化工原理課程設(shè)計(jì)--苯-甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——苯-甲苯連續(xù)精餾篩板塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)班級 ： 應(yīng)用化學(xué)二班 </p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　學(xué) 號 ：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師 ： </p><p>　　2012年12月24日~2013年1月4日</p><p>　　10級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目：苯 —— 甲苯連續(xù)精餾塔的設(shè)計(jì)</p>&l

3、t;p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p>　　1 、進(jìn)精餾塔料液含苯 38% （質(zhì)量 ） ，其余為甲苯</p><p>　　2 、產(chǎn)品中苯含量不得少于 96% （質(zhì)量）</p><p>　　3 、釜液中苯含量不得高于4% （質(zhì)量）</p><p>　　4 、生產(chǎn)能力： 5.5 噸 / 小時(shí)</p><p&g

4、t;<b>　　5 、操作條件：</b></p><p>　　(1) 精餾塔頂壓強(qiáng)： 4.5kPa （表壓）</p><p>　　(2) 進(jìn)料熱狀態(tài)：自選</p><p>　　(3) 加熱蒸氣： 600kPa （表壓）的飽和蒸氣</p><p>　　(4) 回流比：自選</p><p>　　(5)

5、 單板壓降： ≯ 0.7kPa</p><p>　　三、設(shè)備型式：篩板塔</p><p>　　四、廠址：湘潭地區(qū)（年平均水溫 20 ℃ ）</p><p>　　五、設(shè)計(jì)內(nèi)容（設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參見設(shè)計(jì)指導(dǎo)書）</p><p>　　1 、設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明</p><p><b>　　2 、塔的工藝計(jì)算<

6、/b></p><p>　　3 、塔和塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　⑴ 塔板、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　?、?塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　?、?塔板的負(fù)荷性能圖</p><p>　　4 、設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表</p><p>　　5 、換熱器的

7、選型與計(jì)算</p><p>　　6 、生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔的工藝條件圖及篩板布置圖</p><p>　　7 、對本設(shè)計(jì)的評述或有關(guān)問題的分析討論</p><p>　　六、按要求編制相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書</p><p><b>　　七、主要參考資料</b></p><p>　　化工原理、化工原理課程設(shè)

8、計(jì)指導(dǎo)書、化工工藝設(shè)計(jì)手冊、物理化學(xué)手冊</p><p><b>　　八、指導(dǎo)老師</b></p><p><b>　　組織人：劉和秀</b></p><p>　　指導(dǎo)老師：楊明平、仇明華、劉和秀</p><p><b>　　九、時(shí)間</b></p><p&

9、gt;　　2012.12.24----2013.1.4</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　化工生產(chǎn)中所處理的原料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品幾乎都是有若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲存、運(yùn)輸、加工和使用的需求，時(shí)常需要將這些混合物分離為較純凈或純態(tài)的物質(zhì)。芳香族化合物是化工生產(chǎn)中的重要的材料，可用來制備染料、樹脂、農(nóng)

10、藥、合成藥物、合成橡膠，合成纖維和洗滌等等；苯與甲苯都是重要的化工原料，苯 - 甲苯混合溶液的分離技術(shù)一直是一個(gè)重要的課題。如何獲得較大的生產(chǎn)率，較大的經(jīng)濟(jì)效益，較高的安全系數(shù)和設(shè)計(jì)方案的較強(qiáng)可操作性仍然是技術(shù)難題。本設(shè)計(jì)正是以優(yōu)化的理念進(jìn)行估算設(shè)計(jì)核算力求達(dá)到較高要求而進(jìn)行的方案設(shè)計(jì)。甲苯不僅是有機(jī)化工合成的優(yōu)良溶劑，而且可以合成異氰酸酯，甲酚等化工產(chǎn)品，同時(shí)也可以來制造三硝酸甲苯、苯甲酸、對苯二甲酸、防腐劑、染料、泡沫塑料、合成纖維

11、等。</p><p>　　精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。本次設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一定處理量的精餾塔， 實(shí)現(xiàn)苯— 甲苯的分離。鑒于設(shè)計(jì)任務(wù)的處理量不大，

