15000t年的甲醇-水精餾填料塔設(shè)計(jì)

1、目錄一 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295912702 任務(wù)分配 PAGEREF _Toc295912702 h 5 HYPERLINK l _Toc295912703 一、填料塔設(shè)計(jì)說明書 PAGEREF _Toc295912703 h 5 HYPERLINK l _Toc295912704 二、換熱器設(shè)計(jì)說明書 PAGEREF _Toc295912704 h 5 HYPERLINK l _Toc295912705 三、圖紙?jiān)O(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912705 h 5 HYPERLINK l _Toc295912706 一填料精餾塔設(shè)計(jì) PAG

2、EREF _Toc295912706 h 6 HYPERLINK l _Toc295912707 精餾填料塔設(shè)計(jì)任務(wù)書 PAGEREF _Toc295912707 h 6 HYPERLINK l _Toc295912708 一 設(shè)計(jì)題目： PAGEREF _Toc295912708 h 6 HYPERLINK l _Toc295912709 二設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 PAGEREF _Toc295912709 h 6 HYPERLINK l _Toc295912710 三設(shè)計(jì)內(nèi)容 PAGEREF _Toc295912710 h 6 HYPERLINK l _Toc295912711 第一節(jié) 概述

3、PAGEREF _Toc295912711 h 7 HYPERLINK l _Toc295912712 1. 1設(shè)計(jì)題目及要求 PAGEREF _Toc295912712 h 7 HYPERLINK l _Toc295912713 1. 1. 1設(shè)計(jì)題目： PAGEREF _Toc295912713 h 7 HYPERLINK l _Toc295912714 1. 2設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容 PAGEREF _Toc295912714 h 7 HYPERLINK l _Toc295912715 設(shè)計(jì)條件： PAGEREF _Toc295912715 h 7 HYPERLINK l _Toc2959127

4、16 設(shè)計(jì)內(nèi)容： PAGEREF _Toc295912716 h 7 HYPERLINK l _Toc295912717 第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案確實(shí)定 PAGEREF _Toc295912717 h 8 HYPERLINK l _Toc295912718 2.1操作條件確實(shí)定 PAGEREF _Toc295912718 h 8 HYPERLINK l _Toc295912719 操作壓力 PAGEREF _Toc295912719 h 8 HYPERLINK l _Toc295912720 2.1.2 進(jìn)料狀態(tài) PAGEREF _Toc295912720 h 8 HYPERLINK l _Toc29

5、5912721 加熱方式 PAGEREF _Toc295912721 h 8 HYPERLINK l _Toc295912722 冷卻劑與出口溫度 PAGEREF _Toc295912722 h 9 HYPERLINK l _Toc295912723 2.2確定設(shè)計(jì)方案的原那么 PAGEREF _Toc295912723 h 9 HYPERLINK l _Toc295912724 第三節(jié) 精餾操作對塔設(shè)備的要求和類型 PAGEREF _Toc295912724 h 10 HYPERLINK l _Toc295912725 3.1.對塔設(shè)備的要求 PAGEREF _Toc295912725 h

6、10 HYPERLINK l _Toc295912726 3.2填料的類型與選擇 PAGEREF _Toc295912726 h 10 HYPERLINK l _Toc295912727 填料的類型： PAGEREF _Toc295912727 h 10 HYPERLINK l _Toc295912728 第四節(jié) 符號說明 PAGEREF _Toc295912728 h 12 HYPERLINK l _Toc295912729 第五節(jié) 物料衡算及物性參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc295912729 h 13 HYPERLINK l _Toc295912730 5.1物料衡算 PAGEREF

7、 _Toc295912730 h 13 HYPERLINK l _Toc295912731 原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 PAGEREF _Toc295912731 h 13 HYPERLINK l _Toc295912732 物料衡算 PAGEREF _Toc295912732 h 13 HYPERLINK l _Toc295912733 5.2物性參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc295912733 h 13 HYPERLINK l _Toc295912734 原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 PAGEREF _Toc295912734 h 13 HYPERLINK l _To

8、c295912735 操作壓力的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912735 h 14 HYPERLINK l _Toc295912736 操作溫度的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912736 h 14 HYPERLINK l _Toc295912737 平均密度的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912737 h 15 HYPERLINK l _Toc295912738 第六節(jié) 塔板數(shù)確實(shí)定 PAGEREF _Toc295912738 h 16 HYPERLINK l _Toc295912739 6.1理論板層數(shù)NT的求取 PAGEREF _Toc295912739 h 16 H

9、YPERLINK l _Toc295912740 第七節(jié) 填料塔工藝尺寸的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912740 h 17 HYPERLINK l _Toc295912741 7.1塔徑的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912741 h 17 HYPERLINK l _Toc295912742 精餾段塔徑計(jì)算 PAGEREF _Toc295912742 h 17 HYPERLINK l _Toc295912743 提餾段塔徑計(jì)算 PAGEREF _Toc295912743 h 18 HYPERLINK l _Toc295912744 7.2塔徑確實(shí)定 PAGEREF _Toc29

