畢業(yè)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)畢業(yè)論文詳細(xì)資料聯(lián)系QQ號(hào)；1620812008第1頁共24頁化工原理課程設(shè)計(jì)精餾塔設(shè)計(jì)學(xué)校：學(xué)院：班級：姓名：學(xué)號(hào)：目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一．設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 3二．概述 3三．設(shè)計(jì)依據(jù) 4五．操作條件的計(jì)算 41.塔型選擇 42.1操作壓力 52.2進(jìn)料狀態(tài) 52.3加熱方式 52.4熱能利用 53.最小回流比及操作回流比的確定 63.1逐板計(jì)算： 63.2全塔效率的估算 73.3實(shí)際塔板數(shù) 84.全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 85.熱能利用 8六.精餾塔主體尺寸的計(jì)算 91.精餾段與提餾段的體積流量 92.塔徑的計(jì)算 93.塔高的計(jì)算 124.液流型式的選擇 125.溢流堰（出口堰）的設(shè)計(jì) 13(1).堰長: 13=(0.6～0.8)D=0.7×1600=1120mm 13(2).堰上液層高度： 136.塔板設(shè)計(jì) 146.1塔板尺寸 156.2降液管底隙高度h0 156.3板結(jié)構(gòu)的選擇 166.4板材料的選擇 166.5板基本結(jié)構(gòu)的選擇 166.6篩孔數(shù)n 167.塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 177.1氣體通過塔板的壓強(qiáng)降:,m液柱 177.2降液管內(nèi)液體高度(液泛or淹塔) 197.3霧沫夾帶 207.4漏液點(diǎn)氣速uOW 20八.篩板塔的輔助設(shè)備 211.配管 212.儲(chǔ)罐 223.換熱器 22八.設(shè)計(jì)評價(jià) 22九.參考文獻(xiàn) 23一．設(shè)計(jì)任務(wù)及要求原料：乙醇~水溶液，年產(chǎn)量48000噸乙醇含量：33%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，原料液溫度：42設(shè)計(jì)要求：塔頂?shù)囊掖己坎恍∮?0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔底的乙醇含量不大于0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇-水相圖：二．概述乙醇是很常見的一種化工產(chǎn)品，它有著廣泛的用途，主要有：消毒劑，藥物使用，飲料，基本有機(jī)化工原料（乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn)品的原料），汽車燃料（乙醇可以調(diào)入汽油，作為車用燃料），稀釋劑，有機(jī)溶劑，涂料溶劑等?，F(xiàn)在研究的直接醇類燃料電池也將會(huì)將乙醇的使用量大大提高。長期以來，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，普通的精餾對于得到高純度的乙醇來說產(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，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過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。三．設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)依據(jù)于教科書的設(shè)計(jì)實(shí)例，對所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。四．技術(shù)來源目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴(yán)格計(jì)算法對于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計(jì)算也采用嚴(yán)格計(jì)算法。五．操作條件的計(jì)算1.塔型選擇根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，若按年工作日300天，每天開動(dòng)設(shè)備24小時(shí)計(jì)算，產(chǎn)品流量為，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低成本，提高生產(chǎn)效率，因?yàn)樗牟僮鲝椥圆淮?，故采用篩板塔。2.1操作壓力由于乙醇~水體系對溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓其中塔頂壓力為塔底壓力2.2進(jìn)料狀態(tài)為了計(jì)算和操作的方便本次設(shè)計(jì)中采取泡點(diǎn)進(jìn)料（q=1）。