成績南京工程學(xué)院課程設(shè)計說明書（論文）題目乙醇一水連續(xù)精微塔的設(shè)計課程名稱化工原理院（系、部、中心）康尼學(xué)院專業(yè).環(huán)境工程班級K環(huán)境091學(xué)生姓名朱夢皓學(xué)號240094409設(shè)計地點文王里樓A404指導(dǎo)教師李乾軍設(shè)計起止時間：2011年12月5日至2011年12月16日TOC\o"1-5"\h\z第一章緒論3一、目的：.3二、已知參數(shù)：3三、設(shè)計內(nèi)容：4第二章課程設(shè)計報告內(nèi)容4一、精微流程的確定4二、塔的物料衡算4三、塔板數(shù)的確定5四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算.7五、精儲段氣液負(fù)荷計算.11六、塔和塔板主要工藝尺寸計算11七、篩板的流體力學(xué)驗算16八、塔板負(fù)荷性能圖19九、篩板塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果總表24十、精微塔的附屬設(shè)備及接管尺寸24第三章總結(jié)25另附：化工原理課程設(shè)計任務(wù)書乙醇一一水連續(xù)精儲塔的設(shè)計第一章緒論一、目的：通過課程設(shè)計進(jìn)一步鞏固課本所學(xué)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識進(jìn)行化工單元過程設(shè)計的初步能力，使所學(xué)的知識系統(tǒng)化，通過本次設(shè)計，應(yīng)了解設(shè)計的內(nèi)容，方法及步驟，使學(xué)生具有調(diào)節(jié)技術(shù)資料，自行確定設(shè)計方案，進(jìn)行設(shè)計計算，并繪制設(shè)備條件圖、編寫設(shè)計說明書。在常壓連續(xù)精儲塔中精儲分離含乙醇25%勺乙醇一水混合液，分離后塔頂儲出液中含乙醇量不小于94%塔底釜液中含乙醇不高于0.1%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))、已知參數(shù)：(1)設(shè)計任務(wù)進(jìn)料乙醇X=30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)生產(chǎn)能力Q=100t/d塔頂產(chǎn)品組成＞94%塔底產(chǎn)品組成＜0.1%(2)操作條件操作壓強(qiáng)：常壓精儲塔塔頂壓強(qiáng)：Z=3KPa進(jìn)料熱狀態(tài)：泡點進(jìn)料回流比：自定待測冷卻水：20C加熱蒸汽：低壓蒸汽，0.2MPa單板壓強(qiáng)：＜0.7全塔效率：Et=52%建廠地址：南京地區(qū)塔頂為全凝器，中間泡點進(jìn)料，篩板式連續(xù)精儲三、設(shè)計內(nèi)容：(1)設(shè)計方案的確定及流程說明(2)塔的工藝計算(3)塔和塔板主要工藝尺寸的計算(a、塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定;b、塔板的流體力學(xué)驗算；c、塔板的負(fù)荷性能圖)設(shè)計結(jié)果概要或設(shè)計一覽表精儲塔工藝條件圖對本設(shè)計的評論或有關(guān)問題的分析討論第二章課程設(shè)計報告內(nèi)容、精微流程的確定乙醇、水混合料液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至泡點后，送入精帽塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。塔釜采用間接蒸汽向沸熱器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。、塔的物料衡算(一)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品含乙醇摩爾分?jǐn)?shù)30/46xF=二0.14430/4670/1894/46xD二二0.8694/466/180.1/46xW二二0.00040.1/4699.9/18(二)平均摩爾質(zhì)量Mf=0.14446(1-0.144)18=22.03kg/kmolMd=0.8646(1-0.86)18=42.08kg/kmolMw=0.000446(1-0.0004)18=18.01kg/kmol(三)物料衡算

