甲醇-水溶液連續(xù)精餾塔課程設(shè)計(jì)

1、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書一、概述1、精儲操作對塔設(shè)備的要求和類型42、精儲塔的設(shè)計(jì)步驟 5二、精儲塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)方案的確定 62、精儲塔物料衡算 63、塔板數(shù)的確定 73.1 理論板層數(shù) M的求取 73.2 實(shí)際板層數(shù)的求取 84、精儲塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.1 操作溫度的計(jì)算114.2 平均摩爾質(zhì)量的計(jì)算 114.3 平均密度的計(jì)算124.4 液相平均表面張力計(jì)算124.5 液體平均粘度計(jì)算 135、精儲塔塔體工藝尺寸計(jì)算5.1 塔徑的計(jì)算 145.2 精微塔有效高度的計(jì)算156、塔板主要工藝尺寸計(jì)算6.1 溢流裝置計(jì)算 166.2 塔板的布置 176.3 浮閥計(jì)算及排列1

2、77、浮閥塔流體力學(xué)性能驗(yàn)算 198、塔附件設(shè)計(jì) 267、精儲塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 307.1 設(shè)計(jì)條件 307.2 殼體厚度計(jì)算7.3 風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算7.4 地震彎矩的計(jì)算三、總結(jié) 27化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：甲醇-水溶液連續(xù)精微塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件：年產(chǎn)量：95%的甲醇17000噸料液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：（25%甲醇，75%K）塔頂產(chǎn)品組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）:（95%甲醇，5%K）塔底釜?dú)堃杭状己繛?6%每年實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間：300天/年，每天24小時(shí)連續(xù)工作連續(xù)操作、中間加料、泡點(diǎn)回流。操作壓力：常壓塔頂壓力4kPa（表壓）塔板類型：浮閥塔進(jìn)料狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料單板壓降：_0.7kPa廠址：安徽省

3、合肥市塔釜間接蒸汽加熱，加熱蒸汽壓力為0.5Mpa三、設(shè)計(jì)任務(wù)完成精儲塔的工藝設(shè)計(jì)，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，繪制精儲塔系統(tǒng)工藝流程圖 和精儲塔裝配圖，編寫設(shè)計(jì)說明書.設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1、精微裝置流程設(shè)計(jì)與論證2、浮閥塔內(nèi)精儲過程的工藝計(jì)算3、浮閥塔主要工藝尺寸的確定4、塔盤設(shè)計(jì)5、流體力學(xué)條件校核、作負(fù)荷性能圖6、主要輔助設(shè)備的選型四、設(shè)計(jì)說明書內(nèi)容1目錄2概述（精微基本原理）3工藝計(jì)算4結(jié)構(gòu)計(jì)算5附屬裝置評價(jià)6參考文獻(xiàn)7對設(shè)計(jì)自我評價(jià)摘要：設(shè)計(jì)一座連續(xù)浮閥塔，通過對原料，產(chǎn)品的要求和物性參數(shù)的確定及對主要尺寸的計(jì)算，工藝設(shè)計(jì)和附屬設(shè)備結(jié)果選型設(shè)計(jì)， 完成對甲醇-水精儲工藝流程和主題設(shè)備設(shè)計(jì)。

4、首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定操作條件。比如：操作壓力的確定、進(jìn)料狀態(tài)等的確定。然后設(shè)計(jì)工藝流程草圖。根據(jù)確定的方案，確定具體的參數(shù)，即一個(gè)完整的設(shè)計(jì)就初步的確定了。 最后計(jì)算塔的工藝尺寸、浮閥的流體力學(xué)演算、塔板的負(fù)荷性能，最后根據(jù)計(jì)算選擇合適的輔助設(shè)備。關(guān)鍵詞：精儲塔，浮閥塔，精儲塔的附屬設(shè)備一、精儲操作對塔設(shè)備的要求和類型1、對塔設(shè)備的要求精儲所進(jìn)彳T的是氣（汽）、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣（汽）、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：氣（汽）、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不

5、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。 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)保證長期連續(xù)操作所必須具有的 可靠性。 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。對于減壓精儲操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無 法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。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)

6、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。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。精儲操作既可采用板式 塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備，具種類繁多，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 國內(nèi)外實(shí)際使用情況

