2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、<p><b>  第一章 前言</b></p><p>  乙醇在工業(yè),醫(yī)藥,民用等方面,都有很廣泛的應(yīng)用,是一種很重要的原料。在很多方面,要求乙醇有不同的純度,有時(shí)要求純度很高,甚至是無(wú)水乙醇,這是很有困難的,因?yàn)橐掖紭O具揮發(fā)性,所以,想得到高純度的乙醇很困難。</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?/p>

2、揮發(fā)度相差不大。精餾是多數(shù)分離過(guò)程,即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)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,塔內(nèi)裝有若干層塔板和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塔頂引入下降液??芍?,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&g

3、t;  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(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔形,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,但最常用的是F1型和V-4型。F1型浮閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便,節(jié)省材料,性能良好,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,采用輕閥。浮閥塔具有下列優(yōu)

4、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。浮閥塔不宜處理宜結(jié)焦或黏度大的系統(tǒng),但對(duì)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>  緒論</b></p><p>  §2.1 設(shè)計(jì)方案</p><p>  本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-水混合物。對(duì)于二

5、元混合物的分離,應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料,將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝,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)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系,故操作回流比取最小回流比的1.4倍。塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。</p><p>  §2.2 設(shè)計(jì)方案的確定及流程說(shuō)明</p><p>  &

6、#167;2.2.1選塔依據(jù) </p><p>  浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩,在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥,浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng),自行調(diào)節(jié),使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面,又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過(guò)程中。塔徑從200mm到6400

7、mm,使用效果均較好。</p><p>  浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用,是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn):</p><p>  (1) 處理能力大,比同塔徑的泡罩塔可增加20~40%,而接近于篩板塔。</p><p>  (2) 操作彈性大,一般約為5~9,比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。</p><p>  (3) 塔板效率高,比泡罩塔高1

8、5%左右。</p><p>  (4) 壓強(qiáng)小,在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400~660N/m2。</p><p>  (5) 液面梯度小。 </p><p>  (6) 使用周期長(zhǎng)。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。</p><p>  (7) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝容易,制造費(fèi)為泡罩塔板的60~80%,為篩板塔的120~130%。

9、</p><p>  §2.2.2加熱方式:直接蒸汽加熱</p><p>  蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱,設(shè)置再沸器。直接蒸汽加熱由于塔底產(chǎn)物基本是水,又由于在化工廠蒸汽較多所以直接蒸汽加熱。</p><p>  §2.2.3選擇適宜回流比</p><p>  適宜的回流比應(yīng)該通過(guò)經(jīng)濟(jì)核算來(lái)確定,即操作費(fèi)用和設(shè)備

10、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R,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取操作回流比為最小回流比的 1.2-2.0倍,考慮到原始數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)任務(wù),本方案取1.4,即:R= 1.4R;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。</p><p>  §2.2.4回流方式:泡點(diǎn)回流</p><p>  泡點(diǎn)回流易于控制,設(shè)計(jì)和控制時(shí)比較方便,而且

11、可以節(jié)約能源。</p><p>  §2.2.5操作流程說(shuō)明</p><p>  乙醇-水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后,用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后,進(jìn)入回流罐部分回流,其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用直接蒸汽供熱,塔底產(chǎn)品用于預(yù)熱原料 冷卻后送入貯槽。精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔低蒸汽輸入,由冷凝器中的冷卻介質(zhì)將

12、余熱帶走。</p><p>  乙醇—水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔 進(jìn)料板,在進(jìn)料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后,逐板溢流,最后流入塔底。在每層板上,回流液體與上升蒸汽互相接觸,進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過(guò)程</p><p>  第三章 塔板的工藝設(shè)計(jì)</p><p>  §3.1 精餾塔全塔物料衡算</p><p>

13、;  F:進(jìn)料量(kmol/s) :原料組成(摩爾分?jǐn)?shù),下同)</p><p>  D:塔頂產(chǎn)品流量(kmol/s) :塔頂組成</p><p>  W:塔底殘液流量(kmol/s) :塔底組成</p><p>  §3.2 主要數(shù)據(jù)參數(shù)的計(jì)算</p><p>  §3.2.1乙醇

14、—水系統(tǒng)t-x-y數(shù)據(jù)</p><p>  表3-1乙醇—水系統(tǒng)的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>  §3.2.2 溫度的計(jì)算</p><p>  利用表中數(shù)據(jù)用插值法求得</p><p> ?。? =85.32℃</p><p> ?。? =78.30℃</p><p> 

