化工原理課程設計-1208完成版

/《化工原理》課程設計成績評定欄評定單元評審要素評審內(nèi)容分值成績設計文檔70%格式規(guī)范設計說明書是否符合規(guī)定的格式要求10內(nèi)容完整設計說明書是否包含所有規(guī)定的內(nèi)容１０設計方案方案是否合理及符合選定題目的要求20工藝計算過程工藝計算過程是否正確、完整和規(guī)范３０設計圖紙30%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范５標注清晰標注是否清晰明了5與設計吻合圖紙是否與設計計算的結果完全一致10圖紙質量設計圖紙的整體質量的全面評價10100指導教師(簽名)年月日目錄TOC\o"1—3”＼ｈ\z＼uHYPERＬINK一、設計任務書 PAGEREＦ＿Toｃ37４１３97２6\h1ＨYＰERLIＮＫ＼ｌ＂_Toc374１3972７"二、正文?PAＧEＲEF_Toｃ3741３972７\h3ＨYPERLIＮK\l”_Toc374139728"1設計方案簡介 ＰAＧＥREF＿Ｔoc３74１39７2８\h3HYPＥRＬＩNK\l”＿Toc３741３9７29"２工藝設計計算工藝計算及主體設備設計 PＡGERＥF＿Ｔｏc374139729\ｈ4HYPERLINK\ｌ"＿Toｃ37４１39730”2．1精餾塔流程的確定 ＰAGEREF_Toｃ374139730＼h4HＹPERLINK＼ｌ"_Ｔoc3７41３9731＂2.2塔的物料衡算 PAGEＲEF_Toc3741397３１\h4HＹPERLＩNK\ｌ"_Toc３７4139732”2。2.1料液、塔頂及塔底產(chǎn)品含二硫化碳的質量分數(shù) PAGＥREF_Ｔoc３7４13９７32\h４HＹPEＲＬＩNK\ｌ＂_Toc３741397３3＂2。２.2原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質量 PAＧERＥF_Ｔoｃ３7413９733\h5HYＰＥRＬＩNK\l”_Toc３７４139７34＂２．2．3物料衡算原料處理量?PAGERＥＦ_Tｏc3741３9７３4＼h5HYPERLＩNK\l＂_Ｔｏｃ37４13973５＂2.２。４質量恒算 PAGEREＦ＿Tｏｃ374139735\h5HYＰERLINK2．３.1理論板層數(shù)NT的求取?PAＧＥREF_Toc3741３9737\h6ＨYＰEＲLIＮK２.3．2實際塔板數(shù)NＴ的求取 PAGEREＦ_Toc3741397３８\h９HYPERＬIＮK\ｌ"_Toc３７4１39739＂2.４、塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算?PAＧEREF_Toc3７41397３9＼h9HYPＥRLINＫ＼l＂＿Toc３7413974０”2.4。1操作要求的計算?PAGEＲEF＿Toc3７4１３９７40＼h9ＨＹPERLIＮK\l＂_Tｏc3７４１39741＂２。4．2平均摩爾質量計算 ＰAGEREF_Tｏc37４１3９７4１\ｈ１0ＨYPEＲLIＮK\l”_Ｔoc37413９７4２”2。4.３平均密度計算?PＡGERＥF_Tｏｃ37413９７42\h10HYPERLIＮＫ＼l”_Toｃ3７4１39743"２。4.4液體平均表面張力的計算 PAGＥREF＿Toc37４１3９７43\ｈ12HYＰERＬＩNK\l”＿Toc37413９744”2.4.5液體平均黏度的計算?PAＧEREＦ_Toc３7４139744\ｈ１3HYPＥＲLINK2.６塔和塔板的主要工藝尺寸的計算?ＰAGＥＲEF_Toc37４13９７４6\ｈ14ＨYPEＲLINK2。7篩板的流體力學驗算?PAＧＥREF_Toｃ3７4１3９7５0\h20HYＰERLＩNK\l”_Toc３７4139７51"2．７。1氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨?PAGＥＲEF_Tｏｃ374１3975１\h2０ＨYPERLINK2.7.2液面落差 PAＧEＲEF_Ｔoc３7４１397５2＼ｈ23HYPERLINK\ｌ”_Toc37４１3９75３”2。７。３霧沫夾帶量的驗算?PＡGＥRＥＦ_Toc3741３9753\h23HYＰERLINK\l"＿Tｏc３７4139754"2。７。４漏液的驗算?PAGERＥF＿Toｃ３７41３975４\h23HYPERLＩＮK\l”＿Toc3741３９７５5＂2。7.５液泛?PAGEＲEF_Toc３７4１3９755\h２4ＨＹPＥRLINK\l”_Toc37４１３9７５6”2。