第一章精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離乙醇-丙醇混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用氣液混合進(jìn)料，將原料通過(guò)預(yù)熱器加熱至指定溫度后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分作為產(chǎn)品冷卻后送至儲(chǔ)罐。隨著全球能源緊缺，國(guó)家節(jié)能降耗方案的提出。故操作回流比取最小回流比的1.5倍。以減少塔釜的加熱負(fù)荷。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。1.1原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分率

1.2物料衡算總物料衡算：即……………（1-1）易揮發(fā)組分物料衡算：即…………………（1-2）1.3相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度：提餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度：1.4最小回流比的確定氣液相平衡方程為代入上式1.5操作線方程的確定精餾段操作線方程：得：提餾段操作線方程：1.6精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置采用相平衡方程與操作線方程式逐板計(jì)算法求得各理論板氣液相組成：表1-1各理論板的汽液相組成塔板1234567氣相組成液相組成塔板891011121314氣相組成液相組成塔板151617氣相組成液相組成

由逐板計(jì)算發(fā)求得總理論板數(shù)為17塊板（包括塔釜），第8塊板加料，精餾段需7塊板。精餾段理論板數(shù)塊精餾段理論板數(shù)塊1.7實(shí)際板數(shù)的計(jì)算精餾段已知：（2）提餾段已知：總實(shí)際板數(shù)，第16塊板是進(jìn)料板。全塔效率第二章物性數(shù)據(jù)計(jì)算表2-1常壓下乙醇-丙醇汽液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系乙醇（摩爾分?jǐn)?shù)）/溫度/℃乙醇（摩爾分?jǐn)?shù)）/%溫度/℃乙醇（摩爾分?jǐn)?shù)）/%溫度/℃液相汽相液相汽相液相汽相00利用插值法確定進(jìn)料溫度、塔頂溫度、塔底溫度進(jìn)料溫度：塔頂溫度：塔底溫度：精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：計(jì)算塔頂溫度：汽相組成：進(jìn)料溫度：汽相組成：塔底溫度：汽相組成：精餾段平均液相組成：精餾段平均汽相組成：精餾段液相平均分子量：精餾段汽相平均分子量：提餾段平均液相組成：提餾段平均汽相組成：提餾段液相平均分子量：提餾段汽相平均分子量：表2-2不同溫度下乙醇和丙醇的密度溫度溫度701008011090利用插值法確定、、下的乙醇和丙醇的密度所以表2-3不同溫度下乙醇和丙醇的表面張力溫度6080100乙醇的表面張力：丙醇的表面張力：原料：塔頂：塔底：精餾段的表面張力：精餾段的表面張力：2.5液體粘度表2-4不同溫度下乙醇和丙醇的粘度溫度6080100精餾段的粘度：提餾段的粘度：第三章精餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算氣液相體積流量的計(jì)算已知：液相質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流量：液相體積流量：氣相體積流量：3.2塔徑D初選所設(shè)計(jì)的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板，板間距。液氣流動(dòng)參數(shù)對(duì)于常壓操作選取板上清液層高度。則板間無(wú)液空間由文獻(xiàn)（1）查圖5-1，以為橫坐標(biāo)可得到校正表面張力為液泛速度取安全系數(shù)為0.70，則空塔速度為塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為截面積為實(shí)際空塔氣速為采用單溢流，弓型降液管，平形受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。(1)溢流堰長(zhǎng)(2)出口堰高(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積降液管的型式：因塔徑和流體量適中，故選取弓形降液管查圖得：故液體在降液管中停留時(shí)間，故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液體通過(guò)降液管底隙的流速，依下式計(jì)算降液管底隙高度h0 （1）塔般的分塊因，故塔板采用分塊式。（2）邊緣區(qū)寬度確定取溢流堰前安定區(qū)寬。（3）開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算其中：故（4）篩孔數(shù)n與開(kāi)孔率φ本設(shè)計(jì)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，取孔中心距塔板上篩孔數(shù)目為塔板開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率φ開(kāi)孔率在5-15%范圍內(nèi)，符合要求。