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1、<p><b> 專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p> 題 目:40噸/日乙醇—水精餾塔設(shè)計(jì)</p><p> 專 業(yè): ******** </p><p> 學(xué) 號(hào): ********** </p><p> 姓 名: *
2、***** </p><p> 指導(dǎo)教師: ****** </p><p> 完成日期: 2013年12月14日 </p><p><b> 專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p> 設(shè)計(jì)題目: 40噸/日乙醇—水精餾塔設(shè)計(jì)
3、 </p><p> 學(xué)號(hào): ****** 姓名: **** 專業(yè): ******* </p><p> 指導(dǎo)教師: ****** 系主任:
4、 </p><p> 一、主要內(nèi)容及基本要求</p><p> 設(shè)計(jì)條件: </p><p> 原料:乙醇—水溶液,40噸/日
5、 </p><p> 乙醇含量:35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) </p><p> 原料液溫度:45℃
6、 </p><p> 操作壓力:常壓 </p><p> 單板壓降:≦0.7kPa
7、 </p><p> 全塔效率:ET=48% </p><p> 進(jìn)料熱狀況:飽和液體進(jìn)料 </
8、p><p> 工作日:每年300天,每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 </p><p> 設(shè)計(jì)要求:塔頂乙醇含量不低于94%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))
9、 </p><p> 塔底乙醇含量不高于0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) </p><p> 基本要求:
10、</p><p> 1.確定精餾裝置流程。 </p><p> 2.精餾塔的工藝計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì): </p><p> 1) 物料
11、衡算確定理論板數(shù)和實(shí)際板數(shù); </p><p> 2) 按精餾段和提餾段的體積流量; </p><p> 3) 計(jì)算塔高和塔徑; </p><p> 4) 確定塔板和降液
12、管結(jié)構(gòu); </p><p> 5)進(jìn)行全塔優(yōu)化,要求操作彈性大于2。 </p><p> 3.繪制工藝流程圖和精餾塔裝置圖。
13、 </p><p><b> 二、進(jìn)度安排</b></p><p> 三、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p> [1]李功樣,陳蘭英,崔英德.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003.4
14、 </p><p> [2]黃璐,王保國(guó).化工設(shè)計(jì)[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.2 </p><p> [3]姚玉英,陳常貴,劉邦孚,等.化工原理[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2006.7
15、 </p><p> [4] 柴誠(chéng)敬,等.化工原理上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2009 </p><p> [5] 柴誠(chéng)敬,等.化工原理下冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2009
16、 </p><p> [6] 夏清,賈紹義.化工原理下冊(cè)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2012.1</p><p> [7] 涂偉萍,陳佩珍,程達(dá)芳,等.化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.79-114.
17、 </p><p> [8]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),HG20583-98《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》,1998</p><p> [9]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),HG20593-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》,1997</p><p><b> 目錄</b><
18、/p><p> 1 概述- 1 -</p><p> 1.1 精餾及精餾流程- 1 -</p><p> 1.2 精餾的分類及特點(diǎn)- 1 -</p><p> 1.3 精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求- 1 -</p><p> 1.4 常用的板式塔類型及本設(shè)計(jì)選型- 2 -</p><p&g
19、t; 2 設(shè)計(jì)方案的確定- 3 -</p><p> 2.1 設(shè)計(jì)思路- 3 -</p><p> 2.2 加熱方式- 3 -</p><p> 2.3 選擇適宜回流比- 4 -</p><p> 2.4 回流方式:泡點(diǎn)回流- 4 -</p><p> 2.5 流程圖(見附圖)- 4 -<
20、;/p><p> 3 塔板的工藝設(shè)計(jì)- 5 -</p><p> 3.1 精餾塔全塔物料衡算- 5 -</p><p> 3.1.1 原料液及塔頂,塔底產(chǎn)品的摩爾分率- 5 -</p><p> 3.1.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量- 5 -</p><p> 3.1.3 物料衡算- 5
21、-</p><p> 3.2 精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算- 6 -</p><p> 3.2.1 回流比的確定- 7 -</p><p> 3.2.2 板數(shù)的確定- 7 -</p><p> 3.2.3 操作壓力的計(jì)算- 9 -</p><p> 3.2.4 操作溫度的計(jì)算- 9 -<
22、/p><p> 3.2.5 塔內(nèi)各段氣液兩相的平均分子量- 10 -</p><p> 3.2.6 精餾塔各組分的密度- 11 -</p><p> 3.2.7 液體表面張力的計(jì)算- 13 -</p><p> 3.2.8 液體平均粘度的計(jì)算- 14 -</p><p> 3.2.9 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)
