食品工程原理

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

甲醇、水填料精譙塔的設(shè)計(jì)

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指導(dǎo)老師:

目錄

一、設(shè)計(jì)任務(wù)書.....................................................3

二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介...................................................3

三、工藝計(jì)算......................................................5

1.基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).....................................................5

（1）液相物性的數(shù)據(jù)...............................................5

（2）氣相物性數(shù)據(jù).................................................5

（3）氣液相平衡數(shù)據(jù)...............................................5

（4）物料衡算........................................................6

2.填料塔的工藝尺寸的計(jì)算..........................................7

（1）塔徑的計(jì)算...................................................7

（2）填料層高度計(jì)算...............................................9

（3）填料塔附屬高度及總高計(jì)算.................................11

（4）填料層壓降計(jì)算...............................................11

（5）液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)...........................................12

（6）吸取塔接管尺寸計(jì)算...........................................13

四、設(shè)計(jì)一覽表......................................................13

五、重要符號(hào)說(shuō)明....................................................14

六、參考文獻(xiàn)........................................................15

七、附圖............................................................

食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

設(shè)計(jì)題目：分離甲醇?水混合物的填料精儲(chǔ)塔

第一章流程的擬定和說(shuō)明

一、加料方式

加料方式有兩種，高位槽加料和泵直接加料。采用高位槽加料，通過控制液位高度，可

以得到穩(wěn)定的流量和流速。通過重力加料，可以節(jié)省一筆動(dòng)力費(fèi)用。但由于多了高位槽，建

設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增長(zhǎng)，采用泵加料，受泵的影響，流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，從而影響了

傳質(zhì)效率，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、安裝方便；如采用自動(dòng)控制泵來(lái)控制泵的流量和流速，其控制原理

較復(fù)雜，且設(shè)備操作費(fèi)用高。本次實(shí)驗(yàn)采用高位槽加料。

二、進(jìn)料狀況

進(jìn)料狀況一般有冷夜進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料。對(duì)于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定期，流量一定，對(duì)分

離有利，節(jié)省加料費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對(duì)于沈陽(yáng)地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在較大溫差,

冷液進(jìn)料會(huì)增長(zhǎng)塔底蒸汽上升量，增大建設(shè)費(fèi)用。采月泡點(diǎn)進(jìn)料、不僅對(duì)穩(wěn)定塔操作較為方

便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料P泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假

定，精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段上升蒸汽的摩爾流量相等，股精儲(chǔ)段和提儲(chǔ)段塔徑基本相等，制造上

較為方便。

三、塔頂冷凝方式

塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。甲醇和水不反映，且容易冷凝，故使用全凝器。塔頂

出來(lái)的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無(wú)需進(jìn)一步冷卻，本次分離也是希

望得到甲醇，選用全凝器符合規(guī)定。

四、回流方式

回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對(duì)于小型塔，回流冷凝器一般裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)

是回流冷凝器無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，其缺陷是回流冷凝器回流控制較難。假如需要較高的塔解決

量或板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。并且塔頂冷凝器不宜安裝、檢修和清理。

在這種情況下.可采用強(qiáng)制回流.,塔頂上升蒸汽采用冷凝器冷卻以冷回流流入塔中。由于

本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采月重力回流。

五、加熱方式

加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。由于重組

分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽對(duì)回流液有稀釋作用,

使理論塔板數(shù)增長(zhǎng)，費(fèi)用增長(zhǎng)。間接蒸汽加熱是通過加熱器使釜液部分汽化。上升蒸汽

與回流下來(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是使釜液部分汽化，維持本來(lái)的濃度，以減少理論

塔板數(shù)，缺陷是增長(zhǎng)加熱裝置.，本次設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。

六、加熱器

采用U形管蒸汽間接加熱器，用水蒸汽作加熱劑。由于塔較小，可將加熱

器放在塔

即再沸器。這樣釜液部分汽化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。

第二章精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算

第一節(jié)操作條件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

一、操作壓力

精飾操作按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓操作。精餌操作中壓力影響非常大。當(dāng)

壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度減小，對(duì)分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，相對(duì)揮發(fā)度將增大，對(duì)

分離有利。但當(dāng)壓力太低時(shí)，對(duì)設(shè)備規(guī)定較高，設(shè)備費(fèi)用增長(zhǎng)。因此再設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓

精微。甲醇-水系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精飾。

二、氣液平衡時(shí)X、y、t數(shù)據(jù)

氣液平衡時(shí),X、y、t數(shù)據(jù)如表1所示

表1氣液平衡關(guān)系表

溫度/C甲醉摩爾分?jǐn)?shù)溫度t/℃甲醛摩爾分?jǐn)?shù)

液相X/%氣相y/%液相X/%氣相y/%

1000073.846.2077.56

92.95.3128.3472.752.9279.71

90.37.6740.0171.359.3781.83

88.99.2643.5370.068.4984.92

85.013.1554.5568.085.6289.62

81.620.8362.7366.987.4191.94

78.028.1867.7564.7100100

76.733.3369.18

注：摘自《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)P710表19-38(2)

第二節(jié)精儲(chǔ)塔工藝計(jì)算

一、物料衡算

L物料衡算圖---------

15000咫川.2。%

2.物料衡算

已知：=15000kg/h,質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=20%,=95%,=0.2%

M甲梢二30.04kg/kmol,〃水=18.02kg/kmol

進(jìn)料液、儲(chǔ)出液、釜?dú)堃旱哪柗謹(jǐn)?shù)分別為

20/32.04

XF==0.123

20/32.04+80/18.02

95/32.04

XD=0.914

95/32.04+5/18.02

0.2/32.04

xw==0.00113

0.2/32.04+99.8/18.02

進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量：kg/h

原料液:kmol/h

總物料：

易揮發(fā)組分：

代入數(shù)據(jù)解得：

塔頂產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量：

MD=32.04x0.914+18.02x(1-0.914)=30.834kg/kmol

塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：

D'=MDD=30.834x101.446=3127.986kg/kmol

塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量：

Mw=32.04x0.00113+18.02x(1-0.00113)=18.036kg/kmol

塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量:

w'=WMw=658.434x18.036=11875052kg/h

3.物料衡算結(jié)果

表2物料衡算結(jié)果表

塔頂出料塔底出料進(jìn)料

質(zhì)量流量/(kg/h)3127.98611875.5215000

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%950.220

摩爾流量/(kmol/h)101.446658.434759.88

摩爾分?jǐn)?shù)/%91.40.11312.3

4.塔頂氣相、液相、進(jìn)料和塔底的溫度分別為小，,)、%、小

查表1,用內(nèi)插法算得：

塔項(xiàng)：阱鬻一缶?！贰?6.2。。

黯需磊需…⑹C

32=則±=5(

0-531100-92.9

加品篝二篇簫n“85MC

精儲(chǔ)段平均溫度:

提鏘段平均溫度t2=蟲詈=99—；85.85=92.85。。

5.平均相對(duì)揮發(fā)度a

取x-)，曲線上兩端點(diǎn)溫度下a的平均值

查表1可得：

℃時(shí)，

C時(shí),

%+a,7.05+1.64.

所以--------=----------------=4.35

22

6.回流比的擬定

作圖法

由圖可知：40.05

_21^=4().5

所以，Rmin+1

得：1.26

又操作回流比R可?。篟=(l.l-2)Rmin

所以R=2R,?in=2x1.26=2.55

二、熱量衡算

1.熱量示意圖

2.加熱介質(zhì)的選擇

常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由F飽和水蒸

氣冷凝時(shí)得傳熱系數(shù)很高.可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地捽制加熱溫度八燃料燃燒所排放的

煙道氣溫度可達(dá)100~1000C,合用于高溫加熱。煙道氣的缺陷是比熱容及傳熱系數(shù)很低，加

熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用300kPa(溫度為133℃)的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)。水蒸氣

易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不僅成本會(huì)相應(yīng)減少，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。

