酒精連續(xù)精餾板式塔設(shè)計(jì)

1、SouthChinaUniversityofTechnology課程設(shè)計(jì)說明書酒精連續(xù)精憎板式塔的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名指導(dǎo)老師學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)第一部分：設(shè)計(jì)任務(wù)書2第二部分：工藝流程圖3第三部分：設(shè)計(jì)方案的確定與說明4第四部分：設(shè)計(jì)計(jì)算與論證51 .板式塔的工藝計(jì)算52 .板式塔的工藝條件及物料計(jì)算73 .板式塔的主要工藝尺寸計(jì)算104 .塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算155 .塔板的負(fù)荷性能圖176 .主要接管尺寸計(jì)算207 .輔助設(shè)備設(shè)計(jì)定型228 .塔的總體結(jié)構(gòu)259 .泵的選擇27第五部分：設(shè)計(jì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)29第六部分：參考資料30第七部分：心得體會(huì)31第一部分：設(shè)計(jì)任務(wù)書一、題目：酒精連續(xù)精儲(chǔ)板式塔的設(shè)計(jì)二

2、、原始數(shù)據(jù)：1、乙醇水混合物，含乙醇39%（質(zhì)量），溫度28C;2、產(chǎn)品：儲(chǔ)出液含乙醇93%（質(zhì)量），溫度31C;3、塔底:塔底液含乙醇0.06%（質(zhì)量）4、生產(chǎn)能力：日產(chǎn)酒精（指儲(chǔ)出液）9800kg;5、熱源條件：加熱蒸汽為飽和蒸汽，其絕對(duì)壓強(qiáng)為250kPa;三、任務(wù)：1、確定精微的流程，繪出流程圖，標(biāo)明所需的設(shè)備、管線及其有關(guān)觀測(cè)或控制所必需的儀表和裝置。2、精儲(chǔ)塔的工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：選定塔板型，確定塔徑、塔高及進(jìn)料板的位置；選擇塔板的結(jié)構(gòu)型式、確定塔板的結(jié)構(gòu)尺寸；進(jìn)行塔板流體力學(xué)的計(jì)算（包括塔板壓降、淹塔的校核及霧沫夾帶量的校核等）。3、作出塔的操作性能圖、計(jì)算其操作彈性。4、確定與塔

3、身相連的各種管路的直徑。5、計(jì)算全塔裝置所用蒸汽量和冷卻水用量，確定每個(gè)換熱器的傳熱面積并進(jìn)行選型，若采用直接蒸汽加熱，需確定蒸汽鼓泡管的形式和尺寸。6、其它。四、作業(yè)份量：1、設(shè)計(jì)說明書一份，說明書內(nèi)容見化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)的緒論，其中設(shè)計(jì)說明結(jié)果概要一項(xiàng)具體內(nèi)容包括：塔板數(shù)、塔高、塔徑、板間距、回流比、蒸汽上升速度、熱交換面積、單位產(chǎn)品熱交換面積、蒸汽用量、單位產(chǎn)品蒸汽用量、冷卻水用量、單位產(chǎn)品冷卻水用量、操作壓強(qiáng)、附屬設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)及數(shù)量等。2、塔裝配圖（1號(hào)圖紙）；塔板結(jié)構(gòu)草圖（35X35計(jì)算紙）；工藝流程圖（35X50計(jì)算紙第二部分：工藝流程圖力位梢2S0kPa的飽和德汽<R&

4、#39;a計(jì)斌A計(jì)家源柒弗展浮闖皈25UkPa的他和一汽tR疑水冷萍求出IJJ冷卻水進(jìn)口位有工藝流程小意圖流程概要：乙醇-水混合原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)后，送進(jìn)精儲(chǔ)塔，塔頂上升的蒸汽采用全凝器冷凝后,一部分采用回流，其余為塔頂產(chǎn)物，塔釜采用間接蒸汽加熱供熱，塔底產(chǎn)物冷卻后送人貯槽。簫三酈紛:：謾講方案的確定與施明1 .設(shè)計(jì)方案的確定設(shè)計(jì)方案確定原則參考化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書P7至P91 .塔板類型：選用F1型重浮閥塔.浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，而且操作彈性大，操作靈活，板間壓降小，液面落差小，浮閥的運(yùn)動(dòng)具有去污作用，不容易積垢堵塞，操作周期長，結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，操作費(fèi)用較小，其制造費(fèi)用僅

5、為泡罩塔的60%-80%又由于F1型浮閥塔結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好；另外輕閥壓降雖小，但操作穩(wěn)定性差，低氣速時(shí)易漏液。綜上所述，選擇F1型重閥浮閥塔。2 .操作壓力：常壓精微對(duì)于乙醇-水體系，在常壓下已經(jīng)是液態(tài)，且乙醇-水不是熱敏性材料，在常壓下也可成功分離，所以選用常壓精微。因?yàn)楦邏夯蛘哒婵詹僮鲿?huì)引起操作上的其他問題以及設(shè)備費(fèi)用的增加，尤其是真空操作不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設(shè)備費(fèi)用增加。綜上所述，選擇常壓操作。3 .進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料進(jìn)料狀態(tài)有五種，如果選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，即q=1時(shí)，操作比較容易控制，且不受季節(jié)氣溫的影

