分離乙醇水溷合溶液浮閥精餾塔研發(fā)設(shè)計(jì)方案

1、淮海工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)說明書題目:乙醇一水混合液浮閥精餾塔的設(shè)計(jì)系部：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：環(huán)境工程班級：D制藥091姓名：陳宇學(xué)號：5109406312011年12月27日目錄1 緒論32 塔板的工藝設(shè)計(jì)42. 1精餾塔的物料衡算 42. 2常壓下乙醇-水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系 52. 3理論塔板數(shù)的確定132 .4塔徑的初步設(shè)計(jì)142.5 溢流裝置152. 6塔板分布，浮閥數(shù)目與排列163塔板的流體力學(xué)計(jì)算183. 1氣相通過浮閥塔的壓降 183. 2淹塔193. 3霧沫夾帶203 .4塔板負(fù)荷性能圖224塔附件設(shè)計(jì)234. 1接管234. 2筒體與封頭254 .3除沫器254.4裙座2

2、64.5吊柱264.6人孔265 塔總體高度的設(shè)計(jì)265. 1塔的頂部空間高度 265. 2塔的底部空間高度265. 3塔的立體高度276 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)276. 1冷凝器的選擇276. 2再沸器的選擇277課程設(shè)計(jì)總結(jié)281 緒論乙醇在工業(yè)、醫(yī)藥、民用等方面，都有很廣泛的應(yīng)用，是一種很重要的原料。在很多方面， 要求乙醇有不同的純度，有時(shí)要求純度很高，甚至是無水乙醇，這是很有困難的，因?yàn)橐掖紭O 具揮發(fā)性，所以，想得到高純度的乙醇很困難。要想把低純度的乙醇水溶液提升到高純度，要用連續(xù)精餾的方法，因?yàn)橐掖己退膿]發(fā)度 相差不大。精餾是多數(shù)分離過程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程，因此可使混合

3、 液得到幾乎完全的分離?；S中精餾操作是在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行，塔內(nèi)裝有若干層塔 板和充填一定高度的填料。為實(shí)現(xiàn)精餾分離操作，除精餾塔外，還必須從塔底引入上升蒸汽流 和從塔頂引入下降液?？芍?，單有精餾塔還不能完成精餾操作，還必須有塔底再沸器和塔頂冷 凝器，有時(shí)還要配原料液預(yù)熱器，回流液泵等附屬設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作。浮閥塔與20世紀(jì)50年代初期在工業(yè)上開始推廣使用，由于它兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)， 已成為國內(nèi)應(yīng)用最廣的塔形，特別是石油，化學(xué)工業(yè)中使用最普遍。浮閥有很多形式，但最常 用的是FI型和V4型。FI型浮閥的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，廣泛應(yīng)用在化 工及煉油生產(chǎn)中，現(xiàn)已列

4、入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB168-38）內(nèi)，F(xiàn)I型浮閥又分輕閥和重閥兩種，但一般 情況下都采用重閥，只有處理量大且要求壓強(qiáng)降很低的系統(tǒng)中，采用輕閥，浮閥塔具有下列優(yōu) 點(diǎn)：1生產(chǎn)能力大。2.操作彈性大。3.塔板效率高。4.氣體壓強(qiáng)降及液表面落差較小。5.塔的 造價(jià)低。浮閥塔不宜處理結(jié)焦或粘度大的系統(tǒng)，但對于粘度稍大及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)，浮 閥塔也能正常操作。目前，浮閥塔板是各國廣泛應(yīng)用塔型。它綜合了泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)，在每個(gè)開孔 處裝有一個(gè)可上下浮動的浮閥代替了升氣管和泡罩。塔板上所開的孔徑較大（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39mr） 避免了孔道堵塞。常用的浮閥有 F1型（重閥）、V-4型及T型。浮閥的升降位置可根