3.冷卻劑的選擇

常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受本地氣溫限制，冷卻水一般為

10~25c.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。本設(shè)計(jì)建廠地

區(qū)為沈陽(yáng)。沈陽(yáng)市夏季最熱月份平均氣溫為25℃,故選用25℃的冷卻水，選升溫10C,即

冷卻水的出口溫度為35c

4.熱量衡算

(1)冷凝器的熱負(fù)荷

Q=（R+1）D（I\，DT?。?/p>

式中/⑺-塔頂上升蒸汽的焰;

/切-塔頂儲(chǔ)出液的燧。

又AZD—LD=+（1-X。）"^V水

式中甲-甲醇的蒸發(fā)潛熱;

△/4水-水的蒸發(fā)潛熱。

蒸發(fā)潛熱的計(jì)算:

蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系

—(及嚴(yán)

式中7；-對(duì)比溫度。

表3沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表

沸點(diǎn)/℃蒸發(fā)潛熱

TC/K

AHv/（kJ/kg-'）

甲醇64.71105513.15

水1002257648.15

注：摘自《化工原理》修訂版,上冊(cè)附錄4(P328~329)及附錄18(P350~351)°

67.16C時(shí)，甲靜:

導(dǎo)端--

蒸發(fā)潛熱:

同理，水:

n=273.15+100=（）576

“T；648.15

蒸發(fā)潛熱:

所以

IVD-IU)=XD\H^+(l-xD)△//、冰=0.914x1098.833-(1-0.914)x2356.550=801.67kj/kg

所以0=(R+1)DVVD-IW)=(2.55+1)x3127.986x801.67=8.9x10隈〃〃

(2)冷卻水消耗量

vv.=-----------

QaF)

式中叱-冷卻水消耗量;kg/h：

冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱容，

冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，℃。

所以f=勺衛(wèi)=巨@二25℃

22

此溫度下冷卻水的比熱容C“=4.18kJ/(kg?℃)

1.34x1Q7

所以叱、=2=1.6x105依/〃

4.(…)-4.18乂(35-15)

(3)加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算

列表計(jì)算甲塔頂塔釜進(jìn)料精館段提館段

醇、水在不同

溫度下混合

物的比熱容

(單位：)

甲醇(1)3.0793.5013.3143.1983.448

水⑵4.1834.2204.2034.1934.215

精儲(chǔ)段：

甲醇以(&一仆)=3.198x(66.20-85.85)=-62.48\kJ/kg

水以2(柩—〃)=4.193x(66.20-85.85)=—82.392V/依

提儲(chǔ)段：

甲醇Cpi(tw-tF)=3.448X(99.85-85.85)=48.272V/kg

水C/t2(tw)=4.215x(99.85-85.85)=59.0\kJ/kg

塔頂流出液的比熱容：

C/tl=C/,1^+(I-x；)C/,2=3.079x0.95+0.05x4.183=3.134kJ/(kg?℃)

塔釜流出液的比熱容：

f

Cp2=CpXxw+(1-XV)CZ,2=3.501x0.002+0.998x4.220=4.219kJ/(k^?°C)

為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焰，即8L85℃時(shí)的焰值為基準(zhǔn)。

根據(jù)表2可得：，

Q〃二O『C川dt=DCp.\t

=3127.986x3.134x(66.20-85.85)

=-1.93x10'。//?

QWjf=W^Cp2ch=WCp2At

=11875.52x4.203x(99.85-85.85)

=6.99x10"〃〃

對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：

QF+QS=QD+QW+QC

。尸()

所以Q.S=—1.93Xio5+6.99xio5+8.9x106=9.4xlO6U//i

由于塔釜熱損失為10%,則

所以。；=2、/7="4X>6=l.(MxlO7^J//?

