乙醇-水精餾塔浮閥塔課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　乙醇——水混合液精餾塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為分離乙醇-水混合物，采用篩板式精餾塔。精餾塔是提供混合物氣、液兩相接觸條件，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)過程的設(shè)備。它是利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過液相

2、和氣相的回流，使混合物不斷分離，以達(dá)到理想的分離效果。</p><p>　　選擇精餾方案時(shí)因組分的沸點(diǎn)都不高所以選擇常壓，進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，回流是泡點(diǎn)回流。塔頂冷凝方式是采用全凝器，塔釜的加熱方式是使用再沸器。</p><p>　　精餾過程的計(jì)算包括物料衡算，熱量衡算,塔板數(shù)的確定等。然后對精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)包括：塔徑、塔高、溢流裝置。最后進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算、繪制塔板負(fù)荷性能圖。</p>

3、;<p>　　乙醇精餾是生產(chǎn)乙醇中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是重要的化工單元。其工藝路線是否合理、技術(shù)裝備性能之優(yōu)劣、生產(chǎn)管理者及操作技術(shù)素質(zhì)之高低，均影響乙醇生產(chǎn)的產(chǎn)量及品質(zhì)。工業(yè)上用發(fā)酵法和乙烯水化法生產(chǎn)乙醇，單不管用何種方法生產(chǎn)乙醇，精餾都是其必不可少的單元操作。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。5、塔的造價(jià)低。浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及

4、有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p>　　關(guān)鍵詞：乙醇水精餾 浮閥塔 連續(xù)精餾 塔板設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前 言 …………………………………………………………………1</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書………………………………………………

5、……2</p><p>　　1.1、設(shè)計(jì)條件……………………………………………………2</p><p>　　1.2、設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………2</p><p>　　1.3、設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………3</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案確定及流程說明……………………………………5</p&g

6、t;<p>　　第三章 塔板的工藝設(shè)計(jì)………………………………………………7</p><p>　　3.1、全塔物料衡算 ………………………………………………7</p><p>　　3.2、塔內(nèi)混合液物性計(jì)算 ………………………………………8</p><p>　　3.3、適宜回流比 …………………………………………………15</p><

7、;p>　　3.4、溢流裝置 ……………………………………………………21</p><p>　　3.5、塔板布置與浮閥數(shù)目及排列 ………………………………22</p><p>　　3.6、塔板流體力學(xué)計(jì)算 …………………………………………25</p><p>　　3.7、塔板性能負(fù)荷圖 ……………………………………………29</p><p&g

8、t;　　3.8、塔高度確定 …………………………………………………33</p><p>　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)…………………………………………………35</p><p>　　4.1、冷凝器的選擇 ………………………………………………35</p><p>　　4.2、再沸器的選擇 ………………………………………………36</p><p>　　

9、第五章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)………………………………………………38</p><p>　　5.1、輔助容器的設(shè)計(jì)………………………………………………38</p><p>　　5.2、管道設(shè)計(jì)………………………………………………………39</p><p>　　第六章 控制方案………………………………………………………42</p><p>　　第七章

10、設(shè)計(jì)心得與體會………………………………………………42</p><p>　　附錄一 主要符號說明…………………………………………………43</p><p>　　附錄二 塔計(jì)算結(jié)果表…………………………………………………45</p><p>　　附錄三 管路計(jì)算結(jié)果表………………………………………………47</p><p>　　文 獻(xiàn) 綜 述…

11、…………………………………………………………48</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　乙醇（C2H5OH），俗名酒精，是基本的工業(yè)原料之一，與酸堿并重，它作為再生能源猶為受人們的重視。工業(yè)上常用發(fā)酵法（C6H10O5）n和乙烯水化法制取乙醇。乙醇有相當(dāng)廣泛的用途，除用作燃料，制造飲料和香精外，也是一種重要的有機(jī)化工原料，如用乙醇制造乙

12、酸、乙醚等；乙醇又是一種有機(jī)溶劑，用于溶解樹脂，制造涂料。 </p><p>　　要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行的，塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流和從

13、塔頂引入下降液。可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。</p><p>　　浮閥塔與20世紀(jì)50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔型，特別是在石油、化學(xué)工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多種形式，但最常用的形式是F1型和V-4型。F1型浮閥的結(jié)果簡單、制造方便、節(jié)省材料、性能良好

14、，廣泛應(yīng)用在化工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB168-68）內(nèi)，F(xiàn)1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，才用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：1、生產(chǎn)能力大。2、操作彈性大。3、塔板效率高。4、氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小。5、塔的造價(jià)低。浮閥塔不宜處理易結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng)，但對于黏度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮閥塔也能正常操作。</p><p><b>

