乙醇水溶液連續(xù)精餾塔

1、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目乙醇-水溶液連續(xù)板式精僻塔設(shè)計(jì)。二、任務(wù)要求1、設(shè)計(jì)一連續(xù)板式精僻塔一分離乙醇和水，具體工藝參數(shù)如下：(1) 原料乙醇含量：質(zhì)量分率=29%原料處理量：質(zhì)量流量=10.8t/h摩爾分率Xd=0.82;Xw=0.022、工藝操作條件：常壓精僻，塔頂全凝，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，R=(1.22)Rmin。三、設(shè)備形式篩板塔四、設(shè)計(jì)工作日1. 每年330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行六、主要內(nèi)容確定全套精僻裝置的流程，匯出流程示意圖，標(biāo)明所需的設(shè)備、管線(xiàn)及有關(guān)控制或觀測(cè)所需的主要儀表與裝置。2. 精僻塔的工藝計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：(1) .物料衡算確定理論板數(shù)和實(shí)際板數(shù)；.計(jì)算塔徑

2、并圓整；.確定塔板和降液管結(jié)構(gòu)；.流體力學(xué)校核，并對(duì)特定板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行個(gè)別調(diào)整；.全塔優(yōu)化，要求操作彈性大于2。3. 計(jì)算塔局。4. 估算冷卻水用量和冷凝器的換熱面積、水蒸氣用量和再沸器換熱面積。5. 繪制塔板結(jié)構(gòu)圖。6. 列出設(shè)計(jì)參數(shù)表。第一章設(shè)計(jì)概述1.1塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用與地位塔設(shè)備是是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液或液液兩相問(wèn)進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成常見(jiàn)的單元操作有：精僻、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、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、減濕等。在化工、石油化工、煉油廠(chǎng)中，塔設(shè)備的性能對(duì)丁

3、整個(gè)裝置的產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有重大影響。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。1.2塔設(shè)備的分類(lèi)塔設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，形成了形式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足各方面的特殊需要，為研究和比較的方便，人們從不同的角度對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，按操作壓力分為加壓塔、常壓塔和減壓塔；按單元操作分為精僻塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔、反應(yīng)塔和干燥塔；按形成相際界面的方式分為具有固定相界面的塔和流動(dòng)過(guò)程中形成相界面的塔，長(zhǎng)期以來(lái)，人們最長(zhǎng)用的分類(lèi)按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔、填料塔兩大類(lèi)。1.3板式塔板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類(lèi)繁多，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，主要的塔型是浮閥塔、篩板塔和泡罩塔。1.3.1泡

4、罩塔泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長(zhǎng)期以來(lái)，在蒸僻、吸收等單元操作使用的設(shè)備中曾占有主要的地位，泡罩塔具有一下優(yōu)點(diǎn)：.操作彈性大.無(wú)泄漏.液氣比范圍大.不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì)泡罩塔的不足之處在丁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、安裝維修方便以及氣相壓力降較大。1.3.2篩板塔篩板塔液是很早就出現(xiàn)的板式塔，20世紀(jì)50年代起對(duì)篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，形成了較完善的設(shè)計(jì)方法，與泡罩塔相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1) .生產(chǎn)能力大(提高20%40%).塔板效率高(提高10%15%)(2) .壓力降低(降低30%50%),而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤(pán)造價(jià)減少40%左右，安裝維修都比較容易1。1.3.3浮閥塔20世紀(jì)50年代起

5、，浮閥塔板已大量的用丁工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的蒸僻、脫吸等傳質(zhì)過(guò)程。浮閥式之所以廣泛的應(yīng)用，是由丁它具有以下優(yōu)點(diǎn)：.處理能力大.操作彈性大.塔板效率高.壓力降小其缺點(diǎn)是閥孔易磨損，閥片易脫落。浮閥的形式有很多，目前常用的浮閥形式有F1型和V-4型，F(xiàn)1型浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好。F1型浮閥乂分為輕閥和重閥兩種。V-4型浮閥其特點(diǎn)是閥孔沖成向下彎曲的文丘里型，以減小氣體通過(guò)塔板的壓強(qiáng)降，閥片除腿部相應(yīng)加長(zhǎng)外，其余結(jié)構(gòu)尺寸與F1型輕閥無(wú)異,V-4型閥適用丁減壓系統(tǒng)。第二章設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明2.1塔型選擇根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開(kāi)動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)

