沈陽化工大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級:設(shè)計(jì)人一、設(shè)計(jì)題目分離 甲醇-水 混合液（混合氣）的 填料 精餾塔二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理甲醇-水 混合液（混合氣）：16 萬噸（開工率300天/年）;原 料： 甲醇 含量為 14 %（質(zhì)量百分率，下同）的常溫液體（氣體）；分離要求： 塔頂 甲醇 含量不低于（不高于）92 % ；塔底 甲醇含量不高于（不低于） 3 % 。建廠地址：沈陽三、設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說明書，主要內(nèi)容包括：1、前言;2、流程的確定和說明（附流程簡圖）；3、生產(chǎn)條件的確定和說明；4、精餾（吸收）塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；5、附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；6、設(shè)計(jì)結(jié)果列表；7、設(shè)計(jì)

2、結(jié)果的討論與說明；&注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料；9、結(jié)束語。（二）繪制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#圖）（三）繪制精餾（吸收）塔的工藝條件圖四、設(shè)計(jì)日期：2012年05月20日至2012年06月12日目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1目 錄. 2前言 . 4第一章 流程確定和說明 41.1 加料方式的確定 51.2 進(jìn)料狀況的確定 51.3 冷凝方式的確定 51.4 回流方式的確定 51.5 加熱方式的確定 61.6 加熱器的確定 6第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 62.1 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 62.1.1 操作壓力 62.1.2 氣液平衡關(guān)系與平衡數(shù)據(jù) 72.2 精餾塔工藝計(jì)算 72.2.1 物料

3、衡算 72.2.2 熱量衡算 102.2.3 理論塔板數(shù)計(jì)算 142.3 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 152.3.1 精餾塔設(shè)計(jì)主要依據(jù)和條件 152.3.2 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 222.3.3 填料層高度的設(shè)計(jì)計(jì)算 24第三章 附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算 263.1 冷凝器 263.2 加熱器 273.3 塔內(nèi)其他構(gòu)件 283.3.1 接管管徑的選擇 283.3.2 除沫器 303.3.3 液體分布器 313.3.4 液體再分布器 333.3.5 填料及支撐板的選擇 333.3.6 塔釜設(shè)計(jì) 333.3.7 塔的頂部空間高度 343.4 精餾塔高度計(jì)算 34第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果自我總結(jié)和評價(jià) 354.

4、1 精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總 . 354.2 自我評價(jià)和總結(jié) 354.21 滿足工藝和操作的要求 364.2.2 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 364.2.3 保證生產(chǎn)安全 364.3 總結(jié) 36附錄 . 38一、符號說明 38二、參考文獻(xiàn) 39、八 、刖言在化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取等單元操作中，氣 液傳質(zhì)設(shè)備必不可少。塔設(shè)備就是使氣液成兩相通過精密接觸達(dá)到相際傳質(zhì)和傳熱目的的氣 液傳質(zhì)設(shè)備之一。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板， 以

5、防被上升氣流吹動。 液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布 裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切 接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在 正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動時(shí)，有逐 漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效 應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布 器兩部分，上

6、層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分 布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤濕填料表 面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進(jìn)料和出料 等復(fù)雜精餾不太適合等。 但近年來又傾向于認(rèn)為在一定塔徑范圍內(nèi)，采用新型高效填料（如 鮑爾環(huán)或鞍型填料）可以得到很好的經(jīng)濟(jì)效果。總之根據(jù)不同的具體情況（特別是在小直 徑塔，或壓降有一定限制，或有腐蝕情況時(shí)），填料塔還是具有很多適用的。本次課程設(shè)計(jì)就是針對甲醇-水體系而進(jìn)行的常壓二元填料精餾塔的