15、　　一 設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　⑴處理量：106000噸/年</p><p><b>　?、撇僮鳁l件：</b></p><p>　　精餾塔塔頂壓強(qiáng)：1. 03 atm（絕對壓強(qiáng))</p><p>

16、;<b>　　進(jìn)料液狀態(tài)：自選</b></p><p><b>　　回流比：自選</b></p><p>　　加熱蒸汽壓力：低壓蒸汽</p><p>　　單板壓降：75mm液柱</p><p>　　乙醇-水平衡數(shù)據(jù)自查</p><p>　?、且毫辖M成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：45%<

17、;/p><p>　?、人敭a(chǎn)品質(zhì)量組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：93%</p><p>　?、伤斠讚]發(fā)組分回收率：99%</p><p>　?、拭磕陮?shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330天</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　?、啪s塔的物料衡算</b></

18、p><p><b>　?、扑鍞?shù)的確定</b></p><p>　　⑶精餾塔的工藝條件及有關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　⑷精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　?、伤逯饕に嚦叽绲挠?jì)算</p><p>　?、仕宓牧黧w力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b>　

19、　⑺塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p>　?、叹s塔接管尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　?、?工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　?、龠x擇工藝流程和工藝條件</p><p>　　1) 加料方式：貯罐

20、 加料泵 精餾塔。</p><p>　　2) 進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料根據(jù)能量充分合理利用和節(jié)能原則，可利用塔頂蒸汽的冷凝熱對料液進(jìn)行預(yù)熱至沸點(diǎn)。</p><p>　　3) 塔頂蒸汽冷凝方式：在分凝器中利用塔頂蒸汽的冷凝熱對料液進(jìn)行預(yù)熱，飽和液體進(jìn)入回流罐，飽和氣體然后在全凝器中進(jìn)一步冷凝成飽和液體進(jìn)入回流罐。</p><p>　　4) 再沸器加熱方式

21、：間接加熱。</p><p>　　5) 塔頂產(chǎn)品的出料狀態(tài)：塔頂產(chǎn)品冷卻至常溫后進(jìn)產(chǎn)品貯槽。塔底采出物流的能量另作它用。</p><p><b>　?、凭s工藝計(jì)算</b></p><p>　?、?物料衡算確定各物料流量。</p><p><b>　?、诖_定適宜回流比。</b></p>

22、<p><b>　?、蔷s塔設(shè)備設(shè)計(jì)</b></p><p>　　①塔板設(shè)計(jì)和流體力學(xué)計(jì)算</p><p>　　對精餾段和提餾段分別進(jìn)行塔板設(shè)計(jì)和流體力學(xué)計(jì)算。確定溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔盤布置，塔盤流動性能的校核。</p><p>　?、诶L制塔板汽液負(fù)荷性能圖</p><p>　　分別畫出精餾段和提餾段的塔板汽液

23、負(fù)荷性能圖。</p><p>　　③精餾塔機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件</p><p>　　a.接管規(guī)格：根據(jù)流量和流體性質(zhì)，選取經(jīng)驗(yàn)流速，確定進(jìn)料管、塔頂蒸汽管、回流液管、塔釜再沸器進(jìn)液管和蒸汽管的接管規(guī)格。</p><p>　　b.全塔高度：包括上下封頭、裙座高度。</p><p>　?、雀綄僭O(shè)備設(shè)計(jì)和選用</p><p>

24、　　①完成塔底再沸器的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　?、诒眠x型。</b></p><p>　　③換熱器選型：對原料預(yù)熱器、塔頂產(chǎn)品冷卻器等進(jìn)行選型。</p><p>　?、芩斃淠髟O(shè)計(jì)選型：根據(jù)換熱量、回流管內(nèi)流速、冷凝器高度對塔頂冷凝器設(shè)計(jì)選型。</p><p>　?、菰虾彤a(chǎn)品儲罐的設(shè)計(jì)計(jì)算。</

25、p><p>　?、掭斔凸苈返脑O(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　?、呖刂苾x表的選擇參數(shù)。</p><p><b>　　⑧編寫設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)說明書是將本設(shè)計(jì)的詳細(xì)介紹和說明。設(shè)計(jì)說明書應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想闡明設(shè)計(jì)特點(diǎn)，列出設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)，對有關(guān)工藝流程和設(shè)備選型作出技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的論證和評價(jià)。應(yīng)按設(shè)計(jì)程