6、算，產(chǎn)品流量為10.8t/h,由丁產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用篩板塔。2.2操作流程乙醇一一水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精僻塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。精僻裝置有精僻塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精僻分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。乙醇一水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精僻塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液

7、體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上,回流液體與上升蒸汽互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程。流程示意圖如下圖第三章塔的工藝計(jì)算3.1查閱文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性數(shù)據(jù)(1)水和乙醇的物理性質(zhì)表3-1:水和乙醇的物理性質(zhì)名稱(chēng)分子式相對(duì)分子質(zhì)量密度20C3kg/m沸點(diǎn)101.33kPaC比熱容(20C)Kg/(kg.C)黏度(20C)mPa.s導(dǎo)熱系數(shù)(20C)/(m.C)表面張力(20C)N/m水H2O18.029981004.1831.0050.59972.8乙醇C2H5OH46.0778978.32.391.150.17222.8(2)常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3-2表32乙醇一水系統(tǒng)t

8、xy數(shù)據(jù)沸點(diǎn)t/C乙醇摩爾數(shù)/%沸點(diǎn)t/C乙醇摩爾數(shù)/%氣相液相氣相液相99.90.0040.0538227.356.4499.80.040.5181.333.2458.7899.70.050.7780.6P42.0962.22780.148.9264.70079.8552.6866.2899.00.313.72579.561.0270.2998.750.394.5179.265.6472.7197.650.798.7678.9568.9274.6995.81.6116.3478.75F72.3676.9391.34.1629.9278.675.99

9、79.2687.97.4139.1678.479.8281.8385.212.6447.4978.2783.8784.9183.7517.4151.6778.285.9786.4082.325.7555.7478.1589.4189.41乙醇相對(duì)分子質(zhì)量：46;水相對(duì)分子質(zhì)量：183.1.1進(jìn)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)xw0.02Xf0.29/460.1380.29/460.71/183.1.2平均摩爾質(zhì)量Mf=0.13846+(1-0.138)18=21.86kg/kmolMd=0.8246+(1-0.82)18=40.96kg/kmolMw=0.0246+(1-0.02)18=18.5

10、6kg/kmol3.2全塔物料衡算總物料衡算D+W=F+S(1)易揮發(fā)組分物料衡算Fxf=Dxd+Wxw(2)包摩爾流假設(shè)S=V=(R+1)D(3)通過(guò)xf0.138xd0.82由RMIN專(zhuān)用計(jì)算程序知Rmin=1.082由工藝條件決定R=1.85Rmin=1.081.85=2F=10.8103/21.86=494.1kmol/h聯(lián)立上式(1)、(2)、(3)得：S=203.4kmol/hW=629.7kmol/hD=67.8kmol/h3.3塔板數(shù)的確定3.3.1理論塔板數(shù)Nt的求取根據(jù)乙醇水氣液平衡表1-6,作圖圖2：乙醇水氣液平衡圖0.10.fl0.50.30-20.1

11、000.70卜80.91液相摩爾分?jǐn)?shù)由圖可知總理論板數(shù)為15,第十三塊板為進(jìn)料板，精館段理論板數(shù)為12,提留段理論板數(shù)為3（包括蒸館釜）3.3.2全塔效率的估算用奧康奈爾法（O'conenell）對(duì)全塔效率進(jìn)行估算:根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：yiXd0.82yi30.485yi50.107由相平衡方程式y(tǒng)因此可以求得：x10.798x130.138x150.01可得迅口1(1)xx(y1)1.15;155.88;1611.86td78.40c（塔頂?shù)谝粔K板）tf84.90c（加料板）tw97.2°c（塔底）化工原理課程設(shè)計(jì)全塔的相