6、響，此外，泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段的塔徑相同，設(shè)計(jì)和制造時(shí)比較方便。4 .加熱方式：間接蒸汽加熱蒸儲(chǔ)釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。直接蒸汽加熱只能用于塔底產(chǎn)物基本是水，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，成本增加，故采用間接加熱。5 .熱能利用方式：選擇適宜回流比，塔釜?dú)堃鹤鳛樵项A(yù)熱熱源適宜的回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟(jì)核算來確定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用之和為最低時(shí)的回流比為最適宜的回流比。確定回流比的方法為：先求出最小回流比Rmin,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的1.12.0倍，考慮

7、到原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù)，本方案取1.5,即：R=1.5Rmin；采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，可以充分利用釜液產(chǎn)品的余熱，節(jié)約能源。6 .回流方式：泡點(diǎn)回流泡點(diǎn)回流易于控制，設(shè)計(jì)和控制時(shí)比較方便，而且可以節(jié)約能源。2 .設(shè)計(jì)方案的說明1 .本精儲(chǔ)裝置利用高溫的釜液與進(jìn)料液作熱交換，同時(shí)完成進(jìn)料液的預(yù)熱和釜液的冷卻，經(jīng)過熱量與物料衡算，設(shè)想合理。釜液完全可以把進(jìn)料液加熱到泡點(diǎn)，且低溫的釜液直接排放也不會(huì)造成熱污染。2 .原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱后先通過離心泵送往高位槽，再通過閥門和轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制流量使其滿足工藝要求。3 .本流程采用間接蒸汽加熱，使用20c水作為冷卻劑，通入全凝器和冷卻器對(duì)塔頂蒸汽進(jìn)行冷凝和冷

8、卻。從預(yù)熱器、全凝器、冷卻器出來的液體溫度分別在50-60C、40c和35c左右，可以用于民用熱澡水系統(tǒng)或輸往鍋爐制備熱蒸汽的重復(fù)利用。4 .本設(shè)計(jì)的多數(shù)接管管徑取大，為了能使塔有一定操作彈性，允許氣體液體流量增大，所以采取大于工藝尺寸所需的管徑。簫四鄙紛:：談諦講算與論證一、板式塔的工藝計(jì)算（一）物料衡算將質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成摩爾分?jǐn)?shù)3993Xf一460.200139614618xd=46=0.8387Xw=93746180.0646=0.00023490.0699.94+46182.物料衡算(1)摩爾流量計(jì)算Fxf=DxdWXwF9800*0.939800*0.07D二4618=236.2kmo

9、l/dwJd-Xf1236.2(0.8387.0.2001)=754.7kmol/dXF一xW0.2001-0.0002349F=DW=236.2754.7=990.9kmol/d（2）質(zhì)量流量計(jì)算F：F=D：DW：WF=DWW二DGDt-f)=9800(0.93-0.39)0.39-0.06=16036.3&g/d=668.2kg/h=0.1856kg/sF=DW=980016036.36=25836.36kg/d=1077kg/h=0.2992kg/s（二）理論塔板數(shù)NT的求?。▓D解法）由常壓下沸騰的水-酒精溶液和由它產(chǎn)生的氣體組成及沸點(diǎn)表描點(diǎn)作圖，可得Rmin/（Rmin+1）=

10、0.621,所以，最小回流比Rmin=1.64。由于操作回流比R=（1.1：2.0）RminR=1.5Rmin=1.51.64=2.46理論塔板數(shù)為22塊；精儲(chǔ)段17塊;提儲(chǔ)段4塊；加料板為第5塊。（三）操作線方程1,精微段方程：0.83872.461=0.2424_R_二_2,46_R12.461=0.711物料衡算公式按化工原理（下冊(cè)）（天津版）P17理論塔板數(shù)和回流比的確定參照化工原理（下冊(cè)）（天津版）P23,P31精微段和提福段操作線方程參照天津版P19圖解法用autocad精微段方程：y=0.711x0.24242,提福段方程：提福段方程：y=Lx-WxW=1.923x-0.0002

11、169VV圖1M-T法求理論板數(shù)圖二塔頂部分放大圖查板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P147附錄10:根據(jù)X,用內(nèi)差法求得Y,用公式=1X(1-Y：求算揮發(fā)度查板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P133附錄2:先求出純物質(zhì)的粘度，然后求混合物的粘度。V=LD=D(1R)=236.2(12,46)=817.3kmol/d=34.05kmol/hL=RD=2.46236.2-581.1kmol/d-24.21kmol/hq=1,V=V=817.3kmol/dL=LF=581,1990.9=1572kmol/d=65.50kmol/h(四)全塔效率Et和實(shí)際板數(shù)Np1.塔頂：=Xd=0.8387,t1=78.36七查表，并用試差法求得x