7、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。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，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，比同塔徑的泡罩塔可增加 1015%。 塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30%左右。篩板塔的缺點(diǎn)是： 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 操作彈性較?。s23）。小孔篩板容易堵塞。3、精儲塔的設(shè)計(jì)步驟本設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)階段進(jìn)行：設(shè)計(jì)方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精儲裝置的流程、操作條件、 主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。蒸儲塔的工藝計(jì)算，

8、確定塔高和塔徑。塔板設(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計(jì)算。接管尺 寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型，如再沸器、冷凝器。抄寫說明書。（6）繪制精儲裝置工藝流程圖和精儲塔的設(shè)備圖。二、精儲塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)方案的確定及概述本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離甲醇一水混合物。 對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精 儲流程。精儲是指由不同揮發(fā)度的組分所組成的混合液， 在精儲塔中同時(shí)多次地 進(jìn)行部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純態(tài)組分的過程。塔頂蒸汽冷凝回流 和塔釜溶液再汽化是精儲高成蠟度分離的充分必要條件。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精儲塔內(nèi)。塔 頂上

9、升的蒸汽采用全冷凝器冷凝，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 冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故采用最小回流比的 2倍。塔釜采用直接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。2、精儲塔物料衡算1.2.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含甲醇的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量 M a=32.04 kg/kmol水的摩爾質(zhì)量 M b=18.02 kg/kmol用公式X=aA求出:Ha/Ma 3b/Mb= 0.1579= 0.9144=0.034660.25/32.040.25/32.04 0.75/18.020.95/32.040.95/32.04 0.05/18.02Xw =0.0

10、6/32.040.06/32.04 0.94/18.021.2.2 原料液及塔頂?shù)钠骄肿恿縈 =0.1579X32.04 +(1-0.1579) X 18.02 = 20.23kg/kmolMd =0.9144 義 32.04 +(1-0.9144) 義 18.02 = 30.84kg/kmolMW =0.03466X32.04 +(1-0.03466) 乂 18.02 =18.51kg/kmol(D(2)1.2.3 物料衡算總物料衡算W + 17000 = F '甲醇的物料衡算 0.95 X 17000 + 0.06 W ' = 0.25F '聯(lián)立以上二式，解得：x

11、 18.51)=469.95 kmol/hx 20.23)=546.71 kmol/hx 30.84)=76.56 kmol/hW' = 62631.58t/a W = 62631580/(7200F ' = 79631.58t/a F = 79631580/(7200D ' = 17000t/a D = 17000000/(72002、塔板數(shù)的確定甲醇水氣液平衡關(guān)系（101.3kPa）XYT(C)0010010.020.1341 96.40.040.2393.50.060.30491.20.080.36589.30.10.41887.70.150.517P 84.41

12、0.20.57981.70.30.66578.00.40.72975.30.50.77973.10.60.82571.20.70.87P 69.310.80.91567.50.90.95866.00.950.97965.011164.5*注：摘自化學(xué)工程手冊第二版第13分篇13-6文案大全2.1求最小回流比Rmin(1)相對揮發(fā)度的計(jì)算根據(jù)全塔的物料衡算結(jié)果 Xd=0.9144、Xf =0.1579 > Xw=0.03466和常壓下 甲醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得塔頂、塔釜及進(jìn)料的溫度：塔頂:Xd -0.95td -65.0 = 1 -0.9564.5 -65.0 -td =65.

13、356 C進(jìn)料:Xf -0.15tf -84.4,=_ t f 0.20 -0.1581.7 -84.4=83.9734 C塔釜:Xw -0 _ tw -1000.02 -096.4 -100tw =93.7612 c由液體飽和蒸汽壓安托因常數(shù)可知，在泡點(diǎn)進(jìn)料溫度下，即t=83.9734 C 時(shí)，其安托因常數(shù)為：甲醇： A=7.19736 , B=1574.99, C=238.86水： A=7.07406 , B=1657.46, C=227.02則由安托因方程有：B157499lgP 甲醇= a-=7.19736= 2.319,即 P 甲醇=208.449kPat C83.9734 238.