12、對(duì)平均揮發(fā)度:(1)精僻段：1151.155.882.60(2)提僻段：/15165.8811.868.35全塔的平均溫度:(1)精僻段：tm81.70c2(2)提僻段：tm/191.10c2在81.70c時(shí)，根據(jù)上圖知對(duì)應(yīng)的X=0.297,由化工原理課本附錄一(水在不同溫度卜的黏度表)查得水0.348mPas,由附錄十二(液體黏度共線(xiàn)圖)查得乙醇0.40mPas(圖中，乙醇的X=10.5,丫=13.8)。在91.10c時(shí)，根據(jù)上圖知對(duì)應(yīng)的X'0.044,由化工原理課本附錄十一(水在不同溫度下的黏度表)查得水0.313mPas,由附錄十二(液體黏度共線(xiàn)圖)查得乙醇0.37mPas(圖中

13、，乙醇的X=10.5,丫=13.8)。因?yàn)長(zhǎng)XLi所以，平均黏度：(1)精僻段：L0.2970.40(10.297)0.3480.363mPas(2)提僻段：L/0.0440.37(10.044)0.3130.316mPas用奧康奈爾法(O'conenell)計(jì)算全塔效率：Et0.49(l)02451.1(1)精僻段：Et0.49(2.600.363)0.2451.154.7%(2)提僻段：ET,0.49(8.350.316)0.2451.142.5%3.3.3實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)Et(1)精僻段：Np12/54.7%21.94，取整22塊，考慮安全系數(shù)加一塊為23塊。(2)提僻段：N

14、p3/42.5%7.06，取整8塊，考慮安全系數(shù)加一塊，為9塊。故進(jìn)料板為第24塊，實(shí)際總板數(shù)為31塊。第四章精偕塔主題尺寸的計(jì)算4.1精儲(chǔ)段與提儲(chǔ)段的汽液體積流雖4.1.1精8留段的汽液體積流量整理精僻段的已知數(shù)據(jù)列丁表3(見(jiàn)下頁(yè)),由表中數(shù)據(jù)可知:液相平均摩爾質(zhì)量：M=(21.86+40.34)/2=31.1kg/Kmol液相平均溫度：tm=(tf+td)/2=(84.9+78.4)/2=81.7C表3精儲(chǔ)段的已知數(shù)據(jù)位置進(jìn)料板塔頂(第塊板)摩爾分?jǐn)?shù)Xf=0.138yf=0.485y1=XD=0.82X1=0.798摩爾質(zhì)量/kg/kmolMlf=21.86Mvf=31.58MLf=40.

15、34Mvl=40.96溫度/C84.978.4在平均溫度下查得h2o971.1kg/m3,伊舟735kg/m3液相平均密度為：,','1XLm1XLmLmCH3CH2OHH2O其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)X'lm=(0.29+0.91)/2=0.6所以，plm=814.2kg/m3精僻段的液相負(fù)荷L=RD=2>67.8=135.6Kmol/hLn=LM/pim=135.6彳1.1/814.2=5.18m3/h由PVnRTmRTMPMRT所以PMmRTRTV精僻段塔頂壓強(qiáng)P4101.3105.3KPa若取單板壓降為0.7,則進(jìn)料板壓強(qiáng)PFPD0.723121.4KPa氣相平均

16、壓強(qiáng)Pm氣相平均摩爾質(zhì)量PPF105.3121.4F113.35KPa2Mvm31.5840.96236.27氣相平均密度vmPMvm121.436.271493RT8.314(81.7273)汽相負(fù)荷V=(R+1)D=67.8彳=203.4VMvmvm203.436.271.49334941.3m/s精僻段的負(fù)荷列丁表4表4精e留段的汽液相負(fù)荷名稱(chēng)汽相液相平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol36.2731.1平均密度/kg/m31.493814.2體積流里/m/h4941.3(1.373m3/S)5.18(0.00144m3/S)4.1.2提僻段的汽液體積流量整理提僻段的已知數(shù)據(jù)列丁表5,采用與精僻

