乙醇-水混合液的浮閥精餾塔設(shè)計(jì)

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. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手冊(cè) 學(xué) 院： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 煉油0931 姓 名： 胡冬冬 指導(dǎo)教師： 劉冬梅 設(shè)計(jì)題目：乙醇-水混合液的浮閥精餾塔設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)是以乙醇――水物系為設(shè)計(jì)物系，以浮閥塔為精餾設(shè)備分離乙醇和水。浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系乙醇－－水的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析，選取，計(jì)算，核算，繪圖等，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程。 通過(guò)逐板計(jì)算得出理論板數(shù)為16塊，回流比為3.531,算出塔效率為0.518，實(shí)際板數(shù)為32塊，進(jìn)料位置為第11塊，在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑為1米，有效塔高13.6米，浮閥數(shù)（提餾段每塊76）。通過(guò)浮閥塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。本次設(shè)計(jì)過(guò)程正常，操作合適。 關(guān)鍵詞：乙醇、水、二元精餾、浮閥連續(xù)精餾精餾塔、提餾段 Abstract The design is based ethanol - water system for the design of the matter of separation of ethanol and water to the valve tower distillation equipment. The valve tower is the main liquid mass transfer in chemical production equipment, this design for the binary system ethanol - water distillation, selection, calculation, accounting, graphics, etc., is more complete distillation design process . Calculated number of theoretical plates for the 16-by-board, the reflux ratio is 3.531, calculate the tower efficiency is 0.518, the actual plate number was 32, the feed position 11 in the design calculation of the size of the plate tower process a tower diameter of 1 meter, effective tower 13.6 meters high, the number of float valve (stripping section block 76). By the hydrodynamics of the float valves and checking, to prove that the indicator data meet the standards. The normal design process, the appropriate operation. Keywords: ethanol, water, binary distillation, the float valve continuous distillation distillation, stripping segment 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)（論文）題目： 設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 至 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行地點(diǎn)： 1、 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 2、 設(shè)計(jì)（論文）的主要技術(shù)指標(biāo) 3、 設(shè)計(jì)（論文）的基本要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 4、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 5、 進(jìn)度安排及完成情況 序號(hào) 設(shè)計(jì)（論文）各階段任務(wù) 日 期 完成情況 1 月 日 ~ 月 日 2 月 日 ~ 月 日 3 月 日 ~ 月 日 4 月 日 ~ 月 日 5 月 日 ~ 月 日 6 月 日 ~ 月 日 學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 系主任簽名： 201 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 評(píng) 分 表（導(dǎo)師建議成績(jī)） 項(xiàng)目 創(chuàng)新 摘要 內(nèi)容 字跡 表現(xiàn) 合計(jì) 權(quán)重 10 5 60 10 15 100 分?jǐn)?shù) 指導(dǎo)教師簽字： 