化工原理課程設(shè)計(jì)甲醇-水精餾分離板式塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目:甲醇—水精餾分離板式塔設(shè)計(jì)</p><p>　　2012年 2月 14日 </p><p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>

2、　　甲醇-水精餾分離板式塔設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　生產(chǎn)能力（進(jìn)料量） 30000 噸/年</p><p>　　操作周期 7200 小時(shí)/年</p><p>　　

3、進(jìn)料組成 10% （質(zhì)量分率，下同）</p><p>　　塔頂產(chǎn)品組成 ≥42% </p><p>　　塔底產(chǎn)品組成 ≤0.9% </p><p><b>　　2.操作條件</b></p><p>　　操作壓力 塔頂為常壓

4、 </p><p>　　進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料(q=1) </p><p>　　加熱蒸汽 低壓蒸汽 </p><p>　　3.設(shè)備型式 篩板塔板 </p><p>　　4.廠址 安 徽 地 區(qū) </p><p>

5、;<b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明</p><p><b>　　2.塔的工藝計(jì)算</b></p><p>　　3.主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）塔徑、塔高及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p>　?。?）塔板的

6、流體力學(xué)校核</p><p>　?。?）塔板的負(fù)荷性能圖</p><p>　?。?）總塔高、總壓降及接管尺寸的確定</p><p>　　4.輔助設(shè)備選型與計(jì)算</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總</b></p><p><b>　　6.設(shè)計(jì)評(píng)述</b></p&

7、gt;<p>　　7.工藝流程圖及精餾工藝條件圖</p><p><b>　　主要符號(hào)說(shuō)明：</b></p><p><b>　　英文字母</b></p><p>　　—塔板開孔區(qū)面積，m2；</p><p>　　—降液管截面積，m2；</p><p>　　—篩

8、孔總面積，m2；</p><p><b>　　—塔截面積，m2；</b></p><p>　　—計(jì)算時(shí)的負(fù)荷系數(shù),；</p><p><b>　　—負(fù)荷因子, ；</b></p><p><b>　　—篩孔直徑,m；</b></p><p><b&

9、gt;　　—塔徑,m；</b></p><p>　　—液沫夾帶量，kg液/kg氣；</p><p><b>　　—全塔效率；</b></p><p>　　—?dú)庀鄤?dòng)能因子,； </p><p>　　—重力加速度,9.81；

10、</p><p>　　—降液管底隙高度,m；</p><p><b>　　—干板阻力，m；</b></p><p>　　—?dú)怏w通過(guò)每層塔板的液柱高m；</p><p>　　—塔板上鼓泡層高度,m；</p><p>　　—液體表面張力的阻力，m；</p><p>　　—?dú)怏w通

11、過(guò)液層的阻力，m；</p><p><b>　　—溢流堰高度,m；</b></p><p>　　—板上液層高度,m；</p><p>　　—降液管內(nèi)的清液高度，m；</p><p><b>　　—板間距,m；</b></p><p><b>　　—人孔間距，m；&l

12、t;/b></p><p><b>　　—塔底空間,m；</b></p><p><b>　　—塔頂空間,m；</b></p><p>　　—穩(wěn)定系數(shù)，無(wú)因次；</p><p><b>　　—溢流堰長(zhǎng)度,m；</b></p><p><b&g

13、t;　　—液體體積流量,；</b></p><p><b>　　—篩孔數(shù)目；</b></p><p><b>　　—理論塔板數(shù)；</b></p><p><b>　　—實(shí)際塔板數(shù)；</b></p><p>　　—操作壓力,pa； </p><p&

14、gt;<b>　　—壓力降,pa；</b></p><p>　　—篩孔的中心距,m；</p><p><b>　　—空塔氣速, ；</b></p><p><b>　　—泛點(diǎn)氣速,；</b></p><p>　　—通過(guò)有效傳質(zhì)區(qū)的氣速,；</p><p>

15、;　　—?dú)怏w通過(guò)篩孔的速度,；</p><p><b>　　—漏液點(diǎn)氣速,；</b></p><p><b>　　—?dú)怏w體積流量,；</b></p><p><b>　　—安定區(qū)寬度,m；</b></p><p><b>　　—邊緣區(qū)寬度,m；</b>&l

16、t;/p><p><b>　　—液相摩爾分?jǐn)?shù)；</b></p><p><b>　　—?dú)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)；</b></p><p><b>　　—塔高,m；</b></p><p><b>　　希臘字母</b></p><p><b&g