17、段相同的計(jì)算方法可以得到提僻段的負(fù)荷，結(jié)果列丁表6。表5提儲(chǔ)段的已知數(shù)據(jù)位置塔釜進(jìn)料板質(zhì)量分?jǐn)?shù)xw'=0.025yw'=0.234Xf'=0.29yf'=0.706摩爾分?jǐn)?shù)Xw=0.01Yw=0.107Xf=0.138Yf=0.485摩爾質(zhì)量Mlv=18.28MLf=21.86/kg/kmolMlv=21.0Mvf=31.58溫度/C97.284.9表6提儲(chǔ)段的汽液相負(fù)荷名稱(chēng)液相汽相平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol20.0726.293平均笞度/kg/m918.51.079體積流里/m/h13.76(0.00382m3/s)4955.9(1.377m3/s)4.2塔

18、徑的計(jì)算由丁精僻段和提僻段的上升蒸汽量相差不大，為便丁制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可以知道：汽塔的平均蒸汽流量:VsVsjVst1.3731.377231.375m/s汽塔的平均液相流量:Ls=L0.0°1440.003820.00263m3/s2汽塔的汽相平均密度:vjvi21.4931.07921.286Kg/m3汽塔的液相平均密度:ijij814.2918.53L2j866.35Kg/m塔徑可以由下面的公式給出:D4必由丁適宜的空塔氣速U(0.60.8)Umax，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速Umax。UmaxC0.00263866.351.3751.286從史密

19、斯關(guān)聯(lián)圖取塔板間距Ht0.4m，板上液層高度hi60mm0.06m,那么分離空間:Htn0.40.060.34m0.0496(S(普)查得：020=0.074,由于CC2°()°.2,需先求平均表面張力:201乙醇2水塔頂:118.3mN/m262.0mN/mmD0.79818.3(10.798)62.041.08mN/m進(jìn)料板：1=17.7mN/m2=61.0mN/mmF0.13817.7(10.138)61.055.02mN/m塔底:1=17.0mN/m2=59.0mN/mmW0.0117.0(10.01)59.058.58mN/m精僻段液相平均表面張力27.1355.

20、02提僻段液相平均表面張力255.0258.5841.08mN/m56.80mN/m全塔液相平均表面張力227.1355.0258.5846.91mN/mC=0.074號(hào))0.2=0.0878UmaxCcccrc866.351.286=0.0878X2.277m/s1.286u=0.7X2.277=1.594m/sD41.375"=1.05m3.141.594根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為D=1000mm此時(shí)，精僻段的上升蒸汽速度為:Uj=%3ZZ1.754D212提僻段的上升蒸汽速度為:5=學(xué)y,752安全系數(shù)：旦土Umax1.754ce=0.7702.277UT1.752=0.769Um

21、ax2.277和-均在0.6-0.8之間，符合要求。UmaxUmax4.3塔高的計(jì)算塔的高度可以由下式計(jì)算:ZHP(N2S)HtSHtHfHwHp-塔頂空間(不包括頭蓋部分)Ht-板間距N-實(shí)際板數(shù)s-人孔數(shù)Hf-進(jìn)料板出板間距Hw-塔底空間(不包括底蓋部分)已知實(shí)際塔板數(shù)為N=31塊，板間距Ht0.4m由丁料液較活潔，無(wú)需經(jīng)常活洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目S為：31.S乙12.873個(gè)8取人孔兩板之間的間距Ht0.6m，則塔頂空間HP1.2m，塔底空間Hw2.5m,進(jìn)料板空間高度Hf0.8m,那么，全塔高度：Z1.2(3123)0.416.7m4.4.塔板結(jié)

22、構(gòu)尺寸的確定由丁塔徑大丁800mm,所以采用單溢流型分塊式塔板。取無(wú)效邊緣區(qū)寬度WC40mm，破沫區(qū)寬度Ws70mm,查得堰長(zhǎng)Lw650mm弓形溢流管寬度Wd120mm弓形降液管面積Af0.0534m2A,降液管面積與塔截面積之比6.8%Ar堰長(zhǎng)與塔徑之比少0.650D降液管的體積與液相流量之比，即液體在降液管中停留時(shí)間一般應(yīng)大丁5s液體在精僻段降液管內(nèi)的停留時(shí)間土色0.0534。.414.83s5s符合要求Lst0.00144Af?Ht液體在精僻段降液管內(nèi)的停留時(shí)間0.05340.45.59S5S符合要求0.003824.5弓形降液管采用平直堰，堰高h(yuǎn)whihowhL-板上液層深度，一般不宜