10、5912744 h 19 HYPERLINK l _Toc295912745 7.3液體噴淋密度及空塔氣速核算結(jié)果 PAGEREF _Toc295912745 h 19 HYPERLINK l _Toc295912746 7.4 精餾塔有效高度的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912746 h 19 HYPERLINK l _Toc295912747 第八節(jié) 接管尺寸計(jì)算 PAGEREF _Toc295912747 h 20 HYPERLINK l _Toc295912748 8.1 進(jìn)料管 PAGEREF _Toc295912748 h 20 HYPERLINK l _Toc295912

11、749 8.2 塔頂蒸汽管 PAGEREF _Toc295912749 h 20 HYPERLINK l _Toc295912750 8.3 回流管 PAGEREF _Toc295912750 h 20 HYPERLINK l _Toc295912751 8.4 釜液出口管 PAGEREF _Toc295912751 h 21 HYPERLINK l _Toc295912752 8.5 塔底經(jīng)再沸器后蒸汽出口管接 PAGEREF _Toc295912752 h 21 HYPERLINK l _Toc295912753 第九節(jié) 強(qiáng)度校核計(jì)算 PAGEREF _Toc295912753 h 21

12、HYPERLINK l _Toc295912754 9.1精餾塔塔體材料、內(nèi)徑、壁厚和強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc295912754 h 21 HYPERLINK l _Toc295912755 精餾塔塔體材料的選擇 PAGEREF _Toc295912755 h 21 HYPERLINK l _Toc295912756 精餾塔的內(nèi)徑 PAGEREF _Toc295912756 h 21 HYPERLINK l _Toc295912757 壁厚的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912757 h 22 HYPERLINK l _Toc295912758 強(qiáng)度校核 PAGEREF _To

13、c295912758 h 22 HYPERLINK l _Toc295912759 9.2封頭的選型依據(jù)，材料及尺寸規(guī)格 PAGEREF _Toc295912759 h 22 HYPERLINK l _Toc295912760 封頭的選型依據(jù) PAGEREF _Toc295912760 h 22 HYPERLINK l _Toc295912761 封頭材料的選擇 PAGEREF _Toc295912761 h 23 HYPERLINK l _Toc295912762 封頭的高 PAGEREF _Toc295912762 h 23 HYPERLINK l _Toc295912763 封頭的壁厚

14、PAGEREF _Toc295912763 h 23 HYPERLINK l _Toc295912764 9.3塔體各局部高度設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912764 h 24 HYPERLINK l _Toc295912765 9.4 開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法 PAGEREF _Toc295912765 h 24 HYPERLINK l _Toc295912766 9.5開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912766 h 25 HYPERLINK l _Toc295912767 9.6塔體手孔及人孔的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912767 h 25 HYPERLINK

15、 l _Toc295912768 9.7支座設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912768 h 25 HYPERLINK l _Toc295912769 9.7.1 填料塔塔體質(zhì)量： PAGEREF _Toc295912769 h 25 HYPERLINK l _Toc295912770 封頭質(zhì)量： PAGEREF _Toc295912770 h 25 HYPERLINK l _Toc295912771 9.7.3 塔內(nèi)物料質(zhì)量估算 PAGEREF _Toc295912771 h 26 HYPERLINK l _Toc295912772 9.7.4 附件質(zhì)量 PAGEREF _Toc2959

16、12772 h 26 HYPERLINK l _Toc295912773 設(shè)備總質(zhì)量 PAGEREF _Toc295912773 h 26 HYPERLINK l _Toc295912774 第十節(jié) 填料層的分段及壓降計(jì)算 PAGEREF _Toc295912774 h 26 HYPERLINK l _Toc295912775 10.1 填料層的分段 PAGEREF _Toc295912775 h 26 HYPERLINK l _Toc295912776 10.2壓降的計(jì)算 PAGEREF _Toc295912776 h 27 HYPERLINK l _Toc295912777 11.1塔內(nèi)件

17、的類型 PAGEREF _Toc295912777 h 27 HYPERLINK l _Toc295912778 11.2液體分布器的簡要設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912778 h 28 HYPERLINK l _Toc295912779 液體分布器的選型 PAGEREF _Toc295912779 h 28 HYPERLINK l _Toc295912780 分布點(diǎn)密度計(jì)算 PAGEREF _Toc295912780 h 28 HYPERLINK l _Toc295912781 11.3液布計(jì)算 PAGEREF _Toc295912781 h 29 HYPERLINK l _Toc

