化工原理課程設(shè)計(jì)_乙醇丙醇篩板精餾塔

1、化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)題目乙醇一一丙醇溶液連續(xù)精僻塔設(shè)計(jì)教學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)化工0905學(xué)生學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2011年12月22日一. 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目1. 乙醇一一丙醇溶液連續(xù)精儲(chǔ)塔設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件操作壓力：P=1atm（絕壓）進(jìn)料組成：Xf=0.25（摩爾分率），進(jìn)料狀態(tài)：q=0.96塔頂產(chǎn)品組成：Xd=0.98（摩爾分率）塔釜?dú)堃褐袧舛?.產(chǎn)量：F=85kmol/h最宜回留比與最小回流比的比值：R/Rmin=（1.1-2.0）塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流塔板采用篩板設(shè)計(jì)任務(wù)精儲(chǔ)塔工藝計(jì)算（物料衡算，熱量衡算，設(shè)備計(jì)算與選型）精儲(chǔ)塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算熱量衡算及板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的

2、計(jì)算精儲(chǔ)塔設(shè)備結(jié)構(gòu)圖和帶控制點(diǎn)的工藝流程圖撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)II摘要1緒論2設(shè)計(jì)流程錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)思路2第1章精儲(chǔ)塔的工藝計(jì)算21.1產(chǎn)品濃度的計(jì)算41.11平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算41.2最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定61.4物料衡算61.4.1全塔物料衡算61.5精儲(chǔ)段與提儲(chǔ)段操作線(xiàn)方程71.6理論板數(shù)及進(jìn)料位置的確定71.7全塔效率81.8實(shí)際板數(shù)和實(shí)際加料位置的確定8第2章精儲(chǔ)塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算102.1塔的有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算102.1乙醇和丙醇各種物性數(shù)據(jù)102.1.2操作壓強(qiáng)122.1.3操作溫度122.1.4平均分子量122.1.5平均密度132

3、.1.6液體表面力142.1.7液體粘度152.1.8體積流率的計(jì)算152.2精儲(chǔ)塔主要工藝尺寸的計(jì)算162.2.1精儲(chǔ)段塔體工藝尺寸的計(jì)算182.2.2提儲(chǔ)段塔體工藝尺寸的計(jì)算182.2.3塔的有效高度的計(jì)算192.3塔板流動(dòng)性能的校核192.3.1精儲(chǔ)段192.3.2提餡段192.4塔板負(fù)荷性能圖222.4.1精儲(chǔ)段232.4.2提餡段23第3章熱量衡算283.1進(jìn)入系統(tǒng)的熱量273.2離開(kāi)系統(tǒng)的熱量273.3熱量藺算式28第4章板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算304.1冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算304.2試算并初選換熱器的規(guī)格304.2.1確定流體通入的空間304.2.2計(jì)算傳熱負(fù)荷Q304.2.3選換

4、熱器。314.2.4板式列管換熱器校核314.3主要接管尺寸的選取344.3.1進(jìn)料管344.3.2釜液出口管344.3.3塔頂蒸汽管354.4泵的選取354.5儲(chǔ)罐的計(jì)算36面杉吉果匯總表36結(jié)束語(yǔ)37參考文獻(xiàn)39主要符號(hào)說(shuō)明40附錄142篩板精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)是化工原理課程的重要部分是化工生產(chǎn)中主要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。連續(xù)精儲(chǔ)是依據(jù)多次部分汽化、多次部分冷凝的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。本次課程設(shè)計(jì)是分離乙醇一一丙醇二元物系，通過(guò)對(duì)篩板精儲(chǔ)塔及附屬結(jié)構(gòu)（換熱器，泵等）的設(shè)計(jì)，使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基本原理和方法.塔頂冷凝裝置采用全凝器，用來(lái)準(zhǔn)確控制回流比；塔底采用直接蒸汽加熱，以提供足夠的熱量。通

5、過(guò)逐板計(jì)算得出理論板數(shù)17,回流比為5.0,塔效率0.658，實(shí)際板數(shù)43,進(jìn)料位置29,在板式塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算中得出塔徑1.2m，有效塔高20.3m，篩孔數(shù)（精儲(chǔ)段2652個(gè)，提儲(chǔ)段2652個(gè)）。通過(guò)的流體力學(xué)驗(yàn)算，精儲(chǔ)段與提儲(chǔ)段操作都正常，證明篩板塔各指標(biāo)數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。并對(duì)冷凝器作了熱量衡算，選出了合適的型號(hào)G-700-149.1-21-4，其傳熱面積為149.1m2.并對(duì)泵作了合適的選型，型號(hào)為IS50-32-200，揚(yáng)程為10m，這些運(yùn)算結(jié)果合理，以保證精儲(chǔ)過(guò)程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。關(guān)鍵詞：二元精儲(chǔ)；篩板精儲(chǔ)塔；逐板計(jì)算；物料衡算緒論在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔

6、的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮骱Y板塔能滿(mǎn)足要求的操作彈性，而且效率高。采用篩板可解決堵塞問(wèn)題并可以控制漏液?；どa(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿(mǎn)足要求，需將混合物分離成較純的物質(zhì)。蒸儲(chǔ)是分離均相混合物的單元操作之一，精儲(chǔ)是最常用的一種蒸儲(chǔ)方式，也是組成化工生產(chǎn)過(guò)程的主要單元操作之一。為了培養(yǎng)同學(xué)們獨(dú)立思考，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，學(xué)校和老師為我們提供了一個(gè)讓我們展示才華、思維和能力的良好機(jī)會(huì)，也就是本次課程設(shè)計(jì)。培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決化工實(shí)際問(wèn)題的能力。做到能獨(dú)立進(jìn)行化工設(shè)計(jì)初步訓(xùn)練，為今后

7、工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路(1) 精儲(chǔ)方式的選定本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精儲(chǔ)操作方式。(2) 選取操作壓力本設(shè)計(jì)采用常壓操作，大部分物質(zhì)都可常壓操作，這樣可以免去加壓或減壓的費(fèi)用。(3) 選擇加料狀態(tài)q=0.96混合液進(jìn)料。(4) 加熱方式本設(shè)計(jì)采用直接蒸汽加熱。蒸汽可由冷卻后的水獲得。(5) 回流比的選擇一般經(jīng)驗(yàn)值為R=(1.1-2.0)Rmin.(6) 塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇塔頂選用全凝器，因?yàn)楹罄^工段產(chǎn)品以液相出料。塔頂冷卻介質(zhì)采用江河，方便、實(shí)惠、經(jīng)濟(jì)。(7) 板式塔的選擇篩板塔的優(yōu)點(diǎn)很多例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，制造方便，塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大等。由于篩板塔具有上述優(yōu)點(diǎn)，且加工方便

8、。近年來(lái)與篩板塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設(shè)備。實(shí)際操作表明，篩板在一定程度的漏夜?fàn)顟B(tài)下操作使其板效率明顯下降其操作的負(fù)荷圍較泡罩塔窄，但設(shè)計(jì)良好的塔其操作彈性仍可達(dá)到2-3,因此本設(shè)計(jì)采用篩板塔。第1章精儲(chǔ)塔的工藝計(jì)算1.1物料衡算1.11平均相對(duì)揮發(fā)度表2-1氣液相組成1溫度T(°C)液相X氣相Y0.000.0097.160.0.24093.850.1880.31892.660.2100.33391.600.3580.55088.320.4610.65086.250.5460.7184.980.6000.76084.130.6630.79983.060.84140.91480.5

9、91.00001.00073.8插值法求進(jìn)料溫度f(wàn)塔頂溫度d塔底溫度w91.6088.320.2100.358f91.600.250.210f=90.71同理可得d=78.66W=96.26F*XfD*XdW*Xw帶入數(shù)據(jù)得D19.34kmol/h0.00537mol/sw65.66kmol/h0.98239mol/slogpsatAAntoine公式BtCt(C)satp(mmhg查表得：乙醇Antoine常數(shù)為A=7.58670,B=1281.590丙醇Antoine常數(shù)為A=8.37895,B=1788.020有安托因方程得:1281.590塔頂logpAat=7.58670-78.66

10、139.768pA1=762.78mmhgC=193.768C=227.483Pai=101.6956Kpa同理得pB¥=344.83mmhgPB1=45.97Kpa又D=Al=2.21Pbi-.AZ'Sat塔釜pA2=1470.6PA2=196.07pBa2=715.98PB2=95046W=2.05進(jìn)料口p囂=1207.81Pa3=161.03pBa3=573.98PB3=76.52F=里=2.1Fb3精e留段平均相對(duì)揮發(fā)度1=(f+d)/2=2.155提e留段平均相對(duì)揮發(fā)度2=(w+f)/2=2.0753所有相對(duì)揮發(fā)度=2.131.2最小回流比的計(jì)算和適宜回流比的確定由

11、上可得:XF0.25xD0.9312.13q=0.96進(jìn)料線(xiàn)：q10.950.931yeqXe1XF0.951Xe0.951平衡線(xiàn):由上兩式聯(lián)立：乂=0.164Ye=0.487RminO'"O'871.375yeXe0.4870.164計(jì)算回流比R值:利用吉利蘭圖求理論板數(shù)N做出N-R曲線(xiàn)或N(R+1)-R曲線(xiàn)，從中找出適宜R.倍數(shù)RN1.13.61924.071.23.94820.941.34.27719.251.44.60617.801.54.93517.161.65.26415.981.75.59314.951.85.92214.721.96.25113.632

