《化工原理》課程設(shè)計-二硫化碳-四氯化碳蒸餾分離過程與精餾塔的設(shè)計.doc

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1、本科生（化工原理）課程設(shè)計題 目 二硫化碳-四氯化碳蒸餾分離過程 與精餾塔的設(shè)計 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 學(xué) 院 化 學(xué) 化 工 學(xué) 院 專業(yè)班級 制藥工程1105 完成時間 2013年12月 化工原理課程設(shè)計成績評定欄評定單元評審要素評審內(nèi)容分值指導(dǎo)教師評 分評閱教師評 分設(shè)計說明書，40%格式規(guī)范設(shè)計說明書是否符合規(guī)定的格式要求5內(nèi)容完整設(shè)計說明書是否包含所有規(guī)定的內(nèi)容5設(shè)計方案方案是否合理及符合選定題目的要求10工藝計算過 程工藝計算過程是否正確、完整和規(guī)范20設(shè)計圖紙，40%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范5標(biāo)注清晰標(biāo)注是否清晰明了5與設(shè)計吻合圖紙是否與設(shè)計計算的結(jié)果完全一致10圖紙質(zhì)量設(shè)計圖紙的

2、整體質(zhì)量的全面評價20答辯成績，20%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚10回答問題回答問題是否正確10100綜合成績 成績等級 指導(dǎo)教師 評閱教師 答辯小組負(fù)責(zé)人(簽 名) (簽 名) (簽 名)年 月 日 年 月 日 年 月 日說明: 評定成績分為優(yōu)秀(90-100)，良好(80-89)，中等(70-79)，及格（60-69）和不及格(60)。2011級化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計題目二硫化碳-四氯化碳蒸餾分離過程與精餾塔的設(shè)計二、 設(shè)計基礎(chǔ)條件1)生產(chǎn)能力：10噸每小時（料液）2)原料組成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩爾分率，下同）3) 產(chǎn)品組成：餾出液 97%的二硫化碳，釜液5%的

3、二硫化碳4) 操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為常壓5) 進(jìn)料溫度：586) 進(jìn)料狀況：自定7) 加熱方式：間接蒸汽加熱8) 塔板效率: 0.5；9) 建廠地址：湖南長沙地區(qū)；10) 其他參數(shù)（除給出外）可自選。三、 工作內(nèi)容及要求（1）單元操作流程設(shè)計單元操作方案選擇及論證。根據(jù)指定的設(shè)計任務(wù)，查閱相關(guān)的資料，對可用的生產(chǎn)工藝進(jìn)行比較，篩選出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的操作流程。繪制出工藝流程簡圖，并對之進(jìn)行詳細(xì)說明。物料及熱量衡算計算。要求對過程中涉及到的物料平衡和能量平衡全部采用手工計算，不得使用各種模擬軟件（如Aspen等）；編制物料及熱量平衡計算書；繪制物料流程圖（PFD）； 繪制帶控制點(diǎn)的流程

4、圖（PID）(選做)。（2）設(shè)備的工藝設(shè)計計算主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計 （1）塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 （2）塔板的流體力學(xué)校核 （3）塔板的負(fù)荷性能圖 （4）總塔高、總壓降及接管尺寸的確定過程均采用手工進(jìn)行工藝設(shè)計計算，不得使用各種模擬軟件（如Aspen等）獲得結(jié)果，并編制詳細(xì)的計算說明書；輔助設(shè)備選型與計算過程中的機(jī)、泵可作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備出現(xiàn)，但要根據(jù)計算結(jié)果，進(jìn)行選型說明；設(shè)計結(jié)果匯總，編制設(shè)備一覽表。（3）設(shè)計說明書及工程圖樣繪制對設(shè)計內(nèi)容匯總，按規(guī)定的格式編寫設(shè)計說明書；工藝流程簡圖一張；物料流程圖（PFD）一張，要求對管道進(jìn)行標(biāo)注；帶控制點(diǎn)的流程圖（PID）一張(選做)；主體設(shè)備裝配

5、圖一張，其他附屬設(shè)備使用條件圖，不繪制3D效果圖。設(shè)計說明書要求用MS-Word編輯，保存為DOC格式；所有的圖紙均用AutoCAD繪制（A4）。湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工原理專業(yè)課程設(shè)計目 錄摘要3前言4第一章設(shè)計方案簡介6 1.1流程的設(shè)計及說明6 1.2已知參數(shù)7 1.3 選塔依據(jù)7第二章設(shè)計計算 9 2.1精餾流程的確定9 2.2塔的物料衡算10 2.3塔板數(shù)計算11第三章板式塔主要工藝尺寸設(shè)計計算16 3.1塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算16 3.2精餾塔氣液負(fù)荷計算20 3.3塔和塔板主要工藝尺寸計算20 3.4篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算25 3.5塔板負(fù)荷性能圖29 3.6精餾塔的計算結(jié)果總

