分離醋酸-水混合物常壓精餾(篩板)塔的工藝設(shè)計

課程編號化工原理課程設(shè)計板式精餾塔設(shè)計院系:班級姓名:學號:學分:任課老師:課程成績:2013年8月11日目錄一、設(shè)計任務(wù)書………………………3二、概述………………5三、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)………11四、工藝設(shè)計計算……………………13五、精餾塔的塔體工藝尺寸計算……………………19六、塔板設(shè)計工藝設(shè)計………………21七、塔板的校核………………………22八、塔板負荷性能曲…………………28九、輔助設(shè)備選型……………………35十、設(shè)計結(jié)果匯總表…………………42十一、對設(shè)計過程的評述和相關(guān)問題的討論………43十二、主要符號說明…………………44一、設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計題目分離醋酸——水混合物常壓精餾（篩板）塔的工藝2、設(shè)計條件生產(chǎn)能力：年產(chǎn)量D=3萬噸(每年生產(chǎn)日按330天計算)；原料：含醋酸30%（摩爾分數(shù)）的粗餾冷凝液，以醋酸——水二元體系；采用直接蒸汽加熱；采用泡點進料；塔頂餾出液中醋酸含量大于等于99.9%；塔釜殘出液中醋酸含量小于等于2%；其他參數(shù)（除給出外）可自選；醋酸——水的相對揮發(fā)度為α=1.65，醋酸密度為1.049，水的密度為0.998，混合液的表面張力=20mN/m；3、設(shè)計說明書的內(nèi)容目錄；設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)(任務(wù)書)；簡述醋酸—水精餾過程的生產(chǎn)方法以及特點；論述精餾塔總體結(jié)構(gòu)的選擇和材料的選擇；精餾過程的有關(guān)計算（物料衡算，理論塔板數(shù)，回流比，塔高，塔徑，塔板設(shè)計管徑等）；設(shè)計結(jié)果概要（主要設(shè)備尺寸，衡算結(jié)果等）；主體設(shè)備設(shè)計計算及說明；附屬設(shè)備的選擇；參考文獻；后記及其他4、設(shè)計圖要求繪制主要裝置圖，設(shè)備技術(shù)要求，主要參數(shù)，大小尺寸，部件明細表，標題欄；繪制設(shè)備流程圖一張；用坐標紙繪制醋酸——水溶液y—x圖一張，并且用圖解法求理論塔板數(shù)；用坐標紙繪制溫度與氣液相含量的關(guān)系圖；二、概述蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達到輕重組分分離的方法。蒸餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性，對選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各種參數(shù)是非常重要的。蒸餾過程按操作方式可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。間歇蒸餾是一種不穩(wěn)態(tài)操作，主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合；連續(xù)蒸餾為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過程，是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸餾過程按蒸餾方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾和特殊精餾等。簡單蒸餾是一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進行。平衡蒸餾又稱閃蒸，也是一種單級蒸餾操作，常以連續(xù)方式進行。簡單蒸餾和平衡蒸餾一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系。對于較難分離的體系可采用精餾，用普通精餾不能分離體系則可采用特殊精餾。特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對揮發(fā)度，達到有效分離的目的。特殊精餾有萃取精餾、恒沸精餾和鹽溶精餾等。精餾過程按操作壓強可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。一般說來，當總壓強增大時，平衡時氣相濃度與液相濃度接近，對分離不利，但對在常壓下為氣態(tài)的混合物，可采用加壓精餾；沸點高又是熱敏性的混合液，可采用減壓精餾。雖然工業(yè)生產(chǎn)中以多組分精餾為常見，但為簡化起見，本書主要介紹兩組分連續(xù)精餾過程的設(shè)計計算。2.1精餾操作對塔設(shè)備的要求精餾所進行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：(１)氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。(２)操作穩(wěn)定，彈性大，即當塔設(shè)備的氣(汽)、液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。(３)流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。(４)結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。(５)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。(６)塔內(nèi)的滯留量要小。2.2板式塔的常用塔型及其選用板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成。廣泛應(yīng)用于精餾和吸收，有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過程。操作時（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下，自上而下依次流過各層塔板，至塔底排出；氣體在壓力差推動下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過塔板分散到液層中去，進行相際接觸傳質(zhì)。