5、據(jù)氣量的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)氣量較小時(shí)，浮閥的開度小，但通過閥片與塔盤之間環(huán)隙氣速仍足夠大，避免 了過多的漏液；氣量較大時(shí)，閥片被頂起、上升，浮閥開度增大，通過環(huán)隙的氣速也不會太高, 使阻力不致增加太多。因此浮閥塔板保持了泡罩塔板操作彈性大的優(yōu)點(diǎn)，而塔板效率，氣壓壓 降大致與篩孔塔板相當(dāng)，且具有生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)。所以自此種塔型問世以來，一直在工業(yè)生 產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。2 塔板的工藝設(shè)計(jì)2 .1精餾塔的物料衡算F:進(jìn)料量（kmol/s ）Xf：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）D:塔頂產(chǎn)品流量 （kmol/s ）XD :塔頂組成原料乙醇組成：Xf0.25/4611.54 %0.25/46 +0.75/18W塔頂

6、產(chǎn)品流量kmol/s ) xw :塔底組成塔頂組成:= 90.38%0.96/460.96/46 0.04/18塔底組成：Xw =0.02/46=0.79%0.02/46+0.98/18進(jìn)料量：F=30萬噸/年= 0.5452 kmol/s30 104 103 0.25 /46 (1 -0.25)/18300 24 3600物料衡算式為：F=D+WFx -Dx WxFDW聯(lián)立代入求解：D=0.0654 kmol/s , W=0.4798kmol/s2.2常壓下乙醇-水氣液平衡組成（摩爾）與溫度關(guān)系溫度t/ C液相組成x/%氣相組成y/%1000095.51.9017.0089.07.2138.

7、9186.79.6643.7585.312.3847.0484.116.6150.8982.723.3754.4582.326.0855.8081.532.7359.2680.739.6561.2279.850.7965.6479.751.9865.9979.357.3268.4178.7467.6373.8578.4174.7278.1578.1589.4389.432. 2. 1溫度利用表中數(shù)據(jù)由插值法可求得tF、tD、twtF :86.7 -85.3 _ tF -86.79.66 -12.38 一 11.54 -9.66tF =85.75 C78.15 -78.41 tD -78.158

8、9.43 -74.7290.38 -89.43tD =78.13 C100 -95.50 -1.90tD -100精餾段平均溫度：匸tD '5.75 78.13 ,1.94 C2 2提餾段平均溫度：匸tw = 85.75 98.12 = 91.935 C2 2tw :0.79 -0tw =98.12 C2. 2. 2密度已知：混合液密度：1 = aA aB （a為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，打 為平均相對分子質(zhì)量）混合氣密度：pT°pM22.4TP0塔頂溫度：tD =78.13 C氣相組成yD :78.41 -78.1578.15 -89.4378.13 -78.15100yD -89.43y

9、D = 90.30%進(jìn)料溫度：tF -85.75C氣相組成:yF85.3 -86.747.04 43.7585.3 -85.7547.04 -100yFyF =45.98%塔底溫度：tw =98.12 C氣相組成yw100 -95.5017.00100 -98.120 -100ywyw = 7.10%精餾段液相組成 X1 : X1 = (xd Xf )/2 ,咅=50.96%氣相組成 y/yiyD yF)/2 ,% =68.14%所以 L1=46 0.5096 18 (1-0.5096)=32.27 kg/kmolMV1=46 0.6814 18 (1-0.6814) = 37.08 kg/k

10、mol提餾段液相組成 x2 : x2 = (xW xf )/2 , x2 = 6.17%氣相組成 y2：y2 =(yWyF)/2 , y2 = 63.37%所以二lL2 =46 0.0617 18 (1 -0.0617)=19.75 kg/kmolIv2 =46 0.6337 18 (1 -0.6337) = 35.80 kg/kmol由不同溫度下乙醇和水的密度溫度/ CPc/(kg m)Pw/(kg m)80735971 . 885730968. 690724965. 395720961. 85100716958. 4求得在tD、tF、tW下的乙醇和水的密度（單位：kg m）tF = 85.

