板式蒸餾塔化工原理課程設(shè)計(jì)

1、武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文題目：乙醇水分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)學(xué) 號(hào)：7402130222學(xué)生姓名：汪堯全專業(yè)班級(jí)：07過(guò)控02指導(dǎo)教師： 陶梅平 總評(píng)成績(jī)：2010年7月2日郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè) 07過(guò)控 班級(jí) 2班 學(xué)生姓名汪堯全發(fā)題時(shí)間：2010年 6月22日一、 課題名稱乙醇水分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)二、 課題條件（原始數(shù)據(jù)）原料：乙醇、水 年處理量：50000t 原料組成（乙醇的質(zhì)量分率）：0.40料液初溫： 30操作壓力、回流比、單板壓降：自選進(jìn)料狀態(tài)：飽和液體進(jìn)料塔頂產(chǎn)品濃度：98%塔底釜液含乙醇含量不高于0.2%（質(zhì)量分率）塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)

2、回流塔釜：飽和蒸汽間接/直接加熱塔板形式：篩板 生產(chǎn)時(shí)間：330天/年，每天24h運(yùn)行 冷卻水溫度：30 設(shè)備形式：篩板塔 廠址：武漢地區(qū)三、設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括設(shè)計(jì)、計(jì)算、論述、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)繪圖紙等根據(jù)目錄列出大標(biāo)題即可） 1 設(shè)計(jì)方案的選定2精餾塔的物料衡算3塔板數(shù)的確定4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（加熱物料進(jìn)出口溫度、密度、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)）5精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算8塔板負(fù)荷性能圖（精餾段）9換熱器設(shè)計(jì)10餾塔接管尺寸計(jì)算11制生產(chǎn)工藝流程圖（帶控制點(diǎn)、機(jī)繪，A2圖紙）12繪制板式精餾塔的總裝置圖（包括部分構(gòu)件）（手繪，A1圖紙）13撰寫

3、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份 設(shè)計(jì)說(shuō)明書的基本內(nèi)容課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表中英文摘要目錄設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明設(shè)計(jì)結(jié)果匯總小結(jié)參考文獻(xiàn)14 有關(guān)物性數(shù)據(jù)可查相關(guān)手冊(cè)15 注意事項(xiàng)l 寫出詳細(xì)計(jì)算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來(lái)源l 每項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)束后列出計(jì)算結(jié)果明細(xì)表l 設(shè)計(jì)最終需裝訂成冊(cè)上交四、進(jìn)度計(jì)劃（列出完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容、繪圖等具體起始日期）1.設(shè)計(jì)動(dòng)員，下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書 0.5天2.收集資料，閱讀教材，擬定設(shè)計(jì)進(jìn)度 1-2天3.初步確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 5-6天4.繪制總裝置圖 2-3天5.整理設(shè)計(jì)資料，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2天6.設(shè)計(jì)小結(jié)及答辯 1天指導(dǎo)教師（簽名）：年月日 學(xué)科部（教研室）主任（簽名）：

4、年月日說(shuō)明：1學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前，指導(dǎo)教師應(yīng)事先填好此任務(wù)書，并正式打印、簽名，經(jīng)學(xué)科部（教研室）主任審核簽字后，正式發(fā)給學(xué)生。設(shè)計(jì)裝訂時(shí)應(yīng)將此任務(wù)書訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書首頁(yè)。2如果設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)量大，可在任務(wù)書后另設(shè)附表列出。3所有簽名均要求手簽,以示負(fù)責(zé)。目錄摘要IAbstractII第一章概述11.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求11.2板式塔類型2第二章設(shè)計(jì)方案的確定32.1操作條件的確定32.2確定設(shè)計(jì)方案的原則4第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算63.1精餾塔的物料衡算63.1.1摩爾分率6平均摩爾質(zhì)量63.1.3 物料衡算63.1.4 回收率63.2塔板數(shù)的確定7理論板層數(shù)N的求取73.3 精餾塔有關(guān)物性

5、數(shù)據(jù)的計(jì)算93.3.1 操作壓力計(jì)算93.3.2 操作溫度計(jì)算103.3.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算103.3.4 平均密度計(jì)算113.3.5 液體平均表面張力計(jì)算123.3.6 液體平均黏度計(jì)算143.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)153.4.1 塔徑的計(jì)算153.4.2 精餾塔有效高度的計(jì)算163.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算163.5.1 溢流裝置計(jì)算163.5.2 塔板布置183.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算193.6.1 塔板壓降19液面落差203.6.3 液沫夾帶203.6.4 漏液213.6.5 液泛213.7 塔板負(fù)荷性能圖223.7.1 漏液線223.7.2 液沫夾帶線223.7.3 液相負(fù)

