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文檔簡介
1、<p> 課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) </p><p> 設(shè)計(jì)題目 常壓 丙酮—水體系篩板精餾塔的設(shè)計(jì) </p><p> 學(xué)生姓名 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p>
2、 班級(jí)學(xué)號(hào) 1 0 0 1 0 7 0 4 13 </p><p> 設(shè)計(jì)日期 2010 年 6 月 14 日至 2009 年 6 月 25日</p><p><b> 設(shè)計(jì)條件及任務(wù):</b></p><p> 設(shè)計(jì)體系: 丙酮——水</p><p><b> 設(shè)計(jì)條件:</b>&
3、lt;/p><p> 進(jìn)料量:F=200kmol/h;進(jìn)料濃度:=0.35</p><p> 進(jìn)料熱狀態(tài):泡點(diǎn)進(jìn)料;常壓,塔釜間接蒸汽加熱</p><p><b> 設(shè)計(jì)要求:</b></p><p> 操作條件:塔頂壓強(qiáng)為4 kPa(表壓),單板壓降不大于0.7kPa。</p><p>
4、塔頂冷凝水采用深井水,溫度t=12℃;</p><p> 塔釜加熱方式:間接蒸汽加熱,采用3kgf/cm2水蒸汽</p><p> 分離要求:0.9841, , 回流比R/Rmin =1.6</p><p> 指導(dǎo)教師 </p><p> 2010年6月11日 </p><p&
5、gt;<b> 目錄</b></p><p><b> 一、前言3</b></p><p> 1、精餾與塔設(shè)備簡介3</p><p><b> 2、體系介紹4</b></p><p> 3、篩板塔的特點(diǎn)4</p><p><b&g
6、t; 4、設(shè)計(jì)要求4</b></p><p><b> 二、設(shè)計(jì)說明書5</b></p><p> 1 設(shè)計(jì)單元操作方案簡介5</p><p> 2 篩板塔設(shè)計(jì)須知5</p><p> 3 篩板塔的設(shè)計(jì)程序6</p><p><b> 三、設(shè)計(jì)計(jì)算書6
7、</b></p><p> 1、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定6</p><p> 1.1進(jìn)料熱狀態(tài)6</p><p> 1.2 加熱方式6</p><p> 1.3回流比R的選擇6</p><p> 1.4 塔頂冷凝水的選擇7</p><p> 2、流程簡介和流程圖7<
8、;/p><p> 2.1 流程簡介7</p><p> 2.1簡略流程圖7</p><p> 3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定8</p><p> 3.1理論板數(shù)計(jì)算8</p><p> 3.1.1物料衡算8</p><p> 3.1.2Rmin和R的確定8</p&
9、gt;<p> 3.1.3精餾段操作線方程的確定8</p><p> 3.1.4精餾段和提餾段氣液流量的確定9</p><p> 3.1.5提餾段操作線方程的確定9</p><p> 3.2實(shí)際板層數(shù)的確定9</p><p> 4精餾塔工藝條件計(jì)算10</p><p> 4.1操作壓
10、強(qiáng)的選擇10</p><p> 4.2操作溫度的計(jì)算10</p><p> 4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算11</p><p> 4.3.1 密度及流量11</p><p> 4.3.2液相表面張力的確定:12</p><p> 4.3.3 液體平均粘度計(jì)算12</p>
11、;<p> 4.4塔徑的確定13</p><p> 4.4.1精餾段13</p><p> 4.4.2提餾段14</p><p> 4.5塔有效高度15</p><p> 4.6整體塔高15</p><p> 5.塔板主要工藝參數(shù)確定15</p><p>
12、 5.1溢流裝置15</p><p> 5.1.1堰長lw15</p><p> 5.1.2出口堰高h(yuǎn)w16</p><p> 5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af16</p><p> 5.1.4降液管底隙高度16</p><p> 5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列17</p>&
13、lt;p> 5.2.1塔板的分塊17</p><p> 5.2.2邊緣區(qū)寬度確定17</p><p> 5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算17</p><p> 5.2.4篩孔計(jì)算及其排列18</p><p> 6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)18</p><p> 6.1塔板壓降18</p>&l
14、t;p> 6.1.1干板阻力計(jì)算18</p><p> 6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算19</p><p> 6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算19</p><p> 6.1.4氣體通過每層塔板的液柱高19</p><p> 6.2 液面落差19</p><p> 6.3液沫夾帶2
15、0</p><p><b> 6.4漏液20</b></p><p><b> 6.5液泛20</b></p><p> 7.塔板負(fù)荷性能圖21</p><p><b> 7.1漏液線21</b></p><p> 7.2液沫夾帶線2
16、2</p><p> 7.3液相負(fù)荷下限線23</p><p> 7.4液相負(fù)荷上限線23</p><p><b> 7.5液泛線23</b></p><p> 7.6操作彈性24</p><p> 8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)25</p><p> 8.
