化工原理課程設(shè)計---甲醇-水二元篩板精餾塔課程設(shè)計

1、<p>　　化工原理 課 程 設(shè) 計</p><p>　　題目 甲醇-水二元篩板精餾塔設(shè)計 </p><p>　　教 學(xué) 院 化工與材料工程學(xué)院 </p><p>　　2011 年 12 月 22 日 </p><p><b>　　任務(wù)書I</b><

2、;/p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　第1章 前言III</p><p>　　1.1精餾與塔設(shè)備簡介III</p><p>　　1.2體系介紹IV</p><p>　　1.3篩板塔的特點IV</p><p>　　1.4設(shè)計說明書V<

3、;/p><p>　　第2章 設(shè)計參數(shù)的確定VI</p><p>　　2.1進(jìn)料熱狀態(tài)VI</p><p>　　2.2加熱方式VI</p><p>　　2.3回流比（R）的選擇VI</p><p>　　2.4 塔頂冷凝水的選擇VI</p><p>　　2.5流程簡介及流程圖VII<

4、/p><p>　　2.5.1流程簡介VII</p><p>　　2.5.2流程圖VII</p><p>　　第3章 理論塔板數(shù)的計算、實際板數(shù)的確定及熱量衡算VII</p><p>　　3.1理論板數(shù)計算VII</p><p>　　第4章 精餾塔工藝條件計算XII</p><p>　　

5、4.1操作壓強(qiáng)的選擇XII</p><p>　　4.2操作溫度的計算XII</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算XIII</p><p>　　4.4塔徑的確定XVI</p><p>　　4.5塔有效高度XVII</p><p>　　4.6整體塔高XVII</p>

6、<p>　　第5章 塔板主要工藝參數(shù)確定XVII</p><p>　　5.1溢流裝置XVII</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列XIX</p><p>　　第6章 篩板的力學(xué)檢驗XX</p><p>　　6.1塔板壓降XX</p><p>　　6.2 液面落差XXI</

7、p><p>　　6.3液沫夾帶XXI</p><p>　　6.4漏液的驗算XXII</p><p>　　6.5液泛的驗算XXII</p><p>　　第7章 塔板負(fù)荷性能圖XXIII</p><p>　　7.1漏液線XXIII</p><p>　　7.2霧沫夾帶線XXIII</p

8、><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線XXIV</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線XXV</p><p>　　7.5液泛線XXV</p><p>　　7.6操作彈性XXVI</p><p>　　第8章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計XXVII</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）

9、XXVII</p><p>　　8.2估計換熱面積XXVIII</p><p>　　8.3計算流體阻力XXIX</p><p>　　8.4計算傳熱系數(shù)XXX</p><p>　　8.16冷凝水泵XXXIV</p><p><b>　　附錄XXXV</b></p><p

10、>　　參考文獻(xiàn)XXXVIII</p><p><b>　　致謝XXXIX</b></p><p><b>　　結(jié)束語XL</b></p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 甲醇－水二元篩 板 精 餾 塔 的 設(shè) 計 <

11、;/p><p><b>　　設(shè)計條件：</b></p><p>　　常壓 P=1atm（絕壓）</p><p>　　處理量：80kmol/h</p><p>　　進(jìn)料組成0.55 餾出液組成0.965</p><p>　　釜液組成0.035 （以上均為摩爾分率）</p>&l

12、t;p>　　加料熱狀況 q=1.0 </p><p>　　塔頂全凝器 泡點回流 </p><p>　　回流比 R=(1.1—2.0)Rmin</p><p>　　單板壓降 ≤0.7kPa</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)：</b></p>&

13、lt;p>　　完成該精餾塔的工藝設(shè)計（包括物料衡算、熱量衡算、篩板塔的設(shè)計計算）。</p><p>　　畫出帶控制點的工藝流程圖（2號圖紙）、精餾塔工藝條件圖（2號圖紙）。</p><p>　　寫出該精餾塔的設(shè)計說明書，包括設(shè)計結(jié)果匯總和設(shè)計評價。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>&l

14、t;b>　　任務(wù)書I</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　第1章 前言III</p><p>　　1.1精餾與塔設(shè)備簡介III</p><p>　　1.2體系介紹IV</p><p>　　1.3篩板塔的特點IV</p>

15、;<p>　　1.4設(shè)計說明書V</p><p>　　第2章 設(shè)計參數(shù)的確定VI</p><p>　　2.1進(jìn)料熱狀態(tài)VI</p><p>　　2.2加熱方式VI</p><p>　　2.3回流比（R）的選擇VI</p><p>　　2.4 塔頂冷凝水的選擇VI</p><

16、;p>　　2.5流程簡介及流程圖VII</p><p>　　2.5.1流程簡介VII</p><p>　　2.5.2流程圖VII</p><p>　　第3章 理論塔板數(shù)的計算、實際板數(shù)的確定及熱量衡算VII</p><p>　　3.1理論板數(shù)計算VII</p><p>　　3.1.1物料衡算VII&