氣體通過(guò)篩孔的氣速（1）干板阻力計(jì)算干板阻力，由查文獻(xiàn)（1）中圖5-10得C0=0.84（2）氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l查文獻(xiàn)（1）中5-11，得。故（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，氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度氣體通過(guò)每層塔板的壓降為（設(shè)計(jì)允許值）ev的驗(yàn)算塔板上鼓泡層的高度故精餾段在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶。漏液的驗(yàn)算對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速為篩板的穩(wěn)定性系數(shù)：該值大于且小于2，符合設(shè)計(jì)要求。故本設(shè)計(jì)中精餾段在設(shè)計(jì)負(fù)荷下無(wú)明顯漏液。為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度乙醇—丙醇物系屬一般物系，取，則故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液泛。根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可以認(rèn)為精餾段塔徑和各項(xiàng)工藝尺寸是合適的。取液沫夾帶極限值依式式中整理得：令由故：代入并整理得： 取作為液體在降液管中的停留時(shí)間的下限， 液相負(fù)荷上限線在VS–LS坐標(biāo)圖上為與氣體流量VS無(wú)關(guān)的垂直線，如圖氣液負(fù)荷性能圖。漏液點(diǎn)氣速式：代入漏液點(diǎn)氣速式并整理得：對(duì)于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。得精餾塔負(fù)荷性能圖見(jiàn)附錄二2.1.（1）在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)，與原點(diǎn)連接，即為操作線。由圖可知，該塔的操作上線為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得，故彈性操作為第四章提餾段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算氣液相體積流量的計(jì)算 已知：液相質(zhì)量流量：氣相質(zhì)量流量：液相體積流量：氣相體積流量：4.2塔徑D初選所設(shè)計(jì)的精餾塔為中型塔，采用單流型塔板，板間距。液氣流動(dòng)參數(shù)對(duì)于常壓操作選取板上清液層高度。則板間無(wú)液空間由文獻(xiàn)（1）查圖5-1，以為橫坐標(biāo)可得到校正表面張力為液泛速度取安全系數(shù)為0.70，則空塔速度為塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為截面積為實(shí)際空塔氣速為采用單溢流，弓型降液管，平形受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。（1）溢流堰長(zhǎng)(2)出口堰高(3)弓形降液管的寬度與降液管的面積降液管的型式：因塔徑和流體量適中，故選取弓形降液管查圖得：故液體在降液管中停留時(shí)間，故降液管可用。（4）降液管底隙高度h0取液體通過(guò)降液管底隙的流速，依下式計(jì)算降液管底隙高度h0 （1）塔般的分塊因，故塔板采用分塊式。（2）邊緣區(qū)寬度確定取溢流堰前安定區(qū)寬。（3）開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算其中：故（4）篩孔數(shù)n與開(kāi)孔率φ本設(shè)計(jì)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，取孔中心距塔板上篩孔數(shù)目為塔板開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率φ開(kāi)孔率在5-15%范圍內(nèi)，符合要求。氣體通過(guò)篩孔的氣速（1）干板阻力計(jì)算干板阻力，由查文獻(xiàn)（1）中圖5-10得C0=0.84（2）氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮l查文獻(xiàn)（1）中5-11，得。故（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，氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度氣體通過(guò)每層塔板的壓降為（設(shè)計(jì)允許值）ev的驗(yàn)算塔板上鼓泡層的高度故精餾段在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶。漏液的驗(yàn)算對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速為篩板的穩(wěn)定性系數(shù)：該值大于且小于2，符合設(shè)計(jì)要求。故本設(shè)計(jì)中精餾段在設(shè)計(jì)負(fù)荷下無(wú)明顯漏液。