12、1=0.8223,貝y"。)=1.124為/(1一天)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P17(2-4)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P15進(jìn)料：Xf=0.2001時(shí)，Yf=0.5309。t2=83,27,揮發(fā)度«2=4.5241o塔釜：XW=0.0002349時(shí)，Yw=0.00311。t3=99.9C(由于考慮到實(shí)際情況常用1039)，揮發(fā)度口3=13.2779。平均揮發(fā)度：二m=37二31.1244.524113.2779、=4.0722.粘度：塔頂：=78.362,查得出乙醇=0.455(mNs-mf),出水=0.37(mNsm2),x1=0.82232、1=一億醇X1+._1水(1一%)=0.440(

13、mNsm)進(jìn)料：t2=83.27(,查得為乙醇=0.439(mNsmf),匕水=0.351(mNs-mf),x2=xF=0.20012、N2=匕乙醇x1+N27K(1-x1)=0.369(mNsm)塔釜:tq=1032查得3/乙醇=0.325(mNs岳),丹水=0.254(mNs-mf),x3=xW=0.00002349為=%乙醇Xi+%水(1Xi)=0.254(mNs，m2)平均粘度%=3,4口24=30.4400.3690.254=0.3454(mNsM)3 .全塔效率：Et=0.492(：口)0245=0.492(4.072*0.3454)”45=0.4525=45.25%4 .實(shí)際板數(shù)

14、：NP-(NT-1)/Et=(22-1)/0.4525=46.4Ni=17/0.4507=37.57取總板數(shù)NP=47層N1=38層,N2=9層二、板式塔的工藝條件及物料計(jì)算(一)平均溫度計(jì)算塔頂：tD=78.369，塔釜：tW=103(，進(jìn)料：tF=83.27C全塔平均溫度：tm=(78.36+103)/2=90.68七,精微段平土勻溫度:tm=(78.3683.27)/2=80.82C(2-3)提儲(chǔ)段平均溫度：tm=(83.27103)/2=93.14C（二）操作壓強(qiáng)計(jì)算因?yàn)槌合乱掖?水是液態(tài)混合物，其沸點(diǎn)較低（小于100C）,故采用常壓精福就可以分離。故塔頂壓強(qiáng)：Pd=101.3KP&

15、amp;取每層壓強(qiáng)降為二P=0.5KPa塔底壓強(qiáng)：PW=PDNPP=101.30.547=124.8KPa進(jìn)料板壓強(qiáng)：PF=PD+N精AP=101.3+0.5x38=120.3KPa全塔平均操彳壓強(qiáng):i%=101.3124.8=113.1KPa22精微段平均操作壓強(qiáng)：Pm=Pf,Pd=120.3101.3=110.8KPa22提福段平均操作壓強(qiáng)：Pm=Pf-%=124.8+120.3=122.6KPa22（三）平均分子量計(jì)算1 .塔頂：Xd=0.8387Yd=0.8491氣相MLDM=0.8491X46+(10.8491)X18=41.7748g/mol液相Mldm=0.8387X46+(10

16、.8387)X18=41.4836g/mol物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)P162表6用內(nèi)差法查純液體密度2 .進(jìn)料：Xf=0.2001,Yf=0.5309X18=32.8652g/mol氣相Mvdm=0.5309X46+(10.5309)液相Mldm=0.2001X46+(10.2001)X18=23.6028g/mol3 .塔釜：XW=0.0002349,YW=0.003111表面張力由板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P139附錄5讀圖查出氣相Mvdm=0.00311X46+(10.00311)X18=18.0871g/mol液相Mldm=0.0002349X46+(10.0002349)X18=18.0066g/mol4

17、.精微段平均分子量MVM=(41.7748+32.8652)/2=37.32g/molMLM=(41.4836+23.6028)/2=32.5432g/mol5 .提福段平均分子量MVM=(32.8652+18.0871)/2=25.4762g/molMLM=(23.6028+18.0066)/2=20.8047g/mol(五)平均密度計(jì)算液相：塔頂t1=78.36七查得P水(液)=0.9732g/cm3,P乙醇(液)=0.748g/cm333Pli=0.93X0.748+(10.93)X0.9732=0.7638g/cm=763.8kg/m氣相:“MVMPm精P=41.778101.3RT8