17、lt;/p><p>　　3.1.2 相對揮發(fā)度的確定VIII</p><p>　　3.1.3Rmin和R的確定VIII</p><p>　　3.1.4精餾段操作線方程的確定IX</p><p>　　3.1.5精餾段和提餾段氣液流量的確定IX</p><p>　　3.1.6提餾段操作線方程的確定IX</p&g

18、t;<p><b>　　3.2熱量衡算X</b></p><p>　　3.2.1比熱容及汽化熱的計算X</p><p>　　3.2.1熱量衡算XI</p><p>　　第4章 精餾塔工藝條件計算XII</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇XII</p><p>　　4

19、.2操作溫度的計算XII</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算XIII</p><p>　　4.3.1 密度及流量XIII</p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定：XIV</p><p>　　4.3.3 液體平均粘度計算XV</p><p>　　4.4塔徑的確定XV

20、I</p><p>　　4.4.1精餾段XVI</p><p>　　4.4.2提餾段XVI</p><p>　　4.5塔有效高度XVII</p><p>　　4.6整體塔高XVII</p><p>　　第5章 塔板主要工藝參數(shù)確定XVII</p><p>　　5.1溢流裝置XVII

21、</p><p>　　5.1.1堰長lwXVIII</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)wXVIII</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積AfXVIII</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度XVIII</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列XIX</p>

22、<p>　　5.2.1塔板的分塊XIX</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定XIX</p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計算XIX</p><p>　　5.2.4篩孔計算及其排列XIX</p><p>　　第6章 篩板的力學(xué)檢驗XX</p><p>　　6.1塔板壓降XX</

23、p><p>　　6.1.1干板阻力計算XX</p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計算XX</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計算計算XXI</p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高XXI</p><p>　　6.2 液面落差XXI</p><p>

24、;　　6.3液沫夾帶XXI</p><p>　　6.4漏液的驗算XXII</p><p>　　6.5液泛的驗算XXII</p><p>　　第7章 塔板負(fù)荷性能圖XXIII</p><p>　　7.1漏液線XXIII</p><p>　　7.2霧沫夾帶線XXIII</p><p>

25、　　7.3液相負(fù)荷下限線XXIV</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線XXV</p><p>　　7.5液泛線XXV</p><p>　　7.6操作彈性XXVI</p><p>　　第8章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計XXVII</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）XXVII</p>

26、<p>　　8.2估計換熱面積XXVIII</p><p>　　8.3計算流體阻力XXIX</p><p>　　8.4計算傳熱系數(shù)XXX</p><p>　　8.5釜殘液出料管XXXII</p><p>　　8.6回流液管XXXII</p><p>　　8.7再沸器蒸汽進(jìn)口管XXXII<

27、/p><p>　　8.8 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管XXXIII</p><p>　　8.9冷凝水管XXXIII</p><p>　　8.10 進(jìn)料管XXXIII</p><p>　　8.11塔底出料管XXXIII</p><p>　　8.12回流液管XXXIII</p><p>　　8.13

28、再沸器蒸汽進(jìn)口管XXXIV</p><p>　　8.14 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出口管XXXIV</p><p>　　8.15冷凝水管XXXIV</p><p>　　8.16冷凝水泵XXXIV</p><p><b>　　附錄XXXV</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)XXXVIII<

29、;/p><p><b>　　致謝XXXIX</b></p><p><b>　　結(jié)束語XL</b></p><p><b>　　任務(wù)書I</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　第1章 前言

30、III</p><p>　　1.1精餾與塔設(shè)備簡介III</p><p>　　1.2體系介紹IV</p><p>　　1.3篩板塔的特點IV</p><p>　　1.4設(shè)計說明書V</p><p>　　第2章 設(shè)計參數(shù)的確定VI</p><p>　　2.1進(jìn)料熱狀態(tài)VI</p

31、><p>　　2.2加熱方式VI</p><p>　　2.3回流比（R）的選擇VI</p><p>　　2.4 塔頂冷凝水的選擇VI</p><p>　　2.5流程簡介及流程圖VII</p><p>　　2.5.1流程簡介VII</p><p>　　2.5.2流程圖VII</p&g

32、t;<p>　　第3章 理論塔板數(shù)的計算、實際板數(shù)的確定及熱量衡算VII</p><p>　　3.1理論板數(shù)計算VII</p><p>　　第4章 精餾塔工藝條件計算XII</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇XII</p><p>　　4.2操作溫度的計算XII</p><p>　　4

33、.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算XIII</p><p>　　4.4塔徑的確定XVI</p><p>　　4.5塔有效高度XVII</p><p>　　4.6整體塔高XVII</p><p>　　第5章 塔板主要工藝參數(shù)確定XVII</p><p>　　5.1溢流裝置XVII</p&g

34、t;<p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列XIX</p><p>　　第6章 篩板的力學(xué)檢驗XX</p><p>　　6.1塔板壓降XX</p><p>　　6.2 液面落差XXI</p><p>　　6.3液沫夾帶XXI</p><p>　　6.4漏液的驗算XXII</p>

35、<p>　　6.5液泛的驗算XXII</p><p>　　第7章 塔板負(fù)荷性能圖XXIII</p><p>　　7.1漏液線XXIII</p><p>　　7.2霧沫夾帶線XXIII</p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線XXIV</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線XXV</p