23、算- 14 -</p><p> 3.2.10 氣液負(fù)荷計(jì)算- 15 -</p><p> 3.3 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算- 15 -</p><p> 3.3.1 塔徑的計(jì)算- 15 -</p><p> 3.3.2 精餾塔有效高度的計(jì)算- 17 -</p><p> 3.4 塔板主要工藝
24、尺寸的計(jì)算- 17 -</p><p> 3.4.1 溢流裝置的設(shè)計(jì)- 17 -</p><p> 3.4.2 塔板布置- 19 -</p><p> 3.5 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算- 20 -</p><p> 3.5.1 塔板壓降- 20 -</p><p> 3.5.2 液面落差- 21 -&
25、lt;/p><p> 3.5.3 液沫夾帶- 22 -</p><p> 3.5.4 漏液- 22 -</p><p> 3.5.5 液泛- 22 -</p><p> 3.6 塔板負(fù)荷性能圖- 23 -</p><p> 3.6.1 漏液線- 23 -</p><p> 3
26、.6.2 液沫夾帶線- 23 -</p><p> 3.6.3 液相負(fù)荷下限線- 24 -</p><p> 3.6.4 液相負(fù)荷上限線- 24 -</p><p> 3.6.5 液泛線- 24 -</p><p> 4 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表- 26 -</p><p> 5 精餾裝置的附屬設(shè)備-
27、28 -</p><p> 5.1 主要接管尺寸的選取- 28 -</p><p> 5.1.1 進(jìn)料管- 28 -</p><p> 5.1.2 釜液出口管- 28 -</p><p> 5.1.3 塔頂蒸汽管- 28 -</p><p> 5.1.4 回流管- 29 -</p>&
28、lt;p> 5.1.5 塔底蒸汽管- 29 -</p><p> 5.2 筒體與封頭- 29 -</p><p> 5.2.1 筒體- 29 -</p><p> 5.2.2 封頭- 29 -</p><p> 5.3 法蘭- 29 -</p><p> 5.4 裙座- 30 -&l
29、t;/p><p> 5.5 人孔- 30 -</p><p> 5.6 塔總體高度的設(shè)計(jì)- 30 -</p><p> 5.6.1 塔的頂部空間高度- 30 -</p><p> 5.6.2 塔的底部空間高度 - 30 -</p><p> 5.6.3 塔立體高度- 30 -</p&
30、gt;<p> 6 技術(shù)評(píng)價(jià)及心得體會(huì)- 31 -</p><p> 6.1 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)- 31 -</p><p> 6.2 心得體會(huì)- 31 -</p><p> 參考文獻(xiàn):- 33 -</p><p> 附錄:- 33 -</p><p><b> 1 概述<
31、/b></p><p> 1.1 精餾及精餾流程</p><p> 精餾是多級(jí)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。因此可是混合物得到幾乎完全的分離。精餾可視為由多次蒸餾演變而來的。</p><p> 精餾操作廣泛用于分離純化各種混合物,是化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)中尤為常見的單元操作。精餾過程中采用連續(xù)精餾流程,原料液經(jīng)預(yù)熱器加熱到指定溫度后,
32、送入精餾塔的進(jìn)料板,在進(jìn)料板上與自塔頂上部下降的回流液體匯合后,逐板溢流,最后流入塔底再沸器中。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)的傳遞過程。操作時(shí),連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品,部分汽化,產(chǎn)生上升蒸汽,依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝,并將部分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體,其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。</p><p> 1.2 精餾的分類及特點(diǎn)</p
33、><p> 按操作方式可分為:間歇式和連續(xù)式,工業(yè)上大多數(shù)精餾過程都是采用連續(xù)穩(wěn)定的操作過程。 </p><p> 化工中的精餾操作大多數(shù)是分離多組分溶液。多組分精餾的特點(diǎn):</p><p> 1.能保證產(chǎn)品質(zhì)量,滿足工藝要求,生產(chǎn)能力大;</p><p> 2.流程短,設(shè)備投資費(fèi)用少;</p><p>
34、 3.耗能量低,收率高,操作費(fèi)用低;</p><p><b> 4.操作管理方便。</b></p><p> 1.3 精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求</p><p> 精餾設(shè)備所用的設(shè)備及其相互聯(lián)系,總稱為精餾裝置,其核心為精餾塔。常用的精</p><p> 餾塔有板式塔和填料塔兩類,通稱塔設(shè)備,和其他傳質(zhì)過程一樣,精餾
35、塔對(duì)塔設(shè)備的要</p><p><b> 求大致如下:</b></p><p> (1)生產(chǎn)能力大:即單位塔截面大的氣液相流率,不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。</p><p> ?。?)效率高:氣液兩相在塔內(nèi)保持充分接觸,具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。</p><p> ?。?)流體阻力?。毫黧w通過塔設(shè)備時(shí)阻力降小,可以
36、節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用,在減壓操作是</p><p> 時(shí),易于達(dá)到所要求的真空度。</p><p> ?。?)有一定的操作彈性:當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí),兩相均能維持正常的流動(dòng),</p><p> 而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。</p><p> ?。?)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低,安裝檢修方便。</p><p> ?。?)能滿足某
37、些工藝的特性:腐蝕性,熱敏性,起泡性等。</p><p> 1.4 常用的板式塔類型及本設(shè)計(jì)選型</p><p> 常將板式塔分為:篩板塔、泡罩塔、浮閥塔等多種不同的塔型。其中篩板塔是扎板塔的一種,內(nèi)裝若干層水平塔板,板上有許多小孔,形狀如篩;并裝有溢流管或沒有溢流管。操作時(shí),液體由塔頂進(jìn)入,經(jīng)溢流管(一部分經(jīng)篩孔)逐板下降,并在板上積存液層。氣體(或蒸氣)由塔底進(jìn)入,經(jīng)篩孔上升穿過液
