化工原理課程設(shè)計---精餾塔設(shè)計——篩板式精餾塔設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一部分：綜述4</b></p><p><b>　　1.1序言4</b></p><p><b>　　1.2任務(wù)書4</b></p><p>　　第二部分：精餾塔設(shè)計——篩板式

2、精餾塔設(shè)計5</p><p><b>　　2.1概述5</b></p><p>　　2.1.1設(shè)計任務(wù)書5</p><p>　　2.1.2設(shè)計條件6</p><p>　　2.1.3工藝流程圖6</p><p>　　2.2工藝設(shè)計計算6</p><p>　　2.2

3、.1設(shè)計方案的確定6</p><p>　　2.2.2精餾塔的物料衡算6</p><p>　　2.3塔板數(shù)的確定7</p><p>　　2.3.1理論板層數(shù)NT的求取7</p><p>　　2.3.1.1繪制苯----甲苯物系氣液平衡相圖7</p><p>　　2.3.1.2求最小回流比及操作回流比8<

4、/p><p>　　2.3.1.3求精餾塔的氣、液相負荷8</p><p>　　2.3.1.4求操作線方程9</p><p>　　2.3.2逐板法求理論板9</p><p>　　2.3.3全塔效率的計算10</p><p>　　2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算10</p><p>

5、　　2.4.1操作壓力計算10</p><p>　　2.4.2操作溫度計算11</p><p>　　2.4.3平均摩爾質(zhì)量計算11</p><p>　　2.4.3.2進料板平均摩爾質(zhì)量計算11</p><p>　　2.4.3.3塔底平均摩爾質(zhì)量計算11</p><p>　　2.4.3.4精餾段平均摩爾質(zhì)量1

6、2</p><p>　　2.4.3.5提餾段平均摩爾質(zhì)量12</p><p>　　2.4.4平均密度計算12</p><p>　　2.4.4.2液相平均密度計算12</p><p>　　2.4.5 液體平均表面張力計算14</p><p>　　2.4.6 液體平均粘度計算14</p><p

7、>　　2.4.7 氣液負荷計算15</p><p>　　2.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算16</p><p>　　2.5.1 塔徑的計算16</p><p>　　2.5.2 精餾塔的有效高度的計算17</p><p>　　2.6塔板主要工藝尺寸的計算18</p><p>　　2.6.1溢流裝置計算18&

8、lt;/p><p>　　2.6.1.1堰長18</p><p>　　2.6.1.2溢流堰高度18</p><p>　　2.6.1.3弓形降液管寬度和截面積19</p><p>　　2.6.1.4 降液管底隙高度20</p><p>　　2.6.2塔板布置20</p><p>　　2.6.2

9、.1塔板的分塊20</p><p>　　2.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定20</p><p>　　2.6.2.3開孔區(qū)面積計算20</p><p>　　2.6.2.4篩孔計算及其排列21</p><p>　　2.7篩板的流體力學(xué)驗算21</p><p>　　2.7.1塔板壓降21</p><

10、p>　　2.7.1.1干板阻力hc計算21</p><p>　　2.7.1.2氣體通過液層的阻力計算22</p><p>　　2.7.1.3液體表面張力的阻力計算23</p><p>　　2.7.2液面落差23</p><p>　　2.7.3液沫夾帶24</p><p>　　2.7.4 漏液24<

11、;/p><p>　　2.7.5液泛24</p><p>　　2.8塔板負荷性能圖25</p><p>　　2.8.1漏液線25</p><p>　　2.8.2液沫夾帶線26</p><p>　　2.8.3液相負荷下限線27</p><p>　　2.8.4液相負荷上限線27</p&g

12、t;<p>　　2.8.5液泛線28</p><p>　　2.9設(shè)計一覽表29</p><p>　　第三部分：換熱器設(shè)計——塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計31</p><p><b>　　3.1概述31</b></p><p>　　3.1.1設(shè)計任務(wù)書31</p><p>　　3.1.