36、><p>　　7.5液泛線XXV</p><p>　　7.6操作彈性XXVI</p><p>　　第8章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計XXVII</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）XXVII</p><p>　　8.2估計換熱面積XXVIII</p><p>　　8.3計算流體阻

37、力XXIX</p><p>　　8.4計算傳熱系數(shù)XXX</p><p>　　8.16冷凝水泵XXXIV</p><p><b>　　附錄XXXV</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)XXXVIII</p><p><b>　　致謝XXXIX</b></p&

38、gt;<p><b>　　結(jié)束語XL</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在本次化工原理課程設(shè)計中,設(shè)計出了甲醇和水的分離設(shè)備──精餾塔。進(jìn)料摩爾分?jǐn)?shù)為0.55的甲醇—水溶液，使塔頂產(chǎn)品甲醇的摩爾含量達(dá)到0.965，塔底釜液摩爾分?jǐn)?shù)為0.035。</p><p>　　綜合工

39、藝操作方便、經(jīng)濟(jì)及安全等多方面考慮，本設(shè)計采用了篩板塔對甲醇-水進(jìn)行分離提純，塔板為碳鋼材料，按照逐板計算理論板數(shù)為12。根據(jù)經(jīng)驗式算得全塔效率為0.45。塔頂使用全凝器，部分回流，回流比為0.7631。實際板數(shù)共為22，精餾段實際板數(shù)為9，提餾段實際板數(shù)為13，實際加料位置在第10塊板。由精餾塔的工藝尺寸計算得到塔徑0.7m，塔總高15.400m。通過流體力學(xué)驗算表明此精餾塔的工藝尺寸符合要求。</p><p>

40、;　　塔的附屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管。飽和水蒸氣走殼程，進(jìn)料液走管程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇-水； 篩板精餾 ；逐板計算； 負(fù)荷性能圖</p><p><b>　　任務(wù)書I</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　第1章 前言III<

41、;/p><p>　　1.1精餾與塔設(shè)備簡介III</p><p>　　1.2體系介紹IV</p><p>　　1.3篩板塔的特點IV</p><p>　　1.4設(shè)計說明書V</p><p>　　第2章 設(shè)計參數(shù)的確定VI</p><p>　　2.1進(jìn)料熱狀態(tài)VI</p>

42、<p>　　2.2加熱方式VI</p><p>　　2.3回流比（R）的選擇VI</p><p>　　2.4 塔頂冷凝水的選擇VI</p><p>　　2.5流程簡介及流程圖VII</p><p>　　2.5.1流程簡介VII</p><p>　　2.5.2流程圖VII</p>&l

43、t;p>　　第3章 理論塔板數(shù)的計算、實際板數(shù)的確定及熱量衡算VII</p><p>　　3.1理論板數(shù)計算VII</p><p>　　第4章 精餾塔工藝條件計算XII</p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇XII</p><p>　　4.2操作溫度的計算XII</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料

44、平均分子量、張力、流量及密度的計算XIII</p><p>　　4.4塔徑的確定XVI</p><p>　　4.5塔有效高度XVII</p><p>　　4.6整體塔高XVII</p><p>　　第5章 塔板主要工藝參數(shù)確定XVII</p><p>　　5.1溢流裝置XVII</p>&l

45、t;p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列XIX</p><p>　　第6章 篩板的力學(xué)檢驗XX</p><p>　　6.1塔板壓降XX</p><p>　　6.2 液面落差XXI</p><p>　　6.3液沫夾帶XXI</p><p>　　6.4漏液的驗算XXII</p><

46、p>　　6.5液泛的驗算XXII</p><p>　　第7章 塔板負(fù)荷性能圖XXIII</p><p>　　7.1漏液線XXIII</p><p>　　7.2霧沫夾帶線XXIII</p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線XXIV</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線XXV</p>

47、<p>　　7.5液泛線XXV</p><p>　　7.6操作彈性XXVI</p><p>　　第8章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計XXVII</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）XXVII</p><p>　　8.2估計換熱面積XXVIII</p><p>　　8.3計算流體阻力XXIX

48、</p><p>　　8.4計算傳熱系數(shù)XXX</p><p>　　8.16冷凝水泵XXXIV</p><p><b>　　附錄XXXV</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)XXXVIII</p><p><b>　　致謝XXXIX</b></p>&

49、lt;p><b>　　結(jié)束語XL</b></p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　1.1精餾與塔設(shè)備簡介</p><p>　　蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質(zhì)過程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發(fā)性能不同

50、（或沸點不同）來實現(xiàn)分離目的。例如，設(shè)計所選取的甲醇-水體系，加熱甲醇（沸點64.5℃）和水（沸點100.0℃）的混合物時,由于甲醇的沸點較水為低,即甲醇揮發(fā)度較水高,故甲醇較水易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品，依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過程，即可將甲醇和水分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就是精餾。</p>