38、層,鼓泡而出,因而兩相可以充分接觸,并相互作用。泡沫式接觸氣液傳質(zhì)過程的一種形式,性能優(yōu)于泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難,發(fā)展了環(huán)流篩板;克服篩板在低負(fù)荷下出現(xiàn)漏液現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了板下帶盤的篩板;減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距,制造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡臺(tái)代替進(jìn)口堰,塔板上開設(shè)氣體導(dǎo)向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷、熱塔。應(yīng)用于蒸餾、吸收和除塵等。 </p&
39、gt;<p> 篩板塔優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工,造價(jià)低廉,處理能力大,塔板效率高,壓降較低,板上液面落差小。</p><p> 由于產(chǎn)品粘度較小,流量較大,因此即使篩孔小也不易堵塞,為減少造價(jià),降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響,提高生產(chǎn)效率,所以綜合考慮本設(shè)計(jì)選用篩板塔。</p><p> 2 設(shè)計(jì)方案的確定</p><p><b&
40、gt; 2.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p> 確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下,盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就,使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求,符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此,必須具體考慮如下幾點(diǎn):</p><p> (1) 滿足工藝和操作的要求</p><p> 所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備,首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)書上
41、規(guī)定的要求,而且質(zhì)量要穩(wěn)定,這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定,入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定。其次,設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性,各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此,在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b調(diào)節(jié)閥門,在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí),也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再次,要考慮必需裝置的儀表位置,以便能通過這些儀表來觀測(cè)生產(chǎn)過程是否正常,從而幫助找出不正常的原因。</p><p> (
42、2) 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求</p><p> 要節(jié)省熱能和電能的消耗,減少設(shè)備及基建費(fèi)用。比如在精餾過程中適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱,就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水,也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低,一方面影響到冷卻水用量,另方面也影響到所需傳熱面積的大小,即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣,回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。</p><p> 因此在設(shè)計(jì)時(shí),是否合理利用熱能,
43、采用哪種加熱方式,以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等,均要作全面考慮,力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且,應(yīng)結(jié)合具體條件,選擇最佳方案。</p><p> (3)滿足安全生產(chǎn)的要求</p><p> 酒精屬易燃物料,如果其蒸氣在車間擴(kuò)散,一碰到火花就可能發(fā)生爆炸。分離酒精的版式塔是在常壓下操作的,塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空,都會(huì)使塔受到破壞,因而需要安全裝置。</p>
44、<p> 以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中,對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮,對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮,而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。</p><p><b> 2.2 加熱方式</b></p><p> 精餾塔通常設(shè)置再沸器,采用間接蒸汽加熱,以提供足夠的熱量。本設(shè)計(jì)采用的冷卻方式為全凝器冷卻。</p><
45、;p> 2.3 選擇適宜回流比</p><p> 適宜的回流比應(yīng)該通過經(jīng)濟(jì)核算來確定,即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(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,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1.6,即:;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> 2.4 回流