14、86lgP 水=A-B-=7.07406 1657.46=1.744,即 P水=55.463kPa t C83.9734 227.02P甲醇208.449 二=3.758PK55.463求最小回流比Rmin采用圖解法求最小回流比。根據(jù) q線方程為：x=K =0.1579，在圖中對 角線上e(0.1579,0.1579)作垂線ef即為進(jìn)料線(q線)，該線與平衡線的 交點(diǎn)坐標(biāo)為q (0.1579,0.52 )故最小回流比Rmin=包二yqyq -Xq0.9144-0.520.52-0.1579= 1.0892.2 求最小理論板數(shù)Nmin(1)處塔的計(jì)算計(jì)算已知塔頂塔釜溫度，查的安托因常數(shù)：甲醇：

15、A=7.19736, B=1574.99, C=238.86水： A=7.07406, B=1657.46, C=227.02T塔頂=65.356 cB157499lgP 甲醇= a-=7.19736=2.02,即 P甲醇=104.71kPat C65.356 238.86lgP 水=A-B- =7.07406 1657'46 =1.405 ,即 P水=25.42kPat C65.356 227.02塔頂?shù)膿]發(fā)度：二p=3二Q =4.12P 水 25.42 T 塔釜=83.9734 c._B1574.99lgP 甲醇= A-=7.19736 =2.32,即 P甲醇=208.31kPat

16、 C83.9734 238.86lgP 水=A-B- =7.07406 1657.46=1.74,即 P水=55.53kPat C83.9734 227.02塔釜的揮發(fā)度：3叱=吧=3.75P 水 55.53故"全土苔=JctwOtd = £3.75,4.12 =3.93(2)求最小理論塔板數(shù)Nmin在全回流下求出所需理論板數(shù) Nmin,對于接近理想體系的混合物，可以 采用芬斯克方程計(jì)算：一. 1.Nmin=ln(lna全塔1. 一 0.9144、，1 -0.03466ln()( ln3.931 -0.91440.03466=3.162.3 理論塔板數(shù)的確定取 R=2Rmi

17、n=2 父 1.089=2.178R - RminX 二R 1由上求得2.178-1.0892.178 1= 0.343R=2.178二二3.758則相平衡方程為y二二 x 3.758x1 (1-1)x - 1 2.758x精儲段的操作線方程Ryn 1 = xR 1Xd2.1780.9144x0.685x 0.2882.178 12.178 1R'=(R+1) (Xf-Xw) /(X d-Xf)+(q-1)(X d-Xw)/(X d-Xf)(2.178 1)(0.1579-0.03466) (1 -1)(0.9144-0.03466)= =0.5180.9144-0.1579提儲段的操

18、作線方程0.9144-0.1579R' 1ynx -R'理論塔板數(shù)計(jì)算：Xw 0.518 1R'0.518x _ 0.03466 =2.93x-0.067 0.518已知：相平衡方程_: x1 (1-1)x3.758x1 2.758x精儲段的操作線方程yn 1 = 0.685x 0.288提儲段的操作線方程yn = 2.93x-0.067先交替使用相平衡方程與精微段操作線方程計(jì)算如下：y1 =Xd = 0.9144 T x1 =0.74y2 =0.685x1 +0.288 = 0.7945 t x2 = 0.508_ 相平衡_ _y3 = 0.685x2 + 0.288

19、 = 0.636- - t x3 = 0.317_ _相平衡_y4 =0.685x3 + 0.288 = 0.505) x4 = 0.214_ _相平衡_y5 =0.685x4 +0.288 = 0.435) x5 = 0.17.相平衡_y6 = 0.685x5 + 0.288 = 0.405x6 = 0.153<K =0.1579進(jìn)料板為第六塊再交替使用相平衡方程與提儲段操作線方程計(jì)算如下：y7 =2.93x6 -0.067 =0.381 t x7 = 0.141_相平衡_y8 =2.93x7 -0.067 =0.346 山 t x8 = 0.123y9 =2.93x8 -0.067

20、= 0.293 t x9 = 0.099yio =2.93x9 0.067 =0.223山一> xio =0.071yii =2.93xi0 0.067 =0.141 t xii = 0.042yi2= 2.93xii0.067 = 0.056 t x6 =0.0156 < XW=0.03466故總理論塔板數(shù)為11 (不包括再沸器)。精儲段理論塔板數(shù)為5,第六塊塔板為 進(jìn)料板，提儲段理論塔板數(shù)為6。2.4 實(shí)際板層數(shù)的求取(1)全塔效率的計(jì)算td =65.356 c、tw=93.7612C, tf =83.9734 C 求得塔平均溫度為：65.356 93.7612= 79.558