7、設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)備 選型。由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇請老師指出以便 修正。第一章流程確定和說明選擇精餾設(shè)備，首先應(yīng)從經(jīng)濟(jì)考慮，在充分考慮整個(gè)系統(tǒng)熱能的利用，降低操作費(fèi)用 另外還應(yīng)考慮到它對操作穩(wěn)定性的影響，塔的操作如不穩(wěn)定就不能保證產(chǎn)品質(zhì)量的均勻， 具體情況如下：1.1 加料方式的確定加料方式有兩種：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)省一筆動力費(fèi)用，但由于多了高位槽， 建設(shè)費(fèi)用相應(yīng)增加；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)簡單，安裝方便。如果采用自動

8、控制泵來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。本設(shè)計(jì)采用高位槽進(jìn)料。1.2 進(jìn)料狀況的確定進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料和泡點(diǎn)進(jìn)料。對于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，流量一定，對 分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。但冷液進(jìn)料受環(huán)境影響較大，對于沈陽地區(qū)來說，存在較大溫 差，冷液進(jìn)料會增加塔底蒸汽上升量，增加建筑費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料，不僅對穩(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。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒 摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等， 制造上較為方便。1.3 冷凝方式的確定塔頂冷凝采用全冷凝器，用水冷凝，在常壓下乙醇和水不反應(yīng)

9、，且容易冷 凝，故用全冷凝器符合要求。1.4 回流方式的確定回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其 優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。如果需要較高的塔 處理量或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，且塔頂冷凝器不易安裝、檢修和 清理。在此情況下，可采用強(qiáng)制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。本次設(shè)計(jì)為小型塔，故采用重力回流1.5 加熱方式的確定加熱方式分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱，直接蒸汽加熱時(shí)蒸汽直接由塔底進(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回流液有稀 釋作用，使理論塔板

10、數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱時(shí)通過加熱器使釜液部分汽化，維 持原來的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本次設(shè)計(jì)采用間接蒸汽加熱。1.6 加熱器的確定采用U形管蒸汽間接加熱器，用水蒸氣做加熱劑。因?yàn)樗。蓪⒓訜崞鞣旁谒?nèi), 即再沸器，這樣釜液部分氣化，維持了原有濃度，減少理論塔板數(shù)。第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.1 操作壓力精餾操作按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大，當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對揮發(fā)度將減小，對分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，對分離有利。但 當(dāng)壓力太低時(shí)，對設(shè)備要求太高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾乙醇一 水系

11、統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。氣液平衡關(guān)系與平衡數(shù)據(jù)表2-1常壓下甲醇-水的氣液平衡與溫度關(guān)系液相甲醇摩爾百分?jǐn)?shù)（X）氣相甲醇摩爾百分?jǐn)?shù)（y）溫度/ C00100.05.3128.3492.97.6740.0190.39.2643.5388.913.1554.5585.020.8362.7381.628.1867.7578.033.3369.1876.746.2077.5673.852.9279.7172.759.3781.8371.368.4984.9270.085.6289.6268.087.4191.9466.910010064.7注：摘自化工原理課程設(shè)計(jì)P7

12、10 表 19-38 (2)。2.2精餾塔工藝計(jì)算物料衡算物料衡算圖W 釜液流量，Kmol h ;Xf 原料中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；Xd 餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；XW 釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)物料衡算已知：F 160000 ta,質(zhì)量分?jǐn)?shù)：xf 14%,xd 92%,xw 3%M 甲醇=32.04kg/kmol M 水=18.02kg/kmol3所以：f =160000 空 kgfh 22222 kg . h30024進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量:22222原料液：F1112.21Kmol/h19.98總物料衡算：F D W易揮發(fā)組分衡算：F xFD xD W xW解得 D 137.47Kmo

13、l/h得 W 974.73Kmol / h塔頂產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量：MD 32.04 0.9218.02(10.92)30.92kg/mol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量：DM7 D 30.92 137.47 4250.35kg / h塔釜產(chǎn)品的平均相對分子質(zhì)量：MW 32.04 0.0318.02(10.03)18.44kg/mol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量： W MW W 18.44 974.73 17947.61kg/h(3) 物料衡算結(jié)果表2-2物料衡算結(jié)果表塔頂出料塔底出料進(jìn)料摩爾流量/ ( kmol/h)137.47974.731112.21摩爾分?jǐn)?shù)/(%92314(4) 塔頂氣相、液相，進(jìn)料和塔底的溫

