乙醇—水分離填料精餾塔設(shè)計(jì)

1、中南民族大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)乙醇水分離填料精餾塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者: 學(xué)號(hào):班級(jí):指導(dǎo)老師:設(shè)計(jì)時(shí)間:2013.5.152013.6.12課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱化工原理課程設(shè)計(jì)課程代碼設(shè)計(jì)時(shí)間2013.5.152013.6.12指導(dǎo)教師專 業(yè)化學(xué)工程與工藝 班 級(jí)3班一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（題目）及要求（一）設(shè)計(jì)題目：乙醇水分離過(guò)程填料精餾塔設(shè)計(jì)原料液中含乙醇38%，含水62%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù));處理量2萬(wàn)噸/年。塔頂餾出液中含乙醇不低于98%，塔底釜?dú)堃褐泻掖疾桓哂?% (均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。操作條件如下：塔頂壓力 常壓進(jìn)料熱狀況 自選回流比 自選塔底加熱蒸汽壓力 0.5MPa（表壓)工作日

2、 每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。廠址為湖北地區(qū)，填料類型和規(guī)格自選。（二）設(shè)計(jì)要求1、學(xué)生應(yīng)在老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，題目不可更換。2、查閱相關(guān)資料，自學(xué)具體課題中涉及到的新知識(shí)。3、最后提交的課程設(shè)計(jì)成果包括：a)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)紙質(zhì)文件及電子文件。b)課程設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)文件及電子文件。二、對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的要求（包括課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、圖表等軟硬件要求）1、分析課程設(shè)計(jì)題目的要求；2、寫(xiě)出詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明；3、寫(xiě)出詳細(xì)計(jì)算過(guò)程、經(jīng)驗(yàn)值的取舍依據(jù)；4、設(shè)計(jì)完成后提交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及相關(guān)設(shè)計(jì)圖；5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)內(nèi)容充實(shí)、寫(xiě)作規(guī)范、項(xiàng)目填寫(xiě)正確完整、書(shū)面整潔、版面編排、圖表繪制符合要求。6、計(jì)算

3、過(guò)程使用的符號(hào)符合參考資料中的要求，設(shè)計(jì)內(nèi)容按參考資料設(shè)計(jì)示例執(zhí)行。三、主要參考資料1 賈紹義，柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì).天津大學(xué)出版社,2002年6月.2 陳敏恒，潘鶴林.化工原理.華東理工大學(xué)出版社，2008年8月.3 朱有庭，曲文海，于浦義. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)(上下). 化學(xué)工業(yè)出版社; 2008年5月.4 中國(guó)石化集團(tuán)上海工有限公司編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè). 化學(xué)工業(yè)出版社; 2009年6月.指導(dǎo)教師（簽名）： 教研室主任（簽名）：目錄1概述51.1 與物性有關(guān)的因素51.2 與操作條件有關(guān)的因素52流程的確定及說(shuō)明62.1.加料方式62.2.進(jìn)料狀況62.3 塔頂冷凝方式62.4 回流方

4、式62.5 加熱方式72.6 加熱器73精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算73.1物料衡算73.2塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫度分別為：、83.3平均相對(duì)揮發(fā)度93.4回流比的確定93.5熱量衡算103.5.1加熱介質(zhì)的選擇103.5.2冷卻劑的選擇103.5.3熱量衡算103.6理論塔板數(shù)計(jì)算123.6.1板數(shù)計(jì)算123.6.2塔板效率133.7 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算143.7.1流量和物性參數(shù)的計(jì)算143.7.2塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算174附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算204.1冷凝器204.2再沸器214.3塔內(nèi)其他構(gòu)件224.3.1.塔頂蒸汽管224.3.2.回流管224.3.3.進(jìn)料管234.3.4.塔釜出

5、料管234.3.5除沫器234.3.6液體分布器244.3.7液體再分布器254.3.8填料支撐板的選擇254.3.9塔釜設(shè)計(jì)264.3.10塔的頂部空間高度264.3.11手孔的設(shè)計(jì)264.3.12裙座的設(shè)計(jì)275精餾塔高度計(jì)算27附錄29參考文獻(xiàn)30前 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。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

6、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，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)

7、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)乙醇-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

8、正。1概述1.1 與物性有關(guān)的因素易起泡的物系在板式塔中有較嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象或引起液泛，故選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍喜灰仔纬膳菽?。本設(shè)計(jì)為分離乙醇和水，故選用填料塔。對(duì)于易腐蝕介質(zhì)，可選用陶瓷或其他耐腐蝕性材料作填料，對(duì)于不腐蝕的介質(zhì)，則可選金屬性質(zhì)或塑料填料，而本設(shè)計(jì)分離乙醇和水，腐蝕性小可選用金屬填料1.2 與操作條件有關(guān)的因素傳質(zhì)速率受氣膜控制的系統(tǒng)，選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍纤又幸合酁槟盍?、氣相湍?dòng)，有利于減小氣膜阻力。 難分離物系與產(chǎn)品純度要求較高，塔板數(shù)很多時(shí)，可采用高效填料。 若塔的高度有限制，在某些情況下，選用填料塔可降低塔高，為了節(jié)約能 耗，故本設(shè)計(jì)選用填料塔。 要求塔內(nèi)持

