課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文題目：乙醇一水分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)2012年6月28日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)題目乙醇-水溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)方案的確定帶控制點(diǎn)的工藝流程圖的確定操作條件的選擇(包括操作壓強(qiáng)、進(jìn)料狀態(tài)、回流比等)塔的工藝計(jì)算全塔物料衡算最佳回流比的確定理論板及實(shí)際板的確定塔徑的計(jì)算降液管及溢流堰尺寸的確定浮閥數(shù)及排列方式(篩板孔徑及排列方式)的確定塔板流動(dòng)性能的校核塔板負(fù)荷性能圖的繪制塔板設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表輔助設(shè)備工藝計(jì)算換熱器的面積計(jì)算及選型各種接管管徑的計(jì)算及選型泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：(包括塔盤(pán)、裙座、進(jìn)出口料管)三、課程設(shè)計(jì)的要求1、撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份2、工藝流程圖一張3、設(shè)備總裝圖一張

四、課程設(shè)計(jì)所需的主要技術(shù)參數(shù)原料：乙醇-水溶液原料溫度：30°C處理量：2萬(wàn)噸/年原料組成（乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：50%產(chǎn)品要求：塔頂產(chǎn)品中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：92%；塔頂產(chǎn)品中乙醇的回收率：99%生產(chǎn)時(shí)間：300天（7200h）冷卻水進(jìn)口溫度：30C加熱介質(zhì)：0.6MPa飽和水蒸汽五、課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排1、查找資料，初步確定設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)內(nèi)容，1-2天2、根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)初稿，2-3天3、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，總裝圖，答辯，4-5天六、課程設(shè)計(jì)考核方式與評(píng)分方法指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、繪圖質(zhì)量及答辯情況評(píng)定成績(jī)，采用百分制。其中：平時(shí)表現(xiàn)20%40%20%20%設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)40%20%20%目錄摘要錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章概述11.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求11.2板式塔類(lèi)型2\o"CurrentDocument"第二章設(shè)計(jì)方案的確定22.1操作條件的確定32.2確定設(shè)計(jì)方案的原則4第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算53.1精餾塔的物料衡算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2塔板數(shù)的確定錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.2.1理論板層數(shù)N的求取錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.2.2最小回流比及操作回流比計(jì)算8\o"CurrentDocument"3.2.3圖解法求理論塔板數(shù)83.3精餾塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.3.1操作溫度計(jì)算103.3.2液體平均黏度計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3.4平均密度計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.3.5液體平均表面張力計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4.1塔徑的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.5.1溢流裝置計(jì)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.5.2塔板布置錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.6.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降（單板壓降）錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"3.6.2干板阻力19\o"CurrentDocument"3.6.3由表面張力導(dǎo)致的阻力19\o"CurrentDocument"3.6.4漏液驗(yàn)算19\o"CurrentDocument"3.6.5液泛驗(yàn)算19\o"CurrentDocument"3.6.6霧沫夾帶驗(yàn)算193.7操作性能負(fù)荷圖錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.7.1霧沫夾帶上限線錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.7.2液泛線錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.7.3液體負(fù)荷上限線錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.7.4漏液線錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"3.7.5液相負(fù)荷下限線21\o"CurrentDocument"第四章塔附屬設(shè)計(jì)23\o"CurrentDocument"4.1冷凝器的選擇錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。\o"CurrentDocument"4.2各種接管管徑的計(jì)算及選型24\o"CurrentDocument"4.2.1進(jìn)料管24\o"CurrentDocument"4.2.2釜液出料管24\o"CurrentDocument"4.2.3回流液管25\o"CurrentDocument"4.2.4塔頂上升蒸汽管25\o"CurrentDocument"4.3泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型26\o"CurrentDocument"4.4塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27\o"CurrentDocument"法蘭27\o"CurrentDocument"筒體27\o"CurrentDocument"封頭27\o"CurrentDocument"裙座27\o"CurrentDocument"4.4.5人孑匕28\o"CurrentDocument"4.5塔總體高度設(shè)計(jì)28\o"CurrentDocument"4.5.1塔的頂部空間高度28\o"CurrentDocument"4.5.2塔的底部空間高度28\o"CurrentDocument"4.5.3塔體高度28\o"CurrentDocument"4.6熱能的利用28\o"CurrentDocument"設(shè)計(jì)小結(jié)29\o"CurrentDocument"附錄30\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)31摘要在化工生產(chǎn)中，氣體吸收過(guò)程是利用氣體混合物中各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸時(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其目的是：回收或捕獲混合物中的有用物質(zhì)，以制造產(chǎn)品。除去工藝氣體中的有害成分使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，除去工業(yè)中排放到空氣中的有害氣體，以免污染大氣。實(shí)際過(guò)程往往兼有凈化和回收的雙重目的。實(shí)際混合氣體的分離，總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理和化學(xué)性質(zhì)的差異而進(jìn)行的。根據(jù)不同性質(zhì)上的差異，可以開(kāi)發(fā)出不同的分離方法，吸收操作僅為其中之一，它利用混合物中各組分在液體中的溶解度不同或化學(xué)性質(zhì)差異，在氣液兩相接觸時(shí)發(fā)生傳質(zhì)，實(shí)現(xiàn)氣液混合物的分離。一般說(shuō)來(lái)完整的吸收過(guò)程包括吸收和解吸兩部分。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，原氣的凈化，氣體產(chǎn)品的精制，治理有害氣體，保護(hù)環(huán)境等方面都要用到氣體吸收過(guò)程。