46、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,而且可以節(jié)約能源。</p><p> 2.5 流程圖(見附圖)</p><p> 3 塔板的工藝設(shè)計(jì)</p><p> 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù),每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,則產(chǎn)品流量為</p><p> 3.1 精餾塔全塔物料衡算</p>
47、<p> 3.1.1 原料液及塔頂,塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p><b> 乙醇的摩爾質(zhì)量 </b></p><p><b> 水的摩爾質(zhì)量 </b></p><p> :進(jìn)料量 :原料組成(摩爾分?jǐn)?shù))</p><
48、p> ?。核敭a(chǎn)品流量 :塔頂組成(摩爾分?jǐn)?shù))</p><p> ?。核讱堃毫髁?:塔底組成(摩爾分?jǐn)?shù))</p><p><b> 原料組成 </b></p><p><b> 塔頂組成 </b></p><p><b> 塔底組成 </b><
49、/p><p> 3.1.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p><b> 原料的平均摩爾質(zhì)量</b></p><p> 塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p> 塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p> 3.1.3 物料衡算</p><p><
50、b> 原料處理量 </b></p><p><b> 總物料衡算 </b></p><p><b> 乙醇物料衡算 </b></p><p><b> 解得:</b></p><p> 表3-1 全塔物料衡算匯總</p><p&g
51、t; 3.2 精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p> 表3-2 常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p> 3.2.1 回流比的確定</p><p> 3.2.1.1 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算</p><p> 查表 3-2 常壓下乙醇-水溶液的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>
52、 由相平衡方程 ,得</b></p><p> 由道爾頓分壓定律 及 </p><p> 將常壓下乙醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)代入得:</p><p> 表3-3不同溫度下乙醇-水相對(duì)揮發(fā)度一覽表</p><p><b> 則</b></p><p><b> 則平衡線方
53、程:</b></p><p> 3.2.1.2 最小回流比和適宜回流比的確定</p><p><b> 已知 ;;;;</b></p><p> 因?yàn)?飽和液相進(jìn)料,所以</p><p><b> 所以 最小回流比 </b></p><p> 操作回流比
54、取最小回流比的 1.7倍</p><p> 3.2.2 板數(shù)的確定</p><p> 3.2.2.1 精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p> 3.2.2.2 精餾段與提餾段操作線
55、方程</p><p><b> 精餾段操作線方程:</b></p><p><b> 提餾段操作線方程:</b></p><p> 3.2.2.3 逐板法確定理論板數(shù)及進(jìn)料位置</p><p> 采用逐板計(jì)算法求理論板層數(shù),由相平衡方程</p><p> 第一塊板上
56、升的蒸汽組成</p><p> 第一塊板下降的液體組成由相平衡方</p><p> 第二塊板上升的氣相組成用精餾段操作線 </p><p><b> 得 </b></p><p> 第二塊板下降的液體組成由相平衡方程</p><p><b> 得 </b><
57、;/p><p><b> 如此反復(fù)計(jì)算:,</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> ,</b></p><p> 第5塊板上升的氣相組成由提餾段方程</p><p><b> 得</b><
58、/p><p><b> 如此反復(fù)計(jì)算:;</b></p><p><b> ??;</b></p><p><b> ??;</b></p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b> ??;</b>&l
59、t;/p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b> ??;</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ??;</b></p><p><b> ??;</b></p&
60、gt;<p><b> ;</b></p><p><b> ;</b></p><p><b> ??;</b></p><p> 根據(jù)以上求解結(jié)果得: 總理論板數(shù)為 18(包括再沸器)</p><p><b> 進(jìn)料板位置為5</b>
61、;</p><p><b> 精餾段理論板數(shù) 4</b></p><p> 提餾段理論板數(shù) 13</p><p> 3.2.2.4 實(shí)際塔板層數(shù)的確定</p><p><b> 由操作條件 </b></p><p><b> 則實(shí)際塔板數(shù): </b&
62、gt;</p><p> 精餾段: </p><p><b> 提餾段: </b></p><p> 3.2.3 操作壓力的計(jì)算</p><p><b> 塔頂壓強(qiáng):</b></p><p><b> 取每層塔板壓降:</b>&
63、lt;/p><p><b> 則進(jìn)料板壓力:</b></p><p><b> 塔釜壓力:</b></p><p> 則精餾段的平均操作壓強(qiáng):</p><p> 提餾段的平均操作壓強(qiáng):</p><p> 3.2.4 操作溫度的計(jì)算</p><p>
64、; 3.2.4.1 塔頂?shù)臏囟?lt;/p><p> 查表3-2,乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.7815和0.8943時(shí),其沸點(diǎn)分別為78.41℃,78.15℃。設(shè)塔頂溫度為TD,則由內(nèi)插法:</p><p><b> ?。ǎ?lt;/b></p><p><b> 則℃</b></p><p>
65、3.2.4.2 進(jìn)料板的溫度</p><p> 查表3-2,乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.1238和0.1661時(shí),其沸點(diǎn)分別為85.3℃,84.1℃。設(shè)進(jìn)料板的溫度為TF,則由內(nèi)插法:</p><p><b> ?。ǎ?lt;/b></p><p><b> 則</b></p><p> 3.2