8塔板負荷性能圖 PAGEREF＿Toc37４13９75６\ｈ24ＨYPERＬINＫ\l＂_Toc37413９7５7"2。8。1精餾段 PＡGEＲEF＿Toc37４139757\h２4HYPＥRLIＮK\l＂_Toc3741397５８”2。8．2提餾段: PAＧEREF＿Ｔoc3７4139７5８\h27HYＰERＬIＮK\l”_Toｃ3７4１39７５９＂３輔助設備的計算及選型?PAGＥREF_Toｃ3741３975９\h3０HYＰERLIＮK3.２.1加熱介質的選擇 PAＧＥREF＿Ｔoｃ374139762\h31HYPERＬIＮＫ\l”_Tｏc37４1397６3＂3.2.２冷凝劑的選擇 ７4１39763＼ｈ31HYＰＥＲLＩＮK\l＂＿Tｏc37４１39７64”3．2。3熱量衡算?ＰAGERＥＦ_Tｏc3741３9764\h３1HYPＥRLＩNK\l”_Toc37４139765"３．3換熱器的選擇?PAGＥREF_Toc３74139７６5\h34HＹＰERLIＮK\l＂_Toc3741３976６"3。3.１預熱器的選擇?ＰAGEREF_Toc374１３9766\h3４ＨYPERLINK３．３．2冷凝器的選擇?ＰAGＥREＦ_Toc３741３97６7\h３6HＹＰERLIＮK\l＂_Ｔoc３741３９768"３．3。3再沸器的選擇 PＡGＥRＥF_Toｃ3741３９768\ｈ39HYPERLINK\l”_Toc37４13９769"3。4泵的選型?40HＹＰERLＩNＫ\l＂_Ｔoc３7４1397７0”3。5貯罐的計算?４2＿Toc374139７7３"三、參考文獻 ＰAGＥREＦ_Toｃ3741３９7７3\h45HＹPERLINK四、后記及致謝?ＰAGEREF＿Toc37４139774\h４6HYＰERLINＫ\ｌ"_Toc374１３977５”五、附錄(圖） 4６一、設計任務書1設計題目使用板式精餾塔分離二硫化碳３2%，四氯化碳６8%（摩爾分率，下同)的混合物。生產(chǎn)過程要求年產(chǎn)純度為96%的二硫化碳10000噸,釜液中二硫化碳不得高于2.４%。2操作條件(１）常壓操作；（2)回流液溫度為塔頂蒸汽的露點；（3）間接蒸汽加熱，加熱蒸汽壓力為5ｋgｆ/cｍ２（絕壓)；(4)冷卻水進口溫度30℃,出口溫度4５℃；(5)設備熱損失為加熱蒸汽供熱量的5％.3塔板類型篩板塔。4工作日每年工作日為300天,每天24小時連續(xù)運行.5廠址廠址為長沙地區(qū).6設計內(nèi)容（1)單元操作流程設計①單元操作方案選擇及論證。根據(jù)指定的設計任務,查閱相關的資料，對可用的生產(chǎn)工藝進行比較，篩選出技術先進、經(jīng)濟合理、安全可靠的操作流程。繪制出工藝流程簡圖，并對之進行詳細說明.②物料及熱量衡算計算。要求對過程中涉及到的物料平衡和能量平衡全部采用手工計算，不得使用各種模擬軟件（如Aspen等）;③編制物料及熱量平衡計算書；④繪制物料流程圖（PFＤ)。（２）設備的工藝設計計算①過程中所出現(xiàn)的各種設備（包括管線)均采用手工進行工藝設計計算，不得使用各種模擬軟件(如Aspen等）獲得結果，并編制詳細的計算說明書；②過程中的機、泵可作為標準設備出現(xiàn)，但要根據(jù)計算結果,進行選型說明;③編制設備一覽表。(3）繪制工程圖樣①工藝流程簡圖一張；②物料流程圖（ＰFD）一張，要求對管道進行標注；③主體設備裝配圖一張，其他附屬設備使用條件圖，不繪制3D效果圖。設計說明書要求用ＭS—Ｗord編輯，保存為DＯC格式；所有的圖紙均用AｕtoCAD繪制（A４)。二、正文1設計方案簡介本設計任務為分離四氯化碳—二硫化碳混合物.對于二元混合物的分離,應采用連續(xù)精餾流程。對板式精餾塔而言，對比浮閥塔、泡罩塔、舌型塔等，因篩板塔結構最簡單，造價最低，生產(chǎn)能力大，傳質效率高等系列優(yōu)點，本方案選用篩板塔對四氯化碳—二硫化碳混合物進行連續(xù)精餾.一般，除熱敏性物系外,凡通過常壓蒸餾能夠實現(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來的物系，都應采用常壓蒸餾。故本方案采用常壓操作。設計中采用泡點進料，將原料液由儲罐經(jīng)進料泵輸送至進料口，再經(jīng)過預熱器，預熱器選用120℃的飽和水蒸氣作為熱流體,逆流操作,將原料液由常溫加熱至泡點溫度后進入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用冷凝器冷凝.冷凝器選用３0℃的水作為冷流體,冷卻水出口溫度為45℃，塔頂蒸汽進入冷凝器后部分冷凝，然后進入儲槽再經(jīng)過冷卻器冷卻，并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品.