化工課程設(shè)計(jì)--乙醇與水的精餾板式塔的設(shè)計(jì)

1、<p>　　《化工原理課程設(shè)計(jì)》報(bào)告</p><p>　　50000噸/年乙醇~水</p><p><b>　　精餾裝置設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、概述1</b></p><p&

2、gt;　　1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)1</p><p>　　1.2 技術(shù)來(lái)源1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1</p><p><b>　　二：計(jì)算過(guò)程2</b></p><p><b>　　1. 塔型選擇2</b></p><p>　　2. 操作條件的確定4

3、</p><p>　　2.1 操作壓力4</p><p>　　2.2 進(jìn)料狀態(tài)4</p><p>　　2.3 加熱方式4</p><p>　　2.4 熱能利用5</p><p>　　3. 有關(guān)的工藝計(jì)算5</p><p>　　3.1 工藝流程簡(jiǎn)圖5</p><p&

4、gt;　　3.2 工藝計(jì)算5</p><p>　　3.3 最小回流比、操作比的計(jì)算6</p><p>　　3.4 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量及釜?dú)堃沽康挠?jì)算7</p><p>　　3.5全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量7</p><p><b>　　3.6熱能利用8</b></p><p>　　3.7 理論塔板

5、層數(shù)的確定8</p><p>　　3.8全塔效率的估算9</p><p>　　3.9 實(shí)際塔板數(shù)10</p><p>　　4. 精餾塔主題尺寸的計(jì)算10</p><p>　　4.1 精餾段與提餾段的體積流量10</p><p>　　4.1.1 精餾段10</p><p>　　4.1.

6、2 提餾段12</p><p>　　4.2 塔徑的計(jì)算12</p><p>　　4.3 塔高的計(jì)算14</p><p>　　5. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定15</p><p>　　5.1 塔板尺寸15</p><p>　　5.2 弓形降液管16</p><p>　　5.2.1 堰高16&

7、lt;/p><p>　　5.2.2 降液管底隙高度h016</p><p>　　5.2.3 進(jìn)口堰高和受液盤(pán)17</p><p>　　5.3 浮閥數(shù)目及排列18</p><p>　　5.3.1 浮閥數(shù)目18</p><p>　　5.3.2 排列19</p><p>　　5.3.3 校核2

8、0</p><p>　　6. 流體力學(xué)驗(yàn)算20</p><p>　　6.1 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)20</p><p>　　6.1.1 干板阻力20</p><p>　　6.1.2 板上充氣液層阻力21</p><p>　　6.1.3 由表面張力引起的阻力21</p><p&

9、gt;　　6.2 漏液驗(yàn)算21</p><p>　　6.3 液泛驗(yàn)算22</p><p>　　6.4 霧沫夾帶驗(yàn)算23</p><p>　　7. 操作性能負(fù)荷圖24</p><p>　　7.1 霧沫夾帶上限線24</p><p>　　7.2 液泛線24</p><p>　　7.3 液

10、體負(fù)荷上限線24</p><p>　　7.4 漏液線24</p><p>　　7.5 液相負(fù)荷下限線25</p><p>　　7.6 操作性能負(fù)荷圖25</p><p>　　8. 各接管尺寸的確定28</p><p>　　8.1 進(jìn)料管28</p><p>　　8.2 釜?dú)堃撼隽瞎?/p>

11、28</p><p>　　8.3 回流液管28</p><p>　　8.4 塔頂上升蒸汽管29</p><p>　　8.5 水蒸汽進(jìn)口管29</p><p>　　9.主要符號(hào)說(shuō)明30</p><p><b>　　10.結(jié)論32</b></p><p>　　

12、10.1評(píng)述及感想32</p><p>　　10.2參考文獻(xiàn)33</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　乙醇~水是工業(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，乙醇燃

13、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)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇~水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(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)乙醇`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

14、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)注意的事項(xiàng)是非常必要的。</p><p>　　塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有非常重大的影響。</p><p><b>

15、　　1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書(shū)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>　　1.2 技術(shù)來(lái)源</b></p><p>　　目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡(jiǎn)化的模型，但是嚴(yán)格計(jì)算法對(duì)于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計(jì)算也采用嚴(yán)格計(jì)算法。&l

