苯-甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計(jì) 精餾塔設(shè)計(jì)說明書 化工設(shè)計(jì)和電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用

PAGE8成績化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：3.456萬噸/年苯—甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計(jì)姓名陳端班級(jí)化工07-2班學(xué)號(hào)完成日期2009-10-30指導(dǎo)教師梁伯行化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(化工07-1,2,3,4適用)設(shè)計(jì)說明書題目:3.456(萬噸/年)苯-甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)任務(wù)及條件(1).處理量:(3000＋本班學(xué)號(hào)×300)Kg/h(每年生產(chǎn)時(shí)間按7200小時(shí)計(jì));(2).進(jìn)料熱狀況參數(shù)：(2班)為0.20,(3).進(jìn)料組成:(2班)含苯為25％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)),(4).塔底產(chǎn)品含苯不大于2％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù));(5).塔頂產(chǎn)品中含苯為99％(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。裝置加熱介質(zhì)為過熱水蒸汽(溫度及壓力由常識(shí)自行指定),裝置冷卻介質(zhì)為25℃的清水或35℃的循環(huán)清水。設(shè)計(jì)說明書目錄(主要內(nèi)容)要求前言（說明設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)進(jìn)程及自認(rèn)達(dá)到的目的），裝置工藝流程(附圖)及工藝流程說明裝置物料衡算精餾塔工藝操作參數(shù)確定適宜回流比下理論塔板數(shù)及實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算精餾塔主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定精餾塔最大負(fù)荷截面處T-1型浮閥塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定裝置熱衡算初算確定全凝器、再沸器型號(hào)及其他換熱器型號(hào)裝置配管及機(jī)泵選型適宜回流比經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)驗(yàn)算(不少于3個(gè)回流比比較)精餾塔主要工藝和主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)結(jié)果匯總及評(píng)價(jià)附圖:裝置工藝流程圖、裝置布置圖、精餾塔結(jié)構(gòu)簡圖(手繪圖)。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及參考書目6000元/(平方米塔壁)(塔徑1.1～1.4m乘1.3,塔徑1.5～1.8m乘2.0,塔徑1.9m以上乘2.8),4500元/(平方米塔板),4000元/(平方米傳熱面積),16元/(噸新鮮水),8元/(噸循環(huán)水),250元/(噸加熱水蒸汽),設(shè)備使用年限10年,裝置主要固定資產(chǎn)年折舊率為10%,銀行借貸平均年利息12.5%。夏清陳常貴主編《化工原理》(上.下)冊修訂本【M】天津;天津大學(xué)出版社2005賈紹文《化工原理課程設(shè)計(jì)》【M】天津;天津大學(xué)出版社2002目錄一、TOC\o\h\z\u前言5 2.1處理量確定52.2設(shè)計(jì)題目與進(jìn)程52.3概述52.4設(shè)計(jì)方案52.4.1塔設(shè)備的工業(yè)要求52.4.2工藝流程如下62.4.3流程的說明6三、精餾塔設(shè)計(jì)63.1工藝條件的確定63.1.1苯與甲苯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)63.1.2溫度的條件73.1.3操作壓力選定73.2精餾塔物料恒算73.2.1摩爾分?jǐn)?shù)73.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾量73.2.3質(zhì)量物料恒算與負(fù)荷計(jì)算及其結(jié)果表83.3塔板數(shù)計(jì)算83.3.1.理論塔板數(shù)83.3.2做X-Y曲線83.3.3求Rmin83.3.4求理論塔板數(shù)83.3.5求平均塔效率ET83.3.6求實(shí)際塔板數(shù)83.4有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算(以精餾段R1為例)93.4.1平均壓力計(jì)算93.4.2平均摩爾質(zhì)量計(jì)算93.4.3平均密度計(jì)算93.4.4液體平均表面張力計(jì)算93.3.2.5液體的平均粘度103.5精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算103.5.1負(fù)荷計(jì)算103.5.1.1摩爾計(jì)算：103.5.1.2同理得質(zhì)量計(jì)算：103.5.1.3不同回流比的負(fù)荷結(jié)果103.5.1.4Vs和Ls計(jì)算103.5.2塔徑的計(jì)算103.5.3精餾塔有效高度的計(jì)算113.5.4塔頂、塔底空間113.5.4.1塔頂空間HD113.5.4.2塔底空間HB113.5.5塔壁厚計(jì)算123.6.F1型浮閥塔板設(shè)計(jì)123.6.1溢流裝置123.6.1.1.堰長lw123.6.1.2.出口堰高h(yuǎn)w123.6.