12、.06.5812.56得R=4.935=5.0經(jīng)檢驗(yàn)R/Rmin=1.73符合（1.1-2.0）1.4物料衡算1.4.1全塔物料衡算總物料衡算方程：FDWF*XfD*XdW*XwD19.34kmol/h0.00537mol/sw65.66kmol/h0.98239mol/s精e留段：L=RD=5.0X0.00537=0.02685kmol/sV=(R+1)D=(5.0+1)0.00537=0.03222kmol/s提僭段：L=L+qF=0.02685+0.96X0.0236=0.0495kmol/sV=L-W=0.0495-0.028329=0.0313kmol/s1.5精館段與提館段操作線(xiàn)方

13、程精e留段操作線(xiàn)方程:yn1_xn-x=0.833xn0.163R1R1提僭段操作線(xiàn)方程；yn1LXnDxdFxXD1.54Xn0.02VVX1(1)x得：y2.13x11.13x1.6理論板數(shù)及進(jìn)料位置的確定由逐板法算得:X10.9583Y10.9800X20.9208Y20.9612X30.8618Y30.9300X40.8162Y40.8808X50.7157Y50.8428X60.5968Y60.7592X70.4769Y70.6601X80.3742Y80.5602X90.2979Y90.4747X100.2469Y100.4112X110.2152Y110.3687X120.175

14、1Y120.3114X130.1351Y130.2496X140.0981Y140.1881X150.0661Y150.1311X160.0401Y160.0818X170.0201Y170.04185（不包本設(shè)計(jì)所需理論板數(shù)為17,其中第12塊加料，精儲(chǔ)板數(shù)為11塊，提儲(chǔ)段板數(shù)為塔釜）。1.7全塔效率實(shí)際板數(shù)和實(shí)際加料位置的確定依據(jù)公式4:Et0.49(L)0.245精儲(chǔ)段：已知12.1551=0.495mPas可算出：ET1=0.4026N11精儲(chǔ)段板數(shù)：N=-Nt=28Et0.4026體儲(chǔ)段：已知22.07520.477mPas可算出：Et20.3649E5.提儲(chǔ)段板數(shù)：N2=f=14E

15、t0.3694全塔所需實(shí)際板數(shù)為41塊。0全塔效率：Et38.1%實(shí)際進(jìn)料板的位置是從塔頂?shù)剿牡?9塊板第2章精儲(chǔ)塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1塔的有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算2.1.1乙醇和丙醇各種物性數(shù)據(jù)見(jiàn)卜列表格"：表31液相密度溫度t,C708090100110A,kg/m3754.2742.3730.1717.4704.3B,kg/m3759.6748.7737.6726.1714.3表32液體的表面力溫度t,708090100110A,mN/m19.2718.2817.2916.2915.28B,mN/m20.3419.4018.4517.5016.57表33液體的粘度t,708

16、090100110LAmP0.5230.4950.4060.3610.324LBmP0.7420.6190.5220.4440.381表3-4液體氣化熱溫度t,708090100110A,kJ/kg859.26837.996815.73792.466768.201B,kJ/kg741.78725.34708.20690.30678.3435-P=1atm1t97.160.0000.00093.850.0.24092.660.1880.31891.600.2100.33988.320.3580.55086.250.4610.65084.980.5460.71184.130.6000.76083.

17、060.6630.79980.590.84140.91478.381.0001.0002.1.2操作壓強(qiáng)塔頂壓強(qiáng)：PD=101.3kP,取每層塔板壓降：P=0.7kP則進(jìn)料板壓強(qiáng)：R=101.3+12X0.7=109.7kP塔釜壓強(qiáng)：Pw=106.2+17X0.7=118.1kP精e留段平均操作壓強(qiáng)：101.3109.7105.5kP提e留段平均操作壓強(qiáng):109.7118.1Pm2113.9kP3.1.3操作溫度由附錄1泡露點(diǎn)編程知道：進(jìn)料板溫度：Tf=90.71C塔頂溫度：Td=78.66C塔釜溫度：Tw=96.24C精儲(chǔ)段平均溫度：tmi90.7178.66284.69c提儲(chǔ)段平均溫度:m

18、290.7196.2493.48c3.1.4平均分子量塔頂：xDy10.98x10.9891MVDMldy1M乙醇X1MZ.®(1(1y1)M丙醇x1)M丙醇0.980.9846.06940.069(1(10.98)0.98)60.07960.07946.35kg/kmol46.35kg/kmol進(jìn)料板：Mvfyq=0.3346xqyqM乙醇(1=0.168yq)M水0.334640.069(10.3346)60.07946.22kg/kmolMlfxqM乙醇(1xq)M丙醇0.2546.069(10.25)60.09756.57kg/kmol塔底：yw=0.xw=0.00282Mv

