.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求原料：乙醇~水溶液，年產(chǎn)量46000噸乙醇含量：38%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，原料液溫度：45℃設(shè)計(jì)要求：塔頂?shù)囊掖己坎恍∮?2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))塔底的乙醇含量不大于0.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))表1乙醇~水溶液體系的平衡數(shù)據(jù)液相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))汽相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))液相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))汽相中乙醇的含量(摩爾分?jǐn)?shù))0.00.00.400.6140.0040.0530.450.6350.010.110.500.6570.020.1750.550.6780.040.2730.600.6980.060.340.650.7250.080.3920.700.7550.100.430.750.7850.140.4820.800.820.180.5130.850.8550.200.5250.8940.8940.250.5510.900.8980.300.5750.950.9420.350.5951.01.0二：計(jì)算過程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6389kg/h，由于產(chǎn)品粘度較小，流量較大，為減少造價(jià)，降低生產(chǎn)過程中壓降和塔板液面落差的影響，提高生產(chǎn)效率，選用浮閥塔。2.操作條件的確定2.1操作壓力由于乙醇~水體系對(duì)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)雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料。2.3加熱方式精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于乙醇~水體系中，乙醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這時(shí)只需在塔底安裝一個(gè)鼓泡管，于是可省去一個(gè)再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進(jìn)行加熱，無論是設(shè)備費(fèi)用還是操作費(fèi)用都可以降低。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?duì)原料液進(jìn)行加熱。有關(guān)的工藝計(jì)算由于精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。乙醇的摩爾質(zhì)量=46水的摩爾質(zhì)量=18原料液的摩爾組成：同理可求得：=0.8182=0.0031原料液的平均摩爾質(zhì)量：同理，=40.190;=18.08745℃下，原料液中由此可查得原料液，塔頂和塔底混合物的沸點(diǎn)，以上計(jì)算結(jié)果見表2。表2原料液、餾出液與釜?dú)堃旱牧髁颗c溫度名稱原料液餾出液釜?dú)堃?8920.8(摩爾分?jǐn)?shù))0.19340.81820.0031摩爾質(zhì)量23.41540.19018.087沸點(diǎn)溫度/℃83.8378.6299.383.1最小回流比及操作回流比的確定由于是泡點(diǎn)進(jìn)料，==0.1934，過點(diǎn)做直線x=0.1934交平衡線于點(diǎn)，由點(diǎn)可讀得=0.520，因此：可取操作回流比R=1.378Rmin=1.378×0.907=1.2503.2塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫康挠?jì)算以年工作日為300天，每天開動(dòng)設(shè)備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))3.3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)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為25℃和35℃。則：平均溫度下的比熱，于是冷凝水用量可求：3.4熱能利用以釜?dú)堃簩?duì)預(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，，于是理論上可以用釜?dú)堃杭訜嵩弦褐僚蔹c(diǎn)。3.5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：在相圖中分別畫出上述直線，利用圖解法可以求出塊(含塔釜)其中，精餾段5塊，提餾段8塊。3.6全塔效率的估算用奧康奈爾法()對(duì)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)(加料板)(塔釜)因此可以求得：全塔的相對(duì)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3.7實(shí)際塔板數(shù)塊(含塔釜)其中，精餾段的塔板數(shù)為：塊4.精餾塔主題尺寸的計(jì)算4.1精餾段與提餾段的體積流量4.1.1精餾段整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表3(見下頁)，由表中數(shù)據(jù)可知：液相平均摩爾質(zhì)量：液相平均溫度：表3精餾段的已知數(shù)據(jù)位置進(jìn)料板塔頂(第一塊板)質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾質(zhì)量/溫度/℃83.8378.62在平均溫度下查得液相平均密度為：其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)所以，精餾段的液相負(fù)荷同理可計(jì)算出精餾段的汽相負(fù)荷。精餾段的負(fù)荷列于表4。表4精餾段的汽液相負(fù)荷名稱汽相液相平均摩爾質(zhì)量/31.2536.13平均密度/8141.251體積流量/2.43(0.000625)3804(1.056)4.1.2提餾段整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5，采用與精餾段相同的計(jì)算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表6。表5提餾段的已知數(shù)據(jù)位置塔釜進(jìn)料板質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾質(zhì)量/溫度/℃99.3883.83表6提餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量/20.225.6平均密度/9110.816體積流量/8.09(0.00225)4132(1.15)4.2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：4.3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)為塊，板間距由于料液較清潔，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：5.塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定5.1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，查得弓形溢流管寬度弓形降液管面積驗(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5.2弓形降液管5.2.1堰高采用平直堰，堰高取，則5.2.2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5.2.3進(jìn)口堰高和受液盤本設(shè)計(jì)不設(shè)置進(jìn)口堰高和受液盤5.3浮閥數(shù)目及排列采用F1型重閥，重量為33g，孔徑為39mm。5.3.1浮閥數(shù)目浮閥數(shù)目氣體通過閥孔時(shí)的速度取動(dòng)能因數(shù)，那么，因此個(gè)5.3.2排列由于采用分塊式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一橫排的閥孔中心距，那么相鄰兩排間的閥孔中心距為：取時(shí)畫出的閥孔數(shù)目只有60個(gè)，不能滿足要求，取，其中因此，通道板上可排閥孔41個(gè)，弓形板可排閥孔24個(gè)，所以總閥孔數(shù)目為個(gè)5.3.3校核氣體通過閥孔時(shí)的實(shí)際速度：實(shí)際動(dòng)能因數(shù)：(在9~12之間)開孔率：開孔率在10%~14之間，滿足要求。6.流體力學(xué)驗(yàn)算6.1氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)氣體通過浮閥塔板的壓力降(單板壓降)6.1.1干板阻力浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時(shí)的臨界速度為：因?yàn)樗?.1.2板上充氣液層阻力取板上液層充氣程度因數(shù)，那么：6.1.3由表面張力引起的阻力由表面張力導(dǎo)致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以：6.2漏液驗(yàn)算動(dòng)能因數(shù)，相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷為：其中所以可見不會(huì)產(chǎn)生過量漏液。6.3液泛驗(yàn)算溢流管內(nèi)的清液層高度其中，所以，為防止液泛，通常，取校正系數(shù)，則有：可見，，即不會(huì)產(chǎn)生液泛。6.4霧沫夾帶驗(yàn)算泛點(diǎn)率=查得物性系數(shù)，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)所以，泛點(diǎn)率=可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi)。7.操作性能負(fù)荷圖7.1霧沫夾帶上限線取泛點(diǎn)率為80%代入泛點(diǎn)率計(jì)算式，有：整理可得霧沫夾帶上限方程為：7.2液泛線液泛線方程為其中，代入上式化簡后可得：7.3液體負(fù)荷上限線取，那么7.4漏液線取動(dòng)能因數(shù)，以限定氣體的最小負(fù)荷：7.5液相負(fù)荷下限線取代入的計(jì)算式：整理可得：7.6操作性能負(fù)荷圖由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負(fù)荷圖。圖中線a為最小液體負(fù)荷線。線b為漏液線。線c為最大液體負(fù)荷線。線d按液體在降液管中允許停留時(shí)間計(jì)算。線e為降液管液泛線。線f為霧沫夾帶線。此圖的陰影部分，為塔板的穩(wěn)定操作區(qū)（當(dāng)c線在d線右方時(shí)，穩(wěn)定操作區(qū)應(yīng)位于d線的左方）。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷，可知操作點(diǎn)P(0.00146，1.103)在正常的操作范圍內(nèi)。連接OP作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負(fù)荷下限，即由漏液所控制。由圖可讀得：所以，塔的操作彈性為有關(guān)該浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總于表7表7浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值與說明備注塔徑1.0板間距0.4塔板型式單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速1.476溢流堰長度0.705溢流堰高度0.05板上液層高度0.01降液管底隙高度0.025浮閥數(shù)個(gè)89等腰三角形叉排閥孔氣速10.38閥孔動(dòng)能因數(shù)5臨界閥孔氣速10.32孔心距0.075同一橫排的孔心距排間距0.065相臨二橫排的中心線距離單板壓降564.7液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間41.8精餾段12.6提餾段降液管內(nèi)的清液高度0.1297泛點(diǎn)率，%63.4氣相負(fù)荷上限1.65霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限0.57漏夜控制開孔率，%13.5操作彈性2.898.各接管尺寸的確定8.1進(jìn)料管進(jìn)料體積流量取適宜的輸送速度，故經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：8.2釜?dú)堃撼隽瞎芨獨(dú)堃旱捏w積流量：取適宜的輸送速度，則經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：8.3回流液管回流液體積流量利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：8.4塔頂上升蒸汽管塔頂上升蒸汽的體積流量：取適宜速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：8.5水蒸汽進(jìn)口管通入塔的水蒸氣體積流量：取適宜速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：3.結(jié)論3.1評(píng)述及感想本次化工原理課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一周，是上大學(xué)以來第一次獨(dú)立的工業(yè)化設(shè)計(jì)。從老師那了解到化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)我們化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形；在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮理論上的可行性，還要考慮生產(chǎn)上的安全性和經(jīng)濟(jì)合理性。通過本次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，讓我對(duì)化工原理這門課有了更加感性和理性的認(rèn)識(shí)，使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，更特別是對(duì)精餾原理及其操作各方面的了解和設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際單元操作設(shè)計(jì)中所涉及的個(gè)方面要注意問題都有所了解。