填料塔作為其中的主要設(shè)備之一，越來(lái)越受到青睞。二氧化硫填料吸收塔以水為溶劑，經(jīng)濟(jì)合理，凈化度高，污染小。除此之外，由于二氧化硫和水反應(yīng)生成硫酸，具有很大的作用。第一章概述化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門(mén)課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。乙醇?水是工業(yè)上最常見(jiàn)的溶劑，也是非常重要的化工原料之一，是無(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、污染性和腐蝕性小的液體混合物。因其良好的理化性能，而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在鄭州、濟(jì)南等地的公交、出租車(chē)行業(yè)內(nèi)被采用。山東業(yè)已推出了推廣燃料乙醇的法規(guī)。長(zhǎng)期以來(lái)，乙醇多以蒸餾法生產(chǎn)，但是由于乙醇?水體系有共沸現(xiàn)象，普通的精餾對(duì)于得到高純度的乙醇來(lái)說(shuō)產(chǎn)量不好。但是由于常用的多為其水溶液，因此，研究和改進(jìn)乙醇'水體系的精餾設(shè)備是非常重要的。塔設(shè)備是最常采用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用，在此我們作板式塔的設(shè)計(jì)以熟悉單元操作設(shè)備的設(shè)計(jì)流程和應(yīng)注意的事項(xiàng)是非常必要的。1.1精餾操作對(duì)塔設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣（汽）、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣（汽）、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣（汽）、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：（1）氣（汽）、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或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)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。（3）流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。（5）耐腐蝕和不易堵塞，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(mǎn)足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。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)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。1.2板式塔類(lèi)型氣一液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類(lèi)。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)接觸型氣一液傳質(zhì)設(shè)備，其種類(lèi)繁多，根據(jù)塔板上氣一液接觸元件的不同，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。第二章設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為乙醇一水混合物。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)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)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)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。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。2.1操作條件的確定操作條件對(duì)操作有著重要的影響，若條件不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效果不理想，例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等都?xì)q生產(chǎn)有著重要的影響。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作些闡述。2.1.1操作溫度操作溫度主要計(jì)算進(jìn)料口溫度、塔頂溫度、塔釜溫度，從而得到精餾段溫度和提餾段溫度。2.1.2進(jìn)料狀態(tài)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。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。2.1.3加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采用間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。若塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大（如酒精與水的混合液），便可采用直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可以利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。這樣，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，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)稍有增加。但對(duì)有些物系（如酒精與水的二元混合液），當(dāng)殘液的濃度稀薄時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度很大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并不多，此時(shí)采用直接蒸汽加熱是合適的。值得提及的是，采用直接蒸汽加熱時(shí)，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。對(duì)于酒精水溶液，一般采用0.4?0.7KPa（表壓）。2.1.4冷卻裝置冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過(guò)50°C，否則溶于水中的無(wú)機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。2.2確定設(shè)計(jì)方案的原則確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)：2.2.1滿(mǎn)足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來(lái)的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門(mén)，在管路中安裝備用支線。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表（如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等）及其裝置的位置，以便能通過(guò)這些儀表來(lái)觀測(cè)生產(chǎn)過(guò)程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。2.2.2滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過(guò)程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。2.2.3保證安全生產(chǎn)例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車(chē)間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過(guò)大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。第三章塔的工藝尺寸得計(jì)算3.1精餾塔的物料衡算乙醇的摩爾質(zhì)量M=46kg/kmol水的摩爾質(zhì)量M-18kg/kmol水的摩爾質(zhì)量M-18kg/kmol原料液XF一50竺一=0.281350/46+50/18塔頂X=—92竺—=0.8182d92/46+原料液XFMf=0.2813x46+(1-0.2813)x18=25.8764kg/kmol同理可得：塔頂Md=0.8182x46+(1-0.8182)x18=40.9096kg/kmol進(jìn)料流量F=20000進(jìn)料流量F=25.8764x300x24=107.3479kmol/h門(mén)0.99x107.3479x0.28130.81820.99x107.3479x0.28130.8182=36.5375kmol/h餡出液流量D=i00%XD釜液流量W=F-D=107.3479-36.5375=70.8094kmol/h由FXf=Dxd+WX^107.3479x0.2813=36.5375x0.8182+70.8094xw得nx=0.004265M=0.004265x46+(1-0.004265)x18=18.1194水的回收率：…里4=70.8094x(1-0.004265)x100%=91.39%bF(1-x)107.3479x(1-0.2813)f3.2塔板數(shù)的確定a可得y(x-1)

