化工原理課程設(shè)計(jì)篩板塔的設(shè)計(jì)

1、<p>　　能源工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)方案的確定2</p><p>　　2 精餾塔的物料衡算2</p><p>　　2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)2</p><p>　　2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)

2、品的平均摩爾質(zhì)量3</p><p><b>　　2.3物料衡算3</b></p><p>　　3 塔板數(shù)的確定3</p><p>　　3.1確定回流比3</p><p>　　3.2精餾段操作線3</p><p>　　3.3提餾段操作線4</p><p>　　3

3、.4實(shí)際板層數(shù)的求取5</p><p>　　4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算5</p><p>　　4.1操作壓力計(jì)算5</p><p>　　4.2操作溫度計(jì)算5</p><p>　　4.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算6</p><p>　　4.4平均密度計(jì)算6</p><p>　　4

4、.5液體平均表面張力計(jì)算7</p><p>　　4.6液體平均黏度計(jì)算8</p><p>　　5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算9</p><p>　　5.1塔徑的計(jì)算9</p><p>　　5.2精餾塔有效高度的計(jì)算10</p><p>　　6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算10</p><p>

5、;　　6.1溢流裝置計(jì)算10</p><p>　　6.2塔板布置11</p><p>　　7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算12</p><p>　　7.1塔板壓降12</p><p>　　7.2液面落差14</p><p>　　7.3液沫夾帶14</p><p><b>　　7.4漏液

6、14</b></p><p><b>　　7.5液泛14</b></p><p>　　8.塔板負(fù)荷性能圖15</p><p><b>　　8.1漏液線15</b></p><p>　　8.2液沫夾帶線16</p><p>　　8.3液相負(fù)荷下限線17&

7、lt;/p><p><b>　　8.5液泛線17</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯—甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，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)。塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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)品冷卻器冷卻后送

8、至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最下回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。</p><p>　　2 精餾塔的物料衡算</p><p>　　2.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　苯的摩爾質(zhì)量 </p><p>　　甲苯的摩爾質(zhì)量 </p>&

9、lt;p>　　2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　2.3物料衡算</b></p><p><b>　　原料處理量 </b></p><p><b>　　總物料衡算 </b></p><p><b>　　苯物料衡算

10、</b></p><p><b>　　聯(lián)立解得 </b></p><p><b>　　3 塔板數(shù)的確定</b></p><p><b>　　3.1確定回流比</b></p><p><b>　　回流比取</b></p>

11、<p><b>　　3.2精餾段操作線</b></p><p><b>　　3.3提餾段操作線</b></p><p><b>　　如此反復(fù)計(jì)算</b></p><p>　　因，第7塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程計(jì)算</p><p>　　第7塊板下降的液體組成

12、</p><p><b>　　同樣</b></p><p><b>　　表3-1</b></p><p><b>　　總理論板層數(shù) </b></p><p><b>　　進(jìn)料板位置 </b></p><p>　　3.4實(shí)際板

13、層數(shù)的求取</p><p>　　精餾段實(shí)際板層數(shù) </p><p>　　提餾段實(shí)際板層數(shù) </p><p>　　4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p><b>　　4.1操作壓力計(jì)算</b></p><p>　　塔頂操作壓力 </p><p>

14、;　　每層塔板壓降 </p><p>　　進(jìn)料板壓力 </p><p>　　精餾段平均壓力 </p><p><b>　　4.2操作溫度計(jì)算</b></p><p>　　苯 </p><p>　　甲苯 </p><p&

15、gt;<b>　　得 </b></p><p><b>　　表4-2 </b></p><p>　　所以塔頂溫度 </p><p>　　同理算得： 進(jìn)料板溫度 </p><p>　　精餾段平均溫度 </p><p>　　4.3平均

16、摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　?。?)塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　由，則</b></p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p><b>　　4.4平均密度計(jì)算</b&

17、gt;</p><p>　　（1）氣相平均密度計(jì)算</p><p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即</p><p>　　(2) 液相平均密度的計(jì)算</p><p>　　液相平均密度依下式計(jì)算，即 </p><p>　　塔頂液相平均密度計(jì)算：由 計(jì)算得:</p><p><b>

18、;　　解得： </b></p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算：由 計(jì)算得：</p><p>　　解得： </p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為</p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p>　　4.5液體平均表面張力計(jì)算</p><p>

19、;　　液相平均表面張力計(jì)算依下式計(jì)算，即 </p><p>　　塔頂液相平均表面張力的計(jì)算： 由計(jì)算得：</p><p>　　解得： </p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力計(jì)算： 由計(jì)算得：</p><p>　　解得： </p><p>　　精餾段液相平均表面張力為：