201 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)： 評(píng) 分 表（評(píng)閱教師建議成績(jī)） 項(xiàng)目 創(chuàng)新 摘要 內(nèi)容 字跡 合計(jì) 權(quán)重 10 5 75 10 100 分?jǐn)?shù) 評(píng)閱教師簽字： 201 年 月 日 畢業(yè)答辯情況表 答 辯 組 成 員 姓 名 職 稱(chēng) 工 作 單 位 注 備 答辯評(píng)語(yǔ)： 建議答辯成績(jī)： 答辯組長(zhǎng)： 200 年 月 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 答辯委員會(huì)主任： 200 年 月 日 成 績(jī) 答辯時(shí)間：200 年 月 日 附 錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 目錄 前言 1 第一章 精餾塔的介紹 2 1.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用[1] 2 1.2精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求[2] 2 1.3常用板式塔類(lèi)型及本設(shè)計(jì)的選型[1] 2 1.4．本設(shè)計(jì)所選塔的特性[2] 3 第二章 工藝設(shè)計(jì) 5 2.1塔板的工藝設(shè)計(jì) 5 2.1.1化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 5 2.1.2精餾塔全塔物料衡算 5 2.2塔板的計(jì)算 12 2.2．1理論塔板的計(jì)算[9] 12 2.2.2塔經(jīng)的初步計(jì)算[10] 13 2.2.3溢流裝置[11] 14 2.2.4塔板布置及浮閥數(shù)目與排列[12] 15 2.2.5塔板的流體力學(xué)計(jì)算 17 2.3.1淹塔 18 2.3.2液沫夾帶 18 2.3.3塔板負(fù)荷性能圖 19 第三章總結(jié) 23 3.1浮閥塔工藝計(jì)算及附件計(jì)算結(jié)果 23 3.1.1浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 23 3.1.2附件設(shè)計(jì) 24 附錄 29 謝 詞 32 參考文獻(xiàn) 33 .. 前言 首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過(guò)泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開(kāi)了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入乙醇的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過(guò)程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說(shuō)的過(guò)程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇和水的分離。 第一章 精餾塔的介紹 1.1精餾原理及其在化工生產(chǎn)上的應(yīng)用[1] 實(shí)際生產(chǎn)中，在精餾柱及精餾塔中精餾時(shí)，上述部分氣化和部分冷凝是同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)理想液態(tài)混合物精餾時(shí)，最后得到的餾液(氣相冷卻而成)是沸點(diǎn)低的B物質(zhì)，而殘液是沸點(diǎn)高的A物質(zhì)，精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果，塔頂冷凝收集的是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。 1.2精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求[2] 精餾設(shè)備所用的設(shè)備及其相互聯(lián)系，總稱(chēng)為精餾裝置，其核心為精餾塔。常用的精餾塔有板式塔和填料塔兩類(lèi)，通稱(chēng)塔設(shè)備，和其他傳質(zhì)過(guò)程一樣，精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下： 一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流 動(dòng)。 二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。 三：流體阻力小：流體通過(guò)塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。 四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。 五：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，安裝檢修方便。 六：能滿(mǎn)足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 1.3常用板式塔類(lèi)型及本設(shè)計(jì)的選型[1] 常用板式塔類(lèi)型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等。而浮閥塔具有很多優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開(kāi)發(fā)的主要方向。