17、t;　　—揮發(fā)度；</b></p><p>　　—充氣系數(shù)，無(wú)因次；</p><p><b>　　—篩板厚度,m；</b></p><p>　　—液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間,s；</p><p><b>　　—黏度,；</b></p><p><b>　　—

18、密度, ；</b></p><p><b>　　—表面張力,；</b></p><p>　　—開孔率或孔流系數(shù)，無(wú)因次；</p><p><b>　　下標(biāo)</b></p><p><b>　　—最大的；</b></p><p><b&g

19、t;　　—最小的；</b></p><p><b>　　—液相的；</b></p><p><b>　　—?dú)庀嗟?lt;/b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言6</b></p>&l

20、t;p>　　1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)6</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求6</p><p><b>　　2 計(jì)算過(guò)程7</b></p><p>　　2.1 塔型選擇7</p><p>　　2.2 操作條件的確定7</p><p>　　2.2.1 操作壓力7</p>

21、<p>　　2.2.2 進(jìn)料狀態(tài)8</p><p>　　2.2.3 加熱方式8</p><p>　　2.2.4 熱能利用8</p><p>　　2.3 有關(guān)的工藝計(jì)算8</p><p>　　2.3.1 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝?0</p><p>　　2.3.2 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量

22、10</p><p>　　2.3.3 熱能利用10</p><p>　　2.3.4 預(yù)熱器消耗量11</p><p>　　2.3.5 理論塔板數(shù)的確定11</p><p>　　2.3.6 操作壓力12</p><p>　　2.3.7 全塔效率的估算12</p><p>　　2.3.8

23、實(shí)際塔板數(shù)NP13</p><p>　　2.4 精餾塔具體尺寸13</p><p>　　2.4.1 液相平均密度14</p><p>　　2.4.2 氣相的平均密度14</p><p>　　2.4.3 液相表面張力15</p><p>　　2.4.4 汽、液相負(fù)荷（體積流量）15</p>&l

24、t;p>　　2.4.5 精餾塔塔體工藝尺寸16</p><p>　　2.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算17</p><p>　　2.5.1 溢流裝置17</p><p>　　2.5.2 塔板布置20</p><p>　　2.6 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算21</p><p>　　2.6.1 塔板壓降21</

25、p><p>　　2.6.2 液面落差22</p><p>　　2.6.3 液沫夾帶量22</p><p>　　2.6.4 漏液22</p><p>　　2.6.5 液泛23</p><p>　　2.7 塔板負(fù)荷性能圖23</p><p>　　2.7.1 漏液線23</p>

26、<p>　　2.7.2 液沫夾帶線23</p><p>　　2.7.3 液相負(fù)荷下限線24</p><p>　　2.7.4 液相負(fù)荷上限線24</p><p>　　2.7.5 液泛線25</p><p>　　2.8 各接管尺寸的確定26</p><p>　　2.8.1 進(jìn)料管26</p>

27、;<p>　　2.8.2釜?dú)堃撼隽瞎?7</p><p>　　2.8.3塔頂上升蒸汽管27</p><p>　　2.8.4水蒸汽進(jìn)口管28</p><p>　　2.8.5離心泵的選擇28</p><p>　　3 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總28</p><p><b>　　4 結(jié)論30</b&

28、gt;</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　甲醇—水工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，甲醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出

29、了推廣燃料甲醇的法規(guī)。</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，甲醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于甲醇—水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的甲醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)甲醇`水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。</p><p>　　塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)

30、注意的事項(xiàng)是非常必要的。 </p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。</p><p><b>　　流程簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為甲醇的精餾。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾

31、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。該物系屬易揮發(fā)物系，最小回流比較小，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>　　1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p>　　原料：甲醇—水溶液，年產(chǎn)量30000噸</p><p&g

32、t;　　甲醇含量：10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，原料液溫度：20℃</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：塔頂?shù)募状己坎恍∮?2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))</p><p>　　塔底的甲醇含量不大于0.9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))</p><p>　　附： 汽液平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　表1 甲醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　由上表可畫出如下

33、圖：</p><p><b>　　2 計(jì)算過(guò)程</b></p><p><b>　　2.1 塔型選擇</b></p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若每年按操作周期7200小時(shí)計(jì)算，處理量為由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過(guò)程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用篩板塔。</p><