13、2設(shè)計內(nèi)容31</p><p>　　3.1.3設(shè)計成果31</p><p>　　3.2課程設(shè)計31</p><p>　　3.2.1確定設(shè)計方案31</p><p>　　3.2.1.1選擇換熱器類型31</p><p>　　3.2.1.2管程安排32</p><p>　　3.2.2確定

14、物性數(shù)據(jù)32</p><p>　　3.2.3估算換熱面積32</p><p>　　3.2.4初選換熱器規(guī)格34</p><p>　　3.2.5核算總傳熱系數(shù)K034</p><p>　　3.2.5.1計算管程對流傳熱系數(shù)34</p><p>　　3.2.5.2計算殼程對流傳熱系數(shù)35</p>

15、<p>　　3.2.5.3計算總傳熱系數(shù)35</p><p>　　3.2.6核算壁溫與冷凝液流型36</p><p>　　3.2.7計算壓降36</p><p>　　3.2.7.1計算管程壓降36</p><p>　　3.2.7.2計算殼程壓降37</p><p>　　3.2.8換熱器主結(jié)構(gòu)參數(shù)和計

16、算結(jié)果一覽表37</p><p>　　3.3設(shè)計結(jié)果分析38</p><p>　　第四部分:換熱器設(shè)計——塔頂產(chǎn)品冷卻器設(shè)計39</p><p><b>　　4.1概述39</b></p><p>　　4.1.1設(shè)計任務(wù)書39</p><p>　　4.1.2設(shè)計內(nèi)容39</p&g

17、t;<p>　　4.1.3設(shè)計成果39</p><p>　　4.2課程設(shè)計39</p><p>　　4.2.1確定設(shè)計方案39</p><p>　　4.2.1.1估算傳熱面積，初選換熱器型號39</p><p>　　4.2.1.2核算壓降42</p><p>　　4.2.1.3核算總傳熱系數(shù)4

18、3</p><p>　　第五部分:結(jié)語46</p><p>　　第六部分：參考文獻47</p><p>　　第七部分：附錄48</p><p><b>　　第一部分：綜述</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是綜合運用《化工原理》課程和有關(guān)先修課程（《物理化學(xué)》，《化工制圖》等）所學(xué)

19、知識，完成一個單元設(shè)備設(shè)計為主的一次性實踐教學(xué)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，在整個教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過課程設(shè)計，要求更加熟悉工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設(shè)計的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運用理論知識和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計算能力等。</p><p><b>　　1.1序言</b></p><p>　　化工原理課程設(shè)計是綜合

20、運用《化工原理》課程和有關(guān)先修課程（《物理化學(xué)》，《化工制圖》等）所學(xué)知識，完成一個單元設(shè)備設(shè)計為主的一次性實踐教學(xué)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，在整個教學(xué)中起著培養(yǎng)學(xué)生能力的重要作用。通過課程設(shè)計，要求更加熟悉工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工單元操作設(shè)計的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運用理論知識和技能的能力，問題分析能力，思考問題能力，計算能力等。</p><p><b>　　1.2任務(wù)書</b&g

21、t;</p><p>　　擬采用常壓篩板塔分離苯-甲苯混合液。已知原料流量為4500kg/h。原料含苯組成35%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）。精餾分離使塔頂產(chǎn)品苯含量不低于97%，塔底產(chǎn)品甲苯含量不低于98%；要求產(chǎn)品進入貯罐的溫度不低于50℃，原料貯罐貯料、產(chǎn)品貯罐要滿足八小時生產(chǎn)任務(wù)。設(shè)計任務(wù)</p><p>　　1.畫出流程方框圖和帶控制點的工藝流程圖</p><p>

22、　　2.做分離全過程的物料衡算與熱量衡算</p><p>　　3.做換熱器設(shè)計與精餾塔設(shè)計</p><p>　?。?）換熱器設(shè)計——塔頂產(chǎn)品冷卻器設(shè)計</p><p>　　上述精餾生產(chǎn)過程中，需要將塔頂產(chǎn)品從80℃冷卻到45℃，要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10kpa，試選用合適的換熱器。</p><p>　?。?）精餾塔（篩板）設(shè)計<

23、;/p><p>　　完成上述分離任務(wù)所需的精餾塔相關(guān)設(shè)計</p><p>　　原始數(shù)據(jù)：精餾塔塔頂壓強：4kpa（表壓），單板壓降不超過0.7kpa，冷卻水循環(huán)溫度：25℃，飽和水蒸汽壓：0.25Mpa（表壓），設(shè)備型式：篩板（浮閥）塔，建廠地區(qū)壓力：1atm</p><p>　　第二部分：精餾塔設(shè)計——篩板式精餾塔設(shè)計</p><p><

