化工原理課程設(shè)計(jì)-(篩板)模板.doc

苯甲苯（苯氯苯）二元體系篩板精餾塔設(shè)計(jì)1 前 言（每人不能相同）1.1 設(shè)計(jì)目的/意義1.2 塔設(shè)備簡介2設(shè)計(jì)說明書2.1 流程簡介 圖1-1 精餾過程流程圖2.2 工藝參數(shù)選擇3 工藝計(jì)算3.1 物料衡算F=D+W FXF=DXD+WXW DXD/FXF=得：D= Kmol/hW= Kmol/hXW= 3.2 理論塔板數(shù)的計(jì)算3.2.1 查找各體系的汽液相平衡數(shù)據(jù)苯甲苯氣液相平衡見化工原理P483附表20（2）苯氯苯汽液相平衡數(shù)據(jù)見附錄3.2.2 平衡線方程：理想體系：計(jì)算每一點(diǎn)的，取平均值平衡線方程：y=x/1+(-1)x非理想體系 分段計(jì)算平均 用作圖法3.2.3 q線方程l 泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1l 16進(jìn)料：查物性數(shù)據(jù)：（查物理化學(xué)手冊(cè)或化工原理附錄）易揮發(fā)組分比熱c1 kJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c2 kJ/kgK易揮發(fā)組分汽化潛熱r1 kJ/kgK難揮發(fā)組分汽化潛熱r2 kJ/kgK進(jìn)料溫度t1 進(jìn)料組成對(duì)應(yīng)的泡點(diǎn)溫度t2 （根據(jù)進(jìn)料組成查平衡數(shù)據(jù)）平均r =zf r1*分子量M輕組分+(1- zf) r2*分子量M重組分= kJ/mol平均cp= zf c1*分子量M輕組分+(1- zf) c2*分子量M重組分= kJ/KmolKq= （參考p310習(xí)題11）計(jì)算q線方程：3.2.4 回流比取R=（1.1-1.8）Rmin 最小回流比Rmin回流比R=3.2.5 操作線方程精餾段操作線方程為: 提餾段操作線方程為: 3.2.6 理論板數(shù)的計(jì)算（逐板計(jì)算或作圖法）精餾段理論板數(shù)= ，第 塊為進(jìn)料板提餾段= 總理論板數(shù)NT= 3.3 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算3.3.1全塔效率ET由Oconnel關(guān)聯(lián)圖查得全塔效率ET，見化工原理P347，圖8-32平均粘度的計(jì)算：各組分在平均塔溫下的粘度線性加和得到 av= 1xF1+ 2（1xF1） 3.3.2 實(shí)際板數(shù)NE NE=NT/ET表 3-1 塔內(nèi)氣液流率匯總氣相流率（kmol/h）液相流率（kmol/h）精餾段提餾段3.4 熱量衡算3.4.1 預(yù)熱器的熱量衡算3.4.2 塔頂冷凝器熱量衡算3.4.3 塔底再沸器熱量衡算 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4.1混合組分的平均物性參數(shù)的計(jì)算4.1.1平均分子量的計(jì)算（1） 塔頂?shù)钠骄肿恿?（x1為與y1=XD平衡 的液相組成）MVDM= XDM輕組分+（1XD）M重組分MLDM= x1M輕組分+（1x1）M重組分（2）進(jìn)料板的平均分子量 進(jìn)料板對(duì)應(yīng)的組成Xn 和yn (進(jìn)料板對(duì)應(yīng)的組成由逐板計(jì)算得到，n值各人不同)MVFM= ynM輕組分+（1yn）M重組分MLFM= XnM輕組分+（1Xn）M重組分（3）塔底的平均分子量（yw為與xw平衡的氣相組成）MVWM= ywM輕組分+（1yw）M重組分MLWM= xwM輕組分+（1xw）M重組分（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= MVM=( MVDM+ MVFM)/2=提餾段平均分子量 MLM=( MLWM+ MLFM)/2= MVM=( MVWM+ MVFM)/2=4.2.2 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1 Kg/m3 難揮發(fā)組分密度2 Kg/ m3塔頂易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a1 （將XD換算成質(zhì)量分率）進(jìn)料易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a2 （將Xn換算成質(zhì)量分率）塔底易揮發(fā)組分質(zhì)量百分比a3 （將Xw換算成質(zhì)量分率）塔頂液相密度：LD1/a1/1+(1-a1) /2= Kg/ m3 進(jìn)料液相密度：LF1/a2/1+(1-a2) /2= Kg/ m3塔底液相密度：LW1/a3/1+(1-a3) /2= Kg/ m3精餾段的平均液相密度：LM(LD+LF)/2= Kg/ m3提餾段的平均液相密度：LM(LF+LW)/2= Kg/ 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= 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 根據(jù)塔底組成查平衡數(shù)據(jù)計(jì)算 塔底溫度TW 精餾段：TM=（TF+TD）/2= VMPMV/RTM= Kg/ m3提餾段：TM=（TF+TW）/2=VMPMV/RTM= Kg/ 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）精餾段提餾段4.2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，可按下式計(jì)算： 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。