18、.315(273.1578.36)=1.45注：本設(shè)計(jì)中，全塔的密度均用塔頂產(chǎn)品的密度表示。（五）表面張力1.塔頂t1=78.36(查得。水=63.95mN/m乙醇=17.7mN/m5=0.8387X17.7+(10.8387)X63.95=25.16mN/m2.進(jìn)料t2=83.27rC查得。水=62.80mN/mo乙醇=17.2mN/m仃2=0.2001X17.2+(10.2001)X62.80=53.68mN/m3 .塔釜t3=103"C查得。水=56.0mN/mo乙醇=15.6mN/m仃3=0.0002349X15.6+(10.0002349)X56.0=55.99mN/m4

19、.精儲(chǔ)段平均表面張力:仃(精)=(25.16+53.68)/2=39.42mN/m5 .提福段平均表面張力:二(提)=(53.68+55.99)/2=54.84mN/m（六）平均流量計(jì)算VMVmV=(R1)D=817.3kmol/d=34.05kmol/h34.0537.323,0.2434m/s1.453600VMVm蹌/空=0.1662m3/s：Vm1.453600L=RD=5811kmol/d=24.21kmol/h_9909_L'=LF=24.21=65.50kmol/h24LMLm24.2132.54323,0.000287m/s763.83600L'MLm65.50

20、20.80473,=0.000496m/s763.83600三.板式塔的主要工藝尺寸計(jì)算(一)塔徑D1.求空塔氣速u精福段：11板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P26(2-13)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P25(2-8)化丫旦1"00"'型汽0.02706(V八氏)0.2434(1.45)(2)初選板間距Hi=0.35m,板上液層厚度hL=0.05mH-hL=0.35-0.05=0.30m(3)查Smith圖，得C20=0.0620.20.2C=C2010=0.062l392=0.071012020(4)求空塔氣速Umax=C'Lm一Vm=0.07101,763.8一1.45=1.628

21、m/s:Vm:1.45U=(安全系數(shù))XUmax安全系數(shù)為0.60.8,取安全系數(shù)為0.6則u=0.61.628=0.9768m/s提福段：(1)I-W八R10.000496763.82一0.16621.45=0.0685(2)初選板間距H=0.35m,板上液層厚度Hr-hL=0.35-0.05=0.30mhL=0.05m(4)查Smith圖，得C20=0.0600.2CnC2020=0.06。晶84020=0.0734求空塔氣速Umax=C.：?Lm；：?Vm=0.0734,；1763.8-1.45=1.68m/S：Vm11.45板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P30(2-25)化工原理(上冊(cè))P21(1-3

22、1)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P33(2-27)U=(安全系數(shù))XUmax安全系數(shù)為0.60.8,取安全系數(shù)為0.6則u=0.61.68=1.008m/s將精儲(chǔ)段與提儲(chǔ)段的空塔氣速相比，選取較小的即精微段空塔氣速來計(jì)算塔徑。2.求塔徑D板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P344V.402434D=J=J=0.563m圓整：取D=0.6m;二U一0.9768塔的截面積：AT=.D2=0.62=0.2827m244V02434實(shí)際空塔氣速：u=Vs=0.2434=0.861m/s22D20.6244(二)溢流裝置選用單溢流，弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。1 .堰長l皿堰長lw=(0.60.8)D,取堰長1w=0.6D=0.6X0.6=

23、0.36m2 .出口堰高h(yuǎn)W(1)液流收縮系數(shù)E:取E=1(2)堰上液層高度：先假設(shè)為平直堰，則試算hOW=0.668(Lh)3=0.668(lw-20.000287、5)3=0.00574m0.36不符合平直堰要求:0.006m<howW0.060m,應(yīng)采用齒形堰,hn在10-15mm之間，取hn=0.015m,how=1.17Lshn<lw=1.1720.000287M0.015%=0.01257m0.36板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P33(2-29)P35(2-33)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P33表2-7弓形堰長與面積停留時(shí)間：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P52底隙高度：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P37(2-38)(3)堰高

24、：hw=hL-how=0.050.01257=0.03743m根據(jù)0.1how皂hw皂0.05how,驗(yàn)算：0.10.01257皂0.03743皂0.050.01257是成立的?；?，故how=0.01257mhw=0.03743m塔板布置：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P213 .弓形降液管寬度W及降液管面積A;立=0.6000，線=0.10002=0.0520DDArAT=0.2827m2Af=0.0520Af=0.05200.2827=0.01470m2D=0.6m閥孔氣速：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P44(2-69)閥孔數(shù)：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P45(2-73)Wd=0.1000D=0.10000.6=0.0600m4

25、 .驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間AfHTLs0.014700.350.000287=17.93s保留時(shí)間0>(3-5)s,故降液管適用。5.降液管底隙高度ho鼓泡區(qū)面積：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P46(2-76)取液體通過降液管底隙的速度uo為0.13m/s。ho=hw-0.006=0.03473-0.006=0.02873m滿足不少于2025mm符合要求。(三)塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1.塔板布置塔板直徑又0.6m=600m,在800m以內(nèi)，選用整體單流程塔板。當(dāng)D<1.5m時(shí)，WS=6075mm溢流堰入口安定區(qū)：WS=60mm=0.06m'入口堰后的女te區(qū)：WS'=60m