x(ya可得y(x-1)

x(y-1)由相平衡方程式y(tǒng)=—馬一1+(a-1)x根據(jù)乙醇水體系的相平衡數(shù)據(jù)可得:

y=x=0.8182x1=0.8（塔頂?shù)谝粔K板）y^=0.575xfy=x=0.8182x1=0.8（塔頂?shù)谝粔K板）y^=0.575xf=0.28125(加料板)x=0.004265y=0.053(塔釜)因此可以求得:a=約(氣一1)=0.8182x(0.8-1)=11251以1一x：(y；-1)—0.8x(0.8182-1)一'七(七-1)0.575x(0.28125-1)_.a=——f==3.4575fXf(y^-1)0.28125x(0.575-1)_y(x-1)_0.053x(0.00426-1)wX*"-1)=13.08160.00426x(0.053-1)相對(duì)揮發(fā)度:以=3頊以以以\.;1.1251x3.4575x13.0816=3.70573.2.2最小回流比及操作回流比計(jì)算:由origin作圖可知rd+1=0'34minRmin0.8182—1=1.40650.34R=2R.=2x1.4065=2.813R=1.1Rmin=1.1x1.4065=1.5472R=1.5472?2.813故取最佳操作回流比R=2.53.2.3圖解法求理論塔板數(shù):Rx焙中閉即十品作絆方壬卓y=~-x+d=0.7143x+0.2338不精I(xiàn)田段操1作線力^^〃+1R+1nR+1nF-1…,，……y提留段操作線萬(wàn)程n+1DIx…,，……y提留段操作線萬(wàn)程n+1xyxy000.81820.81820.02010.18380.7976677520.8182

0.05070.33060.7976680.7976680.07950.40180.7686999290.7976677520.10480.44610.76870.7686999290.14950.49770.7249384510.7686999290.20.53090.7249384510.7249384510.250.55480.6507484620.7249384510.30010.5770.6507484620.6507484620.35090.59550.4955674820.6507484620.40.61440.4955674820.4955674820.45410.63430.150167120.4955674820.50160.65340.150167120.150167120.540.66920.0161579820.150167120.59550.69890.0161579820.0161579820.64050.71860.0017385990.0161579820.70630.75820.75990.79260.79820.81830.85970.8640.89410.8941由圖可知：精餾段理論塔板數(shù)9塊，提留段理論塔板數(shù)4塊；總的理論塔板數(shù)13塊，從第10塊板開(kāi)始加料。3.3精饞塔有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算3.3.1操作溫度計(jì)算表5-1乙醇一水氣、液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系