21、6 c80 - 79.558680 -60該溫度下甲醇的枯度： =u u甲醇=0.278 mPa*s0.277 一u甲醇 0.277-0.344水的粘度:80 -79.55860.355u 水80-600.355-0.470t u 水=0.358mPa *s則該溫度下進(jìn)料液平均粘度為：N L =Xf 乂 N 甲醇 +(1-X f ) M N 水 =0.1579 0.278+(1-0.1579)0.358=0.345 mPa*s用奧康奈爾法對全塔效率進(jìn)行估算-0.245ET=0.49(3)ET=0.49 (3.7580.345) 0245 =46%(2)實(shí)際塔板數(shù)N精儲段：N精=5/0.46天1

22、1(層)提儲段：N提=6/0.46 % 14故實(shí)際塔板數(shù)：N=11+14=25(層)三、精儲塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3.1 操作壓強(qiáng)Pm塔頂操作壓力為PD=4+101.3=105.3kPa,取每層板的壓力降為 0.7kPa,則進(jìn)料板壓強(qiáng)為：FF=1lM0.7+105.3=113kPa,塔底壓力為：Pw=PD+25< 0.7=122.8kPa,故精微段平均操作壓力為:Pm 精）=105.3 1132= 109.15 kPa,提儲段平均操作壓力為:Pm =113 122.8= 117.9 kPa3.2 操作溫度tmtd = 65.356 C,tf =83.9734 C,tw =93.

23、7612 C則精微段平均溫度tm65.356 83.97342= 74.66 C提儲段平均溫度93.7612 83.97432= 88.87 C3.3 平均分子量Mm塔頂：y1 = Xd = 09144 , x1 = 0.74MVDm =0.9144 32.04 (1 0.9144) 18.02 = 30.84kg / kmolM LDm =0.74 32.04 (1 -0.74) 18.02 = 28.39kg / kmol進(jìn)料板：xF =0.1579, yF =0.413MvFm =0.413x32.04 +(1 -0.413)x18.02 = 23.81kg / kmolM LFm =0

24、.1579 32.04 (1 -0.1579) 18.02 = 20.23kg/kmol塔釜：Xw =0.03466, 丫亞=0.119MVWm =0.119 32.04 (1 -0.119) 18.02 = 19.67 kg/kmolMLWm =0.03466 32.04 (1 -0.03466) 18.02 = 18.51kg / kmol則精微段平均分子量30.84 23.81MVm = 27.325kg/kmol.28.39 20.23M Lm = 24.31kg / kmol提儲段平均分子量23.81 19.67M Vm = 21.74kg / kmol20.23 18.51=19.

25、37kg/kmol3.4平均密度Pm(1)氣相平均密度的計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程得MPRT精儲段氣體平均密度：Vm27.325 109.158.314 (273.15 73.66)= 1.031kg/m3提儲段氣體平均密度：V21.74 117.98.314 (273.15 88.87)=0.852kg / m3(2)液相平均密度的計(jì)算工=三a塔頂：td =65.3569根據(jù)甲醇與水的液相密度表，利用內(nèi)插法可求得33：h2o = 980.22kg/m3"cH20H =754.75kg/m31:A：- B依據(jù)=+,可行：!LA：LBLD m10.950.05+754.75 980.22_

26、 _ _3=763.53kg/m進(jìn)料板：tf =83.9734P根據(jù)甲醇與水的液相密度表，利用內(nèi)插法可求得337H2O = 969 .14 kg/m3, ：CH 20H = 732.35kg/m31 0.251 -0.25732.35 969.14=896.66kg/m3塔釜：tw =93.76129根據(jù)甲醇與水的液相密度表，利用內(nèi)插法_ _3_ _3:H2O = 962.58kg / m，:ch20H = 719.92kg/mPLWm10.061-006719.92 962.58=943.50kg /m3則精儲段液相平均密度：=：=763.53 896.66 = 830.095kg/m3 m

27、2,896 66 943 502提儲段液相平均密度： = 896.66 943.50 = 920.08kg/m3 m23.5液體表面張力(1)塔頂：由td =65.356(根據(jù)液體表面張力表利用內(nèi)插法求得：H2O =65.25mN/m, 0 cH 20H =16.72mN/mLDm =XdM*CH20H +(1Xd)M*H2O = 0.9144 M 16.72 + (1 0.9144)父 65.25 = 20.87mN / m(2)進(jìn)料板：tf =83.9734七根據(jù)液體表面張力表利用內(nèi)插法求得:二 H2O = 61.85mN/m,二 CH 20H =14.59mN/m；LFm=Xf 0 cH