14、度分別為：tLD，tVD，tW，tF精餾段平均溫度：亍咗生266.88 86.62275.75 C提餾段平均溫度:t295.99 84.6290.31 C查表2-1，用內(nèi)插法解得塔頂：92.0 87.41 tLD 66.9 解得："66.9 C100 87.4164.7 66.911 64 解得：S 66.88 C塔釜：0 3.0100 tW解得：tW 95.99 C0 5.31100 92.9進(jìn)料：20.83 13.1581.6 85.0 解得：tF 84.62 C14.013.15tF 85.0(5) 相對揮發(fā)度的計(jì)算查表2-1得:t=92.9 C時(shí),所以,7.05 1.6424

15、.35求最小回流比及操作回流比圖2-2操作線圖R 1Xd(1Xd)1min丄1xq1Xq4.35R 15R1.63Rmin由圖2-2可知：xq 0.225-迪皿迪1.0861 0.2251 0.225YaXby(1 x)28.34 (100 5.31)7.05yBxA(1 y)x(100 28.34) 5.31'y(1 x) 91.94 (100 87.41) 64x(1 y) (100 91.94) 87.412.2.2 熱量衡算1. 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。由于飽 和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽壓力準(zhǔn)確地控制

16、加熱溫度。燃料燃燒 所排放的煙道氣溫度可達(dá)到1001000 C ,適用于高溫加熱。煙道氣的缺點(diǎn)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)選用選用300KPa(溫度為133 C)的飽和水蒸氣作加熱介質(zhì)。原因，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也 不復(fù)雜。2. 冷凝劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜地加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為1025 C。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。沈陽市夏季最熱月份平均氣溫為 25 C。故選用的冷卻水25 C的冷卻水，選 升溫10 C，故冷卻水的出口溫度是35 C。3.

17、熱量衡算(1)冷凝器的熱負(fù)荷Qc (R 1)D(Ivd Ild)式中|VD塔頂上升蒸汽的焓；Ild 塔頂餾出液的焓。又|vd Ild Xd Hv甲 (1 xd) H V水式中Hv甲甲醇的蒸發(fā)潛熱；Hv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:HV2HV10.381 Tr21 Tr1式中：Tr 對比溫度沸點(diǎn)/ ° c蒸發(fā)潛熱 Hv/(kj kg 1)Tc/K甲醇64.71105513.15水1002257648.15表2沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表注：摘自化工原理修訂版，上冊附錄4 (P328329及附錄18 (P350351)66.88 °C時(shí)，甲醇：Tr2 衛(wèi) 273.

18、15 66.880.663Tc513.15TM 互 27315 64.70.658Tc513.50.38蒸發(fā)潛熱：Hv甲 1105 1-0.6631098.833kJ/mol1-0.658同理，水:Tr2互Tc273.15 66.88648.150.525TlTc273.15 1000.576648.15蒸發(fā)潛熱:Hv水 22571-0.5251-0.5760.382356.547kJ / mol所以:IVD 1 LDXD H V甲 - C1 - XD)H V水0.921098.833-(1-0.92) 2356.547822.403kJ / kg 所以：QC(R 1)D(Ivd Ild)(1

19、.63 1)4250.35 822.403 9.2 106kJ /h(2)冷卻水消耗量：WCQcCPC (t2t1)式中:所以：t JA 225 30 c2 2此溫度下冷水的比熱容Cpc 4.25kJ/(kg C)所以:WCQc9.2 106CPC(t2 t1)4.25 (35 25)2.16 105kg/h(3) 加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算列表計(jì)算甲醇和水在不同溫度下混合物的比熱容Cp(單位：kJ /(kg C)塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段甲醇(1)3.0373.4493.2973.1793.373水(2)4.2624.2684.2804.2754.283精餾段：甲醇：Cpi(tLD tF) 3