根據(jù)目前國內(nèi)外實際使用的情況，主要塔型是泡罩塔、篩板塔及浮閥塔。2.2.1泡罩塔泡罩塔是歷史悠久的板式塔，長期以來，在蒸餾、吸收等單元操作所使用的塔設(shè)備中，曾占有主要地位，近三十年來由于塔設(shè)備有很大的進展，出現(xiàn)了許多性能良好的新塔型，才使泡罩塔的應(yīng)用范圍和在塔設(shè)備中所占的比重有所減少。但泡罩塔并不因此失去其應(yīng)用價值，因為它具有如下優(yōu)點。①操作彈性較大，在負荷變動范圍較大時仍能保持較高的效率。②無泄漏。③液氣比的范圍大。④不易堵塞，能適應(yīng)多種介質(zhì)。泡罩塔的不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、安裝維修麻煩以及氣相壓力降較大。然而，泡罩塔經(jīng)過長期的實踐，積累的經(jīng)驗比其他任何塔型都豐富，常用的泡罩已經(jīng)標準化。在處理非腐蝕性物料時，整個泡罩塔盤都可用碳鋼制造。泡罩塔盤的蒸氣壓力降雖然高一些，但在常壓或加壓下操作時，并不是主要問題。2.2.2篩板塔篩板塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔。20世紀50年代起對篩板塔進行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點：生產(chǎn)能力大（20％～40％），塔板效率高（10％～15％），壓力降低（30％～50％），而且結(jié)構(gòu)簡單，塔盤造價減少40％左右，安裝、維修都較容易。從而一反長期的冷落狀況，獲得了廣泛應(yīng)用。近年來對篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達20～25mm）、導向篩板等多種型式。篩板塔盤上分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等幾部分。工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為3～8mm，按正三角形排列，孔間距與孔徑的比為2.5～5。近年來有用大孔徑（10～25mm）篩板的，它具有制造容易、不易堵塞等優(yōu)點，只是漏液點稍高，操作彈性較小。與泡罩塔操作情況類似，液體從上一層塔盤的降液管流下，橫向流過塔盤，經(jīng)溢流堰進入降液管，流入下一層塔盤。依靠溢流堰來保持塔盤上的液層高度。蒸氣自下而上穿過篩孔時，分散成氣泡，穿過板上液層。在此過程中進行相際的傳熱和傳質(zhì)。篩板塔盤的特點如下。（1）結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便。（2）生產(chǎn)能力較大。（3）塔板壓力降較低。（4）塔板效率較高，但比浮閥塔盤稍低。（5）合理設(shè)計的篩板塔可具有適當?shù)牟僮鲝椥?。?）小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、黏性大的和帶有固體粒子的料液。2.2.3浮閥塔20世紀50年代起，浮閥塔已大量用于工業(yè)生產(chǎn)，以完成加壓、常壓、減壓下的精餾、吸收、脫吸等傳質(zhì)過程。大型浮閥塔的塔徑可達10m，塔高達83m，塔板數(shù)有數(shù)百塊之多。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m浮閥塔之所以廣泛應(yīng)用，是由于它具有下列特點。（1）處理能力大浮閥在塔盤上可安排得比泡罩更緊湊。因此浮閥塔盤的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤提高20％～40％。（2）操作彈性大浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應(yīng)氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。它的操作彈性為3～5，比篩板和舌形塔盤大得多。（3）塔板效率高由于氣液接觸狀態(tài)良好，且蒸氣以水平方向吹入液層，故霧沫夾帶較少。因此塔板效率較高，一般情況下比泡罩塔高15％左右。（4）壓力降小氣流通過浮閥時，只有一次收縮、擴大及轉(zhuǎn)彎，故干板壓力降比泡罩塔低。在常壓塔中每層塔盤的壓力降一般為400～666.6Pa。浮閥的型式很多，國內(nèi)已采用的浮閥，如V-1型、V-4型、V-6型、十字架型和A型，其中常用的是V-1型和V-4型。浮閥塔盤操作時的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當寬廣的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。2.3塔設(shè)備的用材塔設(shè)備與其他化工設(shè)備一樣，置于室外、無框架的自支承式塔體，絕大多數(shù)是采用鋼材制造的。這是因為鋼材具有足夠的強度和塑性，制造性能較好，設(shè)計制造的經(jīng)驗也較成熟。特別是在大型的塔設(shè)備中，鋼材更具有無法比擬的優(yōu)點，因而被廣泛地采用。為此，有些場合為了滿足腐蝕性介質(zhì)或低溫等特殊要求，采用有色金屬材料（如鈦、鋁、銅、銀等）或非金屬耐腐蝕材料，也有為了減少有色金屬的耗用量而采用滲鋁、鍍銀等措施，或采用鋼殼襯砌、襯涂非金屬材料的。用這類材料制成的塔設(shè)備，塔徑一般都不大，當尺寸稍大時，就得在塔外用鋼架結(jié)構(gòu)加強。此外，這些材料在制造、運輸、安裝等方面都各有特點，在設(shè)計時還應(yīng)參閱其他有關(guān)資料，認真加以考慮?？晒┲谱魉O(shè)備內(nèi)件的材料，比之塔體用材，選擇余地更大了。板式塔中的塔盤，以及浮閥、泡罩一類氣液接觸元件，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加之安裝工藝和使用方面的要求（如浮閥應(yīng)能自由浮動），所以仍是以鋼材為主，其他材料（如陶瓷、鑄鐵等）為輔。填料的用材，往往只考慮制造成型方面的性能，所以可用多種材料制成同一型式和外形尺寸的填料，以滿足不同場合需要。如拉西環(huán)最初是用瓷做的，以后又出現(xiàn)用鋼、石墨或硬聚氯乙烯塑料等制造；鮑爾環(huán)也有用鋼、鋁或聚丙烯塑料等制造；至于高效的絲網(wǎng)填料，則除了用各種金屬絲網(wǎng)外，還可將尼龍、塑料等編織成網(wǎng)，進而制得?？