15、?。? =95.11℃</p><p>  精餾段平均溫度 ===81.81℃</p><p>  提餾段平均溫度 ==90.22℃</p><p>  §3.2.3 密度的計(jì)算</p><p>  已知:混合液密度 依式 =(a為質(zhì)量分?jǐn)?shù),為平均相對(duì)分子質(zhì)量)</p><p>  混合

16、汽密度 依式 </p><p>  塔頂溫度:=78.3℃</p><p>  氣相組成: =84.20%</p><p>  進(jìn)料溫度:=85.32℃</p><p>  氣相組成: =47.12%</p><p>  塔釜溫度:=95.11℃</p><p>  氣相組成:

17、 =18.42%</p><p><b>  精餾段:</b></p><p>  液相組成: </p><p>  氣相組成: </p><p><b>  所以 </b></p><p><b> ?、谔狃s段</b>

18、</p><p>  液相組成: </p><p>  氣相組成: </p><p><b>  所以 </b></p><p>  表3-2 不同溫度下乙醇和水的密度 </p><p>  求得在與下的乙醇和水的密度(單位:)</p><p>&l

19、t;b>  所以 </b></p><p>  §3.2.4混合液體表面張力</p><p>  二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算 </p><p><b>  注:</b></p><p>  式中下角標(biāo),w,o,s分別代表水、有機(jī)物及表面部分;xw、xo指主體部分的分

20、子數(shù),Vw、Vo主體部分的分子體積,δw、δo為純水、有機(jī)物的表面張力,對(duì)乙醇q = 2。 </p><p>  表3-3不同溫度下乙醇和水的表面張力</p><p>  求得在下的乙醇和水的表面張力(單位:10-3Nm-1)</p><p><b>  乙醇表面張力:</b></p><p><b>  水表

21、面張力: </b></p><p><b>  塔頂表面張力:</b></p><p><b>  聯(lián)立方程組: </b></p><p><b>  代入求得: </b></p><p><b>  原料表面張力:</b></p>

22、;<p><b>  聯(lián)立方程組: </b></p><p><b>  代入求得: </b></p><p><b>  塔底表面張力:</b></p><p><b>  聯(lián)立方程組:</b></p><p><b>  

23、代入求得: </b></p><p>  (1)精餾段液相表面張力:==</p><p> ?。?)提餾段液相表面張力:==</p><p>  §3.2.5 混合物的黏度計(jì)算 </p><p>  表3-4水在不同溫度下的黏度</p><p>  表3-5乙醇在不同溫度下的黏度</p&g

24、t;<p>  =81.81℃ 查表得: =0.3486mPa.s =0.483 mPa.s</p><p>  =90。22℃ 查表得: =0.3157mPa.s =0.427 mPa.s</p><p><b>  精餾段黏度:</b></p><p><b>  提餾段黏度:</b></p&

25、gt;<p>  §3.2.6相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算</p><p>  由 =0.4712 =0.124 </p><p><b>  得:</b></p><p>  由 =0.8420 =0.83</p><p><b>  =1.09</b></p>

26、<p>  由 =0.1842 =0.02</p><p>  (1)精餾段相對(duì)揮發(fā)度 </p><p> ?。?)提餾段相對(duì)揮發(fā)度 </p><p>  §3.3理論塔的計(jì)算</p><p>  理論板:指離開此板的氣液兩相平衡,而且塔板上液相組成均勻。</p><p>  理論板的計(jì)算方法

27、:可采用逐板計(jì)算法,圖解法,在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。</p><p>  根據(jù)1.01325×105Kpa下乙醇—水的氣液平衡組成可繪出平衡曲線,即x—y曲線圖,并繪出最小回流比圖。</p><p>  圖3-1確定最小回流比的計(jì)算</p><p><b>  所以 </b></p><p> 

28、 已知:精餾段操作線方程:</p><p><b>  提餾段操作線方程:</b></p><p>  圖3-2圖解法求理論板數(shù)</p><p>  在圖上作操作線,由點(diǎn)(0.8387,0.8387)起在平衡線與精餾段操作線間畫階梯,過(guò)精餾段操作線與q線交點(diǎn),直到階梯與平衡線的交點(diǎn)小于0.001176為止,由此得到理論NT=21快(包括再沸器)