18、295912782 第十二節(jié) 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc295912782 h 30 HYPERLINK l _Toc295912783 第十三節(jié) 設(shè)計(jì)評述 PAGEREF _Toc295912783 h 30目錄二 HYPERLINK l _Toc295912784 換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書 PAGEREF _Toc295912784 h 31 HYPERLINK l _Toc295912785 一設(shè)計(jì)題目 PAGEREF _Toc295912785 h 31 HYPERLINK l _Toc295912786 二設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 PAGEREF _Toc295912786 h

19、31 HYPERLINK l _Toc295912787 三設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc295912787 h 31 HYPERLINK l _Toc295912788 符號說明 PAGEREF _Toc295912788 h 32 HYPERLINK l _Toc295912789 第一節(jié) 概述 PAGEREF _Toc295912789 h 32 HYPERLINK l _Toc295912790 1.1換熱器概述1 PAGEREF _Toc295912790 h 32 HYPERLINK l _Toc295912791 1.2.列管式換熱器概述1 PAGEREF _Toc29591

20、2791 h 33 HYPERLINK l _Toc295912792 1.3列管式換熱器的設(shè)計(jì)原那么2 PAGEREF _Toc295912792 h 34 HYPERLINK l _Toc295912793 1.3.1 流動空間的選擇 PAGEREF _Toc295912793 h 35 HYPERLINK l _Toc295912794 1.3.2 流速的選擇 PAGEREF _Toc295912794 h 35 HYPERLINK l _Toc295912795 1.4 傳熱管排列和分程方法13 PAGEREF _Toc295912795 h 36 HYPERLINK l _Toc29

21、5912796 第二節(jié) 工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295912796 h 37 HYPERLINK l _Toc295912797 2.1確定設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc295912797 h 37 HYPERLINK l _Toc295912798 選擇換熱器的類型4 PAGEREF _Toc295912798 h 37 HYPERLINK l _Toc295912799 流程安排 PAGEREF _Toc295912799 h 37 HYPERLINK l _Toc295912800 2.2 確定物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc295912800 h 38 H

22、YPERLINK l _Toc295912801 2.3估算傳熱面積 PAGEREF _Toc295912801 h 38 HYPERLINK l _Toc295912802 計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水流量 PAGEREF _Toc295912802 h 38 HYPERLINK l _Toc295912803 計(jì)算兩流體的平均傳熱溫差 PAGEREF _Toc295912803 h 39 HYPERLINK l _Toc295912804 估算傳熱面積 PAGEREF _Toc295912804 h 39 HYPERLINK l _Toc295912805 2.4主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸 PAGERE

23、F _Toc295912805 h 40 HYPERLINK l _Toc295912806 管徑和管內(nèi)流速 PAGEREF _Toc295912806 h 40 HYPERLINK l _Toc295912807 管程數(shù)和傳熱管數(shù) PAGEREF _Toc295912807 h 40 HYPERLINK l _Toc295912808 傳熱管的排列和分程方法 PAGEREF _Toc295912808 h 41 HYPERLINK l _Toc295912809 殼體內(nèi)徑 PAGEREF _Toc295912809 h 41 HYPERLINK l _Toc295912810 折流板 PAG

24、EREF _Toc295912810 h 42 HYPERLINK l _Toc295912811 2.4.6 拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定 PAGEREF _Toc295912811 h 42 HYPERLINK l _Toc295912812 接管 PAGEREF _Toc295912812 h 42 HYPERLINK l _Toc295912813 換熱器的結(jié)構(gòu)根本參數(shù) PAGEREF _Toc295912813 h 43 HYPERLINK l _Toc295912814 2.5換熱器主要傳熱參數(shù)核算 PAGEREF _Toc295912814 h 43 HYPERLINK l _

25、Toc295912815 熱流量核算 PAGEREF _Toc295912815 h 43 HYPERLINK l _Toc295912816 2.5.1.1 殼程對流傳熱系數(shù) PAGEREF _Toc295912816 h 43 HYPERLINK l _Toc295912817 管程對流傳熱系數(shù) PAGEREF _Toc295912817 h 44 HYPERLINK l _Toc295912818 污垢熱阻和管壁熱阻 PAGEREF _Toc295912818 h 45 HYPERLINK l _Toc295912819 壁溫核算 PAGEREF _Toc295912819 h 46 H

26、YPERLINK l _Toc295912820 換熱器內(nèi)流體的流動阻力壓強(qiáng)降 PAGEREF _Toc295912820 h 46 HYPERLINK l _Toc295912821 管程流動阻力 PAGEREF _Toc295912821 h 46 HYPERLINK l _Toc295912822 殼程流動阻力壓強(qiáng)降 PAGEREF _Toc295912822 h 48 HYPERLINK l _Toc295912823 第三節(jié) 強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc295912823 h 50 HYPERLINK l _Toc295912824 3.1前端管箱封頭計(jì)算 PAGEREF _T