20、.179 (66.09 84.62)58.907kJ/kg水：Cp2(tLD tF)4.275 (66.09 84.62)79.216kJ/kg提餾段：甲醇：CP1(tw tF) 3.373 (95.99 84.62) 38.351kJ/kg水：CP2(tW tF)4.283 (95.99 84.62)48.698kJ/kg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算：XD、XW、XFM 水(1 -Xd) XdM甲醇XD (1Xd)M水(1Xw )xwM甲醇Xw (1Xw)M 水(1 -xf)xfM甲醇Xf (1xf)Xd95.34%xw5.21%Xf22.45%塔頂鎦出液的比熱容：CP1 Cp1Xd (1 xd)Cp2

21、3.179 0.9534 (1 0.9534) 4.2753.320kJ /(kg C)塔釜鎦出液的比熱容：CP1Cp2Xw (1 XW)CP23.373 0.0521 (1 0.0521) 4.283 4.236kJ/(kg C)為簡化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即84.62 C時(shí)的焓值為基準(zhǔn)。根據(jù)表 2-2 可得：D 4250.35kg/h , W 17974.61kg/htLD5QdDCP1dt D CP1 t 4250.35 3.230 (66.09 84.62)2.54 105kJ/htF1W5Qw WCp2dt WCp2 t 17974.61 4.236 (95.99 84.62) 8.66

22、 105kJ/ht F對全塔進(jìn)行熱量衡算：Qf QsQdQcQf 05566所以：Qs 2.54 108.66 109.2 109.812 10 kJ / h由于塔釜熱損失為10%,則 90%所以:QsQs69.812 100.91.09 107kJ/h式中:QsHV1.09 1072168.15027.44kg/h(4) 熱量衡算的結(jié)果表2-4熱量衡算結(jié)果表符號Qc kJ/hWc kJ/hQf kJ/hQd kJ/hQw kJ/hQs kJ/hWh kJ/h數(shù)值9.2 1062.16 10502.54 1058.66 1051.09 1075027.44理論塔板數(shù)計(jì)算本次設(shè)計(jì)采用圖解法精餾段

23、操作線方程為R XdxR 1 R 1即:1.630.92x1.63 11 1.63本次所選為冷夜進(jìn)料，所以q 1.2圖2-3塔板數(shù)圖由圖2-3可知，精餾塔理論塔板數(shù)為8塊，其中精餾段6塊，提餾段2塊2.3精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔設(shè)計(jì)主要依據(jù)和條件表2-5甲醇-水在不同溫度下的密度（kg/m3）溫度/ C甲醇水50760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716958.4物質(zhì)甲醇水塔頂：66.09 C0.3290.449塔底：95.99 C0.2350.296進(jìn)料：84.62 C0.2650.338塔頂條件下的流量及物性參數(shù)xD

24、0.92, xD 0.9534, D 137.47kmol/h(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量M VDM 甲Xd M 7(1-Xd)32.04 0.92 18.02 (1 0.92)30.92kg/kmol（2）液相平均相對分子質(zhì)量M LDM vd 30.92kg / mol（3）氣相密度M vd T0p 30.92273.153VD01.1088kg/m22.4 Tp022.4 273.15 66.88（4）液相密度tLD66.09 C,查表2-5，用內(nèi)插法得：甲746.128kg / m3， 水 979.912kg / 叫1xD(1-xD)0.9534(1-0.9534)LD甲水746.128

25、979.912解得： LD 754.516kg/m3（5）液相粘度0.449mPa s查表 2-6 得：tLD 66.09 C 時(shí)，甲 0.329mPa s，(6) 塔頂出料的質(zhì)量流量D D Mld 30.92 137.474250.57kg/h表2-7塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M LDM VDVDLDLDDDkg/kmolkg / kmolkg / kmolkg/m3mPa skg/hkmol/h數(shù)值30.9230.921.1088754.5160.3394250.57137.47塔釜條件下的流量及物性參數(shù)xW 0.03 , xW 0.0521, W 974.73kmol/h(1) 液相相對分子質(zhì)量