17、1塔頂冷凝器(列管式換熱器)25</p><p> 8.1.1估計(jì)換熱面積25</p><p> 8.1.2殼體內(nèi)徑D的確定26</p><p> 8.1.3 折流擋板和支承板的設(shè)計(jì)27</p><p> 8.1.4核算管程、殼程的流速及Re:27</p><p> 8.1.5壓降的計(jì)算28<
18、;/p><p> 8.1.6 計(jì)算傳熱系數(shù)29</p><p> 8.2塔釜再沸器30</p><p> 8.3原料預(yù)熱器31</p><p> 8.4管道的計(jì)算31</p><p> 8.4.1塔釜?dú)堃撼隽瞎?1</p><p> 8.4.2回流液管32</p>
19、<p> 8.4.3再沸器蒸汽進(jìn)口管32</p><p> 8.4.4塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出水管32</p><p> 8.4.5冷凝水管33</p><p> 8.5 泵的選型33</p><p> 9、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯34</p><p> 10、參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊(cè)35</p&g
20、t;<p><b> 四、設(shè)計(jì)感想36</b></p><p><b> 一、前言</b></p><p> 1、精餾與塔設(shè)備簡介</p><p> 蒸餾是分離液體混合物的一種方法,是傳質(zhì)過程中最重要的單元操作之一,蒸餾的理論依據(jù)是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異,即各組分在相同的壓力、溫度下,其探發(fā)性
21、能不同(或沸點(diǎn)不同)來實(shí)現(xiàn)分離目的。例如,設(shè)計(jì)所選取的甲醇-水體系,加熱甲醇(沸點(diǎn)64.5℃)和水(沸點(diǎn)100.0℃)的混合物時(shí),由于甲醇的沸點(diǎn)較水為低,即甲醇揮發(fā)度較水高,故甲醇較水易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝,即可得到甲醇組成高于原料的產(chǎn)品,依此進(jìn)行多次汽化及冷凝過程,即可將甲醇和水分離。這多次進(jìn)行部分汽化成部分冷凝以后,最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分,而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分,這就是精餾。</p&g
22、t;<p> 在工業(yè)中,廣泛應(yīng)用精餾方法分離液體混合物,從石油工業(yè)、酒精工業(yè)直至焦油分離,基本有機(jī)合成,空氣分離等等,特別是大規(guī)模的生產(chǎn)中精餾的應(yīng)用更為廣泛。 </p><p> 蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓(真空)蒸餾。此外,按操作是否連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾。工業(yè)中的蒸餾
23、多為多組分精餾,本設(shè)計(jì)著重討論常壓下的雙組分精餾,即苯-甲苯體系。</p><p> 在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收,解吸,精餾,萃取等單元操作中,氣液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過緊密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。</p><p> 塔設(shè)備一般分為階躍接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔,后者的代表則為填料塔?! 『Y板塔在十九世紀(jì)初已
24、應(yīng)用與工業(yè)裝置上,但由于對(duì)篩板的流體力學(xué)研究很少,被認(rèn)為操作不易掌握,沒有被廣泛采用。五十年代來,由于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)篩板塔作了較充分的研究并且經(jīng)過了大量的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點(diǎn):生產(chǎn)能力大于10.5%,板效率提高產(chǎn)量15%左右;而壓降可降低30%左右;另外篩板塔結(jié)構(gòu)簡單,消耗金屬少,塔板的造價(jià)可減少40%左右;安裝容易,也便于清理檢修。本設(shè)計(jì)討論的就是篩板塔。</p>&l
25、t;p><b> 2、體系介紹</b></p><p> 丙酮-水體系汽液平衡數(shù)據(jù) (101.325kPa):</p><p><b> 3、篩板塔的特點(diǎn)</b></p><p> 篩板塔板簡稱篩板,結(jié)構(gòu)持點(diǎn)為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小,分為小</p><p> 孔徑篩
26、板(孔徑為3—8mm)和大孔徑篩板(孔徑為10—25mm)兩類。工業(yè)應(yīng)用小以小孔徑</p><p> 篩板為主,大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合(如分離粘度大、易結(jié)焦的物系)。</p><p> 篩板的優(yōu)點(diǎn)足結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低;板上液面落差小,氣體壓降低,生產(chǎn)能力較大;氣體分散均勻,傳質(zhì)效率較高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞,不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。</p><p>
27、應(yīng)予指出,盡管篩板傳質(zhì)效率高,但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng),易產(chǎn)生漏液,使得操作彈性減</p><p> 小,傳質(zhì)效率下降.故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來,由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高,</p><p> 可使篩板的操作非常精確,彌補(bǔ)了上述不足,故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下,設(shè)計(jì)中可大膽選用。</p><p><b> 4、設(shè)計(jì)要
28、求</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)條件:</b></p><p><b> 體系:丙酮水體系 </b></p><p> 已知:進(jìn)料量F=200 kmol/h</p><p> 進(jìn)料濃度ZF= 0.3(摩爾分?jǐn)?shù),下同)</p><p> 進(jìn)料狀態(tài)
29、:q= 1 </p><p> 操作條件:塔頂壓強(qiáng)為4 kPa(表壓),單板壓降不大于0.7kPa。</p><p> 塔頂冷凝水采用深井水,溫度t=12℃;</p><p> 塔釜加熱方式:間接蒸汽加熱</p><p> 全塔效率ET = 52%</p><p> 分離要求: XD= 0.9981
30、 ;XW= 0.0006212 ;回流比R/Rmin =1.6 。</p><p><b> 二、設(shè)計(jì)說明書</b></p><p> 1 設(shè)計(jì)單元操作方案簡介 </p><p> 蒸餾過程按操作方式的不同,分為連續(xù)蒸餾和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾具有生產(chǎn)能力大,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活、適