式中Qs-加熱器抱負(fù)熱負(fù)荷；

加熱器實(shí)際熱負(fù)荷；

。。-塔頂偏出液帶出熱量；

Qw-塔底儲(chǔ)出液帶出熱量。

加熱蒸汽消耗量:

查得:水蒸氣=2168.1kJ/kg(133.3,300kPa)

卬二Q\J.04xl()7

=4796.8^//?

h\HV2168.1

（4）熱量衡算結(jié)果

表4熱量衡算結(jié)果表

符號(hào)此此

QcQfQ“Qw0；

kj/hk"hkjlhkJHikJ/hkJ/hkglh

數(shù)值04796.8

8.9xlO61.6xl05-1.93xl056.99xlO51.04xl07

三、理論塔板數(shù)的計(jì)算

由于本次設(shè)計(jì)時(shí)，相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不可用簡(jiǎn)捷法，只能用作圖法。

精儲(chǔ)段操作線方程為y=—x+-^-

R+\R+\

由于所選為泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=l。

由圖可知，精館塔理論塔板數(shù)為6塊，其中精謠段3塊，提儲(chǔ)段3塊。

第3節(jié)精微塔重要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算

一、精微塔設(shè)計(jì)的重要依據(jù)和條件

表5甲醉-水在不同溫度下的密度（kg/m，）

溫度/y甲醇水

50760988.1

60751983.2

70743977.8

80734971.8

90725965.3

100716958.4

表6甲醇-水在特殊點(diǎn)的粘度（mPa.s）

物質(zhì)甲醇水

塔頂.66.20Q0.3230.4218

塔底：99.85D0.2530.2833

進(jìn)料：85.85D0.2630.3317

1、塔頂條件下的流量及物性參數(shù)

xD=0.914,x'D=0.95,D=101.446kmol/h

(1)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量

MVD=A/t|1xD+M，K(1—xD)=32.04x0.914+18.02x(1-0.914)=30.65kg/kmol

(2)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量

Mij)=Mvi)=30.65kg/kmol

(3)氣相密度

30.65273.15

PvD=-----x---------------=1.101kg/m'

22.4Tp.22.4273.15+66.20

(4)液相密度

66.20渣表5,用內(nèi)插法算得：

/7ii，=746.04kg/m!,水=979.85kg/m3

J__%(1-心)_0.950.05

-+

p,],746.04979.85

解得：口755.()5kg/m3

(5)液相粘度

查表6可得：口66.20□時(shí)匚]0.323mPa.s,DO.428mPa.s

=〃甲X。+〃水(1-X。)=0.323x0.914+0.428x(1-0.914)=0.332mPa.s

(6)塔頂出料的質(zhì)量流量

D'==101.446x30.65=3109.32kg/h

表7塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表

符號(hào)Mu>MvpD'D

kg/kmolkg:kmolkgimikg/m'mPa-s訴kmollh

數(shù)值30.6530.651.101755.050.3323109.32101.46

2塔釜條件下的流量及物性參數(shù)

□0.00113,Q0.002,0658.434kmol/h

(1)液相相對(duì)分子質(zhì)量

由于甲醇濃度很小，所以液相可視為純水。

MLW=Mviv=M水=18.02kg/kniol

(2)氣相密度

tw=99.85℃

竺。幺二:四區(qū)273J5

=0.589kg/m'

22.4Tp022.4273.15+99.85

(3)液相密度

tw=99.85℃

查表5,用內(nèi)插法得：口959.4阻/013

(4)塔釜出料的流量

W'=WMLW=658.434x18.02=11864.98kg/h

(5)液相粘度

查表6可得：口99.85口，口0.253mPa.s

所以=〃水=0.253mPa.s

表8塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果表

符號(hào)jVf￡WAwPwwW?

kg/kmolkg!kmolkg"'kgfWmPaskmollhkglh

數(shù)值18.0218.020.589959.40.253658.43411864.98

3.進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)

F=759.88kmol/h,xF=12.3%,=20%

查表1得：

xF9.2612.313.15

yF43.5354.55

由內(nèi)插法可得：□

(1)解得:053.14%=0.53

(2)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量

MVF=yFM^+(1—yp)A/水=0.53x32.04+(1-0.53)x18.02=25.45kg/kmol

(3)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量

而///甲+(1-x/)=0.123x32.04+(1-0,123)x18.02=19.74kg/kmol

(4)氣相密度

MVFT°p25.45273.15

PVF____x——x.—______x_______________=0.86kg/kmol

22.4Tp0~22.4273.15+85.85

(5)液相密度

由表5數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求出

=728.74kg/m\夕水=968kg/m3

1_x'F\-x'F_0.21-0.2

PLF夕甲+P水728.74,968

解得pu=908.35kg/m3

(5)液相粘度

查表6得：，，

juLF=+(1-X/)〃水=123x0.263+(1-0.123)x0.3317=0.323mPa-s

(6)進(jìn)料質(zhì)量流星

F'=15000依"

