水-甲醇混合物板式精餾塔化工原理課程設(shè)計

1、 化工原理課程設(shè)計說明書題目：處理量1920Kg/h水-甲醇混合物板式精餾塔學生班級： 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 化學化工學院2015年06月06日第一章：前言11.1：精餾操作的原理11.2：板式塔類型簡介21.2.1：泡罩塔板21.2.2：篩孔塔板21.2.3：浮閥塔21.3：塔板類型的選擇31.4：設(shè)計內(nèi)容31.5設(shè)計結(jié)果3第二章：設(shè)計任務及參數(shù)計算32.1：設(shè)計任務及流程圖42.1.1：設(shè)計任務42.1.2：精餾過程流程示意圖42.2：精餾塔設(shè)計計算42.2.1：全塔物料衡算42.2.2：塔板數(shù)的確定52.3：塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算82.3.1：操作壓強82.3.2：溫度

2、92.3.3：平均摩爾質(zhì)量92.3.4:平均密度102.3.5液體表面張力102.3.6 液體黏度11第三章 ：塔主要設(shè)備尺寸計算113.1：塔徑計算113.2精餾塔有效高度計算133.3 溢流裝置計算143.4 塔板布置163.5邊緣區(qū)寬度與安裝高度183.6浮閥計算及排列19第四章 ：塔板上的流體力學204.1塔板壓降204.2霧沫夾帶量的驗算204.3 漏液的驗算214.4液泛的驗算214.5操作負荷性能圖22第五章：塔的工藝設(shè)計結(jié)果總表28第六章 ：各接管尺寸及附屬設(shè)備確定及選型306.1接管306.1.1 進料管設(shè)計306.1.2 回流管設(shè)計306.1.3 塔釜出料管設(shè)計306.1.

3、4釜進氣管設(shè)計316.1.5 塔頂蒸汽出料管設(shè)計316.2塔附件設(shè)計316.2.1 法蘭316.2.2簡體與封頭316.2.3 筒體厚度326.2.4 裙座326.2.5 吊柱326.2.6 人孔336.3 塔總體高度的設(shè)計336.3.1 塔的頂部空間高度336.3.2 塔的底部空間高度336.3.3 塔總高（不包括裙座）計算336.3.4 塔總高的確定346.4.1 冷凝器的選擇346.4.2 計算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)346.4.3 計算熱負荷346.4.4 計算有效平均溫差346.4.5 估算傳熱面積356.4.6 再沸器的選擇356.4.8離心泵選擇35第七章 ：設(shè)計結(jié)果及

4、總結(jié)36第八章：課程設(shè)計心得36第一章：前言化工生產(chǎn)中所處理的原料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相物系。為進一步加工和使用，常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。精餾是分離均相液體混合物的重要方法之一，屬于氣液相間的相際傳質(zhì)過程。在化工生產(chǎn)中，尤其在石油化工、有機化工、高分子化工、精細化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域更是廣泛應用。1.1：精餾操作的原理化工生產(chǎn)中所處理的原料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相物系。為進一步加工和使用，常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。精餾是分離均相液體混合物的重要方法之一，屬于氣液相間的相際傳質(zhì)過程。在化工生產(chǎn)

5、中，尤其在石油化工、有機化工、高分子化工、精細化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域更是廣泛應用。利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過液相和氣相的回流，使氣、液兩相逆向多級接觸，在熱能驅(qū)動和相平衡關(guān)系的約束下，使得易揮發(fā)組分（輕組分）不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移，而難揮發(fā)組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到不斷分離，稱該過程為精餾。該過程中，傳熱、傳質(zhì)過程同時進行，屬傳質(zhì)過程控制。精餾操作按不同方法進行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分數(shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過程伴有