冷凝器在泡點下一部分回流到塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲罐.該物系屬于易分離物系,最小回流比較小，故操作回流比去最小回流比的2倍。蒸餾大多采用間接蒸汽加熱,設置再沸器。直接蒸汽加熱主要用于輕組分和水的分離,且該操作對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用.故塔釜采用間接蒸汽加熱，設置一虹吸式再沸器，部分釜液經(jīng)再沸器加熱成蒸汽返回精餾塔，其余釜液冷卻送到儲罐.為了使精餾塔連續(xù)穩(wěn)定的進行，流程中還要考慮設置原料槽、產(chǎn)品槽和相應的泵。為了便于了解操作中的情況及時發(fā)現(xiàn)問題和采取相應的措施,常在流程中的適當位置設置必要的儀表.比如流量計、溫度計和壓力表等,以測量物流的格項參數(shù)。2工藝設計計算工藝計算及主體設備設計2.１精餾塔流程的確定本設計任務書為分離四氯化碳-二硫化碳混合液體。對于二元混合物的分離，應采用連續(xù)精餾流程。設計中采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi),其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系,最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比[1,5]的2倍2.2塔的物料衡算表2－１二硫化碳和四氯化碳的物理性質項目分子式分子量沸點（℃)密度（g/)二硫化碳76．1446。５１。22４四氯化碳1５3.8476.81。4４82。2。１料液、塔頂及塔底產(chǎn)品含二硫化碳的質量分數(shù)2。2．2原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質量2。２。3物料衡算原料處理量每小時處理摩爾量總物料衡算(2-1）易揮發(fā)組分物料衡算（2—２）聯(lián)立(２—1),（２—2）可得:2。2．４質量恒算年產(chǎn)量為1００00t/a,按300天生產(chǎn)時間計算，則：∵１３8８。9=F-W0．32F＝0.96D+0.０２4W解得F＝３972.9ｋg/ｈW=258４。０kｇ/h表2-２物料衡算表基準１h輸入輸出項目KmoｌKg項目kmｏlkg進料55．433９７2.9餾出液17。53１３８8.9釜殘液37.9０２584．0總計５５.433972.955。43397２.92。3塔板數(shù)的確定2.３.1理論板層數(shù)ＮT的求取表２－3常壓下的二硫化碳和四氯化碳的氣液平衡數(shù)據(jù)液相中二硫化碳摩爾分率x氣相中二硫化碳摩爾分率y溫度/℃液相中二硫化碳摩爾分率x氣相中二硫化碳摩爾分率y溫度/℃0０７6．８0.39０80。6３4５9．30.02９60。0823７4。9０。53180.７4７55。30。06150．155５73.１0。６630．8２952。30.１1060.26６70.30．7５740。87９5０.40.14350.3325６8。60。86０40．９3248．50.25８０。４9563。８114６．５圖2－1二硫化碳與四氯化碳的氣液相圖２。３。1.1全塔溫度的求取根據(jù)二硫化碳－四氯化碳氣液平衡組成與溫度的關系數(shù)據(jù)表，用Orｉgin擬合曲線可求全塔溫度：塔頂溫度進料溫度℃塔釜溫度精餾段平均溫度℃提餾段平均溫度℃2。３。1．２氣相組成的求取根據(jù)二硫化碳-四氯化碳氣液平衡組成與溫度的關系數(shù)據(jù)表，用Oｒｉgｉｎ擬合曲線求氣相組成：(1）塔頂處液相組成?（2)進料口處汽相組成(3）塔釜處汽相組成2。３.１.3相對揮發(fā)度的求解（1)塔頂處相對揮發(fā)度（2)進料處相對揮發(fā)度（3）塔釜處相對揮發(fā)度（4)精餾段平均相對揮發(fā)度℃（5)提餾段平均相對揮發(fā)度℃（6）平均揮發(fā)度由于兩段的相對揮發(fā)度差距有點大，所以只能使用平均相對揮發(fā)度：℃2.3。1。4直線方程的求解（1）平衡線方程(2）q線方程（3)最小回流比及操作回流比Ｒ依公式：Ｒ=2Ｒｍin=3．36４精餾段操作線方程（５）提餾段操作線方程2.3．1.5理論塔板數(shù)根據(jù)操作線方程、q線方程及相平衡方程繪圖如下:(將下表改為圖２-2)理論塔板數(shù)主板計算表ｘYｘｙ精餾段提餾段0.９0４００。96０．24２９0。44980．81260。９１７０0。175２0。3５１2０.6８400.846５0.1１570．