近年來(lái)與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實(shí)際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負(fù)荷范圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到滿(mǎn)意的程度。 浮閥塔塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)。所以在此我們使用浮閥塔，浮閥塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便；塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大等。 乙醇與水的分離是正常物系的分離，精餾的意義重大，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于提純物質(zhì)有非常重要的意義。所以有必要做好本次設(shè)計(jì) 1.4．本設(shè)計(jì)所選塔的特性[2] 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是： 1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開(kāi)孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負(fù)荷波動(dòng)范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過(guò)浮閥塔板時(shí)阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價(jià)昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來(lái)，浮閥塔的推廣并不是越來(lái)越廣。 近幾十年來(lái)，人們對(duì)浮閥塔的研究越來(lái)越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)越來(lái)越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。 第二章 工藝設(shè)計(jì) 2.1塔板的工藝設(shè)計(jì) 2.1.1化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、設(shè)計(jì)題目：分離乙醇-水混合液的浮閥精餾塔 二、原始數(shù)據(jù)及條件 生產(chǎn)能力：年處理乙醇-水混合液10萬(wàn)噸（開(kāi)工率300天/年） 原 料：乙醇含量為20%（質(zhì)量百分比）的常溫液體 分離要求：塔頂乙醇含量不低于95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔頂乙醇含量不高于0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔操作條件： 平均操作壓力：1atm 進(jìn)料熱狀況：飽和液體進(jìn)料 回流比：自選 單板壓降：<=0.7kpa 塔板類(lèi)型：篩板或浮閥塔 工作日：每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 2.1.2精餾塔全塔物料衡算 F：原料液流量(kmol/h) xF：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同） D：塔頂產(chǎn)品流量(kmol/h) xD：塔頂組成 W：塔底殘液流量(kmol/h) xW：塔底組成 原料乙醇組成： 塔頂組成： 塔底組成： 進(jìn)料量： kmol/s 物料衡算式為： （1） 聯(lián)立代入求解：D=0.0189 kmol/s W=0.1693 kmol/s 表2-1 常壓下乙醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系 溫度/℃ 液相 氣相 溫度/℃ 液相 氣相 溫度/℃ 液相 氣相 100 95.5 0 1.90 0 17.00 82.7 82.3 23.37 26.08 54.45 55.80 79.3 78.74 57.32 67.63 68.41 73.85 89.0 7.21 38.91 81.5 32.73 59.26 78.41 74.72 78.15 86.7 9.66 43.75 80.7 39.65 61.22 78.15 89.43 89.43 85.3 12.38 47.04 79.8 50.79 65.64 84.1 16.61 50.89 79.7 51.98 65.99 1.溫度 ①tF：，tF=87.41℃ ②tD：，tD=78.17℃ ③tW：，tW=99.82℃ ④精餾段平均溫度：℃s ⑤提餾段平均溫度：℃ 2.密度 已知：混合液密度 （2） 混合氣密度（a為質(zhì)量分率，為平均分子量） （3） （1）精餾段：℃ 液相組成x1：，x1=22.94% 氣相組成y1：，y1=54.22% 所以 kg/kmol kg/kmol （2）提餾段：℃ 液相組成x2：，x2=3.44% 氣相組成y2：，y2=23.37% 所以 kg/kmol kg/kmol 表2不同溫度下乙醇和水的密度 溫度/℃ ρ已 ρ水 溫度/℃ ρ已 ρ水 80 735 971.8 95 720 961.85 85 730 968.6 100 716 958.4 90 724 965.3 求得在與下乙醇和水的密度 ℃，， kg/m ， kg/m 同理：℃， kg/m， kg/m 在精餾段 液相密度： kg/m 氣相密度： kg/m 在精餾段 液相密度： kg/m 氣相密度： kg/m 3.混合液體表面張力 二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列各式計(jì)算 公式： （4） 注： （5） （6） （7） （8） （9） （10） （11） （12） （13） 式中下角標(biāo)w、o、s分別代表水、有機(jī)物及表面部分，Xw、Xo指主體部分的分子數(shù)，、指主體部分的分子體積，、為水、有機(jī)物的表面張力，對(duì)乙醇q=2。 ① 餾段：℃ 表3乙醇和水的張力 溫度/℃ 70 80 90 100 乙醇表面張力/10-2N/m2 18 17.15 16.2 15.2 水表面張力/10-2N/m2 64.3 62.6 60.7 58.8 cm3/mol cm3/mol 乙醇表面張力：， 水表面張力：， 因?yàn)? ， 所以 聯(lián)立方程組 代入解得： ， ②提餾段：℃ cm3/mol cm3/mol 乙醇表面張力：， 水表面張力：， ， 因?yàn)? ， 所以 聯(lián)立方程組 代入解得： 4.混合物的粘度 ℃，查表得： mPas， mPas ℃，查表得： mPas， mPas 精餾段粘度 mPas 提餾段粘度 mPas 5.相對(duì)揮發(fā)度[7] ①精餾段揮發(fā)度：由，得， 所以 （14） ②提餾段揮發(fā)度：由，得， 所以 （15） 6.氣液相體積流量計(jì)算[8] 根據(jù)x-y圖得： 所以 取 （1）精餾段： kmol/s （16） kmol/s （17） 已知： kg/kmol， kg/kmol kg/m， kg/m 質(zhì)量流量： kg/s （18） kg/s （19） 體積流量： m/s （20） m/s （21） （2）提餾段：因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料，所以q=1 kmol/s （22） kmol/s （23） 已知： kg/kmol， kg/kmol kg/m， kg/m 質(zhì)量流量： kg/s （24） kg/s （25） 體積流量： m/s （26） m/s （27） 2.2塔板的計(jì)算 2.2．1理論塔板的計(jì)算[9] 理論板：指離開(kāi)這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上液相組成均勻。 理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法、圖解法，本次實(shí)驗(yàn)采用圖解法。 根據(jù)1.103105Pa下，乙醇-水的氣液平衡組成關(guān)系可繪出平衡曲線(xiàn)即x-y曲線(xiàn)圖，泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1，即q為一直線(xiàn)，本平衡具有下凹部分，操作線(xiàn)尚未落到平衡線(xiàn)前，已與平衡線(xiàn)相切。，操作回流比 已知：精餾段操作線(xiàn)方程： 精餾段操作線(xiàn)方程： 在圖上作操作線(xiàn)，由點(diǎn)（0.849，0.849）起在平衡線(xiàn)與操作線(xiàn)間畫(huà)階梯，過(guò)精餾段操作線(xiàn)與q線(xiàn)交點(diǎn)，直到階梯與平衡線(xiàn)交點(diǎn)小于0.00043為止，由此得到理論板NT=20塊（包括再沸器），加料板為第18塊理論板。 板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí)際塔板上傳質(zhì)過(guò)程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式計(jì)算。 （29） 注：——塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度 ——塔頂與塔底平均溫度下的液體粘度mPas （1）精餾段 已知：，mPas 所以： 故塊 （1）精餾段 已知：， mPas 所以： 故塊 全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：塊 全塔效率加料板位置在第40塊板。 2.2.2塔經(jīng)的初步計(jì)算[10] 1.精餾段 由=（安全系數(shù)），安全系數(shù)=0.6-0.8，式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出： （30） 橫坐標(biāo)數(shù)值： 取板間距： m， m，則 m 查圖可知： m/s m/s m 橫截面積： m2 空塔氣速： m/s 2.提餾段 橫坐標(biāo)數(shù)值： 取板間距： m， m，則 m 查圖可知： m/s m/s m 橫截面積： m2 空塔氣速： m/s 2.2.3溢流裝置[11] 1.堰長(zhǎng) 取 m 出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度按下式計(jì)算 近似取E=1 （30） （1）精餾段 m m （2）提餾段 m m 2.弓形降液管寬度和橫截面積 查圖得：， 則 m2， m 驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間： 精餾段： s （31） 提餾段： s （32） 停留時(shí)間>5s，故降液管可用。 3.降液管底隙高度 （1）精餾段 取降液管底隙的流速 m/s，則 m （2）提餾段 取降液管底隙的流速 m/s，則 m 因?yàn)椴恍∮?0mm，故滿(mǎn)足要求。 2.2.4塔板布置及浮閥數(shù)目與排列[12] 1.塔板分布 本設(shè)計(jì)塔經(jīng)D=1.6m，采用分塊式塔板，以便通過(guò)人孔裝拆塔板。 2. 浮閥數(shù)目與排列 （1）精餾段 取閥孔動(dòng)能因子，則孔速為 m/s（33） 每層塔板上浮閥數(shù)目為 個(gè) （34） 取邊緣區(qū)寬度 m，破沫區(qū)寬度 m 計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即 （35） 其中 m （36） m （37） 所以m2 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距t=75mm 則排間距： （38） 考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，二各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用99mm，而應(yīng)小些。