24、b>　　2.1概述</b></p><p>　　2.1.1設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　試設(shè)計分離苯-甲苯混合物的篩板精餾塔。已知原料液的處理量為4500kg/h，組成為0.35（苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)），要求塔頂餾出液的組成為0.97，塔底釜液的組成為0.02。</p><p><b>　　2.1.2設(shè)計條件</b></p&g

25、t;<p>　　試根據(jù)上述工藝條件作出篩板的設(shè)計計算。</p><p>　　2.1.3工藝流程圖</p><p>　　原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜殘液）再沸器中原料液部分汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進入貯槽再經(jīng)過冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為

26、回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵,有時還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計、溫度計和壓力表）。以測量物流的各項參數(shù)。</p><p><b>　　2.2工藝設(shè)計計算</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計方案的確定</p><p>　　本

27、設(shè)計任務(wù)書為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。</p><p>　　2.2.2精餾塔的物料衡算</p><p>　　料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率: </p><p>　　

28、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量:</p><p><b>　　原料處理量:</b></p><p><b>　　物料衡算</b></p><p><b>　　總物料衡算：</b></p><p><b>　　苯物料衡算：</b></p>

29、<p><b>　　聯(lián)立解得：</b></p><p>　　式中 F------原料液流量</p><p>　　D------塔頂產(chǎn)品量</p><p>　　W------塔底產(chǎn)品量</p><p>　　2.3塔板數(shù)的確定 </p><p>　　2.3.1理論板層數(shù)NT的求取 <

30、;/p><p>　　苯一甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。</p><p>　　2.3.1.1繪制苯----甲苯物系氣液平衡相圖</p><p>　　由手冊查得苯一甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出圖，見下圖</p><p>　　2.3.1.2求最小回流比及操作回流比</p><p>　　采用作圖法求最小回流比。在上圖中

31、對角線上，自點e（0.350,0.350）作垂線即為進料線(q線)，該線與平衡線的交點坐標(biāo)為yq=0.570，xq=0.350，故最小回流比為 xq=0.350。</p><p><b>　　取操作回流比為</b></p><p>　　2.3.1.3求精餾塔的氣、液相負荷 </p><p>　　2.3.1.4求操作線方程 精餾段操作

32、線方程為：</p><p>　　提餾段操作線方程為：</p><p>　　2.3.2逐板法求理論板</p><p><b>　　根據(jù) 可解得</b></p><p><b>　　相平衡方程 </b></p><p><b>　　精餾段理論塔板數(shù)：</b&

33、gt;</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b>&l

34、t;/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　因為,精餾段理論板 。</p><p><b>　　提餾段理論板數(shù)：</b></p><p><b>　　，</b></p>

35、;<p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p>&l

36、t;p>　　因為,所以提留段理論板 。</p><p>　　2.3.3全塔效率的計算</p><p>　　2.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算</p><p>　　2.4.1操作壓力計算 </p><p><b>　　塔頂操作壓力</b></p><p><b>　　每層塔板

37、壓降 </b></p><p><b>　　進料板壓力</b></p><p><b>　　塔底操作壓力</b></p><p><b>　　精餾段平均壓力</b></p><p><b>　　提餾段平均壓力</b></p>&l

38、t;p>　　2.4.2操作溫度計算 依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度，其中苯、甲苯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計算，計算過程略。計算結(jié)果如下：</p><p><b>　　塔頂溫度</b></p><p><b>　　進料板溫度</b></p><p><b>　　塔底溫度</b

39、></p><p><b>　　精餾段平均溫度</b></p><p><b>　　提餾段平均溫度</b></p><p>　　2.4.3平均摩爾質(zhì)量計算 2.4.3.1塔頂平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　由,代入相平衡方程得</p><p>　　2.4.3.2

40、進料板平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　由上面理論板的算法，得，</p><p>　　2.4.3.3塔底平均摩爾質(zhì)量計算</p><p>　　由,由相平衡方程，得yw=0.055</p><p>　　2.4.3.4精餾段平均摩爾質(zhì)量 </p><p>　　2.4.3.5提餾段平均摩爾質(zhì)量</p>&l