2500０．5373０．74740.０700９0.1611０.40500.６34３0.038６30.092８80。308８0.５32３0.018530。045８5圖２—２精餾塔塔板數(shù)繪圖不同溫度下—的氣液相點精餾塔板數(shù)的相關坐標點xyXyｘy0．96０．960.40500.６34３0．1１57０。16110.90４00．9６０.40５00．532３0.070090．１611０．9０4０0．91７０0．3０880.53230．07０090。09２８80．8１２60．９１70０.30880.４4980。0３８６３0.09288０.81２6０．84650。2４２90．4498０．03８63０。０4５８50．６８４０0。84650.２4２９０。351２0.0１8５3０.０４5850.684００．７４740.1７５20。３5１2第７塊為進料板0。５37３0.７4740．１7５2０。25０0塔板總數(shù)１2塊0．５3７30.６3430。11５70.2５00即：總理論板數(shù)為１２,精餾段理論板數(shù)為６，第7板為進料板。２。3．2實際塔板數(shù)ＮT的求取由奧康內(nèi)爾［６，１１］經(jīng)驗公式可知:塔頂和塔底的平均溫度為:℃查表[１］可知：二硫化碳的μL1＝0。282ｍPａ·ｓ；四氯化碳的μL2=0.573mPa·s此時的相對粘度[２，5]可以近似為進料口的溫度下進料口的粘度：實際塔板數(shù)：ＮT＝１２-1=１1,精餾段６塊，提餾段6塊.精餾段:N=6/ＥT=６／0.４72=13（層）提餾段:=6／ET=6／０．４72＝13（層）２．４、塔工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算2．4.1操作要求的計算塔頂壓力=1０１.33kPa取每層塔板壓降△P=0。７kＰa（一般情況下，板式塔的每一個理論級壓降約在0.4~1.1kPa）,則：進料板壓力：PF=101.33＋１30.７=110。４3kPａ塔釜壓力：＝111.13+130。7=1１9。53kPa精餾段平均操作壓力：提餾段平均操作壓力：２.4。２平均摩爾質量計算塔頂摩爾質量的計算：由查平衡曲線得：進料摩爾質量的計算:由平衡曲線查得:塔釜摩爾質量的計算：由平衡曲線查得：=０。024＝0.06７0精餾段平均摩爾質量：提餾段平均摩爾質量：2。4.3平均密度計算2.4。3．1氣相平均密度由PV＝ｎＲT推出：精餾段平均氣相密度：提餾段的平均氣相密度2.4.3.2液相密度表２－5不同溫度下—的密度列表溫度/℃47.6561．77５.２６二硫化碳液體密度ρ(ｋｇ/ｍ）12２３12０011７9四氯化碳液體密度ρ(kg／m）１5４21５14１487注意:ｘ為質量分率,A代表二硫化碳，B為四氯化碳塔頂部分其中,即：進料板處其中＝0.1８9，＝0。811塔釜處液相組成其中=0．012，=0。988 精餾段平均液相密度提餾段的平均液相密度2．４。4液體平均表面張力的計算表2－6不同溫度下-的表面張力溫度/℃４7.65６1。775.2６二硫化碳２8。3026.１７2４．22四氯化碳22。5３20.8219．２8液相平均表面張力依下式計算(１)塔頂液相平均表面張力的計算（２）進料液相平均表面張力的計算(３）塔釜液相平均表面張力的計算（3）精餾段液相平均表面張力（４)提餾段液相平均表面張力２。4。５液體平均黏度的計算表2—7不同溫度下—的黏度溫度／℃47。0７61．775。26二硫化碳液體黏度μ（ｍPａ·s）0。３080。28２0。26２四氯化碳液體黏度μ（ｍPａ·ｓ）0。68４0.570。494液相平均黏度依式計算，即塔頂液相平均黏度的計算由=4７。07℃查手冊［3，4]得：;（２）進料板液相平均黏度的計算由=６1.7℃查手冊得：;（3）塔釜液相平均黏度的計算由=75．26℃查手冊得：；（4）精餾段液相平均黏度（5)提餾段液相平均黏度2.5精餾塔氣液負荷計算(1)精餾段（2）提餾段2。6塔和塔板的主要工藝尺寸的計算2。6.1塔徑的計算取板間距，取板上液層高度由式中的C［4]由（3-1）2。6.1．1精餾段ＨT—=0．40-０．0６=0。3４ｍ由圖3-1［7,9]得=0.07２依公式（3—1)取安全系數(shù)為0.７，則:故：按化工機械標準,塔徑圓整為0。9ｍ。2。６.１.2提餾段查圖3-1得依公式（3-1）取安全系數(shù)為０．7,則:故:按化工機械標準［10]，塔徑圓整為1。0m, 板間距取0。4ｍ合適。為了使得整體的美觀及加工工藝的簡單易化，在提餾段和精餾段的塔徑相差不大的情況下選擇相同的尺寸，故塔徑取D＝1。0m.２。6。1.3空塔氣速塔的橫截面積:則空塔氣速為：塔的橫截面積：則空塔氣速為：2.6.2精餾塔高度的計算2．