故取mm=0.065m，按t=75mm，mm，以等腰三角形叉排作圖，排的浮閥數(shù)198個(gè)。 按N=300重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子： m/s， 閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在9-13范圍內(nèi)，塔板開(kāi)孔率= （39） （1）提餾段 取閥孔動(dòng)能因子，則 m/s （40） 每層塔板上浮閥數(shù)目為個(gè) （41） 按t=75mm，估算排間距：m=113mm （42） 取mm，以等腰三角形叉排作圖，排的浮閥數(shù)180個(gè)。 按N=254重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因子： m/s， 閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在9-13范圍內(nèi)，塔板開(kāi)孔率= （43） 2.2.5塔板的流體力學(xué)計(jì)算 氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 可根據(jù)計(jì)算 （44） 1.精餾段 ⑴ 干板阻力 m/s （45） 因故 （46） ⑵ 板上氣液層阻力 取， （47） ⑶ 液體表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹? （48） （49） 2.提留段 ⑴ 干板阻力 m/s （50） 因，故 （51） ⑵ 板上充氣液層阻力。取， （52） ⑶ 表面張力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)母叨葹椋? （53） 2.3.1淹塔 為防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度 （54） 1、精餾段 ⑴ 單層氣體通過(guò)塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨? ⑵ 液體通過(guò)降液管的壓頭損失： （55） ⑶ 板上液層高度：，則，（56） 取，已選定， 則 可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求 2、提留段 ⑴ 單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨? ⑵ 液體通過(guò)降液管的壓頭損失 （57） ⑶ 板上液層高度：，則（58） 取，則 （59） 可見(jiàn)，所以符合防止淹塔的要求 2.3.2液沫夾帶 1、精餾段 泛點(diǎn)率= （60） 泛點(diǎn)率= （61） 板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度： 板上液流面積： 查物性系數(shù) K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 泛點(diǎn)率= 泛點(diǎn)率= 對(duì)于大塔，為了避免過(guò)量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過(guò)80%，由以上計(jì)算可知，無(wú)沫夾帶能夠滿(mǎn)足的要求。 提留段 取物性系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 泛點(diǎn)率= 泛點(diǎn)率= 由計(jì)算可知符合要求。 2.3.3塔板負(fù)荷性能圖 1、物沫夾帶線(xiàn) 泛點(diǎn)率= （62） 據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線(xiàn)，按泛點(diǎn)率80%計(jì)算 ⑴ 精餾段 整理得： （63） 由上可知物沫夾帶線(xiàn)為直線(xiàn)，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，算出 ⑵ 提留段 整理得： （64） 2、液泛線(xiàn) （65） 由此確定液泛線(xiàn)，忽略式中的， （66） 而 （67） ⑴ 精餾段0.254=5.34 整理得： ⑵ 提留段0.249=5.34 整理得： （68） 3、液相負(fù)荷上限 液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于35s 液體降液管內(nèi)停留時(shí)間 （70） 以Q=5s作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，則 m3/s （71） 4、漏液線(xiàn) 對(duì)于型重閥，依作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則（72） ⑴ 精餾段 m3/s ⑵ 提留段 m3/s 5、液相負(fù)荷下限 取堰上液層高度作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線(xiàn)，該線(xiàn)為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線(xiàn)。 ，取E=1.0 （73） 則 m3/s 由以上15作出塔板負(fù)荷性能圖?？