6、荷下限線233.7.4 液相負(fù)荷上限線243.7.5 液泛線24第四章塔附屬設(shè)計(jì)284.1 塔附件設(shè)計(jì)284.2 筒體與封頭304.3 塔總體高度設(shè)計(jì)314.3.1 塔的頂部空間高度314.3.2 塔的底部空間高度314.3.3 塔體高度314.4 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)324.4.1 冷凝器的選擇324.4.2 泵的選擇32設(shè)計(jì)小結(jié)34附錄35參考文獻(xiàn)36摘要化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要

7、考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性、經(jīng)濟(jì)合理性。板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，20世紀(jì)50年代起對(duì)板式精餾塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力（20%40%）塔板效率（10%50%）而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤造價(jià)減少40%左右，安裝，維修都較容易。而在板式精餾塔中，篩板塔有結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60，為浮閥塔的80左右，處理能力大等優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮更符合本設(shè)計(jì)的要求。本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過(guò)程的物料衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。關(guān)鍵詞：板式精餾塔 篩板計(jì)算 校核Abstract

8、The principles of chemical engineering course design is to cultivate students ability of important chemical design teaching, through the curriculum design that we try to grasp the basic knowledge of chemical engineering design, design principles and methods, To learn all kinds of manual operation an

9、d physical properties, chemical properties of searching methods and techniques, Grasp the results, can draw process, tower structure, etc. In the design process should not only consider the feasibility of the theory, consider the safety in production and economic rationality. Plate column is an earl

10、y tower, since the 1950s to plate column on a large scale, industrial master sieve-plate tower, and formed a complete design method. Compared with the blister tower, has the following advantages: board distillation production capacity (20-40%) tower efficiency (10-50% plate) and simple structure, co

11、st reduce 40% tray, installation, maintenance is easier. But in the plate column, sieve-plate tower structure than float valves is more simple, easy processing, the cost is about 60% of the tower of blister, float valves for about 80% of the advantages of large capacity and processing, considering t

12、he design conforms to the requirements. The main contents of this course design is the process of material, craft calculation, the structure design and check.Keywords: plate rectifying column; sieve-plate tower; design第一章 概述乙醇水是工業(yè)上最常見的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、

13、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)注意的事項(xiàng)是非常必要的。1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求 精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、

14、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： （1）氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 （2）操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 （3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

15、，材料耗用量小，制造和安裝容易。 （5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 （6）塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.2板式塔類型 氣液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，填料塔的設(shè)計(jì)將在其他分冊(cè)中作詳細(xì)介紹，故本書將只介紹板式塔。 板式塔為逐級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上

16、最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，因此，本章只討論篩板塔的設(shè)計(jì)。篩板塔也是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60，為浮閥塔的80左右。 （2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 （4）壓降較低，每板壓力比泡

17、罩塔約低30左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是：（1）塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。（2）操作彈性較小(約23)。 （3）小孔篩板容易堵塞。第二章 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為乙醇水混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。2.1操作條件的確定確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)精餾裝置的流程、各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)

18、。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問題作些闡述。操作壓力蒸餾操作通常可在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無(wú)特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷

19、凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大(如酒精與水的混合液)，便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡

20、管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。但對(duì)有些物系(如酒精與水的二元混合液)，當(dāng)殘液的濃度稀薄時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)采用直接蒸汽加熱是合適的。值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于酒精水溶液，一般采用0.40.7KPa（表壓）。冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍

21、鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過(guò)50，否則溶于水中的無(wú)機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)

22、定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等)及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。滿足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過(guò)程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，

23、也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。保證安全生產(chǎn)例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算3.1精餾塔的物料衡算摩爾分率乙醇的摩爾質(zhì)量 水的摩爾質(zhì)量 原料液

24、塔頂塔底產(chǎn)品3.1.2平均摩爾質(zhì)量原料液塔頂塔底產(chǎn)品3.1.3 物料衡算進(jìn)料流量餾出液流量釜液流量3.1.4 回收率乙醇的回收率水的回收率3.2塔板數(shù)的確定理論板層數(shù)N的求取 乙醇與水的平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算已知乙醇的沸點(diǎn)為78.3，水的沸點(diǎn)為100。當(dāng)溫度為78.3時(shí)，lglg當(dāng)溫度為100時(shí)，lg lg平均揮發(fā)度3.2.1.2 最小回流比及操作回流比計(jì)算因 ，故 將代入相平衡方程 3.2.1.3 逐板法求塔板數(shù)因則相平衡方程 精餾段操作線方程 塔釜?dú)庀嗷亓鞅忍狃s段操作線方程 操作線交點(diǎn)橫坐標(biāo)理論板數(shù)計(jì)算：先交替使用相平衡方程與精餾段操作線方程計(jì)算如下第7板為加料板。以下交替使用提餾段操作線方