66、.4.3 塔底的溫度</p><p> 查表3-2,乙醇-水溶液中乙醇摩爾分?jǐn)?shù)為0.00和0.019時(shí),其沸點(diǎn)分別為100℃和95.5℃。設(shè)塔頂溫度為TW,則由內(nèi)插法:</p><p><b> ()</b></p><p><b> 則</b></p><p> 則精餾段的平均溫度:<
67、;/p><p> 則提餾段的平均溫度:</p><p> 3.2.5 塔內(nèi)各段氣液兩相的平均分子量</p><p> 3.2.5.1 對(duì)于塔頂</p><p><b> , </b></p><p><b> 則氣相平均分子量:</b></p><p
68、><b> 則液相平均分子量:</b></p><p> 3.2.5.2 對(duì)于進(jìn)料板</p><p><b> , </b></p><p><b> 則氣相平均分子量:</b></p><p><b> 則液相平均分子量:</b><
69、/p><p> 3.2.5.3 對(duì)于塔釜</p><p><b> ,</b></p><p><b> 則氣相平均分子量:</b></p><p><b> 則液相平均分子量:</b></p><p> 則精餾段的平均分子量:</p>
70、<p><b> 氣相:</b></p><p><b> 液相:</b></p><p> 提餾段的平均分子量:</p><p><b> 氣相:</b></p><p><b> 液相:</b></p><p
71、> 3.2.6 精餾塔各組分的密度</p><p> 表3-4 乙醇-水溶液在各溫度下的液相密度</p><p> 3.2.6.1 氣相平均密度</p><p><b> 由計(jì)算</b></p><p> 精餾段的氣相平均密度</p><p> 提餾段的氣相平均密度</p
72、><p> 3.2.6.2 液相的平均密度</p><p><b> 由計(jì)算</b></p><p> 3.2.6.2.1 對(duì)于塔頂</p><p><b> ℃</b></p><p> 查表3-4用內(nèi)插法得,</p><p><b>
73、; 質(zhì)量分率:</b></p><p><b> 則 </b></p><p> 3.2.6.2.2 對(duì)于進(jìn)料板</p><p><b> ℃</b></p><p> 查表3-4用內(nèi)插法得,</p><p><b> 質(zhì)量分率:</
74、b></p><p><b> 則 </b></p><p> 3.2.6.2.3 對(duì)于塔釜</p><p><b> ℃</b></p><p> 查表3-4用內(nèi)插法得,</p><p><b> 質(zhì)量分率:</b></p>
75、;<p><b> 則 </b></p><p> 則精餾段的液相平均密度:</p><p> 提餾段的液相平均密度:</p><p> 3.2.7 液體表面張力的計(jì)算</p><p> 表3-5乙醇-水溶液在不同溫度下的表面張力</p><p><b> 由
76、公式 計(jì)算</b></p><p> 3.2.7.1 對(duì)于塔頂</p><p><b> ,</b></p><p> 查表3-5用內(nèi)插法算得 ,</p><p><b> 則</b></p><p> 3.2.7.2 對(duì)于進(jìn)料板</p>
77、<p><b> ,</b></p><p> 查表3-5用內(nèi)插法算得 ,</p><p><b> 則</b></p><p> 3.2.7.3 對(duì)于塔釜</p><p><b> ,</b></p><p> 查表3-5用內(nèi)插
78、法算得 ,</p><p><b> 則</b></p><p> 所以精餾段的液體平均表面張力:</p><p> 提餾段的液體平均表面張力:</p><p> 3.2.8 液體平均粘度的計(jì)算</p><p> 表3-6乙醇-水溶液在不同溫度下的平均粘度</p><
79、p><b> 由公式 計(jì)算</b></p><p> 3.2.8.1 對(duì)于塔頂</p><p><b> ,</b></p><p> 查表3-6用內(nèi)插法算得 ,</p><p><b> 則 </b></p><p> 3.2.8.
80、2 對(duì)于進(jìn)料板</p><p><b> ,</b></p><p> 查表3-6用內(nèi)插法算得 ,</p><p><b> 則 </b></p><p> 3.2.8.3 對(duì)于塔釜</p><p><b> ,</b></p>
81、<p> 查表3-6用內(nèi)插法算得 ,</p><p><b> 則 </b></p><p> 所以精餾段的液體平均粘度:</p><p> 提餾段的液體平均粘度:</p><p> 3.2.9 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算</p><p> 由相平衡方程 得 </p>
82、<p><b> 由, 得 </b></p><p><b> 由, 得 </b></p><p><b> 由, 得 </b></p><p><b> 則精餾段相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b> 提餾段相對(duì)揮
83、發(fā)度</b></p><p> 3.2.10 氣液負(fù)荷計(jì)算</p><p> 精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算:</p><p> 提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算:</p><p> 3.3 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算</p><p> 3.3.1 塔徑的計(jì)算</p><p> 精餾段的液氣流動(dòng)
84、參數(shù)</p><p> 提餾段的氣液流動(dòng)參數(shù)</p><p><b> 由</b></p><p> 式中C由下式計(jì)算,C20由史密斯關(guān)聯(lián)圖(如圖 3.1)查取。</p><p> 表3-7篩板塔的塔板間距(mm)</p><p> 取板間距,板上清液高度,</p><
85、;p><b> 則查史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p> 圖3.1 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p><b> 得 ,</b></p><p><b> 所以 </b></p><p> 取安全系數(shù)為0.6,則空塔氣速為</p><p>
86、; 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 </p><p><b> 塔截面積為</b></p><p><b> 實(shí)際空塔氣速</b></p><p> 由塔板間距與塔徑的關(guān)系表3-7驗(yàn)算以上所計(jì)算的塔徑對(duì)應(yīng)的板間距均符合,故所假設(shè)的板間距成立。</p><p> 3.3.2 精餾塔有效高度的計(jì)算<
87、/p><p><b> 精餾段有效高度為</b></p><p><b> 提餾段有效高度為</b></p><p> 在進(jìn)料板上方開一人孔,其高度為0.4m</p><p> 故精餾塔的有效高度為</p><p> 3.4 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p>