梢钥闯? ⑴ 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn)p（設(shè)計(jì)點(diǎn)）處在適宜操作區(qū)內(nèi)的位置； ⑵ 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制操作下限由漏液控制； 圖1塔板負(fù)荷性能圖 ⑶ 按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限 m3/s，氣相負(fù)荷下限m3/s 所以精餾段操做彈性=，提餾段操做彈性= 第三章總結(jié) 3.1浮閥塔工藝計(jì)算及附件計(jì)算結(jié)果 3.1.1浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 表4 浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) 備注 精餾段 提留段 塔徑 D m 1.6 1.4 板間距 m 0.45 0.45 塔板類(lèi)型 單溢流弓形降液管 分塊式塔板 空塔氣速 m/s 1.36 堰長(zhǎng) m 1.3 1.3 堰高 m 0.0598 0.0516 板上液層高度 m 0.07 0.07 降液管底隙高 m 0.03 0.0358 浮閥數(shù) N 200 180 等腰三角形叉排 閥孔氣速 m/s 11.04 13.43 浮閥動(dòng)能因子 12.1 12.44 臨界閥孔氣速 m/s 9.5 11.42 孔心距 t m 0.075 0.075 同一橫排孔心距 排間距 m 0.065 0.08 相鄰橫排中心距離 單板壓降 Pa 670.85 666.03 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 s 20.55 17.04 降液管內(nèi)清液層高度 m 0.157 0.158 泛點(diǎn)率 % 61.41 44.06 氣相負(fù)荷上限 m/s 4.84 物沫夾帶控制 氣相負(fù)荷下限 m/s 3.66 1.72 漏液控制 操作彈性 2.96 2.81 3.1.2附件設(shè)計(jì) 接管 1、進(jìn)料管 進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類(lèi)型很多，有直管進(jìn)料管，彎管進(jìn)料管，本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。 管徑計(jì)算： ,取=1.6m/s，kg/m3 （74） m3/s 查表取 2回流管 采用直管回流管，取 m/s （75） m3/s 查表取 3、塔釜出料管 取m/s，直管出料，m3/s 查表取 4、塔頂蒸汽出料管 取直管出氣，取出口管速 ，則 查表取 5、法蘭 由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，由不同的公稱(chēng)直徑選用相應(yīng)的法蘭 ⑴ 進(jìn)料管法蘭： ⑵ 回流管法蘭： ⑶ 塔釜出料管法蘭： ⑷ 塔頂蒸汽管法蘭： ⑸ 塔釜蒸汽進(jìn)氣法蘭： 簡(jiǎn)體與封頭 1、簡(jiǎn)體 （76） 壁厚選6mm，所用材質(zhì)為 2、封頭 封頭分為橢圓形封頭、碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱(chēng)直徑，查得曲面高度,直邊高度，內(nèi)表面積，容積，選用封頭， 除沫器 當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出現(xiàn)氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流式除沫器，絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大，重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)全速，選取，系數(shù)=0.107 （77） m/s 除沫器直徑 選取不銹鋼除沫器：類(lèi)型：標(biāo)準(zhǔn)型，規(guī)格：10-100，材料：不銹鋼絲網(wǎng)（） 裙座 塔底常用裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于群座內(nèi)徑>800mm,故群座壁厚取16mm。 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)經(jīng)： 基礎(chǔ)環(huán)外經(jīng)： 圓整：=1800mm，=2400mm.基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量，腐蝕余量取18mm，考慮到再沸器，群座高度取2.5m，地角螺栓直徑取M30. 吊柱 對(duì)于較高的室外無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)措施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑D=2000mm，可選用吊柱600kg，s=1000mm，l=3500mm，H=1000mm，材料為。 人孔 人孔是安裝和檢修人員進(jìn)出塔的惟一通道，人空的設(shè)置應(yīng)便于人進(jìn)入任一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔10-20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔總共37塊板，需設(shè)置3個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座上應(yīng)開(kāi)設(shè)2個(gè)人孔，直徑450mm，人孔慎入塔內(nèi)部應(yīng)與他內(nèi)壁修平，其邊緣需倒裝和磨圓，人孔法蘭的密封形狀及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì)也是如此。 