溫度/C溫度溫度/C液相氣相液相氣相/C液相氣相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.99利用表5-1中數(shù)據(jù)由拉格朗日插值可求得*、tD、twO82.3-81.5t-82.3,QQ八寸進(jìn)料七：26.08-32.73=28.13-26.08，'廣82.°5。塔頂t:78.15-78.41=、一78」5,t=78.28°C

d89.43-74.7281.82-89.43d現(xiàn)分100-95.5t-100塔釜t:°[go=04%50，t=98.99C精餾段平均溫度-=以d=82.05+78.28=80.17C22提餾段平均溫度-=二W=82.05+98.99=90.52C22全塔的平均溫度tm78.28+全塔的平均溫度tm78.28+82.05+98.993=86.44C3.3.2液體平均黏度和實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算在溫度86.44C下查得水的粘度rho=0.3298mp-s因?yàn)镽l"X匕以rf=0.2813x0.392+(1-0.2813)x0.3298=0.3473rld=0.8182x0.392+(1-0.8182)x0.3298=0.3807rl=0.004265x0.392+(1-0.004265)x0.3298=0.3301E=0.49x(8r)f.245全塔效率TmLm,、，c0.3473+0.3807+0.3301Rl=(Rf+Rld+Rlw)/3==0.3527所以Et=0.49x(370403527)—x100%=45.89%俐46%

理論塔板數(shù)實(shí)際塔板數(shù)二全塔效率—=20精餾段實(shí)際塔板數(shù)46%提留段實(shí)際塔板數(shù)46%=9總的實(shí)際塔板數(shù)29塊3.3.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算精餾段的平均摩爾質(zhì)量精餾段平均溫度?=80.17°C液相組成x:180.7-79.880.17-79.8,x-50.79139.65-50.79氣=46.21%氣相組成y:180.7-79.8_80.17-79.861.22—65.64=y—65.641七二63.82%所以M=46x0.4621+18x(1-0.4621)=30.94kg/kmolL1M=46x0.6382+18x(1-0.6382)=35.87kg/kmolV1提餾段平均摩爾質(zhì)量提餾段平均溫度-2=90.52C液相組成x:295.5-89.090.52-89.01.9—7.21x-7.212七二5.97%氣相組成y:295.5-89.090.52-89.017.00-38.91—y—38.912七=33.79%所以Ml2=46x0.0597+18x(1-0.0597)=19.67kg/kmolM^2=46x0.3379+18x(1-0.3379)=27.46kg/kmol3.3.4平均密度計(jì)算求得在-1與12下乙醇與水的密度。不同溫度下乙醇和水的密度見(jiàn)表5-2。表5-2不同溫度下乙醇和水的密度溫度/CP乙%溫度/CP乙%8073597195720961.8585730968.6100716958.490724965.31、精餾段平均溫度—=80.17CML=80.17—80,

1730—735p—735乙85二8080.17—80,P=971.69kg/m3—水968.6—971.8P廠971.8水

水p乙=734.83kg/m380.17—80,在精餾段，液相密度PL11P

L10.4621x46/[0.4621x46+18x(1—0.4621)]1—0.6870734.83+971.69P以=795.54kg/m3氣相密度P:V1Pv135.87x273.1522.4x(273.15+80.17)=1.2380kg/m32、提餾段平均溫度—2=90.52°C95-9090.52-90，Pk724

乙720-724P=723.584kg/m3乙液相密度P:L2PL2氣相密度P:V295—90_90.52—90，961.85—965.3—P廠965.3h水=964.9412kg/m30.0597x46/[0.0597x46+18x(1—0.0597)]1—0.1396964.9412723.584p=921.999kg/m3=E273.15=0.921kg/m3V222.4x(273.15+90.52)3.3.5液體平均表面張力計(jì)算不同溫度下乙醇和水的表面張力見(jiàn)表5-3。表5-3乙醇和水不同溫度下的表面張力溫度/C708090100乙醇表面張力/10-3N/m31817.1516.215.2水表面張力/10-3N/m364.362.660.758.83.3.5.1精餾段液體平均表面張力提餡段平均溫度、=80.17°C乙醇表面張力：80.17-8090-8016.2-17.151715nb乙=17.13x10-3N/m3乙.90—80

