個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用目錄目錄1摘要4第一章緒論41.1設(shè)計(jì)流程41.2設(shè)計(jì)思路5第2章塔板的工藝設(shè)計(jì)62.22.1精餾塔全塔物料衡算6常壓下乙醇-水氣液平衡組成<摩爾）與溫度的關(guān)系6b5E2RGbCAP2.2.1溫度72.2.2密度72.2.2.1精餾段72.2.2.2提餾段72.2.3混合液體表面張力的計(jì)算92.2.4混合液混合物的粘度計(jì)算92.2.5相對(duì)揮發(fā)度102.3理論塔板的計(jì)算102.3.1適宜回流比的確定102.3.2精餾塔的氣液相負(fù)荷102.3.3操作線方程錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.3.4理論塔板數(shù)的確定錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。p1EanqFDPw2.3.4實(shí)際塔板數(shù)112.3.4.1精餾段錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.3.4.2提餾段錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.3.5操作壓力計(jì)算122.4 精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算 122.4.1 塔徑D的計(jì)算122.4.1.1 氣液相體積流量計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.4.1.2 管徑計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.4.1.3 精餾塔的有效高度計(jì)算 132.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 142.5.1 溢流裝置的計(jì)算 142.5.1.1 溢流堰長(zhǎng) 142.5.1.2 溢流堰高度 142.5.1.3弓形降液管的寬度Wd與降液管的面積Af14DXDiTa9E3d2.5.1.4降液管底隙高度h0152.5.2塔板布置152.5.2.1塔板的分布152.5.2.2邊緣區(qū)寬度確定152.5.2.3開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算162.5.2.4篩板計(jì)算及其排布16第3章篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 173.1 塔板壓降 173.1.1 干板阻力hc計(jì)算171/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用3.1.2 氣流穿過(guò)液層的阻力 hL的計(jì)算173.1.3 液體表面張力的阻力 h的計(jì)算173.2 液面落差 183.3 液沫夾帶 183.4 漏液183.5 液泛193.6 塔板負(fù)荷性能圖 203.6.1 漏液線203.6.2 液沫夾帶線 203.6.3 液相負(fù)荷上限線 213.6.4 液相負(fù)荷下限線 213.6.5 液泛線223.6.6 操作彈性 23第四章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 37第五章結(jié)語(yǔ) 2參考文獻(xiàn)3主要符號(hào)說(shuō)明 4附錄5化工原理設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)<一）設(shè)計(jì)題目乙醇-丙醇連續(xù)篩板式精餾塔的設(shè)計(jì)<二）設(shè)計(jì)條件塔頂壓力為100kpa處理量：<見(jiàn)表中數(shù)據(jù)）進(jìn)料中含乙醇xf0.29400<摩爾分?jǐn)?shù)），進(jìn)料狀態(tài)q=1塔頂含乙醇xd0.91400<摩爾分?jǐn)?shù)）；塔底含乙醇xw0.01400<摩爾分?jǐn)?shù)）加料量為F 100kmol/h塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流塔釜飽和蒸汽直接加熱回流比 R (1.2 2.0)Rmin單板壓降 ≤0.7kPa塔板采用篩板<三）設(shè)計(jì)內(nèi)容(1>確定工藝流程。(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。2/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用(5>精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算。(6>塔板板面布置設(shè)計(jì)。(7>塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算與負(fù)荷性能圖。(8> 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 。3/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用摘要來(lái)自塔板下面的蒸氣經(jīng)塔板進(jìn)入板上的液體中，與溫度較低的液體直接接觸，氣液之間發(fā)生熱質(zhì)交換，一直進(jìn)行到相平衡為止。在本次設(shè)計(jì)中,主要以乙醇和丙醇為實(shí)驗(yàn)物系，在給定的操作條件下對(duì)篩板精餾塔進(jìn)行物料和熱量衡算。精餾是一種最常用的分離方法，它依據(jù)多次部分汽化、多次部分冷凝的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。設(shè)計(jì)中采用的精餾裝置有精餾塔,冷凝器等設(shè)備,采用直接蒸汽加熱，物料在塔內(nèi)進(jìn)行精餾分離,余熱由塔頂產(chǎn)品冷凝器中的冷卻介質(zhì)帶走,完成傳熱傳質(zhì).RTCrpUDGiT本設(shè)計(jì)主要計(jì)算：物料衡算、熱量衡算、主體設(shè)備設(shè)計(jì)、主體設(shè)備選型的設(shè)計(jì)等。塔頂冷凝裝置采用全凝器，以便于準(zhǔn)確控制回流比。直接蒸汽加熱計(jì)算出蒸汽的用量。5PCzVD7HxA通過(guò)對(duì)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算可知：實(shí)際塔板數(shù)為27塊，進(jìn)料在第23塊，回流比為2.496，塔徑為 1m，塔的實(shí)際高度為==m。根據(jù)所選的參數(shù)在進(jìn)行校核可知：精餾段塔板壓降為109325Pa，液體在降液管停留時(shí)間為26.213s，降液管內(nèi)清液層高度為0.0123m，霧沫夾帶為0.019kg液/kg氣，降液管底隙高0.1267m,氣相流量0.0007379m3/s，液相流量0.5983m3/s操作彈性為3.665。提餾段塔板壓降為118825Pa，液體在降液管停留時(shí)間為14.867s，降液管內(nèi)清液層高度為0.11404，霧沫夾帶為0.0227kg液/kg氣，氣相流量m0.001301m3/s，液相流量為 0.863m3/s，操作彈性為 3.082。這些值都符合實(shí)際要求，故所選的物性參數(shù)是合理。在進(jìn)行精餾塔的附屬設(shè)備的計(jì)算可知：塔頂冷凝器的型號(hào)為G500-60.1-14-I，進(jìn)料泵的型號(hào)為:50Y-60B,貯罐的型號(hào)為JB1428-7jLBHrnAILg第一章 緒論按物系性質(zhì)和生產(chǎn)需要，精餾塔分段采用篩板與填料相結(jié)合的組合板，或采用輕重浮閥交替排列的組合板，既避免了由于設(shè)備腐蝕而造成的堵塞，又保證了很高的分離效率。在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板可解決堵塞問(wèn)題適當(dāng)控制漏液。采用直接蒸汽加熱分離乙醇和丙醇，傳熱速率快、開(kāi)車周期短，能耗降低。為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響，可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。