27、oc295912824 h 50 HYPERLINK l _Toc295912825 計(jì)算條件 PAGEREF _Toc295912825 h 50 HYPERLINK l _Toc295912826 厚度及重量計(jì)算 PAGEREF _Toc295912826 h 50 HYPERLINK l _Toc295912827 壓力及應(yīng)力計(jì)算 PAGEREF _Toc295912827 h 50 HYPERLINK l _Toc295912828 3.2前端管箱筒體計(jì)算 PAGEREF _Toc295912828 h 51 HYPERLINK l _Toc295912829 計(jì)算條件： PAGERE

28、F _Toc295912829 h 51 HYPERLINK l _Toc295912830 厚度及重量計(jì)算 PAGEREF _Toc295912830 h 51 HYPERLINK l _Toc295912831 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 PAGEREF _Toc295912831 h 52 HYPERLINK l _Toc295912832 壓力及應(yīng)力計(jì)算 PAGEREF _Toc295912832 h 52 HYPERLINK l _Toc295912833 3.3殼程筒體計(jì)算 PAGEREF _Toc295912833 h 52 HYPERLINK l _Toc295912834 計(jì)算條件：

29、 PAGEREF _Toc295912834 h 52 HYPERLINK l _Toc295912835 厚度及重量計(jì)算 PAGEREF _Toc295912835 h 53 HYPERLINK l _Toc295912836 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 PAGEREF _Toc295912836 h 53 HYPERLINK l _Toc295912837 壓力及應(yīng)力計(jì)算 PAGEREF _Toc295912837 h 53 HYPERLINK l _Toc295912838 3.4開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 PAGEREF _Toc295912838 h 54 HYPERLINK l _Toc29591283

30、9 計(jì)算條件 PAGEREF _Toc295912839 h 54 HYPERLINK l _Toc295912840 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 PAGEREF _Toc295912840 h 54 HYPERLINK l _Toc295912841 第三節(jié) 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 PAGEREF _Toc295912841 h 55 HYPERLINK l _Toc295912842 第四節(jié) 自我評價(jià) PAGEREF _Toc295912842 h 57 HYPERLINK l _Toc295912843 主要參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295912843 h 58 HYPERLINK l

31、_Toc295912844 附： PAGEREF _Toc295912844 h 58任務(wù)分配一、填料塔設(shè)計(jì)說明書 填料塔的計(jì)算 吳華春撰寫論文及輔助工作 易堅(jiān)二、換熱器設(shè)計(jì)說明書換熱器計(jì)算 歐陽文宇撰寫論文及輔助工作 彭小豹三、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)填料塔圖 吳群流程圖 周雅娟換熱器 李欣填料精餾塔設(shè)計(jì)精餾填料塔設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：15000t/年的甲醇-水精餾填料塔設(shè)計(jì)二設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、設(shè)備型號 ：精餾填料塔。2、操作條件 ：1操作壓力 ：常壓。2進(jìn)料熱狀態(tài) ：泡點(diǎn)。3塔底加熱蒸汽壓 ：0.3Mpa表壓。4每年按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。 3 、建廠地址 天津地區(qū)三設(shè)計(jì)內(nèi)容1.精餾塔的物料

32、衡算2.塔板數(shù)確實(shí)定3.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算5.填料層壓降的計(jì)算6.液體分布器簡要設(shè)計(jì)7.精餾接管尺寸計(jì)算8.繪制生產(chǎn)工藝流程圖9.繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖10.繪制液體分布器施工圖 第一節(jié) 概述1. 1設(shè)計(jì)題目及要求1. 1. 1設(shè)計(jì)題目：在抗生素類藥物生產(chǎn)過程中，需要用甲醇溶液媒洗滌晶體，洗滌過濾后產(chǎn)生廢甲醇溶液媒，其組成為含甲醇46%，水54%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另含有少量的藥物顆粒。為使廢甲醇重復(fù)利用，擬建立一套填料精餾塔，以對廢甲醇媒進(jìn)行精餾，得到含水量小于或等于0.3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲醇溶液。設(shè)計(jì)要求廢甲醇媒的處理量為15000噸/年，塔底廢水中甲醇含量小