12、苯 — 甲苯體系比較易于分離，待處理料液清潔的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)決定選用篩板塔。</p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。篩板塔是生產(chǎn)中最常用的板式塔之一。板式塔具有機(jī)構(gòu)簡單、制造和維修方便、生產(chǎn)能力大、塔板壓降小、踏板效率高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是過程的物料衡算、熱量衡算、工

13、藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。在本次課程設(shè)計(jì)過程中，老師和同學(xué)給了我很大的幫助，在此致以深切地感謝。限于編者水平所限，不當(dāng)之處，誠請老師及讀者提出寶貴意見和建議！</p><p><b>　　編者</b></p><p>　　2012 年 12 月</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

14、t;　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書………………………………………………………………………2</p><p>　　二、前言………………………………………………………………………………3</p><p>　　三、符號說明…………………………………………………………………………5</p><p>　　四、設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………………………………………………………………7</p&

15、gt;<p>　　第一節(jié)方案的確定及流程說明……………………………………………8</p><p>　　一、裝置流程的確定……………………………………………………8</p><p>　　二、操作壓強(qiáng)的選擇……………………………………………………8</p><p>　　三、進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇…………………………………………………8</p>&l

16、t;p>　　四、加熱方式……………………………………………………………8</p><p>　　五、回流比的選擇………………………………………………………9</p><p>　　第二節(jié)塔的工藝計(jì)算………………………………………………………10</p><p>　　一、主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)………………………………………………………10</p><p&g

17、t;　　二、塔的物料衡算………………………………………………………11</p><p>　　三、塔板數(shù)的確定………………………………………………………12</p><p>　　四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算……………………………………15</p><p>　　第三節(jié)塔和塔板主要工藝尺寸的計(jì)算……………………………………18</p><p>　

18、　一、塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定………………………………18</p><p>　　二、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算………………………………………………21</p><p>　　三、塔板負(fù)荷性能圖……………………………………………………22</p><p>　　第四節(jié)篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表…………………………………27</p><p>　　第五

19、節(jié)板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算…………………………………29</p><p>　　一、塔體結(jié)構(gòu)……………………………………………………………29</p><p>　　二、附屬設(shè)備的計(jì)算……………………………………………………30</p><p>　　五、評述及有關(guān)有關(guān)問題的分析討論……………………………………………34</p><p>　　六

20、、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………35</p><p><b>　　— —</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明</p><p>　　一、 裝置流程的確定</p><p>　　精餾裝置包括精餾塔、原料預(yù)熱器、蒸餾釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。熱量自塔釜輸

21、入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將于熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。</p><p>　　另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波動(dòng)的影響。</p><p>　　塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)情況以決定采用分凝器或全凝器。一般，塔頂分凝器對上升蒸汽

22、雖有一定增濃作用，但在石油等工業(yè)中獲取液相產(chǎn)品時(shí)往往采用全凝器，以便于準(zhǔn)確的控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用分凝器。</p><p>　　總之，確定流程時(shí)要較全面、合理地兼?zhèn)湓O(shè)備、操作費(fèi)眼睛操作控制及安全諸因素。</p><p><b>　　二、操作壓強(qiáng)的選擇</b></p><p>　　精餾操作可在常壓、減壓和加壓下進(jìn)行。操作壓強(qiáng)長

23、取決于冷凝溫度。一般，除熱敏性物料以外，凡通過常壓蒸餾不難實(shí)現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的系統(tǒng)，都應(yīng)采用常壓蒸餾；對熱敏性物料或混合液沸點(diǎn)過高的系統(tǒng)則宜采用減壓蒸餾；對常壓下餾出物的冷凝溫度過低的系統(tǒng)，需提高塔壓或采用深井水、冷凍鹽水作為冷凝劑；而常壓下呈氣態(tài)的物料必須采用加壓蒸餾。例如苯乙烯常壓沸點(diǎn)為145.2 ℃ ，而將其加熱到102℃ 以上就會(huì)發(fā)生聚合，故苯乙烯應(yīng)采用減壓蒸餾；脫丙烷丙烯塔操作壓強(qiáng)提高到1765