6．2．１精餾塔的有效高度在進料板上方開一人孔，人孔直徑為500mm，設人孔處的板間距HT人等于８００ｍm，根據(jù)化工設備機械要求時,每隔６~8層設一人孔，故此塔人孔設3個。精餾段有效高度為提餾段有效高度為故精餾塔的有效高度為2．6。2．2精餾塔總高度（1)筒體壁厚所選材質為16MnR,采用單面焊對接接頭局部無損檢測=0．8查得１6MｎＲ在10０℃下的許用應力為1７0MPa,Pc=1.1PＷ=1。１0.１195３=0。１３1ＭＰa又對于碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的=３mｍ，故取=3mm＝+＝3+1=4mm由=４mm查得＝0．2mｍ,＋＝4。2mm，經(jīng)圓整取=5mm復驗，故最后取=0．2ｍm，該塔體可用6mm厚的16MnＲ鋼板制作.（2)封頭?選取標準橢圓形封頭，即Ｋ=1．0所選材質為16ＭnR，采用單面焊對接接頭局部無損檢測=0.8又對于碳素鋼和低合金鋼制塔式容器的=3mｍ，故取=3mm=+=3＋1=4mｍ由=4mm查得=0．2mm,+=4.2mm,經(jīng)圓整取=5mm復驗,故最后取＝0。２0ｍm，該塔體可用6mｍ厚的16MnＲ鋼板制作.由公稱直徑1０0０ｍｍ,查得曲面高度ｈl=25０mm,直邊高度ｈ0=25mm，故選用封頭(3)校核水壓試驗強度：式中PT=1.２5PC=1．250．1３1=0。16４MPa，=－C=6－1。２0＝4．8０mm,=３４５ＭPa則==0．90．8345=２48.４MPa可見，故水壓試驗強度足夠（4)裙座塔底常用裙座支撐,裙座的結垢性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是設備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。裙座內(nèi)徑為1000ｍm，取裙座壁厚16ｍm，則基礎環(huán)內(nèi)徑：基礎環(huán)外徑:圓整：，基礎環(huán)厚度,考慮到腐蝕余量取18mm,考慮到再沸器裙座高?。瞞，地角螺栓直徑取.（5)除沫器空塔氣速較大,塔頂帶液嚴重以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下,設置除沫器,以減少液體夾帶損失，確保氣體純度,保證后續(xù)設備的正常操作。這里選用絲網(wǎng)除沫器,其具有比表面積大，質量輕,空隙大及實用方便等優(yōu)點。設計氣速選取:，系數(shù)除沫器直徑:（６）塔的總體高度塔頂部空間高度是指塔內(nèi)最上層板與塔頂?shù)拈g距，塔底部空間高度是指塔內(nèi)最下層板與塔底的間距，根據(jù)實際工作經(jīng)驗及相似條件下的精餾塔的相關參數(shù)的選擇，已知，可選擇塔頂空間,塔底空間。封頭高度因此，塔總體高度2.６．3塔板主要工藝尺寸的計算２．６.3．1溢流裝置計算篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結構對塔的性能有著重要影響.根據(jù)經(jīng)驗并結合其他影響因素，選用單溢流弓形降液管，不設進口堰，采用凹形受液盤。各項計算如下：(1）溢流堰長取堰長為0．66D即（2)溢流堰高度計算如下：依式近似取Ｅ=1，則取板上清夜高度（3）弓形降液管寬度和截面積由，查圖３－2知：故液體在降液管中的停留時間，即(４)降液管底隙高度h0取則選用凹形受液盤，深度。2.6．3。2塔板布置（１)因為D8０0mm,故采用分塔式，塔板分為3塊。（2）邊緣區(qū)寬度確定取(3）開孔區(qū)面積計算開孔面積其中（4）篩孔計算及其排列由于處理的物系無腐蝕，可選的碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列,t=（２。5～5）取孔中心距t為開孔率為(在５～1５％范圍內(nèi))篩孔數(shù)目n如圖3，經(jīng)計算得：圖3篩板塔孔分布圖氣體通過閥孔的氣速為2.7篩板的流體力學驗算２。７.１氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨纫朗剑?)干板阻力計算干板阻力=由,查圖3－3[6］得：故液柱故液柱圖2-4孔流系數(shù)（2）氣體通過液層的阻力由式計算的，即查圖3—4[７]得故查圖３－4得故圖2－5充氣系數(shù)β（3）液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力由式計算即精餾段：氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算,即=０。