16、t;/p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p>　　原料：乙醇~水溶液，年產(chǎn)量50000噸</p><p>　　乙醇含量：40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，原料液溫度：45℃</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：塔頂?shù)囊掖己坎恍∮?5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))</p><p>　　塔底的乙醇含量不大于1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))</p>

17、<p>　　表1 乙醇~水溶液體系的平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>　　二：計(jì)算過(guò)程</b></p><p><b>　　1. 塔型選擇</b></p><p>　　精餾過(guò)程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到氣相中，氣相中的重組分

18、轉(zhuǎn)移到液相中，從而達(dá)到分離的目的。因此精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　篩板塔是孔板塔的一種，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(méi)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（或蒸汽）由塔底進(jìn)入，經(jīng)篩孔上升穿過(guò)液層，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(guò)程的一種形式，性能優(yōu)于

19、泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過(guò)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(pán)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(kāi)設(shè)氣體導(dǎo)向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作雙溫交換過(guò)程的冷、熱塔。應(yīng)用于蒸餾、吸收和除塵等。篩板塔優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低；氣流壓降小、板上液面落差?。话逍矢?。缺點(diǎn)：操作彈性小、篩孔小易堵塞。泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它主要由升

20、氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80mm、f100mm、f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑的大小選擇。泡罩的下部周邊開(kāi)有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。操作時(shí)，液體橫向流過(guò)塔</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開(kāi)動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)算，產(chǎn)品流量為，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

21、板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥塔。</p><p>　　板式塔的比較：評(píng)價(jià)板式塔的性能主要是指處理能力、操作彈性、板效率、板壓降、板間距和費(fèi)用等。</p><p>　　各種塔板由于氣液接觸情況不同，板效率各有高低，板效率高的塔板說(shuō)明它的結(jié)構(gòu)比較合理。另外，板效率的高低還要與操作彈性結(jié)合起來(lái)，彈性大而板效率又高，則說(shuō)明改塔能在較寬的操作范圍內(nèi)保持高效率。若板效率很高而彈性很小，則此

22、中塔板只在很狹窄的范圍內(nèi)能良好操作，氣液略有波動(dòng)或生產(chǎn)能體需提高時(shí)，其板效率立即就會(huì)下降。 </p><p>　　目前對(duì)各種板式塔的對(duì)比資料不盡一致，下表僅供參考。總效率的估算請(qǐng)參閱相關(guān)文獻(xiàn)。</p><p><b>　　表 2板式塔的比較</b></p><p>　　2. 操作條件的確定</p><p><b&

23、gt;　　2.1 操作壓力</b></p><p>　　由于乙醇~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><b>　　2.2

24、進(jìn)料狀態(tài)</b></p><p>　　雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)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，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無(wú)論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料</p><p><b>　　2.3 加熱方式</b></p>&

25、lt;p>　　精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于乙醇~水體系中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這時(shí)只需在塔底安裝一個(gè)鼓泡管，于是可省去一個(gè)再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進(jìn)行加熱，無(wú)論是設(shè)備費(fèi)用還是操作費(fèi)用都可以降低。</p><p><b>　　2.4 熱能利用</b></p>&

26、lt;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><b>　　有關(guān)的工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1工藝流程簡(jiǎn)圖<

27、/b></p><p><b>　　圖1.工藝流程簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　3.2工藝計(jì)算</b></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>　　乙醇的摩爾質(zhì)量 =46 </p>

28、<p>　　水的摩爾質(zhì)量 =18 </p><p><b>　　原料液的摩爾組成：</b></p><p>　　同理可求得： =0.8814 =0.0039</p><p>　　原料液的平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　=0.2069×46+(1-0.2069)×

29、;18=23.29</p><p>　　=0.8814×46+(1-0.8814)×18=42.68</p><p>　　=0.0039×46+(1-0.0039)×18=18.11</p><p><b>　　45℃下，原料液中</b></p><p>　　由此可查得原料液，塔頂

30、和塔底混合物的沸點(diǎn)，以上計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。</p><p>　　表3 原料液、餾出液與釜?dú)堃旱牧髁颗c溫度</p><p>　　3.3最小回流比及操作回流比的確定</p><p>　　由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，，過(guò)點(diǎn)做直線</p><p>　　x=0.2069交平衡線于點(diǎn)，由點(diǎn)可讀得，因此：</p><p><b>　　可