24、kP a時(shí)，冷凝溫度約50 ℃，便可用江河水或循環(huán)水進(jìn)行冷凝冷卻，則運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用減少；石油氣常壓呈氣態(tài)，必須采用加壓蒸餾分離。</p><p>　　三、 進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇</p><p>　　進(jìn)料熱狀態(tài)已進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù) q 表達(dá)，即</p><p>　　有五種進(jìn)料狀態(tài)，即 q>1.0 時(shí)，為低于泡點(diǎn)溫度的冷卻進(jìn)料； q=1.0 為泡點(diǎn)下的飽和液體；q=0 為露點(diǎn)下

25、的飽和蒸汽；1>q>0 為介于泡點(diǎn)與露點(diǎn)間的汽液混合物；q<0 為高于露點(diǎn)的過熱蒸汽進(jìn)料。在供熱量一定情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣液回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷進(jìn)料。但為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，則常采用飽和液體進(jìn)料，但需增設(shè)原料預(yù)熱器。若工藝要求減少塔釜加熱量避免釜溫過高、料液產(chǎn)生聚合或結(jié)焦，則應(yīng)采用氣態(tài)進(jìn)料。</p><p><b&

26、gt;　　四、加熱方式</b></p><p>　　蒸餾大多采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽，例如蒸餾釜?dú)堃褐兄饕M分是水，且在低濃度下輕組分的相對揮發(fā)度較大時(shí)（如乙醇和水的混合物）宜用直接蒸汽加熱，其優(yōu)點(diǎn)可以利用壓強(qiáng)較低的加熱蒸汽以節(jié)省操作費(fèi)用，并省掉間接加熱設(shè)備。但由于直接蒸汽的加入，對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在

27、提餾段增加塔板已達(dá)到生產(chǎn)要求。</p><p><b>　　五、 回流比的選擇</b></p><p>　　選擇回流比，主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)用之和最低。一般經(jīng)驗(yàn)值</p><p>　　R =（1.1 ～ 2.0）</p><p>　　式中 R — 操作回流比；— 最小回流比。</p>&

28、lt;p>　　對特殊物系與場合，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選定回流比。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時(shí)，也可參考同類生產(chǎn)的 R 經(jīng)驗(yàn)值選定。必要時(shí)可選若干個(gè) R 值 ， 利用吉利蘭圖 （ 簡捷法 ） 求出對應(yīng)理論板 數(shù)N ， 作出 N — R 或 N （ R+1 ） — R 曲線 ， 從中找出適宜操作回流比 R 。 也可作出 R 對精餾段操作費(fèi)用的關(guān)系圖，從中確定適宜回流比 R 。</p><p><b>　　塔的工藝計(jì)算

29、</b></p><p>　　一、 主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　苯和甲苯的物理性質(zhì)</b></p><p>　　常溫下苯 — 甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　飽和蒸氣壓 苯、甲苯的飽和蒸氣壓可用 Antoine 方程求算，即</p><p>　　式中 t——物

30、系溫度，℃；</p><p><b>　?。柡驼羝麎海?lt;/b></p><p>　　A、B、C－－Antoine常數(shù)，其值見附表：</p><p>　　(4) 苯與甲苯的液相密度</p><p>　　(5) 液體表面張力 σ</p><p><b>　　(6) 液體粘度 </

31、b></p><p>　　(7) 液體氣化熱 γ</p><p><b>　　二、塔的物料衡算</b></p><p>　　(1) 料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含苯摩爾分率</p><p><b>　　(2) 平均分子量</b></p><p><b>　　(3) 物

32、料衡算</b></p><p>　　總物料衡算 </p><p>　　易揮發(fā)組分物料衡算 </p><p><b>　　聯(lián)立以上二式得：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　、 、分別為原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的

33、質(zhì)量分?jǐn)?shù)</p><p>　　F 、 D 、 W 分別為原料液、塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p><b>　　三、塔板數(shù)的確定</b></p><p>　　(1)相對揮發(fā)度的計(jì)算</p><p>　　由Antoine方程及相關(guān)常數(shù)可計(jì)算飽和蒸汽壓：</p><p><b>　　苯