41、t;p>　　2.4.4平均密度計算 2.4.4.1氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算，精餾段的平均氣相密度 :</p><p>　　提餾段的平均氣相密度:</p><p>　　2.4.4.2液相平均密度計算 液相平均密度依下式計算，即</p><p>　?、偎斠合嗥骄芏鹊挠嬎?由℃，查手冊得:</p><p&

42、gt;<b>　　，</b></p><p>　　塔頂液相的質(zhì)量分率：</p><p><b>　　塔頂液相的密度：</b></p><p>　?、谶M料板液相平均密度的計算</p><p><b>　　由℃，查手冊得:</b></p><p><b

43、>　　，</b></p><p>　　進料板液相的質(zhì)量分率：</p><p>　　進料板液相平均密度：</p><p>　　③塔底液相平均密度的計算：</p><p><b>　　由℃，查手冊得：</b></p><p><b>　　3,3</b></

44、p><p>　　塔底液相的質(zhì)量分率：</p><p><b>　　塔底液相平均密度：</b></p><p>　?、芫s段液相平均密度為：</p><p>　　⑤提餾段液相平均密度為</p><p>　　2.4.5 液體平均表面張力計算</p><p>　　液相平均表面張力依下

45、式計算，即</p><p>　?、偎斠合嗥骄砻鎻埩Φ挠嬎?由℃，查手冊得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　③塔底液相平均表面張力的計算 由℃，查手冊得 </p><p><b>　　,</b></p><p>　?、芫s段液相平均表面

46、張力為 </p><p>　?、萏狃s段液相平均表面張力為 </p><p>　　2.4.6 液體平均粘度計算 </p><p>　　液相平均粘度依下式計算，即 </p><p>　?、偎斠合嗥骄扯鹊挠嬎?由℃，查手冊得：</p><p><b>　　,</b></p><p

47、><b>　　解出</b></p><p>　?、谶M料板液相平均粘度的計算 ,由℃，查手冊得： </p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　解出</b></p><p>　?、鬯滓合嗥骄扯鹊挠嬎?,由℃，查手冊得： </p>&

48、lt;p><b>　　,</b></p><p><b>　　解出</b></p><p>　?、芫s段液相平均粘度為：</p><p>　?、萏狃s段液相平均粘度為 </p><p>　　2.4.7 氣液負荷計算</p><p><b>　?、倬s段：<

49、/b></p><p><b>　　②提餾段：</b></p><p>　　2.5精餾塔的塔體工藝尺寸計算</p><p>　　2.5.1 塔徑的計算</p><p>　　塔板間距HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及塔的安裝、檢修等都有關(guān)。可參照下表所示經(jīng)驗關(guān)系選取。</p

50、><p><b>　　①對精餾段：</b></p><p>　　初選板間距，取板上液層高度，故；</p><p><b>　　查斯密斯關(guān)聯(lián)圖 </b></p><p><b>　　得；依式</b></p><p>　　校正物系表面張力為時,</p>

51、;<p>　　可取安全系數(shù)為0.7，則（安全系數(shù)0.6—0.8）</p><p><b>　　故</b></p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn),塔徑圓整為 ,塔截面積為 則空塔氣速。</p><p>　　2.5.2 精餾塔的有效高度的計算</p><p>　?、倬s段有效高度為:</p><p&g

52、t;　?、谔狃s段有效高度為:</p><p>　　在進料板上方開一人孔，其高度為0.8m，</p><p>　?、酃示s塔的有效高度為:</p><p>　　2.6塔板主要工藝尺寸的計算</p><p>　　2.6.1溢流裝置計算</p><p>　　篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)

53、對塔的性能有著重要影響。根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合其他影響因素，當(dāng)因D=1.0m,可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰，采用凹形受液盤。各項計算如下：</p><p><b>　　2.6.1.1堰長</b></p><p><b>　　取</b></p><p>　　2.6.1.2溢流堰高度</p><p>　　

54、由 ,選用平直堰，堰上液層高度由公式計算，</p><p><b>　　近似取E=1，則</b></p><p>　　取板上清液層高度 ，故。</p><p>　　2.6.1.3弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由，查弓形降液管的參數(shù)圖</p><p><b>　　得</

55、b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　依式</b></p><p>　　驗算液體在降液管中停留時間，即</p><p><b>　　故降液管設(shè)計合理。</

56、b></p><p>　　2.6.1.4 降液管底隙高度</p><p><b>　　取則</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p><p><b>　　2.6.2塔板布置</b></p>