25、程與相平衡方程計(jì)算如下Xw總理論板數(shù)為20塊，精餾段理論板數(shù)為6塊，第7塊為進(jìn)料板。實(shí)際板層數(shù)的求取取全塔效率， 則有3.3 精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 操作壓力計(jì)算取塔頂表壓為4Kpa。塔頂操作壓力 每層塔板壓降 進(jìn)料板壓力 塔底操作壓力 精餾段平均壓力 提餾段平均壓力 操作溫度計(jì)算利用表5-1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得、。進(jìn)料口： , =83.26塔頂：，=78.05塔釜：，=99.82精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 表5-1乙醇水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系溫度/液相氣相溫度/液相氣相溫度/液相氣相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.

26、0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.99 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 精餾段的平均摩爾質(zhì)量精餾段平均溫度=80.66液相組成：，=40.15%氣相組成 ：，=61.42%所以 kg/kmol kg/kmol 提餾段平均摩爾質(zhì)量提餾段平均溫度=91.54液相組成：，=5.13%氣相組成：，=30.35%所以

27、kg/kmol kg/kmol 平均密度計(jì)算求得在與下乙醇與水的密度。不同溫度下乙醇和水的密度見表5-2。表5-2不同溫度下乙醇和水的密度溫度/溫度/8073597195720961.8585730968.6100716958.490724965.3精餾段平均溫度=80.66，=733.57 kg/, =971.38 kg/同理 =91.54， =722.77 kg/， =964.24 kg/在精餾段，液相密度：氣相密度：=1.21kg/在提餾段，液相密度：氣相密度：=0.886kg/ 液體平均表面張力計(jì)算不同溫度下乙醇和水的表面張力見表5-3。表5-3乙醇和水不同溫度下的表面張力溫度/708

28、090100乙醇表面張力/1817.1516.215.2水表面張力/64.362.660.758.8 精餾段液體平均表面張力提餾段平均溫度=80.66水的摩爾流量乙醇的摩爾流量乙醇表面張力：水表面張力：=0.408因?yàn)?0.4015,所以=1-0.4015=0.5985B=Q=-0.993A=B+Q=-0.389-0.993=-1.382聯(lián)立方程組A=，+=1代入求得：=0.184，=0.816 提餾段精餾段液體平均表面張力提餾段平均溫度=91.54乙醇表面張力：水表面張力：=因?yàn)?0.0513,所以=1-0.0513=0.9487=-0.785聯(lián)立方程組=，+=1代入求得：=0.616，=0

29、.384 液體平均黏度計(jì)算精餾段平均溫度=80.66查液體黏度共線圖得：提餾段平均溫度=91.54查液體黏度共線圖得：精餾段黏度：提餾段黏度：3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì) 塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為同理，提餾段的氣、液相體積流率為 由 式中 C由式 計(jì)算，其中的 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為同理，提餾段的為 取板間距 ，板上液層高度 ，則同上，同理，提餾段的板間距取 ，板上液層高度 。同理，提餾段的為 取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.8m同理，提餾段為 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為塔截面積為實(shí)際空塔氣速為同理，提餾段的為 精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為提餾

30、段有效高度為在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m ，故精餾塔的有效高度為3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 溢流裝置計(jì)算因塔徑 D=1.8m ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng)取同理，提餾段的為溢流堰高度由選用平直堰，堰上液層高度：，近似取E=1則同理，提餾段的為取板上清液層高度故同理，提餾段的為弓形降液管寬度和截面積由由弓形降液管的參數(shù)圖查得，故同理，提餾段的為 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間為：同理，提餾段的為 故降液管設(shè)計(jì)合理 降液管底隙高度取則同理，提餾段的為 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理，選用凹形受液盤，深度。 塔板布置 塔板的分塊因，故塔板采用分塊式。查塔板分塊數(shù)