34、p>　　篩板塔也是傳質(zhì)過(guò)程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　?、?結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡(jiǎn)單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。</p><p>　?、?處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。</p><p>　?、?塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。</p><p>　?、?壓降較低，每板壓力比

35、泡罩塔約低30％左右。</p><p><b>　　篩板塔的缺點(diǎn)是：</b></p><p>　?、?塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。</p><p>　　⑵ 操作彈性較小(約2～3)。</p><p>　　⑶ 小孔篩板容易堵塞。</p><p>　　2.2 操作條件的確定</p

36、><p>　　2.2.1 操作壓力</p><p>　　由于甲醇—水體系對(duì)溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓。</p><p><b>　　其中塔頂壓力為</b></p><p><b>　　塔底壓力</b></p><p>　　2.2.2 進(jìn)料

37、狀態(tài)</p><p>　　雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)(q=1)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制。此外，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的提餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料。</p><p>　　2.2.3 加熱方式</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為甲醇的精餾。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。

38、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。該物系屬易揮發(fā)物系，最小回流比較小，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>　　2.2.4 熱能利用</p><p>　　精餾過(guò)程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)入再沸器的能量只有

39、5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜?dú)堃簩?duì)原料液進(jìn)行加熱。</p><p>　　2.3 有關(guān)的工藝計(jì)算</p><p>　　由于精餾過(guò)程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。</p><p>　　甲醇的摩爾質(zhì)量為：32.04kg/kmol</p

40、><p>　　水的摩爾質(zhì)量為： 18.01kg/kmol</p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p><p>　　原料液的平均摩爾質(zhì)量：</p><p><b>　　20℃下，原料液中</b></p><p>　　表2 甲醇—水體系得分汽-液平衡及沸點(diǎn)（1

41、01.3kPa壓力下）</p><p><b>　　原料液溫度 </b></p><p>　　餾出液溫度 </p><p>　　釜?dú)堃簻囟?</p><p><b>　　結(jié)果見(jiàn)下表：</b></p><p>　　表3 原料液、餾出液與釜

42、殘液的流量與溫度</p><p>　　2.3.1 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝?lt;/p><p>　　每年按操作周期7200小時(shí)計(jì)算，進(jìn)料量為：</p><p><b>　　由總物料衡算：</b></p><p>　　以及: </p><p>　　容易得出：

43、 </p><p>　　2.3.2 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量</p><p>　　甲醇的氣化熱r=1101kJ/kg</p><p>　　餾出液中含42%的甲醇</p><p><b>　　KJ/h</b></p><p>　　平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量可求：</p>

44、<p>　　2.3.3 熱能利用</p><p>　　以釜?dú)堃簩?duì)預(yù)熱原料液，則將原料加熱至泡點(diǎn)所需的熱量可記為：</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　在進(jìn)出預(yù)熱器的平均溫度以及的情況下可以查得比熱，所以</p><p><b>　　釜?dú)堃悍懦龅臒崃?lt;/b><

45、;/p><p><b>　　若將釜?dú)堃簻囟冉抵?lt;/b></p><p><b>　　那么平均溫度</b></p><p><b>　　其比熱為，因此</b></p><p>　　可知，，于是理論上不可以用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)，于是我們可以在進(jìn)料前加一個(gè)預(yù)熱器，以供不足的能量。&l

46、t;/p><p>　　2.3.4 預(yù)熱器消耗量</p><p>　　取低壓水蒸氣為加熱介質(zhì)</p><p>　　其進(jìn)出預(yù)熱器的溫度分別為100℃和20℃則</p><p>　　平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量可求：</p><p>　　2.3.5 理論塔板數(shù)的確定</p><p>　　(1)求精餾塔

47、的氣、液相負(fù)荷</p><p>　　采用泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料溫度為20℃，將摩爾分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：0.0588，查表得原料液的r=1046.4kJ/kg ，cp=4.338kJ/(kg·K)</p><p>　　所以操作線方程為： (a)</p><p>　　(2)采用逐板法求理論板層數(shù)</p><p>　　由 得 （b）&l

48、t;/p><p>　　將 代入得相平衡方程</p><p><b>　?。╟）</b></p><p>　　聯(lián)立（a）、（b）、（c）式，可自上而下逐板計(jì)算所需理論板數(shù)。因塔頂為全凝</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由（c）式求得第一塊板下降液體組成