水表面張力：————-

60.7一62.680.17-80nb=62.57x10-3N/m3水46x0.4621^V—乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙46x0.4621+18xd-0.4621)b-七氣

由mbw+bw17.13x62.57bm1=17.13x(1-0.6871)+62.57x0.6871-"汀'頂'N"3.3.5.2提餾段精餾段液體平均表面張力提餡段平均溫度F2=90.52C乙醇表面張力：100一90=冬史nb'=16.148x10-3N/m315.2-16.2b'-16.2乙乙水表面張力：100一90=冬史nb=60.6012x10-3N/m358.8-60.7b'-60.7水水46x0.0597^V—乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙46x0.0597+18xC1-0.0597)b-七氣由mbw+bw16.148x60.6012b==43.78x10-3N/m3m116.148x(1-0.1396)+60.6012x0.13963.4精餾塔的塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)VMV,=v2—3600pv2Z;M

L2—

3600pL2PL^v"max=C式中^式C=C20（^）0.2計(jì)算’其中C20由岫斯關(guān)聯(lián)圖查取’圖橫坐標(biāo)為(1)精館段L(VMV,=v2—3600pv2Z;M

L2—

3600pL2PL^v"max=C式中^式C=C20（^）0.2計(jì)算’其中C20由岫斯關(guān)聯(lián)圖查取’圖橫坐標(biāo)為(1)精館段L(%2=9.87x10-4x3600(WVp11.0292x36001.2380=0.0243取板間距ht=。冊(cè)，板上液層高度h=0.07mL，則s3600p3600x1.2380=業(yè)虬=矣X(jué)36.5375X30.94=睥x泊/s3600p〃3600p〃3600x795354(精餾段V=L+D=(R+1)+D,L=RD)提餾段的氣、液相體積流率為V/=V=(R+1D=3.5x36.5375=127.881L=2.5x36.5375+107.3479=198.962127.881x2"6=1.0591m3/s3600x0.921198.692x19.67=1.1775x10-3m3/s3600x921.999HT-h廣0.45-0.07=0.38mC20=0.078C=C(、)0.2=0.078x(22.17)0.2=0.07962202020u=0.07962i79'54T.238=2.0168m/smax\1.238取安全系數(shù)0.7，則空塔氣速為u=0.7u=0.7x2.0168=1.41176m/s。：絲:4x1.0292=0.96m兀u兀x1.41176

按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D=1.0m塔截面積為A=-D2=-x1.02=0.785m2t44實(shí)際空塔氣速為u=102竺=1.311m/s0.785(2)提餾段匕(筆)；=0.0352VP/2同理，提埋段的板間距取Ht'=0.45m，板上液層高度h；=0.07m。C]=0.078

C'=0.078x(43^)0.2=0.0912320u'max=0.09123u'max=0.09123.'921,999-0.921\0.921=2.8851m/su'=0.7u'=0.7x2.8851=2.0196m/smax4x4x1.0591兀x2.0196=0.8173m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D'=1.0m提餡段的為At'=0.785m2uf=1.349m/s3.4.2精餾塔有效高度的計(jì)算;精餡段有效高度：Z精=(N精-1)Ht=(20-1)x0.45=8.55mZ提留段有效高度；提(N提-1)H;=(9-1)x0.4=3.2m在進(jìn)料板上方開(kāi)一入孔，其高度為0.8m，故精餡塔的有效高度為Z=Z^+Z提+0.8=1.8+5.2+0.8=7.8m3.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算3.5.1溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.0m，可選用單溢流弓形降液管，各項(xiàng)計(jì)算如下:Z提留段有效高度；提故精餡塔的有效高度為3.5.1.1堰長(zhǎng)取lw=0.6D=0.6x1.0=0.6m同理，提餡段的為l'=0.6D'=0.6x1.0=0.6m3.5.1.2溢流堰高度由h=h【h選用平直堰，堰上液層高度：h=284E（匕）；，近似取E=1-100l土X1X（竺業(yè)*）；=8.388X10-3mow10000.72.8411.1775X10-3x36002同理，提餾段的為h=仍而x1x（0^）3=9.435x10-3m取板上清液層高度h=70mmL故h=70x10-3-0.008388=0.06999mw同理，提餾段的為h[=0.07-0.009435=0.06057m3.5.1.3弓形降液管寬度和截面積由七=2^.=0.6D1由弓形降液管的參數(shù)圖查得AA=0.052，E=0.1ADT故At=0.052X0.785=0.04082m2Wd=0.1D=0.1x1.0=0.1m同理，提餾段的為A^'=0.04082m2W=0.1m驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間為：0=3600AHt=3600x0.04082x0.45=186$>*=L^—9.87X10-4x3600=.&&3600x0.04082x0.45同理，提餾段的為時(shí)==15.6s>5s1.1775X10-3x3600故降液管設(shè)計(jì)合理3.5.1.4降液管底隙高度u'=9.87X10-4=0.0658m/s