51、<p>　　在工業(yè)中，廣泛應(yīng)用精餾方法分離液體混合物，從石油工業(yè)、酒精工業(yè)直至焦油分離，基本有機(jī)合成，空氣分離等等，特別是大規(guī)模的生產(chǎn)中精餾的應(yīng)用更為廣泛。 </p><p>　　蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾多為多

52、組分精餾，本設(shè)計著重討論常壓下的雙組分精餾，即苯-甲苯體系。</p><p>　　在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收，解吸，精餾，萃取等單元操作中，氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p>　　塔設(shè)備一般分為階躍接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔?！　『Y板塔在十九世紀(jì)初已應(yīng)用與

53、工業(yè)裝置上，但由于對篩板的流體力學(xué)研究很少，被認(rèn)為操作不易掌握，沒有被廣泛采用。五十年代來，由于工業(yè)生產(chǎn)實踐，對篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實踐，形成了較完善的設(shè)計方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：生產(chǎn)能力大于10.5%，板效率提高產(chǎn)量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少，塔板的造價可減少40%左右；安裝容易，也便于清理檢修。本設(shè)計討論的就是篩板塔。</p><p

54、><b>　　1.2體系介紹</b></p><p>　　甲醇、水密度、粘度、表面張力在不同溫度下的值：</p><p><b>　　1.3篩板塔的特點</b></p><p>　　篩板塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)持點為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小</p><p>　　孔徑篩板(孔徑

55、為3—8mm)和大孔徑篩板(孔徑為10—25mm)兩類。工業(yè)應(yīng)用小以小孔徑</p><p>　　篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合(如分離粘度大、易結(jié)焦的物系)。</p><p>　　篩板的優(yōu)點足結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。</p><p>　　應(yīng)予指出

56、，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減</p><p>　　小，傳質(zhì)效率下降．故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來，由于設(shè)計和控制水平的不斷提高，</p><p>　　可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計中可大膽選用。</p><p><b>　　1.4設(shè)計說明書&

57、lt;/b></p><p>　?。?） 設(shè)計單元操作方案簡介 </p><p>　　蒸餾過程按操作方式的不同，分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，但適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。故分離苯-甲苯混合物體系應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。</p><p>　

58、　蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多次部分冷凝實現(xiàn)分離的，熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻劑中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主，以便準(zhǔn)確控制回流比。</p><p>　?。?） 篩板塔設(shè)計須知</p><p>　?。?）篩板塔設(shè)計是在有關(guān)工藝計算已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對于氣、液恒摩爾流的塔段，只需任選其中一塊塔板進(jìn)行設(shè)計

59、，并可將該設(shè)計結(jié)果用于此塔段中。例如，全塔最上面一段塔段，通常選上面第一塊塔板進(jìn)行設(shè)計；全塔最下面一段塔段，通常選最下面一塊塔板進(jìn)行設(shè)計。這樣計算便于查取氣液相物性數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）若不同塔段的塔板結(jié)構(gòu)差別不大，可考慮采用同一塔徑，若不同塔段塔板的篩孔數(shù)、空心距與篩孔直徑之比t/d0可能有差異。對篩孔少、塔徑大的塔段，為減少進(jìn)塔壁處液體“短路”，可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當(dāng)不同塔段的塔徑相差較大時

60、才考慮采用不同塔徑，即異徑塔。</p><p>　?。?） 篩板塔的設(shè)計程序</p><p>　?。?）選定塔板液流形式、板間距 HT、溢流堰長與塔徑之比lw/D、降液管形</p><p><b>　　式及泛點百分率。</b></p><p><b>　?。?）塔徑計算。</b></p>

61、<p>　　（3）塔板版面布置設(shè)計及降液管設(shè)計。</p><p>　　（4）塔板操作情況的校核計算——作負(fù)荷性能圖及確定確定操作點。</p><p>　　第2章 設(shè)計參數(shù)的確定</p><p><b>　　2.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p>　　泡點進(jìn)料時，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進(jìn)

62、料時進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制。此外，泡點進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。冷液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低，但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處。所以根據(jù)設(shè)計要求，泡點進(jìn)料，q＝1。</p><p><b>　　2.2加熱方式</b></p><p>　　精餾塔的設(shè)計中多在塔底加一個再沸器以采用間接

63、蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇-水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計應(yīng)采用再沸器提供熱量，采用3kgf/cm2（溫度130℃）間接水蒸汽加熱。</p><p>　　2.3回流比（R）的選擇</p><p>　　實際操作的R必須大于Rmin，但并無上限限制。選定操作R時應(yīng)考慮，隨R選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量L

64、，V，L’，V’增加，勢必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，既操作費用增大。若R值過大，即氣液流量過大，則要求塔徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示?？傎M用最低點對應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳R值，常用的適宜R值范圍為：R＝（1.2～2）Rmin。</p><p>　　2.4 塔頂冷凝水的選擇</p><p>

65、　　采用深井水，溫度t＝12℃</p><p>　　2.5流程簡介及流程圖</p><p><b>　　2.5.1流程簡介</b></p><p>　　含甲醇0.55（摩爾分?jǐn)?shù)）的甲醇-水混合液經(jīng)過預(yù)熱器，預(yù)熱到泡點進(jìn)料。進(jìn)入精餾塔后分離，塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含甲醇0.965），一部分回流再進(jìn)入塔中，塔底殘留液給再沸器加熱后，部分進(jìn)