0４72＋0。036０+０．０0128＝0.0845m液柱氣體通過每層塔板的壓降為提餾段:氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算，即=0。056８＋0。03４2+0.000９７4=0。0920m液柱氣體通過每層塔板的壓降為2。7。２液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且此塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。2.7.3霧沫夾帶量的驗算液沫夾帶量由式計算，即故液/ｋg氣＜0.1kｇ液/kg氣故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。故kg液/kg氣〈0.1ｋg液/ｋg氣故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。２.7．4漏液的驗算對篩板塔,漏液點氣速可由式(3-2)計算得（３—2）實際孔度穩(wěn)定系數(shù)為，精餾段無明顯液漏。實際孔度穩(wěn)定系數(shù)為,提餾段無明顯液漏。2。7。５液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應服從四氯化碳—二硫化碳物系屬于一般物系，取而板上不設進口堰，可由故在本設計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。2．8塔板負荷性能圖2．８.1精餾段漏液線，又稱氣相負荷下限線。氣相負荷低于此線將發(fā)生嚴重的漏液現(xiàn)象，氣、液不能充分接觸，使塔板效率下降。2.8.1.1漏液線由得整理得2．８。1。2液體夾帶線以由故整理得2。8.1．３液相負荷下限線對于平直堰,取堰上液層高度取Ｅ=1,則據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線。2.８。1。４液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限,由式(3-3）得（3-3)故據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線。2。８.1。５液泛線令（3-4）由聯(lián)立得忽略（3—5）式（3—５)中(3－６）（3－7)（3—8)(3－９）將有關的數(shù)據(jù)代入,得 故圖2-6精餾段負荷性能圖查圖2-４，可知：,故精餾段彈性操作為２.8.2提餾段:2．8.２。1漏液線由得整理得2。8.2。2液體夾帶線以由故整理得2。8.2。3液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度:取E=1,則:據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線.２.8。2.４液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限，由式（3—3)得故據(jù)此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線。2.8.2。5液泛線令（3-1０)由(3—1１）聯(lián)立得（３-1０）、（３-１1）得忽略將有關的數(shù)據(jù)代入（3-6）、(3-7)、（3－８）、（３—9），得故圖2—７提餾段負荷性能圖查圖3—６，可知:，故提餾段彈性操作為3輔助設備的計算及選型3．１接頭管設計接管尺由管內(nèi)蒸氣速度及體積、流量決定。各接管允許的蒸氣速度查表得（1）塔頂蒸氣出口管徑，取u=13m/s根據(jù)工藝標準，選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。(2）回流管管徑,取u＝1.0ｍ／s根據(jù)工藝標準,選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管.（3)塔底進氣管,直管進氣u=１３m/s根據(jù)工藝標準，選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（４）加料管管徑取ｕ=1。0m/s根據(jù)工藝標準，選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。（5）料液排出管管徑取u＝0。