29、,加料板為第17塊理論板。</p><p>  板效率與塔板結(jié)構(gòu),操作條件,物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān),它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式:</p><p><b>  計(jì)算。</b></p><p>  其中:—塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度;</p><p>  —塔頂與塔底平均溫度

30、下的液相粘度mPa.s。</p><p><b> ?。?)精餾段</b></p><p><b>  已知 </b></p><p>  =0.49=0.481 ===35塊</p><p>  為了安全起見,精餾段再加一塊板,總共為36塊板。</p><p><b&

31、gt; ?。?)提餾段</b></p><p><b>  已知 </b></p><p>  =0.49=0.384 ===8塊</p><p>  為了安全起見,精餾段再加一塊板,總共為9塊板。</p><p>  全塔所需實(shí)際塔板數(shù):= + =36+9=45塊</p><p>

32、<b>  全塔效率:</b></p><p>  加料板位置在第37塊塔板</p><p>  §3.4 塔徑的初步設(shè)計(jì)</p><p>  §3.4.1氣、液相體積流量計(jì)算</p><p>  根據(jù)x-y圖查圖計(jì)算,或由解析法計(jì)算求得:</p><p><b> 

33、 取 </b></p><p><b> ?。?)精餾段</b></p><p><b>  則質(zhì)量流量:</b></p><p><b>  則體積流量:</b></p><p> ?。?)提餾段 q=1.0</p><p><b&

34、gt;  則質(zhì)量流量:</b></p><p><b>  則體積流量:</b></p><p>  §3.4.2精餾段塔徑的計(jì)算</p><p>  有=(安全系數(shù)),安全系數(shù)=0.6~0.8,</p><p>  式中可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出</p><p>  圖3-3史密

35、斯關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>  橫坐標(biāo)數(shù)值為 </b></p><p>  取板間距 則-</p><p><b>  查圖可知 </b></p><p><b>  =</b></p><p>  =0.7=0.7 D===1.1

36、26</p><p><b>  圓整 塔截面積 </b></p><p>  實(shí)際空塔氣速為 =</p><p>  §3.4.3提餾段塔徑的計(jì)算</p><p><b>  橫坐標(biāo)數(shù)值為 </b></p><p>  取板間距 則-</p&

37、gt;<p><b>  查圖可知 </b></p><p><b>  =</b></p><p>  =0.7=0.7 =0.955m</p><p>  圓整 ,均取=1m 塔截面積 </p><p>  實(shí)際空塔氣速為 =</p><p>  由于精

38、餾段與提餾段塔徑相差不大,故塔徑都取1.2m。</p><p><b>  §3.5溢流裝置</b></p><p>  §3.5.1堰長(zhǎng)的計(jì)算</p><p>  取=0.65=0.65 1.2=0.78m</p><p>  本設(shè)計(jì)采用平直堰,設(shè)出口堰不設(shè)進(jìn)口堰,堰上液高度按下式計(jì)算</p&

39、gt;<p><b>  =(近似取E=1)</b></p><p><b>  (1)精餾段:</b></p><p><b>  =</b></p><p>  堰高 =0.06-0.009=0.051m</p><p><b> ?。?)提餾段:&

40、lt;/b></p><p><b>  =</b></p><p>  堰高 =0.06-0.018=0.042m</p><p>  §3.5.2弓降液管的寬度和橫截面積</p><p><b>  圖3-4</b></p><p>  查圖得 =0.

41、18</p><p><b>  則 </b></p><p>  驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間</p><p><b>  精餾段: </b></p><p><b>  提餾段:</b></p><p>  停留時(shí)間>5s 故降液管可以使用&

42、lt;/p><p>  §3.5.3降液管底隙高度</p><p>  圖3-5降液管示意圖</p><p><b> ?。?)精餾段:</b></p><p>  取降液管底隙流速 ,則</p><p><b>  m 取</b></p>&l

43、t;p><b> ?。?)提餾段:</b></p><p>  取降液管底隙流速 ,則</p><p><b>  m 取</b></p><p>  §3.6塔板的結(jié)構(gòu)尺寸、浮閥數(shù)目及排列</p><p>  采用斤型重閥,重量為32g,孔徑為39mm。</p>

44、;<p>  §3.6.1塔板的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>  由于塔徑大于800mm,所以采用單溢流型分塊式塔板,塔板面積可分為四個(gè)區(qū)域:鼓泡區(qū),溢流區(qū),破沫區(qū),無(wú)效區(qū)。</p><p>  圖3-6分塊式塔板示意圖</p><p>  本設(shè)計(jì)塔徑D=1.2m,故塔板采用分塊式,以便通過(guò)入孔裝拆塔板。</p><p>