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af：123.6.1.4降液管底隙高度ho123.6.2塔板布置及浮閥數(shù)目與排列123.6.3塔板流體力學(xué)驗(yàn)算133.6.3.1氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降133.6.3.2淹塔143.6.3.3霧沫夾帶143.6.4塔板的負(fù)荷性能143.6.4.1霧沫夾帶線153.6.4.2液泛線153.6.4.3液體負(fù)荷上限線153.6.4.4漏夜線163.6.4.5液相負(fù)荷下限線163.7.操作彈性計(jì)算16四.熱平衡確定熱換器164.1.塔頂全凝器164.1.1熱負(fù)荷Qc164.1.2傳熱面積A174.1.2.1求平均溫度174.1.2.2K值選定174.1.2.3傳熱面積A174.1.3循環(huán)水的用量計(jì)算174.1.4熱換器選用174.2.塔底再沸器184.2.1熱負(fù)荷QB184.2.2傳熱面積A18 4.2.2.1求平均溫度184.2.2.2傳熱面積A計(jì)算18 4.2.3過熱蒸汽的用量18 4.2.4再沸器的選用184.3.原料預(yù)熱器194.3.1求平均溫度19 4.3.2求比熱和傳熱的熱量194.3.3塔底產(chǎn)品預(yù)熱給的熱量19 4.3.3傳熱面積和過熱蒸汽的用量計(jì)算19 4.3.4預(yù)熱器選用194.4塔釜產(chǎn)品冷卻器 19五、經(jīng)濟(jì)估算205.1塔主要設(shè)備經(jīng)費(fèi)計(jì)算（R1為例）205.1.1塔壁面積計(jì)算205.1.2塔板面積計(jì)算205.1.3主要塔設(shè)備費(fèi)用計(jì)算205.1.4固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用205.2主要操作費(fèi)計(jì)算（10年）（R1為例）205.2.1.清水用量費(fèi)用205.2.2過熱蒸汽的用量費(fèi)用205.2.3設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的總費(fèi)用p215.2.4銀行利息后的總成本P總215.3回流比的選擇21六、精餾塔附件及其重量計(jì)算216.1.儲(chǔ)罐216.2.精餾塔接管尺寸216.2.1進(jìn)料管線管徑216.3.泵的選用226.4精餾塔重量計(jì)算22七．設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表23八.個(gè)人總結(jié)及對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述24九.參考文獻(xiàn)24十、附圖25-32一、前言化工原理課程設(shè)計(jì)是理論系實(shí)際的橋梁，是讓學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設(shè)計(jì)，要求我們能夠綜合運(yùn)用化工原理上下冊的基本知識(shí)，進(jìn)行融匯貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到以化工單元操作為主的化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，我們了解到工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握典型單元操作設(shè)計(jì)的主要程序和方法，培養(yǎng)了分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。二、設(shè)計(jì)方案的確定2.1處理量確定依設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，處理量為:300+6*300=4800Kg/h,4800*7200=3.456萬噸/年2.2設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)進(jìn)程該次設(shè)計(jì)題目為：3.456萬噸/年苯—甲苯連續(xù)精餾裝置工藝設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)為倆周，安排如下：表2-1.進(jìn)程表找數(shù)據(jù)與上課全部設(shè)計(jì)計(jì)算畫圖寫說明書第一周的周一、二第一周的周三到周日第二周的周一到周四剩余時(shí)間2.3概述塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔和填料塔。板式塔大致可分為兩類：有降液管的塔板和無降液管的塔板。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收和解吸等過程。其主要特點(diǎn)是在塔板的開孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥，氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥塔的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價(jià)低，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單.浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥，此型又分為F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮閥結(jié)構(gòu)較簡單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB－1118－81）。其閥孔直徑為39mm，重閥質(zhì)量為33g，輕閥為25g。一般多采用重閥，因其操作穩(wěn)定性好。2.4設(shè)計(jì)方案2.4.1塔設(shè)備的工業(yè)要求總的要求是在符合生產(chǎn)工藝條件下，盡可能多的使用新技術(shù)，節(jié)約能源和成本，少量的污染。精餾塔對(duì)塔設(shè)備的要求大致如下：一：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會(huì)產(chǎn)生液泛等不正常流動(dòng)。二：效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。