31、應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但適合于小規(guī)模、多品種或多組分物系的初步分離。故分離苯-甲苯混合物體系應(yīng)采用連續(xù)精餾過程。</p><p> 蒸餾是通過物料在塔內(nèi)的多次部分氣化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離的,熱量自塔釜輸入,由冷凝器和冷卻劑中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。塔頂冷凝裝置可采用全凝器、分凝器-全凝器兩種不同的設(shè)置。工業(yè)上以采用全凝器為主,以便準(zhǔn)確控制回流比。</p><p><b> 2 篩板塔
32、設(shè)計(jì)須知</b></p><p> (1)篩板塔設(shè)計(jì)是在有關(guān)工藝計(jì)算已完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。對(duì)于氣、液恒摩爾流的塔段,只需任選其中一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì),并可將該設(shè)計(jì)結(jié)果用于此塔段中。例如,全塔最上面一段塔段,通常選上面第一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì);全塔最下面一段塔段,通常選最下面一塊塔板進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣計(jì)算便于查取氣液相物性數(shù)據(jù)。</p><p> ?。?)若不同塔段的塔板結(jié)構(gòu)差別不大,可考慮
33、采用同一塔徑,若不同塔段塔板的篩孔數(shù)、空心距與篩孔直徑之比t/d0可能有差異。對(duì)篩孔少、塔徑大的塔段,為減少進(jìn)塔壁處液體“短路”,可在近塔壁處設(shè)置擋板。只有當(dāng)不同塔段的塔徑相差較大時(shí)才考慮采用不同塔徑,即異徑塔。</p><p> 3 篩板塔的設(shè)計(jì)程序</p><p> ?。?)選定塔板液流形式、板間距 HT、溢流堰長與塔徑之比lw/D、降液管形</p><p>
34、<b> 式及泛點(diǎn)百分率。</b></p><p><b> (2)塔徑計(jì)算。</b></p><p> ?。?)塔板版面布置設(shè)計(jì)及降液管設(shè)計(jì)。</p><p> ?。?)塔板操作情況的校核計(jì)算——作負(fù)荷性能圖及確定確定操作點(diǎn)。</p><p><b> 三、設(shè)計(jì)計(jì)算書</b&
35、gt;</p><p><b> 1、設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</b></p><p><b> 1.1進(jìn)料熱狀態(tài)</b></p><p> 泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí),塔的操作易于控制,不受環(huán)境影響。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,泡點(diǎn)進(jìn)料,提餾段和精餾段塔徑大致相同,在設(shè)備制造上比
36、較方便。冷液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù),使塔高降低,但精餾釜及提餾段塔徑增大,有不利之處。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求,泡點(diǎn)進(jìn)料,q=1。</p><p><b> 1.2 加熱方式</b></p><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);由于甲醇-水體系中,甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到,水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再
37、沸器提供熱量,采用3kgf/cm2(溫度130℃)間接水蒸汽加熱。</p><p> 1.3回流比R的選擇</p><p> 實(shí)際操作的R必須大于Rmin,但并無上限限制。選定操作R時(shí)應(yīng)考慮,隨R選值的增大,塔板數(shù)減少,設(shè)備投資減少,但因塔內(nèi)氣、液流量L,V,L’,V’增加,勢(shì)必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大,耗能增大,既操作費(fèi)用增大。若R值過大,即氣液流量過大,則要求塔徑增大,設(shè)備
38、投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示??傎M(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳R值,常用的適宜R值范圍為:R=(1.2~2)Rmin。本設(shè)計(jì)考慮以上原則,選用:R=1.6Rmin。</p><p> 1.4 塔頂冷凝水的選擇</p><p> 采用深井水,溫度t=12℃</p><p> 2、流程簡介
39、和流程圖</p><p><b> 2.1 流程簡介</b></p><p> 含丙酮0.3(摩爾分?jǐn)?shù),下同)的丙酮-水混合液經(jīng)過預(yù)熱器,預(yù)熱到泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)入精餾塔后分離,塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品(含丙酮0.9841),一部分回流再進(jìn)入塔中,塔底殘留液給再沸器加熱后,部分進(jìn)入塔中,部分液體作為產(chǎn)品排出塔體(含丙酮0.006212)。</p>&
40、lt;p><b> 2.2簡略流程圖</b></p><p> 丙酮———水精餾塔流程圖</p><p> 3.理論塔板數(shù)的計(jì)算與實(shí)際板數(shù)的確定</p><p><b> 3.1理論板數(shù)計(jì)算</b></p><p><b> 3.1.1物料衡算</b></
41、p><p> 已知進(jìn)料量F=200kmol/h,進(jìn)料組成XF=0.35,進(jìn)料q=1</p><p> 設(shè)計(jì)要求:XD=0.984,Xw=0.00062 </p><p> 衡算方程 : </p><p> 3.1.2Rmin和R的確定</p><p><b> 由平衡線方程得:</
42、b></p><p> 3.1.3精餾段操作線方程的確定</p><p><b> 精餾段操作線方程:</b></p><p> 3.1.4精餾段和提餾段氣液流量的確定</p><p> 已知 D=71.01kmol/h R=3.461</p><p> 精餾段:L=RD=245
43、.77kmol/h</p><p> V=(R+1)D=316.78 kmol/h</p><p> 提餾段:L’=L+qF=245.77+200=445.77kmol/h</p><p> V’=V-(1-q)F=V=316.78kmol/h</p><p> 3.1.5提餾段操作線方程的確定</p><p>
44、;<b> 提餾段操作線方程:</b></p><p> 讀圖可知:精餾段理論板數(shù)19塊,提留段理論板數(shù)3塊。</p><p> 3.2實(shí)際板層數(shù)的確定</p><p> N精=19/0.5237塊</p><p> N提=3/0.526塊(包括再沸器)</p><p> NP=N精+
45、N提=37+6=43塊</p><p> 4精餾塔工藝條件計(jì)算</p><p> 4.1操作壓強(qiáng)的選擇</p><p> 應(yīng)該根據(jù)處理物料的性質(zhì),兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性原則。對(duì)熱敏物料,一般采用減壓操作,可使相對(duì)揮發(fā)度增大,利于分離,但壓力減小,導(dǎo)致塔徑增加,要使用抽空設(shè)備。對(duì)于物性無特殊要求的采用常壓操作。</p><p>
46、; 塔頂壓力P頂=101.3+4=105.3kPa </p><p> 單板壓降 ΔP=0.7kPa</p><p> 進(jìn)料板壓力pF=105.3+0.7*37=131.2kPa</p><p> 塔底壓力pw=105.3+0.7*43=135.4kPa</p><p> 精餾段平均壓力pm=(105.3+131.2)/2=118.