45、  §3.6.2浮閥數(shù)目及排列</p><p> ?。?)精餾段:取閥孔動(dòng)能因子F0=11,孔速為:</p><p><b>  ==9.648</b></p><p>  每層塔板上的浮閥數(shù)目為:</p><p><b>  ==111個(gè)</b></p><p>

46、  取邊緣區(qū)寬度Wc=0.06m,破沫區(qū)寬度Ws=0.06m。</p><p>  計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積,按式計(jì)算</p><p><b>  其中: </b></p><p>  所以:==0.715</p><p>  浮閥排列方式采用等腰三角形叉排,取同一個(gè)橫排的孔心距t=0.075m</p>&l

47、t;p>  則排間距:==0.092m</p><p>  因塔徑較大,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,因此排間距不宜采用0.092m,而應(yīng)小些,故取=0.08m,以等腰三角形叉排方式作圖,排得閥數(shù)目為115個(gè)。</p><p>  圖3-7精餾段浮閥數(shù)目的確定</p><p>  按N=115,重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子:&l

48、t;/p><p><b>  =9.31</b></p><p>  =9.31=10.615</p><p>  閥動(dòng)能因子變化不大,仍在9~13范圍內(nèi)。</p><p>  塔板開孔率==12.18%</p><p>  (2)提餾段:取閥孔動(dòng)能因子=11,孔速為:</p><

49、p><b>  =11.3</b></p><p>  每層塔板上的浮閥數(shù)目為:</p><p><b>  ==97個(gè)</b></p><p><b>  取t=0.070m</b></p><p><b>  則排間距:</b></p>

50、;<p>  同上取=90mm,則排得閥數(shù)目為101個(gè)。</p><p>  圖3-8提餾段浮閥數(shù)目的確定</p><p>  按N=101,重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子:</p><p>  閥動(dòng)能因子變化不大,仍在9~13范圍內(nèi)。</p><p><b>  塔板開孔率</b></p>&l

51、t;p>  第四章 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>  §4.1氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降</p><p><b>  根據(jù),計(jì)算。</b></p><p><b>  1.精餾段:</b></p><p><b> ?。?)干板阻力:</b></p&g

52、t;<p><b>  因<,故</b></p><p> ?。?)板上充氣液層阻力:</p><p><b>  取則</b></p><p> ?。?)液體表面張力所造成的阻力</p><p>  此阻力很小,可忽略不計(jì),因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊后w高度為:</p

53、><p><b>  2.提餾段:</b></p><p><b> ?。?)干板阻力:</b></p><p><b>  因<,故</b></p><p> ?。?)板上充氣液層阻力:</p><p><b>  取則</b>

54、</p><p> ?。?)液體表面張力所造成的阻力</p><p>  此阻力很小,可忽略不計(jì),因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊后w高度為:</p><p><b>  =568pa</b></p><p><b>  §4.2液泛</b></p><p>  為了

55、防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生,要控制降液管高度,</p><p><b>  即</b></p><p><b>  1.精餾段:</b></p><p> ?。?)單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?=0.07m</p><p>  (2)液體通過(guò)降液管的壓頭損失:</p><p&

56、gt;<b>  (3)板上液層高度</b></p><p><b>  ,則</b></p><p><b>  取,已選定</b></p><p><b>  則</b></p><p>  可見,所以符合防止液泛的要求。</p><

57、;p><b>  2.提餾段:</b></p><p>  (1)單層氣體通過(guò)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p> ?。?)液體通過(guò)降液管的壓頭損失:</p><p><b>  (3)板上液層高度</b></p><p><b>  ,則</b></p&g

58、t;<p><b>  取,已選定</b></p><p><b>  則,</b></p><p>  可見<,所以符合防止液泛的要求。</p><p><b>  §4.3 霧沫夾帶</b></p><p><b>  泛點(diǎn)率:=</

59、b></p><p>  板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度:=</p><p><b>  板上液體流經(jīng)面積:</b></p><p>  取物性系數(shù)K=1.0,泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.10</p><p><b>  (1)精餾段:</b></p><p>  對(duì)于大塔,為了避免過(guò)量霧沫夾