6、化學反應，則稱為反應精餾。原料從塔中部適當位置進塔，將塔分為兩段，上段為精餾段，不含進料，下段含進料板為提餾段，冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。氣、液相回流是精餾重要特點。 在精餾段,氣相在上升的過程中，氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷地增濃，在塔頂獲輕組分產(chǎn)品。在提餾段，其液相在下降的過程中，其輕組分不斷地提餾出來，使重組分在液相中不斷地被濃縮，在塔底獲得重組分的產(chǎn)品。精餾過程與其他蒸餾過程最大的區(qū)別，是在塔兩端同時提供純度較高的液相和氣相回流，為精餾過程提供了傳質(zhì)的必要條件。提供高純度的回流，使在相同理論板的條件下，為精餾實現(xiàn)高純度的分離時，始終能保證一定

7、的傳質(zhì)推動力。所以，只要理論板足夠多，回流足夠大時，在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品，而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。1.2：板式塔類型簡介1.2.1：泡罩塔板泡罩塔板是工業(yè)上應用最早的塔板，其主要元件為升氣管及泡罩。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形與條形兩種。國內(nèi)應用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分為80mm、100mm、150mm三種，可根據(jù)塔徑的大小來選擇，通常塔徑小于1000mm，選用80mm的泡罩；塔徑大于2000mm，選用150mm的泡罩。泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，液氣比范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料。其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，造價高；板塔液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及塔板效率較低。1.

8、2.2：篩孔塔板篩孔塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點為塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板（孔徑為38mm）和大孔徑篩板（孔徑為1025mm）兩類。篩板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理粘度大的、易結(jié)焦的物料。盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若操作和設(shè)計不當，易產(chǎn)生漏液，濕的操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降。1.2.3：浮閥塔 浮閥塔是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。氣流從浮閥周邊水平得進入塔板上液層，浮閥可以根據(jù)氣流流

9、量的大小而上下浮動，自行調(diào)節(jié)。 浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、造價低；塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時間較長，故塔板效率較高，其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。1.3：塔板類型的選擇以上介紹的僅是幾種較為典型的塔板形式。浮閥塔板上開有定形狀的閥孔(圓形或矩形)，孔中安有可上下浮動的閥片有圓形、矩形、盤形等，從而形成不同型式的浮閥塔板。目前國內(nèi)常用的是F1型浮閥，條形浮閥也開始受到注意。浮閥塔板因其具有優(yōu)異的綜合性能(生產(chǎn)能力大、操

10、作彈性大、塔板效率高、制造費用低且加工方便等優(yōu)點)已成為目前應用最廣泛的一種塔板，故有關(guān)浮閥塔的研究開發(fā)較其他型式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。故選用為本次設(shè)計的精餾塔類型。 浮閥（F1型） 1.4：設(shè)計內(nèi)容工藝流程的確定，塔和塔板的工藝尺寸計算，塔板的流體力學驗算及負荷性能圖，輔助設(shè)備的計算與選型，主體設(shè)備的機械設(shè)計。1.5設(shè)計結(jié)果（1）設(shè)計說明書一份。（2）主體設(shè)備總裝圖1張（1#圖紙），帶控制點工藝流程圖（3#圖紙）1張。第二章：設(shè)計任務及參數(shù)計算工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大，（2）傳質(zhì)、傳熱效率高，（3）氣流的摩擦阻力小，（4）操作穩(wěn)定、適應性強、操作彈性

11、大，（5）結(jié)構(gòu)簡單、材料耗用量少，（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外不易堵塞、耐腐蝕等。2.1：設(shè)計任務及流程圖2.1.1：設(shè)計任務（ 1）設(shè)計規(guī)模：甲醇-水混合液處理量1920kg/h（ 2）生產(chǎn)制度：年開工330天，每天連續(xù)24小時生產(chǎn)（ 3）原料組成：甲醇含量為24.8 （質(zhì)量百分率，下同）；分離要求：塔頂甲醇含量不低于96%，塔底甲醇含量不大于0.7（ 4）進料狀況：泡點進料 ；回流比： R=1.6Rmin（ 5）塔頂壓力： 0.105325MPa (絕壓）；塔底加熱蒸汽壓力： 0.5Mpa（表壓）；單板壓降： 0.7 kPa（ 6）浮閥塔板（ F1型）（ 7）廠址：重慶市北碚區(qū)2