傊x材所考慮得因素較多。三、設(shè)計條件及主要物性參數(shù)１、生產(chǎn)能力年產(chǎn)量：F＝３萬噸/年(每年生產(chǎn)日按330天計算)；分子量：2、原料以醋酸——水二元體系，進料混合物為含醋酸初始濃度的粗餾冷凝液3、產(chǎn)品要求塔頂餾出液中醋酸含量塔釜殘出液中醋酸含量4、進料狀況：泡點進料（）5、主要物性參數(shù)醋酸的分子量：60.05，水的分子量：18.02醋酸熔點為16.6℃，沸點為117.9℃，密度為常壓：101.3KPa在常壓下，水的凝固點為0℃，沸點為100℃，密度為0.998g/ml。水在0℃的凝固熱為5.99KJ/mol(或80cal/g)，水在100醋酸——水的相對揮發(fā)度為，混合液的表面張力=20mN/m。溫度為109.2℃時，醋酸的粘度為：，水的粘度為：；溫度為109.2℃時，醋酸的粘度為：，水的粘度為：醋酸—水氣液平衡組成數(shù)據(jù)如下表所示醋酸—水（101.35kPa）溫度/℃醋酸摩爾分數(shù)液相x氣相y118.21.0001.000108.20.7300.606105.30.5450.435103.80.4120.293102.80.3100.210101.90.2310.155101.30.1670.114100.90.1140.081100.50.0700.050100.20.0320.023100.00.0000.000四、工藝設(shè)計計算4.1物料衡算=0.30，=0.999，=0.02，F(xiàn)=0.0175Kmol/s因為所以因為所以4.2理論板數(shù)的計算1）逐板計算（q=1）：==0.30=0.999=0.02醋酸——水的相對揮發(fā)度為α=1.65所以相平衡方程：或所以所以精餾段操作線提餾段操作線第一塊塔板上升的氣相組成由第一塊塔板下降的液體組成由第二塊塔板上升的氣相組成由第二塊塔板下降的液體組成由第三塊塔板上升的氣相組成由第三塊塔板下降的液體組成由第四塊塔板上升的氣相組成由第四塊塔板下降的液體組成如此反復(fù)計算得0.99420.99050.99120.98560.98680.97840.98020.96770.97050.95220.95640.93000.93610.89880.90770.85630.86900.80080.81840.73200.75580.65230.68310.56640.60490.48130.52740.40350.45650.33730.39620.2845<0.30由于<=0.30，因此精餾段所需理論板數(shù)為19塊，第20塊為加料板。對于提餾段：其操作線方程為所以，第21塊塔板上升的氣相組成由氣液平衡關(guān)系式可知，第21塊塔板下降的液體組成同理可知：0.28940.19800.23750.15880.18960.12420.14730.09480.11140.07060.08180.05120.05810.03600.03950.02430.02520.0154<=0.02故提餾段所需理論板數(shù)為10塊。綜上所述理論板層數(shù)為(不包含再沸器)進料板位置為自塔頂往下的第20層即為2）圖解法計算理論板數(shù)①作圖求（，）根據(jù)醋酸—水（101.3MPa）的汽-液平衡組成表可作出平衡線（附圖1）因為q=1所以加料線=所以加料線與平衡線交于點（，）=（0.30，0.4142）②求最小回流比因為=所以=5.12③求RR=2=2×5.12=10.24④精餾塔的操作方程因為R=10.24，所以即⑤提餾段的操作方程因為R=10.24，D=0.0050Kmol/s，W=0.0125Kmol/s，F(xiàn)=0.0175Kmol/s，所以即⑥在附圖1上作出精餾段、提餾段的直線由圖可知：（不包括塔釜）加料板由上至下第20塊板，精餾段共需19塊板，提餾段共需10塊板4.3實際塔板計算板效率：利用奧康奈爾的經(jīng)驗公式其中：—塔頂與塔底的平均溫度下的相對揮發(fā)度—塔頂與塔底的平均溫度下的液相粘度，根據(jù)醋酸-水（101.3MPa）的汽-液平衡組成表可畫出溫度組成圖（附圖2）由，可由圖上推得∴此時,由粘度圖(參見《化工原理》上冊P276)查出：，所以∴（第35塊板進料）五、精餾塔的塔體工藝尺寸計算已知:塔徑計算中板間距由附圖1得第20塊加料板=0.30，對照附圖2得此時∴t=此時根據(jù)溫度，查閱《化工原理》上冊P262表格和P272圖可知液體分子量：氣體分子量：根據(jù)篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖（《化工原理》下冊，P129圖10-42），得（表面張力δ=20mN/m）由液體表面張力共線圖（《化工原理》上冊，P274圖）可知，，液泛速度：取泛點百分率為0.8∴選擇單流型塔板，取0.7D根據(jù)弓形降液管的寬度和面積（參見《化工原理》下冊，P127圖10-40）調(diào)整到D=1.1m實際泛點百分率：六、塔板工藝設(shè)計=1\*GB3①選取平頂溢流堰，取=0.04m=2\*GB3②采取垂直弓型降液管和平地受液盤，取=0.04m=3\*GB3③取液體進出口安定區(qū)寬度邊緣寬度=4\*GB3④取孔徑孔間距t=0.018m由弓型降液管的寬度和面積（參見《化工原理》下冊，P127圖10-40），可推得七、塔板的校核7.1精餾段（a）板壓降的校核取板厚=6mm由干板孔流系數(shù)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-45),查得=0.850由液流收縮系數(shù)圖(參見《化工原理》下冊，P134圖10-48)得E=1.03∴由充氣系數(shù)和動能因子間的關(guān)系圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-46)得=0.56本設(shè)計常壓操作，對板壓降本身無特殊要求。