26、M vw M 甲xw M 7水(1- xw)32.04 0.03 18.02 (1 0.03)18.44kg /kmolM lw M vw 18.44kg / mol(2) 氣相密度tW 95.99 CVWM VW22.4TPP018.44273.1522.4273.15 95.990.609kg/m3(3) 液相密度tW 95.99 C查表 2-5，內(nèi)插法算得：甲 719.61kg/m3， 水 961.17kg/m31Xw (1- Xw)0.0521 (1-0.0521)LW甲 水719.610961.17解得：lw 944.65kg/m3(4) 塔釜出料的質(zhì)量流量W W Mlw 974.7

27、3 18.441.79 104kg/h(5) 液相密度查表2-6可得：tw 95.99 C甲 0.235mPa s ,水 0.296mPa sLW甲Xw水(1 xW) 0.235 0.03 0.296 (1-0.03) 0.294mPa s表2-8塔釜數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M LWkg/kmolM VWkg / kmolVWkg / kmolLWkg/m3LWmPa sWkg/hW kmol/h數(shù)值18.4418.440.609944.650.294974.731.79 104進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)F 1112.21kmol/h， xf 0.14， xf0.2245查表2-1得：Xf20.8314

28、.013.1562.73yF54.55由內(nèi)插法可得：20.83 13.151413.1562.73 54.44yF54.55解得：yF 55.46%0.5546(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量M vf M 甲 y M 水(1-yF)0.5546 32.04 18.02 (1 0.5546)25.79kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量M lf M甲xF M水(1 -xF) 32.04 0.14 18.02 (1 0.14) 19.98kg/kmol(3) 氣相密度VFM VF To224pPo29.80273.150.897kg /m322.4273.15 84.62(4)液相密度查表2-5

29、，內(nèi)插法算得：甲729.84kg/m3 ,水 968.79kg/mLFXf (1-Xf )甲水0.2245(1-0.2245)729.84968.79解得： lf 918.72kg/m3(5)液相粘度查表 2-6 得：tF 84.62 C甲 0.265mPa s ,水 0.338mPa sLF甲Xf水(1 xF)0.265 0.14 0.338 (1-0.14)0.327mPa s(6) 進(jìn)料的質(zhì)量流量F22222 kg/ h表2-9進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號Mvfkg/kmolMlfkg / kmolVFkg / kmolLFkg/m3LFmPa sF kg/hFkmol/h數(shù)值25.7919.88

30、0.879918.720.327222221112.21精餾段的流量及物性參數(shù)(1) 氣相平均相對分子質(zhì)量M vd M vf 30.92 25.79228.355kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量M LD 2 M 丁 30.92 219.9825.45kg/kmol(3) 氣相密度VD VF21.1088 0.87920.9939kg/m3(4) 液相密度LD LF2754.561 918.7523836.633kg /m(5) 液相粘度LD LF20.339 0.32720.333mPa s(6) 氣相流量摩爾流量V精(R 1)D(1.63 1) 137.47361.55kmol /

31、h質(zhì)量流量V精 V精 M v精361.55 28.355 10251.64kg/h(7)液相流量摩爾流量L精RD 1.63 137.47224.08kmol /h質(zhì)量流量L精L精 M l精 224.0825.455702 74kg/h表 2-10精餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M v精M L 精V精L精V精V精4L精L精kg/kmolkg /molkg/m3kg/m3kmol / hkg/hkmol / hkg/hmPa s數(shù)值28.35525.4500.9939836.633361.5510251.64224.085702.740.333提餾段數(shù)據(jù)及物性參數(shù)(1)氣相平均相對分子質(zhì)量M VFM vw18