33、于或等于0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)1. 2設(shè)計(jì)條件及內(nèi)容設(shè)計(jì)條件：1處理量：15000t/年；2料液組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)：46%3塔頂產(chǎn)品組成質(zhì)量分?jǐn)?shù)：98.7% 4.工作生產(chǎn)時(shí)間：300天設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)方案確實(shí)定：1常壓精餾；2進(jìn)料狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料；3加熱方式：塔底間接加熱，塔頂全凝；4熱能的利用。工藝計(jì)算：1物料衡算；2熱量衡算；3回流比確實(shí)定；4理論塔板數(shù)確實(shí)定。 塔板及其塔的主要尺寸的設(shè)計(jì)：1塔板間距確實(shí)定；2塔徑確實(shí)定；3塔板的布置及其板上流流程確實(shí)定。4. 流體力學(xué)的計(jì)算及其有關(guān)水力性質(zhì)的校核。板式精餾塔輔助設(shè)備的選型。繪制帶控制的點(diǎn)工藝流程圖及精餾塔設(shè)備的條件圖。第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案確實(shí)定2.1操作條件

34、確實(shí)定操作壓力 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別離相對揮發(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。對于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，那么應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時(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?。有時(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，那么在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(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

35、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)塔的操作比擬容易控制，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。假設(shè)塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對揮發(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，對塔底

36、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)，溶液的相對揮發(fā)度很大，容易別離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)采用直接蒸汽加熱是適宜的。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50，否那么溶于水中的無機(jī)鹽將析出

37、，生成水垢附著在換熱器的外表而影響傳熱。2.2確定設(shè)計(jì)方案的原那么確定設(shè)計(jì)方案總的原那么是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)到達(dá)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)、平安、低消耗的原那么。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)： (1) 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品到達(dá)任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)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

38、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。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，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 (2) 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，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的上下，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，即對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。 降低生產(chǎn)本錢是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利

39、用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得適宜等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最正確方案。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充分、價(jià)廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。 (3) 保證平安生產(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)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要平安裝置。以上三項(xiàng)原那么在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對第一個(gè)原那么應(yīng)作較多的考慮，對第二個(gè)原那么只作定性的考慮，而對第三個(gè)原那么只要求作

40、一般的考慮。第三節(jié) 精餾操作對塔設(shè)備的要求和類型3.1.對塔設(shè)備的要求為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備以下各種根本要求： 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。 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)省動力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對于減壓精餾操作，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，

41、方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 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。3.2填料的類型與選擇填料的類型：填料是填料塔的核心構(gòu)件，是填料塔中氣液接觸的根本構(gòu)件，它提供了塔內(nèi)氣液兩相接觸而進(jìn)行傳質(zhì)或傳熱的外表，與塔的結(jié)構(gòu)一起決定了填料塔的性能?，F(xiàn)代工業(yè)填料大體可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類，而按裝填方式可分為亂堆填料與規(guī)整填料。1亂堆填料1 拉西環(huán):拉西環(huán)是與1914年最早使用的人造填料 ，它是一段高度和外徑相等的短管，可用陶瓷和金屬制造，拉西環(huán)形狀簡單，制造容易，

42、其流體力學(xué)和傳質(zhì)方面的特性比擬清楚 ，曾得到極為廣泛的應(yīng)用。 但是由于其存在較嚴(yán)重的塔壁偏流和溝流現(xiàn)象，傳質(zhì)效率很低。2鮑爾環(huán):鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的根底上開展起來的，是近期具有代表性的一種填料，它的構(gòu)造是在拉西環(huán)的壁上沿周向沖出一層或兩層長方形小孔，但小孔的母材不脫離圓環(huán)，而是將其向內(nèi)彎向環(huán)的中心，此構(gòu)造提高了環(huán)內(nèi)空間和環(huán)內(nèi)外表的有效利用程度，使氣體流動阻力大為降低 。鮑爾環(huán)上的兩層方孔是錯開的，在堆積時(shí)即使相鄰填料形成線接觸，也不會阻礙氣液兩相的流動，不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的偏流和溝流現(xiàn)象。因而它是今年來國內(nèi)外一致公認(rèn)的性能優(yōu)良的填料 應(yīng)用越來越廣泛。 3階梯環(huán):階梯環(huán)填料的構(gòu)造與鮑爾環(huán)相似，環(huán)壁上開

43、有長方形孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯45度的十字形翅片，階梯環(huán)比鮑爾環(huán)短，高度通常只有直徑的一半，階梯環(huán)的一端通常制成喇叭口形狀。 因此，在填料層中填料之間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻且空隙率大，可使填料的外表積得以充分利用，使壓降降低，與鮑爾環(huán)相比，氣體流動阻力可降低25%左右，生產(chǎn)能力可提高10% ，傳質(zhì)效果更好 4矩鞍形:矩鞍形填料又稱英特洛克斯鞍，這種填料結(jié)構(gòu)不對稱，填料兩面大小不等，堆積時(shí)不會重疊，填料層的均勻性大為提高，矩鞍形填料的流動阻力小 ，處理能力大，各方面性能雖不如鮑爾環(huán)。仍不失為一種性能優(yōu)良的填料，矩鞍形制造比鮑爾環(huán)方便。5金屬英特洛克斯填料:金屬英特洛克斯填料把環(huán)形結(jié)構(gòu)和鞍形結(jié)構(gòu)結(jié)合在一