47、25 kPa</p><p> 提留段平均壓力pm' =(131..2+135.4)/2=133.3kPa</p><p> 4.2操作溫度的計(jì)算</p><p> 泡點(diǎn)進(jìn)料:XF=0.35 通過“t-x-y”圖查得:</p><p> 進(jìn)料板溫度tF=60.7℃</p><p> 塔頂溫度:tD=5
48、6.6℃</p><p> 塔底溫度:tW=99.5℃</p><p> 精餾段平均溫度tm=(60.7+56.6)/2=58.65℃</p><p> 提鎦段平均溫度tm'=(99.5+60.7)/2=80.1℃</p><p> 4.3塔內(nèi)物料平均分子量、張力、流量及密度的計(jì)算</p><p>
49、4.3.1 密度及流量</p><p><b> 設(shè)丙酮為a,水為b</b></p><p> 丙酮分子量為:58.08kg/kmol (Ma) 水的分子量為:18.015 kg/kmol (Mb) </p><p><b> ?、?、精餾段</b></p><p> 精餾段平均溫度58.65
50、℃</p><p> 查t-x-y圖得 xa=0.73,ya=0.881</p><p> 查表得:=734.9,</p><p><b> 液相平均分子量:</b></p><p> Ml=XaMa+(1-Xa) Mb=47.26kg/kmol</p><p><b> 氣相
51、平均分子量:</b></p><p> Mv= yaMa+(1-ya) Mb=53.31kg/kmol</p><p><b> 液相密度: </b></p><p> 氣相密度:(氣相視為理想氣體)</p><p><b> 液相流量: </b></p><
52、p><b> 氣相流量: </b></p><p><b> ?、颉⑻狃s段</b></p><p> 提餾段平均溫度:80.1℃</p><p> 查t-x-y圖得 xa=0.041,ya=0.53</p><p> =705.1,=971.8</p><p>
53、;<b> 液相平均分子量:</b></p><p> Ml’=XaMa+(1-Xa) Mb=19.66kg/kmol</p><p><b> 氣相平均分子量:</b></p><p> Mv’= yaMa+(1-ya) Mb= 39.25kg/kmol</p><p><b>
54、 液相密度:</b></p><p> 氣相密度:(氣相視為理想氣體)</p><p><b> 液相流量: </b></p><p><b> 氣相流量: </b></p><p> 4.3.2液相表面張力的確定:</p><p><b>
55、 查圖知:</b></p><p><b> 塔頂液相表面張力</b></p><p> =56.6℃, =18.51 ,=66.71</p><p> =0.984*18.51+(1-0.984)*66.71=19.28</p><p><b> 進(jìn)料板液相表面張力</b>
56、</p><p> TF=60.7℃, =17.99, =66.1</p><p> =0.35*17.99+0.65*66.1=49.26</p><p><b> 塔底液相表面張力</b></p><p> tw=99.5℃,=14.1,=58.83</p><p> =0.0006
57、2*14.1+0.99938*58.83=58.8</p><p> 精餾段平均液相表面張力</p><p> 提餾段平均液相表面張力</p><p> 全塔平均液相表面張力</p><p> 4.3.3 液體平均粘度計(jì)算</p><p><b> 塔頂液體粘度:</b></p&g
58、t;<p> =56.6℃,=0.241,=0.494</p><p> 同理,進(jìn)料板液體=0.363</p><p> 塔底液體=0.285</p><p> 精餾段平均液相粘度(+)/2=0.3035</p><p> 提餾段平均液相粘度(+)/2=0.324</p><p> 全塔平均液
59、相粘度(+)/2=0.2645</p><p><b> 4.4塔徑的確定</b></p><p><b> 4.4.1精餾段</b></p><p> 欲求塔徑應(yīng)先求出空塔氣速 u=安全系數(shù)×umax </p><p><b> 功能參數(shù):</b><
60、/p><p> 取塔板間距=0.45m,板上液層高度,</p><p> 那么分離空間:- h1=0.45-0.07=0.38m</p><p> 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得:,由于</p><p><b> m/s</b></p><p> u=0.7=0.7*1.597=1.12</p&g
61、t;<p> 圓整得 D=1.6m</p><p><b> 塔截面積:</b></p><p><b> 實(shí)際空塔氣速:</b></p><p><b> 4.4.2提餾段</b></p><p><b> 功能參數(shù):</b>&l
62、t;/p><p> 取塔板間距=0.45m,板上液層高度,</p><p><b> 那么分離空間:</b></p><p> - h1=0.45-0.07=0.38m</p><p> 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得:,由于</p><p> u’=0.7=0.7*2.11=1.477</p&g
63、t;<p> 圓整?。?D'=1.6m</p><p><b> 塔截面積:</b></p><p><b> 空塔氣速:</b></p><p><b> 4.5塔有效高度</b></p><p><b> 精餾段有效高度 </
64、b></p><p><b> 提餾段有效高度</b></p><p> 從塔頂開始每隔7塊板開一個(gè)人孔,其直徑為0.6米,開人孔的兩塊板間距取0.7米</p><p> 所以應(yīng)多加高(0.7-0.45)×[43/7]=1.54m</p><p> Z=++1.0=16.2+2.25+1.54=1
65、9.99m</p><p><b> 4.6整體塔高</b></p><p><b> (1)塔頂空間HD</b></p><p> 取HD=1.6=0.72m加一人孔0.6米,共為1.32m</p><p><b> (2)塔底空間</b></p>&l