34、：</b></p><p><b>　　甲苯：</b></p><p>　　由表可查知苯、甲苯的沸點(diǎn)分別為 80.1 ℃ 、 110.6 ℃ ，故：</p><p>　　t=80.1℃時(shí)，求得: </p><p>　　t=110.6℃時(shí)，求得: </p><p><

35、b>　　故相對揮發(fā)度</b></p><p>　　(2) 回流比 R 的計(jì)算</p><p>　　選擇飽和液體進(jìn)料，即q=1,q線為垂直線，故：</p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p><b>　　由此可得：</b></p><p>

36、;<b>　　最小回流比：</b></p><p><b>　　?。?lt;/b></p><p>　　(3) 確定相平衡方程、精餾段、提餾段方程</p><p><b>　　相平衡方程：</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></

37、p><p><b>　　塔釜汽相回流比：</b></p><p>　　提餾段操作線方程：，即：</p><p>　　兩操作線交點(diǎn)橫坐標(biāo)：</p><p>　?。?）逐板法計(jì)算理論塔板數(shù)</p><p>　　先交替使用相平衡方程與精餾段操作線方程，計(jì)算如下：</p><p>　　

38、由計(jì)算知第 7 板為進(jìn)料板</p><p>　　以下交替使用提餾段操作線方程與相平衡方程，計(jì)算如下：</p><p>　　由計(jì)算可知，總理論板數(shù)為13（包括蒸餾釜），精餾板理論半數(shù)為7，第7板為進(jìn)料板，提餾段理論板數(shù)為 6（不包括塔釜）</p><p>　?。?）全塔效率 、實(shí)際塔板數(shù)N</p><p>　　=0.17-0.616lg<

39、;/p><p>　　根據(jù)塔頂、塔底液相組成且查苯、甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)表，則：</p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　精餾段的平均溫度:℃</p>

40、<p>　　提餾段的平均溫度:℃</p><p><b>　　混合物的黏度</b></p><p>　　精餾段88.06℃時(shí)，</p><p>　　進(jìn)料板94.65C時(shí)，</p><p><b>　　提餾段℃時(shí)，</b></p><p><b>　　精

41、餾段塔板效率:</b></p><p><b>　　提餾段塔板效率:</b></p><p><b>　　精餾段塔板數(shù)：</b></p><p><b>　　提餾段塔板數(shù)：</b></p><p><b>　　全塔總效率： </b><

42、/p><p>　　塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算</p><p><b>　?。?）操作壓強(qiáng)</b></p><p><b>　　塔頂壓強(qiáng) </b></p><p>　　取每層塔板壓降△P=0.7kPa，則</p><p><b>　　進(jìn)料板壓強(qiáng)：</b><

43、;/p><p>　　精餾段平均操作壓強(qiáng) ：</p><p>　?。?）操作溫度 計(jì)算</p><p><b>　　塔頂操作溫度 ℃</b></p><p><b>　　進(jìn)料板操作溫度℃</b></p><p>　　則精餾段平均操作溫度:℃</p><p>

44、　?。?）平均分子量 計(jì)算</p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　進(jìn)料板：</b></p><p>　　則精餾段平均分子量：</p><p>　?。?）平均密度 計(jì)算</p><p><b>　　① 液相密度</b>&l

45、t;/p><p>　　依下式 （a 為質(zhì)量分率）</p><p><b>　　塔頂：℃，查表得</b></p><p>　　進(jìn)料板：加料版液相組成 ℃ , 查表得</p><p><b>　?、?氣相密度 </b></p><p><b>　　液體表面張力 計(jì)算<

46、/b></p><p><b>　　查表， ℃ 時(shí)，</b></p><p><b>　　℃時(shí)，</b></p><p>　　則精餾段平均表面張力為: </p><p><b>　　液體粘度計(jì)算</b></p><p>　　則精餾段平均液相粘度&l

47、t;/p><p>　　(7)精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算</p><p>　　塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　一、 塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p><b>　?。?）塔徑</b></p><p>　　參考表 4-1 ，初選板間距故</p><p>　　查 S