xHAQX74J0X精餾過(guò)程的實(shí)質(zhì)是上升蒸氣和下流液體充分接觸，兩相間進(jìn)行物質(zhì)和能量的相互傳遞。塔坂的作用是為氣液兩相物流進(jìn)行熱量和質(zhì)量傳遞提供場(chǎng)所。整個(gè)精餾過(guò)程就是通過(guò)精餾塔內(nèi)每塊塔板上的作用而實(shí)現(xiàn)的。為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制成突起的斜臺(tái)狀，這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成<使用碳剛的比較少）。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比率較少。 LDAYtRyKfE1.1設(shè)計(jì)流程乙醇—丙醇合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱，進(jìn)料狀況為泡點(diǎn)進(jìn)料送入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝汽冷凝，一部分入塔回流，其余經(jīng)塔頂產(chǎn)品冷卻器冷卻后，送至儲(chǔ)罐,塔釜采用直接蒸汽加熱,塔底產(chǎn)品冷卻后,送入貯罐Zzz6ZB2Ltk4/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用產(chǎn)品采出進(jìn)料飽和蒸汽塔底物料采出圖1-1精流流程示圖1.2設(shè)計(jì)思路精餾方式的選定本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾操作方式，其特點(diǎn)是：連續(xù)精餾過(guò)程是一個(gè)連續(xù)定態(tài)過(guò)程，耗能小于間歇精餾過(guò)程，易得純度高的產(chǎn)品。dvzfvkwMI1操作壓力的選取本設(shè)計(jì)采用常壓操作，一般，除了敏性物料以外，凡通過(guò)常壓蒸餾不難實(shí)現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來(lái)的系統(tǒng)都應(yīng)采用常壓蒸餾。rqyn14ZNXI<3）加料狀態(tài)的選擇為泡點(diǎn)進(jìn)料<4）加熱方式本設(shè)計(jì)采用直接蒸汽加熱。<5）回流比的選擇選擇回流比，主要從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，力求使設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和最低。一般經(jīng)驗(yàn)值為R=(1.1-2.0>Rmin.EmxvxOtOco<6）塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇塔頂選用全凝器，因?yàn)楹罄^工段產(chǎn)品以液相出料，但所得產(chǎn)品的純度低于分凝器，因?yàn)榉帜鞯牡谝粋€(gè)分凝器相當(dāng)于一塊理論板。SixE2yXPq55/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用塔頂冷卻介質(zhì)采用自來(lái)水，方便、實(shí)惠、經(jīng)濟(jì)。<7）篩板塔的選擇在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿足要求的操作彈性，而且效率高采用篩板塔可解決堵塞問(wèn)題適當(dāng)控制漏夜。6ewMyirQFL篩板塔是最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備之一，五十年代之后通過(guò)大量的工業(yè)實(shí)踐逐步改進(jìn)了設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)近年來(lái)與浮閥塔一起成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響可將塔板的液體進(jìn)入?yún)^(qū)制突起的斜臺(tái)狀這樣可以降低進(jìn)口處的速度使塔板上氣流分布均勻。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成使用碳剛的比較少。實(shí)際操作表明，篩板在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下操作使其板效率明顯下降其操作的負(fù)荷范圍較袍罩塔為窄，單設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到 2-3。kavU42VRUs表1-1流程方式壓力加料加熱回流比冷凝冷卻篩板狀態(tài)方式器介質(zhì)塔選連續(xù)常壓氣液直接R=(1.1-全凝自來(lái)篩板取精餾混合蒸汽2.0>Rmin器水塔第2章 塔板的工藝設(shè)計(jì)2.1 精餾塔全塔物料衡算x0.242（x/46.07）f摩爾分?jǐn)?shù)xmol=質(zhì)量分?jǐn)?shù)xd0.891（x/46.07）+（1-x)/60.1xw0.0108物料衡算式為：F=D+W易揮發(fā)組分物料衡算：F×XF=D×XD+WXWFDW100DW解得：D=31.11kmol/hFxfDxdWxw1000.2940.914D0.014WW=68.89kmol/h2.2常壓下乙醇-丙醇?xì)庖浩胶饨M成<摩爾）與溫度的關(guān)系表2-1常壓下乙醇—丙醇的汽液平衡數(shù)據(jù)序號(hào)液相組成氣相組成沸點(diǎn)/℃序號(hào)液相組成氣相組成沸點(diǎn)/℃10.0000.00097.1670.5460.71184.9820.1260.24093.8580.6000.76084.1330.1880.31892.6690.6630.79983.0640.2100.33991.60100.8440.91480.5950.3580.55088.32111.0001.00078.3860.4610.65086.256/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2.2.1 溫度利用表2-1中數(shù)據(jù)由插值法可求得 tF、tD、tW。1、tF：91.6088.320.2100.3582、tD：80.5978.380.84413、tW：97.1693.8500.126

tF91.60oC0.2940.210tF=89.74tD80.59tD=79.60oC0.9140.844tW97.16tW=96.79oC0.01404、精餾段平均溫度tFtD89.7479.60℃tm1284.6725、提餾段平均溫度tFtW89.7496.79℃tm2293.2722.2.2密度由如下公式：1AB<α為質(zhì)量分率）plAB混合氣體密度:vlvmjTO.PM22.4TPO塔頂溫度tD=79.60oC氣相組成yD:78.3880.5979.6078.38yD=0.95510.914yD1同理求得yF=0.474yW=0.0302.2.2.1精餾段液相組成x1xDxF0.9140.294=0.60422氣相組成y1yDyF0.9550.474=0.71522則：ML146.070.60460.1(10.604)51.63kg/kmolMV146.070.71560.1(10.715)50.07kg/kmol2.2.2.2提餾段液相組成xwxF0.0140.294x22=0.1542氣相組成yWyF0.0300.474y120.25227/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用則：ML246.070.15460.1(10.154)57.94kg/kmolMV246.070.25260.1(10.252)56.56kg/kmol利用表2-2中數(shù)據(jù)，由插值法不同溫度下乙醇和丙醇的密度求得在tF、tD、tW下乙醇和水的密度<Kgm3）表2-2溫度t/OC708090100110乙醇密度kg/m3754.2742.3730.7717.4704.3乙醇密度kg/m3759.6748.7737.5726.1714.2tF=89.74oC90809089.74乙F730.42kgm3730.1742.3730.1乙F90809089.74丙F737.79kgm3737.5748.7737.5丙F1=0.24210.242F735.99kgm3F730.42737.79tD=79.60oC80708979.60乙d743.703742.3754.2742.3kgm乙D80708076.60丙d749.14Kgm3748.7759.6748.7丙D1=0.89110.891d743.47kgm3D742.78749.14tW=96.79oC1009010096.79乙729.763717.4730.1717.4wkgm乙W1009010096.79丙729.763726.1737.5726.1wkgm丙W1=0.010810.0108d743.473721.48729.76kgmW則:精餾段的平均氣相密度：提餾段的平均氣相密度：