19、wywM乙醇(1yw)M丙醇MlwXwM乙醇(1Xw)M丙醇0.03546.069(10.035)60.09760.45kg/kmol0.0169946.069(10.01699)60.09757.71kg/kmol精僭段平均分子量：46.3556.57MVm50.78kg/kmol556.7546.35,MLm151.46/kmol同理提e留段平均分子量：MVm257.25kg/kmolMLm258.51kg/kmol3.1.5平均密度(1) 液相密度塔頂：塔頂溫度Td=78.66C時(shí)：乙醇743.89kg/m3丙醇750.16kg/m310.974110.9741LDm743.890750

20、.160解得：LDm744.31kg/m3進(jìn)料板：進(jìn)料溫度Tf=90.71C時(shí)：乙醇729.20kg/m3丙醇736.78kg/m3進(jìn)料板液相質(zhì)量分率：10.20351-0.2035LFm729.20736.78解得：LFm735.29kg/m3塔釜：塔低溫度Tw=96.24C時(shí)：乙醇722.18kg/m3丙醇730.42kg/m3塔低液相質(zhì)量分率：10.027110.02717722.18730.42-一_一一3解得：Lwm730.18kg/m精e留段平均液相密度：735.29744.313Lm1=739.80kg/m提儲(chǔ)段平均液相密度:Lm2735.29730.183732.74kg/m3

21、(2)氣相密度精段:Vm,Rn1Mvm1RTm1105.550.7831.728kg/m8.314(78.66273.15)提僭段:Pm2MVm2Vm2RTn2113.957.2531.903kg/m8.314(96.24273.15)2.1.6液體表面力依式:LmXiii1塔頂：塔頂溫度Td=78.66C時(shí):乙醇18.41mN/m丙醇19.53mN/mLDm0.9818.41(10.98)19.5318.43mN/m進(jìn)料板：進(jìn)料溫度Tf=90.71C時(shí):乙醇18.38mN/m丙醇18.38mN/mLFm0.2517.22(10.25)18.3818.09mN/m塔釜：塔低溫度Tw=96.24

22、C時(shí):丙醇17.86mN/m乙醇=16.67mN/mLWm0.03516.67(10.035)17.8617.82mN/m精e留段：18.4318.09提e留段：18.0917.8218.26mN/m17.96mN/m2.1.7液體粘度依式：igLmXiig塔頂：塔頂溫度Td=78.66C時(shí)：乙醇0.499mPasLDm0.980.499進(jìn)料板：進(jìn)料溫度Tf=90.71C時(shí)：乙醇0.400mPasLFm0.250.400塔釜：塔低溫度Tw=96.24C時(shí)：乙醇0.350mPasLWm0.0350.35精e留段：0.5020.488Lm12提e留段：0.4880.466Lm223.1.8體積流率

23、的計(jì)算(1)精儲(chǔ)段：氣、液相體積的流率：丙醇0.635mPas(10.98)0.635=0.502mPas丙醇0.516mPas(10.25)0.516=0.487mPas丙醇0.473mPas(10.035)0.473=0.469mPas0.495mPas0.477mPasVVMVSiVm!0.0322250.781.7280.95m3/s3Vhi=3420m/hLsLMLmi0.0268551.46Lm739.800.00187m3/sLhi=6.732m3/h(2) 提儲(chǔ)段：氣、液相體積的流率VMVm2Vm20.131357.711.9030.9511m3/sVh2=3423.96m3/

24、hLMLss2Lm2Lm21.8858。51732.7430.00257m/s3Lh2=9.252m/h本節(jié)數(shù)據(jù)查文獻(xiàn)1表3-6塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目符號(hào)單位精儲(chǔ)段提僭段操作壓強(qiáng)PkP105.5113.9操作溫度TC78.6696.24平均分子量氣相MVmkg/kmol50.7857.25液相MLmkg/kmol51.4658.51平均密度氣相Vmkg/m31.87251.903液相Lmkg/m3738.80732.74液體表面力LmmN/m18.2617.96液體粘度LmmPas0.4950.4772.2精館塔主要工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔主要工藝尺寸計(jì)算a塔徑D的計(jì)算選板間距吐

25、=0.45m，取板上液層高度hL=0.07m，故HhL=0.38m精儲(chǔ)段橫坐標(biāo):(土(一)0.5=(000187)x(73980)0.5=0.0407VSV0.951.728皿的頃心，心-LSL050.00257732.7405提儲(chǔ)段橫坐標(biāo):(-)()=()X()=0.0534V'V0.95111.903SV查文獻(xiàn)得，精儲(chǔ)段：C20=0.078C=C0()0.2=0.078X(1777)0.2=0.0762020Umax=C=0.076x.麾竺!竺=1.53m/s1.186取安全系數(shù)為0.7，貝Uu=0.7XUmax=0.7X1.53=1.07m/s=1.09m按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑D取1.2m

26、查文獻(xiàn)得提儲(chǔ)段：C2o=0.C=Q0(一)°'2=0.X(1796)0.2=0.20201.093Umax=H-=0.x,/732.71.093=1.90m/s取安全系數(shù)為0.7，貝Uu=0.7XUmax=0.7X1.90=1.33m/sD=4VuS=0.98m按標(biāo)準(zhǔn)，塔徑D取1.2m所以取精儲(chǔ)塔的各段塔徑為1.2m塔截面積：AtD2=1.13m24空塔氣速：精儲(chǔ)段:U=095=0.84m/s1.13提£留段：u=°.9"1=0.84m/s1.13b溢流裝置采用單溢流、弓形降液管、凹受液盤(pán)。(1) 溢流堰長(zhǎng)lw取堰長(zhǎng)lw為0.65D,即lw=0.