12、.1.2：精餾過程流程示意簡圖2.2：精餾塔設(shè)計計算2.2.1：全塔物料衡算(1) 由設(shè)計任務書可得: ,(2) 由 ， 解得：2.2.2：塔板數(shù)的確定（1） 理論板數(shù)計算： 由化工工藝手冊，查得甲醇-水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表所示。甲醇水汽液平衡數(shù)據(jù)(摩爾組成)txytxy100.000.000.00075.300.400.72996.400.020.13473.100.500.77993.500.040.23471.200.600.82591.200.060.30469.300.700.87089.300.080.36567.600.800.91587.700.100.41866.000.90

13、0.95884.400.150.51765.000.950.97981.700.200.57964.501.001.00078.000.300.665 根據(jù)甲醇水氣液平衡組成表和相對揮發(fā)度公式 ， 求得：算得相對揮發(fā)度=4.83y= =4.83x/(1+3.83x) 因為泡點進料所以， 精餾塔的氣液相負荷： 精餾塔的操作線方程： 采用圖解法求理論板數(shù)結(jié)果如下圖所示：由圖可得，理論板總數(shù)：10 ，進料位置:4全塔效率及實際板數(shù)求?。喊逍逝c塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體力學性質(zhì)有關(guān)，反映了實際塔板上傳質(zhì)過程進行的程度。塔板效率： 為在平均溫度下的平均粘度定性溫度計算: 甲醇水的溫度組成

14、圖利用上圖可以求得、。進料溫度（泡點）：塔頂溫度： 塔釜溫度： 全塔平均溫度：由各段平均溫度，結(jié)合黏度共線表，可以查得液相黏度 。甲醇-水的黏度數(shù)據(jù)粘度T 20 40 60 80 100 甲醇 0.580 0.439 0.344 0.277 0.228 水 1.002 0.635 0.466 0.354 0.282 在下查得： 全塔效率 =實際板數(shù)：2.3：塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算2.3.1：操作壓強精餾段： 塔頂操作壓力：P=105.3kPa 取每層塔板壓降： 進料板壓力： 精餾段平均壓力：提餾段： 塔釜壓力：提餾段平均壓力：2.3.2：溫度塔頂：進料板：塔釜：精餾段平均溫度：提餾段平均溫

15、度：2.3.3：平均摩爾質(zhì)量塔頂： 進料板： 精餾段平均摩爾質(zhì)量： 塔釜： 提餾段平均摩爾質(zhì)量： 2.3.4:平均密度 液相密度： 塔頂： 得： 加料版： 得： 精餾段液相平均密度：精餾段氣相密度： 提餾段： 得： 提餾段液相平均密度：提餾段氣相密度： 2.3.5液體表面張力精餾段：塔頂：進料板：平均表面張力：提餾段 ： 塔釜：平均表面張力：2.3.6 液體黏度精餾段： 塔頂： 進料板： 平均黏度：提餾段： 塔釜： 平均黏度：第3章 ：塔主要設(shè)備尺寸計算3.1：塔徑計算精餾段 由 精餾段的氣、液相的體積流率為：由式中C可由計算，可以由下圖Smith關(guān)聯(lián)圖查取。Smith關(guān)聯(lián)圖圖的橫坐標為：初選

16、塔板間距=400mm及板上液層高度=60mm，則：=0.4-0.06=0.34m查Smith關(guān)聯(lián)圖得：=0.068 取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：精餾塔的塔徑:按標準塔徑圓整?。篋=1600mm塔截面積為：提餾段 精餾段的氣、液相的體積流率為： ，由式中C可由計算，可以由Smith關(guān)聯(lián)圖查取。圖的橫坐標為：初選塔板間距=400mm及板上液層高度=60mm，則：=0.4-0.06=0.34m查Smith關(guān)聯(lián)圖得：=0.073取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為：精餾塔的塔徑:按標準塔徑圓整?。篋=1600mm3.2精餾塔有效高度計算精餾段的有效高度為：提餾段的有效高度為：在進料上方開一人孔，其高