31、取操作回流比</b></p><p>　　3.4 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫康挠?jì)算</p><p>　　以年工作日為300天，每天開(kāi)車24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：</p><p>　　由全塔的物料衡算方程可寫(xiě)出：</p><p>　　總物料衡算 F==298</p><p>　　乙醇的物料衡算 0.2069 &

32、#215;F=0.8814× + 0.0039×</p><p>　　聯(lián)立解得 =69 =229</p><p>　　求精餾塔的氣、液相負(fù)荷</p><p>　　=R×D=1.5×69=103.5Kmol/h</p><p>　　=(R+1)×D=(1+1.5)×69

33、=172.5Kmol/h</p><p>　　=L+F=103.5+298=401.5Kmol/h</p><p>　　=V=172.5Kmol/h</p><p>　　3.5 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量</p><p>　　塔頂全凝器的熱負(fù)荷：</p><p><b>　　可以查得，所以</b>&l

34、t;/p><p>　　取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為25℃和35℃則</p><p>　　平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量可求：</p><p><b>　　3.6熱能利用</b></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&g

35、t;　　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></p><p><b>　　若將釜?dú)堃簻囟冉抵?lt;/b></p><p><b>　　那么平均溫度</b></

36、p><p><b>　　其比熱為，因此，</b></p><p>　　可知，，于是理論上可以用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)</p><p>　　3.7理論塔板層數(shù)的確定</p><p><b>　　精餾段操作線方程：</b></p><p><b>　　提餾段操作線方程：&l

37、t;/b></p><p><b>　　線方程：</b></p><p>　　在相圖中分別畫(huà)出上述直線，利用圖解法可以求出</p><p><b>　　塊(含塔釜)</b></p><p>　　其中，精餾段6塊，提餾段6塊。</p><p>　　圖2.圖解法求理論塔板數(shù)

38、</p><p>　　3.8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)乙醇~水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：</p><p><b>　　(塔頂?shù)谝粔K板)</b><

39、;/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>　　全塔的相對(duì)平均揮發(fā)度：</p><p><b>　　全塔的平均溫度：</b&

40、gt;</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>　　全塔液體的平均粘度：</p><p><b>　　全塔效率</b>&

41、lt;/p><p><b>　　3.9實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p><b>　　塊(含塔釜)</b></p><p>　　其中，精餾段的塔板數(shù)為：塊</p><p>　　4. 精餾塔主題尺寸的計(jì)算</p><p>　　4.1 精餾段與提餾段的體積流量</p>

42、<p><b>　　4.1.1 精餾段</b></p><p>　　整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表4，由表中數(shù)據(jù)可知：</p><p><b>　　液相平均摩爾質(zhì)量：</b></p><p><b>　　液相平均溫度：</b></p><p>　　表4 精餾段的已知數(shù)據(jù)&

43、lt;/p><p><b>　　在平均溫度下查得</b></p><p><b>　　液相平均密度為：</b></p><p><b>　　其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><

44、b>　　精餾段的液相負(fù)荷</b></p><p>　　同理可計(jì)算出精餾段的汽相負(fù)荷。</p><p>　　精餾段的負(fù)荷列于表5。</p><p>　　表5 精餾段的汽液相負(fù)荷</p><p><b>　　4.1.2 提餾段</b></p><p>　　整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表6

45、，采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表7。</p><p>　　表6 提餾段的已知數(shù)據(jù)</p><p>　　表7提餾段的汽液相負(fù)荷</p><p><b>　　4.2 塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可

46、以知道：</p><p>　　汽塔的平均蒸汽流量：</p><p>　　汽塔的平均液相流量：</p><p>　　汽塔的汽相平均密度：</p><p>　　汽塔的液相平均密度：</p><p>　　塔徑可以由下面的公式給出：</p><p>　　由于適宜的空塔氣速，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速。

47、</p><p>　　取塔板間距，板上液層高度，那么分離空間：</p><p><b>　　圖3.史密斯關(guān)聯(lián)圖</b></p><p><b>　　功能參數(shù)：</b></p><p>　　從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力：</p><p>　　全塔平均溫度，在此