表9進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表

M-F_F_

符號(hào)M牛PvFPLFRLF

kgjkmolkg；kmol依/加kg；m'mPa-skg〔hkmol：h

數(shù)值25.4519.740.86908.350.32315000759.88

4.精儲(chǔ)段的流量及物性參數(shù)

(1)氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量

-A?vn+30.65+25.452”，

%精=———=-----------------=28.05kg/kniol

(2)液相平均相對(duì)分子質(zhì)量

—A/..,+M30.65+19.74.,..

M梢=_L!L___LL-=-----------=25.20kg/kmol

(3)氣相密度

F_1-101+0.86

_pVD+P\?=0.98依/〃2’

=o

(4)液相密度

刖；所=7553;90835=83J7依〃

0精

(5)液相粘度

〃口+〃"0.332+0.323/

〃第=)=------；-----=0.328kg/m3

(6)氣相流量

摩爾流最V；.=(/?4-1)￡)=(2.55+1)X101.446=360.13W///?

質(zhì)量流量匕；=%x=360.13x28.05=10101.65kg"

(7)液相流量

摩爾流量L精=RD=2.55x101.446=258.69kmol/h

質(zhì)量流量Lh,.=xML=258.69x25.20=6158.99kg//?

表10精儲(chǔ)段數(shù)據(jù)結(jié)果表

%粘0V精“精%招小

符號(hào)外精%L'

kg；kmolkg/kmolkg〃kg7mPaskgjhkmoljhkg/hkmoijh

數(shù)值28.0525.200.98831.70.32810101.65360.136518.99258.69

5.提留段流量及物性參數(shù)

（1）氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量

囪提=而“+而*25.45+18.02.21.74依/*/

22

（2）液相平均相對(duì)分子質(zhì)量

MIX=赭"；而==19.74；&02=18月8a/kmol

（3）氣相密度

_0.86+0.589_

_PvF+夕VW0.725依〃，

"l贄

22

（4）液相密度

_PLF+PLW_908.35+959.4_Q「父坨一

0提

22

（5）液相粘度

=+NLF0.253+0.323

〃/.提=0.283依/〃/

22

（6）氣相流量

摩爾流量由于%=晨_僅7）/

所以％=%+①-1）/=%=360.13切

式中q=l（泡點(diǎn)進(jìn)料）

質(zhì)量流量限'=唳x而麋=360.13x21.74=7829.23kg"

（7）液相流量

摩爾流量L提="+qF=+F=258.69+759.88=1018.57kmol/h

質(zhì)量流量Lj=/x憶=1018.57x18.88=1.92xl04kg/h

表10精鐲段數(shù)據(jù)結(jié)果表

符號(hào)“丫提%提Pv提PL提4提腺嗑4丁提

kg/ktnolkg/kmolkg/nr1kgsinmPaskg/hhnol/hkg/hkmol/h

數(shù)值21.7418.880.725933.880.2837829.33360.13L92xl041018.57

二、塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算

1.填料選擇

填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)和傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決

定了填料塔的性質(zhì)。目前.填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料和規(guī)整填料兩個(gè)方向進(jìn)行。

本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，金屬板波紋250Y型填料。

規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液流路，改善

了溝流和整流現(xiàn)象，壓降可以很小，同時(shí)還可以提供更大的比表面積，在同等溶劑中可以達(dá)

成更高的傳熱、傳質(zhì)效果，

與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面

積時(shí)，填料孔隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力更大。

250Y型填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波填料，它具有以下特點(diǎn)：

第一，比表面積與通用散裝填料相比，可提高近一倍，填料壓降減少，通量和傳熱效率

均有較大幅度提高。

第二.與各種通用板式塔相比.不僅傳熱面積大幅度提高，并且全塔壓降及效率有很大

改善。

第三，工業(yè)生產(chǎn)中氣液質(zhì)均也許帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料機(jī)某些板式塔無(wú)法