2.3加熱方式在乙醇~水體系中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，可采用直接水蒸氣加熱。本設(shè)計(jì)采用直接水蒸氣加熱，即在塔底安裝一個(gè)鼓泡管，可省去一個(gè)再沸器，降低了設(shè)備的成本，并且不影響分離效率。2.4熱能利用精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進(jìn)入再沸器的能量只有5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜?dú)堃簩υ弦哼M(jìn)行加熱。物料衡算Xf=0.1616Xd=0.7788Xw=0.002以年工作日為300天，每天開車24小時(shí)計(jì)，進(jìn)料量為：由全塔的物料衡算方程可寫出：(蒸汽)(泡點(diǎn))3.最小回流比及操作回流比的確定泡點(diǎn)進(jìn)料(q=1),查表計(jì)算得α=2.4286聯(lián)立求解q線方程和相平衡方程得xq=0.1616,yq=0.3186取操作回流比理論塔板層數(shù)的確定精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：線方程：3.1逐板計(jì)算：塔板12345678Y0.77880.65340.62960.43340.37160.33660.31820.2844X0.59180.43700.31670.23950.19580.17280.16120.1406塔板910111213141516Y0.24780.21020.17390.14000.10990.08430.06230.0464X0.11940.09890.07980.06280.04840.03650.02700.0196塔板17181920212223Y0.03330.02330.01570.01000.00880.00500.0021X0.01400.00650.00650.00410.00360.002050.0009塊(含塔釜)其中，精餾段7塊，提餾段15塊。3.2全塔效率的估算用奧康奈爾法()對全塔效率進(jìn)行估算：由相平衡方程式可得根據(jù)乙醇~水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：(塔頂?shù)谝粔K板)Td=78.62(加料板)Tf=84.23(塔釜)Tw=99.38因此可以求得：全塔的相對平均揮發(fā)度：全塔的平均溫度：在溫度下查得因?yàn)樗?全塔液體的平均粘度：全塔效率:3.3實(shí)際塔板數(shù)塊(含塔釜)其中，精餾段的塔板數(shù)為：塊4.全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量塔頂全凝器的熱負(fù)荷：可以查得，所以取水為冷凝介質(zhì)，(考慮到當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁剌^低)其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為20℃和30℃則平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量為：5.熱能利用以釜?dú)堃簩︻A(yù)熱原料液，則將原料加熱至泡點(diǎn)所需的熱量可記為：其中在進(jìn)出預(yù)熱器的平均溫度以及的情況下可以查得比熱，所以，釜?dú)堃悍懦龅臒崃咳魧⒏獨(dú)堃簻囟冉抵聊敲雌骄鶞囟绕浔葻釣?，因此，可知，，所以可以用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)。六.精餾塔主體尺寸的計(jì)算1.精餾段與提餾段的體積流量精餾段提餾段汽相液相汽相液相平均摩爾質(zhì)量/39.81231.165625.431220.2904平均密度/1.2462812.7340.809909.22體積流量/8845.0572.4570m3/s9.4000.002611m3/s9623.252.6731m3/s12.07540.003354m3/s2.塔徑的計(jì)算由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)啥蔚乃较嗟?。有以上的?jì)算結(jié)果可以知道：汽塔的平均蒸汽流量：汽塔的平均液相流量：汽塔的汽相平均密度：汽塔的液相平均密度：塔徑可以由下面的公式給出：由于適宜的空塔氣速，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速。取塔板間距，板上液層高度，那么分離空間：功能參數(shù)：從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力。全塔平均溫度，在此溫度下，乙醇的平均摩爾分?jǐn)?shù)為，所以，液體的臨界溫度：設(shè)計(jì)要求條件下乙醇~水溶液的表面張力平均塔溫下乙醇~水溶液的表面張力可以由下面的式子計(jì)算：，所以：根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為D=1.6m此時(shí)，精餾段的上升蒸汽速度為：提餾段的上升蒸汽速度為：3.塔高的計(jì)算塔的高度可以由下式計(jì)算：已知實(shí)際塔板數(shù)為N=50塊，板間距,因?yàn)榱弦狠^清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個(gè)人孔，則人孔的數(shù)目為：個(gè)取人孔兩板之間的間距，則塔頂空間，塔底空間，進(jìn)料板空間高度，那么，全塔高度：塔體壁厚為50mm。