23、超過(guò)60-70mmhow-堰上液流高度堰上的液流高度可根據(jù)Francis公式計(jì)算L-how=0.00284E(3LwE-液體的收縮系數(shù)LS-液相的體積流量Lw-堰長(zhǎng)精僻段2-518z-how=0.00284E(-)30.0113E0.65,LWLs5.18由0.65云一扃15.21D(Lw)0.652,5查手冊(cè)知E=1.04則how=0.00113Xl.04=0.0118mLw=0.06-0.0118=0.0482m降液管底部離塔板距離品,考慮液封，取h0比hw小15mm即h0=0.0482-0.015=0.0332同理，對(duì)提僻段_2u13.763how=0.00284E()30.0218E0

24、.65由J0.65D嘗404(Lw)250.6525查手冊(cè)得E=1.074how=0.0218Xl.074=0.0234mhw=0.06-0.0234=0.366mh0=0.0366-0.015=0.016m4.6.開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算已知Wd=0.12m進(jìn)取無(wú)效邊緣區(qū)寬度Wc=0.05m破沫區(qū)寬度Ws=0.075m閥孔總面積可由下式計(jì)算222,X、Aa2x、rxrarcsin()180rD1x=«-(WsWd)§(0.0750.15)0.275mr=DWc0.50.050.45m22220.2752所以Aa20.2750.450.27500.45arcsin()0.462m18

25、000.454.7篩板的篩孔和開(kāi)孔率因乙醇-水組分無(wú)腐蝕性，可選用3mm碳鋼板，取篩空直徑d0=5mm篩空按正三角排列，孔中心距t=3d0=35=15mm篩孔數(shù)目n115800Aa(1158000)0.4622377.762378t15開(kāi)孔率半坪10.07%(在5-15%范圍內(nèi))(t/d)232氣體通過(guò)篩孔的氣速為U0里Aa則精僻段U0J提8留段UoT1.3730.10070.4621.3770.10070.46229.51m/s29.60m/s第五章塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算5.1氣體通過(guò)塔板的壓力降hpm液柱p氣體通過(guò)塔板的壓力降(單板壓降)hphcnhhp氣體通過(guò)每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液

26、柱phc氣體通過(guò)篩板的干板壓降，m液柱hi氣體通過(guò)板上液層的阻力，m液柱h克服液體表面張力的阻力，m液柱5.1.1干板阻力hc干板壓降hchc=0.051(也產(chǎn)1CoLuo篩孔氣速，m/sCo孔流系數(shù)vl分別為氣液相密度，Kg/m3根據(jù)d2/=5/3=1.67查干篩孔的流量系數(shù)圖Co=0.78精僻段hc0.051(2951)2(地3)0.134m液柱0.78814.2提僻段hc0.051(2960)2(1079)0.0863m液柱0.789板上充氣液層阻力h1板上液層阻力hl用下面的公式計(jì)算：hl0hL°(hwhqhL板上活液層高度，m反映板上液層充氣程度的因數(shù)，可

27、稱(chēng)為充氣因數(shù)降液管橫截面積Af=0.0534m3,塔橫截面積At=E3.14120.785m244精僻段UaVsAtAf1.3730.7850.05341.877動(dòng)能因子FaUa.v1.8771.4932.293查充氣系數(shù)0與Fa的關(guān)聯(lián)圖可得0=0.55Vs則hl=0hL=0.55X0.06=0.033m提僻段ua旦71.882AtAf0.7850.05431.955動(dòng)能因子Fa=Ua.v1.8821.079查充氣系數(shù)0與Fa的關(guān)聯(lián)圖可得0=0.58則hl0hl=0.58>0.06=0.03485.1.3由表面張力引起的阻力h液體表面張力的阻力h4Lgd0精僻段h-一，-3441.081