49、</p><p>　　利用（a）式計(jì)算第二塊板上升蒸汽組成為</p><p>　　交替使用式（a）和式（c）直到，然后改用提餾段操作線方程，直到為止，</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。</b></p><p><b>　　表3</b></p><p>　　理論塔板

50、數(shù)為： （不包括再沸器）</p><p>　　2.3.6 操作壓力</p><p>　　設(shè)每層塔壓降 =0.7Kpa</p><p>　　塔頂壓力P0=101.3Kpa P1=101.3+0.7=102.0Kpa P2=102.7Kpa</p><p>　　P3=103.4Kpa P4=104.1Kpa P5=104.8Kpa P

51、6=105.5KPa</p><p><b>　　則回收塔平均壓力 </b></p><p>　　2.3.7 全塔效率的估算</p><p>　　用奧康奈爾法()對(duì)全塔效率進(jìn)行估算：</p><p><b>　　由相平衡方程式可得</b></p><p>　　根據(jù)甲醇~水體系

52、的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p><b>　　(塔頂?shù)谝粔K板)</b></p><p><b>　　(加料板)</b></p><p><b>　　(塔釜)</b></p><p><b>　　因此可以求得：</b></p><p

53、><b>　　由相平衡方程式可得</b></p><p><b>　　因此可以求得：</b></p><p><b>　　=0.98</b></p><p>　　同理可求得：= 6.60 =7.19</p><p>　　全塔的相對(duì)平均揮發(fā)度：</p>&l

54、t;p><b>　　全塔的平均溫度：</b></p><p><b>　　在溫度下查得</b></p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　同理可求得 </b>

55、;</p><p>　　全塔液體的平均粘度：</p><p><b>　　全塔效率</b></p><p>　　2.3.8 實(shí)際塔板數(shù)NP</p><p><b>　　(塊)</b></p><p>　　即提餾段的實(shí)際塔板數(shù)為11塊。 </p><p&g

56、t;　　2.4 精餾塔具體尺寸</p><p>　　整理精餾塔的已知數(shù)據(jù)列于表4由表中數(shù)據(jù)可知：</p><p>　　表4 精餾塔的已知數(shù)據(jù)</p><p>　　2.4.1 液相平均密度</p><p><b>　　液相平均摩爾質(zhì)量 </b></p><p><b>　　液相平均溫度：

57、</b></p><p>　　在平均溫度89.28℃下查得： </p><p><b>　　進(jìn)料：</b></p><p><b>　　塔頂：</b></p><p><b>　　塔底：</b></p><p><b>　　液相

58、平均密度為 </b></p><p>　　2.4.2 氣相的平均密度</p><p>　　A、進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　由</b></p><p>　　B、塔頂平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　由,得</b></p>&

59、lt;p>　　C、塔釜平均摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　由</b></p><p>　　氣相平均摩爾質(zhì)量 </p><p><b>　　氣相平均密度</b></p><p>　　2.4.3 液相表面張力</p><p>　　A、塔頂液相表面張力</p&g

60、t;<p><b>　　由查表得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　B、塔底液相表面張力</p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　及</b></p><

61、p><b>　　得</b></p><p>　　C、塔進(jìn)料液相表面張力</p><p><b>　　由查表得</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　所以液相平均表面張力</p><p>　　2.4.4 汽、液相負(fù)荷（體

62、積流量）</p><p><b>　　液相平均密度 </b></p><p><b>　　則液相負(fù)荷為：</b></p><p><b>　　氣相平均密度 </b></p><p><b>　　則汽相負(fù)荷為：</b></p><p>

63、;　　表5 精餾塔的汽液相負(fù)荷</p><p>　　2.4.5 精餾塔塔體工藝尺寸</p><p><b>　　A、塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　塔的氣、液相體積流率為</p><p><b>　　則液氣動(dòng)能參數(shù)為：</b></p><p>　　取板間距HT=0.