三：流體阻力小：流體通過塔設(shè)備時(shí)阻力降小，可以節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用，在減壓操作是時(shí)，易于達(dá)到所要求的真空度。

四：有一定的操作彈性：當(dāng)氣液相流率有一定波動(dòng)時(shí)，兩相均能維持正常的流動(dòng)，而且不會(huì)使效率發(fā)生較大的變化。

五：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，安裝檢修方便。

六：能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等.2.4.2工藝流程如下：苯與甲苯混合液（原料儲(chǔ)罐）→原料預(yù)熱器→浮閥精餾塔（塔頂：→全凝器→分配器→部分回流，部分進(jìn)入冷卻器→產(chǎn)品儲(chǔ)罐）(塔釜：再沸器→冷卻器→產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)罐）2.4.3流程的說明

本方案主要是采用浮閥塔，苯和甲苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到103.5度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與甲苯的分離。本次設(shè)計(jì)的要求是先算出最小回流比，然后隨意選三個(gè)系數(shù)得到三個(gè)回流比，最后比較那個(gè)最好，而不是找出最佳的回流比。三、精餾塔設(shè)計(jì)3.1工藝條件的確定3.1.1苯與甲苯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表3-1相平衡數(shù)據(jù)溫度/℃80.1859095100105110.6POA

/Kpa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.0POB

/Kpa40465463.374.386101.332.542.512.462.412.37x1.000.7800.5810.4120.2580.1300y1.000.8970.7730.6330.4610.2690表3-2苯與甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式相對(duì)分子量沸點(diǎn)/℃臨界溫度/℃臨界壓力/Pa苯C6H678.1180.1288.56833.4甲苯C6H5CH392.13110.6318.574107.7表3-3Antoine常數(shù)值組分ABC苯6.0231206.35220.24甲苯6.0781343.94219.58表3-4苯與甲苯的液相密度溫度/℃8090100110120810800.2792.5780.3768.9815803.9790.3780.3770.9表3-5液體的表面張力溫度/℃809010011012021.2720.0618.8517.6616.4921.6920.5919.9418.4117.31表3-6液體的黏度溫度/℃80901001101200.3080.2790.2550.2330.2150.3110.2860.2640.2540.228表3.7液體的汽化熱溫度/℃8090100110120苯/(KJ/Kg)384.1386.9379.3371.5363.2甲苯/(KJ/Kg)379.9373.8367.6361.2354.63.1.2溫度的條件：假定常壓，作出苯—甲苯混合液的t-x-y圖，如后附圖所示。依任務(wù)書，可算出：xf=(0.25/78.11)/(0.25/78.11+0.75/92.13)=0.282;同理，xD=0.992，xw=0.024查t-x-y圖可得，tD=80.6℃,tW=109.7℃,tF精餾段平均溫度tm=（80.6*103.5）1/2=91.343.1.3操作壓力選定最底操作壓力：取回流罐物料的溫度為45℃，查手冊得POA

=29.33Kpa，POB

=10.00Kpa.由泡點(diǎn)方程XD=(Pmin-POB)/(POA

-POB)=0.992,可得Pmin=29.18Kpa.取塔頂操作壓力P=1.5P03.2精餾塔物料恒算3.2.1摩爾分?jǐn)?shù)由以上可知，摩爾分?jǐn)?shù)為xf=0.282，xD=0.992，xw=0.0243.2.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾量MF=xFMA+(1-xF)MB=0.282×78.11+（1-0.282）×92.13=88.18kg/kmol，MD=xDMA+(1-xD)MB=0.992×78.11+(1-0.992)×92.13=78.22kg/kmol，MW=xWMA+(1-xW)MB=0.024×78.11+(1-0.024)×92.13=91.79kg/kmol3.2.3質(zhì)量物料恒算與負(fù)荷計(jì)算及其結(jié)果表總物料衡算