11、75 C,匚F =718.9090 -85 _ 90-85.75724 - 730724 - ;?cF90-8590-85.75965.3 -，wF?wf - 962.50所以0.251 - 0.25718.90962.50，訃=818.93t78.13C,90一85 =90一78.13 ,724 - 730724 - 訂“ 738.2490 -8590 78.13965.3 -968.6965.3 - ?wD0.961-0.96+訂 738.24973.13 '10095，wd 二 973.13100 98.12W12 J 958.4 -961.85958.4 匕100 -95100

12、 98.12958.4 -961.85958.4 - -wW0.02 1-0.02 tw725.50 959.81，?L1=769.23,cW = 725.50,:?ww 二 959.81-W =771.19j8.93769.23= 794.08L2 二" J J7119818.93 - 795.06=X 46.07 (1-xD) 18 = 43.37 kg/kmol二 xF 46.07 (1 - xF) 18 = 21.25 kg/kmol二丨LW二 xW 46.07 (1 - xW) 18 = 18.24 kg/kmol匚一二必37 225= 32.31 kg/kmol二| LW

13、 二| LF218.2421.252= 19.75 kg/kmolIvd =yD 46.07 (1-yD) 18.02 = 43.35 kg/kmolIvf =yF 46.07 (1-yF) 18.02 = 30.91 kg/kmolIvw =yW 46.07 (1 - 血)18.02 = 20.01 kg/kmol亍,VF 二 43.35 30.91 二 37.13 kg/kmol20.01 30.91 = 25.51 kg/kmol30.91 273.1522.4 (273.15 85.44)= 1.0543.35 273.15?VW20.01 273.15二 0.6622.4 (273.

14、15 98.12)“ J.05 1.51 =1.28V2 =2°5 J66 = 0.86p = _i j =151VD 22.4 (273.1578.13)'2. 2. 3混合液體表面張力二元有機(jī)物-水溶液表面張力可用下列公式計(jì)算SW需4S0二 0/4注：匚WXWVWXWVW ' X0V0-0X0V0xwVw ' X0V0 SW = XSWV S，；：S0XS0V0VsB =lg(),A 二 B Q,2ARg京,l胡式中，下角標(biāo)W、0、s分別代表水，有機(jī)物及表面部分；Xw、X0指主體部分的分子數(shù)；VwV。指主體部分的分子體積；匚W、匚0為純水、有機(jī)物的表面張力

15、；對乙醇 q=2.mc _ 46.076d 一 738.24二 62.41mLmc46.07»cW-725.50mc46.07cF-718.90_ mw18.02-?wF-962.50mw18.02_，wD-973.13mw18.02-959.81二 63.50mL= 64.08mL= 18.72mL= 18.52mL= 18.10mLVcW由不同溫度下乙醇和水的表面張力溫度/ c乙醇表面張力/ (10 "n m j )水表面張力/ (10 N m )701864.38017.1562.69016.260.710015.258.8求得在tD、tF、tw下的乙醇和水的表面張力

16、(單位：3110 N m )乙醇表面張力：90-8090 -85.7580-7080-78.13 '100-90100-98.12水表面張力：90-8090-85.7580-7080-78.13100-90100-98.12ccF =16.6016.2，17.15-18Jd =17.3117.15-f，15.2 -16.2-cw =14.8115.260.7 -62.6"w 61.2560.wF62.6，wD - 62.9258.8 - 60.7二 ww =58.4458.8 - ww塔頂表面張力:'woEI-XdVwJXdVcD M 'Xd VwD '

17、; XDVcD(1 -0.9038 尸 18.52 20.9038 62.410.0962 18.520.9038 62.41=0.0009671=lg 0.0009671- -3.015q= 0.441 -T2/3cDVwD_ q-；wD2/3VwD= 0.4412/3 l-62.9218.52- 0.764J2x273.13 78.132/317.31 匯(62.41 )I2A = B Q = -3.015 -0.764 = -3.779ftp2、聯(lián)立方程組,典wd+®scd=1l屮scD丿代入求得swD 二 0.0067，scD 二 0.99331/41/41/46=0.006

18、7 (62.92)1/40.993317.31， 二 D =17.49原料表面張力：心 _H - XF VwF f'cFXF VcF H - Xf VwFXfVcF 1-1.5660 -0.1145/18.72F0.1145 64.080.8855 18.72 0.1145 64.08=lg 1.566 =0.19480.441 q 爺2/3-61.2518.72-0.7346= 0.441 21660 64.°82/3273.15 +85.752A=B Q =0.1948 0.7346 0.5398中2、聯(lián)立方程組A = lg畀，人，+怙=1l scF /1/41/41/4

