1、分離正庚烷-正己烷混合液的篩板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)一、課題名稱分離正庚烷-正己烷混合液的篩板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)二、課題條件原 料：正己烷、正庚烷溶液 處理量：30000t/a原料組成：正己烷44%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）原料液初溫： 40操作壓力、回流比、單板壓降：自選進(jìn)料狀態(tài)：冷液體進(jìn)料分離要求：塔頂苯含量不低于99%，殘液中苯含量不大于0.2%。塔 頂：全凝器塔 釜：飽和蒸汽間接加熱塔板形式：篩板生產(chǎn)時(shí)間：年開工300天，每天三班8小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)冷卻水溫度：20設(shè)備形式：篩板塔廠 址：濱州市三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的選定2、精餾塔的物料衡算3、塔板數(shù)的確定4、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算（加熱物料進(jìn)

2、出口溫度、密度、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)）5、精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算6、塔板主要工藝尺寸的計(jì)算7、塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算8、塔板負(fù)荷性能圖（精餾段）9、換熱器設(shè)計(jì)10、精餾塔接管尺寸計(jì)算1、撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份 設(shè)計(jì)說(shuō)明書的基本內(nèi)容(1)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(2)目錄(3)設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明(4)設(shè)計(jì)結(jié)果匯總(5)小結(jié)(6)參考文獻(xiàn)14、 有關(guān)物性數(shù)據(jù)可查相關(guān)手冊(cè)15、 注意事項(xiàng)(1)寫出詳細(xì)計(jì)算步驟，并注明選用數(shù)據(jù)的來(lái)源(2)每項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)束后列出計(jì)算結(jié)果明細(xì)表(3)設(shè)計(jì)最終需裝訂成冊(cè)上交四、進(jìn)度計(jì)劃2.收集資料，閱讀教材，擬定設(shè)計(jì)進(jìn)度 1-2天3.初步確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容 5-6天4.整理設(shè)計(jì)資料，撰

3、寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 前言第一章綜述第二章工藝條件的使用和說(shuō)明第三章 塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)3.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含正己烷摩爾分?jǐn)?shù)和平均摩爾質(zhì)量3.2.2 求q值及q線方程3.2.3 全塔效率ET3.2.4 實(shí)際板層數(shù)求解3.3.1 操作溫度3.3.2 平均摩爾質(zhì)量3.3.6 液相平均密度計(jì)算第四章精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)4.1 塔徑的計(jì)算提餾段4.2 精餾塔有效高度的計(jì)算4.3.1 溢流裝置計(jì)算4.3.1.1 堰長(zhǎng)4.3.1.4 降液管底隙高度4.4 塔板布置4.4.3 開孔區(qū)面積計(jì)算4.3.4 篩孔計(jì)算及其排列4.5 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.5.1 塔板

4、壓降4.5.1.1 干板阻力計(jì)算4.5.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算4.5.1.3 液體表面張力的阻力計(jì)算4.5.3 漏液4.5.4 液泛4.6 塔板負(fù)荷性能圖4.6.1.1 漏液線4.6.1.2 液沫夾帶線4.6.1.3 液相負(fù)荷下限線4.6.1.5 液泛線4.6.2.3 液相負(fù)荷下限線4.6.2.4 液相負(fù)荷上限線4.6.2.5 液泛線第五章 熱量衡算5.3.1 進(jìn)料管5.3.4 釜液排出管5.7 再沸器的選擇5.8 泵的選擇5.8.2回流泵設(shè)計(jì)感想?yún)⒖嘉墨I(xiàn)附錄一（結(jié)果匯總）附錄二 符號(hào)說(shuō)明精餾塔的工藝性能圖塔板設(shè)計(jì)圖塔設(shè)計(jì)圖塔板設(shè)計(jì)工藝圖前言 塔設(shè)備的基本功能在于給氣、液兩相充分接觸的