用Q235-A鋼板卷焊而成。4.液流型式的選擇液體在板上的流動(dòng)型式主要有，U型流、單流型、雙流型和階梯流型等，其中常選擇的則為單流型和雙流型。由于本設(shè)計(jì)中液體流量不是很大，板上液體厚度不大，并參考下表本設(shè)計(jì)采用單溢流型。選擇液流形式參考表塔徑流體流量m3/hMmU形流型單流型雙流型階梯流型6005以下5～259007以下7～5010007以下45以下12009以下9～7014009以下70以下150010以下70以下200011以下90以下90～160300011以下110以下110～200200～300400011以下110以下110～230230～350500011以下110以下110～250250～400600011以下110～250250～450應(yīng)用場合用于較低液氣比一般應(yīng)用高液氣比和大型塔板極高液氣極大型塔板流型示意圖：5.溢流堰（出口堰）的設(shè)計(jì)(1).堰長:=(0.6～0.8)D=0.7×1600=1120mm(2).堰上液層高度：堰上液層高度應(yīng)適宜，太小則堰上的液體均布差，太大則塔板壓強(qiáng)增大，物沫夾帶增加。平直堰的：其中—堰長,m;—塔內(nèi)液體流量，—液流收縮系數(shù)，查圖求取。查得E=1.195(3).堰高：取板上液層高度Hl=60mm堰高h(yuǎn)w=hL-how=60-15.3=44.7mm6.塔板設(shè)計(jì)塔板結(jié)構(gòu)示意圖:6.1塔板尺寸由于塔徑大于800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。取無效邊緣區(qū)寬度，破沫區(qū)寬度，查得查表得，Af=0.085×2.0096=0.1708m驗(yàn)算：液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時(shí)間6.2降液管底隙高度h0若取精餾段取，提餾段取為，那么液體通過降液管底隙時(shí)的流速為精餾段：提餾段：的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為,計(jì)算結(jié)果符合經(jīng)驗(yàn)值。6.3板結(jié)構(gòu)的選擇由于本設(shè)計(jì)中操作的彈性不是很大所以采用篩板塔。6.4板材料的選擇材料選用不銹鋼。6.5板基本結(jié)構(gòu)的選擇篩孔孔徑d0=5mm篩孔厚度δ=2.3mm正三角形排列：孔心距t=(2.5~5)d0=3.5×5=17.5mm開孔率一般,開孔率大,塔板壓降低,霧沫夾帶量少,但操作彈性小,漏夜量大,板效率低。通常開孔率為5%～15%。6.6篩孔數(shù)n 每塊板上篩孔數(shù)n=107開孔面積氣體通過篩孔氣速7.塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算7.1氣體通過塔板的壓強(qiáng)降:,m液柱—?dú)怏w通過每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱—?dú)怏w通過篩板的干板壓降，m液柱—?dú)怏w通過板上液層的阻力，m液柱—克服液體表面張力的阻力，m液柱、i.干板壓降—篩孔氣速，m/s—分別為液、氣密度， C0—孔流系數(shù)，ii.板上液層阻力式中：—板上清液層高度，m—反映板上液層充氣程度的因數(shù)，可稱為充氣因數(shù)，無因次,一般=0.5～0.6。與氣相動(dòng)能因子有關(guān)，iii.液體表面張力的阻力ΔPp=hpgρL=0.1056*9.8*860.977=0.9810KPa氣體通過塔板的壓降ΔPp低于設(shè)計(jì)允許值。7.2降液管內(nèi)液體高度(液泛or淹塔)設(shè)計(jì)中塔盤有入口堰所以采用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：精餾段：提餾段：為了防止液泛，應(yīng)保證降液管中泡沫液體總高度不超過上層塔板的出口堰。因此—板間距，m—系數(shù)。為考慮降液管內(nèi)液體充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)。對于容易起泡的物系，取0.3～0.4；對不易起泡的物系，取0.6～0.7；對于一般物系，取0.5。精餾段：提餾段：由以上可知，塔不會(huì)發(fā)生液泛。7.3霧沫夾帶霧沫夾帶是指板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現(xiàn)象。過多的霧沫夾帶將導(dǎo)致塔板效率嚴(yán)重下降。為了保證板式塔能維持正常的操作效果，應(yīng)使每千克氣體夾帶到上一層塔板的液體量不超過0.1kg，即控制霧沫夾帶量<0.1kg(液)/kg(氣)由以上計(jì)算可以知道不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的霧沫夾帶。7.4漏液點(diǎn)氣速uOW 當(dāng)氣速逐漸減小至某值時(shí)，塔板將發(fā)生明顯的漏夜現(xiàn)象，該氣速稱為漏液點(diǎn)氣速uOW，若氣速繼續(xù)降低，更嚴(yán)重的漏夜將使篩板不能積液而破壞正常操作，故漏液點(diǎn)氣速為篩板的下限氣速。 為