（b）液沫夾帶量的校核按和泛點百分率0.665由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-47),得（c）溢流液泛條件校核=0.04m=0.01255m=0.0632m△=0醋酸和水不易起泡=0.8降液管內(nèi)泡沫層高度∴不會發(fā)生溢流液泛（d）液體在降液管內(nèi)停留時間校核∴不會產(chǎn)生嚴重氣泡夾帶（e）漏液點的校核設(shè)漏液點的孔速，相應(yīng)的動能因子由篩板漏液點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P135圖10-49)，查得漏液點的干板壓降=0.0093m液柱此計算值與假定值相接近，故計算結(jié)果正確塔板的穩(wěn)定系數(shù)K=表明塔板有足夠的操作彈性7.2提餾段由附圖1查得=0.138=0.207液體分子量：氣體分子量：根據(jù)溫度，查《化工原理》上冊P262和P272圖可知，根據(jù)篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P129圖10-42)，查得=0.08（表面張力δ=20mN/m）（a）降壓板的校核由液流收縮系數(shù)圖(參見《化工原理》下冊，P134圖10-48)得E=1.047由充氣系數(shù)β和動能因子間的關(guān)系(參見《化工原理》下冊，P132圖10-46)，得=0.58本設(shè)計常壓操作，對板壓降本身無特殊要求。（b）液沫夾帶量的校核按∵由液體表面張力共線圖(參見《化工原理》上冊，P274圖10-46)，得液泛速度：泛點百分率：由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖得∴（c）溢流液泛條件校核=0.04m=0.0208m△=0=0.0917m醋酸和水不易起泡降液管內(nèi)泡沫層高度∴不會發(fā)生溢流液泛（d）液體在降液管內(nèi)停留時間校核∴不會產(chǎn)生嚴重氣泡夾帶（e）漏液點的校核設(shè)漏液點的孔速m/s相應(yīng)的動能因子由篩板漏液點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P135圖10-49)，查得漏液點的干板壓降=0.0099m此計算值與假定值相接近，故計算結(jié)果正確塔板的穩(wěn)定系數(shù)K=表明塔板有足夠的操作彈性八、塔板負荷性能8.1精餾段（a）液相下限線令m并假設(shè)修正系數(shù)E=1.02則∴可由液流收縮系數(shù)(參見《化工原理》下冊，P134圖10-48),得E=1.02表明結(jié)果正確得附圖3：線4（b）液相上限線取停留時間3s得附圖3：線5（c）漏液線第一點：第二點：設(shè)漏液點的孔速，相應(yīng)的動能因子由篩板漏液點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P135圖10-49)，查得漏液點的干板壓降=0.0205m此計算值與假定值相接近，故計算結(jié)果正確則兩點可得漏液線（附圖3：線2）（d）過量液沫夾帶線第一點：取令由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-47)，得泛點百分率為0.77第二點：取由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-47)，得泛點百分率為0.79∵由篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P129圖10-42)，得∵∴兩點可得過量液沫夾帶線（附圖3：線1）（e）溢流液泛線第一點：取∴可由液流收縮系數(shù)得E=1.13第二點：取∴可由液流收縮系數(shù)得E=1.17若同樣將溢流液泛線近似看成直線，連接以上兩點即可求得（附圖3：線3）8.2提餾段（a）液相下限線與精餾段相同附圖4：線4（b）液相上限線與精餾段相同附圖4：線5（c）漏液線第一點：第二點：設(shè)漏液點的孔速m/s相應(yīng)的動能因子由篩板漏液點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P135圖10-49)，查得漏液點的干板壓降=0.021m此計算值與假定值相接近，故計算結(jié)果正確則兩點可得漏液線（附圖4：線2）（d）過量液沫夾帶線第一點：取令由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-47)，得泛點百分率為85%第二點：取由液沫夾帶關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P132圖10-47)，得泛點百分率為86%∵由篩板塔的泛點關(guān)聯(lián)圖(參見《化工原理》下冊，P129圖10-42)，得∵∴兩點可得過量液沫夾帶線（附圖4：線1）（e）溢流液泛線第一點：取∴可由液流收縮系數(shù)得E=1.13第二點：取∴可由液流收縮系數(shù)得E=1.17若同樣將溢流液泛線近似看成直線，連接以上兩點即可求得（附圖4：線3）九、輔助設(shè)備選型精餾裝置的主要附屬設(shè)備包括蒸汽冷凝器、塔底再沸器、原料預(yù)熱器、直接蒸汽鼓管、物料輸送管及泵等。前四種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。9.1回流冷凝器按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強制循環(huán)式。圖6-1冷凝器的型式（1）整體式如圖6-1(a)和(b)所示。將冷凝器與精餾塔作成一體。這種布局的優(yōu)點是上升蒸汽壓降較小，蒸汽分布均勻，缺點是塔頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便維修，當需用閥門、流量計來調(diào)節(jié)時，需較大位差，須增大塔頂板與冷凝器間距離，導致塔體過高。該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場合。（2）自流式如圖6-1（c）所示。將冷凝器裝在塔頂附近的臺架上，靠改變臺架的高度來獲得回流和采出所需的位差。（3）強制循環(huán)式如圖6-1（d）、（e）所示。當冷凝器換熱面過大時，裝在塔頂附近對造價和維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠的低處，用泵向塔提供回流液。需指出的是，在一般情況下，冷凝器采用臥式，因為臥式的冷凝液膜較薄，故對流傳熱系數(shù)較大，且臥式便于安裝和維修。9.2管殼式換熱器的設(shè)計與選型管殼式換熱器的設(shè)計與選型的核心是計算換熱器的傳熱面積，進而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號。9.2.1（1）管程流動阻力管程阻力可按一般摩擦阻力公式求得。對于多程換熱器，其阻力ΣΔpi等于各程直管阻力、回彎阻力及進、出口阻力之和。一般情況下進、出口阻力可忽略不計，故管程總阻力的計算式為