28、20H(1-Xf)二 H2O =0.1579 14.59 (1 -0.1579) 61.85 = 54.39mN / m(3)塔釜：tw =93.7612噌根據(jù)液體表面張力表利用內(nèi)插法求得：cH2O =60.02mN/m,；CH20H =13.50mN/m二 LWm = Xw 0cH20H(1 - Xw) 入2O =0.03466 13.50 (1 -0.03466) 60.02 = 58.41mN/m 20 87 54 39精儲段液相平均表面張力：=37.63mN/mm2 54 39 58 41提儲段液相平均表面張力：二l = 56.4mN / mm23.6液體粘度液相平均粘度依下式計(jì)算，即

29、 m =' Xi'(1)塔頂液相平均粘度由td =65.356(根據(jù)液體粘度表利用內(nèi)插法求得：H2O = 0.439mPa s, %20H = 0.326mPa sLDm = 0.9144 0.326 (1 - 0.9144) 0.439 = 0.336mPa s(2)進(jìn)料板液相平均粘度t f = 83.9734七根據(jù)液體粘度表利用內(nèi)插法求得：H2O =0.34mPa，s,20H =0.267mPa，sLFm =0.1579 0.267 (1 -0.1579) 0.34 = 0.328mPa *s (3)塔釜液相平均粘度tw =93.7612 P根據(jù)液體粘度表利用內(nèi)插法求得：H

30、2O =0.305mPa *s, 一,20H =0.243mPa * sJLWm -0.03466 0.243 (1 -0.03466) 0.305 = 0.303mPa s精儲段液相平均粘度：m = 0.336 0.328 = 0.332mPa *s2提儲段液相平均粘度：%=0.328 0.303 = 0.3155mPa.s2四、精儲塔塔體工藝尺寸計(jì)算4.1塔徑的計(jì)算(1)精儲段精儲段的氣液相體積流率：V=(R+1)D=(2.178+1)76.56=243.3Kmol/hVs =VM vm3600 %243.3 27.3253600 1.0313-1.791m /sL=RD=2.178 76

31、.56=166.75Kmol/hLsLM Lm3600 L166.75 24.313600 830.095=0.001357m3/s橫坐標(biāo)FivL0.0013571.7917VL取大仝塔氣速Umax =Cj Ln ，其中C =C20(), C20可由斯督'斯關(guān)V0.02聯(lián)圖查得。830.0950.021511.031取板間距HT = 0.46m ,板上清液層高度 hL = 0.06m ,則HT hL = 0.40m ,查斯密斯圖得C20 =0.082則氣體負(fù)荷因子 C = 0.082 (37.63 10:0.2 = 0.0930.02最大空塔氣速Umax -0.093830.095 一

32、 1.031 = 2.637m/s1.031塔徑D4 1.791 二 1.8459取安全系數(shù)為 0.7,則 u =0.7umax = 0.7m2.637 = 1.8459m/s= 1.11m按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑規(guī)整后D = 1.2m2 2塔截面積為 AT = D-=二 12_= 1.131m2 44實(shí)際空塔氣速：u v=電 =1.584m/sAT 1.131(2)提儲段提儲段氣液相體積流率V =V+ (q-1 ) F=243.3Kmol/hV MVm3600 ：Vm243.3 21.743600 0.852-1.724m3/sL'=L qF = 166 .75546 .71 = 713 .46

33、 Kmol/hLs'=L'MLm3600713.46 19.373600 920.08= 0.00417m3/sIp _ p0"最大空塔氣速Umax =Cj=V，其中C=C20()0.2 , C20可由斯密斯關(guān)V0.02橫坐標(biāo)Flv0.00417920.081.724，0.852聯(lián)圖查得=0.0795取板間距HT = 0.46m ,板上清液層高度 hL = 0.06m,則HT -hL = 0.40m,查斯密斯圖得C20 =0.083WJC=0.08 (54.6 10 )0.2 =0.09780.02最大空塔氣速u max=0.0978920.08 - 0.8520.8