66、t;p> 塔底儲(chǔ)液高度依停留4min而定</p><p><b> m</b></p><p> 取塔底液面至最下層塔板之間的距離為1m,中間開一直徑為0.6米的人孔 1+0.313=1.313m</p><p><b> 整體塔高 </b></p><p> 5.塔板主要工藝參數(shù)
67、確定</p><p><b> 5.1溢流裝置</b></p><p> 選用單溢流弓形管降液管,不設(shè)進(jìn)口堰,采用凹形受液盤。</p><p><b> 5.1.1堰長lw</b></p><p> 取堰長lw=0.66D</p><p> 5.1.2出口堰高h(yuǎn)w&
68、lt;/p><p> hw=hL-h(huán)ow 其中 近似取E=1</p><p><b> ,</b></p><p> 得how=0.01696m ,how’= 0.01223m </p><p> hw取0.05m hw'取0.05m</p><p&
69、gt;<b> 實(shí)際</b></p><p> 5.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af</p><p><b> 查圖知 </b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p> 驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間</p><p>
70、<b> 提鎦段:</b></p><p> 停留時(shí)間>5s 故降液管尺寸可用。</p><p> 5.1.4降液管底隙高度</p><p><b> ,取</b></p><p><b> 則精餾段:=</b></p><p><
71、b> 提鎦段:=</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,深度取0.06m</p><p> 5.2塔板布置及篩孔數(shù)目與排列</p><p> 5.2.1塔板的分塊</p><p> D≥800mm,故塔板采用分層,查表塔板分為3塊。</
72、p><p> 5.2.2邊緣區(qū)寬度確定</p><p><b> 取m</b></p><p> 5.2.3開孔區(qū)面積計(jì)算</p><p><b> 精餾段:</b></p><p> x=0.8-(0.208+0.07)=0.522m,r=0.8-0.05=0.75m
73、,=1.428</p><p> 提鎦段:x=0.8-(0.208+0.07)=0.522m, r=0.8-0.05=0.75m ,=1.428</p><p> 5.2.4篩孔計(jì)算及其排列</p><p> 物系無腐蝕性,選用δ=3mm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>
74、<p> 開孔率為φ=0.907</p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> 篩孔數(shù)目n為個(gè)</b></p><p> 氣體通過閥孔的氣速:</p><p><b> 提餾段 </b></p><p>&l
75、t;b> 篩孔數(shù)目n為個(gè)</b></p><p><b> 6.篩板的力學(xué)檢驗(yàn)</b></p><p><b> 6.1塔板壓降</b></p><p> 6.1.1干板阻力計(jì)算</p><p> 由/δ=1.67查圖得=0.772</p><p>
76、; 故精餾段= 0.051(ρv/ρl)×(uo/co)2</p><p> =0.051×(2.285/754.47)×(14.23/0.772)=0.0525m液柱</p><p> 提餾段= 0.051(ρv’/ρl’)×(uo’/co)2</p><p> =0.051×(1.78/929.11)
77、215;(13.45/0.772)=0.0297m液柱</p><p> 6.1.2氣體通過液層的阻力Hl計(jì)算</p><p><b> 精餾段:</b></p><p> ua=Vs/(AT-2Af)=2.053/(2.01-2×0.14472)=1.193m/s =ua=1.803查表得β=0.58</p>
78、;<p> Hl=β(h+h)=0.58×0.06696=0.0388m(液柱)</p><p><b> 提餾段</b></p><p> ua’=Vs’/(AT-2Af)=1.94/(2.0096-2×0.145)=1.128m/s ’=ua’=1.51 查表得β’=0.61</p><p>
79、Hl’=β'(h+h')=0.61×0.06404=0.0391m(液柱)</p><p> 6.1.3液體表面張力的阻力計(jì)算計(jì)算</p><p><b> 精餾段=液柱</b></p><p><b> 提餾段=液柱</b></p><p> 6.1.4氣體通過每
80、層塔板的液柱高</p><p><b> 可按下計(jì)算</b></p><p> ∴精餾段=0.0525+0.06696+0.00370=0.12316m液柱</p><p> 提餾段=0.0297+0.06404+0.00474=0.09848m液柱</p><p><b> 6.2 液面落差</
81、b></p><p> 對(duì)于D1.6m的篩板,液面落差可以忽略不計(jì)。</p><p><b> 6.3液沫夾帶</b></p><p><b> (kg液/kg氣)</b></p><p><b> 精餾段, </b></p><p>&l
82、t;b> 提餾段, </b></p><p> 本設(shè)計(jì)液沫夾帶量在允許范圍0.1 kg液/kg氣內(nèi),符合要求.</p><p><b> 6.4漏液</b></p><p> 篩板塔,漏液點(diǎn)氣速=</p><p><b> 帶入數(shù)據(jù)得:</b></p>