64、40m，板上清液層高度hL=0.05m，則HT-hL=0.35m</p><p>　　圖3 史密斯關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：C20=0.052</p><p><b>　　氣體負(fù)荷因子　</b></p><p><b>　　= </b></p><p>

65、;　　取安全系數(shù)為0.8，則空塔氣速為 u=0.8umax=0.8×2.25=1.80m/s</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m</p><p>　　塔截面積為At=3.14×1×1=0.785 m2</p><p>　　實(shí)際空塔氣速為U實(shí)際=1.909/0.785=2.432m/s</p><p&

66、gt;　　(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計(jì)要求)</p><p><b>　　B、塔高的計(jì)算</b></p><p>　　塔的高度可以由下式計(jì)算：</p><p>　　已知實(shí)際塔板數(shù)為N=11塊，板間距,取一個(gè)人孔</p><p>　　取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，，那么，全塔高進(jìn)料板空間高度：</

67、p><p>　　2.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　2.5.1 溢流裝置</p><p>　　由于塔徑D=800mm，可選用單溢弓型降液管，采用凹型受液盤。</p><p><b>　　A、堰長(zhǎng)</b></p><p><b>　　取 </b></p>

68、<p><b>　　B、溢流堰高度</b></p><p>　　由，選用平直堰，堰上液層高度</p><p>　　由弗蘭西斯（Francis）公式計(jì)算，即</p><p>　　圖4 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖</p><p>　　由液流收縮系數(shù)計(jì)算圖，近似取E=1，則</p><p>　　

69、取板上清液層高度hL=0.06 m</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　C、弓形降液管寬度和截面積</p><p>　　由查弓形降液管參數(shù)圖得</p><p>　　圖5 弓形降液管參數(shù)圖</p><p><b>　　弓形溢流管寬度</b></

70、p><p><b>　　弓形降液管面積</b></p><p>　　驗(yàn)算：液體在提餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p>　　其中HT即為板間距0.60m，Ln即為每小時(shí)的液相體積流量</p><p>　　驗(yàn)證結(jié)果為降液管設(shè)計(jì)符合要求</p><p><b>　　D、降液管底隙高度</

71、b></p><p><b>　　取 （一般）</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　選用凹形受液盤，深度。</p><p>　　2.5.2 塔板布置</p><p>

72、;<b>　　A、塔板的分塊</b></p><p>　　因D≥800mm，故塔板采用分塊式。</p><p><b>　　表6 塔板分塊數(shù)</b></p><p>　　由上表查得，塔板分為3塊。</p><p><b>　　B、邊緣區(qū)寬度確定</b></p>

73、<p>　　取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm</p><p><b>　　C、開孔區(qū)面積計(jì)算</b></p><p>　　開孔區(qū)面積Aa按下面式子計(jì)算，則有</p><p>　　其中 x=D/2－(Wd＋Ws)=0.5-（0.146+0.065）=0.289m</p><p>　　r= D/

74、2－Wc=0.5-0.035=0.465m</p><p>　　并由Wd/D=0.146， 推出Wd=0.146m</p><p>　　D、篩孔計(jì)算及其排列</p><p>　　甲醇—水體系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。</p><p>　　篩孔按正三角形 ，取孔中心距t為</p><p><b>　　

75、篩孔的數(shù)目n為</b></p><p>　　n=1158×103Aa/t2=9512個(gè)</p><p><b>　　開孔率φ為</b></p><p>　　φ=0.907（do/t）2=10.07%</p><p>　　氣體通過(guò)閥孔的氣速為</p><p>　　2.6 篩板的

76、流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　2.6.1 塔板壓降</p><p><b>　　A、干板阻力計(jì)算</b></p><p><b>　　干板阻力 </b></p><p>　　由 查干篩孔的流量系數(shù)圖得 </p><p>　　圖6 干篩孔的流量系數(shù)圖</p>

77、<p><b>　　故 </b></p><p>　　B、氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算</p><p>　　氣體通過(guò)液層的阻力， </p><p><b>　　氣相動(dòng)能因子 </b></p><p>　　查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖得 </p><p>　　圖7 充氣系數(shù)

78、關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　故 液柱</b></p><p>　　C、液體表面張力的阻力</p><p>　　液體表面張力所產(chǎn)生的阻力，</p><p><b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度</p><p&g

79、t;<b>　　液柱</b></p><p>　　氣體通過(guò)每層塔板的壓降為</p><p><b>　　（設(shè)計(jì)允許值）</b></p><p>　　2.6.2 液面落差</p><p>　　對(duì)于篩板塔，落面落差很小，且本例塔徑和液流量不大，故可忽略液面落差的影響。</p><p&

80、gt;　　2.6.3 液沫夾帶量</p><p><b>　　液沫夾帶量 </b></p><p>　　故kg液/kg氣<0.1 kg液/kg氣</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　2.6.4 漏液</b></p><p&