(6-1)式中

ΔP1、ΔP2——分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降，Pa；

Ft——結(jié)垢校正因數(shù)，對Φ25mm×2.5mm的管子取1.4；對Φ19mmNP——管程數(shù)；Ns——串聯(lián)的殼程數(shù)。上式中直管壓強降ΔP1可按第一章中介紹的公式計算；回彎管的壓強降ΔP2由下面的經(jīng)驗公式估算，即

(6-2)（2）殼程流動阻力

殼程流動阻力的計算公式很多，在此介紹埃索法計算殼程壓強降ΔP0的公式，即

(6-3)式中

ΔP1’——流體橫過管束的壓強降，Pa；ΔP2’——流體通過折流板缺口的壓強降，Pa；FS——殼程壓強降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取1.15，氣體可取1.0。

(6-4)式中

F——管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)，對正三角形排列F=0.5，對轉(zhuǎn)角三角形為0.4，正方形為0.3；——殼程流體的摩擦系數(shù)；——橫過管束中心線的管子數(shù)；Nc值可由下式估算：管子按正三角形排列：

(6-5)管子按正方形排列：

(6-6)式中

n——換熱器總管數(shù)?！哿鲹醢鍞?shù)；h——折流擋板間距；——按殼程流通截面積A0計算的流速，m/s，而。9.2.2(1)計算并初選設(shè)備規(guī)格a．確定流體在換熱器中的流動途徑b．根據(jù)傳熱任務(wù)計算熱負荷Q。c．確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。d．計算平均溫度差，并根據(jù)溫度差校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。e．依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值范圍，或按生產(chǎn)實際情況，選擇總傳熱系數(shù)K值。f．由總傳熱速率方程，初步計算出傳熱面積S，并確定換熱器的基本尺寸（如D、L、n及管子在管板上的排列等），或按系列標準選擇設(shè)備規(guī)格。（2）計算管程、殼程壓強降

根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計算管程、殼程流體的流速和壓強降。檢查計算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓降不符合要求，要調(diào)整流速，在確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的換熱器，重新計算壓強降直至滿足要求為止。（3）核算總傳熱系數(shù)計算管程、殼程對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻Rsi和Rso，在計算總傳熱系數(shù)K’，比較K的初設(shè)值和計算值，若K’/K=1.15～1.25，則初選的換熱器合適。否則需另設(shè)K值，重復(fù)以上計算步驟。9.3

再沸器精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強制循環(huán)再沸器。（1）釜式式再沸器如圖6-2（a）和（b）所示。（a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。塔底液體進入底液池中，再進入再沸器的管際空間被加熱而部分汽化。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。液體的采出口與垂直塔板之間的空間至少停留8～10分鐘，以分離液體中的氣泡。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對于小設(shè)備，管束上方至少有300mm（b）是夾套式再沸器，液面上方必須留有蒸發(fā)空間，一般液面維持在容積的70%左右。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。（2）熱虹吸式再沸器如圖6-2（c）、（D）、（e）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。這種型式再沸器汽化率不大于40%，否則傳熱不良。（3）強制循環(huán)再沸器如圖6-2中（f）所示。對于高粘度液體和熱敏性氣體，宜用泵強制循環(huán)式再沸器，因流速大、停留時間短，便于控制和調(diào)節(jié)液體循環(huán)量。原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計算。