00.6x0.025

則龍=5°-4X3600=25mm03600x0.6x0.15h-ho=0.06999-0.025=0.04499m>0.006m同理，提餾段的為h.=30mmh'—h；=0.06057—0.03=0.03057m>0.006m3.5.1.5塔板的分塊a塔板的分塊因D>800mm，故塔板采用分塊式。查得塔板分塊數(shù)表得，塔板分為3塊b邊緣區(qū)寬度的確定取W=W'=80mmSSW-35mm3.5.2塔板布置3.5.2.1浮閥數(shù)目及排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm取W=W'=80mmSSW-35mmV=V±I=1.0292+1.0591=1.04415m3/ss2p=Pv1±￡v2=技380+爵208=1.0794炬/m3vcc11取動(dòng)能因數(shù)F=11，那么R0=r0794=10.5877m/s,因此N=4x1.04415牝83個(gè)兀x0.0392x10.5877由于采用分塊式塔板，故采用等邊三角形叉排。取中心距t=75mm，用CAD畫(huà)圖得浮閥數(shù)為83個(gè)3.5.2.2校核、4V4x104415氣體通過(guò)閥孔時(shí)的實(shí)際速度：旦=—dn=0039—^^=10.53m/s0.

E0.039)2x83=i2.62%實(shí)際動(dòng)能因素：FE0.039)2x83=i2.62%忸面積x100%=^2^100%=開(kāi)孔率：塔截面積4A^開(kāi)孔率在10%~14%之間滿(mǎn)足要求3.6浮閥的流體力學(xué)驗(yàn)算3.6.1氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降（單板壓降）hp氣體通過(guò)浮閥塔板的壓力降（單板壓降）h=h+h+hpceb3.6.2干板阻力hc浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)為全部全開(kāi)的臨界速度為日=技25J73.1/py=l825J73.1/1.08=10.07m/s因?yàn)閡<_10.53m/s,p=河34+心005=858.67ocoL所以h=5.34=5.341.0794x10.532=0.0379c2pg2x858.67x9.81L3.6.3由表面張力導(dǎo)致的阻力hG由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來(lái)說(shuō)比較小，所以一般情況下可以忽略，所以:h=h+h廣0.0379+0.035=0.0729m△Pp=hp^g=0.0729x858.69x9.81=614.09Pa3.6.4漏液驗(yàn)算動(dòng)能因數(shù)F0=5，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷匕min為:其中u=F/=5/<1.0794=4.81m/s0min*V所以v=4x0.0392x83x4.81=0.4769<+°方4=0.783m3/s可見(jiàn)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量漏液。3.6.5液泛驗(yàn)算溢流管內(nèi)的清液層高度H=h+h+h+hdpdLG