6、表36第四章精餾塔的附屬設(shè)備以及接管尺寸39 4.1接管設(shè)計39 4.2塔總高度計算 40 4.3熱量衡算41 4.4再沸器的選擇44 4.5泵的選型44 4.6主要符號說明46參考文獻(xiàn)49設(shè)計結(jié)果評述與小結(jié)50致謝51附錄53摘要塔設(shè)備是化工煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工或煉油生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對于整個產(chǎn)業(yè)質(zhì)量、生產(chǎn)能力、消耗定額及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各方面都有重大影響。據(jù)有關(guān)資料報道，塔設(shè)備的建設(shè)費(fèi)用占整個工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。本設(shè)計的塔形為篩板塔，采用連續(xù)精餾。

7、本設(shè)計的主要內(nèi)容包括設(shè)備的工藝設(shè)計計算物料衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算，工藝流程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖。通過對精餾塔的設(shè)計計算，得到實(shí)際塔板數(shù)為20塊，其中精餾段有10塊，提餾段10塊，塔徑為1.4 m，塔的有效高度為10.4m，回流比為3.5686。經(jīng)篩板塔的力學(xué)性質(zhì)算得：精餾段操作彈性為3.430，提餾段操作彈性為3.125。 關(guān)鍵詞：板式塔、精餾、負(fù)荷性能圖前 言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，其沸點(diǎn)不同來實(shí)現(xiàn)分離的目的。在化工、煉油、石油化工等工業(yè)

8、得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量的驅(qū)動下，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)原料混合物中各組分分離，該過程是同時進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的過程。本次設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一定處理量的分離四氯化碳和二硫化碳混合物精餾塔。板式精餾塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔，與泡罩塔相比，板式精餾塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力（20%40%）、塔板效率（10%50%），而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝、維修都較容易。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，分為小孔徑篩板(孔徑為38mm)和大孔徑篩板(孔徑為10

9、25mm)兩類。工業(yè)應(yīng)用以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合(如分離粘度大、易結(jié)焦的物系)。在設(shè)計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、經(jīng)濟(jì)合理性。在設(shè)計過程中應(yīng)考慮到設(shè)計的精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力且滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力，節(jié)省能源，綜合利用余熱，經(jīng)濟(jì)合理。例如冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另一方面影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有影響，因此設(shè)計是否合理地利用熱能等直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)問題。本設(shè)計中充分考慮了塔底高溫釜液的熱量，通過物料衡算和熱量衡算，使用兩臺預(yù)熱器，一部分利用塔底液的熱量，一部分利用水蒸氣的熱量，

10、對原料液進(jìn)行加熱，大大節(jié)約了能源。應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，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)計和控制水平的不斷提高，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)計和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計中可大膽選用。此外，對于生產(chǎn)過程中泵的選型，考慮到在生產(chǎn)過程中泵可能損壞等因素，在滿足條件的情況下安裝兩臺泵，兩臺泵并聯(lián)組合，減少了因泵損壞而停止生產(chǎn)所導(dǎo)致的不必要損失。第1章 設(shè)計方案簡介第2章1.1流程的設(shè)計及說明圖1-1 工藝流程簡圖如圖1-1所示，原料液經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時連續(xù)的從再

11、沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海Ｔ俜衅髦性弦翰糠制?，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝，然后進(jìn)入回流罐，并將冷凝液送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽、產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應(yīng)的措施，常在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表，比如流量計、溫度計和壓力表等，以測量物流的各項參數(shù)。1.2已知參數(shù)主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù):表1 二硫化碳和四氯化碳的物理性質(zhì)項目分子式分子量沸點(diǎn)()密度二硫化碳7646.51.260四氯化碳15476.81.595表2 液體的表面

12、加力 (單位:mN/m)溫度（）46.55876.5二硫化碳28.526.824.5四氯化碳23.622.220.2表3 常壓下的二硫化碳和四氯化碳的氣液平衡數(shù)據(jù)液相中二硫化碳摩爾分率x氣相中二硫化碳摩爾分率y液相中二硫化碳摩爾分率x氣相中二硫化碳摩爾分率y00.02960.06150.11060.14350.258000.08230.15550.26600.33250.49500.39080.53180.66300.75740.86041.00.63400.74700.82900.87900.93201.01.3 選塔依據(jù)工業(yè)上，塔設(shè)備主要用于蒸餾和吸收傳質(zhì)單元操作過程。對于一個具體的分離過