57、<p>　　2.6.2.1塔板的分塊</p><p>　　因，故塔板采用分塊式。附錄表-8，塔板分為三塊。</p><p>　　2.6.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b>　　取 ，</b></p><p>　　2.6.2.3開孔區(qū)面積計算</p><p><b>　

58、　開孔區(qū)面積按式</b></p><p><b>　　計算，其中</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　2.6.2.4篩孔計算及其排列</p><p>　　所處理的物系無腐蝕性，因此可選用 碳鋼板，取篩孔直徑 。</p><p>

59、　　篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為</b></p><p><b>　　開孔率為</b></p><p>　　氣體通過閥孔的氣速為</p><p>　　2.7篩板的流體力學(xué)驗算</p><p><b>　　2.7.1塔板

60、壓降</b></p><p>　　2.7.1.1干板阻力hc計算</p><p><b>　　干板阻力由式</b></p><p><b>　　計算，由</b></p><p>　　查干篩孔的流量系數(shù)圖</p><p><b>　　得</b>

61、</p><p><b>　　故液柱</b></p><p>　　2.7.1.2氣體通過液層的阻力計算</p><p>　　氣體通過液層的阻力由式 計算</p><p><b>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　得，故液柱</b>

62、</p><p>　　2.7.1.3液體表面張力的阻力計算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式（5-23）計算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算：</p><p>　　氣體通過每層塔板的壓降為</p><p><b>　　2.7.2液面落差</b><

63、/p><p>　　對于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p><b>　　2.7.3液沫夾帶</b></p><p>　　液模夾帶量由下式計算</p><p><b>　　故</b></p><p>　　在本設(shè)計中液沫夾帶量在允

64、許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　2.7.4 漏液</b></p><p>　　對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算：</p><p><b>　　實際孔速</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計中無明顯

65、漏液。</p><p><b>　　2.7.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從下式的關(guān)系</p><p>　　苯-甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p>　　板上不設(shè)進口堰，可由下式計算，即</p><p>　　故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。<

66、;/p><p>　　2.8塔板負荷性能圖</p><p><b>　　2.8.1漏液線</b></p><p>　　漏液線，又稱氣相負荷下限線。氣相負荷低于此線將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，氣、液不能充分接觸，使塔板效率下降</p><p><b>　　整理得</b></p><p>　

67、　在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表。</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。 </p><p>　　2.8.2液沫夾帶線</p><p>　　當(dāng)氣相負荷超過此線時，液沫夾帶量過大，使塔板效率大為降低。對于精餾，一般控制eV≤0.1kg液/kg氣。以ev=0.1kg液/kg為限,求Vs-Ls關(guān)系如下:</p><

68、p><b>　　由 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依上式計算出Vs值，計算結(jié)果列于下表。</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p>　　2.8.3液相負荷下限線</p><

69、;p>　　液相負荷低于此線，就不能保證塔板上液流的均勻分布，將導(dǎo)致塔板效率下降。 對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負荷標(biāo)準(zhǔn)。由式（5-7）得</p><p><b>　　取E=1，則 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線3。</p><p>　　2.8.4液相負荷上限線</p>

70、<p>　　該線又稱降液管超負荷線。液體流量超過此線，表明液體流量過大，液體在降液管內(nèi)停留時間過短，進入降液管的氣泡來不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，降低塔板效率。</p><p>　　以作為液體在漿液管中停留時間的下限，得</p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線4。</p><p><b>　　2.8.

71、5液泛線</b></p><p>　　若操作的氣液負荷超過此線時，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，在浮閥塔板的流體力學(xué)驗算中通常對降液管液泛進行驗算。為使液體能由上層塔板順利地流入下層塔板，降液管內(nèi)須維持一定的液層高度Hd</p><p><b>　　，</b></p><p>&l

72、t;b>　　，</b></p><p><b>　　聯(lián)立得 </b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得：</p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個

73、值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表：</p><p>　　由此表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5</p><p>　　根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負荷性能圖： </p><p>　　在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得</p><p><b>　　故操作彈性為

74、 </b></p><p><b>　　2.9設(shè)計一覽表</b></p><p>　　將設(shè)計篩板的主要結(jié)果匯總于下表：</p><p>　　第三部分：換熱器設(shè)計——塔頂產(chǎn)品冷凝器設(shè)計</p><p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　3.1.1