88、<p> 3.4.1 溢流裝置的設(shè)計(jì)</p><p> 塔板類型分溢流式塔板與穿流式塔板。由于溢流式塔板效率高,操作穩(wěn)定性好,所以本設(shè)計(jì)采用溢流式塔板類型。</p><p> 3.4.1.1 降液管的類型 </p><p> 降液管是板間流體流動(dòng)的通道,也是使溢流液中所夾帶氣體得以分離的場(chǎng)所。降液管有圓形與弓形兩種。弓形降液管具有較大
89、的容積,又能充分利用塔板面積,應(yīng)用廣泛;而圓形降液管的流通截面小,沒有足夠的空間分離液體中的氣泡,氣相夾帶較嚴(yán)重,使得塔板效率較低,同時(shí),溢流周邊面積利用不充分,生產(chǎn)能力不大。所以,本設(shè)計(jì)中采用弓形。</p><p> 3.4.1.2 溢流方式</p><p> 溢流方式與降液管的布置有關(guān)。常用的降液管布置方式有U型流、單溢流、雙溢流及階梯式雙溢流等。對(duì)于直徑小于2.2m的塔,一般選用
90、單溢流,故本設(shè)計(jì)中選用單溢流。</p><p> 3.4.1.3 溢流裝置計(jì)算</p><p> 3.4.1.3.1堰長(zhǎng)</p><p> 堰長(zhǎng)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定,對(duì)于常用的弓形降液管:</p><p><b> 單溢流 </b></p><p><b> 取 </b&
91、gt;</p><p> 3.4.1.3.2 溢流堰高度</p><p> 大,接觸時(shí)間長(zhǎng),對(duì)傳質(zhì)有力,但流體阻力大,故不宜太大,一般在常壓時(shí)多取50mm左右。</p><p><b> 由 </b></p><p> 選用齒形堰,堰上液層高度由下式計(jì)算,即</p><p><b&g
92、t; 由 </b></p><p> 讀液流收縮系數(shù)圖算得:hn=0.013</p><p> 取板上清液層高度 ,故 </p><p> 3.4.1.3.3 弓形降液管寬度和截面積</p><p> 由 查弓形降液管的參數(shù),</p><p><b> 得 ,</b>&
93、lt;/p><p><b> 則 </b></p><p> 液體在降液管中停留的時(shí)間驗(yàn)算,</p><p><b> 依式:</b></p><p><b> 故降液管設(shè)計(jì)合理。</b></p><p> 3.4.1.3.4 降液管底隙高度<
94、;/p><p> ——液體通過底隙時(shí)的流速,</p><p><b> 根據(jù)經(jīng)驗(yàn),取 </b></p><p><b> 取 </b></p><p><b> 則 </b></p><p> 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p>&
95、lt;p> 選用凹形受液盤,深度</p><p> 3.4.2 塔板布置</p><p> 3.4.2.1邊緣寬度的確定</p><p><b> 取 ,</b></p><p> 3.4.2.2 開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p> 開孔區(qū)面積按下式計(jì)算,即</p>
96、<p><b> 其中 </b></p><p><b> 故 </b></p><p> 3.4.2.3 篩孔計(jì)算及其排列</p><p> 本例所處理的物系無腐蝕性,可選用碳鋼板,取篩孔直徑。</p><p> 篩孔按正三角形排列,取孔中心距t為 </p>
97、;<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> 3.5 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p> 3.5.1 塔板壓降</p><p> 3.5.1.1 干
98、板阻力的計(jì)算</p><p> 干板阻力由下式計(jì)算,即:</p><p><b> ?。ā髁肯禂?shù))</b></p><p> 由 , 查圖3.2得</p><p><b> 圖3.2 與的關(guān)系</b></p><p><b> 所以 液柱</b
99、></p><p> 3.5.1.2 氣體通過液層的阻力的計(jì)算</p><p> 氣體通過液層的阻力由下式計(jì)算,即:</p><p><b> (——充氣系數(shù))</b></p><p> ?。āㄟ^有效傳質(zhì)區(qū)的氣速)</p><p> (——?dú)庀鄤?dòng)能因子)</p>&
100、lt;p><b> 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖</b></p><p> 圖3.3 液層充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖</p><p><b> 得 </b></p><p><b> 則 液柱</b></p><p> 3.5.1.3 液體表面張力的阻力的計(jì)算</p>
101、<p> 液體表面張力所產(chǎn)生的的阻力計(jì)算由下式得</p><p><b> 液柱 </b></p><p> 氣體通過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> 氣體通過每層塔板的壓降為</p><p
102、><b> (設(shè)計(jì)允許值)</b></p><p> 3.5.2 液面落差</p><p> 對(duì)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> 3.5.3 液沫夾帶</p><p><b> 液沫夾帶由 計(jì)算</b></p>
103、<p> 故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許的范圍內(nèi)</p><p><b> 3.5.4 漏液</b></p><p> 對(duì)篩板塔,漏液點(diǎn)氣速</p><p><b> 由 </b></p><p><b> 實(shí)際孔速</b></p><
104、p><b> 穩(wěn)定系數(shù)為 </b></p><p> 故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。</p><p><b> 3.5.5 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)滿足</p><p><b> ?。ā踩禂?shù))</b></p>
105、<p> 乙醇-水物系屬一般物系,且不易發(fā)泡,取,則</p><p><b> 液柱</b></p><p><b> 而 </b></p><p> 板上不設(shè)進(jìn)口堰,由 計(jì)算</p><p><b> 則 液柱</b></p><
106、;p> 液柱<0.2178液柱</p><p> 故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p> 3.6 塔板負(fù)荷性能圖</p><p><b> 3.6.1 漏液線</b></p><p><b> 由 </b></p><p><b>