13、程，通常按以下五項標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評價：通過能力大，即單位塔截面能夠處理得氣液負(fù)荷高；塔板效率高；塔板壓降低；操作彈性大；結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。而篩板塔是現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的一種塔型，設(shè)計比較成熟，具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1）結(jié)構(gòu)簡單、金屬耗量少、造價低廉。（2）氣體壓降小、板上液面落差也較小。（3）塔板效率較高， 改進(jìn)的大孔篩板能提高氣速和生產(chǎn)能力，且不易堵塞塞孔。第二章 設(shè)計計算2.1精餾流程的確定 圖1-2 精餾流程工藝圖二硫化碳和四氯化碳的混合液體經(jīng)過預(yù)熱器到一定的溫度后送入到精餾塔，塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝后，一部分作為回流液，其余的為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送到貯槽中。塔釜采用間接蒸氣由再沸器供熱，塔底

14、產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。流程圖如圖1-2所示。2.2塔的物料衡算（一）、料液、塔頂、塔底產(chǎn)品含CS2的質(zhì)量分率 aF= =0.203 aD= =0.941 aW= =0.0251（二）、平均分子量 MF=127.48 MD=78.34 MW=150.1（三）、物料衡算 每小時處理摩爾量F=78.44 kmol/h 總物料衡算：D+W=F 易揮發(fā)組分物料衡算： 0.97D+0.05W=0.34F 聯(lián)立方程得： 2.3塔板數(shù)計算（一）、理論版NT的計算表4 CS2-CCl4氣液平衡組成與溫度的關(guān)系液相中CS2摩爾分率氣相中CS2摩爾分率X溫度（）0076.80.02960.082374.90.061

15、50.155573.10.11060.266070.30.14350.332568.60.25800.495063.80.39080.634059.30.53180.747055.30.66300.829052.30.75740.879050.40.86040.932048.51.01.046.5（1） 插值法求全塔溫度： 塔頂： 進(jìn)料：塔釜： 精餾段平均溫度tm(精)= 提留段平均溫度tm(提)= （2） 插值法求氣相組成： 塔頂處氣相組成： 進(jìn)料處氣相組成： 塔釜處氣相組成：（3） 相對揮發(fā)度： 塔頂處相對揮發(fā)度： xD=0.97,yD=0.9854,D= 進(jìn)料處相對揮發(fā)度： xF=0.9

16、7,yF=0.9854,F= 塔釜處相對揮發(fā)度： xW=0.97,yW=0.9854,W= 精餾段平均相對揮發(fā)度m(精)= =2.0000 提留段平均相對揮發(fā)度m(提)= =1.1463（4）平衡線方程：CS2-CCl4飽和蒸汽壓與溫服的關(guān)系: 由Antoine公式得： CS2： CCl4：t=46.5時，PAo=766.4 Pa, PBo=275.73 Pa,1=2.7795t=76.8時，PAo=1854.2 Pa, PBo=766.1 Pa,1=2.4203y=（5）q線方程(q=0.95): q的校核q取0.95可行 y=（6）最小回流比Rmin=Rmin=取操作回流比R=2Rmin=

17、21.7843=3.5686（7）精餾段操作線方程 yn=xn-1+=0.7811x+=0.7811xn-1+0.2123（8）提餾段操作線方程 Yn+1=xn+ R=(R+1) +(q-1) = =2.03 yn+1=1.4926xn-0.0246兩操作線交點(diǎn)坐標(biāo)Xf=0.333（9）、相平衡方程：相平衡y1=xD=0.97 x1=0.9258操作線y2=0.9354 x2=0.8482y3=0.8478 x3=0.7296y4=0.7822 x4=0.5810y5=0.6661 x5=0.4351y6=0.5522 x6=0.3225 xf由計算知第六板為加料板y7=0.4568 x7=0

18、.2451y8=0.3412 x8=0.1666y9=0.2241 x9=0.1003y10=0.1251 x10=0.0523y11=0.0535 x11=0.0214 xW結(jié)論：總理論板數(shù)為11（包括蒸餾釜），精餾段理論板數(shù)為5，第6板為為進(jìn)料板，提餾段理論板數(shù)為6NT=（11-1）=10層（不包括塔釜）（二）、全塔效率ET（已給出）：ET=0.5（三）、實(shí)際塔板數(shù)N：精餾段：N精=5/ET=5/0.5=10層；提餾段：N提=5/ET=5/0.5=10層第三章 板式塔主要工藝尺寸設(shè)計計算3.1塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算（1） 操作壓強(qiáng)的計算Pm 塔頂壓強(qiáng)PD=101.3 kPa 取每層塔板壓