44、起，氣體壓降低，可用于真空精餾，處理能力大，填料外表的液膜更新好，傳質(zhì)單元高度明顯低于瓷制矩鞍填料 是現(xiàn)代工業(yè)上性能優(yōu)良的一種散裝填料。 6網(wǎng)體填料:上述幾種材料都是用實(shí)體材料制成的，此外 還有一類以金屬網(wǎng)或多孔金屬片尾根本材料制成的填料，通稱為網(wǎng)體填料，網(wǎng)體填料也可制成不同形狀 ，如鞍形網(wǎng)等 。 網(wǎng)體填料特點(diǎn)是網(wǎng)材薄，填料尺寸小，比外表積和空隙率都很大，液體均布能力強(qiáng) 。因此，網(wǎng)體填料的氣體阻力小，傳質(zhì)效率高，但是這種填料的造價(jià)太高，在大型的工業(yè)生產(chǎn)上難以應(yīng)用。2規(guī)整填料 規(guī)整填料是將金屬網(wǎng)或多孔板壓制成波紋狀并疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)，對大直徑的塔，可分塊拼成圓筒形砌入塔內(nèi) 。這種填料不但空

45、隙率高，壓降低 ，而且液體按預(yù)分布器設(shè)定的途徑流下，只要液體的初始分布均勻，全塔填料層的液體分布良好，克服了大塔的放大效應(yīng)，傳質(zhì)性能高，但填料造價(jià)高，易被雜物堵塞且難以清洗。 目前，絲網(wǎng)波紋和板波紋填料已較廣泛的用于別離要求高的精餾塔中。 3填料選擇選擇標(biāo)準(zhǔn) ：填料性能的優(yōu)劣，主要取決于：1有較大的比外表積m2/m32液體在填料外表有較好的均勻分布性能3氣流能在填料層中均勻分布4填料具有較大的空隙率5選擇填料時(shí)還應(yīng)考慮其機(jī)械強(qiáng)度 來源 制造及價(jià)格等因素綜合考慮 選用階梯環(huán)的效果比擬好，由于陶瓷填料一般用于腐蝕性介質(zhì)，尤其可以耐高溫 ，但較易破碎，金屬填料可耐高溫，鞏固耐用，但不耐腐蝕，假設(shè)用不

46、銹鋼材料制成，可用于腐蝕性材料，但價(jià)格昂貴。而塑料填料，具有價(jià)格廉價(jià)，性能穩(wěn)定，耐腐蝕 。所以選用塑料階梯環(huán)。4填料規(guī)格的選擇 填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比外表積散裝填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用散裝填料主要：Dg16 Dg25,Dg38 Dg50,Dg76 ,等幾種規(guī)格,同類填料 ,尺寸越小 ,別離效率越高,但阻力增加,通量減少,填料費(fèi)用也增加很多，但大尺寸的填料應(yīng)用于小塔徑中又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的別離效率降低，因此對塔徑與填料尺寸的比值有一定的規(guī)定，具體見下表： 表1 塔徑與填料公稱比值的比值D/d的值的推薦填料種類D/d推薦值填料種類D/d推薦值拉西環(huán)2030階梯環(huán)8鞍環(huán)1

47、5環(huán)距鞍8鮑爾環(huán)1015結(jié)合后面塔直徑的計(jì)算。本設(shè)計(jì)選擇塑料階梯環(huán)Dg50第四節(jié) 符號說明C負(fù)荷因子 無因次C20外表張力為20mN/m的負(fù)荷因子D塔徑 mR回流比Rmin最小回流比M平均摩爾質(zhì)量 kg/kmoltm平均溫度 g重力加速度 9.81m/s2P操作壓力 KPaP每層塔壓降 KpaPF進(jìn)料板壓力Pm精餾段平均壓力PW塔釜板壓力Pm提餾段平均壓力 理論板層數(shù)u空塔氣速 m/sV氣體體積流量 m3/sL液體流量Z 填料塔的有效高度 m液體摩爾分?jǐn)?shù)氣體摩爾分?jǐn)?shù)F進(jìn)料摩爾數(shù)D塔頂摩爾數(shù)W塔釜摩爾數(shù)第五節(jié) 物料衡算及物性參數(shù)計(jì)算5.1物料衡算原料液及其塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量為

48、：32.04水的摩爾質(zhì)量為： 18.01 物料衡算廢甲醇溶液媒的處理量為15000噸/年，每年按300天工作日計(jì)。原料的處理量：總物料衡算 甲醇物料衡算 聯(lián)立解得 5.2物性參數(shù)計(jì)算原料液及其塔頂與塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量a. 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由xD=y1=0.9946 查平衡曲線(圖一)得 x1=0.986MVDm=0.994632.04+(1-0.9946)18.01=31.96kg/molb. 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由yF=0.765 查平衡曲線(圖一)得 x1=0.46MVFm=0.76532.04+(1-0.765)18.01=28.74kg/molc. 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由y1