48、mith 關(guān)聯(lián)圖，得 依</p><p>　　校正到物系表面張力為 20..53mN/m時(shí)的C，即</p><p>　　取安全系數(shù)為 0.70 ，則</p><p>　　故 </p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為 1.0m ，則空塔氣速</p><p><b>　?。?）溢流裝置</

49、b></p><p>　　采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。各項(xiàng)計(jì)算如下：</p><p><b>　?、?溢流堰長 </b></p><p>　　取堰長為 0.66D ，即 </p><p><b>　?、?出口堰高</b></p><

50、p>　　由 </p><p>　　查圖 4-9( 液流收縮系數(shù)圖 ) ，知 E=1.045 ，故</p><p>　　故 </p><p>　　③ 降液管寬度與降液管面積 </p><p>　　由查圖 4-11 （弓形降液管的寬度與長度關(guān)系圖），得</p><p>　　由式

51、計(jì)算液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，</p><p><b>　　(>5s符合要求）</b></p><p><b>　?、?降液管底隙高度</b></p><p>　　取液體通過降液管底隙的流速為依式計(jì)算降液管底隙高度，即</p><p><b>　　（3）塔板布置<

52、/b></p><p>　?、偃∵吘墔^(qū)寬度，安定區(qū)寬度</p><p><b>　　②計(jì)算開孔區(qū)面積</b></p><p>　?。?）篩孔數(shù) n 與開孔率</p><p>　　取篩孔的孔徑為為5mm，正三角形排列，一般碳鋼的厚度為 3mm ，取 </p><p>　　故孔中心在計(jì)算塔板上的

53、篩孔數(shù) n 和開孔區(qū)的開孔率，即</p><p>　　每層塔板上的開孔面積為</p><p><b>　　氣體通過篩孔的氣速</b></p><p>　　塔有效高度Z（精餾段） </p><p>　　塔高計(jì)算 ( 見換熱器計(jì)算部分 )</p><p>　　二、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p>

54、<p>　?。?）氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?lt;/p><p><b>　　依式 </b></p><p>　?、俑砂鍓航迪喈?dāng)?shù)囊褐叨?lt;/p><p>　　依 ，查圖 4-13 （干篩孔的流量系數(shù)圖），得，故干板阻力</p><p>　?、跉饬鞔┻^板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?lt;/p>

55、;<p>　　查圖 4-14 （充氣系數(shù)與的關(guān)聯(lián)圖），取板上液層充氣系數(shù)，故</p><p>　　③克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?lt;/p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　單板壓降</b></p><p>　?。?）霧沫夾帶量的驗(yàn)算</p>

56、<p>　　故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過量霧沫夾帶。</p><p><b>　　漏液的驗(yàn)算</b></p><p>　　篩板的穩(wěn)定系數(shù)故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過量漏液</p><p><b>　　（4）液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度依式計(jì)

57、算</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液泛。</p><p>　　根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的。</p><p><b>　　三、塔

58、板負(fù)荷性能圖</b></p><p>　?。?）霧沫夾帶線 ⑴</p><p>　　式中 ------(a)</p><p><b>　　近似取 </b></p><p><b>　　------(b)</b></p><p>&l

59、t;b>　　取物沫極限值 已知</b></p><p>　　并將（a)、(b)式代入 得下式</p><p><b>　　整理得 </b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)值，依（1）式算出相應(yīng)的值列于附表 1 中</p><p>　　依表中數(shù)據(jù)在圖中作出霧沫夾帶線（1），如圖所

60、示</p><p><b>　　液泛線（2）</b></p><p><b>　　聯(lián)立以上兩式，得</b></p><p>　　近似取 ，故</p><p>　　故 ------(c)</p><p><

61、;b>　　又 </b></p><p>　　由4-37及（c)式 </p><p>　　故 ------(d)</p><p><b>　　由 4-45</b></p><p><b>　　-----（e)</b></p><p>