其中，h=0.0729m,h廣0.07m,h=0.153(-^)2=0.153x(0.000987)2=0.00098dLh00.06x0.025所以Hd=0.0729+0.00098+0.07=0.14388m為防止液泛，通常Hd<Q（Ht+h），取校正系數(shù)①=0.5，則有：中（H+h）=0.5x（0.45+0.0624+0°615）=0.256mTw可見(jiàn)Hd〈中（％+h），即不會(huì)產(chǎn)生液泛。3.6.6霧沫夾帶驗(yàn)算IA2-”技點(diǎn).負(fù)荷系妝*物住旌物臨IA2-”技點(diǎn).負(fù)荷系妝京筑物性系散K.無(wú)他站，正常■原寇LQ率耦冊(cè)戚統(tǒng)i叫畦及乙二胺做1也堆｝Q.T3慕化慢｛垢BF：利昂）嚴(yán)重發(fā)在茬境（如M乙用魏置）CL機(jī)中篝友泡泰此〔如汕唯收塔.股及乙二醉褂Q陶，搟皿聆定迥找i的原就f揪*再尊.堆，饑州生塔JL1VS泛點(diǎn)率二一PV+1.36LZHl——VKCA查得物性系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)七=0.105氣=D-2W=1-2x0.1=0.8mAb=A^-2A^=0.7854—2x0.0706=0.6442m2所以，泛點(diǎn)率VS泛點(diǎn)率二一1.07941.04415]858.67-1.0794+1.36x0.0007459x0.81x0.097x0.6442=60.43%<82%可見(jiàn)，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。3.7操作性能負(fù)荷圖3.7.1霧沫夾帶上限線取泛點(diǎn)率為80%帶入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有:VS0.8=—1.0794-p+1.36吁lv^j858.67-1.0794+1.36*°叫LV=KCA整理可得霧沫夾帶上限方程為：0.097x0.6314V=1.38-30.67L3.7.2液泛線令氣=小(%+h)=0.5x(0.45+0.06195)=0.256中(H+h)=H=(h+h)+h+(0.4龍+h)+hTwdwowcwowd=1.4h+0.6h+h+hLowcdL1.08u2=1.4x0.07+0.6x0.668x1.02x(——)2/3+5.37x0+0.153x0.632x858.678x9.81()20.63x0.0161即：0.5454L2/3+3.442x10-4R2+1487.16L=0.15803.7.3液體負(fù)荷上限線取e=4s，那么L=fr=0.0706x0.45=0.007942m3/sSmaxe43.7.4漏液線取動(dòng)能因數(shù)七=5，以限定氣體的最小負(fù)荷:V=-d2N-^=-0.0392x835=0.4772m3/sSmin40v'Pv4<1.07943.7.5液相負(fù)荷下限線取h=0.006m帶入h的計(jì)算式：竺4x1.02x[LSmin]2/3=0.0060w0w1000lw整理可得：L=2.78m3/h=0.0007727m3/sSmin表9-4浮閥塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值與說(shuō)明備注塔徑D,m1相對(duì)揮發(fā)度3.7057最小回流比1.1465理論塔板數(shù)13實(shí)際塔板數(shù)29

操作溫度精餾段80.17°C提餾段90.52C全塔效率46%表面張力精餾段0.02217提餾段0.04378板間距H「，m0.45塔板型式單溢流弓形降液管整板式塔板空塔氣速u(mài),m/s1.89溢流堰長(zhǎng)度―，m0.6溢流堰高度、，m0.0699板上液層高度虬，m0.05降液管底隙高度可，m0.025浮閥數(shù)N,個(gè)83等邊三角形閥孔氣速％,m/s10.5877閥孔動(dòng)能因數(shù)也5臨界閥孔氣速％，m/s10.07孔心距七，m0.075單板壓降，Pa￥614.09泛點(diǎn)率，%60.43液體負(fù)荷上限，”3/v〃Z3s0.007942液相負(fù)荷下限，曲。，〃3/s0.0007727

第四章塔附屬設(shè)計(jì)4.1冷凝器的選擇本設(shè)計(jì)取K=28800000J/(m2hk)出料液溫度：78.3°C(飽和氣)?78.3°C(飽和液)冷卻水溫度：30C?40CAt=78.3-40C2逆流操作：At=78.3-30=48.3C1_At-AtmAt=78.3-40C2_At-Atm~.AtlniAt24：8=43.10Cln:38.3Qc=(R+1WD-Ild)=(2.5+1)x1494.7<100O<(1109-234.1)=4576995605/h傳熱面積：A=9KAt457699560528800000x傳熱面積：A=9KAt457699560528800000x43.1=3.69m24.2各種接管管徑的計(jì)算及選型4.2.1進(jìn)料管30C時(shí)’查表可知原料液中，p水=959用3p乙醇=780kE1則進(jìn)料液密度Sf0.50.5+