32、.44 25.79222.12kg/kmol(2) 液相平均相對分子質(zhì)量M LF M LW218.44 19.98219.21kg/kmol(3) 氣相密度VW VF20.609 0.87920.744kg/m3(4) 液相密度LW LF2944.65 918.7523931.685kg/m(5) 液相粘度LW LF20.294 0.32720.311mPa s(6) 氣相流量摩爾流量因?yàn)閂精 V提-(q 1)F所以 V提 V精 ( q 1)F361.55 （1.2-1） 1112.21583.99kmol /h式中q 1.2(冷夜進(jìn)料)質(zhì)量流量V提 V提M v提583.99 22.12 12

33、917.90kg/h(7) 液相流量摩爾流量 L提 L精 qF 224.08 1.2 1112.211558.73kmol /h質(zhì)量流量 L 提 L 提 Ml提 1558.73 19.21 29943.24kg/h表2-11提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表符號M V提kg/kmolM L提kg / molV提kg/m3L提kg / m3VW kmol / hV提 kg/hI-j提 kmol / hL提 kg/hL提mPa s數(shù)值22.1219.210.744931.685583.9912917.901558.7329943.240.311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

34、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與規(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)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面 積時(shí)，填料空隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。250Y型填料是最早研制并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的板波紋填料，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 1倍，

35、填料壓降降低，通量和傳質(zhì)效率 均有較大幅度提高。第二，與各種通用板式塔相比，不僅傳質(zhì)面積大幅度提高，而且全塔壓降及效率有很大第三，工業(yè)生產(chǎn)中氣液介質(zhì)均可能帶入“第三相”物質(zhì)，導(dǎo)致散裝填料及某些板式塔無 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 Mellapok-250Y型填料，因本設(shè)計(jì)塔中壓力很低2. 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算精餾段空塔氣速及塔徑計(jì)算3V精 0.9939kg/m ,查表 2-10 可知 V精 10251.64kg/h , L精 5702.74kg/hl精 8

36、36.633kg/m3, l精 0.333mPa s2Uf 得：ig 9.82500.9730.9939836.6330.20.3330.255702.740.99390.291 1.7510251.64836.6330.125解得：uF 4.046m/s因?yàn)榭账馑賣可?。?.60.8）Uf所以u 0.7uF0.7 4.0462.832m/s又V精 M v精3600 VV精3600 V10251.643600 0.99392.865m3/s所以塔徑D4 2.8653.14 2.8321.29m圓整后：D 1400m m,代入上式可計(jì)算出此時(shí)的空塔氣速u 1.86m/s提餾段空塔氣速及塔徑計(jì)算

37、查表2-11可知V提12917.90kg/h， L提 29943.24kg/hV提 0.744kg/ m3， L提 931.685kg / m3， L提 0.311mPa s2500.9730.744931.6850.20.3110.291 1.750.2529943.2412917.900.744931.6850.125解得：uF 3.790m/s因?yàn)榭账馑賣可?。?.60.8）Uf所以u 0.7Uf0.7 3.7902.660m/sVs12917.90360036003600 0.7444.823m3/s所以塔徑D嚴(yán).448231.52m.u . 3.14 2.660圓整后：D 1600

38、m m,代入上式可計(jì)算出此時(shí)的空塔氣速 u選取整塔塔徑2.39m/s提餾段及精餾段圓整后D 1600mm，為精餾塔的塔徑填料層高度的設(shè)計(jì)計(jì)算填料層高度計(jì)算（1）精餾段動能因子 F uV 1.860.9939 1.854m/s （kg/m3）0'5經(jīng)查每米理論級數(shù)（NTSM）精2.65m 1所以精餾段填料層高度為n精(NTSM)精62.652.260m式中n精精餾段理論塔板數(shù)動能因子F u.v（2）提餾段2.660.744 2.290m/s (kg/m3)0.5經(jīng)查每米理論級數(shù)（NTSM）精 2.60m所以提餾段填料層高度為Z 提0.769m（NTSM）提 2.60式中n提精餾段理論塔板