83、<p><b> 精餾段m/s,</b></p><p><b> 提餾段m/s</b></p><p> 實(shí)際孔速:精餾段>,提餾段></p><p> 穩(wěn)定系數(shù):精餾段K=uo/uomim=12.43/6.356=1.956,</p><p> 提餾段K’ =u’o/u’
84、omim =11.74/7.34=1.599</p><p> 均大于1.5小于2,所以設(shè)計(jì)無明顯液漏符合要求.</p><p><b> 6.5液泛</b></p><p> 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛,降液管內(nèi)液層高Hd≤φ()</p><p> 對(duì)于設(shè)計(jì)中的丙酮-水體系φ=0.5, Hd≤0.5=0.25m<
85、/p><p><b> 由于板上不設(shè)進(jìn)口堰</b></p><p><b> 精餾段</b></p><p><b> m液柱</b></p><p><b> 提餾段</b></p><p> 所以不會(huì)發(fā)生淹泛現(xiàn)象</
86、p><p><b> 7.塔板負(fù)荷性能圖</b></p><p><b> 7.1漏液線</b></p><p><b> 由=</b></p><p><b> 得</b></p><p><b> 精餾段:=&l
87、t;/b></p><p><b> 得=</b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p><b> =</b></p><p><b> 得=</b></p><p><b> 7.2
88、液沫夾帶線</b></p><p> 以kg液/kg氣為限求-關(guān)系:</p><p><b> 由</b></p><p><b> 精餾段:</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> 整理得
89、</b></p><p><b> 提餾段:</b></p><p><b> ,</b></p><p><b> 整理得</b></p><p> 7.3液相負(fù)荷下限線</p><p> 對(duì)于平流堰,取堰上液層高度how=0.0
90、05m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn),由式計(jì)算</p><p><b> 精餾段 </b></p><p><b> 提餾段 </b></p><p> 7.4液相負(fù)荷上限線</p><p> 以θ=4s作為液體在降液管中停留的下限</p><p><b> 故&
91、lt;/b></p><p><b> 精餾段: </b></p><p><b> 提鎦段: </b></p><p><b> 7.5液泛線</b></p><p><b> Hd=φ()</b></p><p>
92、;<b> 由,,,</b></p><p><b> 得</b></p><p><b> 其中代入數(shù)據(jù)</b></p><p><b> 精餾段 提餾段</b></p><p><b> 所以精餾段</b></p
93、><p><b> 提餾段</b></p><p><b> 7.6操作彈性</b></p><p> 由以上各線的方程式,可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。</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)在正常的操作范圍內(nèi),作出操作線</p><p><b&g
94、t; 由圖,</b></p><p> 故精餾段操作彈性為/=4.58</p><p><b> 由圖,</b></p><p> 故提餾段操作彈性為/=4.67</p><p> 精餾段提餾段操作彈性均大于3小于5,符合要求。</p><p> 8. 輔助設(shè)備及零件設(shè)計(jì)&
95、lt;/p><p> 8.1塔頂冷凝器(列管式換熱器)</p><p> 丙酮-水走殼程,冷凝水走管程,采用逆流形式</p><p> 8.1.1估計(jì)換熱面積</p><p> ?、伲?水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù)</p><p> TD=56.6℃冷凝蒸汽量:</p><p> 由于丙酮摩爾分?jǐn)?shù)
96、為0.984,所以可以忽略水的冷凝熱,r=501.14KJ/kg </p><p> ?、冢淠紲貫?2℃,取冷凝器出口水溫為20℃,在平均溫度</p><p> 物性數(shù)據(jù)如下(丙酮56.6℃下,水在平均溫度16℃下)</p><p> ?、踑. 設(shè)備的熱參數(shù):</p><p><b> b.水的流量:</b>
97、;</p><p><b> c.平均溫度差:</b></p><p> 根據(jù)“傳熱系數(shù)K估計(jì)表”取K=700W/(m2.℃)</p><p> 傳熱面積的估計(jì)值為:</p><p> 安全系數(shù)取1.2 換熱面積A=1.2*89.4=107.29m2</p><p> 管子尺寸取25
98、mm 水流速取ui=1.0m/s</p><p><b> 管數(shù):個(gè)</b></p><p><b> 管長:<6m</b></p><p> 選定每程管長為3m,則Np=6/3=2</p><p> 所以換熱器總管數(shù)Nt=2*392.8=786個(gè),</p><
99、p><b> 取管心距</b></p><p> 8.1.2殼體內(nèi)徑D的確定</p><p><b> 采用 </b></p><p> 其中對(duì)于正三角形排列:</p><p><b> ??;</b></p><p> 取b’=22.5m
100、m;</p><p> 求得殼體直徑為977mm,則取D=1000mm。</p><p> 由上面計(jì)算數(shù)據(jù),選型如下:</p><p> 8.1.3 折流擋板和支承板的設(shè)計(jì)</p><p> 折流板:采用弓形折流板</p><p> 取折流板間距B=600mm</p><p><