9、液量、停留時(shí)間短、壓強(qiáng)小的物系，宜用規(guī)整填料2流程的確定及說(shuō)明2.1.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。2.2.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

10、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)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易。對(duì)于湖北地區(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。2.3 塔頂冷凝方式塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。乙醇和水不反應(yīng)。且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂出來(lái)的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高無(wú)需進(jìn)一步冷卻。此次分離也是想得到液體乙醇，選用全凝器符合要求。2.4 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

11、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。在這種情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽采用冷凝冷卻器以冷回流流入塔中。由于本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流。2.5 加熱方式加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱是用蒸汽直接由塔底進(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，但理論塔板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱是通過(guò)加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽與回流下來(lái)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(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。 2.6 加熱

12、器采用U型管蒸汽間接加熱器，用水蒸汽作加熱劑。因?yàn)樗?，可將加熱器放在塔?nèi)，即再沸器，這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少了理論板數(shù)。3精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1物料衡算乙醇 Ma=46.07 Kg/Kmol水 Mb=18.02 Kg/KmolXF=（0.38/46.07）/（0.38/46.07+0.62/18.02）=0.193XD=（0.98/46.07）/（0.98/46.07+0.02/18.02）=0.950XW=（0.01/46.07）/ (0.01/46.07+0.99/18.02) =0.004MF=0.19346.07 + (1-0.193) 18.02=23.43 Kg/K

13、mol MD=0.95046.07 + (1-0.950) 18.02=44.67 Kg/Kmol MW=0.00446.07 + (1-0.004) 18.02=18.13 Kg/KmolF=20000000/(300*2423.43)=118.56 Kmol/h由： F=D+W FXF=DXD +WXW聯(lián)立得D=23.69 Kmol/h W=94.87 Kmol/h3.2塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫度分別為：、表1 乙醇-水的汽-液平衡組成乙醇（mol分率）溫度乙醇(mol分率)溫度乙醇（mol分率）溫度液相氣相液相氣相液相氣相0.000.00100.00.23370.544582.70

14、.57320.684179.30.01900.170095.50.26080.558082.30.67630.738578.740.07210.389189.00.32730.582681.50.74720.781578.410.09660.437586.70.39650.612280.70.89430.894378.150.12380.470485.30.50790.656479.80.16610.508984.10.51980.659979.7由表中數(shù)據(jù)，用內(nèi)差法計(jì)算得塔頂：（0.7815-0.950）/（0.7815-0.6763）=（-78.74）/（78.41-78.74） =77.

15、48 （0.7815-0.950）/（0.7815-0.7385）=（78.41-）/（78.41-78.74）=77.12 塔釜： (0-0.004)/(0-0.019)=(100-)/(100-95.5) =99.89 進(jìn)料： （0.2337-0.1661）/（0.193-0.1661）=（82.7-84.1）/（-84.1） =83.54精餾段平均溫度： =（+）/2=（77.12+83.54）/2=80.33提餾段平均溫度： =（+）/2=（99.89+83.54）/2=91.723.3平均相對(duì)揮發(fā)度在溫度下乙醇和水的飽和蒸汽壓分別為：精餾段：=80.33 （83.54-890）/（8

16、0.7-89.0）=（x1-0.5079）/（0.3965-0.5079）=(y1-0.6564)/(0.6122-0.6564)x1=0.4423 y1=0.6303精餾段：=91.72(91.72-89.0)/(95.5-89.0)=(x2-0.0721)/(0.019-0.0721)=(y2-0.3891)/(0.17-0.3891)x2=0.0499 y2=0.2971將分別代入得1=2.15 2=8.05=12 =4.16 3.4回流比的確定 由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，=0.193 =4.16*0.193/(1+3.16*0.193)=0.499 =(0.95-0.499)/(0.499-0.