19、降P=1.0 kPa ，則 進(jìn)料板壓強(qiáng)PF=101.3+111.0=112.3 kPa 塔釜壓強(qiáng)PW=101.3+221.0=123.3 kPa 精餾段平均操作壓強(qiáng)：Pm=106.8 kPa 提餾段平均操作壓強(qiáng)：Pm=117.8 kPa（2） 平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂摩爾質(zhì)量計算xd=y1=0.97,由平衡方程得x1=0.9258 MVDm=0.9776+(1-0.97)154=78.34 kg/kmol MLDm=0.925876+(1-0.9258)154=81.79 kg/kmol 進(jìn)料摩爾量計算 xF=0.34,yF=0.6707 MVFm=0.670776+(1-0.6707)154=

20、101.69 kg/kmol MLFm=0.3476+(1-0.34)154=127.48 Kg/kmol 釜液摩爾質(zhì)量計算 xW=0.05,yW=0.1356 MVWm=0.0576+(1-0.05)154=150.1 kg/kmol MLWm=0.135676+(1-0.1356)154=143.4 kg/kmol 精餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm(精)=90.02 kg/kmol MLm(精)=104.64 kg/kmol 提餾段平均摩爾質(zhì)量 MVm(提)=125.9 kg/kmol MLm(提)=135.44 kg/kmol（3） 平均密度的計算：m表5 CS2-CCl4密度與溫度的關(guān)系位置

21、溫度（）（CS2）（kg/m3）（CCl4）（kg/m3）（CS2）（CCl4）塔頂46.93122015410.9410.059進(jìn)料口58120615080.2030.797塔釜73.59119715050.02510.9749液相密度：Lm1、 塔頂（為質(zhì)量分率）A=0.941，B=0.059 kg/m32、進(jìn)料板AF=0.203，BF=0.797 kg/m33、塔釜AWm=0.0251，BWm=0.9749 kg/m3所以，精餾段的平均液相密度：Lm（精）=kg/m3 提餾段的平均液相密度：Lm（提）=kg/m3氣相密度：Vm1、精餾段平均氣相密度：Vm（精）=kg/m32、提餾段平均氣

22、相密度：Vm（提）=kg/m3（4） 液體平均表面張力m的計算表6 CS2-CCl4表面張力與溫度的關(guān)系位置溫度（）(CS2)(mN/m)(CCl4)(mN/m)塔頂46.9328.36723.619進(jìn)料口5826.75922.286塔釜73.5925.01920.362液相平均張力計算公式：Lm= 1、塔頂液相平均表面張力計算：Lm=mN/m2、進(jìn)料液相平均表面張力計算：LPm=mN/m3、塔釜液相平均表面張力計算：LWm=mN/m則精餾段平均液相表面張力：m（精）=mN/m提餾段平均液相表面張力：m（提）=mN/m（五）液相平均粘度的計算：LM液相平均粘度計算公式：表7 CS2-CCl4粘

23、度與溫度的關(guān)系位置溫度（）（CS2）（mPas）（CCl4）（mN/m）塔頂46.930.330.71進(jìn)料口580.280.64塔釜0.230.53塔頂液相平均粘度：LDM= mPas進(jìn)料口液相平均粘度：LFM= mPas塔釜液相平均粘度：LWM= mPas精餾段液相平均粘度：LM（精）= mPas提餾段液相平均粘度：LM（提）= mPas3.2精餾塔氣液負(fù)荷計算：精餾段： kmol/h VS= m3/s kmol/h LS= m3/s Lh= m3/h提餾段： kmol/h m3/s kmol/h m3/s m3/h3.3塔和塔板主要工藝尺寸計算：（一）初選板間距HT=0.4m,取板上層液高

24、度HL=0.07m，故：（1）精餾段：HT-HL=0.4-0.07=0.33m 查圖表：C20=0.072 m/s取安全系數(shù)為0.7，則=0.7max=1.029 m/s m,按照標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為1.0m則空塔氣速為： m/s塔的橫截面積 m2（2） 提餾段： 查圖表：C20=0.047 m/s取安全系數(shù)為0.7，則=0.7max=0.70.0997=0.5598 m/s m,將提餾段與精餾段取相同的塔徑，故=1.4 m塔的橫截面積： m2空塔氣速為 m/s板間距取0.4 m 合適（二）溢流裝置： 采用簡單溢流方形降液管，平形受液盤及平形溢流堰，不設(shè)進(jìn)流堰，計算如下：精餾段： 1、溢流堰長lW