27、651.2=0.78m溢流堰高h(yuǎn)wlh-選用平直堰，堰上液層高度how的計(jì)算，即how=2.84X103XE(上)3，取E=1lw則精儲(chǔ)段：how=2.84X103X1X(0.001873600)3=0.012m0.78提儲(chǔ)段：how=2.84X103x1X(0.002573600)3=0.0M9m0.78取板上清液層高度hl=0.07m精儲(chǔ)段：hw=hlhow=0.07-0.012=0.m提儲(chǔ)段：hw=hlhow=0.06-0.0149=0.0551m(2) 降液管的寬度Wd和降液管的面積A由號(hào)0.56，查文獻(xiàn)得%0.112，晉0.168W=0.168x1.2=0.0.2016m2Af=0.

28、112X0.785X1.44=0.1266m則液體在降液管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積工AfHt01266045精儲(chǔ)段：t=0.12660.45=30.46s>5s(符合要求)Ls0.00187,AfHt01266045(3) 提儲(chǔ)段：t=22.16s>5s(符合要求)Ls0.00257降液管底隙高度h0取液體通過(guò)降液管底隙的流速U0,計(jì)算降液管底隙高度h0,日的頃Lh0.00187精£留段：U0=0.09m/s,h0=0.027mhwh0=0.-0.027=0.m>0.006m故降液管高度設(shè)計(jì)合理提£留段：U0=0.09m/s,h0=°.

29、6;°257=。.m3600lwu0.780.09hwh。=0.0551-0.=0.0181m>0.006m故降液管高度設(shè)計(jì)合理4.2.9塔板主要工藝尺寸計(jì)算1塔板布置因?yàn)镈800mm所以塔板采用分塊式查文獻(xiàn)得塔板分為4塊取邊緣區(qū)寬度W=0.049m，安定區(qū)高度W0.065m計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積AX=?(WDWS)=號(hào)(0.20160.04)0.3584mD頃，1.2,R=yW0.0400.560mAa=2XX.R2X2離ESIN-，%)=0.4472m22篩開(kāi)孔數(shù)n與開(kāi)孔率取篩孔的孔徑d0=5mm正三角形排列，不銹鋼的板厚a一般為2.5mm故孔中心距t=2.5x5.0=12.5mm

30、計(jì)算塔板上的篩孔數(shù)n1.155Aan=t21.1550.4472,2652個(gè)0.0152計(jì)算塔板上的開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率，即:=0.907(*)20.907(°-005)214.5%t0.0125則精儲(chǔ)段氣流通過(guò)篩孔的氣速:VsU0=A00.9514.61m/s0.1450.4472提儲(chǔ)段氣流通過(guò)篩孔的氣速:VsU0=A0.95110.1450.447214.66m/s3塔有效高度有效高度Z精儲(chǔ)段塔高Z=(281)X0.45=12.15m提儲(chǔ)段塔高Z=(14-1)X0.45=8m實(shí)際塔高HH=(n-nF-nP-1)HT+nFHF+nPHP+HD+HBn=42每七層設(shè)一個(gè)人孔，貝UnP=6取

31、HP=0.6m,HD=1.2mHB=1.76m,兩邊封頭取0.34m，裙座取3m.H=(41-1-6-1)X0.45+1X0.80+6X0.60+1.2+1.76+0.34+3=25.55m4.3篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.3.1通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p=hc+h+h。1.板壓降相當(dāng)于液柱高度依業(yè)51.67，查文獻(xiàn)5得，C0=0.783精慌段:T=0.(四)2(f=0.051(1461)2728)0.036mc。/0.78739.80提偶段:T=0.(也)2(T=0.046mc。i2.氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮i精儲(chǔ)段：Ua=0.95AtAf1.130.19570.6450m/sFa

32、=u。.；=0.64501.728=0.8479查文獻(xiàn)取板上液層充氣系數(shù)0=0.675hi=0hi=0.675X(0.07)=0.0472m提儲(chǔ)段：ua=0.6450Fa=0.890查文獻(xiàn)取板上液層充氣系數(shù)0=0.660hi=0hi=0.660X(0.070)=0.0462m精儲(chǔ)段：h,=4418.26103=0.00201mlgd0739.809.810.0053.克服液體表面力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨萮精儲(chǔ)段單板壓降Pp=0.08525X739.80X9.81=618.7Pa<0.7KP故設(shè)計(jì)合理提儲(chǔ)段：h。=34417.8610:=0.00199m*do732.749.810.005故h