66、入塔中，部分液體作為產(chǎn)品排出塔體（含甲醇0.035）。</p><p>　　2.2簡略流程圖如下：</p><p><b>　　2.5.2流程圖</b></p><p>　　第3章 理論塔板數(shù)的計算、實際板數(shù)的確定及熱量衡算</p><p><b>　　3.1理論板數(shù)計算</b></p>

67、;<p><b>　　3.1.1物料衡算</b></p><p>　　已知進(jìn)料量F＝95kmol/h，進(jìn)料組成XF＝0.55，進(jìn)料q＝1</p><p>　　設(shè)計要求：XD＝0.965，Xw=0.035</p><p>　　衡算方程 ： </p><p>　　F=D+W

68、 95=D+W D=52.61Kmol/h</p><p>　　FXF=DXD+WXW 95*0.55=0.965D+0.035W W=42.39Kmol/h</p><p>　　3.1.2 相對揮發(fā)度的確定</p><p>　　純組分的飽和蒸汽壓Ｐ０與溫度ｔ的關(guān)系</p><p&g

69、t;　　㏒＝Ｐsat=A-Ｂ／（Ｔ＋Ｃ）　?。杂谩姹硎?，P用㎜Hg表示。</p><p>　　α頂=4.1687 α底=3.5728</p><p>　　α= α=3.8593</p><p>　　Xe=0.55代入公式的：</p><p>　?。╔e,Ye）=(0.55,0.825)</p&g

70、t;<p>　　3.1.3Rmin和R的確定</p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　根據(jù)圖可知R=0.7631</p><p>　　在(1.1—2.0)之間</p><p>　　3.1.4精餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　精餾

71、段操作線方程：</b></p><p>　　3.1.5精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p>　　已知 D＝44.3kmol/h R＝0.7631</p><p>　　精餾段：L＝RD＝40.247kmol/h</p><p>　　V＝（R＋1）D＝92.857kmol/h</p><p>　　提餾

72、段：L’＝L＋qF＝133.580kmol/h</p><p>　　V’＝V－（1－q）F＝V＝78.1503kmol/h</p><p>　　3.1.6提餾段操作線方程的確定</p><p><b>　　提餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　采用逐板計算法：</b></p&

73、gt;<p>　　XD=y1=0.965 x1=0.877</p><p>　　y2=0.927 x2=0.767</p><p>　　y3=0.879 x3=0.653</p><p>　　y4=0.830 x4=0.559</p><p>　　y5=0.789

74、 x5=0.492<0.55</p><p>　　因x5<xq，第五塊上升的氣相組成由提餾段操作方程計算，</p><p>　　y6=0.701 x6=0.378 </p><p>　　y7=0.535 x7=0.378</p><p>　　y8=0.465 x8=0.18

75、4</p><p>　　y9=0.253 x9=0.081</p><p>　　y10=0.102 x10=0.029<0.035</p><p>　　所需總理論板數(shù)為10塊，第5塊板為加料板，精餾段需5塊板。</p><p><b>　　全塔效率：</b></p><

76、;p><b>　　3.2熱量衡算</b></p><p>　　3.2.1比熱容及汽化熱的計算</p><p>　　(1)塔頂溫度td =64.85℃時，內(nèi)插法求得</p><p><b>　　同理可分別求出：</b></p><p>　　(3)進(jìn)料塔溫度tF=72.15℃時，比熱容</p

77、><p>　　(3)塔底溫度tw=94.23℃時，比熱容</p><p>　　(4)塔頂溫度下的汽化潛熱</p><p><b>　　根據(jù)內(nèi)插法：</b></p><p>　　td =64.85℃ </p><p><b>　　3.2.1熱量衡算</b></p>

78、;<p>　?。?）0℃時塔頂上升的熱量，塔頂0℃為基準(zhǔn)</p><p>　?。?）回流液的熱量 td =64.85℃ </p><p>　　(3)塔頂餾出液熱量 </p><p><b>　　(4)進(jìn)料熱</b></p><p><b>　　(5)塔底殘液熱</b></p&

79、gt;<p><b>　　(6)冷凝管消耗熱</b></p><p>　　(7)再沸器提供熱：塔釜熱損失10%。即</p><p><b>　　即實際熱負(fù)荷：</b></p><p><b>　　計算得：</b></p><p>　　第4章 精餾塔工藝條件計算&

80、lt;/p><p>　　4.1操作壓強(qiáng)的選擇</p><p>　　應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性原則。對熱敏物料，一般采用減壓操作，可使相對揮發(fā)度增大，利于分離，但壓力減小，導(dǎo)致塔徑增加，要使用抽空設(shè)備。對于物性無特殊要求的采用常壓操作。</p><p>　　塔頂壓力P頂=101.3=101.3kPa </p><p>