75、設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　前段精餾生產(chǎn)過程中，需要將塔頂產(chǎn)品從80℃冷卻至45℃，在冷卻之前需要將80℃的氣態(tài)產(chǎn)品冷凝成液態(tài)。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10kpa，試選用合適的換熱器。</p><p><b>　　3.1.2設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　確定設(shè)計方案</b></p>

76、<p><b>　　初選換熱結(jié)構(gòu)和尺寸</b></p><p>　　核算換熱器的傳熱能力及流體阻力</p><p>　　確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.1.3設(shè)計成果</b></p><p>　　設(shè)計說明書一份（要求：封面、目錄、任務(wù)書、正文、參考文獻、附錄）<

77、;/p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p><b>　　3.2課程設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1確定設(shè)計方案</p><p>　　3.2.1.1選擇換熱器類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體（苯和甲苯混合蒸汽）進口溫度80℃，出口溫度80℃；冷流體(水)進口

78、溫度25℃，并設(shè)定冷流體（水）出口溫度55℃，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，熱流體定性溫度為：</p><p>　　冷流體定性溫度為： </p><p>　　所以選用固定管板式換熱器。</p><p>　　3.2.1.2管程安排</p><p>　　由于需要冷凝的產(chǎn)品為飽和蒸汽，相對來說比較清潔，為了提高傳熱效率，所

79、以宜走殼程；而且冷卻水走管程，更有利于苯蒸汽的散熱與冷凝。所以確定：冷卻水走管程，苯蒸汽走殼程。</p><p>　　3.2.2確定物性數(shù)據(jù)</p><p>　　管程熱流體（混合蒸汽）定性溫度為：</p><p>　　殼程冷流體（冷卻水）定性溫度為： </p><p>　　由于塔頂混合蒸汽中甲苯含量少，故可將塔頂

80、產(chǎn)品看做純苯蒸汽來計算?？刹榈皆?0.1℃下純苯的物性數(shù)據(jù)及40℃下水的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　3.2.3估算換熱面積</p><p>　　確定精餾塔物料總摩爾量</p><p>　　解得n=14.33mol</p><p>　　確定精餾塔塔頂塔釜產(chǎn)品流量</p><p>　　已知塔頂苯的含量為97%，塔釜

81、苯的含量為2%，設(shè)塔頂苯的含量為X1，塔釜為X2，塔頂甲苯含量為Y1，塔釜為Y2，可列如下關(guān)系式： </p><p>　　解得X1=4.83mol X2=0.19 molY1=0.15 molY2=9.16mol</p><p><b>　　塔頂產(chǎn)品流量：</b></p><p><b>　　塔釜產(chǎn)品流量：</b><

82、/p><p>　　已知精餾塔的回流比為3.62，故精餾出產(chǎn)品蒸汽的流量為：</p><p><b>　　計算熱負荷</b></p><p><b>　　計算逆流溫差</b></p><p><b>　　選取經(jīng)驗傳熱系數(shù)K</b></p><p>　　根據(jù)管程

83、走冷卻水，殼程走純苯蒸汽，總傳熱系數(shù)K=470~815W/(m2?℃),現(xiàn)暫取K=500W/(m2?℃)。</p><p><b>　　估算傳熱面積 </b></p><p>　　3.2.4初選換熱器規(guī)格</p><p>　　初選換熱器規(guī)格如下：</p><p>　　公稱直徑D：600mm

84、 管長L：2000mm</p><p>　　管程數(shù)Np : 4 管子直徑：ф25mm×2.5mm</p><p>　　管子數(shù)N：222 排列方式：正三角形</p><p>　　該換熱器實際換熱面積：33.1m2。</p><p>　　3.2.5核算總傳熱系

85、數(shù)K0</p><p>　　3.2.5.1計算管程對流傳熱系數(shù)</p><p><b>　　冷卻水流量為:</b></p><p>　　按照湍流時的計算公式，有</p><p><b>　　校正系數(shù)</b></p><p>　　該換熱器的實際對流傳熱系數(shù)</p>

86、<p>　　3.2.5.2計算殼程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　暫取管壁溫度為60℃，則</p><p>　　3.2.5.3計算總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　確定污垢熱阻：</b></p><p><b>　?。ㄓ袡C液體）</b></p><p>&