107、 得 </b></p><p><b> 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得 </b></p><p> 在操作范圍內(nèi),任取幾個(gè)值,依上式算出值,計(jì)算結(jié)果列于下表。</p><p> 由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1。</p><p> 3.6.2 液沫夾帶線</p><p> 以 為限,求關(guān)系
108、如下:</p><p><b> 由 </b></p><p><b> 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)果列于下表。</p><p> 由上表數(shù)據(jù)即
109、可作出漏液線2。</p><p> 3.6.3 液相負(fù)荷下限線</p><p> 對(duì)于齒形堰,取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。</p><p><b> 由式 </b></p><p><b> 并將 , 代入</b></p><p><b>
110、 可得 </b></p><p> 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3。</p><p> 3.6.4 液相負(fù)荷上限線</p><p> 以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限,</p><p><b> 故 </b></p><p> 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂
111、直液相負(fù)荷下限線4。</p><p><b> 3.6.5 液泛線</b></p><p><b> 令 </b></p><p><b> 由 </b></p><p><b> 得 </b></p><p><b&
112、gt; 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得:</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)果列于下表。</p><p> 以Ls為橫坐標(biāo),Vs為縱坐標(biāo),可得塔板負(fù)荷性能圖為:</p><p> 在負(fù)荷性能圖上,作出操作點(diǎn)A,與原點(diǎn)連接,即為操作線OA。由圖可知,篩板</p><p> 的操作上限為液泛控制,下
113、限為漏液控制。由圖查得</p><p><b> ,</b></p><p><b> (滿足設(shè)計(jì)要求)</b></p><p> 4 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表</p><p> 表 4-1 篩板塔計(jì)算結(jié)果匯總</p><p> 5 精餾裝置的附屬設(shè)備</p>
114、<p> 5.1 主要接管尺寸的選取</p><p> 接管尺寸由管內(nèi)蒸氣、液體速度及體積流量決定。本塔的接管均采用YB231-64熱扎無縫鋼管。</p><p><b> 5.1.1 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、T 型進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用</p><
115、p> 直管進(jìn)料管,管徑計(jì)算如下:</p><p><b> 取,而</b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:</p><p> 5.1.2 釜液出口管</p><p><b> 已知釜液流率: </b></p><p><b> 釜
116、液密度: </b></p><p><b> 則: </b></p><p><b> 取管內(nèi)流速為: </b></p><p><b> 則: </b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:</p><p> 5.1.
117、3 塔頂蒸汽管</p><p><b> 體積流速: </b></p><p><b> 塔頂蒸氣密度: </b></p><p><b> 則: </b></p><p><b> 取: </b></p><p
118、><b> 則: </b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:</p><p><b> 5.1.4 回流管</b></p><p><b> 采用直管回流管,取</b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:</p>&
119、lt;p> 5.1.5 塔底蒸汽管</p><p><b> 體積流速: </b></p><p><b> 塔底蒸氣密度: </b></p><p><b> 則: </b></p><p><b> 取: </b><
120、;/p><p><b> 則: </b></p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:</p><p> 5.2 筒體與封頭</p><p><b> 5.2.1 筒體</b></p><p> 壁厚選6mm,所用材質(zhì)為。</p><p>
121、;<b> 5.2.2 封頭</b></p><p> 封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種,本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭,由公稱直徑,查得曲面高度,直邊高度,內(nèi)表面積,</p><p> 容積。選用封頭,JB 1154-73 。</p><p><b> 5.3 法蘭</b></p><p>
122、由于常壓操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭,平焊法蘭,有不同的公稱直徑選用相應(yīng)的法蘭。根據(jù)進(jìn)料管選取進(jìn)料管接法蘭:PN0.25,DN32(GB20593——1997)。</p><p><b> 5.4 裙座</b></p><p> 塔底采用裙座支撐,裙座的結(jié)構(gòu)性能好,連接處產(chǎn)生的局部阻力小,所以它是塔設(shè)備的主要支座形式,為了制作方便,一般采用圓筒形。裙座高度取2m
123、,地角螺栓直徑取M30。</p><p><b> 5.5 人孔</b></p><p> 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的惟一通道,人孔的位置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板,由于設(shè)置人空處塔間距離大,且人孔設(shè)備過多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難于達(dá)到要求,一般每隔10~20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔。本塔中共38塊板,設(shè)置5個(gè)人孔,每個(gè)孔直徑為450mm。在設(shè)置人孔處,板間距為500m
124、m,裙座上應(yīng)開2個(gè)人孔,直徑為450mm。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> 5.6 塔總體高度的設(shè)計(jì)</p><p> 5.6.1 塔的頂部空間高度</p><p> 塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀宓剿敺忸^的直線距離,,取塔頂部空間高度為