25、為0.7D，即lW=0.71.4=0.98 m 2、出口堰高h(yuǎn)W , 由 查得E為1.02求得堰上液高度： m故 m 3、降液管寬度Wd與降液管面積Af由，查得 m m2 s（5s，符合要求） 4、降液管底隙高度h0取液體通過降液管底隙流速為 m/s依式計算降液管底隙高度h0，即 m提餾段： 1、溢流堰長為0.7，即=0.71.4=0.98 m 2、出口堰高 , 由 查的E為1.05求的堰上液高度： m故 m 3、降液管寬度Wd與降液管面積Af由，查得 m m2 s（5s，符合要求） 4、降液管底隙高度h0取液體通過降液管底隙流速為 m/s依式計算降液管底隙高度h0，即 m（三）塔板布置：1、

26、 取邊緣區(qū)寬度Wc=0.035 m，安定區(qū)寬度Ws=0.065 m 精餾段：依下式計算開孔區(qū)面積 其中 m m故 m 提餾段：依下式計算開孔區(qū)面積 其中 m m故 m（四）篩孔數(shù)n與開孔率：取篩孔孔徑d0為5mm正三角形排列，一般碳鋼的板厚為4mm取t/d0=3.5 故孔中心距t=3.55.0=17.5 mm依下式計算塔板上的篩孔數(shù)n，即依下式計算塔板上開孔區(qū)的開孔率，即：（在5-15%范圍內(nèi)）精餾段每層板上的開孔面積A0為： m2氣孔通過篩孔的氣速 m/s提餾段每層板上的開孔面積A0為： m2氣孔通過篩孔的氣速 m/s（五）塔有效高度：精餾段Z（精）=（10-1）0.4=3.6 m提餾段Z（

27、提）=（10-1）0.4=3.6 m 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高為0.8m，一般每68層板設(shè)一人孔用于安裝檢修，需經(jīng)常清洗時每隔34層設(shè)一孔。根據(jù)此塔人孔設(shè)4個，故精餾塔有效高度Z=Z（精）+Z（提）+40.8=3.6+3.6+3.2=10.4 m3.4篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算：（1） 氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p 1、根據(jù) 干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮c 2、根據(jù)，查干篩孔的流量系數(shù)圖C0=0.89 精餾段由下式得： m 提餾段由下式得： m3、 精餾段氣流穿過板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l m/s由充氣系數(shù)0與F的關(guān)聯(lián)圖 查取板上液層充氣系數(shù)0為0.65則 m 提餾段氣流穿過板上液層壓降相當(dāng)?shù)?/p>

28、液柱高度hl m/s由充氣系數(shù)0與F的關(guān)聯(lián)圖 查取板上液層充氣系數(shù)0為0.63則 m4、精餾段克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮由 m 提餾段克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮由 m故精餾段 m單板壓降： Pa =0.8370KPa(1.0KPa)(設(shè)計允許值)故提餾段 m單板壓降： Pa =0.9386KPa(1.0KPa)(設(shè)計允許值)（2） 精餾段霧沫夾帶量eV的驗(yàn)算： 由式：故在設(shè)計負(fù)荷不會發(fā)生過量霧沫夾帶 提餾段霧沫夾帶量eV的驗(yàn)算： 由式：故在設(shè)計負(fù)荷不會發(fā)生過量霧沫夾帶（三）精餾段漏液的驗(yàn)算： 篩板的穩(wěn)定性系數(shù)故在設(shè)計負(fù)荷下不會產(chǎn)生過量的漏液 提餾段漏液的驗(yàn)算： 篩板的穩(wěn)定性

29、系數(shù)故在設(shè)計負(fù)荷下不會產(chǎn)生過量的漏液（4） 精餾段液泛的驗(yàn)算： 為防止降液管液泛發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度由 m m取 m故，在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生液泛。提餾段液泛的驗(yàn)算： 為防止降液管液泛發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度由 m m取 m故，在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生液泛。3.5塔板負(fù)荷性能圖精餾段（1） 霧沫夾帶線 （1）式中 （a） 近似取故 （b）取霧沫夾帶極限值得整理得 （2）此為霧沫夾帶線的關(guān)系式，在操作線控制范圍內(nèi)去幾個Ls,計算出相應(yīng)的Vs值，列于下表:表8 精餾段霧沫夾帶數(shù)據(jù)表2.3012.2032.20791.974（2） 液泛線令， 聯(lián)立得：近似?。╟）取近似的有 故： （d）由式將

30、整理得：此為液泛線的關(guān)系式，在操作控制范圍內(nèi)去幾個Ls，計算出相應(yīng)的Vs值，列于下表：表9 精餾段液泛數(shù)據(jù)表0.69270.67130.63640.5909（3） 液相負(fù)荷上限線以=5s作為液體在降液管中停留的時間的下限則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限（4） 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）由整理得：此為液相上限線的關(guān)系式，在操作控制范圍內(nèi)失去幾個Ls，計算出Vs值，列于下表：表10 精餾段漏液計算數(shù)據(jù)表0.5840.5940.6070.617（5） 液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度，化為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，取即則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的精餾段負(fù)荷性能圖 ，如下：塔板上限由霧沫夾帶