總物料衡算DW二F易揮發(fā)組分物料衡算XdD?XwW=XfF日生產(chǎn)能力Y=100噸f=m=100*1000=189.14kmol/hMf*T22.0324聯(lián)立以上三式得F=189.14kmol/hD=30.94kmol/hW=158.2kmol/h三、塔板數(shù)的確定（一）理論塔板數(shù)Nt的求取乙醇、水屬理想物系，可采用M.T.圖解法求Nt.根據(jù)乙醇、水的氣液平衡數(shù)據(jù)作y-x圖附表乙醇一水氣液平衡數(shù)據(jù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)液相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中乙醇的摩爾分?jǐn)?shù)0.00.00.250.5510.010.110.300.5750.020.1750.40.6140.040.2730.50.6570.060.340.60.6980.080.3920.70.7550.10.430.80.820.140.4820.8940.8940.180.5130.950.9420.20.5251.01.01.00.80.60.4

圖：乙醇一水的y-x圖及圖解理論板.乙醇一水體系的平衡曲線有下凹部分，求最小回流比自a（Xd,,Xd,）作平衡線的切線并延長與y軸相交，截距—xD一=0.273Rmin-1即Rmin=2.15取操作回流比R=1.5Rmin=1.52.15=3.23精儲塔的氣液相負(fù)荷L=LD=3.23*30.94=99.94V=(R+1)D=130.88L'=L+F=288.93V'=V=130.88故精儲段操作線方程X故精儲段操作線方程Xd即y=0.764x0.203提儲段操作線方程y=Ux'即y=0.764x0.203提儲段操作線方程y=Ux'-WXWV'V'即y=2.21X'-0.0053.作圖法求理論塔板數(shù)Nt得Nt=20.5層（包括再沸器）。其中精儲段理論板數(shù)為18層，提留段為2.5層（包括再沸器），第18層為加料板。（二）全塔效率Et已知Et=52%（三）實際塔板數(shù)N1835尸精微段N精提留段精微段N精提留段N提0.52互=5層0.52四、塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算以精儲段為例進(jìn)行計算（一）操作壓強(qiáng)Pm塔頂壓力Pd=3101.3=104.3kPa取每層塔板壓強(qiáng)降△P=0.7kPa則進(jìn)料板壓強(qiáng)PF=104.3?430.7=134.4kPa精微段平均操作壓強(qiáng)Pm=104.3134.4=119.35kPa2（--）溫度tm依據(jù)操作壓力，通過方程試差法計算出泡點溫度，其中水、乙醇的飽和蒸汽壓由安托尼方程計算。①方程為P=pAxa+P0XB式中:X一溶液中組分的摩爾分?jǐn)?shù);P一溶液上方的總壓，Pa；0P一同溫度下純組分的飽和蒸汽壓，Pa。（下標(biāo)A表示易揮發(fā)組分，B表示難揮發(fā)組分）②安托因方程為lgp0=A-」一TC式中：P°一在溫度為T時的飽和蒸汽壓，mmHgT—溫度，CA,B,C—Antoine常數(shù)，其值見下表。附表Antoine常數(shù)組分

乙醇8.044961554.3222.65水7.966811668.21228計算結(jié)果如下:塔頂溫度8.04496_竺竺8.04496_竺竺公式：10t222.650.1330.8610t2280.1330.14=105.33tD=81.48C進(jìn)料板溫度8.04496_吧三公式：8.04496_吧三公式：10t222.650.1330.064410t2280.1330.9356=135.4tF=104.5C則精微段平均溫度t則精微段平均溫度tM81.48104.5二92.99C（三）平均摩爾質(zhì)量略塔頂xD=y1=0.86,查平衡曲線得X1=0.854MVDm=0.8646(1-0.86)18=42.08kg/kmolMLDm=0.85446(1-0.854)18=41.912kg/kmol進(jìn)料板即查氣液平衡曲線，可得yF=0.524xF=0.191MVDm=0.52446(1-0.524)18-32.672kg/kmolMLDm=0.19146(1-0.191)18=23.348kg/kmol則精微段平均摩爾質(zhì)量：42.0832.672MVm(精)==37.736kg/kmol.41.91223.348MLm(精)==32.63kg/kmol(四)平均密度：由1.