48、溫度下，乙醇的平均摩爾分?jǐn)?shù)為，所以，液體的臨界溫度：</p><p>　　設(shè)計(jì)要求條件下乙醇~水溶液的表面張力</p><p>　　平均塔溫下乙醇~水溶液的表面張力可以由下面的式子計(jì)算：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　所以： </b></p>

49、<p>　　根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為</p><p>　　此時(shí)，精餾段的上升蒸汽速度為：</p><p>　　提餾段的上升蒸汽速度為：</p><p><b>　　4.3 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)為塊，板間距由于料

50、液較清潔，無(wú)需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為： </p><p><b>　　個(gè)</b></p><p>　　取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：</p><p>　　5. 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定</p><p><b>　　5.1

51、塔板尺寸</b></p><p>　　由于塔徑大于800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。</p><p>　　取無(wú)效邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度，</p><p><b>　　查得</b></p><p><b>　　弓形溢流管寬度</b></p><p><b

52、>　　弓形降液管面積</b></p><p><b>　　驗(yàn)算：</b></p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p>　　液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間</p><p><b>　　5.2 弓形降液管</b></p><p><

53、b>　　5.2.1 堰高</b></p><p><b>　　采用平直堰，堰高</b></p><p><b>　　取，則</b></p><p>　　5.2.2 降液管底隙高度h0 </p><p>　　若取精餾段取，提餾段取為，那么液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速為</p>

54、;<p><b>　　精餾段：</b></p><p><b>　　提餾段： </b></p><p><b>　　的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為</b></p><p>　　圖4.弓形降液管參數(shù)圖</p><p>　　5.2.3降液管的形狀</p><p&

55、gt;　　降液管形式較多，主要有圓形、弓形和矩形等三種（圖10—16）。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別當(dāng)塔徑較大時(shí)比較合適。為了使塔板上液流均勻，一般不用圓形降液管。</p><p><b>　　圖5.降液管示意圖</b></p><p>　　5.2.4 進(jìn)口堰高和受液盤(pán)</p><p>　　本設(shè)計(jì)不設(shè)置進(jìn)口堰高和受液盤(pán)</p>

56、<p>　　5.3 浮閥數(shù)目及排列</p><p>　　采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm。</p><p>　　5.3.1 浮閥數(shù)目</p><p><b>　　浮閥數(shù)目</b></p><p>　　氣體通過(guò)閥孔時(shí)的速度</p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，那么，因此<

57、/p><p><b>　　個(gè)</b></p><p><b>　　5.3.2 排列</b></p><p>　　在篩孔大小，目前有不同得看法。有的認(rèn)為孔徑小好，理由時(shí)小孔氣液接觸好，操作范圍也大。有的則認(rèn)為孔徑大好，理由時(shí)大孔徑加工方便，不易堵?？讖降盟^“大”或“小”，一般以9mm為界，大于9mm的稱為大孔徑?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)上

58、使用的大多為小孔徑篩板，有人從傳質(zhì)角度出發(fā)認(rèn)為孔徑d0=4~5mm為最合適?？紤]到?jīng)_孔加工方便，對(duì)碳鋼和銅合金塔板d0不宜小于板厚；對(duì)不銹鋼塔板，不小于。一般孔間距，過(guò)小，易使氣流互相干擾；過(guò)大，則鼓泡不均，實(shí)際設(shè)計(jì)常取，傳質(zhì)效果較好。目前國(guó)際上的趨勢(shì)時(shí)采用大孔徑，大孔徑的篩孔在國(guó)外已很普遍。</p><p>　　為了使篩板的利用率高，篩孔多取三角形排列。</p><p>　　圖6.篩孔排

59、列示意圖</p><p>　　若同一橫排的閥孔中心距，那么相鄰兩排間的閥孔中心距為：</p><p>　　取時(shí)畫(huà)出的閥孔數(shù)目只有60個(gè)，不能滿足要求，取，其中</p><p>　　因此，通道板上可排閥孔41個(gè)，弓形板可排閥孔24個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為個(gè)</p><p><b>　　5.3.3 校核</b></p>

60、;<p>　　氣體通過(guò)閥孔時(shí)的實(shí)際速度：</p><p>　　實(shí)際動(dòng)能因數(shù)：(在9~12之間)</p><p><b>　　開(kāi)孔率：</b></p><p>　　開(kāi)孔率在10%~14之間，滿足要求。</p><p><b>　　6. 流體力學(xué)驗(yàn)算</b></p><