維持操作。鑒于250Y型填料整齊的幾何結(jié)構(gòu)，顯示出良好的抗堵性能，因而能在某些散裝

填料塔不適宜的場(chǎng)合使用.擴(kuò)大了填料塔的應(yīng)用范圍。

鑒于以上250Y型填料的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用McllaP0k-25OY型填料，因而本設(shè)計(jì)塔中壓

力很低。

2.塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算

方法：Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式法

-1/7、|川/

.二.生.*2=A_KL生

<PL>

泛點(diǎn)空塔氣速，；

........重力加速度，，取9.8；

.......干填料因子，；

。一比表面積,250Y型取型。療//；

e一孔隙率，250Y型取0.97m3/m2;

p”p「氣、液相密度,kg/m3；

〃7-液和粘度，mPa.s;

A-常數(shù)，取0.291；

K-常數(shù),取1.75;

L、V-液、氣相流量,kg/h.

①精微段空塔氣速及塔徑計(jì)算

查表10可知

腺=10101.65依/h,￡精=6518.99依//?

2用=°.98依/府,p用、=831.7依/*，〃/櫛=0.328〃小〃?s

2501.0936518.990.98

必xxO.34302=0.291-1.75x

9.80.9710101.65831.7

解得uF=3.96/n/s

由于空塔氣速U可取(0.6~0.8)u

所以u(píng)=O.luF=0.7x3.96=2.772m/s

又

3-v精18°L65=2.86加/5

K=

36000v3600pv3600x0.98

4X2-861.146m

所以塔徑。==

3.14x2.772

圓整后：代入匕式可算得此時(shí)的空塔氣速

②提留段空塔氣速及塔徑計(jì)算

查表11可知：

%=7829.23伙/h,￡提=1.92xl0,kg!h

。襟=0.725依/機(jī):0/提=933.88依/［出=0.283〃?。〃s

所以

、”4、1/8

旦x1.92X1040.725

1g0.283°2=0.291-1.75xX

9.80.973933.88(7829.23}1933.88J

解得u尸=3.84〃?/$

同理：空塔氣速u=(0.6-0.8)

此時(shí)選〃=0.7〃/=0.7x3.84=2.69/n/s

又此時(shí)氣體體積流最

所以

4x3.001…

提留段塔徑D=----------=1.192m

3.14x2.69

圓整后：代入上式可算得此時(shí)的空塔氣速

③選取整塔塔徑

提留段及精微段塔徑圓整后D=1200mm,為精儲(chǔ)塔的塔徑。

三、填料層高度設(shè)計(jì)計(jì)算

I.填料層高度計(jì)算

⑴精饋段

動(dòng)能因子F=i（瓜=2.77xJ5麗=2.742/??/s?\kg/〃/尸

經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)（ATOM）精=2.60m-i

所以精儲(chǔ)段填料層高度為Z精=/11精、=—=1.15m

精（N75M）格2.60

式中n精一精儲(chǔ)段理論若板數(shù)。

⑵提留段

\_

動(dòng)能因子F=乂瓜=2.69xJ0.725=2.29mls\kgl/尸

經(jīng)查每米理論級(jí)數(shù)（ATOM）精=2.68m"

所以提儲(chǔ)段填料層高度為Z”,二,/=—=1.12m

精（NTSM）出2.68

填料層總高戊Z=Z精+Z提=1.15+1.12=2.27m

2.填料層壓降計(jì)算

查壓降曲線

⑴精儲(chǔ)段

液體負(fù)荷1=3600/乂生=3600x2.742x也國(guó)=11.75w3/（/n2?/?）

p,831.71）

用精鐳段動(dòng)能因子F查液體負(fù)荷分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算時(shí)

的每米壓降。

當(dāng)時(shí),

所以精馀段壓降:

⑵提儲(chǔ)段

液體負(fù)荷/=3600產(chǎn)乂曳=3600x2.29xJ/72517.52M/(病,fl\

p,933.88v7

同理，用提留段動(dòng)能因子F查液體負(fù)荷分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法

算時(shí)的每米壓降。

當(dāng)，

所以提儲(chǔ)段壓降：

3.全塔填料層總壓降：

4.填料層持液量的計(jì)算

(1)精德段

由上可知：液體負(fù)荷

氣體動(dòng)能因子尸=2.742〃?/s?(依//)%時(shí)

〃(〃//(/.〃))912

4/10"仇3/根4.345.33

有內(nèi)插法可算得:當(dāng)1=11.75m3/(m2.h)時(shí)hL的值：

12-912-11.13”

----------------r=--------------775

(5.33-4.34)xML(5.33-4)x1()-？

所以%=5.25x10-2"/

(2)提留段

由上可知：液體負(fù)荷

動(dòng)能因子：

同理可查得：當(dāng)時(shí)不同液體負(fù)荷下的持液量。

//(/?/3/(m2?/?))69

〃//10-2(m3/m3)3.554.25

有內(nèi)插法可算得：當(dāng)時(shí)hL的值:

9一67.52-6=>%=3.90=10-2加3/祖3

(4.25-3.55)xlO-2血-3.55)x10二2

精儲(chǔ)段提留段全塔

氣體動(dòng)能因子產(chǎn).(*&/")%)2.7422.29

0.2230.173

每米填料壓降——/(kPa/m)

Z

填料壓降A(chǔ)P/ZP。0.3430.3880.731

填料高度Z/m1.121.122.24

持液量4/(，//〃/)5.25x10-23.9()乂10一2

第三章附屬設(shè)備及重要附件的選型計(jì)算

第1節(jié)冷凝器

本設(shè)計(jì)冷凝器選用重力回流直立或管殼式冷凝器原理。對(duì)于蒸播塔的冷凝器，一般選用列管

式，空氣冷凝螺旋板式換熱器。因本設(shè)計(jì)冷凝器與被冷凝流體溫差不大，所以選用管殼式冷

凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液。

冷凝水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時(shí)，使其液膜厚度減弱，傳熱

系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)用。取冷凝器傳熱系數(shù)

K=550kcal/(m2?h：C)=2302kJ/(m2/?°C)

沈陽(yáng)地區(qū)夏季最高平均水溫為15，溫升20。

對(duì)于逆流：T66.20-67.16

T15c—>35C

_(66.20-15)-(67.16-35)

所以=40.95°C

.(66.20-15)

In一

(67.16-35)

據(jù)表4可得:

8.9x106

所以冷凝器冷凝面積=94.41/

2302x40.95

查取有關(guān)數(shù)據(jù)如管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)/mm換熱面積/nf公稱壓力/MPa

下：表13

公稱直徑/mm

1200III43525009525

94.5

注：摘自《金屬設(shè)備》上冊(cè)P118表2-2-5和PI32表2-2-8。.

標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)：JB-H45-7I-2-30設(shè)備型號(hào):G400L16J6

第2節(jié)加熱器

選用U型管加熱器，經(jīng)解決后，放在塔釜內(nèi)。蒸汽選擇133.3飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)

K=10001以〃(加2.h：C)=4186kJ/(nr-h-C)

△/=133.3-100=33.3°。

由表4可得：

換熱面積：

表14

公稱直徑管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)/mm換熱面積/mm公稱壓力力pa

75

1200III428202325

74.5

注：摘自《金屬設(shè)備》上冊(cè)P118表225和P132表228。

標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào):JB-1145-71-1-21設(shè)備型號(hào):G400n?16-15

第三節(jié)塔內(nèi)其他構(gòu)件

一、接管管徑的計(jì)算和選擇

1.進(jìn)料管

本次加料選用高位進(jìn)料，所以WF可取0.4~0.8m/s。本次設(shè)計(jì)取WF=0.6m/s。

I4F*I4x15000

J-------------------=A---------------------------------------=0.0987m

V360（玩WFpLV3600x3.14x0.6x908.35

式中F'——進(jìn)料液質(zhì)量流量,kg/h。

PL-----進(jìn)料條件卜的流體密度,kg/m3o

圓整后dp=100mmo

表15進(jìn)料管參數(shù)表

內(nèi)管dXS2外管diXsi半徑RH,壓內(nèi)管重管kg/m)