圖6-2

再沸器的型式9.4接管直徑

各接管直徑由流體速度及其流量，按連續(xù)性方程決定，即：

（6-7）式中：VS——流體體積流量，m3/s；u——流體流速，m/s；d——管子直徑，m。（1）塔頂蒸氣出口管徑DV

蒸氣出口管中的允許氣速UV應(yīng)不產(chǎn)生過大的壓降，其值可參照表6-1。表6-1蒸氣出口管中允許氣速參照表操作壓力（絕壓）常壓1400～6000Pa＞6000

Pa蒸汽速度/m/s12～2030～5050～70（2）回流液管徑DR冷凝器安裝在塔頂時，冷凝液靠重力回流，一般流速為0.2～0.5m/s，速度太大，則冷凝器的高度也相應(yīng)增加。用泵回流時，速度可取1.5～2.5（3）進料管徑dF料液由高位槽進塔時，料液流速取0.4～0.8m/s。由泵輸送時，流速取為1.5～2.5

m（4）釜液排除管徑dW釜液流出的速度一般取0.5～1.0m/s（5）飽和水蒸氣管飽和水蒸氣壓力在295kPa（表壓）以下時，蒸氣在管中流速取為20～40m/s；表壓在785

kPa以下時，流速取為40～60m/s；表壓在2950

kPa以上時，流速取為80m9.5加熱蒸氣鼓泡管加熱蒸氣鼓泡管（又叫蒸氣噴出器）若精餾塔采用直接蒸氣加熱時，在塔釜中要裝開孔的蒸氣鼓泡管。使加熱蒸氣能均勻分布與釜液中。其結(jié)構(gòu)為一環(huán)式蒸氣管，管子上適當?shù)拈_一些小孔。當小孔直徑小時，汽泡分布的更均勻。但太小不僅增加阻力損失，而且容易堵塞。其孔直徑一般為5～10mm，孔距為孔徑的5～10倍。小孔總面積為鼓泡管橫截面積的1.2～1.5倍，管內(nèi)蒸氣速度為20～25m/s。加熱蒸氣管距釜中液面的高度至少在0.6m9.6離心泵的選擇離心泵的選擇，一般可按下列的方法與步驟進行：

（1）確定輸送系統(tǒng)的流量與壓頭

液體的輸送量一般為生產(chǎn)任務(wù)所規(guī)定，如果流量在一定范圍內(nèi)波動，選泵時應(yīng)按最大流量考慮。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計算在最大流量下管路所需的壓頭。

（2）選擇泵的類型與型號

首先應(yīng)根據(jù)輸送液體的性質(zhì)和操作條件確定泵的類型，然后按已確定的流量Qe和壓頭He從泵的樣本或產(chǎn)品目錄中選出合適的型號。顯然，選出的泵所提供的流量和壓頭不見得與管路要求的流量Qe和壓頭He完全相符，且考慮到操作條件的變化和備有一定的裕量，所選泵的流量和壓頭可稍大一點，但在該條件下對應(yīng)泵的效率應(yīng)比較高，即點（Qe、He）坐標位置應(yīng)靠在泵的高效率范圍所對應(yīng)的H-Q曲線下方。另外，泵的型號選出后，應(yīng)列出該泵的各種性能參數(shù)。