61、p>　　6.1 氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)</p><p>　　氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降(單板壓降)</p><p>　　6.1.1 干板阻力</p><p>　　浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)為全部全開(kāi)時(shí)的臨界速度為：</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p><b>

62、;　　所以</b></p><p>　　圖7 有效液層阻力he</p><p>　　6.1.2 板上充氣液層阻力</p><p>　　取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：</p><p>　　6.1.3 由表面張力引起的阻力</p><p>　　由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來(lái)說(shuō)都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：

63、</p><p><b>　　6.2 漏液驗(yàn)算</b></p><p>　　動(dòng)能因數(shù)，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷為：</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　可見(jiàn)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。</p>

64、;<p><b>　　6.3 液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　現(xiàn)說(shuō)明一下板式塔的液泛是如何引起的？</p><p>　　當(dāng)氣體通過(guò)一層塔板時(shí)，因流體阻力造成壓力降，即（見(jiàn)圖10－24）。根據(jù)流體力學(xué)中靜力學(xué)基本方程可以算出由于（）的壓差在降液管中將引起一段液柱高為</p><p>　　此外，降液管中液體流動(dòng)時(shí)有一阻力，會(huì)引起

65、液體在降液管中的壓降，此阻力又將造成降液管中一段相應(yīng)的液柱高度可用式（10－15）計(jì)算，則降液管中的液柱高為：</p><p><b>　?。?0－29）</b></p><p>　　值一般很?。ㄒ蟛淮笥?5mm），變動(dòng)不大，則的變動(dòng)取決于。氣速增大，也增大。當(dāng)氣速大到等于或大于板間距時(shí)，液體就不再?gòu)慕狄汗芟铝?，而是由下塔板上升，這就是板式塔的液泛。液泛速度也就是大

66、到液泛時(shí)的氣速。</p><p>　　因此板式塔的設(shè)計(jì)中要求降液管中的液柱高不超過(guò)板間距的倍，即</p><p><b>　　（10－30）</b></p><p>　　凡氣速大到達(dá)到式（10－30）情況時(shí)稱為液泛極限。[對(duì)式（10－30）的范圍看法不一致，多取0.5倍板間距。]</p><p>　　塔板的操作上限與操作

67、下限之比稱為操作彈性（即最大氣量與最小氣量之比或最大液量與最小液量之比）。操作彈性是塔板的一個(gè)重要特性。操作彈性大，則該塔穩(wěn)定操作范圍大，這是我們所希望的。</p><p>　　圖8.降液管中的液柱高</p><p>　　溢流管內(nèi)的清液層高度</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>

68、　　所以，</b></p><p>　　為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：</p><p>　　可見(jiàn)，，即不會(huì)產(chǎn)生液泛。</p><p>　　6.4 霧沫夾帶驗(yàn)算</p><p><b>　　泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　查得物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)</p>&l

69、t;p><b>　　所以，泛點(diǎn)率=</b></p><p>　　可見(jiàn)，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　7. 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　7.1 霧沫夾帶上限線</p><p>　　取泛點(diǎn)率為80%代入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有：</p><p>　　整理可得霧沫夾帶上限方程為：

70、 </p><p><b>　　7.2 液泛線</b></p><p><b>　　液泛線方程為</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　代入上式化簡(jiǎn)后可得：</p><p>　　7.3 液體負(fù)荷上限線</p>

71、<p><b>　　取，那么 </b></p><p><b>　　7.4 漏液線</b></p><p>　　取動(dòng)能因數(shù)，以限定氣體的最小負(fù)荷：</p><p>　　7.5 液相負(fù)荷下限線</p><p><b>　　取代入的計(jì)算式：</b></p>

72、;<p><b>　　整理可得：</b></p><p>　　7.6 操作性能負(fù)荷圖</p><p>　　由以上各線的方程式，可畫(huà)出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</p><p>　　圖9.篩板塔操作性能示意圖</p><p>　　(1)圖中線a為最小液體負(fù)荷線，此時(shí)最小液體流量為一定值，與氣速無(wú)關(guān)，所以在圖上是一