81、;　　單板壓降ΔP=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力pF=101.3+0.7*9=107.6kPa</p><p>　　塔底壓力pw=101.3+0.7*13=115.3kPa</p><p>　　精餾段平均壓力pm=(101.3+107.6)/2=110.4kPa</p><p>　　提留段平均壓力pm' =(107.6

82、+110.4)/2=105.85kPa</p><p>　　4.2操作溫度的計算</p><p>　　利用汽液平衡數(shù)據(jù)利用數(shù)值插值法確定進(jìn)料溫度tF、塔頂溫度tD、塔底溫度tW</p><p>　　塔頂溫度： tD=64.85 ℃</p><p>　　進(jìn)料溫度： tF=72.15℃</p>

83、<p>　　塔底溫度： tW=94.23℃</p><p>　　精餾段平均溫度：t1=68.55℃</p><p>　　提溜段平均溫度：t2=79.54℃</p><p>　　4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計算</p><p>　　4.3.1 密度及流量</p><p>

84、　　甲醇分子量為：32.04kg/kmol (Ma)　　　　　水的分子量為：18.01 kg/kmol (Mb)　　　</p><p>　　加料甲醇含量：x=0.55(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 塔底甲醇含量：x=0.061（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔頂甲醇含量：x=0.898（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）</p><p><b>　?、?、精餾段</b></p><p>　　精餾段平均溫

85、度：68.55℃</p><p>　　精餾段平均液相組成：</p><p>　　精餾段平均汽相組成：</p><p>　　精餾段液相平均分子量：</p><p>　　精餾段氣相平均分子量：</p><p><b>　　液相密度：</b></p><p><b>　

86、　氣相密度：</b></p><p><b>　　液相流量：</b></p><p><b>　　氣相流量：</b></p><p><b>　?、颉⑻狃s段</b></p><p>　　提餾段平均溫度：79.54℃</p><p>　　提餾段

87、平均液相組成：</p><p>　　提餾段平均氣相組成： </p><p>　　提餾段液相平均分子量：</p><p>　　提餾段氣相平均分子量： </p><p><b>　　液相密度：</b></p><p><b>　　氣相密度：</b></p><

88、p><b>　　液相流量：</b></p><p><b>　　氣相流量：</b></p><p>　　4.3.2液相表面張力的確定：</p><p>　　查圖知：二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列公式計算</p><p>　　其中 </p><p>　

89、　上述諸式中 下標(biāo) W,O,S------分別代表水、有機(jī)物及表面部分；</p><p>　　Xw，Xo-----主體部分的分子數(shù)：</p><p>　　Vw，Vo------主體部分的分子體積；</p><p>　　σw，σo-----分別為純水、有機(jī)物的表面張力；</p><p><b>　　對甲醇q=1。</b>

90、;</p><p><b>　　塔頂液相表面張力</b></p><p><b>　　=64.855℃，</b></p><p><b>　　代入上式得：</b></p><p><b>　　塔頂液表面張力：</b></p><p>

91、;<b>　　進(jìn)料板液相表面張力</b></p><p>　　tF=72.15℃,</p><p><b>　　代入上式得：</b></p><p>　　進(jìn)料液相表面張力： </p><p><b>　　塔底液相表面張力</b></p>&

92、lt;p>　　tw=96.76℃，</p><p><b>　　代入上式得：</b></p><p><b>　　塔底液相表面張力：</b></p><p>　　精餾段平均液相表面張力</p><p>　　提餾段平均液相表面張力</p><p>　　全塔平均液相表面張力

93、</p><p>　　4.3.3 液體平均粘度計算</p><p>　　塔頂溫度：t1=64.85℃</p><p>　　提溜段塔底溫度：t2=94.23℃</p><p><b>　　4.4塔徑的確定</b></p><p><b>　　4.4.1精餾段</b></p

94、><p>　　欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速 u＝安全系數(shù)×umax </p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　取塔板間距=0.35m，板上液層高度，</p><p>　　那么分離空間：- h1=0.4-0.05=0.35m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，

95、由于</p><p>　　圓整得 D=0.7m</p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　實際空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.4.2提餾段</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：&l

96、t;/b></p><p>　　取塔板間距=0.35m，板上液層高度，</p><p><b>　　那么分離空間：</b></p><p>　　- h1=0.4-0.05=0.35m</p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于</p><p>　　圓整?。?D'=0.7m<

97、/p><p><b>　　塔截面積：</b></p><p><b>　　空塔氣速：</b></p><p><b>　　4.5塔有效高度</b></p><p><b>　　三精餾段有效高度 </b></p><p><b>

98、;　　提餾段有效高度</b></p><p>　　從塔頂開始每隔5塊板開一個人孔，其直徑為0.45米,開人孔的兩塊板間距取0.6米</p><p>　　所以應(yīng)多加高(0.6-0.4)×[22/5]=0.6m</p><p>　　Z=++1.0=3.2+6.8+0.6=9.4m</p><p><b>　　4.6

99、整體塔高</b></p><p><b>　　(1)塔頂空間HD</b></p><p>　　取HD=1.6=0.64m加一人孔0.6米,共為1.2m 塔頂封頭H1=540mm 裙座H2=2400mm</p><p><b>　　(2)塔底空間</b></p><p>　　塔底儲液