60、帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%,由以上計(jì)算知,霧沫夾帶能夠滿足<0.11㎏(液/㎏氣)的要求。</p><p>  (2)提餾段:取物性系數(shù)K=1.0,泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)=0.101則</p><p><b>  泛點(diǎn)率</b></p><p>  由以上計(jì)算知,符合要求。</p><p>  §4.4塔板負(fù)荷性能圖&

61、lt;/p><p><b>  霧沫夾帶線</b></p><p><b>  泛點(diǎn)率</b></p><p>  據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線。按泛點(diǎn)率80%計(jì)算。</p><p><b> ?。?)精餾段</b></p><p><b>

62、  整理得:</b></p><p>  由上式和霧沫夾帶線為直線,則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)Ls值,可算出Vs。</p><p><b> ?。?)提餾段</b></p><p><b>  整理得:</b></p><p>  在操作范圍內(nèi),任取若干個(gè),算出相應(yīng)的值。</p>

63、<p>  表4-1霧沫夾帶線數(shù)據(jù)</p><p>  由上述數(shù)據(jù)即可作出霧沫夾帶線</p><p><b>  液泛線</b></p><p><b>  根據(jù)</b></p><p>  確定液泛線,由于很小,故忽略式中的</p><p><b>

64、  其中 </b></p><p><b> ?。?)精餾段:</b></p><p><b>  整理得: </b></p><p>  在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值,可求出與之對(duì)應(yīng)的值,計(jì)算結(jié)果列于表4-2:</p><p>  表4-2精餾段液泛線數(shù)據(jù)</p>&

65、lt;p>  由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線。</p><p><b> ?。?)提餾段:</b></p><p><b>  同理可得:</b></p><p>  在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值,可求出與之對(duì)應(yīng)的值,計(jì)算結(jié)果列于表4-3:</p><p>  表4-3提餾段液泛線數(shù)據(jù)</p>

66、<p>  由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線。</p><p><b>  液相負(fù)荷上限線</b></p><p>  液體的最大流量應(yīng)保證其在降液管中停留的時(shí)間不低于3~5s。</p><p>  液體在降液管中停留的時(shí)間由下式:</p><p>  以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限,則:</p>

67、<p>  據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直的液相負(fù)荷上限線。</p><p><b>  漏液線</b></p><p>  對(duì)于型重閥,依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn),則</p><p><b>  由知:</b></p><p><b> ?。?)精餾段:</b>

68、</p><p><b>  (2)提餾段: </b></p><p>  據(jù)此可作出與液體流量無(wú)關(guān)的漏液線。</p><p><b>  5.液相負(fù)荷下限線</b></p><p>  取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),做出液相負(fù)荷下限線,該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線。由式:</p>

69、<p><b>  則:</b></p><p>  據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直的液相負(fù)荷下限線。</p><p>  根據(jù)以上數(shù)據(jù)作出塔板負(fù)荷性能圖</p><p>  圖4-1精餾段負(fù)荷性能圖</p><p>  由塔板負(fù)荷性能圖可以看出:</p><p>  在任務(wù)規(guī)定的氣

70、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p(設(shè)計(jì)點(diǎn))處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>  塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制,操作下限由漏液控制。</p><p>  按固定的液氣比,由圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限。</p><p><b>  氣相負(fù)荷下限。</b></p><p>  所以,精餾段操作彈性=1.7/0.55=3.

71、09 。</p><p>  圖4-2提餾段負(fù)荷性能圖</p><p>  由塔板負(fù)荷性能圖可以看出:</p><p>  在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p(設(shè)計(jì)點(diǎn))處在適宜的操作區(qū)內(nèi)的適中位置。</p><p>  塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液沫夾帶控制,操作下限由漏液控制。</p><p>  按固定的液氣比,由圖查

72、出塔板的氣相負(fù)荷上限。</p><p><b>  氣相負(fù)荷下限。</b></p><p>  所以,提留段操作彈性=2.0/0.7=2.86 。</p><p>  第五章 塔附件設(shè)計(jì)</p><p><b>  §5.1接管</b></p><p><b

73、>  進(jìn)料管</b></p><p>  進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多,有直管進(jìn)料管,彎管進(jìn)料管,T型進(jìn)料管。</p><p>  本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管,管徑計(jì)算如下: </p><p>  查標(biāo)準(zhǔn)系列選取Φ57×3.5</p><p><b>  校核設(shè)計(jì)流速:</b></p>

74、<p><b>  經(jīng)校核,設(shè)備適用。</b></p><p><b>  2.回流管</b></p><p><b>  采用直管回流管,取</b></p><p>  查表取Φ57×3.5</p><p><b>  校核設(shè)計(jì)流速:</