L1FD735.99743.47=739.73kgm322L2wF735.99791.92=763.96kgm322MLDxD46.07(1xD)60.10.91446.07(10.914)60.1=55.975kg/kmolMLFxF46.07(1xF)60.10.29446.07(10.294)60.1=47.277kg/kmolMLWxW46.07(1xW)60.10.01446.07(10.014)60.1=59.904kg/kmol則：ML1MLD2MLF=55.97547.277=51.63kgkmol2ML2=MLWMLF=47.27759.904=57.94kgkmol22MvDyD46.07(1yD)60.10.95546.07(10.955)60.146.7kgkmolMvFyF46.07(1yF)60.10.47446.07(10.474)60.153.4kg/kmol8/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用MvWyW46.07(1yW)60.10.03046.07(10.030)60.159.7kg/kmolVF273.151.79kg/m322.4(273.1589.74)Vd273.15kg/m3(273.151.6122.479.60)273.153Vw(273.151.97kg/m22.496.79)精餾段平均液相密度:VFVD1.791.613V11.70kg/m22提餾段平均液相密度：VFVW1.791.973V21.88kg/m222.2.3 混合液體表面張力的計(jì)算由表2-3不同溫度下乙醇和丙醇的表面張力，利用插值法求的表面張力表2-3不同溫度下乙醇和丙醇的表面張力乙醇表面張力 丙醇表面張力 溫度 乙醇表面張力O-3.-1/10-3-1O/10-3.-1溫度t/C/10NMN.Mt/CNM8017.219.810015.29016.218.011014.8tD79.60℃,806017.220.25乙D17.26mNm，8079.617.2乙D806019.821.27丙D19.83mNm8079.6019.8丙DtF=89.74℃，908016.217.2，乙F16.23mNm9089.7416.2乙F908018.019.8，丙F18.03mNm9089.7418.0丙Ftw96.79℃，1009015.216.2，乙W15.52mNm，10096.7915.2乙W1009017.218，丙W17.46mNm10096.7917.2丙WLD乙DxD丙D(1xD)0.91419.83(10.914)17.48mNmLF乙FxF丙F(1xF)16.230.29418.03(10.294)17.50mNmLW乙WxW丙W(1xW)15.520.01417.46(10.014)17.43mNm精餾段液相平均表面張力：精LDLF17.4817.5017.49mNmL22提餾段液相平均表面張力：提LWLF17.4317.5017.47mNmL22

丙醇表面張力-3 -1/10N.M16.22.2.4混合液混合物的粘度計(jì)算由t184.67C時(shí)查液體粘性共線圖得：乙0.464mPas，丙0.578mPast293.27C時(shí)查液體粘性共線圖得乙20.406mPas，丙20.503mPas9/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用(1>精餾段粘度<2提餾段粘度2.2.5 相對(duì)揮發(fā)度

乙x1丙(1x1)0.4640.6040.578（）110.604=0.509mPas乙2x2丙2(1x2)0.4060.1540.503（）210.154=0.488mPas由xF0.294，yF0.474得0.47410.474F0.29412.1640.294由xD0.914，yD0.955得0.95510.955D0.91411.9970.914由xW0.014，yW0.030得0.03010.030W0.01412.1780.0141.9972.164精餾段平均相對(duì)揮發(fā)度：DF122.0812提餾段平均相對(duì)揮發(fā)度：WF2.1642.178222.17122.3 理論塔板的計(jì)算2.3.1 適宜回流比的確定本設(shè)計(jì)中采用圖解法來(lái)求理論板數(shù)。根據(jù)乙醇-丙醇的氣液平衡組成可繪出平衡曲線，即x-y曲線圖。(1)根據(jù)苯與甲苯的平衡數(shù)據(jù)在y-x作出平衡曲線，并畫(huà)出對(duì)角線。(2)在x軸上找出XD，XF，XW，a,f,點(diǎn)(3)通過(guò)f點(diǎn)作出q線，q線是精餾段與提留段操作線交點(diǎn)的軌跡。(4)設(shè)q線與平衡曲線交與點(diǎn)XDYg，由作圖得點(diǎn)g坐標(biāo)為G(Xg,Yg>則Rmin=XgYgg(0.294，,0474>>所以Rmin=0.9140.4742.44y6v3ALoS890.4740.294取R=1.5Rmin=3.66在y軸上定出e點(diǎn)，使oe=XD,連接ae即為精餾段操作線R1RXXD3.660.914即yn1=R13.6610.785X0.196R13.661RDqFWXw1.475X0.00665(6)ae與q線交與點(diǎn)b點(diǎn)，ym1X(R1)D(1q)F(R1)D(1q)F10/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用(7)連接bd即得提留段操作線(8)自a點(diǎn)出發(fā)，在平衡線和兩條操作線之間畫(huà)梯級(jí)，直到最后一級(jí)跨過(guò)xw0.014為止，所得數(shù)即為所需理論板數(shù)，跨過(guò)b點(diǎn)處即為進(jìn)料塔板。M2ub6vSTnP求的結(jié)果為總理論板層數(shù)NT=17塊<包括再沸器）精餾段理論板數(shù) NT1=7提餾段理論板數(shù) NT2=10<包括再沸器）理論加料板位置為第 8塊板2.3.2 實(shí)際塔板數(shù)全塔板效率的求取利用奧康奈爾公式ET 0.49( L)0.245其中： 塔頂與塔底平均相對(duì)揮發(fā)度；塔頂與塔底平均液相粘度mPas。精餾段已知：12.081，L10.509mPa*s所以：ET0.49(2.0810.509)0.2450.483NT714塊Np精0.483ET提餾段已知：22.171，L20.488mPa*s所以：ET0.49(2.1710.488)0.2450.483NT919塊Np提0.483ET全塔所需實(shí)際塔板數(shù)NPNP精NP提141933?塊（不含再沸器）全塔效率：NT100%=171100%=48.48%ET33NP加料板位置在第 15塊塔板上。