28、0一0.00411814.29.810.005'提僻段h3456.80100.00504m918.59.810.005綜上，故精僻段hp=0.134+0.033+0.00411=0.170m液柱壓降pgh=814.2X9.81R.170=1.4KPa提僻段hpgh=918.2>9.81>0.126=1.1KPa5.2液面落差對(duì)丁篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大，故可忽略液面落差的影響5.3液沫夾帶（霧沫夾帶）板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現(xiàn)象，為保證板式塔能維持正常的操作效果,ev0.1Kg液/Kg氣ev公式63.25.7106UaLHthf精僻段e63

29、.25.71031.8770.0879Kg/Kg0.1Kg/Kg41.08100.402.50.06提8留段ev63.2I5.71031.8820.0641Kg/Kg0.1Kg/Kg56.80106故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶常量ev在允許范圍內(nèi)，不會(huì)發(fā)生過(guò)量液沫夾帶5.4漏液漏液驗(yàn)算Uow4.4C0(0.0056一0.13hLhFl廠(chǎng)vK=->1.5-2.0UowU0篩孔氣速Uow漏液點(diǎn)氣速精僻段Uow4.4C0.0.00560.13hLhl/v4.40.772.0.00560.130.060.00411814.2/1.4937.73m/s實(shí)際孔速u(mài)029.51m/su0w

30、穩(wěn)定系數(shù)為K29.513.821.57.73提僻段Uo,min4.4Co""l/V4.40.7720.00560.130.060.00504918.5/1.0799.16m/s穩(wěn)定系數(shù)為K29絲6故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。5.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高H應(yīng)服從的關(guān)系HdHt篇乙醇-水組分為不易發(fā)泡體系故取錯(cuò)誤！未找到引用源精僻段Hthw0.60.400.04820.269m乂HdhphLhd板上不設(shè)進(jìn)口堰h(yuǎn)d=0.153(U0)2=0.153X0.06672=0.00068m液柱Hd=0.170+0.06+0.00068=0.231m液柱Hd

31、(Hthw)=0.269提僻段Hthw0.60.400.03660.262mhd=0.153(uo')2=0.153X(0.272)2=0.0113Hd=0.126+0.06+0.0113=0.197m液柱Hd(Hthw)=0.262o故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象第六章塔板負(fù)荷性能圖6.1精儲(chǔ)段塔板負(fù)荷性能圖6.1.1漏液線(xiàn)Uo.min7.73Vs.min-dOnuomin=0.785>0.0052>2378X7.73=0.361m3/s據(jù)此可以做出與流體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線(xiàn)16.1.2液沫夾帶線(xiàn)以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下:5.7106evL3.

32、2HtLVsuAtAf1.7850.05340.732hf=2.5hL=2.5(hw+how),hw=0.0482how=2.84/1000t<04(3600Ls/0.792)2/3=0.928Ls2/3則hf=0.121+2.32Ls2/3HT-hf=0.4-0.121+2.32Ls2/3=0.279-2.32Ls2/33.25.7106_S3S20.141.08100.732(0.2792.32Ls3)2/3解得Vs=1.595-13.27LsLs/(m3/s)0.0020.0040.0060.008Vs/(m3/s)1.3851.2611.158P1.065可作出液沫火帶線(xiàn)26.1

33、.3液相負(fù)荷下限線(xiàn)對(duì)丁平直堰，取堰上液層高度how=0.006m作最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由_3600Ls2how=0.00284E(勺30.86ELw30.00630.653E=1.04，則Lsmin(-)2-0.000523m/s0.002841.043600據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限液相負(fù)荷上限線(xiàn)AfHT5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限AfHT0.05340.43,5,Ls，minuu0.00427m/sLs55據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線(xiàn)46.1.5液泛線(xiàn)令Hd(Hthw)HdhphLhdhphchLhh1","hw聯(lián)立得H

34、t1hw(1)howhchdh整理得：aV；b'CL；d'LS/3a'J。")(A°C。)2l0.051(/40.005223782(1.493)0.0710.78)2814.2b'Ht(1)hw0.60.4(0.60.551)0.04820.1940.153(lwh°)20.153(0.650.0332)2328.5d'2.84103E(1)(3600)2/32.84lw21031.074(10.55)(3600)31.4330.650.071V：=0.194-328.5L"1.433L?列表計(jì)算如下Ls/(m3