101、b> 則板數(shù)</b></p><p> 支承板厚度取10mm</p><p> 8.1.4核算管程、殼程的流速及Re:</p><p><b> ?。ㄒ唬┕艹?lt;/b></p><p><b> 流通截面積:</b></p><p><b>
102、 管內(nèi)水的流速</b></p><p><b> ?。ǘこ?lt;/b></p><p> 流通截面積: 取=30</p><p><b> 殼內(nèi)丙酮-水流速 </b></p><p><b> 當(dāng)量直徑 </b></p><p>
103、8.1.5壓降的計(jì)算</p><p> 換熱器的壓降需分管程和殼程兩部分計(jì)算
104、 </p><p><b> 管程壓降:</b></p><p> 管程壓降可由下面三部分組成</p><p><b> 直管阻力 </b></p><p> 設(shè)管壁粗糙度ε為0.1mm,則ε/d=0.005,</p><p> 查圖得摩擦
105、系數(shù)λ=0.03
106、
107、 </p><p> 求得 =8.99KPa。</p><p><b> 局部阻力</b></p><p><b> 對(duì)于雙管程 </b></p><p> 流體通過進(jìn)出口接管時(shí)的阻力
108、 </p><p> 考慮到管內(nèi)結(jié)垢對(duì)阻力的影響,為</p><p><b> 其中對(duì)液體</b></p><p><b> =1.4;</b></p><p><b> Np=2;</b></p><p><b> Ns=1;<
109、;/b></p><p> 求得總壓降為2*(8.99+6+3)=50.3KPa<105.3/2KPa,符合要求。</p><p><b> 2、殼程壓降</b></p><p> F=0.5,Re= >500,故.</p><p><b> 求得</b></p>
110、;<p><b> = 4.60KPa</b></p><p><b> =3.61KPa</b></p><p> 故=8.22KPa<105.2/2KPa,符合要求;</p><p> 故管殼程壓力損失均符合要求</p><p> 8.1.6 計(jì)算傳熱系數(shù)</
111、p><p><b> 管程對(duì)流給熱系數(shù)</b></p><p> 雷諾數(shù) 所以為湍流流動(dòng);</p><p><b> Pri= </b></p><p><b> 殼程對(duì)流給熱系數(shù)</b></p><p><b> Re= </b&
112、gt;</p><p><b> Pr0== </b></p><p><b> =0.36</b></p><p> 其中取0.95(被冷卻)</p><p><b> 求得 </b></p><p><b> 計(jì)算傳熱系數(shù)<
113、/b></p><p> 取污垢熱阻 Rs0.15m℃/kW Rs=0.58 m℃/kW</p><p> 以管外面積為基準(zhǔn) 則K==150/(m2.℃)</p><p> 計(jì)算傳熱面積 A=m2</p><p> 所選換熱器實(shí)際面積為</p><p> A=n=372.6m2</p>
114、<p><b> 裕度</b></p><p><b> 所選換熱器合適</b></p><p><b> 8.2塔釜再沸器</b></p><p><b> 計(jì)算熱負(fù)荷:</b></p><p> 塔釜溫度為99.5℃,</
115、p><p> 考慮到5%的熱損失后 </p><p> 選用0.2MPa飽和水蒸氣加熱,℃</p><p> 因兩側(cè)均為恒溫相變 ℃</p><p> 取傳熱系數(shù)K=1000W/(m2.K)</p><p><b> 估算傳熱面積</b></p><p> 取安全
116、系數(shù)0.8,實(shí)際傳熱面積A=18.02 /0.8=22.525 m2</p><p><b> 8.3原料預(yù)熱器</b></p><p> 原料加熱:采用壓強(qiáng)為270.25kPa的飽和水蒸汽加熱,溫度為130℃,冷凝溫度至130℃流體形式,采用逆流加熱 查表Cp丙酮=1.59 kJ/(kg?K) Cp水=4.183 kJ/(kg?K)摩爾分?jǐn)?shù)
117、 xF=0.30根據(jù)上式可知:Cpc=1.59×0.3+4.138×0.7=3.37kJ/(kg?K)設(shè)加熱原料溫度由20℃到60.7℃ </p><p> 考慮到5%的熱損失后選擇傳熱系數(shù)K=800 計(jì)算傳熱面積:</p><p><b> ℃</b></p><p> 取安全系數(shù)為0.8 A實(shí)際=
118、0.887 /0.8=1.11m2</p><p><b> 8.4管道的計(jì)算</b></p><p> 8.4.1塔釜?dú)堃撼隽瞎?lt;/p><p><b> 釜?dú)堃旱捏w積流量:</b></p><p> 取適宜的輸送速度uw=0.75m/s則</p><p> 經(jīng)圓
119、整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:φ42mm3.5mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p><b> 8.4.2回流液管</b></p><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&l
120、t;/p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:φ 108mm4 mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p> 8.4.3再沸器蒸汽進(jìn)口管</p><p> V=316.78×18/0.6=2.64</p><p> 設(shè)蒸汽流速為15m/s,</
121、p><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格Φ480mm9mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p> 8.4.4塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器出水管</p><p> V=316.78×58.08/3=1.703</p><p> 設(shè)蒸汽流速為10m/s,</p