2.3.3 精餾塔的氣液相負(fù)荷精餾段：L3.6631.11RD=0.0316kmol/s3600）31.11（3.66V(R1)D10.0403kmol/s3600則質(zhì)量流量：L1ML1L51.630.03161.63kg/sV1MV1V50.070.04032.02kg/s11/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用體積流量：Ls1L11.632.2103m3/sL1739.73Vs1V12.021.19m3/sV11.70提餾段：L'LqFRDqF0.031631.111=0.0402kmol/sV'3600V(q1)FV0.0403kmol/s則質(zhì)量流量：L2ML2L'57.940.04022.33kg/sV2MV2V'56.560.04032.28kg/s體積流量：Ls2L22.332.93103m3/sL2793.96Vs2V22.281.21m3/sV21.88表2-4汽液符合計(jì)算結(jié)果匯總表液相質(zhì)量kg/s汽相質(zhì)量kg/s液相體積流量m3/s汽相體積流量m3/s精餾段1.632.022.2*10-31.19提餾段2.332.282.93*10-31.212.3.5操作壓力計(jì)算塔頂壓強(qiáng)：PD=100kpa,取每層塔板壓降：P=0.7kpa則進(jìn)料板壓強(qiáng)：PF=100+0.7*14=117.425kpa塔釜壓強(qiáng)：PW=101.325+0.7*27=120.225kpa精餾段平均操作壓強(qiáng)：PM1=<101.325+117.425）/2=109.325kpa提餾段平均操作壓強(qiáng)：PM2=(117.425+120.225>/2=118.825kpa2.4精餾塔塔體工藝尺寸的計(jì)算2.4.1塔徑D的計(jì)算選板間距H=0.45m，取板上液層高度h=0.06m，故H－h(huán)=0.39mTLTL(1>精餾段橫坐標(biāo)：Ls1(L112.20103739.7310.039查文獻(xiàn)得，精餾段：C20=0.0890Vs1)21.19()2V11.70CC20(2)20.0890(17.49)0.20.0834202012/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用u=Clv=0.0834×739.731.70=1.74m/smax1.70v取安全系數(shù)為0.7，則u=0.7×u=1.22m/smaxD1=4VS=41.19=1.11mu3.141.22按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑D1圓整取1.2m塔截面積：A(D)2=1.13空塔氣速：11.19=1.05m/s1.132<2）提餾段橫坐標(biāo)：Ls21103763.961查文獻(xiàn)得，精餾段：20=0.0891(L2)2(20.038Vs21.21)CV21.88CC20(2)20.0891(17.47)0.20.08672020umax0.0867763.961.881.75取安全系數(shù)為0.7，則u20.7umax0.71.751.221.88m/sD2=4VS=41.21=1.124mu3.141.22按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑D圓整取1.2m塔截面積：ATD22()=1.13m2空塔氣速：u2=1.21=1.07m/s1.13因?yàn)槎呦嗖畈皇呛艽螅钥梢匀⊥瑯哟蟮乃?.4.1.3 精餾塔的有效高度計(jì)算精餾段的有效高度 Z精（N精-1）HT 7.92m提餾段的有效高度 Z提（N提-1）HT 3.08m在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為 0.8m,故精餾塔的有效高度為 Z Z精 Z提 0.8 11.80m13/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算2.5.1 溢流裝置的計(jì)算因塔徑D=1.2m D<2.2m可選用單溢流弓形降降液管，采用凹行受液盤及平行溢流堰。2.5.1.1 溢流堰長(zhǎng)取堰長(zhǎng)lw為0.6D, 即: lw=0.61.2=0.72m2.5.1.2 溢流堰高度hw hL h0w選用平直堰，堰上的液層高度 hl 0.06m3 Lh2/3how 2.84 10 E( )近似取E 1，則<1）精餾段堰上的液層高度：hOW2.842.210-3360032（）=0.01410000.72hWhL-hOW0.060.0140.046<0.06m<2）提餾段堰上的液層高度：hOW2.842.9310-3360032（）=0.01710000.72hWhL-hOW0.060.0170.0430.06m2.5.1.3 弓形降液管的寬度Wd與降液管的面積 Af由lw0.6查弓形降液管參數(shù)圖知DAf0.051Wd0.1ATD故:Af=0.051AT=0.0576m214/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用Wd0.1D0.12m依式AfHTLs1精餾段AfHT0.0576*0.455s111.78sLs10.0022AfHT0.0576*0.455s2L's28.850.00293故降液管設(shè)計(jì)合理。2.5.1.4 降液管底隙高度h0Lsho Lwu'取液體通過(guò)降液管底隙的流速 u=0.11m/s0.0022精餾段：ho 0.028m0.72 0.116mmhohw提餾段：h'0.002930.037m0.110.726mmh'hw故降液管隙高度設(shè)計(jì)合理 ,選用凹行受液盤，深度 hw' 50mm。2.5.2 塔板布置2.5.2.1 塔板的分布因D800mm,故塔板采用分塊式。查表知，塔板分為 3塊。2.5.2.2 邊緣區(qū)寬度確定' '取 WS WS 0.060m, Wc 0.030m15/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2.5.2.3 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算Aa2xr2x2/180r2sin1(x)r其中DWdWs10.120.060.42mx22DWc0.57mr2故A2xr2x2/180r2sin1(x)0.8187m2r2.5.2.4 篩板計(jì)算及其排布因本例所處理物系無(wú)腐蝕性，可選用 3mm碳鋼板，取篩孔的直徑 do=5mm,篩孔按正三角形排列,取孔中心距t為t 3.3d 16.5mm塔板上的篩孔數(shù) n為n1.158A/t21.1580.81870.0013483個(gè)16.52開(kāi)孔率φ,即0.9078.33%(t/d)2oA0Aa0.08330.81870.0681氣體通過(guò)篩孔的氣速:u0Vs/A0精餾段：u0Vs/A01.19/0.068117.47m/s提餾段：u'Vs'/A01.21/0.068117.78m/s16/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第3章篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算3.1 塔板壓降3.1.1干板阻力hc計(jì)算hc0.051(u)2(v)cL由d/4.5/31.5查圖得C0.78<1）精餾段:hc0.05114.511/0.7820.02320m液柱*1.18/895.834<2）提餾段:hc'0.05120.825/898.0820.01770m液柱15.161/0.783.1.2 氣流穿過(guò)液層的阻力 hL的計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算公式 hl hL(1>精餾段：uV0.5983ATAf0.7851.115m/s0.04396F0uav1.115*1.181.211Kg1/2/(sm1/2)查圖得板上液層充氣系數(shù)0.62故h1hl0.620.060.0372m液柱‘V'0.863<2）提餾段：uATAf0.7851.1646m/s0.04396F'1.16460.8251.0578Kg1/2/(sm1/2)查圖得板上液層充氣系數(shù)'=0.65‘’液柱h1hL0.650.060.039m3.1.3液體表面張力的阻力h的計(jì)算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h4lLgd0<1）精餾段：h41421.4705Lgdo0.002172m液柱895.8349.810.0045100017/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用其中氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp hc hl h 0.0626m液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為PP=hpρL1g=0.05457×895.834 9.81 479.583pa 0.7kpa(設(shè)計(jì)允許值>。<2）提餾段：h'4L'L'0.0037096m液柱gdo其中氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp'hc'h1'h'0.05441m液柱Pphp'L'g0.05441*898.082*9.81479.359pa0.7Kpa(設(shè)計(jì)允許值）3.2 液面落差故對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。