62、<b>　　將 </b></p><p><b>　　整理得下式：</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)任取幾個(gè)值，依（2）式算出相應(yīng)的值，列于附表2中，依表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2），如圖中（2）所示。</p><p>　?。?）液相負(fù)荷上限線 ⑶</p><p>　　取液體在降液管中停留時(shí)間為

63、4 秒，由式 4-29</p><p>　　液相負(fù)荷線在圖上為與氣體流量無關(guān)的垂直線，如圖 4-24 所示。</p><p>　?。?）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）⑷</p><p>　　將 代入漏液點(diǎn)氣速式：</p><p>　　前已算出為,代入上式并整理，得</p><p>　　此即氣相負(fù)荷下限關(guān)系式，在操作范圍內(nèi)任取

64、 n 個(gè)值，依（4）式計(jì)算相應(yīng)的值，列于附表 3 ，依附表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線（4），如圖中線（4）所示。</p><p>　　（5）液相負(fù)荷下限線 ⑸</p><p>　　取平堰、堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件，依式 4-25 ，取,則 </p><p><b>　　整理上式得 </b></p><p&

65、gt;　　依此值在圖上作線（5）即為液相負(fù)荷下限線，如圖所示。</p><p>　　將以上 5 條線繪于圖中，即為精餾段負(fù)荷性能圖。 5 條線包圍區(qū)域?yàn)榫s段塔板操作區(qū)， P 為操作點(diǎn)， OP 為操作線。 OP 線與線（1）的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為。</p><p>　　可知本設(shè)計(jì)塔板上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。</p><p>　　篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表

66、</p><p>　　板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算</p><p><b>　　一、塔體結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　板式塔內(nèi)部裝有塔板、降液管、各物流的進(jìn)出口管及人孔（手孔）、基座、除沫器等附屬裝置。除一般塔板按設(shè)計(jì)板間距安裝外，其他處根據(jù)需要決定其間距。本塔塔徑為 1.0m ，故塔板分塊數(shù)取 3</p><p>

67、<b>　?。?）塔頂空間</b></p><p>　　塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠(yuǎn)</p><p>　　高于板間距（甚至高出一倍以上），本塔取塔頂空間</p><p><b>　　（2）塔底空間</b></p><p>　　考慮以下兩種因素： ① 塔底

68、駐液空間依貯存液量停留 3 ～ 5min 或更長時(shí)間（易結(jié)焦物</p><p>　　料可縮短停留時(shí)間）而定。② 塔底液面至最下層塔板之間要有 1 ～ 2m 的間距，大塔可大于此值。本塔取塔底空間。</p><p>　　人孔及人孔處的板間距</p><p>　　本塔設(shè)計(jì)每隔 7 層塔板設(shè)一人孔，故人孔數(shù)設(shè)人孔處的板間距，設(shè)人孔處的板間距。</p><

69、;p>　　（4）進(jìn)料板處的板間距</p><p>　　本塔取進(jìn)料板處的板間距.</p><p><b>　?。?）塔高</b></p><p><b>　　塔高的計(jì)算公式為</b></p><p><b>　　故塔高</b></p><p><

70、;b>　　二、附屬設(shè)備的計(jì)算</b></p><p>　?。?）列管式原料預(yù)熱器</p><p>　?、?含苯38% （質(zhì)量）的苯與甲苯混合物在進(jìn)料前進(jìn)行預(yù)熱，加熱介質(zhì)為塔釜流出的產(chǎn)品，因?yàn)樗a(chǎn)品溫度高，故原料液通入殼程，塔釜產(chǎn)品通入管程。</p><p>　　② 原料液的初始溫度為湘潭地區(qū)年平均水溫 20 ℃ ，設(shè)出口溫度為 60 ℃ ，則原料

71、液的定性溫度 。</p><p>　　塔釜產(chǎn)品的初始溫度即塔釜溫度，根據(jù)試差法可得塔釜溫度℃。查得原料液的物性數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　熱負(fù)荷 </b></p><p>　　設(shè)塔釜產(chǎn)品的出口溫度為，則</p><p>　　查液體比熱容共線圖，試差法得</p><p>　　經(jīng)核算可知所選