６m／s，根據(jù)工藝標準,選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。表4—1管型選取表管型進料管回流管塔底出料管塔頂蒸汽出料管塔底蒸汽進氣管規(guī)格3．２熱量衡算３.2．1加熱介質的選擇選用飽和水蒸氣，溫度120℃。原因：水蒸氣清潔易得，不易結垢，不腐蝕管道，飽和水蒸汽冷凝放熱值大,而水蒸汽壓力越高,冷凝溫差越大，管程數(shù)相應減小，但蒸汽壓力不宜太高。3。2．２冷凝劑的選擇選冷卻水,溫度３0℃，溫升1５℃。原因：冷卻水方便易得，清潔不易結垢,升溫線越高，用水量越小,但平均溫差小，傳熱面積大,綜合考慮選擇１5℃.３.2。３熱量衡算如圖所示，對精餾塔進行全塔的熱量衡算.圖3-1精餾塔熱量衡算簡圖QFQFQW’QDQLQWQV由汽液平衡數(shù)據(jù)℃℃℃則=47．65℃時:由物性表[7]查得=75。26℃時:由物性表[7]查得=６１.7℃時:由物性表查得當=４7.65℃時，由物性表查得塔頂以0℃為基準,則０℃上升熱量塔頂餾出液熱量:回流液熱量：進料熱量：塔底殘液熱量：冷凝器消耗的熱量:再沸器提供的熱量（全塔范圍內(nèi)列熱量衡算式［8］)塔釜熱損失為5%，則塔釜熱損失再沸器實際熱負荷：計算得:３.3換熱器的選擇換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設備，在生產(chǎn)中占有重要地位.化工生產(chǎn)中,換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷熱流體熱量交換的原理和方式，基本可分為三大類,即間壁式、混合式和蓄熱式。間壁式換熱器是目前工業(yè)上應用最為廣泛的一類換熱器。而在間壁式換熱器中，列管式因其堅固的結構、耐高溫高壓的性能、成熟的制造工藝、較強的工藝適應性及選材范圍廣等優(yōu)點,在工程換熱設備中占據(jù)主導地位.列管式換熱器又分為固定管板式、浮頭式、填料函式和U管式，其優(yōu)缺點及適用條件分別是：固定管板式換熱器結構簡單緊湊、管板薄、造價低。但管束和管間清洗困難。適用于殼程不易結垢,管程需清洗、管殼程溫差不太大(低于70攝氏度）的工作狀態(tài)。浮頭式換熱器完全消除了熱應力，且管束易插入或拔出,便于清洗或維修。但其結構較復雜，造價亦高。適用于管殼程溫差較大,冷熱流體易結垢,介質腐蝕性較弱的工作狀態(tài)。填料函式就浮頭式的優(yōu)點，又克服了固定式的不足，結構比浮頭式簡單,制作比浮頭式方便清洗檢修容易,但其密封性較差。適用于介質腐蝕性較嚴重、溫差較大且經(jīng)常要更換管束的冷卻器。Ｕ型管式換熱器結構簡單、造價低廉,但管程不易清洗.只適用于高溫高壓場合下，潔凈而不易結垢的流體。另外，換熱管直徑小時,換熱器中單位體積的傳熱面積可大些，設備較緊湊，傳熱系數(shù)也稍高,本設計方案中所用介質均較清潔且粘度系數(shù)小，故選用小直徑的換熱管.3.3.1預熱器的選擇（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格選用１20℃飽和水蒸氣加熱,料液溫度25℃→61．7℃，水蒸汽溫度１20℃→１２0℃,,料液走殼程，水蒸汽走管程。逆流操作，溫差較大,故選用U型管換熱器。選用的傳熱管(碳鋼).根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)。根據(jù)全塔熱量衡算得，傳熱面積：考慮2０%的面積裕度,根據(jù)，在系列標準（JB/Ｔ４714—9２）中選擇換熱管為mm（管心距2５mm）的換熱器，其基本參數(shù)為:公稱直徑３２5ｍｍ，管程數(shù)4,管子根數(shù)68，換熱面積17．9，換熱管長度4500mｍ。（２)計算管程的壓降和給熱系數(shù)由管殼式換熱器常用流速范圍，取殼程蒸汽料液流速,管程水蒸氣流速.由上面選型得:管程數(shù),管長。流體污垢較少,故管板選用正三角形的孔排列形式。水蒸汽在1２0℃下的有關物性參數(shù)如下：密度、比熱容、導熱系數(shù),粘度。管程壓降:不需要改變管程數(shù)。管程給熱系數(shù):湍流，故無需改變換熱器型號.（3）計算傳熱系數(shù)管壁的導熱系數(shù)，殼程傳熱系數(shù),因此,換熱器的總傳熱系數(shù)此時傳熱面積：考慮20%的面積裕度,此換熱面積與之前的估計值相差不大，且小于前面選擇型號的換熱面積，因此預熱器選擇換熱管為mm（管心距25mm)的U型管換熱器,其基本參數(shù)為：公稱直徑３25ｍｍ，管程數(shù)4，管子根數(shù)6８，換熱面積１７。9，換熱管長度450０mm.3．