26、序列出計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，對所選用的物性數(shù)據(jù)和使用的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表應(yīng)注明來歷。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書應(yīng)附有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，精餾塔、塔板結(jié)構(gòu)和再沸器工藝條件圖，計(jì)算機(jī)程序框圖和源程序。</p><p>　　設(shè)計(jì)說明書具體包括以下內(nèi)容：封面；目錄；緒論；工藝流程、設(shè)備及操作條件；塔工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算；塔機(jī)械結(jié)構(gòu)和塔體附件及附屬設(shè)備選型和計(jì)算；設(shè)計(jì)結(jié)果概覽；附錄；參考文獻(xiàn)；設(shè)計(jì)體

27、會等。</p><p><b>　?、蓤D紙</b></p><p><b>　　用2#圖紙繪制</b></p><p>　　帶控制點(diǎn)的工藝流程圖1張；</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案確定及流程說明</p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳

28、質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備取材面廣等。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)的任務(wù)為分離乙醇—水二元混合物，采用連續(xù)精餾流程。本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在

29、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之中?；亓鞅雀鶕?jù)經(jīng)濟(jì)核算得到，且最適宜回流比與最小回流比的關(guān)系范圍為。塔底采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。</p><p><b>　?、?塔板類型選擇</b></p><p>　　浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、造價(jià)低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可以隨氣量的變化自由升降，故操作彈性大；因

30、上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間長，塔板效率高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物性時(shí)，閥片易于塔板粘結(jié)，故操作過程中有時(shí)會發(fā)生閥片脫落和卡死等現(xiàn)象，導(dǎo)致塔板效率下降。但乙醇—水物系屬于不易結(jié)焦、低粘度物系，因而不存在上述問題。綜合考慮各類塔板的優(yōu)缺點(diǎn)和待分離物系特點(diǎn)，確定選擇浮閥塔，類型為常用的F1型。</p><p><b>　?、?操作壓力的選擇</b></p><p

31、>　　條件設(shè)定塔頂操作壓力為常壓，不需設(shè)置真空設(shè)備或加壓設(shè)備。塔底壓力略高于常壓，但非常壓下物系平衡數(shù)據(jù)較難獲得，故在計(jì)算過程中不考慮壓力變化引起的物系組成變化和溫度變化，這是本設(shè)計(jì)的一個(gè)不足之處。</p><p><b>　?、沁M(jìn)料熱狀況的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，此時(shí)，進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=1，精餾段和提餾段氣體摩爾流量相同，體積流量

32、也相近，塔徑基本相同。</p><p><b>　　⑷加熱方式的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱，塔底設(shè)再沸器，加熱蒸汽溫度120℃。</p><p><b>　?、赡芰康睦脝栴}</b></p><p>　　精餾塔塔底再沸器輸入的能量大部分被塔頂冷卻劑帶走，能量利用率較低，

33、故利用溫度較高的產(chǎn)品（乙醇）或副產(chǎn)品（水）以及冷凝后的加熱蒸汽對原料液進(jìn)行余熱，也可通過別的方式利用余熱。</p><p>　　圖2—1乙醇-水精餾塔工藝流程簡圖</p><p>　　第三章 塔板的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 全塔物料衡算</p><p><b>　　3.1.1 原料液</b></p>

34、;<p>　　質(zhì)量組成（乙醇，下同）</p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量 </b></p><p><b>　　摩爾流量 </b></

35、p><p>　　3.1.2 塔頂采出液</p><p><b>　　質(zhì)量組成 </b></p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量 </b>&

36、lt;/p><p><b>　　摩爾流量 </b></p><p>　　3.1.3 塔底采出液</p><p><b>　　質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　　質(zhì)量組成 </b></p><p><b>　　摩爾流量 </b>

37、;</p><p><b>　　摩爾組成 </b></p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量 </b></p><p>　　3.2 塔內(nèi)混合液物性計(jì)算</p><p><b>　　3.2.1 溫度</b></p><p>　　常壓下乙醇—水物系的平衡數(shù)據(jù)

38、見表2，利用拉格朗日插值法(或安托因方程)求的各點(diǎn)溫度。</p><p>　　表3—1 常壓下乙醇---水系統(tǒng)t-x-y數(shù)據(jù)</p><p>　　進(jìn)料溫度（泡點(diǎn)） （℃）</p><p>　　塔頂溫度（露點(diǎn)） (℃)</p><p>　　塔底溫度（泡點(diǎn)） (℃)</p><p>　　精餾段平均溫度 (℃)</p&

39、gt;<p>　　提餾段平均溫度 (℃)</p><p><b>　　3.2.2 密度</b></p><p>　　已知：混合液密度 </p><p>　　混合氣密度 </p><p>　　3.2

40、.3 平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　精餾段 (℃)</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>&l

41、t;b>　　提餾段 (℃)</b></p><p><b>　　液相組成 </b></p><p><b>　　氣相組成 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　3.2.4 液相質(zhì)量組成</p><p>