33、p=0.00201+0.036+0.0472=0.08525m提儲(chǔ)段單板壓降Pp=0.094X732.74X9.81=675.69Pa<0.7KP故設(shè)計(jì)合理故hp=0.+0.0462+0.00199=0.094m4.3.2霧沫夾帶量的驗(yàn)算UaHt兒3.263.2=5.71060.6450318.26100.450.175=0.0048kg液/kg氣0.1kg液/kg氣57106提儲(chǔ)段：Ev=5.7103.2Ua=0.005kg液/kg氣0.1kg液/kg氣Hthf故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶4.3.3漏液的驗(yàn)算精儲(chǔ)段:U0w=4.4C0(0.00560.13hLh)LV=4.4X0

34、.84X7(0.00560.130.070.00201)739.80/1.728=5.43m/s篩板的穩(wěn)定系數(shù)：K=業(yè)14612.691.5U0w5.43提儲(chǔ)段：uow=4.4xG)x'(0.00560.13hL'h')'V=4.4X0.78xJ(0.00560.130.0700.00199)732.74/1/903=7.59m/s篩板的穩(wěn)定系數(shù)：K=也14611.925>1.5uow7.59故本設(shè)計(jì)無(wú)明顯液漏4.3.4液泛驗(yàn)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液高度孔<4(Hr+hv)取4=0.6精儲(chǔ)段：4(H+hv0=0.6X(0.45+0.

35、)=0.3048mhd0.153(-L)20.153(0.07)20.0012mlwhoHd=Hp+hL+hd=0.2182+0.070+0.0012=0.2894m故Hd<力(Hr+hvy)提錨段：4(Hr+hw)=0.6X(0.45+0.0551)=0.3031mhd0.153(E)20.153(0.09)20.00123mlwhoHd=Hp+hL+hd=0.094+0.070+0.00123=0.1652mHd<©(Hr+hw)在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生液泛4.4塔板負(fù)荷性能圖4.4.1霧沫夾帶線(xiàn)3.257106IlaVs精儲(chǔ)段：依公式：eV(式中Ua0.688VS)Ht

36、hfAtAfHfJ2.5hwhow2.5hwj2.84103e2/33600Lslwj2=0.1261.8725LS3取霧沫夾帶極限eV=0.1kg液/kg氣，已知18.26103N/mHt0.4563.2*曰5.7106Ua解得e=Hthf2Vs2.37848.1527Ls3在操作圍，任取幾個(gè)Ls值，依上式算出相應(yīng)的Vs,列于下表中63.257106Ua提儲(chǔ)段：依公式企=5.'10Ua(式中UaHthfVs0.688VS)AtAfHfT2.5(hwhow)233600LsI2.5hwT2.84103e()3lwT取霧沫夾帶極限eV=0.1kg液/kg氣，已知17.96103N/mHt

37、0.45m曰5.710解得：eV=3.26UaHthf2Vs2.87848.0127Ls3在操作圍，任取幾個(gè)Ls值，依上式算出相應(yīng)的Vs值，列于下表中表3-1Ls與Vs對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s-30.610-31.5X10-33.0x10-34.5X10VS1,m3/s2.36532.26702.20162.1467VS2,m3/s2.82152.26702.71202.66034.4.2液泛線(xiàn)精慌段:令Hd(Hthw)由Hdhpnhdhphchhhihi;hhw&聯(lián)立得Ht(1)眉(1)福hc、h忽略h整理得aVs2bcLs22dLs式中0.051a萬(wàn)（=）bHt(1)hw0.153(L

38、who)2d2.84103e(12)(3600/Lw)3將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a0.00904b0.097c346.94d1.2362Vs24.778646.6Ls243.68Ls3在操作圍，任取幾個(gè)Ls值，依上式算出相應(yīng)的Vs值，列于下表中提僭段令Hd(Hthw)由Hdhphlhdhphchhhih;hlhw&聯(lián)立得Ht（1)hw(1)!%whc九h2忽略h整理得aVS2bcLs2dL?式中0.051i(A0C0)2bHt(1)hw(心0)l0.153(Lwho)22d2.84103e(1)(3600/Lw)3將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得a0.0055b0.103c150.16d1.25122_2

39、qVs4.083566.9Ls38.23Ls3在操作圍，任取幾個(gè)Ls值，依上式算出相應(yīng)的Vs值，列于下表中表3-3Ls與Vs對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s0.610-31.5X10-33.0X10-34.5X10-3VS1,m3/s4.704.193.793.41VS2,m3/s4.023.573.273.034.4.3液相負(fù)荷上限線(xiàn)取液體在降液管中停留時(shí)間為4秒，由公式afht得:LSLs,max鮑0.12660.450.0142帝/s液相負(fù)荷上限線(xiàn)在坐標(biāo)圖上為氣體流量無(wú)關(guān)的垂直線(xiàn)4.4.4漏夜線(xiàn)由hLhwhowUowVs,min/A。代入漏夜點(diǎn)氣速：UowVs,min/Ao4.40/(0.00560