122、><p> 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管,規(guī)格:φ426mm24mm</p><p><b> 實(shí)際管內(nèi)流速:</b></p><p><b> 8.4.5冷凝水管</b></p><p> 深井水溫度為12,水的物性數(shù)據(jù):</p><p> ρ=999.4kg/m3,μ=1
123、.2363mPa*s,=4.219KJ/(Kg*K )</p><p> 深井水的質(zhì)量流率,取流速為2.5m/s</p><p><b> 管徑</b></p><p> 選取 Φ219×14mm熱軋無縫鋼管</p><p><b> 實(shí)際流速為</b></p>&l
124、t;p><b> 8.5 泵的選型</b></p><p> 取ε=0.1mm,,查圖摩擦系數(shù)λ=0.0175</p><p> 各管件及閥門阻力系數(shù)如下</p><p><b> 設(shè)管長為5米,</b></p><p><b> = </b></p>
125、;<p><b> 20m</b></p><p><b> 流量</b></p><p> 選擇IS200-150-315型離心泵,參數(shù)為</p><p> 流量V=443.8,揚(yáng)程,H=28.5m轉(zhuǎn)速1450</p><p> 泵效率,?=80%軸功率Na=44.6kW&
126、lt;/p><p><b> 9、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯</b></p><p> 篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號(hào)匯總表</p><p> 10、參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p> 1.管國鋒.趙汝溥.化工原理(第二版),北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003. </p><p> 2.湯金石等 化工過程及設(shè)備課
127、程設(shè)計(jì) 北京:化學(xué)工業(yè)出版設(shè),1998</p><p> 3.國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上、下),北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996.</p><p> 4.賈紹義,柴誠敬?;ぴ碚n程設(shè)計(jì)(化工傳遞與單元操作課程設(shè)計(jì)),天津:天津大學(xué)</p><p><b> 版社,2002, </b></p>
128、<p> 5.王國勝?;ぴ碚n程設(shè)計(jì),大連:大連理工大學(xué)出版社,2006</p><p> 6.姚玉英,陳常貴, 柴誠敬.《化工原理》(上、下冊(cè)),天津:天津大學(xué)出版社,</p><p> 7.譚天恩,竇梅,周明華 等編著. 化工原理(第三版),北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.</p><p> 8.陳英南,劉玉蘭. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì).上
129、海:華東理工大學(xué)出版社,2005</p><p> 9.柴誠敬,王軍.張纓.化工原理課程設(shè)計(jì),天津科學(xué)技術(shù)出版社,天津:2006.</p><p> 10.劉雪暖 湯景凝等 化工原理課程設(shè)計(jì) 山東:石油大學(xué)出版社,2001</p><p><b> 四、設(shè)計(jì)感想</b></p><p> 1、化工原理課程設(shè)計(jì)已經(jīng)
130、結(jié)束了,當(dāng)看到這幾十頁紙時(shí),心里非常激動(dòng),突然覺得這兩周來的付出非常值得。首先感謝兩位老師在設(shè)計(jì)過程中給予的幫助!</p><p> 2、這兩周的課程設(shè)計(jì)使我學(xué)到很多!我學(xué)會(huì)了離開老師進(jìn)行自主學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)了如何去查找資料書及化學(xué)工程手冊(cè),學(xué)會(huì)了如何查閱了超星圖書館中的資料。從設(shè)計(jì)讓我從中獲得了自信,將來工作中或?qū)W習(xí)遇到了什么困難或從未接觸過的領(lǐng)域,我也不再會(huì)感到畏懼。因?yàn)槲乙呀?jīng)有了一定的自主研究的能力,我能通過自
131、學(xué)慢慢的將問題解決。</p><p> 3、設(shè)計(jì)幫助我更好的熟悉了WORD、EXCEL等軟件的操作。平時(shí)這些軟件用的不太多,這次設(shè)計(jì)幫助我去更好的運(yùn)用這些軟件!化工原理課程設(shè)計(jì)還培養(yǎng)了我與他人溝通的能力,在設(shè)計(jì)過程中遇到不會(huì)時(shí)大家一起討論,我們知道如何更好的溝通合作!設(shè)計(jì)教會(huì)了我耐心,很多地方都是需要先假設(shè)數(shù)據(jù),再驗(yàn)算,不符合時(shí)再調(diào)整數(shù)據(jù)重新進(jìn)行驗(yàn)算。很多地方我都不得不重復(fù)的算上好幾遍,而且大量繁瑣的計(jì)算要求我
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