5、機(jī)會(huì)，使傳質(zhì)、傳熱兩種傳遞過(guò)程能夠迅速而且有效地進(jìn)行，并且還要能使能夠接觸的氣、液兩相及時(shí)分開，互不夾帶。所以，蒸餾、吸收、萃取、吸附等操作可在相同的設(shè)備中進(jìn)行。根據(jù)塔的結(jié)構(gòu)型式，塔設(shè)備可分為板式塔與填料塔兩大類。 板式塔內(nèi)裝有若干層塔板，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則靠壓差的推動(dòng)，由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔為逐級(jí)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備。在一個(gè)圓筒形的殼體內(nèi)裝有若干層按一定間距放置的水平塔板，塔板上開有很多篩孔，每層塔板靠塔壁處設(shè)有降液管。氣液兩相在塔板內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的

6、組成沿塔高呈階梯式變化。板式塔的優(yōu)點(diǎn)重量輕、效率好、處理量大、便于維修。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓降大。本設(shè)計(jì)采用板式塔中的篩板塔，主要對(duì)塔高、塔徑、附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算與選擇，進(jìn)行塔的流體力學(xué)驗(yàn)算和負(fù)荷性能圖，得到操作彈性等等。本次設(shè)計(jì)結(jié)果為：理論板數(shù)為21塊（不含再沸器），塔效率為57.48%，精餾段實(shí)際操作板數(shù)為16塊，提餾段實(shí)際操作板數(shù)為21塊，實(shí)際總板數(shù)為37塊（不包括塔底再沸器）。進(jìn)料位置為第17塊板，在板式塔的主要工藝尺寸計(jì)算中得出塔徑為1.2米，設(shè)置2個(gè)人孔，塔高為18.774米，通過(guò)篩板塔的流體力學(xué)驗(yàn)算，證明設(shè)計(jì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合要求。 第一章綜述塔設(shè)備是化工、石油等工業(yè)中最廣泛使用的重

7、要生產(chǎn)設(shè)備。塔設(shè)備的基本功能在于給氣、液兩相提供以充分接觸的機(jī)會(huì)，能夠使質(zhì)、傳熱兩種傳遞過(guò)程能夠迅速有效地進(jìn)行；還要使接觸之后的氣、液兩相及時(shí)分開。所以，蒸餾和吸收操作可在同樣的設(shè)備中進(jìn)行。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，塔設(shè)備可分為板式塔與填料塔兩大類。板式塔內(nèi)沿塔高裝有若干層塔板，液體靠重力作用由頂部逐板流向塔底，并且在各塊板上形成流動(dòng)的液層；氣體的推動(dòng)力為壓強(qiáng)差，由塔底向上穿過(guò)每層塔板上的液層而流向塔頂。氣、液兩相在塔內(nèi)進(jìn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。填料塔內(nèi)裝有各種形式的固體填充物，即填料。液相由塔頂噴淋裝置分布于填料層上，靠重力作用沿填料表面流下；氣相則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)

8、填料的間隙，由塔的一端流向另一端。氣、液在填料的潤(rùn)濕表面上進(jìn)行接觸，其組成沿塔高連續(xù)地變化。目前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多采用板式塔，而當(dāng)處理量較小時(shí)多采用填料塔。蒸餾操作的規(guī)模往往較大，所需塔徑常達(dá)一米以上，故采用板式塔較多；吸收操作的規(guī)模一般較小，故采用填料塔較多。 (1)氣(汽)、液兩相處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、液泛等破壞操作的現(xiàn)象。(2)操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷具有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，而且仍能夠在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須的可靠性。(3)流體流動(dòng)的阻力小，這大大節(jié)省了動(dòng)力消耗，并且也降低了操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精

9、餾操作，過(guò)大的壓力降使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)維持必要的真空度，導(dǎo)致破壞物系的操作。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造安裝容易。(5)耐腐蝕而且不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。(6)塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有大部分也是互相矛盾。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，一定要抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。塔設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級(jí)接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。篩板

10、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：(1)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。(2)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015。(3)塔板效率高，比泡罩塔高15左右。(4)壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30左右。篩板塔的缺點(diǎn)是：(1)塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 (2)操作彈性較小(約23)。(3) 小孔篩板容易堵塞。第二章工藝條件的使用和說(shuō)明蒸餾操作通常在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，應(yīng)該根據(jù)所處理的物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。由于對(duì)于正己烷正庚烷物系并沒有什么特殊要求，故本設(shè)計(jì)采用的是常壓進(jìn)料