31、表得，塔板分為5塊。邊緣區(qū)寬度確定取， 開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積：其中同理，提餾段的為 故同理，提餾段的為 篩孔計(jì)算及其排列本利所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距 為同理，取提餾段的為 篩孔數(shù)目n為同理，提餾段的為 開孔率為同理，提餾段的為 氣體通過(guò)閥孔的氣速為同理，提餾段的為 3.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板壓降.1 干板阻力計(jì)算干板阻力：由 ，查查干篩孔的流量系數(shù)圖得，故 液柱同理，提餾段的為 液柱 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力：同理，提餾段的為 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得，提餾段的故 液柱同理，提餾段的為 液體表面張力的阻力計(jì)算液體表面張

32、力所產(chǎn)生的阻力：液柱同理，提餾段的為 液柱氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度 可按下式計(jì)算，即液柱同理，提餾段的為 氣體通過(guò)每層塔板的壓降為（設(shè)計(jì)允許值）同理，提餾段的為 （設(shè)計(jì)允許值）液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 液沫夾帶液沫夾帶量：故同理，提餾段的為 故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。 漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速：實(shí)際孔速同理，提餾段的為 穩(wěn)定系數(shù)為同理，提餾段的為 故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 乙醇水物系屬于一般物系，取，則同理，提餾段的為 而 板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式5-30計(jì)算，即液柱液柱同理，提餾段

33、的為 液柱液柱故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。3.7 塔板負(fù)荷性能圖 漏液線由得同理，提餾段的為 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表9-1。表9-1漏液線計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00451.681.721.771.81由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。 液沫夾帶線以 為限，求關(guān)系如下：由 同理，提餾段的為 同理，提餾段的為 故 同理，提餾段的為 整理得 同理，提餾段的為 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) 值，依上式計(jì)算出 值，計(jì)算結(jié)果列于表9-2。表9-2液沫夾帶線計(jì)算結(jié)果0.00060.00150.00300.00455.0274.8904.7144.566由上表

34、數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。 液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由式5-7得取 E=1，則 同理，提餾段的為 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。 液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限：故同理，提餾段的為 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。 液泛線令 由 ；聯(lián)立得 忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得同理，提餾段的為 故 或 同理，提餾段的為 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) 值，依上式計(jì)算出 值，計(jì)算結(jié)果列于表9-3。表9-3、值0.00060.00150.00300.00457.0566.9356.77

35、16.623由上式數(shù)據(jù)即可作出液泛線5。根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖9-1所示。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。所設(shè)計(jì)篩板的主要結(jié)果匯總于表9-4表9-4篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)值1平均溫度80.662平均壓力109.53氣相流量3.654液相流量0.00405塔的有效高度Z/m14.856實(shí)際塔板數(shù)397塔徑/m1.88板間距0.459溢流形式單溢流10降液管形式弓型11堰長(zhǎng)/m1.1912堰高/m0.04513板上液層高度/m0.0614堰上液層高度/m0.01515降液管底隙高度/m0.03716安定區(qū)寬度/m0.06517邊緣區(qū)寬度/m0

36、.03518開孔區(qū)面積1.92419篩孔直徑/m0.00520篩孔數(shù)目987721孔中心距/m0.01522開孔率/%10.123空塔氣速1.59024篩孔氣速18.7825穩(wěn)定系數(shù)2.0326單板壓降/Pa65227負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶/（kg液/kg）0.04830氣相負(fù)荷上限31氣相負(fù)荷下限32操作彈性第四章 塔附屬設(shè)計(jì)4.1 塔附件設(shè)計(jì) 進(jìn)料管查表，30進(jìn)料乙醇密度 ；取取進(jìn)料管的規(guī)格為。 回流管回流時(shí)，溫度，液相：取取回流管規(guī)格為。塔頂蒸氣出料管塔頂?shù)臏囟葹?8.3，此時(shí)氣相組成：塔頂蒸氣密度蒸氣體積流量取取回流管規(guī)格為。 釜液排出管釜底釜底溫度為99.8

37、2，液相組成：平均摩爾質(zhì)量取取此管的規(guī)格為。 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN40 HG 5010回流管接管法蘭：PN6DN60 HG 5010塔頂蒸氣管法蘭：PN6DN500 HG 5010釜液排出管法蘭：PN6DN30 HG 50104.2 筒體與封頭 筒體壁厚選6mm，所用材質(zhì)為。 封頭封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1600mm ，查得曲面高度，直邊高度，內(nèi)表面積 ，容積。選用封頭DN600*6，JB 1154-73。 裙座 塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑800mm，故裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑：圓整：，；基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm；考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取M30。 人孔 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的惟一通道，人孔的位置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板，由于設(shè)置人空處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求，一般每隔68塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔。本塔中共39塊板，設(shè)置5個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450mm。在設(shè)置人孔處，板間距為500mm，裙座上應(yīng)開2個(gè)人孔，直徑為