３.2冷凝器的選擇(1）初選換熱器的尺寸規(guī)格選用進口溫度為30℃的冷卻水作為冷流體，冷卻水溫度30℃→45℃，料液溫度47。65℃（飽和氣)→47。６5℃(飽和液)，,冷卻水走管程,塔頂蒸汽走殼程。逆流操作，溫差小，故選用固定管板式換熱器。選用的傳熱管(碳鋼）。根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)。根據(jù)全塔熱量衡算得,傳熱面積:考慮２０％的面積裕度，根據(jù),在系列標準(JB/T4７1４－9２）中選擇換熱管為ｍm（管心距２5mm）的換熱器,其基本參數(shù)為：公稱直徑500mｍ，管程數(shù)2，管子根數(shù)2５6，換熱面積２９．0，換熱管長度2０00mm.(2)計算管程的壓降和給熱系數(shù)由管殼式換熱器常用流速范圍，取殼程蒸汽流速,管程冷卻水流速.由上面選型得:管程數(shù)，管長。流體污垢較少，故管板選用正三角形的孔排列形式。管程冷卻水的定性溫度為，冷卻水在３7。5℃下的有關物性參數(shù)如下:密度，比熱容，導熱系數(shù),粘度管程壓降：需要改變管程數(shù)，在系列標準（JB/T47１4—92)中重新選擇換熱管為mｍ（管心距25mm）的換熱器，其基本參數(shù)為：公稱直40０mｍ，管程數(shù)1,管子根數(shù)174，換熱面積30．1，換熱管長度3０00ｍm。再次算得管程壓降：不需要改變管程數(shù)。管程給熱系數(shù)：湍流，故無需改變換熱器型號.（3)計算傳熱系數(shù)管壁的導熱系數(shù),殼程傳熱系數(shù)，因此，換熱器的總傳熱系數(shù):此時傳熱面積:考慮２0％的面積裕度,此換熱面積與之前的估計值相差不大,且小于前面選擇型號的換熱面積，因此預熱器選擇換熱管為mｍ（管心距25mｍ)的固定管板式換熱器，其基本參數(shù)為:公稱直徑4０0mｍ,管程數(shù)1,管子根數(shù)17４,換熱面積３0。1，換熱管長度3000ｍm。3。3.3再沸器的選擇（1）初選換熱器的尺寸規(guī)格選用1２0℃飽和水蒸氣加熱，料液溫度６1．7℃→7５.26℃，水蒸汽溫度120℃→1２0℃,，料液走殼程，水蒸汽走管程。逆流操作,溫差較大，故選用U型管換熱器。選用的傳熱管（碳鋼)。根據(jù)經(jīng)驗估計傳熱系數(shù)。根據(jù)全塔熱量衡算得：傳熱面積：考慮2０%的面積裕度，根據(jù)，在系列標準(JＢ/Ｔ4７１４-9２）中選擇換熱管為mｍ（管心距２5ｍm)的換熱器,其基本參數(shù)為：公稱直徑６00mm,管程數(shù)2,管子根數(shù)416，換熱面146。5,換熱管長度6０00ｍｍ.（2)計算管程的壓降和給熱系數(shù)由管殼式換熱器常用流速范圍，取殼程蒸汽料液流速，管程水蒸氣流速。由上面選型得：管程數(shù)，管長。流體污垢較少，故管板選用正三角形的孔排列形式。水蒸汽在１２0℃下的有關物性參數(shù)如下：密度、比熱容、導熱系數(shù)，粘度。管程壓降：不需要改變管程數(shù)。管程給熱系數(shù)：湍流，故無需改變換熱器型號。（3）計算傳熱系數(shù)管壁的導熱系數(shù),殼程傳熱系數(shù),因此,換熱器的總傳熱系數(shù)：此時傳熱面積：考慮2０％的面積裕度，此換熱面積與之前的估計值相差不大，且小于前面選擇型號的換熱面積，因此在系列標準(JB／T471４-92）中選擇換熱管為mm（管心距2５ｍm）的U型管換熱器，其基本參數(shù)為：公稱直徑600mｍ,管程數(shù)2，管子根數(shù)416，換熱面14６.５，換熱管長度60０0mm。3。4泵的選型由上面設計可知其流速為:設泵在地面上,忽略其它因素，料液面至加料孔的高度h=0。8+0。4（13－2)+1．2+２=８。４m,９0O標準彎頭兩個，截止閥兩個，則有關管件的局部阻力系數(shù)分別是：9０O標準彎頭ζ＝０。7５，截止閥ζ=6。0，總的局部阻力系數(shù)為：=0.75+6２=１3。5由上面設計可知:進料液密度為:，黏度為則:(湍流)取管壁絕對粗糙度,則：查圖可知：則：在兩截面之間列柏努利方程求泵的揚程為：流量為:所選泵的額定流量和揚程應略大于系統(tǒng)所需的，又料液物性和清水相差不大,故可選用清水泵。查泵性能表,根據(jù)JB/T９799。1-19９9，進料泵型號為：ＩB50-32—200表4—4泵性能表型號IB50—3２—２00流量/h6。３揚程ｍ12。５功率Kw機5．5軸2.3９轉速ｒ/min1４５0效率4６％泵殼許用壓力Ｋgf/cm16/26結構單級因所選壓頭大于管路壓頭，故應采用閥門調節(jié)，閥門調節(jié)多消耗的壓頭為:故多消耗的軸功率為：３。5貯罐的計算以回流