19、昇 =0.41261.250.588 16.60,；十=29.96塔底表面張力：'wW11 - Xw VwW F'cWXWVcW 1 XW VwW ' XwVcw 1H 0.0079 $18.10】2“34. 820.0079 64.080.9921 18.10 0.0079 64.08代入求得swf =0412 ,scf =0.588B=ig$=Ig34.82 =1.54182/3QT譽(yù)_V2/3 ° wWVwW= 0.441-273.15 +98.1214.8163.50 2/3258.44 匯(18.10)2/八-0.7797A = B Q =1.541

20、8 -0.7797 =0.7623ftp2聯(lián)立方程組A = lg 嚴(yán),代ww + ® sew = 1l屮scW代入求得;：sww 二 0.869，scw = 0.1311 / 41/41/4cW/ 0.86958.440.13114.81，-w =50.06精餾段的平均表面張力為：-；F /2 = 23.73提餾段的平均表面張力為：二2 -w /2 =40.012. 2. 4混合物的粘度t1 -82.05 C,查表得：水二0.3437mPa s,醇二 0.42mPa st21 = 93.62 C,查表得：水=0.31mPa s/1 醇=0.36mPa s精餾段粘度：7 = "

21、;醇禺你1-禺0.42 0.5096 0.34371 -0.5096 =0.3826mPa s提餾段粘度:"2 二"醇 X2水 1 X2-0.36 0.0617 0.31 (1 _0.0617) =0.3130mPa s2. 2. 5相對揮發(fā)度Xf= 0.1154, yF =0.4598，得0.4598 /1 -0.4598 ( 530.11541 - 0.1154 一 'Xd=0.9038, yD =0.9030,：D0.9030-O.Og0.90381 -0.9038xw=0.0079, yW = 0.071,精餾段的平均相對揮發(fā)度:提餾段的平均相對揮發(fā)度:O.

22、。7071 =9.600.00791 -0.00796.530.99 門”3.76653 9.6 =8.0652. 2. 6氣液相體積流量計(jì)算根據(jù)x-y圖查圖計(jì)算，或由解析法計(jì)算求得：Rmin =1.355取 RJ.5FU= 1.5 1.355 = 2.03精餾段L = RD =2.03 0.0654 = 0.1328kmol / sV = R 1 D = 2.03 10.0654 = 0.1982kmol/s已知：、| L1 = 32.31kg/ kmol,、I V1 = 37.13kg/kmolL1 = 794.08kg / m3,V1 = 1.28kg / m3則質(zhì)量流量：L d l1L

23、 =32.31 0.1328 = 4.29kg/s-lv1V =37.13 0.1982 = 7.36kg/s體積流量：LL14.29$ 3s115.4 10 m /sS 794.0835.75m /s1.28提餾段因本設(shè)計(jì)為飽和液體進(jìn)料。所以 q=1L 二 L qF =0.1328 1 0.5452 = 0.678kmol/sV =V q -1 F =0.1982kmol/s已知：、I l2 = 19.75kg /kmol，上| V2 二 25.51kg / mol幾2 = 795.06kg/m3 ,匚2 = 0.86kg/m3則質(zhì)量流量：LM l2L -19.75 0.678 =13.39

24、kg/sV2 - I v 2V = 25.51 0.1982 = 5.06kg / s體積流量：Ls2=± 二丄239 1.68 10m3/sPL2 795.06“20.86=5.88m3/s2. 3理論塔板的確定理論板：指離開此板的氣液兩相平衡，而且塔板上液相組成均勻。理論板的計(jì)算方法：可采用逐板計(jì)算法、圖解法，在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采用圖解法。根據(jù)1.01325 105 Pa下乙醇-水的氣液平衡組成可繪出平衡曲線，即x-y曲線圖。泡點(diǎn)進(jìn)料，所以q=1,即q為一直線。本平衡具有下去凹部分，操作線尚未落到平衡線，已與平衡線相切。（如圖）x=0.1154,y=0.55,所以 Rm -0.81

25、3，操作回流比Rmin -1.5 0.813 = 1.22。已知：精餾段操作線方程：yn 1 XnXD0.55Xn 0.407R+1 R + 1提餾段操作線方程；yn -vxVx 3.42x0.01912在圖上作操作線，由點(diǎn)（0.779,0.779 ）起在平衡線與精餾段操作線間畫階梯，過精餾段操 作線與q線交點(diǎn)，直到階梯與平衡線的交點(diǎn)小于 0.00078為止，由此得到理論板Nt =10塊（包 括再沸器），加料板為第5塊理論板。板效率與塔板結(jié)構(gòu)、操作條件、物質(zhì)的物理性質(zhì)及流體及流體力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，它反映了實(shí) 際塔板上傳質(zhì)過程進(jìn)行的程度。板效率可用奧康奈爾公式Et = 0.49(Z L)亠245計(jì)算