42、;<b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.2.5 純物質(zhì)密度</p><p>　　不同溫度下乙醇和水的密度見表2</p><p>　　表3—2 不同溫度下乙醇和水的密度</p><p><b>　　精餾段

43、(℃)</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　提餾段 (℃)</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p>

44、<b>　　水 </b></p><p>　　3.2.6 液相密度</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.2.7 氣相密度</p><p><b>　　精餾段 &

45、lt;/b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　3.2.8表面張力</b></p><p>　　二元有機(jī)物—水溶液表面張力可用下式計(jì)算</p><p>　　公式 </p><p>　　式中，下標(biāo)w和o分別代表純

46、水和純有機(jī)物，上標(biāo)σ代表表面層，和分別代表水和有機(jī)物在表面層內(nèi)的比體積分?jǐn)?shù)，由下列諸式聯(lián)立求出：</p><p><b>　　而體積分?jǐn)?shù)和分別為</b></p><p>　　式中，q為與有機(jī)物特征和大小有關(guān)的常數(shù)，對于乙醇，q=2。不同溫度下乙醇和水的表面張力見表3</p><p>　　表3—3 不同溫度下乙醇和水的表面張力</p>

47、<p><b>　　精餾段 (℃)</b></p><p><b>　　表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　摩爾體積：</b

48、></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p>　　已知X1=0.4316,XW=1-X1=1-0.4316=0.5684 </p><p><b>　　∴</b></p><p>　　

49、聯(lián)立解得 提餾段 (℃)</p><p><b>　　表面張力：</b></p><p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p><b>　　摩爾體積：</b></p>&

50、lt;p><b>　　乙醇 </b></p><p><b>　　水 </b></p><p>　　已知X0’=0.0568 ,XW’=1-X0’=1-0.0568=0.9432</p><p><b>　　所以： </b></p><p><b>　　聯(lián)立

51、解得 </b></p><p><b>　　3.2.9 粘度</b></p><p><b>　　(℃)查表得：</b></p><p><b>　　(℃)查表得：</b></p><p><b>　　乙醇和水見表4</b></p

52、><p>　　表3—4 液體粘度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)</p><p>　　根據(jù)公式提餾段粘度：</p><p>　　根據(jù)公式提餾段粘度：</p><p>　　3.2.0 相對揮發(fā)度</p><p><b>　?、倬s段揮發(fā)度：</b></p><p><b>　　由</b&

53、gt;</p><p><b>　　②提餾段揮發(fā)度：</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　3.3 適宜回流比</b></p><p>　　3.3.1 最小回流比</p><p>　　根據(jù)表1，用AutoCAD軟件作

54、出常壓下乙醇—水物系的x-y圖（圖1），過塔頂采出點(diǎn)D（0.8387，0.8387）作平衡曲線的切線，故最小回流比讀得（圖1）： ，</p><p><b>　　取實(shí)際回流比</b></p><p>　　3.3.2 塔內(nèi)物料氣液相體積流量計(jì)算</p><p><b>　　精餾段</b></p><p&g

55、t;<b>　　摩爾流量： </b></p><p><b>　　質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　摩爾流量：</b></

56、p><p><b>　　質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　體積流量：</b></p><p>　　3.3.3 理論塔板數(shù)</p><p>　　關(guān)于理論板層數(shù)的計(jì)算，通?？梢圆捎脠D解法和逐板計(jì)算法。</p><p>　　精餾段操作線方程為：</p>&l

57、t;p>　　精餾段操作線方程為：y = 0.6951 x - 0.2257</p><p>　　提餾段操作線方程為：</p><p>　　根據(jù)點(diǎn)（0.8387，0.8387）起在平衡線和操作線間畫階梯與平衡線交點(diǎn)小于0.0035為止，得理論值NT=19塊，進(jìn)料板為16塊。</p><p>　　提餾段操作線方程為：y =1.7606 x - 0.0027<

58、/p><p>　　3.3.4 理論塔板數(shù)</p><p>　　如圖，理論塔板數(shù)：含再沸器理論塔板數(shù)為19，進(jìn)料板是第16塊。精餾段理論塔板數(shù)，提餾段理論塔板數(shù)（含進(jìn)料板）</p><p>　　3.3.5 塔板效率</p><p>　　本體系為非理想體系，故根據(jù)分別計(jì)算精餾段和提餾段塔板效率。</p><p><b&g

59、t;　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　3.3.6 實(shí)際塔板數(shù)</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　?。òㄟM(jìn)料板，不含再