20、</p><p>　　4.6液體平均黏度計(jì)算</p><p>　　液相平均黏度計(jì)算依下式計(jì)算，即 </p><p>　　塔頂液相平均黏度的計(jì)算： 由 計(jì)算得：</p><p>　　解得： </p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　進(jìn)

21、料板液相平均黏度的計(jì)算： 由 計(jì)算得：</p><p>　　解得： </p><p><b>　　解得：</b></p><p>　　精餾段液相平均黏度為：</p><p>　　5 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p><b>　　5.1塔徑的計(jì)算</b&

22、gt;</p><p>　　精餾段的氣丶液相體積流量為</p><p>　　式中C由式(5-5)計(jì)算，其中的由圖5-1查取，圖橫坐標(biāo)為</p><p>　　取板間距，板上液層高度，則 </p><p><b>　　查圖5-1得</b></p><p>　　取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為<

23、/p><p><b>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為</b></p><p><b>　　塔截面積為</b></p><p><b>　　實(shí)際空塔氣速為</b></p><p>　　5.2精餾塔有效高度的計(jì)算</p><p><b>　　提餾段有效高度為&

24、lt;/b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8,m。</p><p>　　故精餾塔的有效高度為</p><p>　　6塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　6.1溢流裝置計(jì)算</b></p><p>　　因塔徑D=1.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用凹

25、形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下。</p><p><b>　　堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　取 </b></p><p><b>　　溢流堰高度</b></p><p>　　選用平直堰，堰上層液高度由式5-7計(jì)算，即</p><p>　　近似取E

26、=1，則 </p><p>　　（3）弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由查圖5-7，得 ,</p><p>　　故 </p><p>　　依式（5-9）驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間，即</p><p><b>　　故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p

27、><p><b>　　降液管底隙高度</b></p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　故障液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p><p><b>　　6.2塔板布置</b></p>&

28、lt;p><b>　　塔板的分塊</b></p><p>　　因，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　邊緣區(qū)寬度確定</b></p><p><b>　　取,。</b></p><p><b>　　開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算</

29、b></p><p>　　開(kāi)孔區(qū)面積按式（5-12）計(jì)算，即</p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　故 </b></p><p><b>　　篩空計(jì)算及其排列</b></p><p>　　本例所處理

30、的物理系無(wú)腐蝕性，可選用的碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p><b>　　篩孔數(shù)目n為</b></p><p><b>　　開(kāi)孔率為</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔的氣速為</p><p>　　7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b>　　7.1塔板

31、壓降</b></p><p><b>　　干板阻力計(jì)算</b></p><p>　　干板阻力由式(5-19)計(jì)算，即 </p><p>　　由，查圖5-10得，，故</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)液層阻力計(jì)算</p

32、><p>　　氣體通過(guò)液層的阻力由式（5-10）計(jì)算，即</p><p>　　查圖5-11，得，故</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　液體表面張力的阻力計(jì)算</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式(5-23)計(jì)算，即</p><p><

33、;b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度可按下式計(jì)算，即</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的壓降為</p><p><b>　　7.2液面落差</b></p><p>　　對(duì)于篩塔板

34、，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>　　7.3液沫夾帶</b></p><p>　　液沫夾帶量由式（5-24）計(jì)算，即</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</

35、p><p><b>　　7.4漏液</b></p><p>　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由式（5-25）計(jì)算，即</p><p><b>　　實(shí)際孔速。</b></p><p><b>　　穩(wěn)定系數(shù)為</b></p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。<

36、;/p><p><b>　　7.5液泛</b></p><p>　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從式（5-32）的關(guān)系，即</p><p>　　苯——甲苯物系屬一般物系，取，則</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式（5

37、-30）計(jì)算，即</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p><b>　　8.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p><b>　　8.1漏液線</b></p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　

38、得 </b></p><p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于表8-1</p><p><b>　　表8-1</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液選1.</p><p>

39、;<b>　　8.2液沫夾帶線</b></p><p><b>　　以</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)</p><p><b>　　表8-2</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。</p><p>　　8.3液相

40、負(fù)荷下限線</p><p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度</p><p>　　8.4液相負(fù)荷上限線</p><p><b>　　8.5液泛線</b></p><p><b>　　聯(lián)立得 </b></p><p><b>　　忽略</b><

41、/p><p>　　在操作范圍捏，任取幾個(gè)。</p><p><b>　　表8-3</b></p><p>　　由上表數(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(fù)荷性能圖，如圖8-1所示。</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA，即作出操作線。由圖可