液體密度PLm附表乙醇與水的密度溫度/C20304050607080901001103乙醇密度/kg/m7957857777657557467357307163水號度/kg/m998.2995.7992.2988.1983.2977.8971.8965.3958.4703951.0已知:+"b/Plb(口為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）塔頂因為tD=81.48C所以90-8081.48-80進(jìn)料板730-735P乙-735P乙=734.26kg/90-8081.48-80965.3-971.8P水—971.8P水=970.84kg/m30.940.06：LmD734.26970.84：LmD=745.16kg/m3LmD由加料板液相組成Xa-0.1910.191460.19146(1-0.191)18=0.38因為tF=104.5C110-100104.5-100所以二703-716P乙—716P乙=710.15kg/m3110-100104.5-100951.0-958.4P水—958.4。7K=955.07kg/m31「LmF0.381-0.38710.15955.07：LmF=844.38kg/m31故精儲段平均放相密度PLm（精）=~（745.16+844.38）=794.77kg/2.氣相密度PmVPiVm(精)PmMVm120.3537.763RT8.314(92.99273.15)一3=1.49kg/m（五）液體表面張力附表乙醇與水的表面張力溫度2030405060708090100110/c乙醇表面張力22.321.220.419.818.81817.116.215.214.4x103/N/m5水表面張力72.671.269.667.766.264.362.660.758.856.93x10/N/m塔頂因為tD=81.48C81.48-80二乙81.48-80二乙-17.15二-乙=17.01mN/m90-80_81.4890-80_81.48-8060.7-62.6一二水-62.6。水=62.32mN/m進(jìn)料板因為tF=104.5C110-100所以14.4-15.2110-100所以14.4-15.2104.5-100二乙-15.2二乙=14.84mN/mn:二-'Xn:二-'Xt'

m-xi?i1110-100_104.5-10056.9-58.8-。水-58.8。水=57.945mN/mam(頂)=0.86父17.01+(1—0.86)父62.32=23.35mN/mam(進(jìn))=0.191父14.81+(1—0.191)M57.945=49.71mN/m則精微段平均表面張力為。似精）則精微段平均表面張力為。似精）23.3549.712=36.53mN/m（六）液體黏度\m已知:塔頂乙醇的A=686.64B=300.88686.64273.181.48686.64300.88」乙=0.451m?as水的黏度N水的黏度N水=0.350mPas90-80_81.48-8031.65-35.65口水-35.65進(jìn)料板lg口乙686.64686.64273.1104.5-300.88口乙=0.344m?as水的黏度費磊然N水=0.302mPasn-Lm二'xi-ii1kL（頂）=0.86x0.451+（1-0.86）父0.350=0.437mPas人（進(jìn)）=0.344父0.191+（1-0.191）父0.302=0.31mPas則精微段平均液相黏度為NLm（精）J437；0.31=0.37mPas五、精微段氣液負(fù)荷計算V=（R1）D=（3.231）30.94=130.88kmol/h一VMVm一VMVm（精）VS=3600%m（精）130.8837.76336001.38-0.99m3/sL=RD=3.2330.94=99.94kmol/hLSLMLmLSLMLm（精）3600Rm（精）99.94*32.633600794.77=0.0011m3/sLh=LS3600=0.00113600=4.10m3/hhS六、塔和塔板主要工藝尺寸計算（一）塔徑D參考表4-1,初選板間距HT=0.45m,取板上液層高度hL=0.07m表4-1板間距與塔徑的關(guān)系0.8?1.6300?4501.6?2.42.4?4.00.8?1.6300?4501.6?2.42.4?4.0350?600400?600板間距H/mm200?300250?350HT-hT=0.45-0.07=0.38mT）（VsT）（Vs：L）21’0.0026丫826.63力??