73、垂直線。</p><p>　　(2)線b為漏液線。此線表明不同液體流量時(shí)的最小氣速，即操作下限。</p><p>　　(3)線c為最大液體負(fù)荷線，此時(shí)最大液流量為一定值，與氣速無(wú)關(guān)，所以在圖上也是一垂直線。</p><p>　　(4)線d按液體在降液管中允許停留時(shí)間計(jì)算，當(dāng)降液管容積等于或小于液體流量（單位為）的倍時(shí)即達(dá)極限。當(dāng)塔的降液管的體積確定后（設(shè)計(jì)時(shí)已選定停

74、留時(shí)間為若干秒），則降液管液體體積流量為一定值[即等于降液管容積/]，所以液體流量與氣速無(wú)關(guān)，此線是一垂直線。</p><p>　　(5)線e為降液管液泛線。為氣液負(fù)荷大到使降液管中液層高度到達(dá)塔板間距的一半時(shí)的線。此線與氣、液量都有關(guān)，液量愈大，在較低氣體負(fù)荷時(shí)即達(dá)液泛極限，所以如圖中曲線所示。</p><p>　　(6)線 f為霧沫夾帶線，為氣體負(fù)荷操作上限。</p>&

75、lt;p>　　此圖的陰影部分，為塔板的穩(wěn)定操作區(qū)（當(dāng)c線在d線右方時(shí)，穩(wěn)定操作區(qū)應(yīng)位于d線的左方）。必須指出，圖中設(shè)計(jì)的上下限，設(shè)計(jì)時(shí)可以控制。例如，漏液線b可以用改變開(kāi)孔率來(lái)調(diào)整，允許霧沫夾帶線f可以用合理選取塔板間距來(lái)調(diào)整。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)P(0.00146，1.103)在正常的操作范圍內(nèi)。連接OP作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負(fù)荷下限，即由漏液所

76、控制。由圖可讀得：</p><p>　　所以，塔的操作彈性為</p><p>　　有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總于表8</p><p>　　表8. 篩板塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)工藝參數(shù)匯總</p><p>　　8. 各接管尺寸的確定</p><p><b>　　8.1 進(jìn)料管</b></p>

77、<p><b>　　進(jìn)料體積流量</b></p><p>　　取適宜的輸送速度，故</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>　　8.2 釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p&g

78、t;<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><b>　　8.3 回流液管</b></p&g

79、t;<p><b>　　回流液體積流量</b></p><p>　　利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么</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>　　8.4 塔頂上升蒸汽管&l

80、t;/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></p><p>　　8.5 水蒸汽進(jìn)口管</p&

81、gt;<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：</p><p><b>　　實(shí)際管內(nèi)流速：</b></p><p><b>　　9.主要符號(hào)說(shuō)明</

82、b></p><p>　　---塔板開(kāi)孔面積，</p><p><b>　　---降液管面積，</b></p><p><b>　　---篩孔面積，</b></p><p>　　---負(fù)荷系數(shù)，量綱為1</p><p>　　---流量系數(shù)，量綱為1</p>

83、<p><b>　　---塔徑，</b></p><p><b>　　---篩孔直徑，</b></p><p>　　---全板效率，量綱為1</p><p>　　---液沫夾帶量，kg（液）/kg（氣）</p><p><b>　　---進(jìn)料流量，</b></

84、p><p><b>　　---重力加速度，</b></p><p><b>　　---塔高，</b></p><p><b>　　---板間距，</b></p><p>　　---與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p>　　---與液體流經(jīng)降液管的壓降相

85、當(dāng)?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p>　　---板上層液高度，</p><p>　　---降液管底隙高度，</p><p>　　---堰上層液高度，</p><p>　　---與單板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?lt;/p><p><b>　　---溢流堰高度，</b></p><p>　　

86、---篩板的穩(wěn)定系數(shù)，量綱為1</p><p>　　---塔內(nèi)下降液體的流量，</p><p><b>　　---液體流量，</b></p><p>　　---塔內(nèi)下降液體的流量，</p><p><b>　　---溢流堰長(zhǎng)度，</b></p><p><b>　　

87、---塔板數(shù)</b></p><p><b>　　---實(shí)際塔板數(shù)</b></p><p><b>　　---理論塔板數(shù)</b></p><p><b>　　---篩孔數(shù)</b></p><p><b>　　---操作壓強(qiáng)，</b></p