40、.13hch)l/v解得精儲(chǔ)段：Vs,min5.00.0.008660.091Ls3提儲(chǔ)段：Vs,min4.41'0.006590.011786Ls3在操作圍，任取幾個(gè)Ls值，依上式算出相應(yīng)的Vs值，列于下表表3-2Ls與Vs對(duì)應(yīng)值Ls,m3/s0.610-31.5X10-33.0X10-34.5X10-3VSi,m3/s0.46900.49620.51350.5276就2,m3/s0.36290.65030.72930.81074.4.5液相負(fù)荷下限線(xiàn)取平堰.堰上液層高度how0.006m作為液相負(fù)荷下限線(xiàn)條件，取e1.0則Ls,min()21=0.000448m3/s2.84103

41、e3600液相負(fù)荷下相線(xiàn)在坐標(biāo)圖上，亦是氣體流量無(wú)關(guān)的垂直線(xiàn)4.4.6塔板性能負(fù)荷圖精儲(chǔ)段負(fù)荷性能圖提儲(chǔ)段負(fù)荷性能圖對(duì)于精儲(chǔ)段：對(duì)于精儲(chǔ)段：Vs,max1.78m3/sVs,min0.502m3/s故精儲(chǔ)段的操作彈性為：k=3.56對(duì)于提儲(chǔ)段：Vs,max1.72m3/s3,Vs,min0.48m/s故精儲(chǔ)段的操作彈性為：k=3.54第4章熱量衡算4.1液相進(jìn)料帶入系統(tǒng)的熱量4.1.1熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)塔頂t078.66CCP12.99kJ/(kgk)rA840.90kJ/AkgCP22.88kJ/(kgk)rB727.54kJ/kgCPDCP1XD%(1XD)2.990.982.88(10.9

42、8)2.99kJ/(kgk)進(jìn)料板tF90.71CCP13.15kJ/(kgk)rA814.14kJA/kgCP22.92kJ/(kgk)rB707.21kJ/kgCpfCpXFC(1xf)3.150.252.92(10.25)2.69kJ/(kg塔底tw96.24CCpi3.23kJ/(kgk)rA801.27kJ/kgCP23.96kJ/(kgk)rB697.03kJ/kgCPWCp1XWCp2(1XW)3.230.0352.96(10.035)2.97kJ/(kgk)質(zhì)量流率：QdDMdm19.3446.35896.409kmol/hGFFMLfm8556.574808.45kmol/h

43、OvwmWm65.6660.453969.147kmol/h4.1.2 加熱蒸汽帶入熱量4.1.3 QB.rB52763963.8kJ/h進(jìn)料帶入的熱量4.1.4 QGFCpfTf0.02363600151.3890.711168184.9kJ/h回流帶入的熱量4.2.1 QRRGcpRTrQ0.026853600154.1678.661172120.9kJ/h4.2離開(kāi)系統(tǒng)的熱量塔頂蒸汽帶出的熱量塔頂?shù)钠瘽摕酨dxJa(1XD)rB0.98835.20(10.98)723.14832.9kJ/kg4.2.2 Q0.03222154.16360078.660.03222832.9636005

44、0.7849790254.3kJ/殘液帶出的熱量CWGCpWW0.018239172.95360096.241092898.2kJ/h4.2.3散于周?chē)臒崃縌0.5cb4.3熱量衡算式根據(jù)熱量衡算式Qq即：Cbcfq.QcwQ聯(lián)立各式得Q52763963.8kJ/hC0.5CB52763963.80.005263819.819kJ/hrw0.035801.27(10.035)697.03700.94kJ/kg第5章板式塔的結(jié)構(gòu)與附屬設(shè)備的計(jì)算5.1冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)塔頂為全凝器，用冷卻水作冷卻劑設(shè)入口溫度為：t1=20Ct2=40Ccp4.178kJ/kgc冷卻水用量：_6Gv1.915610

45、2.292104kg/hcp(t2t1)4.178205.2試算并初選換熱器的規(guī)格5.2.1確定流體通入的空間甲醇和水的蒸汽應(yīng)走殼程，能夠很好的散熱，冷卻水冷凝走管程，確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)并選擇換熱氣的型號(hào)。5.2.2計(jì)算傳熱負(fù)荷Q按儲(chǔ)出液所放出熱量計(jì)算：Qc1292900kJ/h。取儲(chǔ)出液冷卻水的各自平均溫度為定性溫度：冷卻水進(jìn)口溫度20C，出口溫度為40Co儲(chǔ)出液的定性溫度：(66.2+66.2)/2=66.2C冷卻水的定性溫度：(20+40)/2=30C表5-1兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)1'流體物性溫度tC密度PKg/m3粘度Pas熱容WKj/KgC導(dǎo)熱系數(shù)入w/mc甲