100X6180X81502002203.73

注：摘自《浮閥塔》P197表5-3。

2.回流管

4x2.55x3127.986

C!R=---------------------=J------------------------------------------=0.0967

360(kWRpLV3600x3.14x0.4x755.05

式中:

L------回流液體質(zhì)量流量，kg/h：

PL——塔頂液相密度，kg/m3o

本次設(shè)計(jì)采用的是重力回流，所以速度WR取0.2?0.5m/s。

此處選WR=0.4m/s

圓整后(JR=100mm

表16回流管參數(shù)表

內(nèi)管也XS2外管dtXsi半徑RH,壓內(nèi)管重/(kg/m)

—-------——1^0^?----—---245———24S—―2^0-7

注：摘自《浮閥塔》P197表5-3。

3.塔頂蒸氣管

由于操作壓力為常壓，所以蒸氣速度WV可取12~20m/s,本節(jié)設(shè)計(jì)選WV=17m/so

4V4x(2.55+1)x3127.986

dDX3600rtWvpL-V36(X)x3.14x17x1.101=0.458

式中：

V---塔頂蒸氣質(zhì)量流量，kg/h；

PL---塔頂氣相密度,kg/m3o

圓整后dv=460mmo

表17塔頂蒸汽管參數(shù)表

內(nèi)管＜12XS2外管dixsi半徑RHlH2內(nèi)管重/(kg/m)

460X9620x1285028032033.68

4.注:摘自《浮閥塔》P197表5-3

5.塔釜出料管

塔釜流出液的速度％一般可取0.51.Om/s,本設(shè)計(jì)取0.7m/s。

4W4x11875.52

=0.0791m

360C?nWwpL360()x3.14x0.7x959.4

式中W-塔釜流出液的質(zhì)量流量，kg/h;

L-塔釜液相密度，kg/m30

圓整后：d忙80nlm

表18塔釜出液管參數(shù)表

內(nèi)管d2XS2外管d]XS|半徑RHiH2內(nèi)管重/(kg/m)

80x10120x61002002203.51

二、除沫器

為了保證氣體的純度，減少液體的夾帶損失，選用除沫器，常用的除沫器裝置有

折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。本設(shè)計(jì)塔徑較小，且氣液分離，故

采用小型絲網(wǎng)除沫器，裝入設(shè)備上蓋。

氣流計(jì)算

式中K--常數(shù)，取0.107;

--精福段氣體和液體的密度,kg/m3o

831.7-0.9804“r

Wk=0.107x----------------=3.115m/s

0.98

除沫器直徑計(jì)算:

式中，V--氣體解決量，m3/s

4x2.863.

所以D=----------------=1.0n8o2om

3.14x3.115

三、液體分布器

1.采用蓮蓬頭式噴淋器。選用此裝置能使截面積的填料表面較好地潤(rùn)濕。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)本、，制

造和維修方便，噴泄比較方便，安裝簡(jiǎn)便。

2.、回流液分布器

流速系數(shù)可取0.82~0.85,推動(dòng)力液柱高度H可取0.12?0.15m以上，本設(shè)計(jì)選=0.83,

H-0.16m

W=(p12gH=0.83x72x9.8x0.16=1.47m/s

小孔輸液能力計(jì)算:

八L2.55x3127.986,_3/

Q=---------=---------------=2.9x10n3m/s

0x3600755.05x3600

_￡_=2.9x1。-'=2.38x1。-y

0.83x1.47

f2.38xl(r3?！叭?、

n=——=-------------=84.2x84「?jìng)€(gè))

-d2—x(6xl()-3)2

44

式中「小孔流速，m/s;

f二小孔總面積,

H=推動(dòng)力液柱高度,ni,取H=0.16m;

(1=小孔直徑，可取4?10mm,此處選d=6mm;

二流速系數(shù)，取C