26、m=0.06m小塔的Wc可選2550mm大塔可選5075mm邊緣區(qū)寬度(無效區(qū))Wc=40mm=0.04m降液管寬度：Wd=60mm=0.06m2.浮閥孔的數(shù)目及孔間距對(duì)于F1型浮閥(重閥)，當(dāng)板上浮閥剛剛?cè)_時(shí)，動(dòng)能因數(shù)間，故在此范圍取得合適的Fq=10Fq在912之精福段：閥孔氣速Uo10=8.305m/s,1.45每層板上的閥孔數(shù)NVS4d；u。40.24342二0.0398.305=23.5324閥孔中心距：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P46(2-74)浮閥孔排列用autocad作圖獲得提福段：閥孔氣速Fo10,-=8.305m/s.：v1.45每層板上的閥孔數(shù)N開孔率：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P45(2-7

27、2)壓降：天津版P168(3-19)臨界孔速U0c:板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P41(2-56)干板壓降：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P41(2-54)N=V；=:舄咒加:16,751720,039:：8.305彳douo對(duì)于單溢流塔板，鼓泡區(qū)面積為：Ap=Aa=2|Xx/r2-xZ+二r2sin1p_180orX=D_(WdWs)=0.6/2-(0.060,06)=0.18m2r=D-W-0.6/2-0.04=0.26m22Ap=A-=0.171mpV蛙02434c精微段：閥孔總面積A0=0.0293m2U0精8.305一x0.90740.9070.171.閥孔中心距t=d0=0.03990mmA0.0293,V樨0

28、,16622提福段：閥孔總面積A0-0.02001m2U0提8.305閥孔中心距t=d0=109mm°.90弭二。,。39°9070.171,VA0.02001浮閥孔排列:浮閥排列方式采用正三角形叉排?？仔木鄑為75125mm取相鄰兩排孔的中心距t=75mm精福段:hi=：天津版P169(3-22)阻力：天津版P168(3-19a)Pp=hpP|g:板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P55板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P55提微段:由上圖可知，實(shí)際排孔數(shù)：精微段24個(gè)，提儲(chǔ)段17個(gè)。3.驗(yàn)算氣速及閥孔動(dòng)能因數(shù):泛點(diǎn)率：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P48(2-78)板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P39(2-48)液泛率：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P48

29、(2-79)精微段：u0=_°-2434=8.49m/s°.°392244Fo二u。、：v=8.49、1.45=1°.22m/s閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9-12范圍之內(nèi)。u0.9768塔板開孔率：一1°°%1°°%=11.5%u°8.49開孔率應(yīng)在1°%-14炕間，塔板開孔率符合要求。°.1662提福段：u°8.184m/s2一°.°39174Fo=u°=8.184、1.45=9.855m/s閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9-12范圍之內(nèi)。塔板開孔

30、率：u1°°%J.°°81°°%=1°.2%u°9.855開孔率應(yīng)在1°%-14炕間，塔板開孔率符合要求。四、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算（一）氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降板式精儲(chǔ)Pp=APC+AR+AP。塔設(shè)計(jì)P491 .干板阻力精福段：U0c=1.825=1.8W=8.568m/sV Pv1.45uo=8.49<u=Uoc=8.568m/su"1758490.175hc=19.9=19.9父一=0.03788mPL763.8提福段：f731/731u0c=1.825=1.825=8.568m/sV

31、Pv11.450=8.184<u=Uoc=8.568m/sKdnnu0.175cc8.1840.175eg”，hc=19.9=19.9父=0.03764mPL763.82 .板上充氣液層阻力：由于乙醇一水系統(tǒng)里，液相是水，故£0=0.5h=%hL=0.5X0.05=0.025m3 .液體表面張力所造成的阻力：液體表面張力所造成的阻力，一般很小，完全可以忽略。精微段：hD=hc+h+hr=0.03788+0.025=0.06288mpciu提儲(chǔ)段：h=hc+hl+h=0.03764+0.025=0.06264mpc1u4 .單板壓強(qiáng)降：精微段：App=hpP1g=0.06288X

32、763.8X9.81=471.2Pa提福段：App=h，1g=0.06264X763.8X9.81=469.4Pa每層浮閥塔板的操作壓強(qiáng)降在265-530Pa的范圍，符合要求。（二）淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，需要控制降液管中清液層高度：HdWe（Ht+hw）,且有Hd=hp+h|+h仃液體通過塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p=0.06288m/、2.2Ls00,000287)hd=0.153=0.1531I=0.0001178mwh0j10.36m0.02873J板上液層高度hL=0.05m所以降液管液面高度Hd=0.06288+0.05+0.0001778=0.1131m因?yàn)橐掖家凰奈锵挡?/p>