（3）核算泵的軸功率

若輸送液體的密度大于水的密度時，可按核算泵的軸功率。十、設(shè)計結(jié)果匯總表塔板數(shù)30塊溢流堰長0.7板間距0.45m溢流堰型式平頂溢流堰塔板直徑1.1降液管結(jié)構(gòu)普通弓型降液管溢流管面積0.0817受液盤型式普通平地受液盤氣體流通面積0.8686安定區(qū)寬度0.08m回流比10.24邊緣區(qū)寬度0.04m孔徑6mm弓形降液盤寬度0.305m孔間距0.018m弓形受液盤寬度0.305m開孔率0.1024降液管底部間隙高度0.04m溢流堰高0.4m十一、設(shè)計小結(jié)通過這次課程設(shè)計，我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計，我進一步鞏固和加深了所學的基本理論、基本概念和基本知識，包括對化工原理課程中的一些精餾知識的理解，也讓我懂得了學以致用，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體原理所涉及的實際問題的能力。其次通過這次課程設(shè)計，對板式塔的工作原理有了初步詳細精確話的了解，加深了對設(shè)計中所涉及到的一些力學問題和一些有關(guān)應(yīng)力分析、強度設(shè)計基本理論的了解。使我們重新復(fù)習了所學的專業(yè)課，學習了新知識并深入理解，使之應(yīng)用于實踐，將理論知識靈活化，這都將為我以后參加工作實踐有很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學習興趣。這次課程設(shè)計我投入了不少時間和精力，我覺得這是完全值得的。我獨立思考，勇于創(chuàng)新的能力得到了進一步的加強。由于時間和經(jīng)驗等方面的原因，該設(shè)計中還存在很多不足、如對原理的了解還不夠全面等等。在本次設(shè)計中我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，知道了自己學習中的薄弱環(huán)節(jié)在哪里，對知識的掌握還存在盲點，總而言之，本次課程設(shè)計讓我獲益匪淺，我相信在以后的專業(yè)設(shè)計中我能做的更好。十二、主要符號說明——塔板開孔（鼓泡）面積K——篩板塔的穩(wěn)定系數(shù)——降液管面積L——塔內(nèi)下降液體的流量——篩板面積——塔內(nèi)下降液體的流量——塔截面積溢流堰長度——流量系數(shù)N——塔板數(shù)D——塔頂餾出液流量n——篩孔數(shù)D——塔徑P——操作壓力——篩孔直徑R——回流比E——液流收縮系數(shù)u——空塔氣速——全塔效率（總板效率）——按開孔區(qū)流通面積計算的氣速——霧沫夾帶量——篩孔氣速氣相動能因子——漏液點氣速g——重力加速度V——塔內(nèi)上升蒸汽流量H——板間距Vs——塔內(nèi)上升蒸汽流量——與干板壓降相當?shù)囊褐叨萕——釜殘液（塔底產(chǎn)品）流量——與液體流經(jīng)降液管的壓降相當?shù)囊褐叨取獰o效區(qū)寬度——進口堰與降液管間的水平距離——弓形降液管寬度——板上鼓泡高度——安定區(qū)寬度——板上液層高度x——液相中易揮發(fā)組分的摩爾分率——降液管底隙高度y——氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率——堰上液層高度Z——塔有效高度——與單板壓降相當?shù)囊簩痈叨取缌餮吒叨葏⒖紩痘ぴ怼飞?、下冊，陳敏恒等編，化學工業(yè)出版社，1999年版

附錄資料：不需要的可以自行刪除車間配線設(shè)計技術(shù)要求一、總體要求：1、工程概況：本次工程主要為車間內(nèi)部設(shè)備的動力電設(shè)計、安裝部分。2、本工程包含全部電氣配套設(shè)施的采購、安裝、對接；中標方負責全部電線、電纜、連接頭、動力柜、配電盒及其配件的采購、搬遷、安裝等，并滿足使用要求。其中主線路的架設(shè)采用橋架支撐空中架設(shè)，距地面高度不低于6米，每根柱子架設(shè)一套。3、本次配電工程中電纜規(guī)格型號全部為BV系列銅芯電纜，電纜額定電壓為0.66/1KV。電纜品牌：電纜可選用江蘇上上電纜集團有限公司，南洋電纜集團有限公司，安徽綠寶電纜有限公司，安徽航天電纜集團有限公司,山東遠東電纜有限公司等產(chǎn)品，隨電纜需附有產(chǎn)品合格證和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗合格證；線纜為BV線纜標準符合國標要求；斷路器選用正泰品牌，隨機附有產(chǎn)品合格證和產(chǎn)品質(zhì)量檢驗合格證。4、電纜鋪設(shè)按國家電氣安裝標準執(zhí)行，線號清晰，線路規(guī)范產(chǎn)品技術(shù)標準符合國家標準及行業(yè)規(guī)范要求。5、動力柜需配置零排和地排,柜體要有相應(yīng)的銘牌和產(chǎn)品合格證，配備電流、電壓表。6、塑料外殼式斷路器均采用正泰品牌標準型3極斷路器。配電柜體均采用上海電器股份有限公司人民電器廠生產(chǎn)的標準柜體。7.車間照明燈具要求功率100w，均采用浙江陽光品牌；配套開關(guān)采用TCL品牌。二、主材配置圖3-1裝一圖3-1裝一車間廠房布局圖1）配電柜底座安裝10#槽鋼基礎(chǔ)，高度約為200/180cm，周圍需密封,配置零排和地排,柜體要有相應(yīng)的銘牌和產(chǎn)品合格證。配置三相電壓表1塊，安裝電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)1只實現(xiàn)相間電壓轉(zhuǎn)換；配置三相電流表3塊。2）配電柜箱體高度1800mm，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，頂部、底部可根據(jù)要求開進出線孔；安裝板及側(cè)梁可以調(diào)節(jié)、安裝檢修靈活、方便、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性好。柜門附配電柜線路圖。3）技術(shù)參數(shù)（銘牌須有標識）□符合標準：IEC439、GB7251.1-1997、JB／T9661-1999

□額定電壓：AC400V

□額定絕緣電壓：660V

□額定電流：根據(jù)負荷要求定

□額定短時耐受電流：30kA

□外殼防護等級：IP304）配電柜內(nèi)部使用銅排母線連接，柜內(nèi)母線要求外敷熱縮套管，柜內(nèi)接線端子應(yīng)與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。2、分線配電柜要求1）配電柜箱體規(guī)格H1200*W600*D400，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，底部可根據(jù)要求開進出線孔；安裝板及側(cè)梁可以調(diào)節(jié)、安裝檢修靈活、方便、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性好。柜門附配電柜線路圖。2）技術(shù)參數(shù)（銘牌須有標識）□符合標準：IEC439、GB7251.1-1997、JB／T9661-1999