11、。進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。本設(shè)計(jì)中采用40進(jìn)料。蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。當(dāng)然有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。然而，直接蒸汽加熱時(shí)，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起到了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)會(huì)稍有增加。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內(nèi)氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于

12、結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不易清洗，因此不適宜用于高粘度的液體或較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，因而，增加了塔的裙座高度。 本設(shè)計(jì)用水作為冷卻劑。冷凝器將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行。精餾塔選用篩板塔，配合使用螺紋管式換熱器。因?yàn)榇藫Q熱器承受的壓力在0-1.6MPa，振動(dòng)幅度小，噪音小，使用壽命長(zhǎng)，熱效率高，更加節(jié)省能量，全不銹鋼焊接，耐高溫高壓，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，占地面積小，結(jié)垢傾向低，維護(hù)費(fèi)用低，而且節(jié)能環(huán)保。第三章 塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)正己烷的摩爾質(zhì)量 正庚烷的摩爾質(zhì)量 原料處理量為

13、： 3.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含正己烷摩爾分?jǐn)?shù)和平均摩爾質(zhì)量 算 總物料衡算 D+WF 正己烷物料衡算 聯(lián)立解得 正庚烷的回收率： 正己烷的回收率： 式中：F原料液流量，D流出液流量， W釜?dú)堃毫髁浚?XF原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) XD餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) XW釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù) Antoine常數(shù)值組分ABCPS正己烷正庚烷 常壓下正己烷-正庚烷氣液平衡組成與溫度的關(guān)系 氣液平衡數(shù)據(jù)：PA/PB/液相中正己烷的摩爾分率x 氣相中正庚烷的摩爾分率y溫度t/0.086672465正己烷正庚烷t-x-y圖如下：利用表一中數(shù)據(jù)由內(nèi)差可求得當(dāng)，溶液的泡點(diǎn)溫度 3.

14、2.2 求q值及q線方程表二：正己烷和正庚烷的汽化熱(求81.17)溫度T/K 正己烷r1(KJ/mol) 正庚烷r2(KJ/mol) 內(nèi)插法可得 平均溫度表三：正己烷和正庚烷的比熱容(求60.89下)溫度T/K330340 正庚烷Cp2(J/(mol/K)內(nèi)插法：正己烷用已知：所以q線方程為所以由圖可看出q線與平衡線的交點(diǎn)（0.5684,0.7545） 所以 取 故精餾段操作線方程提餾段： 所以作下圖。圖解法求理論塔板數(shù)：利用origin作圖，可知第十塊板進(jìn)料，總理論板層數(shù)為21塊（不含再沸器），精餾段9塊，提餾段12塊 3.2.3 全塔效率ET塔頂與塔底平均溫度正己烷： 正庚烷： tPAP

15、B由直線內(nèi)插法： 3.2.4 實(shí)際板層數(shù)求解精餾段：N1=9/0.5748=16提餾段：N2=12/0.5748=21實(shí)際總板數(shù)：37塊3.3.1 操作溫度利用表一數(shù)據(jù)內(nèi)插法可求得、精餾段平均溫度提餾段平均溫度3.3.2 平均摩爾質(zhì)量精餾段（75.045）液相組成：氣相組成： 提餾段(89.745)液相組成：氣相組成：液相平均表面張力依下式計(jì)算，即 表四：正己烷和正庚烷液相表面張力T/K/()/() 精餾段液相平均表面張力()正己烷正庚烷 提餾段液相平均表面張力（） 正己烷 正庚烷液相平均粘度依下式計(jì)算：表五：正己烷和正庚烷液相黏度T/K精餾段液相平均黏度()正己烷 正庚烷 提餾段液相平均黏度