33、易起泡，取=0.4小(Ht+hw)=0.4X(0.35+0.03473)=0.1539m因?yàn)镠d=0.11131<0.1539,所以設(shè)計(jì)結(jié)果符合要求。2.提福段：液體通過塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐舾叨萮p=0.06225m/-22Ls00.000496hd=0.153=0.1531I=0.000352mlwh0J10.36M0.02873)板上液層高度hL=0.05m所以降液管液面高度Hd=0.06264+0.05+0.000352=0.1130m因?yàn)橐掖家凰奈锵挡灰灼鹋荩?0.4*(Ht+hw)=0.4X(0.35+0.03473)=0.1539m因?yàn)镠d=0.1130<0.15

34、39,所以設(shè)計(jì)結(jié)果符合要求。(三)霧沫夾帶由HT=0.35m,Pv=1.45kg/m3,查P166圖316得：0=0.097因?yàn)榫凭凰到y(tǒng)為無泡沫(正常)系統(tǒng)，所以取K=1板上液流面積：Ab-2Af=0.2827-20.0147=0.2533m21,精微段:Vs，二LLv泛點(diǎn)率=100%0.78KCFAb0.2434、1.45763.8-1,45100%0.7810.0970.2533=55.4%<70%2.提福段：泛點(diǎn)率Vs：-vsi：Lv100%0.78KCFAb0.16221.45-'"蹌8-1.45I。0.7810.0970.2533=36.9%：70%對(duì)于直

35、徑小于0.9m的塔，為了避免霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過70%。計(jì)算所得的泛點(diǎn)率在70%以下，符合要求，可保證霧沫夾帶量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),即FV<0.1kg(7S)/kg(氣)五.塔板的負(fù)荷性能圖（均以精儲(chǔ)段計(jì)算）（一）霧沫夾帶線Vs泛點(diǎn)率=,：lKCFAb板上液體流徑長度：:V一:1.36LsZLv100%ZL=D-2Wd=0.6-20.06=0.48m對(duì)于一定的物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，式子pv,PL,A,K,G及Zl均為已知值，相應(yīng)于pv=0.1的泛點(diǎn)率上限值亦可確定，將各已知數(shù)代入上式，使得到Vs-Ls的關(guān)系式，據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率=70%十算：145VsJ+1

36、.45M0.48Ls10.0970.2533丫7635=70%整理得到霧沫夾帶線的方程：Vs=0.3944-15.96Ls（二）液泛線Hd=：（Hthw）=hphLhd=hchhMlhd因?yàn)槲锵狄欢?，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則HT,hw,ho,lw,pv,pl,及等均為定值，而Uo,Vs有如下關(guān)系，即：pu2(Ht+%)=5.34vUo+0.153Pl2gLslwhO；2+(1+%)兒+28,1000-360cLslw液泛線：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P56-x0.0392X24<41450.1539=5.34763.829.81VS20.153s2(0.360.02873)-2-I(1+0P03473端

37、鬻區(qū)整理可以得到液泛線的方程:2Vs2=0.1619-2275LS-3.145L3（三）液相負(fù)荷上限線液體最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于35s,則液體在降液管內(nèi).A,停留時(shí)間fT=(35)s。Lh求出上限液體流量Ls值（常數(shù)），在M-Ls圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量vs無關(guān)的豎直線。以。=5s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則(Ls)maxAH0.014700.353,0.001029m/s（四）漏液線6對(duì)于F1型重閥，依Fo=UoY®=6計(jì)算，則Uo=J=V：v2.又知道，Vs=-d°NUo。466則得，Vs=d：N0.0392240.1429m3/s47V

38、41.45（五）液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度hoF0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，依hw的計(jì)算式算出Ls的下限值，依此作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。22LLshn)0.015'50.006=1.17=1.17父IlwJI0.36；液相負(fù)荷上限線：板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P57板式精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P57(Ls)min<0.006V0.3611.17J0.015=0.00004520m3/s(六)方程匯總并作出負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線：Vs=0.394415.96Ls液泛線：Vs2=0.1619-227514-3.145L3液相負(fù)荷上限線：(Ls)maxsmaxAfHt0.0147

39、00.350.001029m3/s2_6二2_6_3漏液線：Vs=doN-0.03924=0.1429m/s414,1.45液相負(fù)荷下限線:(Ls)min<0.006:0.36=I<1.17)0.0153=0.00004520m/sVs0.2434s848.1,Vs=848.1Ls操作線：Ls0.000287根據(jù)上面的計(jì)算可以作出負(fù)荷性能圖,(七)小結(jié)由塔板的負(fù)荷性能圖可以看出：(1)在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)處在區(qū)內(nèi)位置較偏，穩(wěn)定性不是很好。(2)塔板為氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由液面落差控制。(3)按照固定的液氣比，由圖查出塔板氣相負(fù)荷上限(Vs)max=0.37