49、=0.015 查平衡曲線(圖一)得 x1=0.00282MVWm=0.01532.04+(1-0.015)18.01=18.22kg/mold. 精餾段平均摩爾質(zhì)量MVm=(31.96+28.74)/2=30.35kg/molMLm=(31.84+24.46)/2=28.15kg/moljne. 提餾段平均摩爾質(zhì)量MVm=(28.74+18.22)/2=23.4kg/molMLm=(24.46+18.14)/2=21.3kg/mol操作壓力的計(jì)算設(shè)每層塔壓降： P=0.9KPa一般情演況下，板式塔的每一個(gè)理論級壓降約在0.41.1kPa進(jìn)料板壓力： PF=101.3+90.9=108.4(KP

50、a)精餾段平均壓力：Pm=(101.3+108.4)/2=104.85(KPa)塔釜板壓力： PW=101.3+130.9=113 (KPa)提餾段平均壓力：Pm=(108.4+113)/2=110.7(KPa)操作溫度的計(jì)算表2 安托尼系數(shù)安托尼系數(shù)ABCMinMaxH2O7.074061657.46227.0210168CH3OH7.197361574.99238.23-1691查表可得H2O的安托尼方程： lgPAO=7.07406-1657.46/(tA+227.02)CH3OH的安托尼方程： lgPBO=7.19736-1574.99/(tB+238.86)甲醇的tBlg101.3=

51、7.19736-1574.99/(tB+238.86)tB=64.5()由泡點(diǎn)方程試差可得當(dāng) tD=67.0時(shí) Kixi1同理可求出 tF=85.2時(shí) Kixi1tW=103.2時(shí) Kixi1所以 塔頂溫度 tD=67.0 進(jìn)料板溫度 tF=85.2 塔釜溫度 tW=103.2精餾段平均溫度 tm=(67.0+85.2)/2=76.1()提餾段平均溫度 tm=(103.2+85.2)=94.2()平均密度的計(jì)算a. 精餾段平均密度的計(jì)算氣相由理想氣體狀態(tài)方程得Vm=PmMvw/RTm=(104.8530.35)/8.314(273.15+76.1)=1.10kg/m3液相查可得tD=67.0時(shí)

52、 A979.4kg/m3 B=750.0kg/m3tF=85.2時(shí) A968.5kg/m3 B=735.0kg/m3LDm=1/(0.9946/750.0+0.0054/979.4)=750.95kg/m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率A=(0.4632.04)/(0.4632.04+0.5418.01)=0.602 LFm=1/(0.602/735.0+0.398/968.5)=813.0kg/m3精餾段液相平均密度為Lm=(750.95+813.0)/2=782kg/m3b. 提餾段平均密度的計(jì)算 氣相由理想氣體狀態(tài)方程得Vm=PmMvw/RTm=(110.723.4)/8.314(273.15+9

53、4.2)=0.848kg/m3 液相查可得tw=103.2時(shí) A956.1kg/m3 B=720.0kg/m3A=(0.0028232.04)/(0.0028232.04+0.9971818.01)=0.005Lwm=1/(0.005/720.0+0.995/956.18)=954.61kg/m3提餾段平均密度Lm=(954.61+813.0)/2=883.8kg/m3第六節(jié) 塔板數(shù)確實(shí)定6.1理論板層數(shù)NT的求取因?yàn)榧状寂c水屬于理想物系，可采用圖解法求解見相平衡圖11最小回流比及其操作回流比的求解：y=0.768，x=0.46Rmin=(xD-y)/(y-x)=(0.9946-0.768)/

54、(0.768-0.46)=0.736取操作回流比為：R=1.8Rmin=1.80.736=1.325a精餾塔的氣、液相負(fù)荷L=RD=1.32518.66=24.72kmol/hV=(R+1)D=2.32518.66=43.38kmol/hL=L+F=24.72+65.02=89.74kmol/hV=V=43.38kmol/hb精餾段、提餾段操作線方程精餾段操作線：y=L/Vx+D/Vxd=0.57x+0.428提餾段操作線：y=L/VxW/Vxw=2.069x-0.003c圖解法求理論塔板層數(shù)表3 汽液平衡數(shù)據(jù)表xyxyxy0.000.0000.150.5170.700.8700.020.13