34、52= 3.212m/s塔徑D4 1.724二 2.2484塔截面積為At =:2=二 J 0.785m24取安全系數(shù)為 0.7,則 u =0.7umax =0.7x3.212 = 2.2484m/s-0.988m按照標(biāo)準(zhǔn)塔徑規(guī)整后D = 1m實(shí)際空塔氣速：u二:靠=2.196峰4.2精儲塔有效高度的計(jì)算精儲段有效高度：Z精=(N精1)父0.4 = (111) M0.4 = 4m提儲段有效高度：Z提=(N提一1)父0.4 = (141)父0.4= 5.2m在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為 0.8m,則精儲塔的有效高度為 Z = 4 5.2 0.8 =10m五、塔板主要工藝尺寸計(jì)算5.1 溢流裝置

35、計(jì)算因塔徑D=1.2m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:(1)取堰長精儲段：lw =0.66D =0.66 1.2 = 0.792m提儲段：lw =0.66D =0.66 1 -0.66m(2)溢流堰高度hw =hL -how選用平直堰，堰上液層高度2.84 匚%后 ( c E10002Ls X 3600 ”石.，取 E=1,l w精儲段：%后284 1100020.001357 3600 3 = 0.00955m0.792因溢流堰高 hw一股取 0.05 - how hw 0.10-how,hw =hL - how =0.10 -0.00955 = 0.09045m2十日

36、施也 2.84/0.00417 父 3600 平 n nn提儲段：hov=k 1 m = 0.02 m1000 '工 0.66hw =hL - how =0.10 一0.02 = 0.08m(3)弓形降液管寬度 Wd和截面積Af由 也=0.66 查圖得，Af / AT =0.0722,Wd / D =0.124D故 Af =0.0722 父 3.14 r /4=0.722 ><1.2 2 /4=0.0816 ,Wd =0.124D =0.124 1.2 =0.1488m.A, Ht依式e =_!驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間Ls精微段:提儲段:0.0816 0.460.001

37、357= 27.66s>5s0.0816 0.46U =0.00417= 9s>5s,故降液管設(shè)計(jì)合理(4)降液管底隙高度h°取降液管底隙流體流速u0 = 0.08m/s精儲段：h。Ls3600 lwu00.001357 36003600 0.792 0.08=0.0214mhw -h0 =0.09045 -0.0214 =0.06905m . 0.006m提儲段：h0Ls3600 lwU00.00417 36003600 0.792 0.08=0.0658mhw -h0 =0.08 -0.0658 =0.0142m 0.006m故降液管設(shè)計(jì)高度合理5.2 塔板的布置取邊

38、緣區(qū)寬度 Wc=0.035m安定區(qū)寬度 Ws=0.065m開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積按照式Aa =2 IxVr2 -x2 +r2sin九'J計(jì)算，其中IL180 rx = D/2 -(Wd Ws) =1.2/2 -(0.1488 0.065) = 0.3862mr = D/2 -Wc =1.2/2 -0.035 = 0.565mAa =2 0.3862.0.5652 -0.38622,：-2.，0.565 sin (1800.38622)=0.799 m0.5655.3 浮閥計(jì)算及排列(見附圖2)采用F1型重閥，重量為33g,孔徑為39mm(1)閥孔氣速Fo=Uo展，F(xiàn)。在9至12之間，

39、取F。=11精微段：u0 =-F= 10.83m/s.；V1.031提儲段：u0 =-F0=j 11 = 11.92m/s.；V0.852(2)浮閥數(shù).一V1 791一 一精微段：n =V=+9=138.56,所以取 N=13922d0u0 10.82 0.03944提儲段：n = Vs'=1724=121.07 ,所以取 N=122-dou0 11.92 0.039244(3)開孔率精儲段：塔板開孔率： ="84 100% = 14.63% u010.83提儲段:塔板開孔率：'=2196 100% = 18.42%Uo 11.92(4)閥孔的排列浮閥排列方式采用等邊

40、三角形叉排。取同一橫排的孔心距t=75mm=0.075m則估算精儲段的排間距t'=A0/(N ")=0.799/(139黑 0.075) = 0.07664m = 76.64mm,提儲段的排問距t' = A0/(N W=0.799/(122父0.075) =0.08732m = 87.32mm ,浮閥排列圖六、浮閥塔流體力學(xué)性能驗(yàn)算6.1氣體通過浮閥塔的壓強(qiáng)降hpMhc+A+h。 p c精微段:(1)干板阻力hc臨界孔速Ux 二73 .111.825,73.1 6 I<1.031 )1 10.329 m/s< u0 =10.83m/svU0210.8321