3.3液沫夾帶5.7106ua3.2eVHThf[1]依公式：Lmhf2.5hL2.50.060.15m<1）精餾段ev5.71063(1.115)3.20.019kg液/kg氣<0.1kg液/kg氣21.4705100.440.15<2）提餾段'5.71061.16463.2液氣<0.1液氣ev36.768103(0.440.15)0.0227kg/kgkg/kg故在設(shè)計(jì)液沫夾帶量 ev在允許范圍內(nèi)。3.4漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速為 u0,min18/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用依公式： u0,min4.4C00.00560.13hLh L V<1）精餾段：uo,min4.4C0(0.00560.13hL1h1)Lm1Vm14.40.772(0.00560.130.060.002172)895.834=9.020m/s1.18實(shí)際孔速14.511>9.092篩板的穩(wěn)定性系數(shù)：Ku01.60881.5uo,min介于1.5----2.0之間，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生明顯漏液。<2）提餾段：''4.4C0(0.00560.13'h')Lmuo,minhL'Vm4.40.772(0.00560.130.060.00371)898.082=10.031m/s0.825實(shí)際孔速15.16>11.15篩板的穩(wěn)定性系數(shù)：K2uo'1.5111.5uo',min介于1.5----2.0之間，故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生明顯漏液。3.5液泛為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度Hd(HThW)。因?yàn)橐掖?水物系屬于一般物系，取0.5<1）精餾段:(HThW)=0.5(0.44+0.0523)=0.246m液柱而Hdhphlhdu0/0.10m/shd0.153u0'20.00153m液柱Hd=hp+hL+hd=0.12413m液柱則Hd(HThW)19/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用<2）提餾段:hd'0.153u0'20.00153m液柱Hd'hp'hc'hd0.1159m液柱則Hd'(HThw')故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。由以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算 ,可認(rèn)為精餾段、提餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的。3.6塔板負(fù)荷性能圖3.6.1漏液線由hLhwhow，UowVS,min/Ao代入漏夜點(diǎn)氣速：UowVS,min/Ao4.4C0(0.00560.13hch)L/V2解得精餾段：VS,min4.840.0099720.122LS32提餾段：VS,min6.030.008450.122LS3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)LS值，依上式算出相應(yīng)的VS值，列于下表表3-2LS與VS對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s1.510-33×10-34.5×10-36×10-3S130.52060.54130.55810.5675V,m/sS230.60450.63210.65430.6736V,m/s3.6.2 液沫夾帶線1063.25.7US以eV=0.1kg液/kg氣為限，eVHThfL<1）精餾段：USVS1.350VStAfA2/3103e3600Ls2hf2.5hl2.5hwj2.84=0.1312.475LS3lwj20/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用HThf030902.475ls2/35.71063.2UaeV=0.1HThf2VS1.463611.7228LS3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) LS值，依上式算出相應(yīng)的 VS，列于下表中<2）提餾段：UsVS1.350VSATAf33600LS22hf2.5hl)2.5[hwT2.8410)3]=0.12252.344LS3e(0.6HThf0.31752.344ls2/3取霧沫夾帶極限5.71061.350Vs3.2eV=0.13Hthf36.768*10Vs1.771013.675ls2/3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)LS值，依上式算出相應(yīng)的VS值，列于下表中表3-1LS與VS對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s1.510-33×10-34.5×10-36×10-3S131.31801.21981.14411.0765V,m/sS231.59181.48651.39831.3195V,m/s3.6.3液相負(fù)荷上限線取液體在降液管中停留時(shí)間為4秒，由公式AFHT得：LSLS,minAfHt0.043960.440.0048356m3/s4液相負(fù)荷上限線在坐標(biāo)圖上為氣體流量無(wú)關(guān)的垂直線3.6.4 液相負(fù)荷下限線取平直堰.取堰上液層高度how 0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)，21/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用取E1.0lw0.6how2.84E(3600ls)0.0061000lw則LS,min 5.118*104m3/s液相負(fù)荷下相線在坐標(biāo)圖上 ,亦是氣體流量無(wú)關(guān)的垂直線3.6.5液泛線<1）精餾段：令Hd(HThw)由Hdhphlhdhphchihhihlhlhwhow聯(lián)立得HT(1)hw(1)howhchdh2忽略h整理得Vs2bcLs2dLs3式中0.051(v)bHT(1)hw(AC)2l000.153103e(12cd2.84)(3600/Lw)3(Lwho)2將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a0.0348b0.1614c2809.174d1.51922得Vs24.63880723.39Ls243.655Ls3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) LS值，依上式算出相應(yīng)的 VS值，列于下表中<2）提餾段：令Hd(HThw)由Hdhphlhdhphchihhihlhlhwhow聯(lián)立得HT(1)hw(1)howhchdh222忽略h整理得VsbcLsdLs3式中a0.0512(v)bHT(1)hw(A0C0)l22/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用0.15332c3(Lwho)2d2.8410e(1)(3600/Lw)將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a 0.0243b 0.1614c 904.212d 1.54732得Vs26.64237210.370Ls263.675Ls3在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)LS值，依上式算出相應(yīng)的VS值，列于下表中表3-3LS與VS對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s1.510-53.0×10-54.5×10-56×10-532.14742.14382.14072.1379V,m/sS1S232.56972.56522.56152.5582V,m/s3.6.6 操作彈性<1）精餾段21.510.5000.