60、沸器）</p><p><b>　　總板數(shù) </b></p><p><b>　?。ú缓俜衅鳎?lt;/b></p><p><b>　　全塔效率</b></p><p>　　3.3.7 塔徑的初步計(jì)算</p><p>　　塔徑的設(shè)計(jì)以避免塔內(nèi)氣液兩相的異常

61、流動為原則，即使他的空塔氣速低于發(fā)生過量液沫夾帶液泛的氣速，然后，根據(jù)空塔氣速計(jì)算塔徑。</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　氣液流動參數(shù)</b></p><p><b>　　塔板間距，，則</b></p><p>　　由史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得&

62、lt;/p><p>　　安全系數(shù)取0.7，安全氣速</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　圓整</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　氣液流動參數(shù) </b>&l

63、t;/p><p><b>　　塔板間距，，則 </b></p><p><b>　　由費(fèi)爾關(guān)聯(lián)圖，可得</b></p><p>　　安全系數(shù)取0.7，安全氣速</p><p><b>　　塔徑 </b></p><p><b>　　圓整 <

64、/b></p><p><b>　　塔截面積 </b></p><p>　　空塔氣速 提餾段：</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　3.3.8熱量衡算</b></p><p>　　乙醇與水的比熱容見表五：&l

65、t;/p><p>　　表3—5乙醇與水的比熱容</p><p><b>　　加熱蒸汽用量的計(jì)算</b></p><p>　　原料液平均摩爾比熱容：</p><p><b>　　原料液的焓：</b></p><p><b>　　原料液帶入的熱量：</b><

66、;/p><p>　　回流液的焓近似取純C2H5OH的焓：</p><p><b>　　回流液帶入的熱量：</b></p><p>　　塔頂蒸汽的熱焓近似地取純乙醇蒸汽的焓：</p><p>　　塔頂蒸汽帶出的熱量：</p><p>　　塔底產(chǎn)品的焓近似地取純水的焓：</p><p&

67、gt;<b>　　3.4 溢流裝置</b></p><p>　　因塔徑D = 2.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用平直堰，凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下。</p><p><b>　?。?）堰長：</b></p><p><b>　?。?）溢流堰高度：</b></p><p>　　

68、采用平直堰，堰上液層高度由公式求得。</p><p><b>　　(取E=1)</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　故：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p&

69、gt;<b>　　故：</b></p><p>　　（3）弓形降液管寬度Wd 和截面積Af</p><p>　　由，查弓形降液管參數(shù)圖，得： 查圖可知，，。</p><p><b>　　則，，</b></p><p>　　驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間：</p><p><

70、b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p>　?。?） 降液管底隙高度：</p><p>　　對于精餾段取降液管底隙流速： </p><p>　　對于提餾段

71、取降液管底隙流速：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　3.5 塔板布置與浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　3.5.1 塔板分布</p><p>　　由于塔徑大于800mm，故采用單溢流型分塊式塔板，以便于人孔拆裝塔板。&l

72、t;/p><p>　　3.5.2 浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　因D = 2.0m > 1.5m，取破沫區(qū)的寬度，邊緣區(qū)寬度本設(shè)計(jì)采用F1型重閥，孔徑，取浮閥動能因子 </p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　孔速：</b></p><p&

73、gt;<b>　　每層塔板上浮閥數(shù)：</b></p><p>　　塔板上鼓泡區(qū)面積按照下式計(jì)算：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取孔中心距：t1=0.075m</p&

74、gt;<p><b>　　則排間距 </b></p><p>　　考慮到塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距應(yīng)小些，取t2 = 0.075m，以等腰三角形叉排方式作圖，排得浮閥數(shù)目為N = 342個(gè)。塔板布置如圖3。</p><p>　　按照N = 342，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p>

75、<p><b>　　，在9~13之間</b></p><p><b>　　開孔率：</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　孔速：</b></p><p><b>　　每層塔板上浮閥數(shù)：<

76、;/b></p><p><b>　　塔板上鼓泡區(qū)面積：</b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取孔中心距t1=0.075m</p><p><b>　　則排間距 </b></p><p>　　考慮到塔徑較大，需采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積

77、，因此排間距應(yīng)小些，以等腰三角形叉排方式作圖，</p><p>　　排得浮閥數(shù)目為N = 300 個(gè)。塔板布置如圖4。</p><p>　　按照N = 300，重新核算孔速及閥孔動能因子：</p><p><b>　　，在9~13之間</b></p><p><b>　　開孔率：</b></p

78、><p>　　3.6 塔板流體力學(xué)計(jì)算</p><p>　　3.6.1 塔板壓降</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　?、鸥砂鍓航?lt;/b></p><p><b>　　由式確定臨界流速;</b></p><