41、.031所以米用 hc = 5.34 = 5.34 =0.0395m2：Lg2 9.81 830.095(2)板上充氣液層阻力h1液相為水時(shí)，；0=0.5hi = ；°hL = 0.5 0.10 = 0.05m(3)液體表面張力所造成的阻力F一廠，由于浮閥塔k很小可忽略不計(jì)。 g l h因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降的液體高度為hp = hc hi =0.0395 0.05 =0.0895m單板壓降.：P = hpg：； =0.0895 9.81 830.095 = 728.82Pa提儲段:(1)干板阻力hc73 .111.825臨界孔速ux二Pv J173 1 T825=11.4

42、667m/sv u0=11.92m/s<0.852 )11.9221.031所以采用: 5.34 =0.0482m2 9.81 830.095(2)板上充氣液層阻力h1液相為水時(shí)，=0.5h1 i0hL u0.5 0.10=0.05m(3)液體表面張力所造成的阻力F一1，由于浮閥塔h很小可忽略不計(jì)。 g l h因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降的液體高度為hp = hc h1 =0.0482 0.05 =0.0982m p c單板壓降：P = hpg：L =0.0982 9.81 920.08 = 886.35Pa6.2液泛、液沫夾帶、漏液(1)液泛為了防止液泛現(xiàn)象的產(chǎn)生，要求控制降液管中

43、清液層高度Hd M中(Ht +hw)精微段:其中Hd =hp'hd塔板設(shè)置進(jìn)口堰 hd =0.2(上)2 .0.2( 0.001357)2 = 0.001282mlwh00.792 0.0214所以得 Hd =0.0895 +0.1 +0.001282 =0.1908mHd < ；0(Ht hw) =0.5 (0.46 0.09045) =0.2752m提儲段:其中Hd =hp兒hd塔板設(shè)置進(jìn)口堰h(yuǎn)d =0.2(Lslw20.004172)= 0.2() = 0.00128m0.792 0.0658所以得 Hd =0.0982 +0.1 +0.00128 = 0.19948mHd

44、 < ；0(Hthw) -0.5 (0.46 0.08) = 0.27m(2)霧沫夾帶7VVS , V,1.36LSZL泛點(diǎn)率 = 一3一V X100%KCfZL=D 2W=1.2 2X 0.1488 = 0.9024 m查得 C f (精)=0.112 , C f (提)=0.104精儲段：_2A=At -2Af =1.131-2 X 0.0816=0.9768m1.7911.031泛點(diǎn)率=830.095 -1.0311.36 0.001357 0.9024100% = 57.87%1 0.112 0.9768提儲段：_2Ab=AT 2Af =0.785-2 X 0.0816=0.62

45、18m1.724泛點(diǎn)率=0.852920.08 -0.8521.36 0.00417 0.9024100% =13.16%1 0.104 0.6218計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在80犯下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0kg液|kg汽的 要求。(3)漏液錯(cuò)流型的塔板在正常操作時(shí)，液體應(yīng)沿塔板水平流動(dòng)，與垂直向上流動(dòng)的 氣體接觸后由降液管流下。但當(dāng)上升氣流速度減少時(shí)，氣體通過閥孔的動(dòng)壓不足 以阻止板上液體從閥孔流下時(shí)， 便會(huì)出現(xiàn)漏夜現(xiàn)象。發(fā)生漏夜時(shí)，由于上層板上 的液體未與從下層板上升的氣體進(jìn)行傳質(zhì)， 就漏落在濃度較低的下層板上，這勢 必降低了塔板效率。漏夜嚴(yán)重時(shí)會(huì)使塔板上不能積液而無法正常操作。所

46、以為保 證塔的正常操作，漏夜量不能超過某一規(guī)定值，一般不能大于液體流量的10%漏夜量大于10%勺氣流速度稱為漏夜速度，這是塔操作的下限氣速。造成漏夜的主要原因是氣速太小和板上液面落差所引起的氣流分布不均， 比如在塔板的液流入口處由于有液層較厚而往往出現(xiàn)漏夜，這也是在此處設(shè)置不開孔的安定區(qū)的原因之一。當(dāng)液體橫向流過板面時(shí)，由于要克服板上部件的局部阻力和摩擦阻力，需 要一定液位差才能維持這一流動(dòng)， 這樣板上液體進(jìn)、出口側(cè)的液面就會(huì)出現(xiàn)高度 差，即液面落差，亦稱水力學(xué)坡度。液面落差主要與塔板結(jié)構(gòu)有關(guān)外，泡罩塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液體在板上流動(dòng)阻 力大，液面落差也就大；浮閥塔結(jié)構(gòu)較簡單，液面落差則較小，篩板塔