39、數(shù)。填料層總高度Z Z 精 Z 提 0.769 2.2603.029m填料層壓降計(jì)算(1精餾段液體負(fù)荷 I 3600F- 3600 1.8540.9939 7.953m3/(m2 h)l836.633用精餾段動能因子F查液體負(fù)荷I分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算得I 7.953m3(m2 h)時(shí)的每米壓降。當(dāng) I 7.953m'(m2 h)時(shí)，P 0.214kPa/mZ所以精餾段的壓降：p精 于 Z精0.214 2.260 0.484kPa(2)提餾段液體負(fù)荷 l 3600F- 3600 2.2900.774 7.785m3 /(m2 h)L931.685用提餾段動能因子

40、F查液體負(fù)荷l分別為5和10時(shí)的每米填料層壓降，再用內(nèi)插法算得l 7.785m3(m2 h)時(shí)的每米壓降。當(dāng) l 7.785m3(m2 h)時(shí)，丄 0.173kPa/mZ所以提餾段的壓降:0.173 0.7690.133kPa全塔填料層總壓降:pp 精p提 0.133 0.484 0.617kPa填料層持液量的計(jì)算(1精餾段由上可知：液體負(fù)荷l 7.953m3/(m2 h)氣體動能因子 F 1.854m/s (kg/m3)0'5由內(nèi)插法算得：當(dāng)l 7.953m3/(m2 h)時(shí)的的值: 所以 hL 3.90 10 2m3/m3(2)提餾段由上可知：液體負(fù)荷I 7.785m3/(m2 h

41、)氣體動能因子F 2.290m/s (kg/m3)05由內(nèi)插法算得：當(dāng)I 7.785m3/(m2 h)時(shí)的的值:所以 hL 3.98 10 2m3/m3表2-12精餾段、提餾段各參數(shù)表精餾段提餾段全塔氣體動能因子F /(m/s (kg/m3)0'5)1.8542.290每米填料塔壓降 P/(Pa/m)Z0.2140.173填料壓降p/(kPa)0.4840.1330.617填料層高度Z/(m)2.2600.7693.029持液量 hL /(m3/ m3)23.90 1023.98 10第三章附屬設(shè)備及主要附件的選型計(jì)算3.1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。對于蒸餾

42、塔的冷凝器，一般選 用列管式，空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)排除冷凝液。冷卻水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時(shí)，使其液膜厚度減薄， 傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)。取冷凝器傳熱系數(shù)2 2K 550kcaI/(m h C) 2302kJ/(m h C)本設(shè)計(jì)建廠地址為沈陽，沈陽市夏季最熱月份平均氣溫為t1 25 C。冷卻劑用深井水，冷卻水出口溫度一般不超過40 C ,否則易結(jié)垢，選擇升溫為10 C ,即冷卻水出口溫度為t235 C 。逆流:t2T2T :66.09 C66.88 Ct :25

43、C35 CtltmtlIn丄(66.09 25) (66.88 35)|n (66.09 25)(66.08 35)36.29 C6Qc 9.2 10 kJ/hA詵m69.2 102110.13m 3202 36.29查取有關(guān)數(shù)據(jù)如下公稱直徑mm管程數(shù)管數(shù)管長mm換熱面積.m2公稱壓力MPa800 II110488300011110表3-1注：摘自金屬設(shè)備上冊 P118表2-2-5和P132表2-2-8標(biāo)準(zhǔn)圖號： JB 1145 71 3 13 設(shè)備型號：G800II 10 1103.2力口熱器選用U型加熱器，經(jīng)處理后放在塔釜內(nèi)。蒸汽選用133.3 C飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K 1000kcal/

44、(m2 h C) 4168kJ /(m2 h C)t 133.3 100 33.3 C由表 2-4 可得：QS 1.09 107kJ /h換熱面積：A 亙 1.09 1078.20m2K t 4186 33.3表3-2公稱直徑-mm 管程數(shù)管數(shù)管長mm換熱面積m2公稱壓力，MPa500I1778060008225注：摘自金屬設(shè)備上冊P118 表 2-2-5 和 P132 表 2-2-8。標(biāo)準(zhǔn)圖號： JB 1145 713 43 設(shè)備型號：G500I25803.3塔內(nèi)其他構(gòu)件331接管管徑的選擇1.進(jìn)料管本次加料選用高位槽進(jìn)料，所以 WF可取0.40.8 m/s (見浮閥塔P195)。本次設(shè)計(jì)取