40、33m3/s,塔板氣相負(fù)荷下限（Vs）min=0.1429m3/s,則:操作彈性=(Vs)max=0.3733=2.61(Vs)min0.1429六.主要接管尺寸計(jì)算（一）進(jìn)料管由前面物料衡算得：材料與零部件P132表1-1-92W=0.1856kg/s,F=D+W=0.2992kg/s,tF=83.279，進(jìn)料液密度，：LF=763.8kg/m3。進(jìn)料由高位槽輸入塔中，適宜流速為0.40.8m/s。取進(jìn)料流速u=0.5m/s,則進(jìn)料管內(nèi)徑為:dF40.2992=0.0316m、'二u:一'二0.5763.8選取鋼管38X3.5mm5校核設(shè)計(jì)流速：u0.2992二24(0.03

41、8-0.00352)2763.8=0.519m/s經(jīng)校核，設(shè)備適用。（二）回流管由前面物料衡算得:L=24.2141.4836-1004kg/h-0.2790kg/s回流液密度PL=763.8kg/m3。材料與零部件P132表1-1-92采用重力輸送回流液，適宜流速為0.20.5m/s。取回流液流速u=0.4m/s,則回流管內(nèi)徑：40.2790二0.4763.8=0.0341m選取鋼管38X3.5mm5校核設(shè)計(jì)流速：u0.2790=0.484m/s_2(0.038-0.00352)2763.8經(jīng)校核，設(shè)備適用。（三）釜液出口管由前面物料衡算得:W=0.1856kg/s,塔釜液密度PL=763.

42、8kg/m3。釜液出口管一般的適宜流速為0.51.0m/s。取釜液流速u=0.8m/s,則釜液出口管內(nèi)徑為:d_140.1856一；二0.8763.8=0.0196m材料與零部件P132表1-1-92選取鋼管25x3mm校核設(shè)計(jì)流速，u經(jīng)校核，設(shè)備適用。0.1856二24(0.025-0.0032)763.8=0.857m/s（四）塔頂蒸汽管由前面物料衡算得：Vs=0.2434m3/s。蒸汽管一般適宜流速為1525m/s,取蒸汽管流速為u=20m/s,4V402434則塔頂蒸汽管管口內(nèi)徑為：d=4Vs=40.2434=0.1312m一.18.二20選取鋼管133x4mm校核設(shè)計(jì)流速：u經(jīng)校核，

43、設(shè)備適用。0.2434二24(0.133-0.0042)2=19.83m/s（五）塔釜蒸汽管由前面物料衡算得：Va=34.05父18.0871=615.9kg/h=0.171kg/s,蒸汽管一般適宜流速為1525m/s,取蒸汽管流速為u=20m/s,則塔釜蒸汽管管口內(nèi)徑為：d=J-4VJ=J4-0.171=0104m'二18二20選取鋼管108x4mm校核設(shè)計(jì)流速:0.171u二二24(0.108-0.0042)=21.77m/s經(jīng)校核，設(shè)備適用。da2XS2da1XS1abc8HH2進(jìn)料管38X3.557X3.51032155120150回流管38X3.557X3.510321551

44、20150釜底管25X345X3.51020105120150塔頂上升蒸汽管133X4159X4.515125555120200塔釜上升蒸汽管108X4133X415100455120200（六）主要接管設(shè)計(jì)匯總材料與零部件P132表1-1-92材料與零部件P132表1-1-92七.輔助設(shè)備設(shè)計(jì)定型預(yù)熱器一個(gè)：預(yù)熱進(jìn)料，同時(shí)冷卻釜液。全凝器一個(gè)：將塔頂蒸汽冷凝，提供產(chǎn)品和一定量的回流。冷卻器一個(gè)：將產(chǎn)品冷卻到要求的溫度后排出。再沸器一個(gè)：將塔底產(chǎn)品加熱，提供提儲(chǔ)段的上升蒸汽。管程殼程K值范圍預(yù)熱器料液水蒸汽280850W/ms再沸器釜液水蒸汽8501500W/m2s全凝器冷水物料蒸汽_2280

45、850W/ms冷卻器冷水有機(jī)溶液8501500W/m2s計(jì)算前均假定換熱器的損失為殼方氣體傳熱量的10%即安全系數(shù)為1.1。卜面四個(gè)換熱器的計(jì)算均按照這個(gè)假定。（一）預(yù)熱器設(shè)計(jì)流程要求泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料濃度下的泡點(diǎn)溫度為83.27C,而原料溫度為28Co釜?dú)堃旱臏囟葹?03C,其主要成分是水，比熱比原料液大，所以完全可以利用釜液對(duì)進(jìn)料液進(jìn)行預(yù)熱，使其達(dá)到泡點(diǎn)，只要控制好釜?dú)堃旱牧髁?，由于釜?dú)堃耗芴峁┑臒崃孔銐颍蚨梢苑€(wěn)定控制進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)。擬定將釜液降至35c排出，以用于他途。F=0.2992kg/s,W=0.1856kg/s一二個(gè)恒二55.6七22根據(jù)溫度，查相關(guān)表得：G7K=4.1808KJ