17、193)=1.47一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R=1.5=1.51.47=2.21L=R·D=2.2123.69=52.35 kmol/h=L+q·F=52.35+1118.56=170.91 kmol/h=V=（R+1）D=52.35+23.69=76.04 kmol/h3.5熱量衡算3.5.1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)1001000，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

18、，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用300kPa（溫度為133.3）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。3.5.2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1025.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)為湖北，夏季最熱月份日平均氣溫為30。故選用30的冷卻水，選升溫10，即冷卻水的出口溫度為40。3.5.3熱量衡算已求得：77.47 77.12 99.89 83.54=80.33 =91.72溫度下: =139.36 kJ/(kmol·K) =75

19、.59 kJ/(kmol·K) =139.360.95+75.59(1-0.95) =137.67 kJ/(kmol·K)溫度下：=152.22kJ/(kmol·K) =76.04 kJ/(kmol·K) =152.220.004+76.04(1-0.004) =76.44 kJ/(kmol·K)溫度下：=84.15kJ/kg； =2315.7kJ/kg； = 84.150.95+(1-0.95) =195.72 kJ/kg（1）0時(shí)塔頂氣體上升的焓塔頂以0為基準(zhǔn)， =76.04137.6777.47+76.04195.7244.67 =147

20、5792.48 kJ/h（2）回流液的焓77.12溫度下=139.36 kJ/(kmol·K) =75.59 kJ/(kmol·K) =139.360.95+75.59(1-0.95) =137.67 kJ/(kmol·K)=52.35137.6777.12=555805.73 kJ/h（3）塔頂餾出液的焓因餾出口與回流口組成一樣，所以=23.69137.6777.12=251519.35 kJ/h（4）冷凝器消耗的焓=1475792.48-555805.73-251519.35=668329.73 kJ/h（5）進(jìn)料口的焓溫度下：=152.22kJ/(kmol&

21、#183;K)； =76.04kJ/(kmol·K)；=152.220.193+76.04 (1-0.193) =92.97所以 =118.5692.9783.54=920821.59kJ/(kmol·K)(6)塔底殘液的焓 =94.8776.4499.89 =724388.58kJ/(kmol·K)（7）再沸器塔釜熱損失為10%，則=0.9設(shè)再沸器損失能量 ， 加熱器的實(shí)際熱負(fù)荷 =668329.73 +724388.58+251519.35-920821.59 =723416.07 kJ/h3.6理論塔板數(shù)計(jì)算3.6.1板數(shù)計(jì)算精餾段操作線方程：提餾段操作線方

22、程：因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以q=1.圖1理論板數(shù)圖解法 （不含再沸器）進(jìn)料板 精餾段13塊，提餾段3塊。3.6.2塔板效率表2不同溫度下乙醇-水黏度（mPa·s）溫度20406080100 乙醇1.150.8140.6010.4950.3611.0050.6560.46880.35650.2838全塔的平均溫度：=88.68乙醇： 乙醇=0.437 mPa·s水： =0.325 mPa·s因?yàn)樗裕琺Pa·s mPa·s mPa·s全塔液體平均黏度： mPa·s已知，由表3-6-1，利用內(nèi)插法計(jì)算得：因此：x=0.0755 y=0

23、.03958 已求得4.16全塔效率=0.547實(shí)際塔板數(shù)：=30塊（不含塔釜）3.7 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.7.1流量和物性參數(shù)的計(jì)算表3丙酮-水在不同溫度下的密度溫度=77.470.7350.971=99.890.7160.958=83.540.7300.9681. 塔頂條件下的流量和物性參數(shù)=46.07×0.95+18.02×(1-0.95)=44.65kg/kmol=1.3449mL/g=0.74405g/mL=744.05=1.552=44.65×76.04=3395.19kg/h=2337.43kg/h2. 進(jìn)料條件下的流量和物性參數(shù)=46.07

24、×0.193+18.02×(1-0.193)=23.43kg/kmol=0.8005=1.0975mL/g=0.91116g/mL=911.16=23.43×76.04=178162kg/h精餾段：=1781.62kg/h提餾段：=4004.42kg/h3. 塔底條件下的流量和物性參數(shù)=46.07×0.004+18.02×(1-0.004)=18.13 kg/kmol=3.55=1.0448mL/g=0.95712g/mL=957.12=18.13×76.04=1378.61kg/h=949.11kg/h4. 精餾段的流量和物性參數(shù)=

25、1.763=827.61=2588.41kg/h=3563.99kg/h5. 提餾段的流量和物性參數(shù)=2.1753=934.14=1580.12kg/h=2496.77kg/h6.體積流量塔頂：進(jìn)料：塔底：精餾段：提餾段：3.7.2塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算1.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，

26、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)選用型填料。2.塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算表4填料尺寸性能填料名稱（）堆積個(gè)數(shù)n（）堆積密度()比表面a（）空隙率（%）金屬鮑爾環(huán)130003651290.945圖2 填料塔泛點(diǎn)氣速及氣體壓力降計(jì)算用關(guān)聯(lián)圖根據(jù)流量公式可計(jì)算塔徑，即(1)精

27、餾段=0.0519由圖查得縱坐標(biāo)為 已知填料因子精餾段平均溫度： =80.33 =827.61, 0.378mPa·s泛點(diǎn)氣速 泛點(diǎn)速率經(jīng)驗(yàn)值，取空塔氣速為50%，則u=0.5×3.869=1.935m/s(2)提餾段：0.076由圖查得縱坐標(biāo)為 已知填料因子提餾段平均溫度： =91.72934.14, 0.378mPa·s泛點(diǎn)速率經(jīng)驗(yàn)值，取空塔氣速為50%，則u=0.5×2.7474=1.3737m/s圓整后：全塔塔徑為650mm3.填料層高度設(shè)計(jì)計(jì)算（1）等板高度設(shè)計(jì)計(jì)算精餾段動(dòng)能因子 經(jīng)查每米填料理論板數(shù)為4-4.5塊取n=4HETP=1/n=0.