45、WF 0.6 m s。dF4F3600 Wf lf4 222223600 3.14 0.6 918.720.1194m式中 F進(jìn)料液質(zhì)量流量，kg h ；l 進(jìn)料條件下的液體密度，kg m3圓整后dF 133mm內(nèi)管重/(kg/m)表3-3 進(jìn)料管參數(shù)表內(nèi)管d2 S2外管d1 s1半徑RH1H2內(nèi)管重.kg m133 4219 640015020012.75注：摘自浮閥塔P197表5-32.回流管冷凝管安裝在塔頂是，回流液在管道中的流速一般不能過高，否則冷凝器高度也要相應(yīng)提高，對于重力回流，一般取速度 Wr為0.20.5m s,本次設(shè)計(jì)取Wr 0.4m sdR0.090m4 6928.7.36

46、00 3.14 0.4 754.516式中 L RD 1.63 4250.356928.07kg/hL 回流液體質(zhì)量流量，kg / m3l塔頂液相密度，kg/m3圓整后dR 108mm表3-4回流管參數(shù)表內(nèi)管 d2 s2外管d1 S1半徑RH1H2內(nèi)管重/ kg'm108 4159 4.532515020010.26注：摘自浮閥塔P197表5-33. 塔頂蒸氣接管從塔頂至冷凝器的蒸氣導(dǎo)管，尺寸必須適合，以免產(chǎn)生過壓降，特別在減壓過程中, 過大壓降會影響他的真空度。操作壓力為常壓，蒸氣速度 WV 1220m s，本次設(shè)計(jì)取WV 16m s。dD4V1:3600 W V4 11178.42

47、.3600 3.14 16 1.10880.472m，式中：V (R 1)D(1.63 1) 4250.3511178.42kg/hV 塔頂蒸汽質(zhì)量流量，kg/h ；V塔頂氣相密度，kg/m3。圓整后dp 480mm4. 塔釜出料管塔釜流出液體的速度 WW 一般可取0.51.0m s，本次設(shè)計(jì)取WW 0.5m sdW3600 Ww l4 974.730.027m.3600 3.14 0.5 944.65式中：W塔釜蒸汽質(zhì)量流量，kg/hl 塔釜?dú)庀嗝芏?，kg /m3圓整后：dW 32mm表3-5塔釜蒸氣管參數(shù)表內(nèi)管d2 s2外管d1 ®半徑RH1H2內(nèi)管重/ kg/m32 3.576

48、 41201201502.46除沫器為了確保氣體的純度，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，故采用小型除沫 器，裝入設(shè)備上蓋。氣速計(jì)算式中K常數(shù)，取0.107 ；0.107精餾段氣體和液體密度836.633 0,9939X 20.99393.103 m s除沫氣體器直徑計(jì)算：DWK式中，V氣體處理量 m3. s360010251.643600 0.99392.865m3/s4 2.6851.084m所以DLL 36006928.07918.75 36002.095 10 3 m2 s'3.14 3.103液體分布器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的潤濕。結(jié)構(gòu)簡單，制 造了和維修方便，噴灑比較方便，安裝方便。1.回流液分布器測量系數(shù) 取0.82 0.85，本次設(shè)計(jì) 取0.84，推動力液柱高度H可取0.120.15m以上,本次設(shè)計(jì)取0.17m。則小孔中液體流速 W 2gH 0.842 9.81 0.171.534ms小孔輸液能力計(jì)算由Q fW得小孔總面積2.095 100.84 1.5341.626 10 3m2所以，小孔數(shù)f31.626 10n-d2482.8383 孔3.143 25 104式中 W小孔流速，m/s ；f 小孔總面積，m2