=0.0277<2.298人1.38）Q,10^50.040.030.060.080.10圖4-5Sminth關(guān)聯(lián)圖LI+Q,10^50.040.030.060.080.10圖4-5Sminth關(guān)聯(lián)圖LI+3C0.40n.rtO0P8C1.000,01LOj查圖4-5可知，C20=0.076,依照下式校正Cumax=C02_.=0.0760.239.26umax=C02_.=0.0760.239.26、I20)=0.087p-pLv=0.0877V826.63-1.38…，1.81m/s1.38取安全系數(shù)為0.70,則uU0.70uma"0.71.81-1.267m/s4Vs故D=-u42.2981.52m3.141.267按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為1.6m,則空塔氣速4Vs故D=-u42.2981.52m3.141.267按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑圓整為1.6m,則空塔氣速u4VsS42.298_2D22=1.14m/s3.141.6（二）溢流裝置采用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰。各項計算如下圖5門塔扳溢流類型（&河型流單醯流壯）戕激藻fd）階梯式雙潴流.溢流堰長lwlw為0.66D,即lw=0.661.6-1.056m.出口堰高h(yuǎn)whw=hL-how由lw/D=1.22/1.85=0.66,Lh/l浸=^3^=8.171.056圖4-9液流收縮系數(shù)計算圖查圖4-9,知E=1則how22.84E531000匚22.84/9.36至x1X|1000J.0561=0.012m故hw=0.07-0.012=0.058m.管滴寬度Wd與降液管滴面積Af由lw/D=0.66圖4-11弓形降液管的寬度和面積查圖4-11,得Wd/D=0.124,Af/AT=0.0722M：Wd=0.1241.60.198m22Af-0.0722—D2u0.145m24由下式計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積，即9nALHLn0.145父0.45=25.1>5（符合要求）Ls0.00264.降液管底隙高度ho取液體通過降液管底隙得流速u。=0.08m/s,依下式計算降液管底隙高度hoho=—^―=0°°26=0.031m>0.025m（符合要求）lwuo1.0560.083600

（三）塔板布置.取邊緣區(qū)寬度Wc-0.06m,安定區(qū)寬度Ws=0.085m.依下式計算開孔區(qū)面積ATOC\o"1-5"\h\zAa=2XR2—x2'—R2sinJ-1180R22二2」0.5172=20.517,0.74-0.517——0.74sin=1.39m_1800.74D1.6x=—-(WdWs)=--(0.1980.085)=0.517m22D1.6R=--Wc=——-0.06=0.74m22圖4-8圖4-8塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)其中：hW出口堰局how堰上液層圖度ho降液管底隙高度h1——進(jìn)口堰與降液管的水平距離hW——進(jìn)口堰高Hd——降液管中清液層高度Ht——板間距1w——堰長Wd——弓形降液管高度Wc無效周邊局度Ws安定區(qū)寬度D塔徑鼓泡區(qū)寬度的1/2t同一橫R——鼓泡區(qū)寬度的1/2t同一橫排的閥孔中心距（單位均為m）（四）篩孔數(shù)n與開孔率中取篩孔的孔徑d0=6mm,正三角形排列，一般碳鋼的板厚6=3mm,取t/d0=3,故孔中心距t=36=18mm圖5-9篩孔的正三角形排列依下式計算塔板上的篩孔數(shù)n,即"1.155\『％1.155\1.39=4955孑圖5-9篩孔的正三角形排列依下式計算塔板上的篩孔數(shù)n,即"1.155\『％1.155\1.39=4955孑L。0182）依下式計算塔板上的開孔區(qū)的開孔率中，即-％產(chǎn)％=O'072兒t/d0。.0060.018=10.1%（在5%^15%￡圍內(nèi)）每層塔板上的開孔面積從為4=Aa=0.1011.39=0.14039m2氣體通過篩孔的氣速u0=乂=2.298=16.37m/sA00.1011.39（五）塔有效高度Z（精儲段）Z=（N精-1Ht=（43-1爐0.45=18.9m（六）塔圖計算七、篩板的流體力學(xué)驗算（一）氣體通過篩板壓強(qiáng)降的液柱高度hpp依式hp=hehlh._1.