125、800mm。</p><p> 5.6.2 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</p><p><b> 5min,</b></p><p> 5.6.3 塔立體高度</p><p> 6 技術(shù)評(píng)價(jià)及
126、心得體會(huì)</p><p><b> 6.1 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)</b></p><p> 從設(shè)計(jì)結(jié)果看,本設(shè)計(jì)基本上是可行的,但仍存在一些不足之處。</p><p> (1)本次設(shè)計(jì)的是乙醇-水精餾塔,由于該物系非理想物系,所以不能用逐板法求取理論板數(shù),因此本設(shè)計(jì)選用畫圖法。設(shè)計(jì)中很多數(shù)據(jù)都是由x-y圖或t-x-y圖讀出。 </p&
127、gt;<p> (2)本設(shè)計(jì)計(jì)算中涉及到很多繁冗的公式,并且在不同書籍中對(duì)同一公式的表達(dá)有出入,這給計(jì)算帶來了一定誤差。 </p><p> ?。?)在計(jì)算中,有一些計(jì)算值和實(shí)際值是有一段差距的</p><p> (4)在物性計(jì)算中,一定注意要取平均值,而不能直接應(yīng)用某個(gè)溫度下的物性。 </p><p> ?。?)回流比與經(jīng)濟(jì)校
128、核密切相關(guān),回流比太大,使能耗增加;太小,則塔板數(shù)增多,塔的制造費(fèi)用增加。所以,應(yīng)該根據(jù)N-R關(guān)聯(lián)圖來選擇最適合的回流比。 </p><p> ?。?)對(duì)塔板流體力學(xué)的驗(yàn)算是一項(xiàng)繁冗而耗時(shí)的工作,因此要認(rèn)真對(duì)待,仔細(xì)計(jì)算,盡力將錯(cuò)誤減小到最低值。 </p><p> ?。?)從設(shè)計(jì)總體看,各設(shè)計(jì)過程和結(jié)果是相互關(guān)聯(lián),相互影響的。對(duì)某一設(shè)計(jì)值若取的不好,就很有
129、可能影響到后邊乃至全設(shè)計(jì)的結(jié)果。因此,在作設(shè)計(jì)時(shí)一定要統(tǒng)籌全局,不能顧此失彼。</p><p> ?。?)本設(shè)計(jì)中對(duì)一些數(shù)據(jù)的選取均選了經(jīng)驗(yàn)值或參考值,這使計(jì)算不夠精確。實(shí)際工作中應(yīng)盡量查取精確值。 </p><p> ?。?0)本設(shè)計(jì)中有些計(jì)算是為了方便計(jì)算或受實(shí)際情況的限制不能考察的,忽略或省略了某些因素,這對(duì)計(jì)算結(jié)果會(huì)造成一定影響。在實(shí)際工作中應(yīng)盡量考慮周全。</p&
130、gt;<p><b> 6.2 心得體會(huì)</b></p><p> 課程設(shè)計(jì)是繁瑣的,但收獲是豐富的。通過這次課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)我們化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié),通過課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法;學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧;在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性,還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。</p>
131、<p> 經(jīng)歷了開始確定自己的設(shè)計(jì)方案,到中途的放棄,再到到重新確立設(shè)計(jì)方案,不斷收集相關(guān)資料,再進(jìn)行整個(gè)流程的計(jì)算,再到對(duì)程序的編寫以及裝配圖的繪制等過程,我真切感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合中的種種困難,也體會(huì)到了利用所學(xué)的有限的理論知識(shí)去解決實(shí)際中各種問題的不易。此次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)各種軟件的應(yīng)用變得更加熟悉。學(xué)習(xí)軟件的最后方法就是多運(yùn)用,這次課程設(shè)計(jì)中應(yīng)用到CAD,word,excel,PDF 編輯以及一些公式編輯軟件,從計(jì)
132、算,到作圖,再到整理,這一連串的過程讓我在這方面又有了較大的進(jìn)步。</p><p> 通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,讓我對(duì)自己的專業(yè)有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí),我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容,掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法,增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。讓我們受益匪淺。</p><p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> [1]李
133、功樣,陳蘭英,崔英德.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003.4 </p><p> [2]黃璐,王保國(guó).化工設(shè)計(jì)[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.2
134、 </p><p> [3]姚玉英,陳常貴,劉邦孚,等.化工原理[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,2006.7 </p><p> [4] 柴誠(chéng)敬,等.化工原理上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2009
135、 </p><p> [5] 柴誠(chéng)敬,等.化工原理下冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2009 </p><p> [6] 夏清,賈紹義.化工原理下冊(cè)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2012.1<
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