我們了解了工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握了化工設(shè)計(jì)的主要程序和方法，增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，給了我許多道理，給了我很多思考，給了我莫大的空間。同時(shí)，設(shè)計(jì)讓我感觸很深。使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。這次對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)，不僅讓我將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，而且對(duì)知識(shí)也是一種鞏固和提升。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)更尤為重要。最后對(duì)在我們?cè)O(shè)計(jì)過程中一直給予幫助與指導(dǎo)的王新運(yùn)老師表示感謝！3.2參考文獻(xiàn)[1].陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（上冊(cè)），第三版，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2006年[2].陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋，化工原理（下冊(cè)），第三版，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2006年[3].匡國柱，史啟才，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，第二版，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2007年[4].陳常貫，柴誠敬，姚玉英，化工原理（下冊(cè)），天津，天津大學(xué)出版社，2002年[5].唐倫成，化工原理課程設(shè)計(jì)簡明教程，哈爾濱，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2005年[6].圖偉萍，陳佩珍，程達(dá)芳，化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年[7].化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[8].劉光啟，馬連湘，劉杰主編，化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)（無機(jī)卷），北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年[9].華東理工大學(xué)化工原理教研室編.化工過程設(shè)備及設(shè)計(jì).廣州：華南理工大學(xué)出版社.1996.02[10].天津大學(xué)化工原理教研室編.化工原理(下).天津：天津大學(xué)出版社.1999.04目錄第一章總論11、項(xiàng)目名稱及承辦單位12、編制依據(jù)43、編制原則54、項(xiàng)目概況65、結(jié)論6第二章項(xiàng)目提出的背景及必要性81、項(xiàng)目提出的背景82、項(xiàng)目建設(shè)的必要性9第三章項(xiàng)目性質(zhì)及建設(shè)規(guī)模131、項(xiàng)目性質(zhì)132、建設(shè)規(guī)模13第四章項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)及建設(shè)條件171、項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)172、項(xiàng)目建設(shè)條件17第五章項(xiàng)目建設(shè)方案251、建設(shè)原則252、建設(shè)內(nèi)容253、工程項(xiàng)目實(shí)施33第六章節(jié)水與節(jié)能措施371、節(jié)水措施372、節(jié)能措施38第七章環(huán)境影響評(píng)價(jià)391、項(xiàng)目所在地環(huán)境現(xiàn)狀392、項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響分析393、環(huán)境保護(hù)措施……404、環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論……………..……………42第八章勞動(dòng)安全保護(hù)與消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防設(shè)施…………...45第九章組織機(jī)構(gòu)與人力資源配置461、組織機(jī)構(gòu)462、組織機(jī)構(gòu)圖46第十章項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度481、建設(shè)工期482、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度安排483、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度表48第十一章投資估算及資金籌措491、投資估算依據(jù)492、建設(shè)投資估算493、資金籌措目錄第一章總論 1一、項(xiàng)目概述 1二、可行性研究報(bào)告編制依據(jù)和范圍 2三、項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 3四、******國家森林公園概況 3第二章項(xiàng)目背景及必要性 8一、項(xiàng)目背景 8二、項(xiàng)目建設(shè)的必要性與可行性 10第三章項(xiàng)目選址分析 13一、項(xiàng)目選址 13二、項(xiàng)目城市概況 13三、經(jīng)濟(jì)發(fā)展概況 14四、公共設(shè)施依托條件及施工條件 17第四章需求分析與建設(shè)規(guī)模 18一、****國家森林公園現(xiàn)狀與存在問題分析 18二、****國家森林公園日容量預(yù)測(cè) 19三、****國家森林公園景區(qū)廁所需求面積分析 20四、****國家森林公園景區(qū)廁所建設(shè)規(guī)模的確定 20第五章項(xiàng)目建設(shè)方案 21一、景區(qū)廁所工程建設(shè)方案 21二、景區(qū)引水上山工程建設(shè)方案 27三、基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)方案 32第六章環(huán)境保護(hù)與勞動(dòng)衛(wèi)生安全 34一、環(huán)境保護(hù) 34二、勞動(dòng)衛(wèi)生與安全 35第七章節(jié)約能源 36一、節(jié)能的相關(guān)法律及設(shè)計(jì)規(guī)范 36二、節(jié)約資源措施 37第八章項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度與管理 39一、項(xiàng)目