26、。其中：:-塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度；.1塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度mPa s精餾段Nr = 10N p精二t0 17.24 塊 取 17 塊陋 Et 0.58提餾段Nt = 5 N碟二山二口 =6.90塊 取7塊陸 E t 0.58全塔所需實(shí)際塔板數(shù)：NP =Np提=17 7 =24加料板位置在第17塊塔板。2. 4塔徑的初步設(shè)計(jì)2. 4. 1精餾段由丿二安全系數(shù)max，安全系數(shù)=0.60.8, %ax =Cf，式中C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查橫坐標(biāo)數(shù)值：11九11/2Vs11»V1 J35.4 10x5.75竺8 0.0231.28取板間距：Ht = 0.45m ,介=0.0

27、7m，貝U Ht -九=0.38m查圖可知C20 =0.076,C 二 C201120J.076空25丿I 20、0.2= 0.08ma-0.0J7941=1.99m/s1.28叫=0.7 "max = 0.7 1.99 = 1.39m/s4Vs1便:ZL=2.30m”，3.14 1.39圓整：D2m，橫截面積： A =0.785 2 3.14m2，空塔氣速：-二空=1.83m/s3.142. 4. 2提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值:I三（_L2）12Vs2V2咗血（哼2巾0875.880.86取板間距:H' 0.45m，h'0.07m。貝U H't -h' 0.3

28、8m查圖可知:C20 = 0.076 oC=C20點(diǎn)宀 °.°76（器宀 °087Umax =0.087漢 J795.06；0.82 = 2.64m/s0.82比=0.7umax = 0.7 2.64 = 1.85m/ s圓整：D2=2m，橫截面積:4乂2士坐）12=2.0佃: u23.14 1.85D2尸A't =0.785 2 3.14m2，空塔氣速：u'25 -1.87m/s3.142. 5溢流裝置2. 5. 1 堰長 lW取 lW =0.65 D=0.652=1.3m出口堰高：本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液高度how按下式計(jì)算how284 E)2

29、31000 lw近似取E=1)(1)精餾段how284(360° 54 1°)23=0.0i7m10001.3hw =h_ - how = 0.07 -0.017 = 0.053m(2)提餾段h 'ow2.843600 ".68x10 )2310001.3二 0.016mh'w 二 h'L-h'OW = 0.07-0.016 = 0.054m2. 5. 2方形降液管的寬度和橫截面查圖得：A =0.072, Wd =0.124,則：Af =0.0721 3.14 = 0.226m2, WD = 0.124 2 = 0.248m 厲D驗(yàn)

30、算降液管內(nèi)停留時(shí)間提餾段:卄片叭工226 0.45 ".05sLs21.68D0精餾段“二隹0.226 0.455.4 10”=18.83s停留時(shí)間5s,故降液管可使用2. 5. 3降液管底隙高度(1)精餾段取降液管底隙的流速I54漢10U0 =0.13m/s '則“肚=TT3 = 0.032m '取如(2)提餾段L1 68疋10取叭巾伽”,ho=i=7=0.099m'取h'0=0.10m2. 6塔板分布、浮閥數(shù)目與排列2. 6. 1塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑D=2m采用分塊式塔板，以便通過入孔裝拆塔板2. 6. 2浮閥數(shù)目與排列精餾段取閥孔動能因子F。=12

31、，則孔速uoi為uoi 二 F。=_12= 10.6佃/s每層塔板上浮閥數(shù)目為N二丄叱454個(gè)兀.20.785漢0.0392 匯 10.61d°u°14取邊緣區(qū)寬度 Wc = 0.06m，破沫區(qū)寬度 Ws = 0.10m。計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即其中/222X人=2x , R-xR arcsin 180RD2RWc0.06 二 0.94m22D2x =-(WD Ws)二 一(0.248 0.10) =0.652m22所以=2 0.652 .0.942 -0.65223.14 0.942 arcsin 0.652IL1800.942= 2.24 m浮閥排列方式采用等腰三角形