干板壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮c依d。/、.=6/3=2干篩孔的流量系數(shù)圖4-13干篩孔的流量系數(shù)圖4-13查圖查圖4-13,CO=0.76LLhLLhc=0.051(-^)2(—):0.051Co：L(16.371.38Ii=0.04m10.76)<826.63)2.2.氣流穿過板上液層壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮iAt-AAt-Af2.2983.140.82-0.145=1.23m/sFFa=Ua.：V=1.23,1.38=1.44由圖4-14查取板上液層充氣系數(shù)B為0.6。依右式hi=小l=hw-hoW=0.60.07=0.042m3.克服液體表面張力壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮a3依式（4-41）h=4.=4-39.26父10——=0.00323m：Lgdo826.639.810.006故h。=hehlh一二0.0400.0420.00323=0.08523pe單板壓強(qiáng)降A(chǔ)PP=hPPLg=0.08523x826.63父9.81=0.69<0.7kPa（設(shè)計允許值）（二）霧沫夾帶量ev的驗算依式（4-41）5.7101Ua\3.25.710上,1.23、3.2e=（）=3（）二HT-hf39.26100.45-0.175=0.018kg夜/kg氣<0.1kg液/kg氣式中，hf——塔板上鼓泡層高度，可按泡沫層相對密度為0.4考慮，即hf=（hL/0.4）=2.5hL=2.5義0.07=0.175故在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。（三）漏液的驗算Uow=4.4Co（0.00560.13hL-八二）：1/：1=4.40.760.00560.130.07-0.00323826.63"1.38=8.77m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)K=&=1637=1.871.5uow8.77故在設(shè)計負(fù)荷下不會產(chǎn)生過量漏液。HdHd『：'（Hthw）為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度_Ls2__2hd=0.153(——)=0.153(0.08)=0.00098mlwhoHd=hPhLhd=0.085230.070.0009=0.156m取6=0.5,則①(Ht+hw)=0.5x(0.45+0.058)=0.254m故Hd<G(Ht+hW),在設(shè)計負(fù)荷下不會發(fā)生液泛。根據(jù)以上塔板的各項流體體力學(xué)驗算，可認(rèn)為精儲段塔徑及各工藝尺寸是合適的。八、塔板負(fù)荷性能圖（一）霧沫夾帶線（1）5.7101Ua、3.2(H^)Vsua==Ar-Af2.0096-0.145=0.536VS(a)hf=2.5(hW:二3600Ls2〕h0W)=2.5|hW+2.84/10,E(-)3-lW1近似取E定1.0,hW=0.058m,lW=1.056m,二3600Ls%hf=2.50.058+2.84乂10黑1.0(s)31.0562=0.21.61Lss(b)取霧沫夾帶極限值eV為0.1kg液/kg氣，已知二-=39.2610‘N/m,」一產(chǎn)，得下式:」一產(chǎn)，得下式:Ht-hfHt=0.45m,」5710-6并將式(a)、(b)代入eV=5,10(

…5.710-z0.536Vs、3.20.1=-3(2)39.2610」0.25-1.61Lsl整理得2Vs=3.28-21.12Ls3(1)在操作范圍內(nèi)，任取幾個Ls值，依（1）式算出相應(yīng)的Vs值列于下表中。Lsm3/s0.61041.510，3.010，4.510與Lsm3/s0.61041.510，3.010，4.510與Vs