D+W=4800

（1）易揮發(fā)組分物料衡算

0.99D+0.02W=0.25×4800

（2）聯(lián)立（1）、（2）解得：F=4800kg/h=1.33

kg/s=3.456萬噸/年

,F=4800/88.18=54.43kmol/h=0.015kmol/sW=3661.9kg/h=

1.02kg/s=

2.637萬噸/年,W=3661.9/91.79=39.92kmol/h=0.011kmol/sD=1138.1kg/h

=0.32

kg/s

=0.81萬噸/年,D=1138.1/78.22=14.51kmol/h=0.004kmol/s表3-8物料恒算表物料kg/hkg/s萬噸/年kmol/hkmol/sF48001.333.45654.430.015D1138.10.320.81914.510.004W3661.91.022.63739.920.0113.3塔板數(shù)計(jì)算3.3.1.理論塔板數(shù)3.3.2做X-Y曲線作出苯與甲苯的X-Y圖如后面的附圖所示，因P=1.2P0故可不對(duì)X-Y圖進(jìn)行修正3.3.3求Rmin依Q線斜率K=-0.2/0.8=-0.25，且通過(XF,XF)=(0.282,0.282),作出Q線與平衡線交一點(diǎn)(Xq,Yq)=（0.167，0.32），故Rmin=(XD-Yq)/(Yq-Xq)=(0.992-0.32)/(0.32-0.167)=4.39,3.3.4求理論塔板數(shù)取R1=1.2Rmin=5.3，故可求精餾段操作方程為：y=0.841x+0.157,提餾段操作方程為：y=1.834x-0.02，用圖解法求出理論塔板數(shù)NT=18,進(jìn)料板為第10層。同理得出R2=1.5Rmin=6.595時(shí)，精餾段操作方程為：y=0.881x+0.118,提餾段操作方程為：y=1.51x-0.012NT=14,進(jìn)料板為第9層R3=1.9Rmin=8.34時(shí),精餾段操作方程為：y=0.893x+0.106,提餾段操作方程為：y=1.434x-0.010NT=13,進(jìn)料板為第8層

3.3.5求平均塔效率ET塔頂與塔底的平均溫度：tm=(80.6*109.7)0.5=94.03分別算出t=94.03℃下得相對(duì)揮發(fā)度和μL如下：=POA/POB