55、40.200.5790.800.9150.040.2340.300.6650.900.9580.060.3040.400.7290.950.9790.080.3650.500.7791.001.0000.100.4180.600.825根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)畫出如下的平衡曲線圖，圖1平衡曲線圖從圖一所示，可求得結(jié)果：總理論塔板數(shù)NT為13塊(包括再沸器),進(jìn)料板位置NF為自塔頂數(shù)起第9塊第七節(jié) 填料塔工藝尺寸的計(jì)算7.1塔徑的計(jì)算由上面可知精餾段 L=24.72kmol/h V=43.381kmol/h采用氣相負(fù)荷因子法計(jì)算適宜的空塔速率精餾段塔徑計(jì)算 液相質(zhì)量流量為氣相質(zhì)量流量為流動參數(shù)為圖2 波

56、紋管填料的最大負(fù)荷因子查上圖可知由 得所以 提餾段塔徑計(jì)算 液相質(zhì)量流量為氣相質(zhì)量流量為流動參數(shù)為查上圖可知, 由 得所以 7.2塔徑確實(shí)定比擬精餾段與提鎦段計(jì)算結(jié)果，二者根本相同。圓整塔徑，取D=500 mm7.3液體噴淋密度及空塔氣速核算結(jié)果精餾段液體噴淋密度為精餾段空塔氣速為提餾段液體噴淋密度為精餾段空塔氣速為7.4 精餾塔有效高度的計(jì)算填料層高度計(jì)算采用理論板當(dāng)量高度法。對500Y金屬孔板波紋管填料，查表可知，每米填料理論板數(shù)為4-4.5塊，取n=4。那么 HETP=1/4=0.25精餾段高度為 Z精=N精-1HT=9-10.40=3.2 m Z1=1.25*3.2=4m提餾段高度為

57、Z提=N提-1HT=4-10.40=1.2 m Z2=1.25*1.2=1.5m在進(jìn)料板上方開一個(gè)人孔，其高度為0.8 m故精餾塔有效高度為Z=Z精+Z提+0.5=4+1.5+0.8=6.3m第八節(jié) 接管尺寸計(jì)算8.1 進(jìn)料管進(jìn)料流率F=65.02kmol/h，此時(shí)平均分子量為24.46，密度為813.0。進(jìn)料體積流率=1.96，取管內(nèi)流速0.6因此進(jìn)料管管徑=0.034m8.2 塔頂蒸汽管 塔頂蒸汽出口流率V=43.38 kmol/h，平均分子量為28.74，密度1.10。體積流率=750.9。取蒸汽流速為20那么=0.115m8.3 回流管 回流液流率L為24.72kmol/h, 平均分子

58、量為28.15,密度為782.0。 =0.94，取回流管流速，所以8.4 釜液出口管 釜液流率W=46.36kmol/h，平均分子量為18.14，密度為954.6，=0.881。取釜液在管內(nèi)流速0.8因此=0.020m8.5 塔底經(jīng)再沸器后蒸汽出口管接 蒸汽流率=43.38kmol/h平均分子量為18.22密度為0.848，=932.06，取蒸汽在管內(nèi)流速為16，那么第九節(jié) 強(qiáng)度校核計(jì)算9.1精餾塔塔體材料、內(nèi)徑、壁厚和強(qiáng)度校核9.1.1精餾塔塔體材料的選擇精餾塔塔體材料：，依據(jù)：我們的操作壓力是1.03，最大的操作溫度為103.2，并且所要別離的物質(zhì)是乙醇和水，對材料的腐蝕性不大，在滿足條件

59、的材料中的價(jià)格相對廉價(jià)，所以選擇。9.1.2精餾塔的內(nèi)徑 9.1.3壁厚的計(jì)算當(dāng)在616mm的范圍內(nèi)時(shí)，操作壓力，設(shè)計(jì)壓力為： ， 選取雙面焊無損檢測的比例為全部，所以計(jì)算壁厚：，取=0.6 ，=2，所以圓整后取因?yàn)檫x用材料的設(shè)備最小的壁厚為6mm即9.1.4強(qiáng)度校核(1)求水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力。因?yàn)榈们O限，所以， 又因?yàn)闉?，中較大者，計(jì)算比擬得： 代入得： ，水壓試驗(yàn)滿足要求。9.2封頭的選型依據(jù)，材料及尺寸規(guī)格9.2.1封頭的選型依據(jù)封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭選型依據(jù)：從工藝操作 考慮，對封頭形狀無特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論

60、上應(yīng)對各種凸形封頭進(jìn)行計(jì)算、比擬后，再確定封頭形狀。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過過渡半徑r加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比擬容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。9.2.2封頭材料的選擇 封頭材料：9.2.3封頭的高因?yàn)殚L軸：短軸=2 即：所以其中精餾塔的內(nèi)徑封頭的高直邊高度為：查JB/T4337-95可知9.2.4封頭的壁厚計(jì)算壁厚：對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1取封頭是由整塊鋼板沖壓而成，所以圓整后取強(qiáng)度校核校核筒體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度，