L.F進料溫度tf=81.5457℃,在此溫度下p乙醇=733.4543Kg/m3=970.8108Kg/m3npf=824.1262Kg/m31x1npf=824.1262Kg/m3—=—+ = + ppp733.4543970.8108f12則其體積流量：V=鼠=4」669=0.005029m3/sl，f p824.1262L,F取管內(nèi)流速：u=2.5m/sF則進料管管徑：D=4^Fell.=：4x0.005029=0.0506m=50.6mmL，F(xiàn) 兀u 3.14x2.5FF查化工原理P292熱軋無縫鋼管〔GB8163-87則可選擇進料管①57mmx3mm熱軋無縫鋼管,此時管內(nèi)液體流速u=4Vfl=2.463m/s3.14D27.2釜液出口管尺寸的計算及選型釜液質(zhì)量流率：G=WM =0.0986x19.4=1.9128kg/sW L.W出料溫度tw=91.7053℃,在此溫度下p乙醇=722.6358Kg/m3=964.1233Kg/m3np=927.3815Kg/m3w1x1np=927.3815Kg/m3w—=—+ = + ppp722.6358 964.1233w12體積流率：v=屋=1.9128=0.002063m3/sswp927.3815L,W取釜液出塔的速度ul=1.5m/s

則釜液出口管管徑:D=:'4*0.002063=0.0419m=41.9mmw33.14x1.5

則可選擇釜夜出口管中50mmx3mm熱軋無縫鋼管，此時管內(nèi)液體流速1.357m/s所選規(guī)格為：①600mmx15.4mm承插式鑄鐵管，此時管內(nèi)流速17.166m/s7.3流管尺寸的計算及選型7.3流管尺寸的計算及選型回流液質(zhì)量流率：G=RDM回流液質(zhì)量流率：G=RDM=0.1043x39.5964=4.1299kg/sD L.D回流溫度td=78.3167℃,在此溫度下p乙醇=733.4543Kg/m3=970.8108Kg/m31 x 1-x0.911 1-0.911—=——+ = + p p p 733.4543970.8108d1 2npd=749.7692Kg/m3體積流率：v=GD=i12"=0.0055082m31ssip749.7692

d取釜液出塔的速度uw=1.5m/s則釜液出口管管徑：D=4x00055082=0.0684m=68.4mmif 3.14x1.5則可選擇回流管①76mmx3mm熱軋無縫鋼管，此時管內(nèi)液體流速1.432m/s7.4塔頂蒸汽出口徑及選型psvPMRTrpsvPMRTr101.3x40.48.314x(78.3167+273)=1.40114Kg/m3塔頂上升蒸汽的體積流量：塔頂上升蒸汽的體積流量：v=二=°.15972x40.4=4.6053m/ssvp 1.40114s,W取適當流速u=18m/sd=：4x4&53=0.5709m=570.9mm1 18兀7.5水蒸汽進口管口徑及選型進入塔的水蒸氣體積流量V二Msop=0.70593Kg/m3=0.70593Kg/m3P二二 RT8.314義(91.7053+273)取適當流速u=18m/sd二,4義4.0726_0.5369m-536.9mm1 18兀則可選擇水蒸氣進口管①600mmx15.4mm承插式鑄鐵管此時管內(nèi)流速15.18m/s第八章精餾塔的主要附屬設備8.1冷凝器〔1冷凝器的選擇：強制循環(huán)式冷凝器冷凝器置于塔下部適當位置,用泵向塔頂送回流冷凝水,在冷凝器和泵之間需設回流罐,這樣可以減少臺架,且便于維修、安裝,造價不高?！?冷凝器的傳熱面積和冷卻水的消耗量塔頂全凝器的熱負荷：按泡點回流設計,即飽和蒸汽冷凝且回流，采用250C的水作為冷卻劑,逆流操作,則Q二叮1-VMvDr1查液體的氣化潛熱圖，可知塔頂溫度7&31670C下，乙醇的氣化潛熱：r=970kJ/kg水的氣化潛熱：r=2450kJ/kg

Q=qmlr1=cpcqm2<t2-t1>q'm1=<R+1>DMDQ一單位時間內(nèi)的傳熱量,J/s或W;qm1，qm2—熱、冷流體的質(zhì)量流量思/s;[,r2—熱。令流體的汽化潛熱,KJ/kgt=78.3167℃時查表得1101.72kJkgr=rx0.911+rxG-0.911)=970x0.911+2450xG-1101.72kJkgr=1101.72KJ/KgQ=qm1r1=0.15972,40.4x1101.72=7109.0554KJ/s*-取水為冷凝器介質(zhì)其進出冷凝器的溫度為20℃和30℃平均溫度25℃下水的比熱Cpc=4.203KJ/Kg.K于是冷凝水用量：qm2c(t—t)4.203x(30—20)pc2 17109.0554=169.1424Kg/s又Q=kaatmK取700W?m-2/°C所以，傳熱面積：A=Q