32、叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距t=75mm則排間距:A2 24t' s0.066m = 66mmNt 454 0.075若考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用66mm而應(yīng)小些，故取t'65mm = 0.065m，按t=75mm t'=65mm，以等腰三角形叉排方式作圖，排得閥數(shù)300個(gè)。按N=300重新核算孔速及閥孔動能因子5.75u'0116.05m/ s0.0392 3004閥孔動能因子變化不大，仍在913范圍內(nèi)。LL1 83塔板開孔率183 100% =11.4% 陽 16.05提餾段取閥孔動

33、能因子F。=12，則孔速%F。= 12.94m/s0.86每層塔板上浮閥數(shù)目為按t二75mm，估算排間距N5.8820.785 0.03912.942.24= 381 個(gè)381 0.075= 0.078m 二 78mm取t =80m m,排得閥數(shù)為254個(gè)按N =254重新核算孔速及閥孔動能因子5.8820.785 0.039254=19.39m/ sF°2 =19.39漢 7016=17.98閥孔動能因子變化不大，仍在913范圍內(nèi)。1 87塔板開孔率圧7 100% =9.64%巴219.393塔板的流體力學(xué)計(jì)算3.1、氣相通過浮閥塔板的壓降可根據(jù)hp二入 g h°“Pp二

34、hp計(jì)算。3.1.1. 精溜段(1) 干板阻力u0c1=1.8翠 731=1.8扌231 =9.17m/sV PV1 1.28因 u01 > u0c1 ,故 h c1 =5.34； WU 01 =5.341.28 10.610.0492)g2 794.08 9.8(2) 板上充氣液層阻力(3) 液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊鹤⒏叨葹閔p1 =0.049 0.035=0.084iPpi =hpiLig =0.084 794.08 9.8=653.69提留段(1) 干板阻力1 825/731 v /U0c2 id =1.8251 1.41m/

35、S-v2 0.86因 U 02 > U 0c2，故c2=5.34v2u2022jg=5.3420.86 12.942 795.06 9.8= 0.049(2) 板上充氣液層阻力??；o =0.5, hl = 0.07m,貝U h L2 二 ph = 0.5 0.07 = 0.035m(3) 液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹閔p2 =0.049 0.035 =0.084m：Pp2 =hp2L2g =0.084 795.06 9.8 =654.49Pa3.2、淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液高度出(已 九),即Hhp hl

36、 hd精餾段(1) 單層氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p1= 0.084m(2) 液體通過降液管的壓頭損失hd1 =0.153(LsL)2 =0.153 (5.4 10 )0.0029mlwhg1.3 0.03(3) 板上液層高度h =0.07m,貝貝2 =0.084十 0.002防 0.07=0.1569n取 二 0.5已選定Ht 二 0.45m,厲二 0.053n則(出 山)2=0.5 (0.45 0.053尸 0.252m可見Hd2(Ht hw)2,所以符合防止淹塔的要求。322提餾段(1) 單板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p2 = 0.084m(2) 液體通過降液管的壓頭損失hn =0.

37、153出)2 =0.153 (1.68 10 ) 0.0284m 訃。1.3 0.037(3) 板上液層高度h =0.07m,則 Hd2 =0.084 0.0284 0.07 = 0.1824m取 =0.5,已選定 Ht = 0.45m,忙=0.054m貝U(Ht hw) =0.5 (0.45 0.054) = 0.2520m可見Hd2 ： “Ht hw),所以符合防止淹塔的要求。3.3、物沫夾帶精餾段泛點(diǎn)率-板上液體流經(jīng)長度：Zl =D -2WD =2 -2 0.248 = 1.504m板上液流面積：代二 4 -2Af = 3.14-2 0.226 = 2.688m2取物性系數(shù)K=1.0，泛