=152.91Kpa/62.03Kpa=2.47,有t-x-y圖查得該溫度下XA=0.45

μm=xAμ苯+（1-xA）μ甲苯=0.45*0.2754+0.55*0.0.2804=0.278故*μm=0.69查塔效率關(guān)聯(lián)曲線得ET=0.533.3.6求實(shí)際塔板數(shù)精餾段實(shí)際塔板數(shù)N精=9/0.53=16.98=17;提餾段實(shí)際塔板數(shù)N提=8/0.53=16全塔實(shí)際塔板數(shù)N=18/0.53=34同理可得，R2和R3得如下：R2=1.5Rmin=7.395精餾段實(shí)際塔板數(shù)N精=15，提餾段實(shí)際塔板數(shù)N提=10，全塔實(shí)際塔板數(shù)N=26R3=1.9Rmin=8.34時(shí),精餾段實(shí)際塔板數(shù)N精=14，提餾段實(shí)際塔板數(shù)N提=10，全塔實(shí)際塔板數(shù)N=253.4有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算(以精餾段R1為例)3.4.1平均壓力計(jì)算取每層壓降為，那么進(jìn)料板的壓力P=152+0.7*10=159KPa精餾段的平均壓力位Pm=(152+159)/2=155.5KPa同理其他回流比計(jì)算結(jié)果如下表：表3-9壓力表RR1R2R3進(jìn)料板壓力/KPa159158.3157.6精餾段平均壓力/KPa155.5155.15154.83.4.2平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由xD=y1=0.992查t-x-y圖得x1=0.983塔頂氣相平均摩爾分子量MVmD=y1MA+(1-y1)MB=0.992*78.11+0.08*92.13=78.22Kg/Kmol塔頂液相平均摩爾分子量MLmD=x1MA+(1-x1)MB=0.983*78.11+0.017*92.13=78.38Kg/Kmol由xF=0.282,查t-x-y圖知:yF=0.491進(jìn)料板氣相平均摩爾分子量MVmF=yFMA+(1-yF)MB=0.491*78.11+0.509*92.13=85.25Kg/Kmol進(jìn)料板液相平均摩爾分子量MLmF=xFMA+(1-xF)MB=0.282*78.11+0.718*92.13=88.18Kg/Kmol精餾段氣相平均摩爾分子量精餾段液相平均摩爾分子量3.4.3平均密度計(jì)算A.氣相平均密度=Pm*Mm/RTm=155.5*78.22/(8.314*(91.34+273.15))=4.01Kg/m3同理計(jì)算出其他回流比R2和R3的分別為：4.00Kg/Kmol和4.00Kg/KmolB.液相的平均密度：塔頂平均密度由tD=80.6℃,查手冊得ρA=814.4Kg/m3,ρB=809.5Kg/mρLDm=1/(0.99/814.4+0.01/809.5)=814.4Kg/m3進(jìn)料板平均密度tF=103.5℃ρA=790.2Kg/m3，ρB=789.9Kg/m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：aA=0.282*78.11/(0.282*78.11+0.718*92.13)=0.25ρLFm=1/(0.25/790.2+0.75/789.9)=789.97Kg/m3精餾段液相平均密度為ρLm=（ρLDm+ρLFm）/2=802.15Kg/m33.4.4液體平均表面張力計(jì)算由塔頂溫度t=80.6℃表3-10塔頂苯-甲苯表面張力組分苯(A)甲苯(B)表面張力21.2022.10塔頂表面張力：σm，頂=0.992×21.20+(1-0.992)×22.10=21.20mN/m由進(jìn)料溫度t=103.5℃表3-11進(jìn)料苯-甲苯表面張力組分苯(A)甲苯(B)表面張力18.2019.60進(jìn)料板的表面張力：σm，進(jìn)=0.282×18.20+(1-0.282)×19.60=19.20mN/m則精餾段平均表面張力為：σm，精=（σm，頂+σm，進(jìn)）/2=20.20mN/m3.3.2.5液體的平均粘度由塔頂溫度t=80.6℃時(shí)，查手冊得μA=0.309mPa.S,μBμL頂=0.992×0.309+(1-0.992)×0.315=0.309mPas由進(jìn)料溫度t=103.5℃時(shí),查苯-甲苯粘度為：μAμB=0.261mPasμL進(jìn)=0.282×0.254+(1-0.282)×0.261=0.59mPas精餾段液相平均粘度μL(精)=（μL頂+μL進(jìn)）/2=0.284mPas3.5精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算3.5.1負(fù)荷計(jì)算R1=5.33.5.1.1摩爾計(jì)算：L=RD=5.3*14.51=76.90kmol/h=0.021kmol/s,V=(R+1)D=6.3*14.51=91.41kmol/h=0.025kmol/sL′=L+qF=76.90+0.2*54.43=87.79kmol/h=0.024kmol/sV′=V+(q-1)F=91.41-0.8*54.43=47.89kmol/h=0.013kmol/s3.5.1.2同理得質(zhì)量計(jì)算：L=6031.93kg/h=1.68kg/s,V=7170.03kg/h=1