100、高度依停留4min而定</p><p><b>　　m</b></p><p>　　取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m，中間開一直徑為0.6米的人孔 1+0.860=1.860m</p><p><b>　　(3)整體塔高 </b></p><p>　　第5章 塔板主要工藝參數(shù)確定</

101、p><p><b>　　5.1溢流裝置</b></p><p>　　選用單溢流弓形管降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。</p><p><b>　　5.1.1堰長lw</b></p><p>　　取堰長lw=0.65D,lw=0.455m</p><p>　　5.1.2出口堰高h(yuǎn)w</p

102、><p><b>　　查圖可知 </b></p><p><b>　　E=1.02</b></p><p>　　hw＝hL－h(huán)ow 其中 </p><p><b>　　h，</b></p><p>　　得how=0.005459m ，how‘

103、= 0.007427m </p><p>　　hw取0.04454m hw'取0.04257m</p><p>　　5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af</p><p><b>　　查圖知 m</b></p><p><b>　　精餾段：</b><

104、;/p><p>　　驗算液體在降液管內(nèi)停留時間</p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　驗算液體在降液管內(nèi)停留時間</p><p>　　停留時間>5s 故降液管尺寸可用。</p><p>　　5.1.4降液管底隙高度</p><p><b&

105、gt;　　，取</b></p><p><b>　　則精餾段：</b></p><p><b>　　提鎦段：</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理</p><p>　　5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列</p><p>　　5.2.1塔板的分塊<

106、/p><p>　　D≥800mm，故塔板采用分層，查表塔板分為3塊。</p><p>　　5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取</b></p><p>　　5.2.3開孔區(qū)面積計算</p><p>　　5.2.4篩孔計算及其排列</p><p>　　物系無腐

107、蝕性，選用δ=3mm碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為</p><p>　　開孔率為φ=0.907</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為個</b></p><p>　　精餾段氣體通過閥孔的氣速:</p><p>　　提餾段氣體通過閥孔的氣速: <

108、/p><p>　　第6章 篩板的力學(xué)檢驗</p><p><b>　　6.1塔板壓降</b></p><p>　　6.1.1干板阻力計算</p><p>　　由/δ=1.67查圖得=0.84</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>

109、<b>　　m</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　m </b></p><p>　　6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p>

110、　　由圖查取板上液層充氣系數(shù)</p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　4</b></p><p>　　由圖查取板上液層充氣系數(shù)</p><p>　　6.1.3液體表面張力的阻力計算計算</p><p><b>　　精餾段：=液柱&l

111、t;/b></p><p><b>　　提餾段：=液柱</b></p><p>　　6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高</p><p><b>　　可按下計算</b></p><p>　　∴精餾段=0.060+0.027+0.00184=0.0880m液柱</p><p&g

112、t;　　提餾段=0.04459+0.030+0.00343=0.07813m液柱</p><p><b>　　6.2 液面落差</b></p><p>　　對于D1.6m的篩板，液面落差可以忽略不計。</p><p><b>　　6.3液沫夾帶</b></p><p><b>　　(kg液

113、/kg氣)</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p>　　本設(shè)計液沫夾帶量在允許范圍0.1 kg液/kg氣內(nèi),符合要求.</p><p><b>　　6.4漏液的驗算</b></p>

114、;<p><b>　　篩板塔,漏液點氣速</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　精餾段，</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　實際孔速:精餾段＞,提餾段＞，&

115、lt;/p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù):</b></p><p><b>　　精餾段，</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　均大于1.5,所以設(shè)計無明顯液漏符合要求.</p><p><b>　　6.5液泛的驗

116、算</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)清液層高Hd≤φ()</p><p>　　對于設(shè)計中的甲醇-水體系φ=0.5, Hd≤0.5=0.197m</p><p><b>　　由于板上不設(shè)進(jìn)口堰</b></p><p><b>　　精餾段</b></p>

117、<p><b>　　液柱</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p>　　所以不會發(fā)生淹泛現(xiàn)象</p><p>　　以上各項流力學(xué)驗算可認(rèn)為精餾段、提溜段塔徑及各項工藝尺寸是適合的。</p><p>　　第7章 塔板負(fù)荷性能圖</p><p&

118、gt;<b>　　7.1漏液線</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　=</b></p><

119、;p><b>　　得=</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　得=</b></p><p><b>　　7.2霧沫夾帶線</b></p&g

120、t;<p>　　以kg液/kg氣為限求-關(guān)系：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　整理得</b></p><p><b>　　提餾段：</b></p>

121、<p><b>　　整理得</b></p><p>　　7.3液相負(fù)荷下限線</p><p>　　對于平流堰，取堰上液層高度how=0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，由式計算</p><p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段：</b>

122、;</p><p>　　7.4液相負(fù)荷上限線</p><p>　　以θ=4s作為液體在降液管中停留的下限</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　精餾段： </b></p><p><b>　　提鎦段：</b></p&

123、gt;<p><b>　　7.5液泛線</b></p><p><b>　　Hd=φ()</b></p><p><b>　　由，，，</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　其中帶入數(shù)據(jù)<