75、b></p><p><b>  經(jīng)校核,設(shè)備適用。</b></p><p><b>  3.塔底出料管</b></p><p><b>  取 ,直管出料</b></p><p>  查表取Φ57×3.5</p><p><b&g

76、t;  校核設(shè)計(jì)流速,</b></p><p><b>  經(jīng)校核,設(shè)備適用。</b></p><p><b>  4.塔頂蒸氣出料管</b></p><p>  直管出氣,取出口氣速為:u=15 m/s則:</p><p><b>  查表取Φ377×8</b

77、></p><p><b>  校核設(shè)計(jì)流速:</b></p><p><b>  經(jīng)校核,設(shè)備適用。</b></p><p><b>  5.塔底進(jìn)氣管</b></p><p>  采用直管進(jìn)氣,取出口氣速為:u=23 m/s則:</p><p>

78、;  查表取Φ300×7.5</p><p><b>  校核設(shè)計(jì)流速:</b></p><p><b>  §5.2人孔</b></p><p>  人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道,人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板,由于設(shè)置人孔處塔間距離大,且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求,一般

79、每隔10塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔,本塔中共45塊板,則S為:</p><p>  在設(shè)置人孔處,板間距為800mm,直徑為500mm,人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平,其邊緣需倒棱和磨圓,人孔法蘭的密封面形及墊片用材,一般與塔的接管法蘭相同,本設(shè)計(jì)也是如此。</p><p>  第六章 塔總體高度的設(shè)計(jì)</p><p>  §6.1塔的頂部空間高度</p&g

80、t;<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,塔頂部空間高度為1200mm。</p><p>  §6.2塔的底部空間高度</p><p>  塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離,釜液停留時(shí)間取10min。</p><p>  V釜液=0.00344×600=2.064m3</

81、p><p>  §6.3進(jìn)料板空間高度</p><p>  進(jìn)料段空間高度取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)型式和物料狀況,一般 </p><p>  比大,有時(shí)要大一倍。為了防止進(jìn)料直沖塔板,常在進(jìn)料口處考慮安 </p><p>  裝防沖實(shí)施,如防沖板,入口堰,緩沖管等,應(yīng)保證這些實(shí)施的安裝。</p><p><b&g

82、t;  §6.4塔總體高度</b></p><p><b>  由下式計(jì)算:</b></p><p>  式中:--塔頂空間高度,m</p><p><b>  --塔板間距,m</b></p><p>  --開有人孔的塔板間距,m</p><p> 

83、 --進(jìn)料段空間高度,m</p><p>  --塔底空間高度,m</p><p><b>  N—實(shí)際塔板數(shù);</b></p><p>  S—人孔數(shù)目(不包括塔頂空間和塔底空間人孔)</p><p>  本設(shè)計(jì)的塔體總高:H=22.83m。</p><p>  第七章 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)</p

84、><p><b>  §7.1數(shù)據(jù)與說(shuō)明</b></p><p>  預(yù)熱器一個(gè):預(yù)熱進(jìn)料,同時(shí)冷卻釜液。</p><p>  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。</p><p>  冷卻器一個(gè):將產(chǎn)品冷卻到要求的溫度后排出。</p><p>  計(jì)算前均假定換熱器的損失為

85、殼方氣體傳熱量的10%,即安全系數(shù)為1.05。下面3個(gè)換熱器的計(jì)算均按照這個(gè)假定。</p><p><b>  §7.2預(yù)熱器計(jì)算</b></p><p>  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85.32℃,而原 </p><p>  料溫度為20℃。釜?dú)堃旱臏囟葹?5.11℃,其主要成分是水,比熱比 </p>

86、<p>  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), </p><p>  只要控制好釜?dú)堃旱牧髁?,由于釜?dú)堃耗芴峁┑臒崃孔銐?,因而可?</p><p>  穩(wěn)定控制進(jìn)料溫度為泡點(diǎn)。擬定將釜液降至35℃排出,以用于他途。</p><p>  F=2.694kg/s,W=2.899kg/s</p><p> 

87、 根據(jù)溫度,查相關(guān)表得:</p><p>  CP水=4.1748KJ/(kg℃), CP乙醇=2.7025KJ/(kg℃)。</p><p>  取總傳熱系數(shù)K=700=0.7KJ/℃</p><p>  取安全系數(shù)1.1,則實(shí)際傳熱面積為:A=89.57。</p><p>  作為傳熱管,管心距PT 為32mm</p>