.99kgL′=6991.93kg/h=1.94kg/s,V′=3330.03kg/h=0.93kg3.5.1.3不同回流比的負(fù)荷結(jié)果同理得出R2=1.5Rmin=6.585和R3=1.9Rmin=8.34得負(fù)荷計(jì)算，三個(gè)回流比計(jì)算結(jié)果如下表：表3-12摩爾負(fù)荷RLVL′V′kmol/hkmol/skmol/hkmol/skmol/hkmol/skmol/hkmol/sR176.900.02191.410.02587.790.02447.890.013R2107.300.030121.730.034118.190.03374.490.021R3121.010.034135.430.038131.900.03791.890.0286表3-13質(zhì)量負(fù)荷RLVL′V′kg/hkg/skg/hkg/skg/hkg/skg/hkg/sR16031.931.687170.031.996991.931.943330.030.93R28416.252.349554.352.659376.252.605714.351.59R39491.752.6410629.852.9510292.422.866789.851.893.5.1.4Vs和Ls計(jì)算以R1=5.3為例Vs=V*MVm/(3600*)=91.41*81.74/(3600*4.01)=0.518m3/sLs=V*MLm/(3600*)=76.90*83.28/(3600*802.15)=0.0022m3/s同理得R2和R3,總的結(jié)果如下表表3-13Vs和Ls值表RVs/(m3/s)Ls/(m3/s)R10.5180.0022R20.6910.0031R30.7690.00343.5.2塔徑的計(jì)算以R1=5.3為例查塔間距與塔徑關(guān)系表，初選HT=0.45m,取板上液層高度hL=0.07m那么HT-hL=0.38m查史密斯關(guān)聯(lián)圖得，C20=0.0825，取安全系數(shù)為0.8，那么u=0.8umax=0.8*1.167=0.934m/s塔徑D為：按標(biāo)準(zhǔn)圓整后取D=1.0m塔截面積實(shí)際空塔氣速：同樣計(jì)算出R2和R3，其總結(jié)果如下表表3-14塔徑及其有關(guān)數(shù)據(jù)表RC20Cumax/(m/s)u/(m/s)D(/m)圓整后D(/m)AT(/m2)實(shí)際u/(m/s)R10.08250.08271.1670.9340.8381.00.7850.660R20.08020.08041.1360.9090.9841.21.1300.612R30.08040.08061.1390.9111.041.21.1300.6813.5.3精餾塔有效高度的計(jì)算以R1=5.3為例除人孔板層后精餾段有效高度：Z精=（N精-2）*HT=15*0.45=6.75m精餾段有效高度：Z提=（N提-2）*HT=14*0.45=6.3m在進(jìn)料板、塔頂、第九層、第27層、塔底分別設(shè)一個(gè)人孔，其塔板距為0.8m.故精餾塔的有效高度為Z=6.75+6.3+0.8*3=15.05m同理計(jì)算出其他回流比及總結(jié)果如下表：表3-15塔有效高度及人孔表RZ精/mZ提/m人孔數(shù)塔有效高度Z/mR16.756.3515.05R25.853.6511.85R35.44.05411.053.5.4塔頂、塔底空間3.5.4.1塔頂空間HD取塔頂HD=2.0HT=2*0.45=0.9m3.5.4.2塔底空間HB假定塔底空間依儲(chǔ)存液量停留5分鐘，那么塔底液高h(yuǎn)=V/A=Ls*5*60/0.785=0.0022*300/0.785=0.84m取塔底液面距最下面一層板留1.16米，故塔底空間HB=0.84+1.16=2m可見，三個(gè)回流比的HB都可取2米。3.5.5塔壁厚計(jì)算取每年腐蝕1.5mm，因限制用年數(shù)為10年，那么壁厚故按標(biāo)準(zhǔn)，取壁厚25mm同理可得出其他回流比的值，總結(jié)果如下表：表3-16塔頂、塔底和壁厚表R塔頂空間HD/m塔底液高h(yuǎn)/m塔底空間HB/m塔體壁厚/mmR10.90.42225R20.90.59225R30.90.452253.6.F1型浮閥塔板設(shè)計(jì)以R1=5.3為例3.6.1溢流裝置選用單溢流方形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，各項(xiàng)計(jì)算如下：3.6.1.1.堰長lw:取堰長lw=0.66D=0.66m3.6.1.2.出口堰高h(yuǎn)w:hw=hL-how,，近似取E=1，Lh=Ls*3600=0.0022*3600=7.92m3故how=0.015m則hw=hL-how=0.07-0.015=0.065m3.6.1.3弓形降液管寬度Wd和面積Af：由lw/D=0.66/1=0.66,查弓形降液管的寬度和面積圖可得，Af/AT=0.0721，Wd/D=0.124故Af=0.0721*0.785=0.0566m2,Wd=0.124*1=驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：故降液管尺寸可用。