35、/s)0.0040.0060.00810.010Vs/(m3/s)1.4661.3781.2771.155由此表數(shù)據(jù)即可做出液泛線(xiàn)5根據(jù)以上各線(xiàn)方程，可做出篩板塔的負(fù)荷性能圖如下:5OZ7V-一)>AO0.0020.0040.0060.0080.01Ls/(m3/s)5操作線(xiàn)精儲(chǔ)A)在負(fù)荷性能圖A上，作出操作點(diǎn)A,連接OA,即可作出操作線(xiàn)。由圖可以看出，該篩板的操作上線(xiàn)為液泛控制，下線(xiàn)為漏液控制。由圖查得Vs,max=1.46m3/sVs,min=0.5m3/s故操作彈性為Vs,max/Vsmin=2.926.2提儲(chǔ)段塔板負(fù)荷性能圖6.2.1漏液線(xiàn)Uo.min9.16Vs.min穿d0n

36、u°min=0.785>0.0052>2378X9.16=0.427m3/s據(jù)此可以做出與流體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線(xiàn)16.2.2液沫夾帶線(xiàn)以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs-Ls關(guān)系如下：5.7106%L3.2HTUahfuAtAf1.7850.05340.732hf=2.5hL=2.5(hw+how),hw=0.0366how=2.84/1000X074(3600Ls/0.65)2/3=0.958Ls2/3則hf=0.0915+2.395Ls2/3HT-hf=0.4-0.0915-2.395Ls2/3=0.309-2.395Ls2/33.25.710641.0810

37、30.732(0.3092.395Ls；)0.1Ls/(m3/s)0.0020.0040.0060.008Vs/(m3/s)1.5511.4231.316P1.221可作出液沫火帶線(xiàn)22/3解得Vs=1.768-13.70Ls6.2.3液相負(fù)荷下限線(xiàn)2,3600Ls2how=0.00284E(')30.006LwE=1.07430.00620.653Ls,min(.)20.000498m/s0.002841.0743600據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下線(xiàn)36.2.4液相負(fù)荷上限線(xiàn)5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限AfHTAfHT0.05340.43,5,Ls,min0.00

38、427m/sLs55據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線(xiàn)46.2.5液泛線(xiàn)a，0.0512(v)(A。)2l0.051,1.079、22()0.00427(/40.005223780.78)2918.5b'Ht(1)hw0.60.4(0.60.581)0.03660.2040.1532(lwh°)0.153'-_""一、2(0.650.0216)776.2336002/3336003d,2.84103E(1)()2.841031.074(10.58)(尸1.513lw0.65'222c0.0452V：=0.204-776.2匚-1.5

39、13Ls3525150210CVS=)>A列表計(jì)算如下Ls/(m3/s)0.0010.0040.0060.0080.010Vs/(m3/s)2.0401.8421.671.4411.116由此表數(shù)據(jù)即可做出液泛線(xiàn)5。根據(jù)以上各線(xiàn)方程，可做出篩板塔的負(fù)荷性能圖如下:0.0020.0040.0060.0080.01Ls/(m3./s)B:在負(fù)荷性能圖B上，作出操作點(diǎn)A,連接OA,即可作出操作線(xiàn)。由圖可以看出，該篩板的操作上線(xiàn)為液泛控制，下線(xiàn)為漏液控制。由圖查得Vs,max=1.45m3/sVs,min=0.427m3/s故操作彈性為Vs,max/Vsmin=3.40第七章各接管尺寸的確定及選

40、型7.1進(jìn)料管尺寸的計(jì)算及選型料液質(zhì)量流體：GfFML.F494.121.861.08104kg/h進(jìn)料溫度tf=84.9C，在此溫度下乙醇=732.5Kg/m3水=968Kg/m3則其體積流量:Vl,f0.29732.510.299683f885.4Kg/mGf.41.0810L,F885.43.312.20m/h0.00339m/s取館內(nèi)流速：uF2.0m/s則進(jìn)料管管徑：Dlf；40.003390.0465m46.5mm,uf'3.142則可選擇進(jìn)料管54mm3mm熱軋無(wú)縫鋼管，此時(shí)管內(nèi)液體流速1.874m/s7.2釜液出口管尺寸的計(jì)算及選型釜液質(zhì)量流率：GwWMl.w629.7