31、線控制，下限由漏液線控制由圖可知，精餾段操作彈性：提餾段（一）霧沫夾帶線 （1）式中 （a） 近似取故 （b）取霧沫夾帶極限值得整理得 （2）此為霧沫夾帶線的關(guān)系式，在操作線控制范圍內(nèi)去幾個Ls,計算出相應(yīng)的Vs值，列于下表：表11 提餾段霧沫夾帶計算數(shù)據(jù)表2.3722.2802.1612.061（二）液泛線令， 聯(lián)立得：近似取（c）取近似的有 故： （d）由式將整理得：此為液泛線的關(guān)系式，在操作控制范圍內(nèi)去幾個Ls，計算出相應(yīng)的Vs值，列一下表：表12 提餾段液泛計算數(shù)據(jù)表0.6150.5990.5790.560（三）液相負(fù)荷上限線以=5s作為液體在降液管中停留的時間的下限則據(jù)此可作出與氣體

32、流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限（四）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）由整理得：此為液相上限線的關(guān)系式，在操作控制范圍內(nèi)失去幾個Ls，計算出Vs值，列于下表：表13 提餾段漏液計算數(shù)據(jù)表0.4950.5030.5150.524（五）液相負(fù)荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度，化為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，取即則據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的精餾段負(fù)荷性能圖 ，如下：塔板上限由霧沫夾帶線控制，下限由漏液線控制由圖可知，提餾段操作彈性：3.6精餾塔的計算結(jié)果總表表14精餾塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果總表項目*符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強(qiáng)106.8117.8各段平均溫度52.4765.8平均流量氣相0.80.751液相0.

33、001920.00428實(shí)際塔板數(shù)塊1010板間距0.40.4塔的有效高度3.63.6塔徑1.41.4空塔氣速1.020.785塔板溢流形式單流型單流型溢 流 裝 置溢流管型式弓形弓形堰長0.980.98堰高0.05930.0513溢流堰寬度0.1960.196管底與受液盤距離0.01590.0546板上清液層高度0.070.07孔徑5.05.0孔間距17.517.5孔數(shù)個40704070開孔面積0.08070.0807篩孔氣速9.919.3塔板壓降0.83700.9386液體在降液管中停留時間25.6511.5降液管內(nèi)清液層高度0.1120.118霧沫夾帶0.00420.004負(fù)荷上限霧沫夾

34、帶控制霧沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制氣相最大負(fù)荷1.931.625氣相最小負(fù)荷0.5630.52操作彈性3.433.125第四章 精餾塔的附屬設(shè)備以及接管尺寸4.1接管設(shè)計 接管尺寸 接管尺寸由內(nèi)蒸汽速度及體積、流量決定，各接管允許的蒸汽速度查表得：塔頂蒸汽出口管徑取， 根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管回流管徑取根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管塔底進(jìn)氣管直管進(jìn)氣，取根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管加料管管徑取根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管料液排出管管徑取根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)，將其圓整到選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管 表15管型選取表管型進(jìn)料管回流

35、管塔底出料管塔頂蒸汽出料管塔底蒸汽進(jìn)氣管規(guī)格4.2塔總高度計算 筒體與封頭筒體操作壓 查的筒體壁厚度為8mm，所用材質(zhì)A3封頭本設(shè)計采用橢圓形封頭，查得曲面高度裙座塔底常采用裙座支撐，由于裙座內(nèi)徑800mm,裙座厚取16mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑基礎(chǔ)環(huán)外徑圓整 基礎(chǔ)環(huán)的厚度考慮到腐蝕余量，取18mm，考慮再沸器，高地面2m，地角螺栓直徑取M30人孔一般隔68塔板設(shè)一個人孔，取入孔直徑為500mm，其伸出塔體的筒體長為220mm,人孔中心距操作平臺8001200mm，設(shè)人孔的板間距為800mm，共21塊板（包括進(jìn)料板），可設(shè)4人孔。塔總體高度的設(shè)計塔的頂部空間塔的頂部空間高度是指塔的第一層塔盤到塔頂封頭的直