為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度乙醇—丙醇物系屬一般物系，取，則故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液泛。根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算，可以認(rèn)為精餾段塔徑和各項(xiàng)工藝尺寸是合適的。取液沫夾帶極限值依式式中整理得：令由故：代入并整理得： 取作為液體在降液管中的停留時(shí)間的下限， 液相負(fù)荷上限線在VS–LS坐標(biāo)圖上為與氣體流量VS無(wú)關(guān)的垂直線，如圖氣液負(fù)荷性能圖。漏液點(diǎn)氣速式：代入漏液點(diǎn)氣速式并整理得：對(duì)于平直堰，取堰上層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。得提餾塔負(fù)荷性能圖見(jiàn)附錄二2（2）在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)，與原點(diǎn)連接，即為操作線。由圖可知，該操作上線為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得，故彈性操作為精餾塔設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)匯總第五章總塔高計(jì)算1、塔頂封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，曲面高度350mm，直邊高度40mm，封頭高度=390mm2、塔頂空間塔頂空間取3、塔底空間塔底空間取4、人孔設(shè)置6個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為450mm，設(shè)置人孔處板間距5、進(jìn)料板處板間距：6、裙座取裙座高度塔體總高度：結(jié)論篩板塔計(jì)算結(jié)果匯總項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段平均分子量氣相kg/kmol液相kg/kmol各段平均溫度℃平均密度氣相液相各段平均表面張力各段平均粘度平均流量氣相m3/s液相m3/s實(shí)際塔板數(shù)塊1519板間距m55塔有效高度m塔徑m空塔氣速m/s塔板液流形式單流型單流型總塔高M(jìn)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段溢流裝置降液管形式弓形弓形堰長(zhǎng)m堰高m溢流堰寬度m降液管底隙高度m板上清夜層高度m6孔徑mm55孔間距mm孔數(shù)個(gè)47604760開(kāi)孔面積m2篩孔流速m/s塔板壓降Pa液體在降液管中停留的時(shí)間s降液管內(nèi)清液層高度m液沫夾帶kg液/kg氣負(fù)荷上限液沫夾帶控制液沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制液相最大負(fù)荷m3/s液相最小負(fù)荷m3/s彈性操作結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)作業(yè)。在設(shè)計(jì)中需要自己做出決策，確定方案，查閱文獻(xiàn)，并要求加以歸納、整理和總結(jié)。通過(guò)自學(xué)及老師的指導(dǎo)，不僅鞏固了所學(xué)的化工原理知識(shí),更極大地拓寬了我的知識(shí)面，讓我更加認(rèn)識(shí)到實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程和理論的聯(lián)系和差別，這對(duì)將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作無(wú)疑將起到重要的作用。上大學(xué)的第一次課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。在臨近期末考試的時(shí)候，忙于課程設(shè)計(jì)與復(fù)習(xí)的兩頭。確實(shí)很忙。經(jīng)過(guò)這次嘗試，才知道實(shí)際化工生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性。也感覺(jué)到有很多西要學(xué)，要問(wèn)。在此次化工原理設(shè)計(jì)過(guò)程中，我的收獲很大,感觸也很深，更覺(jué)得學(xué)好基礎(chǔ)知識(shí)的重要性，以及很好利用計(jì)算機(jī)的必要性。我知道我的所學(xué)還是不夠，在設(shè)計(jì)中還是有很多的不足和漏洞。在某些方面有很多的錯(cuò)誤，需要以后更加的努力和老師的指導(dǎo)。在此，特別感謝化工原理老師張振坤老師的指導(dǎo)。使得我的設(shè)計(jì)工作得以圓滿完成。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還得到了許多同學(xué)的熱心幫助，一并給以衷心的感謝主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào)說(shuō)明單位符號(hào)說(shuō)明單位塔頂堰上層高度進(jìn)料板弓形降液管高度塔釜截面積液相塔截面積氣相液體在降液管中停留時(shí)間摩爾質(zhì)量降液管底隙高度最小回流比邊緣區(qū)高度實(shí)際塔板數(shù)開(kāi)孔區(qū)面積壓強(qiáng)孔中心距溫度開(kāi)孔率密度篩孔數(shù)目個(gè)表面張力氣體通過(guò)篩孔氣速粘度干板