□額定電壓：AC400V

□額定絕緣電壓：660V

□額定電流：根據(jù)負荷要求定

□額定短時耐受電流：30kA

□外殼防護等級：IP303）配電柜內(nèi)部使用銅排母線連接，柜內(nèi)母線要求外敷熱縮套管，柜內(nèi)接線端子應(yīng)與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。3、配電箱1）配電柜箱體規(guī)格600*400，門開啟大于135°，箱體獨立安裝，底部可根據(jù)要求開進出線孔；安裝板及側(cè)梁可以調(diào)節(jié)、安裝檢修靈活、方便、結(jié)構(gòu)緊湊、通用性好，要求安裝高度離車間地面1.5米。2））配電柜內(nèi)部使用銅排母線連接，柜內(nèi)母線要求外敷熱縮套管，柜內(nèi)接線端子應(yīng)與出線導線截面匹配，不得使用小端子配大截面導線。三、相關(guān)內(nèi)容及要求(一)車架車間配電要求1、總配電柜部分安裝1)從車間內(nèi)配電室接主電纜至主配電柜位置，安裝XL-21配電柜（JP1）1臺。2)該配電柜采用三相五線制，其中零線、底線由獨立接線銅排。配電柜要求含總控開關(guān)（塑殼斷路器）1只、車間線路控制開關(guān)3只、備用三相斷路器3只。4)從配電柜對應(yīng)斷路器三相五線制電纜連接分別至車間三條線路分配控制部分。2、車架車間線路1配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜JP1-1、JP1-2；配電箱JK1-32）要求配電柜JP1-1含總控開關(guān)1只、三相斷路器3只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電柜JP1-2含總控開關(guān)1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱JK1-3含三相斷路器1只。3、車架車間線路2配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜JP2-1、JP2-2、JP2-3；配電箱。2）要求配電柜JP1-1、JP1-2均含總控開關(guān)1只、三相斷路器3只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電柜JP1-3含總控開關(guān)1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱根據(jù)配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，所有斷路器均含有漏電保護功能。3）車間照明控制依照配電圖安裝于相應(yīng)位置。4、車架車間線路3配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電箱。2）要求配電箱根據(jù)配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，所有斷路器均含有漏電保護功能。5、配線要求1）總配電柜采用1000A斷路器總開關(guān)，1個400A塑殼斷路器，2個250A塑殼斷路器2）分線配電箱內(nèi)部采用總開關(guān)250A塑殼斷路器，三相均采用100A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器，備用斷路器采用100A塑殼斷路器3）配電箱內(nèi)部采用總開關(guān)250A塑殼斷路器，三相均采用60A塑殼斷路器，兩相采用60A塑殼斷路器4）線路2主線采用BV95銅線，零線和地線采用BV50銅線。線路1和線路3主線采用BV50銅線零線和地線采用BV25銅線。5)配電柜支線采用BV25銅線，零線、地線采用10銅線。6)配電箱支線采用BV16銅線，零線、地線采用6銅線7）照明主線采用BV6銅線，燈線采用2.5銅線。6、材料明細名稱規(guī)格單位數(shù)量備注配電柜XL-21含配套件件1A類分線配電柜H1200*W600*D400件3內(nèi)含7個塑殼式斷路器B類分線配電柜H1200*W600*D400件2內(nèi)含10個塑殼式斷路器A類配電箱600×400件23相/1B類配電箱600×400件13相/2C類配電箱600×400件143相/3D類配電箱600×400個33相/1+2相/2E類配電箱600×400個23相/2+2相/1F類配電箱600×400個43相/3+2相/1銅線BV952米約420內(nèi)含接線鼻銅線BV502米約920銅線BV252米約500銅線BV162米約500銅線BV102米約100銅線BV62米約300線路橋架套505號槽鋼焊接，含瓷瓶照明配電箱400×200套4含控制系統(tǒng)其他輔材---(二)車相車間配電要求1、總配電柜部分安裝1)從車架車間內(nèi)配電室接主電纜至主配電柜位置，安裝XL-21配電柜（XP）1臺。2)該配電柜采用三相五線制，其中零線、底線由獨立接線銅排。配電柜要求含總控開關(guān)（塑殼斷路器）1只、車間線路控制開關(guān)3只、備用三相斷路器3只。4)從配電柜對應(yīng)斷路器三相五線制電纜連接分別至車間三條線路分配控制部分。2、車架車間線路1配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜XP1-1、XP1-2。2）要求配電柜均含總控開關(guān)1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。3、車架車間線路2配電要求1）在車間指定位置（見車間配電圖）放置配電柜XP2-1、XP2-2、XP2-3；配電箱。2）要求配電柜均含總控開關(guān)1只、三相斷路器6只、兩相斷路器（含漏電保護）1只、備用三相斷路器2只。配電箱根據(jù)配電圖分配兩相斷路器、三相斷路器，除總開關(guān)外所有斷路器均含有漏電保護功能。3）車間照明控制依照配電圖安裝于