16、（） 正己烷 正庚烷 3.3.5 操作壓力計(jì)算 塔頂操作壓力每層塔板壓降 ，一般進(jìn)料板壓力 塔底操作壓力 精餾段平均壓力 提餾段平均壓力 全塔平均壓力3.3.6 液相平均密度計(jì)算表六：正己烷和正庚烷液相密度t/6080100620液相平均密度依下式計(jì)算：精餾段平均密度計(jì)算（t=70.045） 液相平均密度：正己烷 正庚烷 由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算氣相密度： 提餾段平均密度計(jì)算（）液相平均密度：正己烷正庚烷 氣相密度：第四章精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)4.1 塔徑的計(jì)算 精餾段的氣、液相體積流率為式中 V精餾段氣相流量， L精餾段液相流量，MVM、MLM分別為精餾段氣、液相平均摩爾質(zhì)量，、分別為精餾段

17、氣、液相平均密度，kg/m3取板間距HT=0.40mm,取板上層液高度為0.07m . 則，,由史密斯關(guān)聯(lián)圖得HT 史密斯關(guān)聯(lián)圖 由極限空塔氣速的計(jì)算式：、分別為氣、液相平均密度，kg/m3C20物系表面張力的負(fù)荷系數(shù)m操作物系的液體平均表面張力， C操作物系的負(fù)荷系數(shù)取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為式中 D塔徑，m Vs塔內(nèi)氣體流量，m3/s u空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的氣體線速度，m/s提餾段的氣、液相體積流率為式中 V提餾段氣相流量， L提餾段液相流量,MVM、MLM分別為提餾段氣、液相平均摩爾質(zhì)量，、分別為提餾段氣、液相平均密度，kg/m3取板間距HT=0.40mm,取板上層液高度為

18、0.07m . 則，查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 C0由極限空塔氣速的計(jì)算式：、分別為氣、液相平均密度，kg/m3C20物系表面張力的負(fù)荷系數(shù)m操作物系的液體平均表面張力， C操作物系的負(fù)荷系數(shù)取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為式中 D塔徑，m Vs塔內(nèi)氣體流量，m3/s u空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的氣體線速度，m/s塔截面積： 實(shí)際空塔氣速：精餾段 提餾段項(xiàng)目 板間距（m）板上液層高度(m)塔徑(m)精餾段提餾段4.2 精餾塔有效高度的計(jì)算塔 徑/D，m板間距/HT，mm200300250350300450350600400600 化工生產(chǎn)中常用板間距為：200，250，300，350，400，450，

19、500，600，700，800mm。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝、檢修的需要。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.6m ，故精餾塔的有效高度為4.3.1 溢流裝置計(jì)算溢流裝置包括溢流堰和降液管。降液管形式和底隙降液管：弓形、圓形。小塔用圓形，一般采用弓形降液管。 塔板溢流形式有：U型流、單溢流、雙溢流和階梯流。表溢流形式選擇塔 徑小塔、液體流量小塔徑大于2m塔徑很大、液體流量很大溢流形式U型流單溢流雙溢流階梯流因塔徑 D=1.2m ，可選用單溢流弓形降液管。各項(xiàng)計(jì)算如下：4.3.1.1 堰長(zhǎng)堰長(zhǎng)由液相

20、負(fù)荷和溢流形式?jīng)Q定。對(duì)單溢流，一般取，對(duì)雙溢流，一般取同理，提餾段的為由式中 堰高，m 板上液層高度，m 堰上液層高度，m溢流堰板的形狀由決定，>0.6選平直堰；選用平直堰，堰上液層高度：近似取E=1（一般情況取1，可借用博爾斯對(duì)泡罩塔提出的液流收縮系數(shù)計(jì)算圖求取。）式中 堰長(zhǎng)，m 塔內(nèi)液體流量，m3/hE液流收縮系數(shù)，則精餾段 同理，提餾段的為取板上清液層高度，故 精餾段提餾段由由弓形降液管的參數(shù)圖查得精餾段 提餾段為避免嚴(yán)重的氣泡夾帶，停留時(shí)間，其中。驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間為：精餾段：提餾段： 式中 '塔內(nèi)液體流量，m3/h HT板間距，m Af弓形降液管截面積，m2故降