46、/(kgC),Cp乙醇=2.89KJ/(kgC)。CPmmXfCr+(1xF)CP水=0.39><2.89+0.61M4.1808=3.677KJ/(kg尸C)Q吸收=CpmF't=3.6770.2992(83.27-28)-60.81KJ/s103-83.27tm一心103-83.27-35-28/ln35-28=12.28C換熱器型號(hào)選擇化工原理上冊(cè)P274附錄十三取總傳熱系數(shù)K=700=0.7KJ/m2CA=Q/（Ktm）=60.81/（0.712.28）=7.074m2取安全系數(shù)1.1,則實(shí)際傳熱面積為：A=7.781m2。選取換熱器：BGN-325-2.5-8.5

47、-1（正三角形排列）25管長2.0m；管數(shù)57；管子（炭鋼）尺寸252.5校核：2A=8.5m,Q=8.5X0.7X12.28=73.066KJ/sQ=73.066-60.81=12.256KJ/s所以傳熱足夠，設(shè)計(jì)滿足要求。(二)再沸器tw=103C,查表得¥H2o=2257.4J/kg,3=0.3778kg/s,則Q=©Vh2o=0.3778父2257.4=852.8KJ/s。與預(yù)熱器一樣，采用間接蒸汽加熱，該蒸汽溫度為129.9C2Atm=129.9103=26.99,取K=1000W/(mK)。1.1Q852.81.12換熱奮面積：A=34.9mKtm126.9選取

48、再沸器：BGN-450-1.0-36.6-45-425校核：2A=36.6mQ'=A'K&m=3661M26.9=984.5KJ/s,Q=984.5-852.8=131.7<J/s傳熱量足夠，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。(三)全凝器取水進(jìn)口溫度為20C,水的出口溫度為40C,V=0.3951Kg/s;塔頂出口氣體的溫度為78.36C,在此溫度下：7m=Wd不乙醇+(1-Wd產(chǎn)乙醇=971.02KJ/kgQC=Vm=0.3951763.8=383.65<J/stm-L；78.36-40-78.36-20/ln78.36二4078.36-20=47.66Qc=Vm:板式精

49、儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)P100(4-1)取安全系數(shù)1.1A-1.1Q/k：tmi；=1.1383.65/0.747.66)：=12.64m225選取換熱器：BGN-325-2.5-12.7-3-2(正三角形排列)管長：3.0m管數(shù)：56管子(碳鋼)尺寸：25x2.5mm校核：由于全凝器的熱負(fù)荷Q有最大值，所以需要對(duì)它進(jìn)行校核。40c時(shí)水的參數(shù)如下：PL=992.2Kg/m3;N=65.60父10Pa/s;九=0.6338w/m2cCp=4.174KJ/(kg*k)Vs1.1QCp水At1.1383.654.174(40-20)=5.055kg/sUi二Vs_4V水AI二djn：45.055二0.022569

50、92.2=0.2896m/sRei=uidii/=0.2896992.20.02/0.656103)=8760.4Pr=c/，=4.1740.656/0.6338=4.32p管程傳熱系數(shù)：hi=0.023,Rei0.8Pr0.4=1865.8di雷諾數(shù)：化工原理上冊(cè)P24(1-42)管道傳熱系數(shù)：化工原理上冊(cè)P155(4-53b)ts=78.38七，壁溫tw=40七，&=38.38七，膜溫ts+tw=59.192J-0.468810JPas,=0.6594W/(m2s),W=971.02103J/kg,：L=770kg/m3管間的傳熱系數(shù):ho=0.725：2gr管間傳熱系數(shù)：板式精儲(chǔ)

51、塔設(shè)計(jì)P101(4-4)1一l0.65943M7702M9.81父971.02父1037=0.725I=5615、0.025父0.4688M104M38.38i壁面污垢系數(shù)：Rso=Rsi=0.000176m2C/w總傳熱系數(shù):支一+Rso+Rsi3dif251865.8202510.0001760.000176一:2056151''=803.8總傳熱系數(shù)：化工原理上冊(cè)P179(4-117)則傳熱面積A=1.1乂383.65_=11.02m2<12.7m2,803.81047.66換熱器符合要求。（四）冷卻器取水進(jìn)口溫度為20C,水的出口溫度為35C；塔頂全凝器出來的有機(jī)液（質(zhì)量分率93%勺乙醇溶液）D=0.11343Kg/s;溫度為78