m3/s3.253.002.842.7依表中數(shù)據(jù)在Vs-Ls圖中做出霧沫夾帶線（1）,如圖4-24所示。（二）液泛線（2）TOC\o"1-5"\h\zHd-：J(HT-hw)-hphw'howhd近似取E為1.0,lw=1.056m2.233600Ls33600Lsq①how=2.8410E(s)3=2.8410(-)31w1.0562how=0.6433Ls^(c)二hchih二hcCoAo=0.051(%2(-hcCoAoCo、-0.051(—Vs——)2138-=0.00748Vs20.760.20826.63hiohhiohwhow=0.60.0580.6433L2_S3=0.03480.3859LS3卜仃=0.00323（已算出）22故hP=0.00748Vs0.03480.3859L/0.00323___2=0.038030.00748Vs0.3859LJhd=0.153(LslWhhd=0.153(LslWhO)2=0.153(Ls1.0560.031、2.2)2=142.77Ls將H將Ht為0.45m,hW為0.058m,①=0.5及式(c)(d)(e)代入(*)1行：行：0.5(0.450.058)=0.038030.00748Vs0.3859Ls30.0580.643Ls3142.77Ls0.5(0.450.058)Vs=21.12-137.55Ls3-19087Ls(2)在操作范圍內(nèi)取若干Ls值，依式（2）計算Vs值，列于下表中。Lsm3/s0.61041.510*3.010“4.510*Vs4.574.394.274.12m3/s依表中數(shù)據(jù)做出液泛線（2）,如圖4-24中線（2）所示。（三）液相負(fù)荷上限線（3）Ls,maxAfLs,maxAfHt0.1450.453,=0.01305m/s液泛負(fù)荷上限線（3）在Vs-Ls坐標(biāo)圖上為與氣體流量Vs無關(guān)得垂直線,如圖4-24線（3）所示。（四）漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）2Vs,min由hL=hW+hOW=0.058+0.6433Ls3、uOW=代人式漏液點氣速式：AouOW=4.4CO.(0.0056—0.13hL1h1)石L/"7VVsmin列于下表中，依附表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線（4）,如圖列于下表中，依附表中數(shù)據(jù)作氣相負(fù)荷下限線（4）,如圖4-24中線（4）所示。（五）液相負(fù)荷下限線（5）取平堰、堰上液層高度，hoW=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，依下式計算，取E之1.0,貝UhoW=0.6433L0.006-0.6433Ls3整理上式得Ls,min=9父10八-4m3/s（5）依此值在Vs-Ls圖上作線（5）即為液相負(fù)荷下限線，如圖7所示?！?4.4M0.76J0.0056+0.13(0.058+0.6433Ls3)—0.00323Ao一1.38Ao前已算出為0.14m：代入上式并整理，得Vs,min=11.4也00991+0.0836Ls：此即氣相負(fù)荷下限關(guān)系式，在操作范圍內(nèi)任取n個Ls值，依(4)式計算相應(yīng)得Vs值。Ls___4_3___3_3——0.6101.5103.0104.510m3/sVs°s1.141.201.231.26m/s將以上5條線標(biāo)繪于圖4-24(Vs-Ls圖)中，即為精儲段負(fù)荷性能圖。5條線包圍區(qū)域為精儲段塔板操作區(qū)，P為操作點，OP為操作線。OP線與線(1)的交點相應(yīng)氣相負(fù)荷為Vs,max,O瞰與氣象負(fù)荷下限線(4)的交點相應(yīng)氣相負(fù)荷為Vs,min。其中P(Ls,Vs)即(3.7X10133.3)可知本設(shè)計塔板上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液控制。V382精儲段的操作彈性==3三=3.38Vs,min1.13

九、篩板塔的工藝設(shè)計計算結(jié)果總表篩板塔的工藝計算結(jié)果匯總見表10J丁P項目數(shù)值1平均溫度tm,C92.992平均壓力PmkPa120.353氣相流量Vs,(m3/s)2.2984液相流量Ls,（m3/s）0.00265實際塔板數(shù)536有效段高度Z,m23.757塔徑，m1.68板間距，m0.459溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長，m1.05612堰局，m0.05813板上液層局度，m0.0714堰上液層局度，m0.01215降液管底隙高度，m0.03116安定區(qū)寬度，m0.08517邊緣區(qū)寬度，m0.06