21、液管設(shè)計(jì)合理4.3.1.4 降液管底隙高度底隙 h0：通常在 30-40mm，若太低易于堵塞。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取=0.07 m/s 0.25 m/s精餾段：提餾段：故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。4.4 塔板布置塔板類型按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為整塊式或分塊式兩種。一般，塔徑從小于800mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在900mm以上時(shí)，采用分塊式塔板。因，故塔板采用分塊式。 溢流區(qū)區(qū)（受液區(qū)和降液區(qū)） Wd一般兩區(qū)面積相等。 鼓泡區(qū) 氣液傳質(zhì)有效區(qū)入口安定區(qū)和出口安定區(qū) Ws=50-100mm。邊緣區(qū)：小塔Wc=30-50mm，大塔50-75mm。4.4.3 開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積：其中故式中 邊緣區(qū)寬度，m

22、 開孔區(qū)面積，m2 弓形降液管寬度，m 破沫區(qū)寬度，m4.3.4 篩孔計(jì)算及其排列本體系所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距 為篩孔數(shù)目n為：式中 開孔區(qū)面積，m2 t孔間距，m開孔率為精餾段氣體通過(guò)篩孔的氣速為提餾段氣體通過(guò)篩孔的氣速為4.5 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.5.1 塔板壓降4.5.1.1 干板阻力計(jì)算干板阻力：式中 氣體通過(guò)篩孔的氣速，m/s C0干篩孔的流量系數(shù)、分別為精餾段氣、液相平均密度，kg/m3由查查干篩孔的流量系數(shù)圖得，故精餾段提餾段4.5.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力： ，式中 Vs塔內(nèi)氣體流量，m3/s A

23、T塔截面積，m2 Af弓形降液管截面積，m2精餾段：提餾段：查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，精餾段得提餾段的式中 板上液層高度，m4.5.1.3 液體表面張力的阻力計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力：精餾段的為提餾段的為 式中 d0孔直徑，m m操作物系的液體平均表面張力，氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度 可按下式計(jì)算，即精餾段的為提餾段的為 氣體通過(guò)每層塔板的壓降為精餾段的為（設(shè)計(jì)允許值） 提餾段的為（設(shè)計(jì)允許值）霧沫夾帶量：精餾段的為：同理，提餾段的為 式中 板上液層高度，m HT板間距，m m操作物系的液體平均表面張力， 氣體通過(guò)篩孔時(shí)的速度，m/s故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。4.5.3 漏液對(duì)篩板塔，漏

24、液點(diǎn)氣速：精餾段的為：實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為同理，提餾段的為， 穩(wěn)定系數(shù)為式中 板上液層高度，m C0干篩孔的流量系數(shù) 、分別為精餾段氣、液相平均密度，kg/m3 與液體表面張力壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m 故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。4.5.4 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 式中 HT板間距，m 堰高，m 系數(shù)，是考慮到降液管內(nèi)充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)。易氣泡物系，不易起泡物系，一般物系，取。精餾段的為 板上不設(shè)進(jìn)口堰，液柱液柱提餾段的為 故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。4.6 塔板負(fù)荷性能圖4.6.1.1 漏液線由 得 由上表數(shù)據(jù)即可分別作出精餾段的漏

25、液線1。lsvs4.6.1.2 液沫夾帶線以 為限，求關(guān)系如下：由 故 整理得 由上表數(shù)據(jù)即分別可作出精餾段和提餾段的霧沫夾帶線2。lsvs054.6.1.3 液相負(fù)荷下限線對(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)。由式得取 E=1，則 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。以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限：故據(jù)此可分別作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。 4.6.1.5 液泛線令 由；聯(lián)立得 忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得故 精餾段在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出個(gè)值，計(jì)算結(jié)果列于表vsls1.064上表為液泛線計(jì)算結(jié)果由

26、以上數(shù)據(jù)可分別作出精餾段的液泛線5。精餾段,操作氣液比根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔精餾段的負(fù)荷性能圖精餾段塔板負(fù)荷性能圖由圖中可知,操作線的下限由漏液線控制，上限由液泛線控制，故操作彈性為：2<3.02<4表明其在正常操作彈性范圍內(nèi)。由 得 lsvs/由上表數(shù)據(jù)即可分別作出提餾段的漏液線1。以 為限，求關(guān)系如下：由 故 整理得 由下表數(shù)據(jù)即分別可作出提餾段的霧沫夾帶線2。vsls4.6.2.3 液相負(fù)荷下限線對(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)。由式得取 E=1，則 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。4.6.2.4 液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時(shí)