41、21.013223.7kg/h出料溫度tw=97.2C，在此溫度下乙醇=719Kg/m水=960Kg/n30.02510.0257199603952Kg/m體積流率:VsWGw13223.713.89m3/h0.00386m3/sl,w952取釜液出塔的速度ul=0.5m/s則釜液出口管管徑：DW.40.003860.0572m57.2mm.3.141.5則可選擇釜液出口管68mm3mm熱軋無(wú)縫鋼管，此時(shí)管內(nèi)液體流速1.279m/s7.3回流管尺寸的計(jì)算及選型回流液質(zhì)量流率：GWWMl.w135.640.965554.18kg/h回流溫度td=78.4C，在此溫度下乙醇=734Kg/m3水=9

42、74Kg/n33d768Kg/mX£X0.8210.8212734974體積流率：VslGw5554.187.232m3/h0.002m3/sd768取釜液出塔的速度uw=1.5m/s一M0002則釜敝出口管管徑：DifJ.0.0715m71.5mm3.140.5則可選擇回流管83mm3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，此時(shí)管內(nèi)液體流速0.441m/s7.4塔頂蒸汽出口徑及選型svpmRT105.340.968.314(78.4273)31.476Kg/m塔頂上升蒸汽的體積流量：VsvGW367.840.965644m3/h1.568m/ss,w1.476取適當(dāng)流速u(mài)=16m/sd=41.568

43、0.353m353mm16所選規(guī)格為：400mm12.8mm承插式鑄鐵管，此時(shí)管內(nèi)流速14.25m/s7.5水蒸汽進(jìn)口管口徑及選型進(jìn)入塔的水蒸氣體積流量VsosM30.743Kg/mPM12718RT8.314(97.2273)367.81833Vso4927.6m3/h1.369m3/s0.743取適當(dāng)流速u(mài)=20m/s41369d=0.295m295mm20則可選擇水蒸氣進(jìn)口管350mm12mm承插式鑄鐵管，此時(shí)管內(nèi)流速16.41m/s(1) 第八章精偕塔的主要附屬設(shè)備8.1冷凝器冷凝器的選擇：強(qiáng)制循環(huán)式冷凝器冷凝器置丁塔下部適當(dāng)位置，用泵向塔頂送回流冷凝水，在冷凝器和泵之間需設(shè)回流罐，這

44、樣可以減少臺(tái)架，且便丁維修、安裝，造價(jià)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(fù)荷：Q=qmiri=CPcqm2(t2-t1)qm1=(R+1)DMDQL單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，J/s或Wqm1,qm2熱、冷流體的質(zhì)量流量，kg/s;r1,r2熱，冷流體的汽化潛熱，J/kgt=78.4C時(shí)查表得r=1100.2KJ/Kg貝UQ=qm1r1=(2+1)X67.8x40.96X100.2/3600=2546KJ/s取水為冷凝器介質(zhì)其進(jìn)出冷凝器的溫度為20C和30C平均溫度25C下水的比熱Cpc=4.203KJ/Kg.K丁是冷凝水用量：2546Q“，qm260.58Kg/sCpc(t2t)4

45、.203(3020)乂Q=KAtm一-2-K取700Wm/C所以，傳熱面積:A=53.2CTt1Tt210t=m:Tt1:78.420lnlnTt278.430A=2546000=68.4m270053.28.2預(yù)熱器以釜?dú)堃簩?duì)預(yù)熱原料液，則將原料加熱至泡點(diǎn)所需的熱量Qf可記為：QfWfCpf(tf2tQ其中tfm=(84.9+35)/2=60.0C(設(shè)原料液的溫度為35度)在進(jìn)出預(yù)熱器的平均溫度以及tfm=60C的情況下可以查得比熱Cpf=3.485KJ/kg.C,所以，Qf=10.8刈000X3.845*84.9-35)=2072000KJ/h釜?dú)堃悍懦龅臒崃縌wWwCpw(tw1tw2)若將釜?dú)堃簻囟冉抵羣w2=45C那么平均溫度t