由表4-1列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值選取。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/HT，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。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 （以下均要分別計(jì)算精餾段、提餾段的結(jié)構(gòu)）4.3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。4.3.1 初步計(jì)算塔徑板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計(jì)算，即 式中 D 塔徑m；Vs 塔內(nèi)氣體流量m3/s；u 空塔氣速m/s。計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速u。設(shè)計(jì)中，空塔氣速u的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速umax，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即 最大空塔氣速umax可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為 式中 umax允許空塔氣速，m/s；V，L分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ； C氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔可用下圖確定；圖 4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖圖中 HT塔板間距，m； hL板上液層高度，m；V ,L分別為塔內(nèi)氣、液兩相體積流量，m3/s； V，L 分別為塔內(nèi)氣、液相的密度，kg/m3上圖中的氣體負(fù)荷參數(shù)C20僅適用于液體的表面張力為0.02N/m，若液體的表面張力為6N/m，則其氣體負(fù)荷系數(shù)C可用下式求得： 所以，初步估算塔徑為： 其中，u適宜的空塔速度，m/s。由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。在初算塔徑中，精餾段的塔徑可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。4.3.2 塔徑的圓整目前，塔的直徑已標(biāo)準(zhǔn)化。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。塔徑在1米以下者，標(biāo)準(zhǔn)化先按100mm增值變化；塔徑在1米以上者，按200mm增值變化，即1000mm、1200mm、1400mm、1600mm4.4塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定4.4.1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 AdB溢流堰包括堰高h(yuǎn)w、堰長lw及howC 受液盤和底隙h0核算：ub=Ls/(Lw.h0)0.30.5 m/sr 圖4-2溢流裝置 圖4-3 塔盤布置4.4.2塔盤布置（如圖4-3）A 受液區(qū)或降液區(qū)均為Af的計(jì)算式計(jì)算B 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)Ws50100 mmC 邊緣區(qū)Wc 2550 mmD 有效傳質(zhì)區(qū)：塔板上布置有篩孔的區(qū)域，稱有效傳質(zhì)區(qū)，面積為Aa4.4.3 篩孔數(shù)及排列并計(jì)算開孔率 5 精餾塔的流體力學(xué)性能驗(yàn)算5.1 分別核算精餾段、提留段是否能通過流體力學(xué)驗(yàn)算1. 氣體通過篩板的壓強(qiáng)降 hp允許壓降2. 液沫夾帶校核一般規(guī)定，液沫夾帶量ev0.1kg液/kg干氣屬過量液沫夾帶，為不正常操作狀況3 溢流液泛條件的校核對(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，可取值0.30.4。4 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的校核（最大液流量）式中 Ls液相體積流量，m3/s。值應(yīng)根據(jù)不同液體的性質(zhì)在3至5秒內(nèi)定值。