88、<p>  傳熱管長(zhǎng)度定為4.5m,根據(jù)傳熱面積計(jì)算管的根數(shù)n</p><p><b>  換熱器的直徑</b></p><p>  取Do=0.70m,管程為6,管子根數(shù)4,,換熱管長(zhǎng)度為4500mm,換熱面積為105.0,管子按正三角形排列。G-700-4-105-180-6</p><p><b>  校核:<

89、;/b></p><p><b>  A=105.0</b></p><p>  Q=105.0×0.7×12.21=897.44KJ/s</p><p>  所以傳熱足夠,設(shè)計(jì)滿足要求。</p><p><b>  §7.3全凝器計(jì)算</b></p>

90、<p>  取水進(jìn)口溫度為25℃,水的出口溫度為40℃,V =2.6Kg/s;塔頂出口氣體的溫度為78.3℃,在此溫度下:</p><p>  =0.83×730+(1-0.83)×1564=871.78kJ/kg</p><p>  =2.60×871.78=2266.63 KJ/s</p><p><b> 

91、 ℃</b></p><p><b>  A=</b></p><p>  取安全系數(shù)1.1,則實(shí)際傳熱面積為75.53</p><p>  作為傳熱管,管心距PT 為32mm</p><p>  傳熱管長(zhǎng)度定為3m,根據(jù)傳熱面積計(jì)算管的根數(shù)n:</p><p><b>  

92、換熱器的直徑</b></p><p>  同上求法,其中PR=32/25=1.28,CL=1,CTP=0.85</p><p>  則Do=0.70m,管程為6,管子根數(shù)4,,換熱管長(zhǎng)度為3000mm換熱面積為105.0,管子按正三角形排列。G-700-4-105-120-6</p><p><b>  §7.4冷卻器計(jì)算</b

93、></p><p>  取水進(jìn)口溫度為25℃,水的出口溫度為35℃;塔頂全凝器出來(lái)的有機(jī)液D=0.6237Kg/s;溫度為78.3℃,降至35℃。按產(chǎn)品冷卻前后的平均溫度查算比熱: </p><p><b>  所用水量:</b></p><p><b>  kg/s</b&g

94、t;</p><p>  取總傳熱系數(shù)K=900=0.90KJ/℃</p><p><b>  ℃</b></p><p><b>  A=</b></p><p>  取安全系數(shù)1.1,則A=4.84</p><p>  作為傳熱管,管心距PT 為32mm</p>

95、;<p>  傳熱管長(zhǎng)度定為3m,根據(jù)傳熱面積計(jì)算管的根數(shù)n</p><p>  同上求法,其中PR=32/25=1.28,CL=1,CTP=0.85</p><p><b>  Do=0.178m</b></p><p>  取Do=273mm,管程為2,管子根數(shù)32,,換熱管長(zhǎng)度為3000mm換熱面積為7.3,管子按正三角形排

96、列。G-273-2.50-7.3-120-2</p><p><b>  校核:</b></p><p><b>  A=7.3</b></p><p>  Q=7.3×0.9×22.72=149.27KJ/s</p><p><b>  KJ/s</b>&

97、lt;/p><p>  所以傳熱足夠,設(shè)計(jì)滿足要求。</p><p>  第八章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</p><p><b>  結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>  精餾塔的設(shè)計(jì),在化工行業(yè)應(yīng)用較廣。這次,通過(guò)兩個(gè)周的課程設(shè)計(jì),我意識(shí)到這項(xiàng)任務(wù)的艱難。在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中,我們綜合地運(yùn)用了我們所學(xué)習(xí)過(guò)的流體力學(xué),傳熱,傳質(zhì),分

98、離等方面的化工基礎(chǔ)知識(shí),設(shè)計(jì)了一款可應(yīng)用于設(shè)計(jì)生產(chǎn)當(dāng)中的乙醇水連續(xù)精餾浮筏塔。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,計(jì)算尤其復(fù)雜。每一步的計(jì)算都關(guān)乎到后面的一連串結(jié)果。所以,我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中感覺(jué)阻力很大。比如說(shuō)由于沒(méi)有正確理解某個(gè)公式的使用范圍而盲目套用,結(jié)果導(dǎo)致要從頭又開始計(jì)算,這個(gè)過(guò)程花費(fèi)的時(shí)間較多。還有就是許多經(jīng)驗(yàn)公式的使用,由于我們知識(shí)面的有限,所以許多公式的出處我們不是很了解。在涉及的化工原理,分離,化工熱力學(xué)等課程中,我們充分意識(shí)到我們這大學(xué)三年所