79、;p><b>　　解得：，，</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　⑵氣體通過充氣液層的壓降計(jì)算公式為，。</p><p>　?、?液體表面張力阻力引起的壓降可以忽略</p><p><b>　　故 </b></p><

80、p><b>　　每層板的壓降 </b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　?。?）干板壓降</b></p><p><b>　　解得：，，則</b></p><p>　?。?）氣體通過充氣液層的壓降計(jì)算公式為，。&

81、lt;/p><p>　?。?）液體表面張力阻力引起的壓降可以忽略</p><p><b>　　每層板的壓降：</b></p><p>　　3.6.2 降液管液泛校核</p><p>　　為了防止降液管中液體發(fā)生液泛現(xiàn)象，應(yīng)控制降液管內(nèi)清液層高度</p><p><b>　　，</b&g

82、t;</p><p><b>　　精餾段</b></p><p><b>　　塔板阻力 </b></p><p><b>　　流動阻力 </b></p><p><b>　　板上清液層高 </b></p><p>　　，符合防止淹塔

83、要求。</p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　塔板阻力 </b></p><p><b>　　流動阻力 </b></p><p><b>　　板上清液層高 </b></p><p><b>

84、;　　，</b></p><p>　　3.6.3 霧沫夾帶</p><p>　　本設(shè)計(jì)中控制泛點(diǎn)率在0.8以內(nèi)，來避免過量液沫夾帶。</p><p>　　泛點(diǎn)率通過公式計(jì)算：</p><p><b>　　其中液相流程長</b></p><p><b>　　液流面積</b

85、></p><p>　　并取物性系數(shù)K=1 </p><p><b>　　精餾段</b></p><p>　　根據(jù)氣相密度與塔板間距，由泛點(diǎn)負(fù)荷因子關(guān)聯(lián)圖（圖5），得</p><p><b>　　泛點(diǎn)負(fù)荷因子 ，</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率&l

86、t;/b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)負(fù)荷因子 </b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率 </b></p><p>　　由以上計(jì)算，霧沫夾帶能滿足eV<0.1(kg 液/kg 氣)氣的要求。</p>

87、<p><b>　　3.6.4 漏液</b></p><p>　　前面在進(jìn)行塔板上的浮閥數(shù)目計(jì)算及排列的時(shí)候已經(jīng)核算過，閥孔動能因子變化不大，仍在正常操作范圍內(nèi)，不會造成漏液。</p><p>　　3.7 塔板性能負(fù)荷圖</p><p>　　3.7.1 霧沫夾帶上限線</p><p>　　按泛點(diǎn)率為80%確定

88、氣液流量關(guān)系，求出霧沫夾帶線方程，并作出霧沫夾帶上限線。</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p><b>　　最后得表：</b></p><p>　　3.7.2 降液管液泛線</p><

89、p>　　根據(jù)，降液管液泛線方程為公式</p><p><b>　　且</b></p><p><b>　　精餾段 </b></p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　3.7.3 液相負(fù)荷上限線</p><p>　　液體的

90、最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3--5s，取降液管內(nèi)停留時(shí)間5s為液相負(fù)荷上限，則</p><p>　　精餾段 （提餾段同）</p><p>　　3.7.4 液相負(fù)荷下限線</p><p>　　取堰上液頭高度為0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，E=1.0，即</p><p>　　精餾段 （提餾段同）</p><p

91、>　　3.7.5 氣相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于F1型重閥，以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則</p><p><b>　　精餾段 ：</b></p><p><b>　　提餾段 ：</b></p><p>　　3.7.6 塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　根

92、據(jù)7.1—7.5計(jì)算結(jié)果，作出塔板負(fù)荷性能圖。</p><p>　?、旁谌蝿?wù)規(guī)定的氣、液符合下的操作點(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>　?、扑宓臍庀喾仙舷尥耆晌锬瓓A帶控制，操作下限由漏液控制。</p><p><b>　　精餾段 </b></p><p>　　在圖中做出精餾段的操作點(diǎn)，如圖

93、，連接操作點(diǎn)與原點(diǎn)，交負(fù)荷性能圖于兩點(diǎn)，并由此確定氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，操作彈性。</p><p><b>　　提餾段 </b></p><p>　　在圖中做出精餾段的操作點(diǎn)，如圖，連接操作點(diǎn)與原點(diǎn)，交負(fù)荷性能圖于兩點(diǎn)，并由此確定氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，操作彈性</p><p><b>　　3.8 塔高度確定</b&g

94、t;</p><p><b>　　3.8.1 裙座</b></p><p>　　為了制作方便一般采用圓筒形裙座，由于裙座內(nèi)徑大于800mm，故裙坐壁厚取16nm。</p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　基礎(chǔ)環(huán)外徑：</b></p&g