36、線距離，取除沫器到第一塊板的距離為800mm，塔頂部空間高度為1200mm.塔的底部空間塔的總體高度4.3熱量衡算加熱介質(zhì)的選擇為節(jié)約能源消耗，初始設(shè)計可講塔底液作為加熱介質(zhì)冷凝劑的選擇選取冷卻水，溫度25，升溫10原因：方便易得，清潔不易結(jié)垢，升溫線越高，用水量越少，但平均溫差小，傳熱面積大，綜合考慮選擇10熱量衡算：由氣液平衡數(shù)據(jù)：時：由物性表查得 時：由物性表查得 時：由物性表查得 當(dāng)時：由物性表查得塔頂以0為基準(zhǔn)線，則0上升熱量Qv塔頂溜出液熱量QD 回流熱量QR 進(jìn)料熱量QF （1）塔底殘液熱量QW （2）由（1）（2）知故考慮用塔釜液提供熱量方案不可行，改用兩臺預(yù)熱器。先用塔釜液加

37、熱，再用水蒸氣加熱，水蒸氣還需要提供熱量冷凝器消耗的熱量：再沸器提供的熱量QB（全塔范圍內(nèi)列熱量衡算式）塔釜熱損失為10%，則塔釜熱損失再沸器實(shí)際熱負(fù)荷;即：解得4.4再沸器的選擇選擇120水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取出料液溫度：逆流操作：傳熱面積：根據(jù)全塔熱量衡算得取安全系數(shù)為1.04，則所需換熱面積表16再沸器選型表公稱直徑1mm管程數(shù)NP排管數(shù)n管程流通面積1m2換熱面積A/m2換熱管長度L/mm40041290.005955.645004.5泵的選型以進(jìn)料泵為例，由上面設(shè)計可知，其流速為：設(shè)泵在地面上，忽略其他因素，料液面至加料孔的高度主加料管長20m，900標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個，則有關(guān)管件的局部阻

38、力系數(shù)分別是：900標(biāo)準(zhǔn)彎頭：截止閥： 則總局部阻力系數(shù)為由上面設(shè)計可知：進(jìn)料液密度為 黏度為則：取管壁絕對粗糙度則在兩截面之間；列伯努利方程求泵的揚(yáng)程為：流量所選泵的額定流量和揚(yáng)程應(yīng)略大于系統(tǒng)所需的，查泵的性能表油泵型號為：表17泵選型表型號流量10揚(yáng)程m40功率機(jī)4軸2.9轉(zhuǎn)速2950效率37%泵殼許用壓力16126結(jié)構(gòu)單級因所選壓頭大于管路壓頭，故應(yīng)采用閥門調(diào)節(jié)，閥門調(diào)節(jié)多消耗的壓頭為：故多消耗的軸功率為：4.6主要符號說明50湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工原理專業(yè)課程設(shè)計英文字母Aa塔板開孔區(qū)面積，m2；Af降液管截面積，m2；A0篩孔面積；AT塔截面積；c0流量系數(shù)，無因次；C計算um

39、ax時的負(fù)荷系數(shù)，m/s；CS氣相負(fù)荷因子，m/s；d0篩孔直徑，m；D塔徑，m；DL液體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；DV氣體擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；eV液沫夾帶線量，kg(液)/kg(氣)；E液流收縮系數(shù)，無因次；ET總板效率，無因次；F氣相動能因子，kg1/2/（sm1/2）；F0篩孔氣相動能因子，kg1/2/（sm1/2）；g重力加速度，9.81m/s2；h1進(jìn)口堰與降液管間的距離，m；hC與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m47hd與液體流過降液管相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hf塔板上鼓泡層液高度，m；h1與板上液層阻力相當(dāng)?shù)母叨?，m液柱；hL板上清液層高度，m；h0降液管底隙高度，m；hOW堰上液層高度，m；h

40、W出口堰高度，m；hW進(jìn)口堰高度，m；H與克服表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱；H板式塔高度，m；HB塔底空間高度，m；Hd降液管內(nèi)清液層高度，m；HD塔頂空間高度，m；HF進(jìn)料板處塔板間距，m；HP人孔處塔板間距，m；HT塔板間距，m；K穩(wěn)定系數(shù)，無因次；lW堰長，m；Lh液體體積流量，m3/h；LS液體體積流量，m3/h；n篩孔數(shù)目；P操作壓力，Pa；P壓力降，Pa；PP氣體通過每層篩板的壓降，Pa；r鼓泡區(qū)半徑，m，t篩板的中心距，m；u空塔氣速，m/s；u0氣體通過篩孔的速度，m/s；u0，min漏氣點(diǎn)速度，m/s；u0液體通過降液管底隙的速度，m/s；Vh氣體體積流量，m3/h；