27、間的下限：故據(jù)此可分別作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。 4.6.2.5 液泛線令 由 ；聯(lián)立得 忽略，將與，與，與的關(guān)系式代入上式，并整理得式中 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得故 提餾段在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出個(gè)值，計(jì)算結(jié)果列于下表vs/ls5提餾段，操作氣液比：根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔提餾段的負(fù)荷性能圖提餾段塔板負(fù)荷性能圖由圖中可知,操作下限由漏液線，上限由液相負(fù)荷上限線控制，故操作彈性為;2<2.083<4表明其在正常操作彈性范圍內(nèi)第五章 熱量衡算選用飽和水蒸氣，溫度110.原因：水蒸氣清潔易得，不易結(jié)垢，不腐蝕管道。飽和水蒸氣冷凝放熱值大，而水蒸氣壓力越高

28、，冷凝溫差越大，管程數(shù)相應(yīng)減少，但水蒸氣壓力不宜太高。選冷卻水，溫度20，溫升10。原因：冷卻水方便易得，清潔而且不易結(jié)垢。升溫線越高，用水量越小，但平均溫差小，傳熱面積大，綜合考慮選擇10。由前面的計(jì)算結(jié)果可知：塔頂溫度，塔底溫度，進(jìn)料溫度。下: 正庚烷330340正己烷比熱容 ： 正庚烷的比熱容： 同理的下： 下： (1)0時(shí)塔頂氣體上升的焓QV塔頂以0為基準(zhǔn)。(2)回流液的焓 回流液組成與塔頂組成相同。(3)塔頂餾出液的焓(4)冷凝器消耗的焓 (5)進(jìn)料口的焓下： (6)塔底殘液的焓(7)再沸器若塔釜熱損失為10%，則=0.9，設(shè)再沸器熱量損失，則因此，加熱器實(shí)際熱負(fù)荷為：5.3.1 進(jìn)

29、料管查表可知，60和80正己烷的密度分別為 ，由以下公式解得，對(duì)于正庚烷由公式得：，解得，由以下公式：=選取管規(guī)格484.5（無(wú)縫鋼管規(guī)則GB/T816387）解得：解得：取選取管規(guī)格34×4（無(wú)縫鋼管規(guī)則GB/T816387）塔頂?shù)臏囟葹?8.92，此時(shí)氣相組成：塔頂蒸氣密度蒸汽體積流量為取選取管規(guī)格168×5.5（無(wú)縫鋼管規(guī)則GB/T816387）5.3.4 釜液排出管釜底釜底溫度為98.32，液相組成=0.0023：對(duì)于正己烷的密度： 解得 對(duì)于正庚烷的密度：解得 取選取管規(guī)格34×2（無(wú)縫鋼管規(guī)則GB/T816387）選取管規(guī)格219×18無(wú)縫鋼

30、管規(guī)則GB/T816387）查文獻(xiàn)可知： 封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭、球形封頭幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑為1200mm，查得曲面高度為300mm,直邊高度為40mm,內(nèi)表面積為1.17平方米，容積為0.272立方米。塔底常用裙座支撐，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。由于裙座直徑大于800mm，故裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： 基礎(chǔ)環(huán)外徑： 圓整：?；A(chǔ)環(huán)厚度考慮到腐蝕余量取18mm:考慮再沸器，裙座取1.5m。人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于人進(jìn)出任何一層塔板。由于設(shè)置人孔處塔間距離大，