95、t;<p>　　圓整Dbi=1800mm,Dbo=2300mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度?？紤]到腐蝕余量取18nm，考慮到再沸器，裙座高度取3m,地腳螺栓直徑取30m。</p><p><b>　　3.8.2 人孔</b></p><p>　　人孔：是一般每隔6-8塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共37塊板，需設(shè)置4個(gè)人孔。每個(gè)孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為45

96、0mm，裙座上應(yīng)開設(shè)2個(gè)人孔，直徑450mm。</p><p>　　3.8.3 頂部空間</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，頂部空間高度，取除沫器到第一塊板的距離為450mm，塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>　　3.8.4 底部空間</p><p>　　塔的底部空間高度是指塔底最末一層

97、塔盤到塔底封頭的直線距離，釜液停留時(shí)間取5min，Rv=0.142</p><p><b>　　3.8.5進(jìn)料板</b></p><p><b>　　進(jìn)料板板間距取</b></p><p>　　3.8.6 塔體總高</p><p>　　第四章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)</p><p>&

98、lt;b>　　4.1冷凝器的選擇</b></p><p>　　按泡點(diǎn)回流設(shè)計(jì)，即飽和蒸汽冷凝且回流，冷卻水的進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為45℃逆流操作。</p><p>　　由《化工原理》（楊祖榮主編）“液體比熱容共線圖”可以查得在不同溫度下乙醇、水的比熱容，得表4—1。</p><p><b>　?、贌嶝?fù)荷Qc</b><

99、;/p><p>　　表 4—1 不同溫度下水和乙醇的汽化熱</p><p>　　塔頂，插值法求得乙醇的汽化熱：</p><p><b>　　水的汽化熱：</b></p><p><b>　　平均汽化熱： </b></p><p><b>　?、诶鋮s水用量</b&g

100、t;</p><p>　　取冷卻水的進(jìn)口溫度20℃，出口溫度40℃，水的比熱容為4.174KJ/(kg·℃)則 </p><p><b>　?、劭倐鳠嵯禂?shù)K</b></p><p>　　查表，取K=600W/（m2·℃），作為傳熱面積。</p><p>　　出料液面積：78.25℃（飽和氣）→78.

101、25℃（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：20℃→35℃</p><p>　　④泡點(diǎn)回流時(shí)的平均溫差Δtm：Δt1=58.25℃，Δt2=43.25℃。</p><p><b>　　⑤換熱面積A</b></p><p>　　圓整后取183m3,查表取得換熱管長4.5m，公稱直徑900mm，公稱壓力1.6MPa，管

102、程數(shù)6。則冷凝器型號為：AEL 900 – 1.6 – 185.8– 4.5/25 – 6 Ⅱ。</p><p>　　4.2 再沸器的選擇</p><p><b>　?。?）塔底 ， </b></p><p><b>　　根據(jù)插值法得出</b></p><p><b>　?。?）總傳熱系數(shù)

103、K</b></p><p>　　查表，取K=600W/（m2·℃）</p><p>　?。?）平均溫差Δtm</p><p><b>　?。?）換熱面積A’</b></p><p><b>　　圓整后468m3。</b></p><p>　　查表取得換熱

104、管長9.0m，公稱直徑1000mm，公稱壓力2.5MPa，管程數(shù)6，則冷凝器型號為：AEL 1000 – 2.5 – 487.7-– 9.0/25 – 6 Ⅱ</p><p>　　第五章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 輔助容器的設(shè)計(jì)</p><p>　　容器填充系數(shù)取k=0.7</p><p>　　5.1.1進(jìn)料罐（常溫貯料）&

105、lt;/p><p>　　在20℃時(shí)，水 ，乙醇 ，壓力取1.24Mpa （絕對壓力）。</p><p>　　進(jìn)料XF=0.2425，平均密度可得：</p><p><b>　　進(jìn)料質(zhì)量流量 </b></p><p><b>　　進(jìn)料罐容積</b></p><p>　　其中 為停留

106、時(shí)間，取4天， </p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　圓整取2252m3</b></p><p>　　5.1.2回流罐（40℃）</p><p>　　，取停留時(shí)間為 。</p><p><b>　　則：</b><

107、/p><p><b>　　圓整后取22m3。</b></p><p>　　5.1.3餾出產(chǎn)品罐</p><p>　　取產(chǎn)品停留時(shí)間為5天，即 =120 h，</p><p>　　則 5.1.4釜液罐</p><p>　　取停留時(shí)間為5天，即 =120 h, 。</p><p>