41、Vs氣體體積流量，m3/h；Wc邊緣無效區(qū)寬度，m；Wd弓形降液管寬度，m；Ws破沫區(qū)寬度，m；x液相摩爾分?jǐn)?shù)；X液相摩爾比；y氣相摩爾分?jǐn)?shù)；47Y氣相摩爾比；Z板式塔的有效高度，m。下標(biāo)min最小的；L液相的；V氣相的。max最大的；希臘字母充氣系數(shù)，無因次；篩板厚度，m；空隙率，無因次；液體在降液管內(nèi)停留時間，s；粘度，mPa；密度，kg/m3；表面張力，N/m；液體密度校正系數(shù)，無因次。4850湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工原理專業(yè)課程設(shè)計參考文獻(xiàn)1 譚蔚,聶清德.化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)天津大學(xué)出版社2008:10-12，872 陳國桓.化工機(jī)械基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社2006：8-11，1753 夏

42、清,陳常貴.化工原理（上）天津大學(xué)出版社2006：5-10，1034 夏清,陳常貴.化工原理（下）天津大學(xué)出版社2006：7-11，1565 中國石化 化工工藝設(shè)計手冊(第三版) 化學(xué)工業(yè)出版社2003：12-15，566 姚玉英.化工原理（下）M.天津:天津科技出版社, 1999： 15-18，367 譚天恩.化工原理（下）M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1994： 12-16，1318 陳敏恒.化工原理（下）M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989： 10-14，1249 賈紹義,柴誠敬.化工原理課程設(shè)計M.天津:天津大學(xué)出版社, 2002 ：11-13，9510 華南理工大學(xué)化工原理教研室著化工過

43、程及設(shè)備設(shè)計M廣州: 華南理工大學(xué)出版社,1986：12-14，17449湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工原理專業(yè)課程設(shè)計設(shè)計結(jié)果評述與小結(jié) 經(jīng)過這近兩個月的化工課程設(shè)計，我們一組三人無論是在知識技能方面還是在團(tuán)結(jié)協(xié)作方面都有了很大的提升，在不斷的運(yùn)算。不斷的畫圖，不斷的輸入文檔，尤其是在不斷的修改與改進(jìn)中，我們收獲了知識，收獲了成功的喜悅和創(chuàng)作的艱辛。 創(chuàng)作之初，我的第一設(shè)想有不足的地方換熱器的換熱介質(zhì)可以使用塔釜液，這樣更節(jié)約能源。老師當(dāng)場幫我們指出并啟示我們?nèi)绾瓮晟?，然后我們就按照老師給予的指導(dǎo)思路去做，結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)老師指導(dǎo)的方法是對的，但是實(shí)際生產(chǎn)中并不能完全達(dá)到生產(chǎn)要求，需要塔釜液加熱后

44、再用水蒸氣繼續(xù)加熱才能達(dá)到要求。 后來我們拿著八成熟的作品又去找老師，老師對于我們的所有運(yùn)算以及繪圖方案都做了相應(yīng)的指導(dǎo)，于是回來之后我們結(jié)合老師的優(yōu)化方案做了進(jìn)一步的改正，使得我們的設(shè)計更加的環(huán)保和低能耗。 在整個的學(xué)習(xí)期間，我們小組的每個成員分工明確，各盡其能，每個人都把自己的任務(wù)以最快的速度完成。在相互的幫助與不斷的交流中，不僅收獲了更多的課外知識技能，更增加了我們的友誼。致 謝經(jīng)過兩個多月的化工原理課程設(shè)計，我已明白課程設(shè)計對我來說的意義，它不僅僅是讓我們把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力，更重要的是同學(xué)間的團(tuán)結(jié)，雖然我們這次花去的時間比別人多，但

45、我相信我們得到的也會更多!作為一名化工學(xué)院的大三學(xué)生，我覺得課程設(shè)計是十分有意義的，而且是十分必要的。在已度過的大學(xué)時間里，我們在課堂上掌握的僅僅是理論知識，如何去鍛煉我們的實(shí)踐能力？如何把我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課理論知識運(yùn)用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。其次，在這次課程設(shè)計中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識，如：CAD制圖。而且我發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。雖然課程設(shè)計結(jié)束了

46、，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們通過查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，若遇到實(shí)在搞不明白的問題就會請教老師，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運(yùn)用到實(shí)踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。最重要的是感謝趙海紅老師對我們的嚴(yán)格要求，相信名師出高徒！我們也一定不會辜負(fù)趙老師對我們的用心良苦，在今后的生活和學(xué)習(xí)中嚴(yán)格要求自己，保持良好的態(tài)度。還要感謝同學(xué)們的幫助和小組人員的配合以及友好相處，這對我今后的工作益處多多。附 錄1、工藝流程簡圖2、物料流程圖3、主塔設(shè)備裝配圖53