KxAt

m

(T—11)—(T—12)10ln'78.3167—20'、78.3167—30)=53.1618℃.A二71090554=191.0355m2700x53.16188.2再沸器選用120℃飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取K取700W?m-2/℃料液溫度：91.7053℃—100℃,水蒸汽溫度：120℃—1200c逆流操作：則Q=WrAt'=20℃,At'=28.2947℃r22 1 2At，-At1~At2=20-2&2947=23.908℃m^At' 2 20lni ln At 28.29472查的塔釜溫度91.70530C下，r水=2439.4kJ/kg r乙醇=952.2kJ/kgr'=0.118557*952.2+<1-0.118557>*2439.4=2263.0邈kJ/=(1.8830x0.0554+0.154—0.0986)x19.4x2263.082二7012.2344kJ/s因為設備蒸汽熱損失為加熱蒸汽供熱量的5%,所以所需蒸汽的質(zhì)量流量為：q0mhQ_7012.2344x(1+0.05)2263.082-3.2535kg/sr_加熱蒸汽的冷凝潛熱,kJ/kgA=QKxAtmA=7012.2344x1000=419,0011m2700x23.9088.3預熱器以釜殘液對預熱原料液,則將原料加熱至泡點所需的熱量Q可記為：fQ-Wc(t-1)ffPff2f1其中tfm=<81.5457+35>/2=58.2728℃〔設原料液的溫度為35度在進出預熱器的平均溫度以及tfm=58.2728℃的情況下可以查得比熱cpf=3.472KJ/kg.℃,所以，Qf=15*1000x3.472x<81.5457-35>=2424100.056KJ/h釜殘液放出的熱量Q=卬。(/T)wwpww1w2若將釜殘液溫度降至tw2=45℃那么平均溫度twn=<91.7053+45>/2=68.3526℃其比熱為Cpw=4.170KJ/kg.℃,Mw=0.05x46+(1-0.05)x18=19.4因此,Qw=19.4x0.0986x3600x4.170x<91.705-45>=1341168.568KJ/h可知,Qw<Qf,于是理論上不可以用釜殘液加熱原料液至泡點設計結(jié)果一覽表項目符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均溫度tm℃79.931286.6255平均流量氣相VSm3/s4.08032.6732液相LSm3/s0.00440810.0068513實際塔板數(shù)N塊186板間距HTm0.450.45塔的有效高度Zm8.12.7塔徑Dm1.81.8空塔氣速um/s1.60431.0510

塔板液流形式單流型單流型溢流裝置溢流管型式弓形弓形堰長lwm1.081.08堰高hwm0.04230.0358溢流堰寬度Wdm0.2070.207管底與受液盤距離hom0.030.03板上清液層高度hLm0.060.06孔徑domm8.08.0孔中心距tmm24.024.0孔數(shù)n孔36803680開孔面積A0m20.18490.1849篩孔氣速uom/s22.067614.4575塔板壓降hPkPa0.89580.5223液體在降液管中停留時間Ts14,28179.1888降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.17860.1276霧沫夾帶eVkg液/kg氣0.03920.0071負荷上限液沫夾帶控制液量上限控制負荷下限漏液控制漏液控制氣相最大負荷VS?maxm3/s5.28375.0氣相最小負荷VS?minm3/s1.47211.6194^操作彈性3.5893.088設計方案討論本次課程設計不同于往常的作業(yè),它具有多方案性,由同一思路可地多種結(jié)果。其目的是希望我們能夠綜合運用以前學過的各課程知識,通過認真的設計計算和每項項目的精心校核,提高分析問題、解決問題,理論聯(lián)系實際,獨立思考問題等能力。我通過仔細計算和校核,在老師和同學成員的幫助下,得出了以上設計步驟和結(jié)果。從設計結(jié)果看,本設計基本上是可行的,但仍存在一些不足之處,在此我將經(jīng)驗和不足總結(jié)如下：1.經(jīng)驗：〔1本次設計的是乙醇-水精餾塔,由于該物系非理想物系,所以不能用逐板法求取理論板數(shù)因此本設計選用畫圖法。設計中很多數(shù)據(jù)都是由x-y圖或t-x-y圖讀出?！?本設計計算中涉及到很多繁冗的公式,并且在不同書籍中對同一公式的表達有出入,這給計算帶來了一定誤差?！?在計算中,有一些計算值和實際值是有一段差距的。如：計算得出的塔效率ET=48%,而實際中可達到60-70%由此可知，設計計算只能幫助我們設計出大概規(guī)格,在實際操作中還有待修正?！?在物性計算中,一定注意要取平均值,而不能直接應用某個溫度下的物性?！?回流比與經(jīng)濟校核密切相關,回流比太大,使能耗增加；太小,則塔板數(shù)增多,塔的制造費用增加。所以，應該根據(jù)N-R關聯(lián)圖來選擇最適合的回流比。〔6對塔板流體力學的驗算是一項繁冗而耗時的工作,因此要認真對待,仔細計算,盡力將錯誤減小到最低值?！?塔的輔助設備設計主要是設計各換熱器。在這里主要應抓住熱量衡算這一點，求出Q值后即可求出換熱面積，就能選型了?！?從設計總體看,各設計過程和結(jié)果是相互關聯(lián),相互影響的。對某一設計值若取的不好,就很有可能影響到后邊乃