17、度為0.8m，故精餾塔的有效高度為：3.3 溢流裝置計算精餾段因塔徑D=1600mm，可以選用采用單溢流平頂弓型降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進口內(nèi)堰。各項計算如下。溢流堰長（出口堰長）計算：取 =0.66D=0.6×1600=1.056m，堰上溢流強度：因4.38<100130 ,故滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。出口堰高計算由，選用平直堰，堰上液層高度可由下式計算： 查表得：E=1.02 取板上清夜層高度為=60mm,故降液管的寬度和降液管的面積計算由，查下圖（圖4-2）得:=0.124 =0.0722即弓形降液管參數(shù)圖液體在降液管內(nèi)的停留時間為：降液管的底隙高度計算降液管底隙高

18、度是指降液管下端與塔板間的距離，以表示。降液管底隙高度應低于出口堰高度，(hw-ho)不應低于6mm才能保證降液管底端有良好的液封. 工程上ho一般取20-25mm。本次設(shè)計中取22mm。hw-ho=52- 22 =30 mm> 6 mm 提餾段溢流裝置計算因塔徑D=1600mm，可以選用采用單溢流平頂弓型降液管、凹形受液盤，且不設(shè)進口內(nèi)堰。各項計算如下。溢流堰長（出口堰長）計算取 =0.66D=0.66×1600=792mm=1.056m，堰上溢流強度滿足篩板塔的堰上溢流強度要求。出口堰高計算由，選用平直堰，堰上液層高度可由下式計算： ， 查表得E=1.03 取板上清夜層高度

19、為=60mm故降液管的寬度和降液管的面積計算由，查弓形降液管參數(shù)圖得：=0.124 =0.0722即 ，液體在降液管內(nèi)的停留時間為： 故降液管設(shè)計合理。降液管的底隙高度計算 降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以表示。降液管底隙高度應低于出口堰高度，(hw-ho)不應低于6mm才能保證降液管底端有良好的液封. 工程上ho一般取20-25mm。本次設(shè)計中取22mm。hw-ho=42.5- 22 =20.5 mm> 6 mm 故降液管底隙高度設(shè)計合理。3.4 塔板布置精餾段 塔板分塊表 塔徑/mm800-12001400-16001800-20002200-2400塔板分塊數(shù)3456

20、因D=1600mm1200mm，故塔板采用分塊式。根據(jù)手冊規(guī)定，將板分為4塊安裝。邊緣區(qū)寬度與安裝高度安定區(qū)寬度=60mm, 邊緣區(qū)寬度=100mm鼓泡區(qū)間閥孔數(shù)的確定以及排列采用F1型重閥，孔徑為39mm，取閥孔動能因子 FO=10閥孔氣速：浮閥數(shù)： （個）開孔區(qū)面積按以下關(guān)系計算： 其中 故 =浮閥計算及排列因 D>800mm 故塔板采用分塊式，查表的塔塊分為4塊，采用等腰三角形叉排。浮閥塔篩孔直徑取 d=39mm,閥孔按等腰三角形排列。閥孔的排列： 閥孔排列圖第一排閥孔中心距t為75mm，各排閥孔中心線間的距離t可取65mm,80mm,100mm. 經(jīng)過精確繪圖，得知，當t=65m

21、m時，閥孔數(shù)N實際=202個按N=202重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 孔速： 閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在912范圍內(nèi)空塔氣速：開孔率：提餾段： 塔板分塊表塔徑/mm800-12001400-16001800-20002200-2400塔板分塊數(shù)3456因D=1600mm1200mm，故塔板采用分塊式。根據(jù)手冊規(guī)定，將板分為4塊安裝。3.5邊緣區(qū)寬度與安裝高度安定區(qū)寬度=60mm, 邊緣區(qū)寬度=100mm鼓泡區(qū)間閥孔數(shù)的確定以及排列采用F1型重閥，孔徑為39mm，取閥孔動能因子 FO=10閥孔氣速：浮閥數(shù)： （個）開孔區(qū)面積按以下關(guān)系計算：其中 故 =3.6浮閥計算及排列因 D>800mm