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007VS1,max1.950m3/sVS1,min0.532m3/s故操作彈性為Vs1,max 3.665Vs2,min<2）提餾段23/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用2.52系列1系列2系列31.5系列4系列5系列61線性(系列1)線性(系列2)線性(系列3)線性(系列5)0.5線性(系列6)000.0020.0040.0060.008VS2,max1.845m3/sVS2,min0.598m3/s故操作彈性為Vs1,max 3.082Vs2,min第4章熱量衡算4.1進(jìn)入系統(tǒng)的熱量4.1.1 加熱蒸汽帶入的熱量 QBQB=GB·rW<按101.163℃飽和蒸汽計(jì)）4.1.2 進(jìn)料帶入的熱量 QFQF FGtFCPF式中：tF=89.28℃ T=362.43K由附錄表查得乙醇：CP,A=1.56×0.01×89.28+2.012=3.405kJ/<kmol ·K）、水： CP,B=2.144×0.0001×89.28+4.198=4.217kJ/<kmol·K）則： CP,F=0.2423CP,A+(1-0.2423>CP,B=4.03771kJ/<kg·K）且：FG=F×MF=3000kg/h得：故：QF=3000×4.0377×89.28=1.08145×106kJ/h24/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用4.1.3 回流帶入的熱量 QRQR RDGCP,RtRtR 78.380C由附錄表查得CP,A=1.56×0.01×78.38+2.012=3.235kJ/<kmol ·K）、CP,B=2.143×0.0001×78.38+4.198=4.215kJ/<kmol ·K）則：CP,R=0.7982CP,A+(1-0.7982>×CP,B=3.4326kJ/<kg·K）從 而 有 :QR=2.496 × 78.38 × 40.9096 × 8.214 × 3600 ×0.0034326=8.1237 105kJ/h0YujCfmUCw4.2離開(kāi)系統(tǒng)的熱量4.2.1 塔頂蒸汽帶出的熱量QVDG(R1)(CP,D.tDrD)式中：tD=78.38℃。CP，D=3.433kJ/<kg·℃）<由上面計(jì)算結(jié)果可知）由附錄表計(jì)算得：rA=972.73kJ/kg、rB=2307.6kJ/kgrD=rA·xD+(1-xD>·rB=1263.67kJ/kg則：QV6.482*106kJ/h4.2.2 殘液帶出的熱量QW=WG·CP，W·tW式中：tW=97.17℃ 則：CP，W=4.2105kJ/<kmol·K）WG=W·MW=0.02683×3600×18.449=1782kg/h則：QW=1782×4.2105×97.17=7.291*105kJ/h4.2.3 散于周圍的熱量 QL可取QL 0.4%QB熱量衡算式：QB+QF+QD=QV+QW+QL25/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用即：QB=QV+QW+QL–QF–QD(1–0.4%>QB=6.482106 7.291105 1.08145 106 8.1237 105解得：QB 5.33863*106kj/h由tw 97.17oC查附錄表計(jì)算得： rA 924.249kJ/kg rB 2049.66kJ/kgrW 2027.602kJ/kgQB263.298kg/h則：GBrw設(shè)塔頂為全凝器，用冷卻水做冷卻劑，設(shè)入口溫度為t120℃，t240℃冷卻水用量：GCQC(QCQVQD>CP(t2t1)GC6.4821068.12371056.791104kg/h4.174(4020)第5章塔的附屬設(shè)備的計(jì)算5.1塔頂冷凝器的計(jì)算5.1.1 確定設(shè)計(jì)方案5.1.1.1 選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體為飽和乙醇水蒸汽，溫度為78.38℃，冷流體進(jìn)口溫度20℃，出口溫度40℃.用該冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)其進(jìn)口溫度降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的關(guān)閉溫度和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 eUts8ZQVRd5.1.1.2 流程安排由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以應(yīng)使冷卻水走管程，飽和蒸餾水走殼程，以便排出冷凝水。sQsAEJkW5T此過(guò)程為餾出液有相變，冷卻水無(wú)相變得計(jì)算過(guò)程5.1.2 確定流體的定性溫度，物性數(shù)據(jù)對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故冷卻水的定性溫度為<20+40）/2=30℃。設(shè)管外壁溫度為66.8℃，則乙醇和水蒸氣的定性溫度<78.38+61.7）/2=70℃。GMsIasNXkA兩流體的物理性質(zhì)如下表：26/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用表4.1兩流體在定性溫度下的物性性質(zhì)[1]流體溫度t密度ρ粘度μ熱容UA導(dǎo)熱系數(shù)λ物性℃Kg/m3mPasKJ/(Kg.K>W/(m.K>乙醇水701.45030.48793.27870.2532冷卻水30995.70.80124.1740.6171兩流體溫差較大，故選用浮頭列管換熱器。5.1.3 熱負(fù)荷Q的計(jì)算由上面設(shè)計(jì)可知:Q QC QV QD 5.6696106kJ/s冷卻水的用量W QV 6.791104kg/hC水(t2 t1)5.1.4 傳熱面積的計(jì)算5.1.4.1 計(jì)算逆流平均溫度:(tDt1)(tDt2)(78.3820)(78.3840)℃tmln78.3847.687lntDt120tDt278.38405.1.4.2 選K值并估算傳熱面積初選K=4952.K),則w/(mQ5.66961062A47.687273.1536.85mK.tm4955.1.5 換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸5.1.5.1 選擇管徑及管內(nèi)流速選用管徑 25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管<碳鋼），取管內(nèi)流速 ui=0.5m/s。27/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用5.1.5.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)V根據(jù)下式確定換熱器的單程管子數(shù)： ns 0.785di2u其中：V 0.01035m3/s則有：ns 66（根）按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)為 L:AL 3.287mnS d0按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(GB151>推薦的傳熱管長(zhǎng)度，現(xiàn)取為 4.5m。5.1.5.3 傳熱管排列：采用水平正方形排列，取管心距 t=1.3do,則：t=1.3×25=32mm5.1.5.4 殼體內(nèi)徑：換熱器殼體內(nèi)徑取決于傳熱系數(shù)、管心距和傳熱管的排列方式。對(duì)于單管程換熱器，殼體內(nèi)徑D由下式確定：對(duì)于水平正方形排列由： b=1.19 NT 9.668得：D=t·(b-1>+2.5·do=339.86mm查化工原理上冊(cè)<P293）表4，按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取 D=350mm5.1.5.5 折流板列管式換熱器的殼程流體流通面積比管程流通面積大，在殼程流體屬對(duì)流傳熱條件時(shí)，為增大殼程流體的流速，加強(qiáng)湍動(dòng)程度，提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需設(shè)置折流板。