28、25Z精=NT* HETP精餾段：Z精=13*0.25=3.25m Z1精=3.251.5=4.875m提餾段：Z精=30.25=0.75m Z2精=0.751.5=1.125mZ= Z1精+Z2精=6m（2）.填料層壓強(qiáng)降計(jì)算精餾段提餾段4附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算4.1冷凝器 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。湖北最熱月平均氣

29、溫t1=30。冷卻劑用深井水，冷卻水出口溫度一般不超過(guò)40，否則易結(jié)垢，取=38。泡點(diǎn)回流溫度1.計(jì)算冷卻水流量 kg/h2.冷凝器的計(jì)算與選型冷凝器選擇列管式，逆流方式 =39.80 操作彈性為1.2， 表5冷凝器相關(guān)參數(shù)公稱直徑/mm管程數(shù)管子數(shù)量管長(zhǎng)/mm換熱面積公稱壓力MPa273382000254.2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，140的水蒸氣，傳熱系數(shù)K=600kcal/(m·h·)=2520kJ/(m·h·)，=513kcal/k1. 間接加熱蒸汽量 2. 再沸器加熱面積為再沸器液體入口溫度；為回流汽

30、化為上升蒸汽時(shí)的溫度；為加熱蒸汽溫度；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4.3塔內(nèi)其他構(gòu)件4.3.1.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，特別在減壓過(guò)程中，過(guò)大壓降會(huì)影響塔德真空度。操作壓力為常壓，蒸汽速度 圓整后 表6塔頂蒸汽管參數(shù)內(nèi)徑外徑R內(nèi)管重/(kg/m)2251201577.104.3.2.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，一般取速度為0.20.5m，本次設(shè)計(jì)取。 圓整后表7回流管參數(shù)內(nèi)徑外徑R內(nèi)管重/(kg/m)501201501.114.3.3.進(jìn)料

31、管本次加料選用泵加料，所以由泵輸送時(shí)可取1.52.5m/s，本次設(shè)計(jì)取=2.0m/s。 圓整后 表8進(jìn)料管參數(shù)內(nèi)徑外徑R內(nèi)管重/(kg/m)501201501.114.3.4.塔釜出料管 塔釜流出液體的速度一般可取0.51.0m/s，本次設(shè)計(jì)取。 圓整后 表9塔頂蒸汽管參數(shù)內(nèi)徑外徑R內(nèi)管重/(kg/m)501201501.114.3.5除沫器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

32、粘度以及絲網(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 式中 K常數(shù)，取0.107； 塔頂氣體和液體密度（kg/m） 除沫器直徑計(jì)算：4.3.6液體分布器采用蓬頭式噴淋器。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 小孔輸液能力 由Q=得小孔總面積 所以，小孔數(shù) ，即為86個(gè)小孔。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料表面距離計(jì)算 式中 r噴灑圓半徑， 噴灑角，即小孔中心線與垂直

33、軸線間的夾角， （2）進(jìn)料液分布器采用蓮蓬頭由前知W=0.89m/s 取d=4mm， ，即為28個(gè)小孔。 蓮蓬頭的直徑范圍為4.3.7液體再分布器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5倍，故每處裝一個(gè)再分布器。 選取截錐式再分布器，因其適用于直徑0.8m以下的小塔。4.3.8填料支撐板的選擇本次設(shè)

34、計(jì)選用分塊式氣體噴射式支撐板。這種設(shè)計(jì)板可提供100%的自由截面，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。他的最大液體負(fù)荷為145，最大承載能力為40kPa，由于本塔較高，故選此板。表10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D/mm分塊數(shù)近似重量/N300294228支撐圈尺寸塔徑/(mm)圈外徑/(mm)圈內(nèi)徑/(mm)厚度/(mm)重量/N300297257341.24.3.9塔釜設(shè)計(jì)料液在釜內(nèi)停留15min，裝料系統(tǒng)取0.5。塔底高（h）：塔徑（d）=1:2塔底液料量 塔底體積 因?yàn)?， 所以 4.3.10塔的頂部空間高度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。4.3.11手孔的設(shè)計(jì)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4.3.