38、點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF =0.1035.75泛點(diǎn)率=1.28794.08 -1.281.36 1.504 5.4 10=68.13%1.0 1.103 2.688對于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過80%由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能夠滿足ev ：0.11kg(液/kg氣)的要求。提餾段取系數(shù)K=1.0，泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF =0.1015.88泛點(diǎn)率=0.86795.06 -0.86=48.39%1.0 1.101 2.688D制藥091化工原理課程設(shè)計(jì)說明書由以上計(jì)算可知，符合要求。3.4、塔板負(fù)荷性能圖3.4.1. 物沫夾帶線VsT36也泛點(diǎn)率二一1v100%kCfA據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中

39、的物沫夾帶線。按泛點(diǎn)率1.28(1) 精餾段Vs1.36 1.504Ls1.0 1.103 2.68808_>794.08 -1.28整理得：0.221=0.0402 Vs 2.045Ls,既Vs由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè) Ls值，可算出Vs(2) 提餾段Vs0.8 =0.86795.06 -0.86 心嘰1.0 0.101 2.688整理得：0.217=0.0329 Vs+2.045 Ls，既 Vs =6.5957-62.16 L 在操作范圍內(nèi)，任取若干個(gè)值，算出相應(yīng)的V值。計(jì)算如表所示：精餾段提餾段Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)t3f3Ls/(m/s) V

40、s/(m/s)0.0025.400.0026.470.014.990.015.973.4.2.液泛線(Ht W)二hp hL hhp h1 him %由此確定液泛線，忽略式中 h-(Ht hw) =5.34302 -Lh0.153 (Lslwh02)(1；o)hw2.8410003600 Ls 2/3E( i s)1 w而 U o :兀 2doN4(1) 精餾段0.2515 =5.34 匯22 1.28 乎1+88.41L：+1.5x(0.053+ 0.56L：3)整理得：0.785 x300 x 0.039 漢 794.08 x 2 x 9.8Vs2 =50.59 -26002.94L： -

41、247.06L3(2) 提留段0.86 xVs；2230.252 =5.34 迖22+9.24 Ls2 +0.081 +0.84 Ls30.785 匯 254 7.039 漢 795.06 漢 2 漢 9.8整理得：Vs； =53.44 -2887.5L： -262.5L：3在操作范圍內(nèi)，任取若干個(gè)L.值，算出相應(yīng)的Vs值。計(jì)算如表所示： 精餾段Ls1 /(m3/s)Vs1 /(m3/s)0.0016.930.0036.720.0046.630.0076.353.4.3. 液相負(fù)荷上限提餾段Ls2/(m3/s)Vs2/(m3/s)0.0017.130.0036.920.0046.840.007

42、6.61液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于35s.液體降液管內(nèi)停留時(shí)間"等=3沁以=5s作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間下限，則(Ls)max0.226 0.455=0.02m3 /s3.4.4 .漏液線對于F1型重閥，依F°=5作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則 VsdoNu04(1)精餾段253(Vs1)min0.0392 3001.58m3/s4V1.28(2)提餾段253M2U10.0392 2541.64m3/s4V0863.4.5.液負(fù)荷下限線取堰上液層高度h.0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相 流量無關(guān)的豎直線。= 0.0062.

43、84 E3600(Ls)min231000 lw取 E =1.0,貝"Ls)min =(0.006 1000)322.84 11 w3600= 0.001m3/s由以上15作出塔板負(fù)荷性能圖。可以看出：(1) 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) p (設(shè)計(jì)點(diǎn))處在適宜操作去內(nèi)的適中位置;(2) 塔板的氣相負(fù)荷上限完全由物沫夾帶控制，操作下限由漏液控制；精餾段霧沫夾帶液泛液相負(fù)荷上限漏液液相負(fù)荷下限提留段(3) 按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負(fù)荷上限(Vs)max =5.79(7.54)m3/s,氣相負(fù)荷下限(Vs)min ".8(2.1)m3/s。所以：精餾段操作彈性=5

44、.79 =1.5 ；3.90提餾段操作彈性=3浮閥塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目符號單位計(jì)算數(shù)據(jù)備注精餾段提餾段塔徑Dm22板間距Htm0.450.45塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔板空塔氣速um/s1.831.87堰長1 wm1.31.3堰高h(yuǎn)wm0.0530.054板上液層咼度him0.070.07降液管底隙高h(yuǎn)om0.0320.099浮閥數(shù)N300254等腰三角形叉排閥孔氣速Uom/s10.6112.94浮閥動能因子Fo18.1617.98臨界閥孔氣速Uocm/s16.0519.39孔心距tm0.0750.075同一橫排孔心 距排間距rm0.0660.078相鄰橫排中心 距離單板