124、/b></p><p><b>　　精餾段 提餾段</b></p><p><b>　　所以精餾段</b></p><p><b>　　提餾段</b></p><p><b>　　7.6操作彈性</b></p><p>　　

125、由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點在正常的操作范圍內(nèi)，作出操作線</p><p><b>　　由圖，</b></p><p>　　故精餾段操作彈性為/=3.4</p><p><b>　　由圖，</b></p>

126、<p>　　故提餾段操作彈性為/=2.33</p><p>　　精餾段提餾段操作彈性均大于2小于5,符合要求。</p><p>　　第8章 輔助設(shè)備及零件設(shè)計</p><p>　　8.1塔頂冷凝器（列管式換熱器）</p><p>　　甲醇-水走殼程，冷凝水走管程，采用逆流形式</p><p><b&g

127、t;　　8.2估計換熱面積</b></p><p>　?、伲状?水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p>　　tD=65.05℃冷凝蒸汽量：</p><p>　　由于甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.965,所以可以忽略水的冷凝熱,r=1100.18KJ/kg </p><p>　　②．冷凝水始溫為12℃，取冷凝器出口水溫為20℃，在平均溫度</

128、p><p>　　物性數(shù)據(jù)如下（甲醇在膜溫40.3℃下，水在平均溫度16℃下）</p><p>　　③a. 設(shè)備的熱參數(shù)：</p><p><b>　　b．水的流量：</b></p><p><b>　　c．平均溫度差：</b></p><p>　　根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計表”取K

129、=2000W/(m2.℃)</p><p>　　傳熱面積的估計值為：</p><p>　　安全系數(shù)取1.2 換熱面積A=1.2*12.2=14.64m2</p><p>　　管子尺寸取25mm 水流速取ui=1.0m/s</p><p><b>　　管數(shù)：個</b></p><p><

130、;b>　　管長：</b></p><p><b>　　取管心距</b></p><p>　　殼體直徑取600mm</p><p>　　折流板：采用弓形折流板</p><p>　　取折流板間距B=200mm</p><p>　　由上面計算數(shù)據(jù)，選型如下：</p>&l

131、t;p>　　核算管程、殼程的流速及Re:</p><p><b>　?。ㄒ唬┕艹?lt;/b></p><p><b>　　流通截面積：</b></p><p><b>　　管內(nèi)水的流速</b></p><p><b>　?。ǘこ?lt;/b></p&

132、gt;<p>　　流通截面積： 取=11</p><p><b>　　殼內(nèi)甲醇-水流速 </b></p><p><b>　　當(dāng)量直徑 </b></p><p><b>　　8.3計算流體阻力</b></p><p><b>　　管程流體阻力</b

133、></p><p>　　設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm，則ε/d=0.005,</p><p>　　查得摩擦系數(shù)λ=0.022</p><p><b>　　符合一般要求</b></p><p><b>　　殼程流體阻力</b></p><p>　　Re=661.2>5

134、00，故</p><p>　　管子排列為正三角形排列，取F=0.5</p><p><b>　　擋板數(shù) 塊 </b></p><p><b>　　代入得 </b></p><p>　　取污垢校正系數(shù)F=1.0</p><p>　　=8376.9Pa<10kPa<

135、;/p><p>　　故管殼程壓力損失均符合要求</p><p><b>　　8.4計算傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程對流給熱系數(shù)</b></p><p>　　膜的雷諾數(shù)所以為垂直湍流管</p><p><b>　　=3.89×104<

136、/b></p><p><b>　　殼程對流給熱系數(shù)</b></p><p><b>　　Re=661.2</b></p><p><b>　　Pr0===8</b></p><p><b>　　=0.36</b></p><p&

137、gt;<b>　　=837.8</b></p><p><b>　　計算傳熱系數(shù)</b></p><p>　　取污垢熱阻 Rs0.15m℃/kW Rs=0.58 m℃/kW</p><p>　　以管外面積為基準(zhǔn) 則K==2.357kW/(m2.℃)</p><p>　　計算傳熱面積 A=m2&

138、lt;/p><p>　　所選換熱器實際面積為</p><p>　　A=n=13.3m2</p><p><b>　　裕度</b></p><p><b>　　所選換熱器合適</b></p><p><b>　　釜式再沸器：</b></p>&l

139、t;p><b>　　計算熱負(fù)荷：</b></p><p>　　考慮到5%的熱損失后 </p><p>　　選用0.2MPa飽和水蒸氣加熱，℃</p><p>　　因兩側(cè)均為恒溫相變 ℃</p><p>　　取傳熱系數(shù)K=1000W/（m2.K）</p><p><b>　　估算傳

140、熱面積</b></p><p>　　取安全系數(shù)0.8，實際傳熱面積A=172.9/0.8=216.12m2</p><p><b>　　原料預(yù)熱器:</b></p><p>　　原料加熱：采用壓強(qiáng)為270.25kPa的飽和水蒸汽加熱，溫度為130℃，冷凝溫度至130℃流體形式，采用逆流加熱　　 查表Cp甲醇=2.48 kJ/(