31、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1020塊板才設(shè)一個(gè)孔，本塔中共37塊板，需設(shè)置2個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為600mm。由于本塔有32層板，那么應(yīng)該有兩個(gè)人孔，人孔直徑由于考慮到濱州為北方地區(qū)，故人孔直徑為600mm。本設(shè)計(jì)在進(jìn)料板上方和接近塔釜處各設(shè)置一人口，板間距為0.6m。當(dāng)空塔氣速較大時(shí)，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，工藝生產(chǎn)過(guò)程中不允許出塔氣速夾帶霧滴，因此設(shè)置除沫器。由于本設(shè)計(jì)空塔氣速<1.5m，所以可以不設(shè)除沫器。 塔頂空間是指塔內(nèi)最上層踏板與塔頂?shù)木嚯x。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，設(shè)計(jì)中通常取塔頂間距為（1.5-2.0）板間距。故本設(shè)計(jì)中塔

32、頂空間為塔底空間高度具有中間貯槽的作用，塔釜液最好能在塔底有1015min 的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致排完。塔底產(chǎn)量取10min的儲(chǔ)液，則塔底空間體積：則塔底空間高度：總塔高：5.6 冷凝器的選擇有機(jī)物蒸氣冷凝器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為2901160W/(m2.)本設(shè)計(jì)取K=700 W/(m2.)出料液溫度：68.92（飽和氣）68.92（飽和液）冷卻水溫度：2030汽化潛熱： 逆流操作： ，平均摩爾質(zhì)量：蒸汽流量：蒸汽平均汽化熱： 傳熱面積：因?yàn)閮闪黧w溫差小于70，故選用列管換熱器。（查柴誠(chéng)敬化工原理（上）P340）查得有關(guān)參數(shù)如下表3所示參數(shù)規(guī)格參數(shù)規(guī)格公稱直徑DN/mm325管子

33、尺寸公稱壓力PN/Mpa管長(zhǎng)L/mm4500管程數(shù)1管子根數(shù)57管程流程面積/管子排列方式正三角形中心排管數(shù)9折流擋板形式弓形實(shí)際換熱面積：面積裕度 符合要求。5.7 再沸器的選擇水蒸氣再沸器設(shè)計(jì)選用的總體傳熱系數(shù)一般范圍為20004250W/(m2.)本設(shè)計(jì)取K=2500 W/(m2.)水蒸氣溫度：110（蒸汽）110（水）逆流操作：平均摩爾質(zhì)量：蒸汽流量： 蒸汽汽化熱：傳熱面積：選用列管換熱器，由于含有（查柴誠(chéng)敬化工原理（上）P340頁(yè)附錄）查得有關(guān)參數(shù)如下表：參數(shù)規(guī)格參數(shù)規(guī)格公稱直徑DN/mm450管子尺寸公稱壓力PN/Mpa管長(zhǎng)L/mm 3000管程數(shù)1管子根數(shù)135管程流程面積/管子

34、排列方式正三角形中心排管數(shù)13折流擋板形式弓形實(shí)際換熱面積：面積裕度滿足面積裕度的要求故也滿足要求5.8 泵的選擇原料液流量進(jìn)料液在40度的正己烷的密度：正己烷的密度同理可得：正庚烷的密度：正己烷的粘度：，正庚烷的粘度： 故，進(jìn)料液的摩爾質(zhì)量為所以 取管內(nèi)流速：u=1.6m/s，則：故可選用選取42×2mm,得實(shí)際流速為：雷諾數(shù)：對(duì)新鑄鐵管，取則相對(duì)粗糙度：根據(jù)及，查化工原理（上冊(cè)，柴誠(chéng)敬編）P48圖122得進(jìn)料口高度：壓頭損失：揚(yáng)程可選泵的型號(hào)：IS50-32-200參考(化工原理上冊(cè)附錄）5.8.2回流泵同理 回流液流量 選用型號(hào)為 的單機(jī)單吸離心泵設(shè)計(jì)感想 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓

35、我們不僅把在課程上學(xué)到的化工原理的知識(shí)得到了應(yīng)用，同時(shí)我們?cè)谛〗M討論的過(guò)程中，共同進(jìn)步，而且還增加了組員們的感情。在這個(gè)過(guò)程中，提高了自己的動(dòng)手能力，以及合理的應(yīng)用圖書館以及網(wǎng)絡(luò)資源，遇到問(wèn)題，查文獻(xiàn)，查教材，還有利用以前學(xué)過(guò)的excel，word，origin。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們達(dá)到了多方面的提高，只有遇到問(wèn)題，才會(huì)激發(fā)要學(xué)習(xí)的潛能。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，提高了自己的能力。懂得了好多原來(lái)不懂得東西。感謝老師，讓我們找到成就感。參考文獻(xiàn)1陳敏恒等化工原理第二版化學(xué)工業(yè)出版社,1999 2賈紹義,柴誠(chéng)敬主編化工原理天津:高等教育出版社,20123李功樣,陳蘭英,崔英德主編常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)廣州