TIrRGchYzg本設(shè)計(jì)采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25﹪，則切去的圓缺高度為：h=0.25×350=87.5mm7EqZcWLZNX取折流板間距B=0.5D,則：B=0.5×350=175mm折流板數(shù)NB28/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用傳熱管長(zhǎng)4500（塊）NB=1125折流板間距1755.1.5.6 防沖擋板對(duì)于乙醇和水，因 u2 995.7 0.52 248.925 740kg/(ms2)則無(wú)需設(shè)置防沖板。5.1.5.7 接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為 u1 4m/s,則接管內(nèi)徑為：4VSD1=D1 0.4365m3.14u1圓整后可取管內(nèi)徑為：500mm.管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速 u2 2m/s，則接管內(nèi)徑為：D2=D24V0.7414m3.14u1圓整后取管內(nèi)徑為：1000mm.5.1.5.8 初選換熱器的型號(hào):由于兩物體溫差較大和為了清洗殼程污垢 ,采用FB系列的固定管板式列管換熱器 .初選換熱器的型號(hào)為：BEM400-1-33.8754-4.5/28-1 Ⅰ，有關(guān)性能參數(shù)如下：表4-1初選固定管板式換熱器規(guī)格表工程尺寸單位殼程D350mm管程數(shù)NP27塊管數(shù)n66根管長(zhǎng)L3.287m管子直徑dφ25×2.5mm管子排列方式水平正方形排列管心距t32mm弓形折流板圓缺高度h87.5mm29/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用折流板間距B175mm折流板數(shù)NB25塊5.1.6 核算總傳熱系數(shù)k05.1.6.1 管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算：對(duì)于管程為無(wú)相變化冷流體，則在通常情況下可利用下式計(jì)算其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：i0.023iRe0.8Pr0.4di管程內(nèi)流體流通截面積為：Si0.7850.022660.02017m2管程內(nèi)流體流速及雷諾數(shù)分別為：Vciui 0.4346m/sSiReidiuii0.020.4346995.71.080104(湍流)i0.8012103普朗特?cái)?shù)為：CPi5.4192Priii0.023i0.80.42351.62W/(m20C)（Rei）（Pri）di5.1.6.2 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)于水平管束冷凝，可采用德沃爾 <Devore）基于努塞爾的理論公式和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)而提出的層流時(shí)的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式如下： lzq7IGf02E21 11.51Re3(2g3)3且殼程雷諾數(shù)為：4M4m42646002842100Rens36004.50.4879103l66設(shè)管外壁溫度為 61.62℃，則冷凝液膜的平均溫度為30/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用1102(tStD)2(61.6278.38)70C查出膜溫為700C下的物性常數(shù)為：A0.1715W/(m0C),B0.6705W/m0Co0.17150.7982(10.7982)0.67050.2453W/(mOC)321則：o1.512843(0.357110)31106.492W/(m20C)11.450329.810.245335.1.6.3 確定污垢熱阻RS有機(jī)液體側(cè) RS0 1.76*104m4.0C/W水側(cè) RSi 0.80*104m4.0C/W5.1.6.4 核算總傳熱系數(shù)K0管材為碳鋼，導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m2·℃>，則管壁熱阻為：Rwb0.00250.00005m20C/Ww50則：11bd0d0d0K0RS0dmRsidiidi0K0=584.66W/(m2·℃>5.1.6.5 傳熱面積裕度：在規(guī)定熱量下，計(jì)算了傳熱系數(shù) K。和平均傳熱溫差后，則與 K。對(duì)應(yīng)的計(jì)算傳熱面積為：AoQ30.22m2Kotm根據(jù)A和AO可求出給換熱器的面積裕度為：AAo100%21.94%在15%~~25%之間HAo則傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。31/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用5.1.7 壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，則管壁溫度可按下式計(jì)算：Tm(1Ri)tm(1Ro)twio11RiRoioTm0.4T10.6T2(湍流),tm1(t1t2（)層流）其中：2由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻大，會(huì)使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫。則上式可化為：11Tmtmtwio11iozvpgeqJ1hk由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽?，取循環(huán)水進(jìn)口溫度為 15℃，出口溫度為 35℃計(jì)算傳熱管壁溫。NrpoJac3v1則有：Tm 0.615 0.635 270C,tm 73.380C從而傳熱管平均壁溫為：tw 63.110C<此溫度與假設(shè)溫度 61.62℃基本相符，影響不大）。殼體壁溫，可近視取蒸汽溫度，即 T=78.38℃則殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為：t=78.38-61.62=16.76℃,該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償器。5.1.8 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 <壓降）因殼程為有機(jī)蒸汽在等溫等壓條件下的冷凝傳熱，壓降忽略，下面計(jì)算管程壓降。管程流體的阻力等于流體流經(jīng)傳熱管直管阻力和換熱器管程局部阻力之和，即：Pi(PiPr)FsNPNS式中：FS=1.5(近視取值>，NS=1,NP=1，Piilu2，Pru2di2232/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用取碳鋼管壁粗糙度 0.2mm，由Re=12300,傳熱管相對(duì)粗糙度 /d 0.01查莫狄圖得： i 0.042u2 0.5422m/sP1 1383.09PaP2 439.08PaPi 2733.26Pa 1104Pa壓降符合設(shè)計(jì)要求，故選用的換熱器是合適的。5.2接管設(shè)計(jì)由數(shù)據(jù)手冊(cè)知，對(duì)于乙醇這種易燃流體，其安全流速應(yīng)小于 2--3m/s。