46、醇水66.2751.6830.3281033.3520.44冷卻水30995.730.8007104.170.61715.2.3選換熱器(1)計(jì)算平均傳熱溫差按逆流計(jì)算平均溫差e留出液:冷卻水：溫差：66.240tmCt2.t廠(chǎng)Lnt220.2t140.266.2C20CC35.26(2)選K值估計(jì)傳熱面積2-初選ko=500w/mC則1292900A=Ktm50035.26273.34m2初選管數(shù)ns,首先選定管流速u(mài)=0.5m/s管徑252.5單程管長(zhǎng)26640/998.247.2248根2-0.022136004Lnsd°73.3419.46m483.140.025表5-2初選

47、換熱器的型號(hào)為G-700-149.1-21-41殼程D700mm公稱(chēng)面積S149.12m管數(shù)322管程N(yùn)p4管中心距t32mm管長(zhǎng)L6m管子直徑425X2.5m管子排列方式正方形斜轉(zhuǎn)45°板式列管換熱器校核(1)面積及雷諾準(zhǔn)數(shù)管程：流通截面積:_2成=地3.140.023220.0253m24.Np殼冷卻水流速:ui=3600WcAo266400.293m/s3600998.20.0253Rei=uiwdi/=0.293998.20.02/0.800710-3=7306殼程：流通面Ao=(D-ncdo)hnc=1.19,n1.19.32221.3取nc=22取折流擋板間距h=0.2m

48、。Ao=(0.7-22X0.025)X0.2=0.03m2VMvDmU0A。3600管內(nèi)儲(chǔ)出液速度:0.019m/s50.46631.030.03757.683600當(dāng)量直徑:de4(t24d02)d°4(0.03220.7850.0252)0.0272m0.025Uo.deReo=0.019757.680.0251.0971030.328103Reo=0.019757.680.0251.097仔0.32810(2)傳熱系數(shù)的校核a、管程的對(duì)流傳熱系數(shù)_4Rei=7306>10.Cp0.8007Pr=0.61711034.171035.14550.80.3八.6100.6171

49、0.80.4,610、0.023RePr(1)0.02373065.14(118)1604.5diRe0.02730祚w/m.sb、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)a0?。ㄒ唬?.140.95w00.36Re0.55Pr13(一嚴(yán)de-_0.44_30551/3_0.36(1.193103)5.140.95478.040.0272.2°.(w/mC)確定污垢熱阻，Rsi=0.9x10-4n2C/wRso=0.9x10-4n2C/w計(jì)算總傳熱系數(shù)Kc、取2。管材為碳剛，導(dǎo)熱系數(shù).245W/mc以外表面為基準(zhǔn)。計(jì)算傳熱系數(shù)K1doidiRdi2.K=304.54w/mCd、計(jì)算所需傳熱面積AAo=Q1.

50、12929106kJ/h2120.4m2Ktm304.5435.26計(jì)算實(shí)際面積:2A=doLn3.140.0256322151.66m2AAo1.25核算結(jié)果表明，換熱器可用。e、計(jì)算阻力損失管程阻力損失：Pi(P1P2)FtNsNp當(dāng)Re=7306時(shí)，無(wú)縫鋼管一0.01d，查得1(P303)入=0.22LN6998.20.2930p1p2(3)(0.0453)706.98pad20.022Ft1.4,Np1,Ns1_4_P706.981.4413959.08810Pa殼程阻力損失Po(PP2)Fs.Ns由Reo>500,f05.010970.2281.01,取F=0.5,擋板數(shù):Nb

51、L6-1129h0.2PP>Ff°nc(NB1)2hNb(3.5D2u。22U020.51.0122(291)757.680.019245.58Pa_220.2757.680.01929(3.5)2213.09Pa取污垢校正系數(shù)Fs1.0P0(45.5813.09)1.040.234103Pa103Pa由上可知，采取G-700-149.1-21-4型號(hào)是合適的5.3主要接管尺寸的選取5.3.1進(jìn)料管料液流速：F=85Kmol/h料掖密度：體積流率：739.80kg/m33VF5.40/739.800.0073m/h取管流速：uF1.6m/s則進(jìn)料管的直徑：dF：4VF0.0058m3600Uf取進(jìn)料管的尺寸：702.5mm規(guī)格的熱軋無(wú)縫鋼管。5.3.2釜液出口管已知釜液流率為65.66Kmol/h釜液密度：737.80kg/m3則：Vw0.9511m3/h取管流速為：uw1.6m/s4Vw40.95113600uw'36000.8.“取管尺寸：892.5mm5.3.3塔頂