22、 故塔板采用分塊式，查表的塔塊分為4塊，采用等腰三角形叉排。浮閥塔篩孔直徑取 d=39mm,閥孔按等腰三角形排列。閥孔的排列： 閥孔排列圖 第一排閥孔中心距t為75mm，各排閥孔中心線間的距離t可取65mm,80mm,100mm. 經(jīng)過精確繪圖，得知，當t=80mm時，閥孔數(shù)N實際=179個按N=179重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 孔速： 閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在912范圍內(nèi)空塔氣速：開孔率：第4章 ：塔板上的流體力學4.1塔板壓降氣體通過浮閥塔板的壓力降干板阻力計算，氣體通過板上液層高度的阻力的計算氣體通過液層的阻力可由下式計算：h1 = 0hL液相為水時，0 = 0.5,則代入，求得h1

23、 = 0.5×0.06 = 0.03m液體表面張力的阻力計算浮閥塔的h值通常很小，此項可以忽略 符合設(shè)計要求4.2霧沫夾帶量的驗算泛點率=100%lL=D-2Wd=1.6-20.198=1.204Ab=AT-2Af=2.0096-20.1451=1.7194式中 板上液體流經(jīng)長度，m; 板上液流面積，m2 ；泛點負荷系數(shù)，由圖查得泛點負荷系數(shù)取0.096; K特性系數(shù)，查表取1.0. 泛點負荷圖由上代入數(shù)據(jù)得：泛點率=54% 對于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應控制泛點率不超過80%。計算出的泛點率在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0.1kg液/kg(干氣)的要求。4.3

24、 漏液的驗算對于浮閥塔，取閥孔動能因數(shù)F0 = 5，則F0 = u0minv0.5 = 5， 可見不會產(chǎn)生過量漏液4.4液泛的驗算為防止降液管發(fā)生液泛，應使降液管中的清液層高度應該服從以下關(guān)系式：對于本設(shè)計中，水和甲醇屬于一般物系，相對泡沫密度=0.5，則 而 板上不設(shè)進口堰，可以通過下式計算： 因，故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。4.5操作負荷性能圖精餾段漏液線對于浮閥塔，取閥孔動能因數(shù)F0 = 5，則F0 = u0minv0.5 = 5 ， ， 據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的漏液線(1)。霧沫夾帶線Ls由經(jīng)驗公式 泛點率 = 由前面計算可知各項均為已知值，根據(jù)經(jīng)驗，控制泛點率為80%，把各項值代

25、入，有 整理得： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依據(jù)上式計算出值，計算結(jié)果列于下表所示。 霧沫夾帶線計算結(jié)果 (m3/s)0.00060.0010.0030.0050.007 (m3/s)3.5097 3.4922 3.40453.31683.2291依據(jù)表中的數(shù)據(jù)在下圖中做出霧沫夾帶線（2）。液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.008m作為最小液體負荷標準，E=1.02。 據(jù)此，可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線（3）。液相負荷上限線以=5s作為液體在降液管中停留時間的下限。=5故根此，可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線（4）。液泛線令 由 由上式確定液泛線，忽略式中

26、， ， ， 化簡后得到：因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則、及等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即：式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值。因此，可將上式簡化成與的如下關(guān)系式： 其中 ： 代入數(shù)據(jù)，求得 a = 0.00352 b = 0.16 c = 283.477 d = 0.984得 0.00352VS2 = 0.16283.477LS20.984LS2/3 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依據(jù)上式計算出值，計算結(jié)果列于下表所示。液泛線、計算結(jié)果 (m3/s)0.00060.0010.0030.0050.007 (m3/s)6.60956.54386.25595.95565.6087依據(jù)表中的數(shù)據(jù)做出液泛線（5

27、）,根據(jù)以上各線方程，即可作出浮閥塔精餾段的負荷性能圖，如圖所示。Vs 精餾段操作負荷性能圖 B：霧沫夾帶線 C: 液泛線 D: 漏液線 E: 液相負荷下限線F: 液相負荷上限線 G:操作線由操作氣液比 VS/LS=2.33/0.00129=1806.2。過點（0，0）和A點（0.00129，2.33），在圖中作出操作線。由圖可以看出，該篩板的操作上限為液沫夾帶所控制，下限為漏液線所控制。由圖可以查得：， ，操作彈性為： 提餾段漏液線對于浮閥塔，取閥孔動能因數(shù)F0 = 5，則F0 = u0minv0.5 = 5 ， ， 據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的漏液線(1)。霧沫夾帶線Ls由經(jīng)驗公式 泛點率