87、lt;b>　　(水)</b></p><p><b>　　確定總傳熱系數(shù)：</b></p><p>　　所以，所選定的換熱器符合要求。</p><p>　　3.2.6核算壁溫與冷凝液流型</p><p><b>　　核算壁溫</b></p><p>　　忽略

88、管壁熱阻，按以下近似計算公式計算：</p><p>　　與估計值60℃基本相等，可以接受。</p><p><b>　　核算流型</b></p><p><b>　　冷凝負荷 :</b></p><p><b>　　符合層流假設(shè)</b></p><p>

89、<b>　　3.2.7計算壓降</b></p><p>　　3.2.7.1計算管程壓降</p><p>　　取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則=0.005，而=9629.765,于是</p><p>　　對于φ25mm×2.5mm的管子有Ft=1.4,且Np=2,Ns=1</p><p>　　3.2.7.2計算

90、殼程壓降</p><p>　　殼程為恒溫恒壓蒸汽冷凝，其壓降可忽略。由此可知，所選換熱器合適。</p><p>　　3.2.8換熱器主結(jié)構(gòu)參數(shù)和計算結(jié)果一覽表</p><p><b>　　3.3設(shè)計結(jié)果分析</b></p><p>　　該設(shè)計基本能完成任務(wù)書中對換熱器任務(wù)的要求，且選用標(biāo)準(zhǔn)換熱器，故換熱器的使用簡單，方便

91、。該換熱器不足之處是設(shè)計的面積裕度較低，但這是所要求K值范圍內(nèi)相對最符合要求的換熱器，同時，產(chǎn)品從冷凝換熱器流出后將進入冷卻換熱器，故對換熱結(jié)果影響不大。綜上，所選用換熱器基本符合任務(wù)書要求。</p><p>　　第四部分:換熱器設(shè)計——塔頂產(chǎn)品冷卻器設(shè)計</p><p><b>　　4.1概述</b></p><p>　　4.1.1設(shè)計任務(wù)書

92、</p><p>　　上述精餾生產(chǎn)過程中，需要將塔頂產(chǎn)品從80℃冷卻到45℃，要求換熱器的管程和殼程壓降不大于10kpa，試選用合適的換熱器。</p><p><b>　　4.1.2設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　確定設(shè)計方案</b></p><p><b>　　初選換熱結(jié)構(gòu)

93、和尺寸</b></p><p>　　核算換熱器的傳熱能力及流體阻力</p><p>　　確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.1.3設(shè)計成果</b></p><p>　　設(shè)計說明書一份（要求：封面、目錄、任務(wù)書、正文、參考文獻、附錄）</p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)

94、尺寸圖</p><p><b>　　4.2課程設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1確定設(shè)計方案</p><p>　　4.2.1.1估算傳熱面積，初選換熱器型號</p><p>　　由于塔頂餾出物中97%以上為苯，故將產(chǎn)物按純物質(zhì)苯的物性數(shù)據(jù)來計算</p><p><b>　　苯的

95、定性溫度</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　查附錄得苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，選定冷卻水溫升為8℃，由于海南處于亞熱帶地區(qū)，常年氣候炎熱，再考慮水在溫度較低的情況下受外界影響波動大，故選擇水進口溫度為30℃，則出口溫度為38℃</p><p

96、><b>　　水的定性溫度：</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　熱負荷計算</b></p><p><b>　　故冷卻水消耗量</b></p>

97、;<p><b>　　確定流體流徑</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)中熱流體為苯，冷流體為水，一方面為了是苯通過殼壁面向空氣散熱，另一方面考慮到水容易結(jié)垢，為了方便清洗，故選擇苯走殼程，水走管程</p><p><b>　　計算平均溫度差</b></p><p>　　暫時按照單殼程，雙管程考慮，先求逆流平

98、均溫度差</p><p><b>　　苯 </b></p><p>　　水 </p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　計算R和P：</b></p><p><b>　　R=</b&g

99、t;</p><p><b>　　P=</b></p><p><b>　　由R,P值查圖得</b></p><p><b>　　故可行</b></p><p>　　選K值，估算傳熱面積</p><p>　　參考經(jīng)驗值，初選K=520w/(m2.℃)&l