47、結(jié)構(gòu)最簡 單，所以液面落差最小。但在塔徑不大時(shí)，液面落差常忽略。液面落差除與塔板結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與塔徑、液流量有關(guān)。當(dāng)塔徑與液流量 很大時(shí)，也會(huì)造成較大的液面落差。對于大塔，可采用單溢流或階梯流，以減少 液面落差。(4)塔板上液面的返混在塔板上，液體的主流方向是從入口端橫向流至出口端，但因氣體攪拌及 某些局部障礙，液體會(huì)發(fā)生局部的反向流動(dòng)。這種與主流方向相反的流動(dòng)稱為返 混。當(dāng)返混嚴(yán)重時(shí)，板上液體會(huì)均勻混合，各點(diǎn)的液體濃度將趨于一致。當(dāng)濃度 均勻的氣體與板上各點(diǎn)的液體進(jìn)行接觸傳質(zhì)后，則離開各點(diǎn)的氣體濃度也會(huì)相 同。這是一種理想情況。另一種理想情況是板上液體呈活塞流流動(dòng)， 完全沒有返 混。這時(shí)板上

48、液體沿液流方向上液體濃度最大， 在塔板進(jìn)口處液體濃度大于出口 濃度。當(dāng)濃度均勻的氣體與板上各點(diǎn)液體接觸傳質(zhì)后，離開塔板各點(diǎn)的氣體濃度也不相同，進(jìn)口處的液體濃度出口出的濃度高。 理論與實(shí)踐都證明了在這種情況 下，塔板的效率比液體完全混合時(shí)高。 實(shí)際上，塔板上液體并不處在完全混合與 完全沒有返混的兩種理想狀態(tài)，而是處于部分混合狀態(tài)。6.3塔板的負(fù)荷性能圖漏夜線(線1)F =11:2:=2 FVS min = d0 NU0 =d0N 44V精儲段：Vsmin = d(2Nu0min4u0minF 11V 一，1.031=10.83m/sVs min-2 3一 0.0392 139 10.83 = 1

49、.798m3/s4提儲段：Vsmin二,2=7 d0 Nu0min4U0 minF _11TV - 0.852= 11.92m/s二2 一 3Vsmin= 0.0392 122 11.92 = 1.737m3/s4(2)過量霧沫夾帶線(線2)精儲段：根據(jù)ev=0.1kg液/kg汽時(shí)，泛點(diǎn)率F1=0.8計(jì)算F=,:VVS1l¥3+1.36LsZlKCf Ab1.031 1.36 0.9024 Ls830.095 -1.031=0.81 0.112 0.9768整理得則有：Vs =2.48 -34.8Ls提儲段：根據(jù)ev=0.1kg液/kg汽時(shí)，泛點(diǎn)率F1=0.8計(jì)算VS/ 口 PV o

50、 +1.36LsZl VS j0852+1.36X 0.9024LsL-v920.08 -0.852Fi =：=KCf Ab1 0.104 0.6218整理得則有：Vs =1.723 -40.9Ls液相負(fù)荷下限線精儲段：堰上液高度how=0.00955m乍為液相負(fù)荷下限線Lw=0.792m,20.00955=空 E |3600(LS min P1000 1Lw.Lw=0.792m,故 Lsmin = 0.0013575m3/s提儲段：how=0.02m Lw=0.792m2002_ 2.84 33600(Ls min30.02= E1000 LwLw=0.792m 故 Lsmin =0.004

51、1128m3/s液相負(fù)荷上限線AM> 3 5s取=5s解得(Ls) ma戶0.0816 x 0.46/5=0.0075072m3/s(5)液泛線精儲段：(H T hw)=hp hL h(HtPVu； hw) =5.34， “2gLs 20.153(1)2(1；°)hwLwh022.84 3600Ls P1000 口 Lw _VsVs、，Uo = =s = 6.0254Vs二 23,142sd；N-0.0392 139442(1 0.5)0.09045 也 (3600Ls)310000.792*(Ht +hw) =0.2752m ,4取 0.50.2752 =5.34A03k M(6.0254Vs)2 +0 153 乂L2_2830.0952 9.81(0.792 0.0214)貝有：Vs2 =11.37 -43407.9Ls -95.2