45、壓降A(chǔ)pp巳653.69654.49降液管內(nèi)清液 層咼度Hdm0.15690.1824氣相負(fù)荷上限Vs )maxm /s5.797.54氣相負(fù)荷下限(Vs)min3 t m /s1.82.1物沫夾帶控制操作彈性1.51.9漏液控制4、塔附件的時(shí)間設(shè)計(jì)4. 1接管、進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多, 管徑計(jì)算如下：有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。D=4Vs二Us取 us=1.6m/s.：=918.19kg/m 3 * *8 107D=4 0.00343.14 1.6=0.052m=52mm查標(biāo)準(zhǔn)系列選取57 5、回流管采用直管回流管,取 us=1.6m/sdR4Vd二 UR

46、2.989 107VD0.0012563600 300 24 918.19m3/sdR4 0.0012563.14 1.6二 0.032m = 32mm查表取 38 3、塔底出料管取tw=1.6m/s，直管出料,5.01 心073600 300 24 918.19二 0.0021R1/S4 0.0021, 3.14 1.6-0.041m -41mm查表取45 2、塔頂蒸氣出料管直管出氣，取出口氣速 u=23m/s,則,(4x5.75小D=564mmY3.1473查表取 600 15.4、塔底進(jìn)氣管采用直管，取氣速u=23m/s，則4 5.88；3.14 23二 571mm查表取 600 15.

47、4、法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭(1) 進(jìn)料管接管法蘭：Pg 6Dg 70HG5010-58(2) 回流管接管法蘭:(3) 塔底出料管法蘭:(4) 塔頂出料管法蘭:Pg6Dg60HG5010-58Pg6Dg 80HG5010-58Pg6Dg 500HG5010-58 塔釜蒸氣進(jìn)氣法蘭：Pg 6Dg 500HG5010-584.2筒體與封頭421 、筒體1.05 6 20002 1250 0.90.2 = 5.8mm壁厚選6mm所用材質(zhì)為A3、封頭封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑dg=2000,查得曲面高度

48、h1=450mm直邊高度h0=40mm內(nèi)表面積F封=3.73m2，容積V封=0.886m3。選用 封頭 Pg 1800 6，JB1154-73。4.3、除沫器在空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、質(zhì)量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)u=0.107V 128二 2.66 m/s除沫器直徑:D=應(yīng) _4 5.75'二u 一3.14 2.66=1.66m設(shè)計(jì)氣速選?。簎=KV 系數(shù) Km選取不銹鋼除沫器 類型：標(biāo)準(zhǔn)型；規(guī)格：40-100 ;材料：不銹

49、鋼絲網(wǎng)(1G18Nj9Ti);絲 網(wǎng)尺寸：圓絲 0.23。4.4、裙座塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接出產(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基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dbi =2000 2 16 - 0.2 0.4 10 1632mm基礎(chǔ)環(huán)外徑：Db。二 2000 2 160.2 0.4 10 2432mm圓整：Dbi =1800mm, Qo =2600mm基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18mm考慮到再沸器，裙座高度取3m地角螺栓直徑取 M3Q4.5、吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補(bǔ)充和更換填

50、料、安裝和拆卸內(nèi) 件，既經(jīng)濟(jì)又方便，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱，本設(shè)計(jì)中塔高度大，因此設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì) 塔徑 D=2000m 可選用吊柱 500kg。s=1000mm L=3400mm H=1000mm材料為 A3。4.6、人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)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(shí)塔體的彎曲度難以達(dá)到要求，一般每隔12-20塊塔板才設(shè)一個(gè)人孔，本塔中共 22塊板，需設(shè)置3個(gè)人孔，每個(gè)孔直徑為450mm在設(shè)置人孔 處，板間距為600mm裙座上應(yīng)開2個(gè)人孔，直徑為450mm人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平， 其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形狀及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本設(shè)計(jì) 也是如此。5塔總體高度的設(shè)計(jì)5.1、塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm塔頂部空間高度為1200mm5.2、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，釜液停留時(shí)間取3min。 H B=(tL ' s60 - Rv)/A T+(