塔總體高度的設(shè)計(jì) 一、塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭的直線(xiàn)距離，取除沫器到第一板的間距為600mm，頂部空間高度為1200mm 二、塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤(pán)到塔底封頭的直線(xiàn)距離，釜液停留時(shí)間取5s。 （78） （79） 塔立體高度 （80） （81） 塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 一、確定冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷， （82） （83） 上兩式中的，分別為塔頂塔底混合物的汽化潛熱，為塔底混合物流率， 表3.1 水和乙醇的性質(zhì) 物質(zhì) 時(shí)的氣化潛熱KJ/mol 時(shí)的氣化潛熱KJ/mol 乙醇 40219 39113.43 0.849 0.00043 水 43193.94 40725.2 0.151 0.99957 kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h 二、冷凝器的選擇 有機(jī)物蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為5001500kcal/(㎡h℃) 本設(shè)計(jì)取 K=700 kcal/(㎡h℃)=2926J/(㎡h℃) 出料液溫度：78.237℃（飽和氣）→78.273℃（飽和液） 冷卻水溫度：20℃→35℃ 逆流操作：=58.273℃，=43.237℃ ℃ 傳熱面積： （84） 再沸器的選擇 選用120℃飽和水蒸汽加熱，傳熱系數(shù)取K=2926 J/(㎡h℃) 料液溫度：99.898℃→100℃，熱流體溫度120℃→120℃ 逆流操作：=20℃，=20.102℃ ℃ 傳熱面積： （85） 附錄 F：原料液流量(kmol/h) ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)） ：進(jìn)料溫度（℃） D：塔頂產(chǎn)品流量(kmol/h) ：塔頂組成（摩爾分?jǐn)?shù)） ：塔頂溫度（℃） W：塔底殘液流量(kmol/h) ：塔底組成（摩爾分?jǐn)?shù)） ：塔底溫度（℃） ：密度（kg/m） ：平均摩爾質(zhì)量（kg/kmol） ：表面張力（N/m2） ：粘度（mPas） R：回流比 ：相對(duì)揮發(fā)度 ：塔板效率 ：浮閥數(shù) ：理論板數(shù)（塊） ：實(shí)際板數(shù)（塊） ：流速（m/s） ：閥孔氣速（m/s） ：臨界閥孔氣速（m/s） :液體質(zhì)量流量（kg/s） :氣體質(zhì)量流量（kg/s） ：液體體積流量（m/s） ：氣體體積流量（m/s） ：堰長(zhǎng)（m） ：降液管底隙高（m） :堰高（m） ：堰上液高度（m） ：板上液層高度（m） ：板間距（m） :降液管內(nèi)清液層高度（m） ：降液管寬度（m） ：降液管橫截面積（m2） ：塔截面積（m2） ：閥孔動(dòng)能因子 ：邊緣區(qū)寬度（m） ：破沫區(qū)寬度（m） ：孔心距（m） ：排間距（m） ：?jiǎn)伟鍓航担≒a） ：液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間（s） Q：熱量（kJ/h） r：汽化潛熱（kJ/kg） H：全塔高度（m） D：塔徑（m） 下標(biāo)說(shuō)明：L：液相 V：氣相 1：精餾段 2：提留段 謝 詞 本次課程設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)兩周的時(shí)間得以完成，主要包括目錄、緒論、設(shè)計(jì)方案、浮閥塔的工藝計(jì)算等內(nèi)容，主要通過(guò)上網(wǎng)搜集資料、查找統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)的整合計(jì)算、文字的篩選以及上機(jī)調(diào)試等部分組成，在此基礎(chǔ)上形成了該課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)框架，最后由本人加以總結(jié)整合，提出了相關(guān)設(shè)計(jì)方案，具體內(nèi)容在課程設(shè)計(jì)各章節(jié)均有所體現(xiàn)。本次課程設(shè)計(jì)讓我取得了很多收獲。 首先，通過(guò)課程設(shè)計(jì)資料的搜索以及對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算，讓我對(duì)化工原理有了更加清晰、更加深刻的認(rèn)識(shí)，課程設(shè)計(jì)本身的完成過(guò)程，其實(shí)也是自己對(duì)化工原理輪廓的理解，對(duì)內(nèi)容的把握的過(guò)程，這樣可以更加豐富的了解了化工原理的全貌，對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)也更加深刻，不在浮于表面。 其次，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，提高了我的邏輯思維能力以及對(duì)材料的整合和篩選能力，這對(duì)于我今后的研究和學(xué)習(xí)有很大的幫助，通過(guò)了整個(gè)課程設(shè)計(jì)方案的描述，讓我更加全面的拓寬自己的思考能力。 再次，課程設(shè)計(jì)讓我更加重視實(shí)踐，重視對(duì)實(shí)際工作的關(guān)注，有利于提高我理論聯(lián)系實(shí)際的能力。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，我知道了如何去自覺(jué)學(xué)習(xí)，如何去體驗(yàn)實(shí)踐的成果，如何在實(shí)踐中后享受勝利的喜悅。