28、= 由前面計算可知各項均為已知值，根據(jù)經(jīng)驗，控制泛點率為80%，把各項值代入，有 整理得： 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依據(jù)上式計算出值，計算結(jié)果列于下表所示。 霧沫夾帶線計算結(jié)果 (m3/s)0.00060.0010.0030.0050.007 (m3/s)4.0414 4.0203 3.91493.80943.7041依據(jù)表中的數(shù)據(jù)在下圖中做出液沫夾帶線（2）。液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度=0.008m作為最小液體負荷標準，E=1.02。 ， 據(jù)此，可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線（3）。液相負荷上限線以=5s作為液體在降液管中停留時間的下限。=5 故：根此，可以作出與

29、氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線（4）。液泛線令 由 由上式確定液泛線，忽略式中 ， ， ， 化簡后得到：因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則、及等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即：式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值。因此，可將上式簡化成與的如下關(guān)系式： 其中 ： 代入數(shù)據(jù)，求得 a = 0.0057 b = 0.16 c = 283.447 d = 0.994得 0.0057VS2 = 0.16283.477LS20.994LS2/3 在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依據(jù)上式計算出值，計算結(jié)果列于下表所示。液泛線、計算結(jié)果 (m3/s)0.00060.0010.0030.0050.007 (m3/s)5.178

30、5.12614.89854.59014.3877依據(jù)表中的數(shù)據(jù)做出液泛線（5）,根據(jù)以上各線方程，即可作出浮閥塔提餾段的負荷性能圖，如圖所示。Vs 精餾段操作負荷性能圖 B：霧沫夾帶線 C: 液泛線 D: 漏液線 E: 液相負荷下限線 F: 液相負荷上限線 G:操作線由操作氣液比 VS/LS=2.324/0.0043=540.465。過點（0，0）和A點（0.0043，2.324），在圖中作出操作線。由圖可以看出，該篩板的提餾段操作上限為液沫夾帶線所控制，下限為漏液線所控制。由圖可以查得：，操作彈性為：。第五章：塔的工藝設(shè)計結(jié)果總表項目符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段各段平均壓強PmkPa108.

31、45113各段平均溫度tm72.014289.3372平均流量氣相VS2.332.324液相LS0.001290.0043實際塔板數(shù)N塊9 13板間距HTm0.40.4塔的有效高度Zm3.24.8塔徑Dm1.6 1.6空塔氣速um/s1.4362.01塔板液流形式單流型單流型溢流裝置溢流管形式弓形弓形堰長lWm1.0561.056堰高hWm0.0520.0425溢流堰寬度Wdm0.1980.198管底與受液盤距離hOm0.0220.022板上清液層高度hLm0.06孔徑dOmm39孔心距tmm75排間距tmm6580閥孔數(shù)n個202 179開孔面積 1.3615 篩孔氣速m/s9.420610

32、.676塔板壓強降Pa529.514574.894液體在降液管中停留時間s4513.5泛點率0.540.501負荷上限0.01160.0116負荷下限氣相最大負荷3.44833.7041氣相最小負荷1.1361.1049操作彈性3.0353.252第6章 ：各接管尺寸及附屬設(shè)備確定及選型6.1接管6.1.1 進料管設(shè)計進料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進料管、彎管進料管、T型進料管。本設(shè)計采用直管進料管。管徑的計算如下：，取，經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，參考常用鋼管規(guī)格，選取60×3.0mm。6.1.2 回流管設(shè)計采用直管回流管，回流液體積流量為：利用液體的重力進行回流，取適宜的回流速度，那么