99、學(xué)知識(shí)的重要性。它讓我們可以將我們?cè)跁旧纤鶎W(xué)到的理論知識(shí)用于到生產(chǎn)實(shí)際之中。再到后來(lái)管道以及其他設(shè)備的選型,讓我們將化工原理上學(xué)到的相關(guān)知識(shí)一化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)聯(lián)系起來(lái),對(duì)我們的設(shè)計(jì)工作有很大幫助。人孔的設(shè)計(jì)使我們明白課本知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際的差異,也就是我們必須考慮到我們所設(shè)計(jì)的方案在實(shí)際中的可行性。在計(jì)算的許多過(guò)程,我們必須在計(jì)算所得值的基礎(chǔ)上再考慮一定的安全系數(shù),如我們?cè)诜謩e計(jì)算出精餾和提餾的</p><p> 

100、 本次設(shè)計(jì)出了計(jì)算之外的另一大難題就是作圖。在此過(guò)程中,我們將我們所學(xué)的Auto CAD的知識(shí)充分利用起來(lái),如求最小回流比,求實(shí)際塔板數(shù),確定浮閥塔板的開孔數(shù)目,畫負(fù)荷性能圖,再到后來(lái)的工藝流程圖的繪制以及裝配圖的繪制,這都離不開對(duì)CAD知識(shí)的熟練掌握。通過(guò)邊作圖邊摸索,我們進(jìn)一步鞏固了CAD繪圖的基礎(chǔ)技巧,這對(duì)我們以后大四的畢業(yè)設(shè)計(jì)必定有很大的幫助。</p><p>  在老師和同學(xué)的幫助下,我們小組按時(shí)完成了

101、這次的課程設(shè)計(jì)任務(wù),它讓我們明白,知識(shí)不是死板硬套,而是有理可循,有數(shù)可依的。因此,在以后將近一年的大學(xué)學(xué)習(xí)中,我們一定扎扎實(shí)實(shí)地學(xué)好課本知識(shí),并將理論應(yīng)用于實(shí)際,來(lái)提高我們的專業(yè)技能水平。</p><p><b>  致謝</b></p><p>  這次的課程設(shè)計(jì),方繼德老師給予了我們細(xì)心地指導(dǎo),在此向方老師表示最誠(chéng)摯的感謝。此外,我們小組成員間的探討與合作,也使

102、得我們完成這項(xiàng)工作的過(guò)程變得順利。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1]陳英男、劉玉蘭.常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2005、4</p><p>  [2]劉雪暖、湯景凝.化工原理課程設(shè)計(jì)[M].山東:石油大學(xué)出版社,2001、5</p><p>  [3]

103、陳敏恒.化工原理 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006、5</p><p>  [4]中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)(第三版上冊(cè))[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003、7</p><p>  [5]路秀林、王者相.塔設(shè)備[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004、1</p><p>  [6]丁浩.化工工藝設(shè)計(jì)[M].上??茖W(xué)技術(shù)出版社 </

104、p><p>  [7]湖南大學(xué)化工系無(wú)機(jī)化工教研室.化工手冊(cè)(上冊(cè))</p><p>  [8]王存文、孫緯.化工原理與數(shù)據(jù)處理.[M]。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.5</p><p>  [9]劉光啟.化學(xué)化工物性手冊(cè)(有機(jī)卷).[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.5</p><p>  [10]夏清、陳常貴.化工原理 [M].天津:天津

105、大學(xué)出版社,2005、1</p><p><b>  主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><p><b>  附錄</b></p><p>  附錄一 設(shè)計(jì)所需技術(shù)參數(shù)</p><p>  附錄二乙醇—水系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)</p><p>  附錄三 流程圖說(shuō)明</p&g

106、t;<p>  乙醇-水溶液經(jīng)預(yù)熱至泡點(diǎn)后,用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸氣采用全冷凝后,進(jìn)入回流罐部分回流,其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用直接蒸汽供熱,塔底產(chǎn)品用于預(yù)熱原料 冷卻后送入貯槽。精餾裝置有精餾塔、原料預(yù)熱器、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔低蒸汽輸入,由冷凝器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。</p><p>  乙醇—水混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔

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