108、;<b>　　則 </b></p><p><b>　　5.2 管道設(shè)計(jì)</b></p><p>　　表5—1各接管尺寸的確定</p><p>　　5.2.1 進(jìn)料管線</p><p>　　取料液流速 u=1.6m/s 則 。</p><p>　　當(dāng)tF=82.57℃根據(jù)插

109、值法，得:</p><p>　　取管子規(guī)格Ф68×3。</p><p><b>　　5.2.2回流管</b></p><p>　　采用直接回流管，取原料流速u=1.6m/s，t=78.25℃，則，</p><p><b>　　,</b></p><p>　　取管子規(guī)

110、格Ф25×2.5。</p><p>　　5.2.3 釜液流出管</p><p>　　取釜液流速u=1.6m/s,tw=99.17℃。根據(jù)插值法得。則 </p><p><b>　　，</b></p><p>　　取管子規(guī)格Ф25×2.5。</p><p>　　5.2.4塔頂蒸汽

111、出料管</p><p>　　直管出氣，取出口氣速u=20m/s,Vs1=4.065m3/s。</p><p>　　選管規(guī)格 Ф530×9。</p><p>　　5.2.5塔釜進(jìn)氣管</p><p>　　采用直管，取蒸汽流速 u=23m/s，則</p><p>　　取管子規(guī)格Ф508×12。</

112、p><p>　　5.2.6筒體和封頭</p><p><b>　?、磐搀w</b></p><p>　　用鋼板卷制而成的筒體，其公稱直徑的值等于內(nèi)徑。當(dāng)筒體直徑較小時(shí)可直接采用無縫鋼管制作，此時(shí)公稱直徑的值等于鋼管外徑。根據(jù)所設(shè)計(jì)的塔徑，先按內(nèi)壓容器設(shè)計(jì)厚度，厚度計(jì)算見下式：</p><p><b>　　，式中 ：&

113、lt;/b></p><p>　　——計(jì)算壓力，，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力確定；</p><p><b>　　——塔徑；</b></p><p>　　——焊接接頭系數(shù)，對筒體指縱向焊接系數(shù)；</p><p>　　——設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，，與鋼板的厚度有關(guān)。</p><p>　　由上式計(jì)算出的計(jì)算厚

114、度加上腐蝕裕量得到設(shè)計(jì)厚度。 </p><p>　　壁厚選6mm,所用材質(zhì)為A3。</p><p><b>　?、品忸^</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用橢圓形的封頭，由公稱直徑DN=2000mm，查得曲面高度h1=500mm，直邊高度h0=40m2。</p><p><b>　　5.2.7除沫器</

115、b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)氣速選?。?lt;/b></p><p><b>　　，。</b></p><p><b>　　除沫器直徑：</b></p><p><b>　　5.3 吊柱</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)

116、中塔高度，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑D=2000mm，可選用吊柱500kg，S=1000mm,L=3400mm,H=1000mm,材料為A3。</p><p><b>　　第六章 控制方案</b></p><p>　　精餾塔的控制方案要求從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制。最常

117、用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。</p><p>　　第七章 設(shè)計(jì)心得與體會</p><p>　　歷時(shí)一個(gè)星期，終于完成了課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　我感覺到課程設(shè)計(jì)鍛煉了我們搜索有用信息的能力，各種狀態(tài)下的物性參數(shù)都要親自去查出來，翻閱文獻(xiàn)，查找資料，在這一步步的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備過程中，自己的能力也在不斷的提高。</p><p>　　最后十分感謝顧明廣

118、老師在課程設(shè)計(jì)過程中給予我熱情的指導(dǎo)，不厭其煩解答我的各種問題，使我順利完成課設(shè)。也感謝和我一起進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算討論的同學(xué)，我們一起探討，一起學(xué)習(xí)、一起進(jìn)步。這是一個(gè)非常難忘的過程，復(fù)雜但充實(shí)，再次特別感謝！</p><p>　　附錄一 主要符號說明</p><p><b>　　下標(biāo)</b></p><p>　　附錄二 塔計(jì)算結(jié)果表</p

119、><p>　　（1）操作條件及物性參數(shù)</p><p>　　操作壓力：塔頂 0.103 MPa（絕壓） 塔底 0.124 MPa（絕壓）</p><p>　　操作溫度：塔頂 78.25 ℃ 塔底 99.17 ℃</p><p>　　(2) 塔板主要工藝尺寸及水力學(xué)核算結(jié)果</p&g

120、t;<p>　　附錄三 管路計(jì)算結(jié)果表：</p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　[1]馬江全.冷一欣．化工原理課程設(shè)計(jì)[M].北京：中國石化出版社，2011.</p><p>　　[2]楊祖榮.劉麗英.劉偉.化工原理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.</p><p>　　[