5 漏液限（最小氣量）u0設(shè)計(jì)孔速 uow漏液點(diǎn)孔速5.2 分別作精餾段、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: 霧沫夾帶線 以eV0.1kg液/kg氣時(shí)，相應(yīng)塔徑D對(duì)應(yīng)的泛點(diǎn)率計(jì)算(泛點(diǎn)率值大者)。 液泛線 以 HD=(HT+Hw)為限。 液相負(fù)荷上限線 全塔LS,max在降液管中停留時(shí)間=35s時(shí)求出。 漏液線 見上面5. 液相負(fù)荷下限線 以堰上液層高度how=0.006m計(jì)。 注意：畫出負(fù)荷性能圖的五條線后，還應(yīng)標(biāo)出操作點(diǎn)、畫出操作線、計(jì)算操作彈性以及注明控制氣相的上限量的是哪一條線 表4-3 塔結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總精餾段提留段塔徑降液管面積。6 塔的總體結(jié)構(gòu)6.1 塔體總高度 板式塔的塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： (5-1)式中 HD塔頂空間，m； HB塔底空間，m；HT塔板間距，m；HT開有人孔的塔板間距，m； HF進(jìn)料段高度，m； Np實(shí)際塔板數(shù)；S人孔數(shù)目（不包括塔頂空間和塔底空間的人孔）。6.2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。并且，整塊式塔板在大塔中剛性也不好，結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜，故采用分塊式塔板；塔徑在800900mm之間，設(shè)計(jì)時(shí)可按便于制造、安裝的具體情況選定。7 輔助設(shè)備的選擇 表7-1 換熱器結(jié)果列表換熱器名稱介質(zhì)溫度，進(jìn)出塔頂冷凝器殼程管程循環(huán)冷凝水2040塔底再沸器管程泡點(diǎn)泡點(diǎn)+4殼程蒸汽1681687.1塔頂冷凝器的選擇查第四章傳熱表4-8（K值得大致范圍）：取總傳熱系數(shù)K= W/m2rD=r1y1+r2(1-y1)Q=(R+1)DrD 換熱器面積A= m2選型：將計(jì)算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄中選擇換熱器型號(hào)，并列出所選擇的換熱器的參數(shù)。7.2塔底再沸器的選擇查第四章傳熱表4-8（K值得大致范圍）：取總傳熱系數(shù)K= W/m2 rW=r1*XW+r2*(1-XW)易揮發(fā)組分比熱c1 kJ/kgK難揮發(fā)組分比熱c2 kJ/kgK 平均 Xi：mol分率Q=V*rW+ Vt = KJ/h換熱器面積A= m2選型：將計(jì)算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄中選擇換熱器型號(hào)，并給出所選擇的換熱器的參數(shù)。7.3管道設(shè)計(jì)與選擇（要求圓整成標(biāo)準(zhǔn)管徑）取：液體流速uL =13 m/s氣體流速uG =10-30m/s蒸汽：u=30-50m/s公式：u=V/(/4)di21、 塔頂回流管2、塔頂蒸汽出口管3、塔頂產(chǎn)品出口管4、進(jìn)料管5、塔釜出料管6、塔釜回流管7、塔釜產(chǎn)品出口管蒸氣出口管中的允許氣速UV應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表7-2表7-2 蒸氣出口管中允許氣速參照表操作壓力（絕壓） 常壓14006000Pa6000 Pa蒸汽速度/m/s 1220305050707.4 泵的選型1、進(jìn)料泵給出：流量F= m3/hr 揚(yáng)程H50m選擇 型號(hào)的泵2、回流泵給出：流量F= m3/hr 揚(yáng)程H30 m從附錄選擇 型號(hào)的泵表 7-3 輔助設(shè)備匯總輔助設(shè)備型號(hào)塔頂冷凝器塔底再沸器塔頂回流管塔頂蒸汽出口管塔頂產(chǎn)品出口管進(jìn)料管塔釜出料管塔釜回流管塔釜產(chǎn)品出口管進(jìn)料泵回流泵8 畫塔的裝備圖（1號(hào)圖紙）9編寫設(shè)計(jì)說明書(裝訂課程設(shè)計(jì)說明書和計(jì)算書內(nèi)容及順序)封 面任 務(wù) 書目 錄第一章 前言(或序言)(本章和以下各章可以自行分段、分節(jié))第二章 設(shè)計(jì)說明書（內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)單元操作方案簡介、設(shè)計(jì)單元過程和設(shè)備的評(píng)述等）第三章 工藝計(jì)算包括：物料衡算、理論塔板數(shù)的計(jì)算、實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算、熱量衡算及設(shè)計(jì)結(jié)果匯總）第四章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（塔徑、塔盤結(jié)構(gòu)即計(jì)算結(jié)果匯總表）第五章 流體力學(xué)驗(yàn)算第六章