36、:華南理工大學(xué)出版社,20034申迎華，郝曉剛主編.化工原理課程設(shè)計(jì)北京：化學(xué)工業(yè)出版社,20095董大勤主編化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)北京：化學(xué)工業(yè)出版社,20116化工設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)，第1篇化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第8篇傳熱設(shè)備及工業(yè)生產(chǎn).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19867柴誠(chéng)敬化工原理（上、下冊(cè)）修訂版.天津：高等教育出版社,20098熊潔羽化工制圖.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.9馬江權(quán)，冷一欣化工原理課程設(shè)計(jì)，石油大學(xué)出版社，2012附錄一（結(jié)果匯總）序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算結(jié)果精餾段提餾段1平均壓力 2平均溫度 t3平均摩爾質(zhì)量液相 氣相 4平均密度液相 氣相 5平均表面張力 6平均黏度

37、7全塔效率8實(shí)際塔板數(shù)塊16218塔徑Dm9空塔氣速m/s10溢流裝置堰長(zhǎng)m溢流堰高度m溢流形式單溢流板上液層高度m堰上液層高度m11入口安定區(qū)m12邊緣區(qū)m13開孔面積14篩孔直徑m15篩孔數(shù)n299516篩孔氣速m/s817開孔率18孔心距tmm19塔板壓降 KPa20液相負(fù)荷上限線 21液相負(fù)荷下限線 22液沫夾帶 23液泛 24漏液25操作彈性附錄二 符號(hào)說(shuō)明Aa塔板開孔區(qū)面積，m2； Af降液管截面積，m2； A0篩孔總面積，m2； AT塔截面積，m2； C0流量系數(shù)，無(wú)因次； C計(jì)算umax時(shí)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；eV液沫夾帶

38、量,kg(液)/kg(氣)； E液流收縮系數(shù)，無(wú)因次;F氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(s·m1/2)； F0篩孔氣相動(dòng)能因子，kg1/2/(s·m1/2)； hl進(jìn)口堰與降液管間的水平距離，m； hc與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱； hd與液體流過(guò)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m： hl與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺； hL板上清液層高度，m； h0降液管的底隙高度，m； how堰上液層高度，m； hw溢流堰高度，m； hw進(jìn)口堰高度，m； h與克服的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m； H板式塔高度; Hd降液管內(nèi)清液層高度，m； HT塔板間距，m； K穩(wěn)定系數(shù)，無(wú)因次； lW堰長(zhǎng)，

39、m； Lh液體體積流量，m3/h； LS液體體積流量，m3/s； n篩孔數(shù)目； NT理論板層數(shù)； P操作壓力，Pa； P壓力降，Pa； t篩孔的中心距，m； u空塔氣速，m/s； u0漏液點(diǎn)氣速，m/s； u0液體通過(guò)降液管底隙的速度，m/s； VS氣體體積流量，m3/s； LS液體體積流量，m3/s； Wc邊緣無(wú)效區(qū)寬度，m； Wd弓形降液管寬度，m； Z板式塔的有效高度，m； 希臘字母 充氣系數(shù)，無(wú)因次； 篩板厚度，m液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間，s； 粘度，Pa·s； 密度，kg/m3； 表面張力，N/m； 開孔率或孔流系數(shù)，無(wú)因次； 液體密度校正系數(shù)，無(wú)因次。 下標(biāo) max最大的；

40、min最小的； L液相的； V氣相的。 精餾塔的工藝性能圖塔板設(shè)計(jì)圖塔設(shè)計(jì)圖塔板設(shè)計(jì)工藝圖內(nèi)部資料僅供參考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#&#849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz

41、849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X

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