88、><p><b>　　---壓強(qiáng)降，</b></p><p>　　---進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)</p><p><b>　　---回流比，</b></p><p><b>　　---開(kāi)孔區(qū)半徑，</b></p><p><b>　　---篩孔中心距，<

89、;/b></p><p><b>　　---空塔氣速，</b></p><p>　　---按開(kāi)孔區(qū)流通面積計(jì)算的氣速，</p><p><b>　　---篩孔氣速，</b></p><p>　　---降液管底隙處液體流速，</p><p>　　---塔內(nèi)上升蒸汽量，&l

90、t;/p><p>　　---塔內(nèi)上升蒸汽流量，m/s</p><p>　　---塔底產(chǎn)品流量，</p><p><b>　　---有效區(qū)寬度，</b></p><p>　　---弓形降液管寬度，</p><p>　　---液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　---氣

91、相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　---塔的有效高度，</p><p>　　---干板篩孔流量系數(shù)修正系數(shù)，量綱為1</p><p><b>　　---篩板厚度，</b></p><p>　　---板上液層充氣系數(shù)，量綱為1</p><p><b>　　---開(kāi)孔率</

92、b></p><p><b>　　---粘度，</b></p><p><b>　　---液相密度，</b></p><p><b>　　---氣相密度，</b></p><p>　　---液相表面張力，</p><p><b>　　--

93、-停留時(shí)間，</b></p><p><b>　　---組分序號(hào)</b></p><p><b>　　---平均</b></p><p><b>　　---塔板數(shù)</b></p><p><b>　　10. 結(jié)論</b></p>

94、<p>　　10.1評(píng)述及感想 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)是對(duì)二元物系的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析、選取、計(jì)算、繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)此塔進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)，包括它的進(jìn)出口管路的設(shè)計(jì)計(jì)算，畫(huà)出了塔板負(fù)荷性能圖，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行匯總。其各項(xiàng)操作性能指標(biāo)均符合工藝生產(chǎn)技術(shù)要求，而且操作彈性大，生產(chǎn)能力強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期的目的。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我經(jīng)歷并學(xué)到了很多知

95、識(shí)，熟悉了大量課程內(nèi)容，懂得了許多做事方法，我想這也許就是這門(mén)課程的最初本意。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使我學(xué)到了很多知識(shí)，也使我認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)踐是有差別的。既而，提升了我對(duì)“理論高于實(shí)踐，源于實(shí)踐?！彪m然我的化工原理課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，但是那種成功的喜悅將會(huì)一直延續(xù)下去的。</p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)，我對(duì)化工原理課程的重要性有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，知道了工程設(shè)計(jì)人員的腦力，工作之重、工

96、作量之大。還有，原理的了解需要有一定的過(guò)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(wú)法繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)算。這就對(duì)我的計(jì)算能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度提出了高要求。要想核算成功不僅要對(duì)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)掌握嫻熟，還要會(huì)查手冊(cè)，會(huì)運(yùn)用制圖軟件AutoCAD…等等。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)對(duì)在安逸中的我是一次很好的歷練和警醒，使我的動(dòng)手能力及綜合處理問(wèn)題的能力得到提高。在此再

97、次對(duì)在我設(shè)計(jì)過(guò)程中一直給予幫助與指導(dǎo)的王新運(yùn)老師表示感謝！</p><p><b>　　10.2參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（上、下冊(cè)），第三版，北京化學(xué)工業(yè)出 版社，2006年</p><p>　　[2].匡國(guó)柱，史啟才，化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，200

98、7年</p><p>　　[3.陳常貫，柴誠(chéng)敬，姚玉英，化工原理（下冊(cè)），天津，天津大學(xué)出版社，2002年</p><p>　　[4].唐倫成，化工原理課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明教程，哈爾濱，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　[5].圖偉萍，陳佩珍，程達(dá)芳，化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　[6]

99、.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p>　　[7].劉光啟，馬連湘，劉杰主編，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（有機(jī)卷、無(wú)機(jī)卷），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年</p><p>　　[8].華東理工大學(xué)化工原理教研室編. 化工過(guò)程設(shè)備及設(shè)計(jì). 廣州，華南理工大學(xué)出版社，1996.02</p><p>　　[9].天津大學(xué)化工原理教研室編. 化工原理(下). 天津，天津大學(xué)出版社，