72、換熱器符合要求，其他換熱器可同法計(jì)算選型。</p><p>　　評述及有關(guān)問題的分析討論</p><p>　　經(jīng)初步校核驗(yàn)算實(shí)際設(shè)備參數(shù)，本設(shè)計(jì)方案是完全符合要求的。能夠完成精餾塔設(shè)計(jì)任</p><p>　　務(wù)書中分離苯－甲苯的年產(chǎn)量任務(wù)，且操作彈性好、分離純度高、造價(jià)相對低廉，符合最優(yōu)</p><p>　　化生產(chǎn)水準(zhǔn)。然而，設(shè)計(jì)過程中也遇到

73、了一些難以解決的問題。即要兼顧塔設(shè)備易于操作，</p><p>　　又要注意工藝性的達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致在設(shè)備設(shè)計(jì)過程中許多設(shè)備的參數(shù)難以確定。但是，此設(shè)計(jì)要基于滿足工藝要求，因而，這些是設(shè)備參數(shù)只能由工藝性來決定。在工藝性唯一的條件下，</p><p>　　可以由多種設(shè)備參數(shù)來實(shí)現(xiàn)它，具體到選擇恰當(dāng)?shù)膮?shù)就要經(jīng)過多次取值校核驗(yàn)證。此次設(shè)計(jì)時(shí)間教倉促，在強(qiáng)調(diào)工藝性的基礎(chǔ)上我們注意了經(jīng)濟(jì)性。</

74、p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，我們認(rèn)識到：作為過控專業(yè)的學(xué)生，不僅要學(xué)好《化工原理》，而且還</p><p>　　要兼顧物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等相關(guān)自然科學(xué)，來提升專業(yè)知識，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基</p><p>　　礎(chǔ)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中要注意的問題很多，尤其是一些細(xì)節(jié)性的問題，稍有不慎將導(dǎo)致設(shè)計(jì)的</p><p>　　重大錯(cuò)誤，因而考慮問題的全面詳

75、細(xì)是至關(guān)重要的。工程上的問題以理論來衡量，存在的誤差也是再所難免的。但是只要誤差不超過 5% 就可以。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)雖然為牛刀小試，但我們學(xué)到了很多知識，也認(rèn)識到理論與實(shí)踐是有差別的。</p><p>　　既而，提升了我們對“理論高于實(shí)踐，源于實(shí)踐?！钡睦斫饣ぴ碚n程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，雖</p><p>　　然經(jīng)歷了數(shù)個(gè)不眠之夜，但當(dāng)一份份數(shù)據(jù)一張張圖

76、紙成型后，那種成功的喜悅是難以言語的。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)，我們對化工原理課程的重要性有了更為深刻的認(rèn)識，知道了工程設(shè)計(jì)人員的腦力工作之重、工作量之大。同時(shí)，也知道了什么叫工程進(jìn)度。還有，原理的了解需要有一定的</p><p>　　過程。在了解了原理后，驗(yàn)算數(shù)據(jù)也是相當(dāng)繁瑣的：數(shù)據(jù)是一環(huán)套一環(huán)的，有時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，會(huì)使后面的數(shù)據(jù)無法繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)算。這就對我們的計(jì)算能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)

77、態(tài)度提出了</p><p>　　高要求。要想核算成功不僅要對相關(guān)的專業(yè)知識掌握嫻熟，還要會(huì)查手冊，會(huì)運(yùn)用制圖軟件</p><p>　　AutoCAD … 等等。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)對在安逸中的我們是一次很好的歷練和警醒，使我們的動(dòng)手能力及綜合處理問</p><p>　　題的能力得到提高。在此再次對在我們設(shè)計(jì)過程中一直給予幫助與指導(dǎo)的

78、楊明平、仇明華、劉和秀老師表示感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?1 ）化工原理課程設(shè)計(jì)，湖南科技大學(xué)編制</p><p>　?。?2 ）王志魁，劉麗英，劉偉，化工原理 . 第四版 . 化學(xué)工業(yè)出版社 .2010.</p><p>　?。?3 ）汪鎮(zhèn)安，陸振東，化工工藝設(shè)計(jì)手冊