33、經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，參考常用鋼管規(guī)格，選取規(guī)格：63.5*3.0mm。6.1.3 塔釜出料管設(shè)計釜殘液的體積流量為： 取適宜的輸送速度=0.785m/s則：經(jīng)圓整4 塔選取熱軋無縫鋼管，參考常用鋼管規(guī)格，選取規(guī)格：60mm3.0mm。6.1.4釜進氣管設(shè)計采用直管，取氣速=20m/s，則管徑查表選取：40mm3.0mm。6.1.5 塔頂蒸汽出料管設(shè)計設(shè)蒸汽流速為20m/s,則管徑為：經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：400mm9.0mm。6.2塔附件設(shè)計6.2.1 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應法蘭。（1）進料管接管法蘭：Pg6Dg70HG50

34、10-60（2）回流管接管法蘭：Pg6Dg70HG5010-63.5（3）塔釜出料管法蘭：Pg6Dg70HG5010-60（4）塔頂蒸汽管法蘭：Pg6Dg500HG5010-400（5）塔釜蒸汽進氣法蘭：Pg6Dg500HG5010-4006.2.2簡體與封頭1、筒體對碳素鋼：P=101.325kPa Dn=1600mm 查表得=1140公斤力/厘米2, -焊縫系數(shù)取0.9由于剛度條件，筒體厚度最小要3mm考慮到此塔較高，風載荷較大，塔內(nèi)徑不太大，故適當?shù)脑黾颖诤襁x12mm，所用材質(zhì)為A3。2、封頭 封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計采用橢圓形封頭，由公稱直徑dg=1600mm,查得曲

35、面高度h1=400mm，直邊高度ho=40mm,內(nèi)表面積F封=2.976,容積U封=0.617,選用封頭Dg160010,JB1154-73。6.2.3 筒體厚度 考慮到塔體較高，內(nèi)徑較小，應適當增加厚度，壁厚選20mm，所用材質(zhì)選A3鋼。6.2.4 裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑>800mm，故裙座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：基礎(chǔ)環(huán)外徑： 圓整：=1400mm，=2000mm；基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm，裙座高度取3m，地面螺栓直徑取M42。6.2.5 吊柱對于較高的室外

36、無框架是整體塔，在塔頂設(shè)計吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，既經(jīng)濟有方便的一項設(shè)施，一般取15m以上的它物設(shè)吊柱，本設(shè)計中塔高度較大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計塔徑D=1600mm，可選用吊柱500kg,s=1000mm,L=3400mm, H=1000mm,材料為A36.2.6 人孔人孔是安裝或者檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應該便于進入任何一層塔板，由于設(shè)置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達到要求，一般間隔6塊塔板才設(shè)置一個人孔。本塔中共有22塊板，需要設(shè)置4個人孔，每個孔直徑為450mm。在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，裙座應開1個人孔，直徑為450mm

37、。人孔伸入塔內(nèi)部應該與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需要倒棱和磨圓。人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計也是基于如此。6.3 塔總體高度的設(shè)計6.3.1 塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)牡谝粚铀宓剿敺忸^的直線距離，取塔頂部空間高度為=1200mm。6.3.2 塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，塔釜液停留時間取5min。塔底空間由下式計算：故 =1.172 m6.3.3 塔總高（不包括裙座）計算塔總高（不包括裙座）由下式?jīng)Q定：式中 H塔高；-塔頂空間；-塔板間距；-開有人孔的塔板間距；-進料段高度；-塔底空間；-實際塔板數(shù)；-人孔數(shù)（不包括塔頂空間與塔底空間的人孔數(shù)）取1.2m ， =22塊 ，=0.6m ， =4m，每6塊取一個人孔，則=4個。則6.3.4 塔總高的確定裙座高度取3.0m，所以總高度為：6.4.1 冷凝器的選擇選擇列管式全凝器，甲醇-水走殼程，冷凝水走管程，采用逆流形式。6.4.2 計算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)塔頂溫度：=65.3496冷凝蒸汽量：忽略水的冷凝熱 ,設(shè)冷凝水始溫為20，取全凝器出口水溫為50，則算數(shù)平均溫度甲醇-水相關(guān)物性數(shù)據(jù)表物質(zhì)（kg/m3）Cp(K