5.2.1 進(jìn)料管由上面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知進(jìn)料液質(zhì)量流率：FGFMF3000/hkg密度：F845.594kg/m3則料液體積流率:VF3000/845.5943.548m3/h取管內(nèi)流速:uF0.6/sm則進(jìn)料管直徑dF(4VF/3600)1/20.0457muF取進(jìn)料管尺寸為Φ50×2.0，則實(shí)際流速也為：uF=0.562m/s5.2.2 回流管由上面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知：回流液質(zhì)量流率:DGD*3600*1000*M637.8/hkg密度:ρLMD=946.074kg/m3則回流液體積流率 VD=0.674m3/h取管內(nèi)流速uD=0.6m/s則回流管直徑dD(4VD/3600)1/20.01994muD33/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用取回流管尺寸為Φ25×2,則實(shí)際流速為：uD=0.542m/s5.2.3 釜液出口管由上面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知：釜液質(zhì)量流率WG=W·MW=3627.0kg/h、密度ρ=950.57kg/m3則釜液體積流率VW=3.815m3/h取管內(nèi)流速uD=0.6m/s則釜液出口管直徑dW(4VW/3600)1/20.047muW取釜液出口管尺寸為Φ50×2，則實(shí)際流速為：uW=0.562m/s5.2.4 塔頂蒸汽管精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率，并取管內(nèi)蒸汽流速 uT=4.0m/s則dT(40.723)1/20.454m3.144.0取塔頂蒸汽管尺寸為Φ500×20.5，則實(shí)際流速為：uT=3.981m/s5.2.5 塔釜進(jìn)氣管由上面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)知：加熱蒸汽質(zhì)量流速為：SM=SM水=171.4886×18.02=3090.2246kg/h加熱蒸汽密度ρ=0.6281kg/m3<按101.163℃飽和水蒸汽計(jì)）3090.22464969.8047則加熱蒸汽體積流率 VH=0.6218 m3/h取uH=2m/s，加熱蒸汽管徑dH(4VH/3600)1/20.7130muH取加熱蒸汽管尺寸為為Φ750×9，則實(shí)際流速為：uH=1.81m/s5.2.6 管線設(shè)計(jì)結(jié)果表現(xiàn)將各管線設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果列于下表4-2-1：34/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用表4-2-1管線設(shè)計(jì)結(jié)果表序號(hào)管線用途流速/<m/s）管規(guī)格1進(jìn)料管0.562Φ50×22回流液管線0.542Φ25×23釜液輸送管0.562Φ50×24塔頂蒸汽管線3.981Φ500×20.55塔釜蒸汽管1.81Φ750×95.3泵的選型以進(jìn)料泵為例，由上面設(shè)計(jì)可知其流速為： VF=3.548m3/huF=0.6m/s設(shè)料液面至加料孔為 10m，900標(biāo)準(zhǔn)彎頭兩個(gè)，1800回彎頭一個(gè)，球心閥<全開(kāi)）1個(gè)，則有關(guān)管件的局部阻力系數(shù)分別是： 1nowfTG4KI進(jìn)口突然收縮： ζ=0.590O標(biāo)準(zhǔn)彎頭： ζ=0.75180O回彎頭：ζ=1.5球心閥<全開(kāi)）：ζ=6.4則總的局部阻力系數(shù)為：=0.752+6.4+0.5+1.5=9.9由上面設(shè)計(jì)可知：進(jìn)料液密度為：F845.594kg/m3、黏度為：F0.4064103則：dFuFF0.0511.0868.1979244（湍流）Re0.34710310F對(duì)于水力光滑管，當(dāng)Re30001105時(shí)，磨檫系數(shù)可由下式計(jì)算：0.3164Re0.250.3164979240.250.01789W/mOCPF（表）106.925101.325（表壓）5.6kPaHf(l)uF2(0.01789109.9)1.020.5223m則：dF2g0.0515629.81在兩截面之間列柏努利方程求泵的揚(yáng)程為：HezPFHf105.6103815.65740.522311.222mFg9.81所選泵的額定流量和揚(yáng)程應(yīng)略大于系統(tǒng)所需的，據(jù)此選 IS型單級(jí)單吸離心泵具體性能見(jiàn)下表4-3-1和表4-3-2：fjnFLDa5ZoIS型單級(jí)單吸油泵性能表[1]4-3-1：IS型單級(jí)單吸水泵性能表[1]4-3-2：35/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用型號(hào)IS50-32-125型號(hào)IS50-32-160流量/(m3/h>12.5流量/(m3/h>15揚(yáng)程/m20揚(yáng)程/m29.6功率電機(jī)功率2.2功率電機(jī)功率3/kW軸功率1.13/kW軸功率2.16轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)速2900效率60%效率56%質(zhì)量<泵底座）/kg32/46質(zhì)量<泵底座）/kg32/38結(jié)構(gòu)單級(jí)單吸離心泵結(jié)構(gòu)單級(jí)單吸離心泵36/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用5.3儲(chǔ)罐的選型(1>乙醇-水物系無(wú)腐蝕性應(yīng)用低合金鋼材料的容器F=0.03445kmol/sF*36005.7926kg/hqmML2qvqm6.85*103m3/hF連續(xù)生產(chǎn)貯存五天的用量VqV*t0.8220m3第6章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 10-1：項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強(qiáng)pmkPa109.325118.825各段平均溫度tm℃83.8393.225各段平均體氣相s30.59830.863Vm/s積流量液相Ls30.00073790.001301m/s塔徑Dm11塔板間距Hm0.440.44T堰長(zhǎng)lWm0.60.6堰寬Wdm0.110.11堰高h(yuǎn)m0.05230.049W入口堰高h(yuǎn)'Wm0.0076570.0112底縫hom0.01230.02168Ad/AT--0.0560.056塔截面積A20.7850.785mT降液管面積Adm20.043960.04396有效傳質(zhì)區(qū)Aam22.40962.4096氣相流通面積Anm22.863682.86368開(kāi)孔面積A0m20.56470.5647孔徑d0mm4.54.5孔數(shù)n個(gè)35793579開(kāi)孔率Ao/AT-0.10080.1008孔間距tmm13.513.5篩孔氣速u0m/s14.51115.161邊緣區(qū)Wcm0.0300.030安定區(qū)寬Wsm0.0600.060塔板厚δmm33溢流型式--弓形弓形37/45個(gè)人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用排列方式--三角形三角形塔板液流形式--單流型單流型空塔氣速um/s0.7671.099實(shí)際塔板數(shù)N塊198塔的有效高度Zm7.923.08塔板壓降hPkPa0.4800.479堰上液高h(yuǎn)m0.0076570.0112OW降液管內(nèi)停留時(shí)間τs26.21314.867操作彈性3.6653.082穩(wěn)定系數(shù)1.41.2篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表5-2：項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段板上清液層高度hLm0.0060.006降液管內(nèi)清液層高度Hdm0.12670.11404降液管內(nèi)泡沫層Hd/φm0.25340.22808液氣流動(dòng)參數(shù)F-0.025380.05253LV穩(wěn)定系數(shù)k-1.60881.511實(shí)際氣速unm/s1.1151.1646霧沫夾帶evkg/kg0.0190.0227液相負(fù)荷上限Lmaxm3/s1.9503.082液相負(fù)荷下限Lminm3/s0.5320.59838/45個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第七章結(jié)語(yǔ)經(jīng)過(guò)將近一個(gè)月的查閱文獻(xiàn)、計(jì)算數(shù)據(jù)和上機(jī)調(diào)試，化工原理課程設(shè)計(jì)的基本工作已經(jīng)完成，并得出了可行的設(shè)計(jì)方案，全部計(jì)算、調(diào)試過(guò)程已在前面的章節(jié)中給以體現(xiàn) tfnNhnE6e5通過(guò)對(duì)這次化工原理課程的