81、gt;　　對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由計(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。</p><p><b>　　2.6.5 液泛</b></p><p>

82、　　為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從的關(guān)系。</p><p>　　甲醇—水物系屬一般物系，取，則</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由式計(jì)</p><p>　　故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。</p><p>　　2.7 塔板負(fù)荷性能圖&l

83、t;/p><p><b>　　2.7.1 漏液線</b></p><p><b>　　由</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7</p><p><b&g

84、t;　　表7</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出漏液線1.</p><p>　　2.7.2 液沫夾帶線</p><p>　　以為限，求關(guān)系如下：</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　故 </b></p>&

85、lt;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。</p><p><b>　　表8</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2.</p><p>　　2.7.3 液相負(fù)荷下限線</p>&l

86、t;p>　　對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由m</p><p><b>　　取E=1，則</b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線3.</p><p>　　2.7.4 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，由式</p>

87、<p><b>　　故 </b></p><p>　　據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4.</p><p><b>　　2.7.5 液泛線</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得</p&

88、gt;<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9。</p><p><b>　　表9</b></p><p>　　由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5.</p><p>　　根據(jù)以上各方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖，如下圖所示。</p><p>　　在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A，連接OA

89、,即作出操作線并相交于B、C。由圖可看出，該篩板的操作上限為霧沫夾帶控制，下限為漏液控制。由上圖查得</p><p><b>　　故操作彈性為</b></p><p>　　2.8 各接管尺寸的確定</p><p>　　2.8.1 進(jìn)料管

90、

91、 </p><p><b>　　在原料溫度下查得</b></p><p><b>　　則原料液密度為：</b></p><p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，故</p>&l

92、t;p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　2.8.2釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b>　　在下查得 </b></p><p><b>　　則釜?dú)堃好芏葹?</b></

93、p><p><b>　　釜?dú)堃旱捏w積流量：</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，則</p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速： </b></p><p>　　2.8.3塔頂上升蒸汽管</p&g

94、t;<p><b>　　塔頂上升蒸汽</b></p><p>　　塔頂上升蒸汽的體積流量：</p><p><b>　　取適宜速度，那么</b></p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速： </b&

95、gt;</p><p>　　2.8.4水蒸汽進(jìn)口管</p><p><b>　　通入塔的水蒸氣密度</b></p><p>　　通入塔的水蒸氣體積流量：</p><p><b>　　取適宜速度，那么</b></p><p>　　經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格

96、：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p>　　2.8.5離心泵的選擇</p><p>　　根據(jù)年處理量及塔高，選用IS125-100-200型號(hào)的離心泵，其性能如下表所示</p><p>　　表10 離心泵性能表</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)結(jié)果匯

97、總</b></p><p>　　表11 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為甲醇—水的精餾塔，節(jié)約能量。具體表現(xiàn)為：</p><p><b>　　該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　　1．采用篩板，其造價(jià)

98、低，生產(chǎn)能力大，效率高，維修方便；</p><p>　　2．原料液采用塔底釜?dú)堃旱拈g接預(yù)熱，有效地利用了能量資源</p><p>　　3．處理能力大，效率較高，壓強(qiáng)較低，從而降低了操作費(fèi)用；</p><p>　　4．塔底采用直接蒸汽加熱，省去了再沸器，簡(jiǎn)化了工藝流程，降低了成本。</p><p><b>　　該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)：</

99、b></p><p>　　設(shè)計(jì)中對(duì)文獻(xiàn)的收索、查閱、記錄都不全，設(shè)備的計(jì)算及選型都有較大的問(wèn)題存在，從而選取的操作點(diǎn)的不是在最好的范圍內(nèi)，影響了設(shè)計(jì)的優(yōu)良性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　任曉光主編.化工原理課程設(shè)計(jì)知道[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009.01</p><p&

100、gt;　　天津大學(xué)化工學(xué)院編.化工原理(上，下) .. 天津：高等教育出版社, 2005.06</p><p>　　賈紹義,柴誠(chéng)敬主編.化工原理課程設(shè)計(jì)[M].天津：天津大學(xué)出版社, 2006.01</p><p>　　婁愛(ài)娟，吳志泉，吳敘美主編.化工設(shè)計(jì)[M]. 上海：華東理工大學(xué)出版社，2002.08</p><p>　　路秀林，王者相編. 塔設(shè)備[M]. 北京