780995.7，p=955.61kg/m31則進(jìn)料液密度Sf0.50.5+

780995.7，p=955.61kg/m3F-M107.3537x25.875f進(jìn)料液的體積流量qv=L=874.75x36002一崢S取適宜的輸送速度u=2.0m/s,則管徑d=則管徑d=4q=4x8.82x10-4f\，皿2兀x103=23.79nma24mm可選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8263—87)規(guī)格：中32X4mm4.2.2釜液出料管同理，98.99°C時(shí)，釜液密度p=955.61kg/m3=3.73x10-4m3/s_w-M_70.8207x18.11928進(jìn)料液的體積流量qw一一L955.61x3600一=3.73x10-4m3/s則管徑d=w4x3.73x10-41.5兀x103=17.79mm=18mm可選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8263—87)規(guī)格：中22X2.5mm4.2.3回流液管■'4x1.358<10-3\0：5t―x■'4x1.358<10-3\0：5t―x1C3—58.8mm^59mm回流液體積流量取適宜的輸送速度u=0.5m/s,dL則管徑4xdL則管徑4x1.358x10-30.5兀x103—58.8mm"59mm可選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8263—87)規(guī)格：中68X3mm4.2.4塔頂上升蒸汽管當(dāng)塔頂溫度t=78.28C時(shí)，查表數(shù)據(jù)由拉格朗日插入方程可得:78.41-78.15_78.28-78.15_°78.15—89.43—y—89.43.〉D=83.79%D貝QMD—46x0.8379+18x(1-0.8379)—41.46塔頂蒸汽密度p——1.4386kg/m341.4622.4x(273.15x78.28)q—(R+1)DMD—(2.5+1)x36.5330塔頂蒸汽密度p——1.4386kg/m3塔頂蒸汽體積流量’p1.4386x3600取適宜的輸送速度u=20m/s，

d=則管徑4x1.02x103=255.27mm?256mmd=則管徑20?？蛇x取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8263—87)規(guī)格：中273X9mm4.3泵的揚(yáng)程計(jì)算及選型進(jìn)料溫度t=30°C,pi=780kg/m3,p=995.7kg/m3,p「=874.75kg/m3,四1=1.01x10-3Pa?s,七=8.007x10-4Pa?s,四lf=0.00101x0.2813+0.0008007x(1-0.2813)=8.596x10-4Pa.s已知進(jìn)料量F=2777.78kg/h=0.7716kg/sq=—=0.7716=8.82x10-4m3/svp874.75F取管內(nèi)流速為u=2.0m/s，則d—互=、：'4x&82x10-4=23.7mm.24mm腥ut13.14x2故選巾32x4貝口內(nèi)徑d=32—2x4=24mm,代入得=1.951m/s4q_4x8.82x10-4福-3.14x(=1.951m/sRe=蛭=0.024xL951x874.75=4.76x104口8.596x10-4取絕對(duì)粗糙度為￡=0.2mm相對(duì)粗糙度為￡/d=0.2x10-3/0.024=0.0083摩擦系數(shù)人由X-2=-1.8xlg[(—)1.11+6.9/Re]，得X=0.037dx3.7進(jìn)料口位置高度h=19x0.45+0.6=9.15m￡Hf=(Xxh/d)xu2/g=(0.037x9.15/0.024)xC：：=5.47m揚(yáng)程H>ZH+h=5.47+9.15=14.62mf選擇IS-50-32-250型號(hào)的離心泵。4.4塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：4.4.1法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱(chēng)直徑，選用相應(yīng)法蘭。進(jìn)料管接管法蘭：PN6DN40HG5010回流管接管法蘭：PN6DN60HG5010塔頂蒸氣管法蘭：PN6DN500HG5010釜液排出管法蘭：PN6DN30HG50104.4.2筒體壁厚選6mm，所用材質(zhì)為％。4.4.3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DN=1000mm，查得曲面高度七=250mm，直邊高度h0=25mm，內(nèi)表面積F、=1.163m2，容積V封=0.1