100、t;/p><p><b>　　初選換熱器型號：</b></p><p>　　采用此種規(guī)格的換熱器，要求過程的總傳熱系數(shù)</p><p><b>　　KO=</b></p><p>　　4.2.1.2核算壓降</p><p><b>　　管程壓降：</b>&l

101、t;/p><p><b>　　管程流速：</b></p><p>　　對于碳鋼管，取管壁粗糙度，則相對粗糙度</p><p>　　由關(guān)系圖，查得，則：</p><p><b>　?。?）殼程壓降</b></p><p>　　管子為正三角形排列，</p><p&

102、gt;<b>　　,</b></p><p><b>　　取折流擋板間距</b></p><p><b>　　殼程流通面積</b></p><p><b>　　殼程流速</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p&

103、gt;<p><b>　　Reo=</b></p><p>　　計算結(jié)果表明，管程和殼程壓降均能滿足設(shè)計要求</p><p>　　4.2.1.3核算總傳熱系數(shù)</p><p>　?。?）管程對流傳熱系數(shù)</p><p>　　(2)殼程對流傳熱系數(shù)（對于圓缺型折流擋板，采用克恩法）</p>&l

104、t;p>　　管子為正三角形排列，當(dāng)量直徑</p><p><b>　　殼程流通面積</b></p><p><b>　　殼程流速</b></p><p>　　殼程中苯被冷卻，故取</p><p>　　（3）總傳熱系數(shù)K的計算</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)

105、驗取</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　管壁熱阻</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　故所選換熱器是合適的</p><p>　　（4）冷熱流體進出口接管尺寸計算<

106、/p><p>　　殼程流體進出口接管：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　則接管內(nèi)徑</b></p><p>　　管程流體進出口接管：，則接管內(nèi)徑</p><p><b>　　圓整取50mm</b></p>&

107、lt;p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p><b>　　第五部分:結(jié)語</b></p><p>　　課程設(shè)計是《化工原理》課程的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個教學(xué)計劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。</p><p>　　課程設(shè)計不同于平

108、時的作業(yè)，在設(shè)計中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進行過程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的有益實踐。</p><p>　　通過課程設(shè)計,學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)：</p><p>　　1. 查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)(包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)

109、場中搜集)的能力；</p><p>　　2. 樹立既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導(dǎo)下去分析和解決實際問題的能力；</p><p>　　3. 迅速準(zhǔn)確的進行工程計算的能力；</p><p>　　整個設(shè)計是由論述、計算和繪圖三部分組成。論述應(yīng)該條理清晰，觀點明確；計算要求方法正確，

110、誤差小于設(shè)計要求，計算公式和所用數(shù)據(jù)必須注明出處；圖表應(yīng)能簡要表達計算的結(jié)果。</p><p>　　設(shè)計后期的答辯，及時了解學(xué)生設(shè)計能力的補充過程，也是提高設(shè)計水平，交流心得和擴大收獲的重要過程。答辯通常包括個別答辯和公開答辯兩種形式。個別答辯的目的不僅是對學(xué)生進行全面考核，更主要的是促進學(xué)生開動腦筋,提高設(shè)計水平。所以，在個別答辯后，應(yīng)允許學(xué)生修改補充自己的圖紙和說明書。公開答辯是在個別答辯的基礎(chǔ)上，選出幾個有

111、代表性的學(xué)生在全班公開答辯，實際上是以他們的中心發(fā)言來引導(dǎo)全班性的討論，目的是交流心得、探討問題和擴大收獲。</p><p><b>　　第六部分：參考文獻</b></p><p>　　[1]柴誠敬.化工原理上冊[M].北京：高等教育出版社，2005(1)：348</p><p>　　[2]付家新，王衛(wèi)國，肖穩(wěn)發(fā).化工原理課程設(shè)計[M].北京：

112、化學(xué)工業(yè)出版社，2010：70-72.</p><p>　　[3]化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 無機卷</p><p>　　[4]化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 有機卷</p><p>　　[5]刁玉瑋，王立業(yè)，俞建良.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2011（20）：201-232</p><p><b>　　第七部分：附錄<

113、;/b></p><p>　　表1 苯和甲苯的物理性質(zhì)</p><p>　　表2 苯和甲苯的飽和蒸汽壓</p><p>　　表3 常溫下苯—甲苯氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表4 純組分的表面張力</p><p>　　表5 組分的液相密度</p><p><b>