3.6.1.4降液管底隙高度ho可取降液管底隙處液體流速取uo'=0.13m/s則ho=0.0022/(0.66*0.13)=0.0256m合理同理可得出其他回流比的各項(xiàng)計(jì)算，總結(jié)果如下表：表3-17溢流裝置參數(shù)表R堰上液層高度h0/m堰長lw/m出口堰高h(yuǎn)w/m降液管寬度Wd/m降液管的面積Af/m2停留時(shí)間θ/S底隙高度ho/mR10.0150660.0550.1240.056611.580.026R20.0170.7920.0530.1450.081511.830.030R30.0180.7920.0520.1450.081510.790.0333.6.2塔板布置及浮閥數(shù)目與排列選用F1型重閥，閥孔直徑d0=39mm，底邊孔中心距t=75mm取閥孔動(dòng)能因子F0=10，孔速每一層塔板上的浮閥數(shù)N：取邊緣區(qū)域?qū)挾萕c=0.06m Ws=0.10m塔板上的鼓泡面積R=D/2-Wc==0.5-0.06=0.44mx=D/2-(Wd+Ws)=0.5-(0.124+0.10)=0.276m把數(shù)據(jù)代入得Aa=0.4516浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一排的孔心距t=75mm=0.075m則估算排間距考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊版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69.2mm故取t’=65mm=0.065m，按t=75mm，t’=65mm，以等腰三角形叉排方式作圖，或者查標(biāo)準(zhǔn)可得閥數(shù)76個(gè).按N=76重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)。閥孔動(dòng)能因數(shù)F0變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。塔板開孔率=u/u0=0.66/5.71=11.56%同理，得出其他回流比總結(jié)果如下表：表3-18塔板參數(shù)表Ru0/(m/s)初算浮閥數(shù)NAa/m2R/mX/m初算t'/mm最后t'/mm最后確定N最后u0/m/sF0開孔率/%R14.99870.45160.440.27669.265765.7111.4311.56R251150.70710.540.35582651184.909.8012.49R351280.70710.540.35573651185.4610.9212.473.6.3塔板流體力學(xué)驗(yàn)算3.6.3.1氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降：干板阻力:因?yàn)閡o>uocB.板上充氣液層阻力:由液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù) ξ0=0.5hI=ξ0hL=0.5*0.07=0.035m液柱C.液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，可以忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐邽閔p=0.044+0.035=0.079m液柱.則單板壓降△＜700Pa故設(shè)計(jì)合理。同理算出其他回流比R2、R3的hp為0.068m和0.076m，同樣也設(shè)計(jì)合理。3.6.3.2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層高度，Hd≤φ(HT+hw)其中Hd=hp+hL+hd依前面可知，hp=0.069m液柱液體通過降液管的壓頭損失，因不設(shè)進(jìn)口堰，故，同理得出其他回流比R2和R3的hd分別為：0.0026和0.00259.C.板上液層高度，前已選定hL=0.07m則Hd=0.079+0.07+0.00251=0.1515m取φ=0.5又已選定HT=0.45m，hw=0.055m，則φ(HT+hw)=0.5×（0.45+0.055）=0.2525m可見Hd＜φ(HT+hw),符合防止淹塔的要求.同理得出其他回流比R2和R3的Hd分別為：0.141m和0.149m.3.6.3.3霧沫夾帶泛點(diǎn)率a式板上液體流經(jīng)長度ZL=D-2Wd=1-2*0.124=0.752m板上液體面積Ab=AT-2Af=0.785-2*0.0566=0.6718m苯和甲苯按正常系統(tǒng)取物性系數(shù)K=1.0，由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖查得CF=0.128泛點(diǎn)率=-b試泛點(diǎn)率=依倆式算出泛點(diǎn)率均在80％以下，故知霧沫夾帶量能滿足ev＜0.1kg液/kg氣的要求同理算出其他回流比的總結(jié)果如下表：表3-19泛點(diǎn)率有關(guān)數(shù)據(jù)表RZL/mAb/m2a式泛點(diǎn)率/%B式泛點(diǎn)率/%R10.7520.671845.346.8R20.910.96742.943.4R30.910.96747.448.33.6.4塔板的負(fù)荷性能圖以R1為例.3.6.4.1霧沫夾帶線依據(jù)泛點(diǎn)率,按泛點(diǎn)率=80%，代人數(shù)據(jù)化簡整理得：Vs=-14.43Ls+0.97,作出霧沫夾帶線(1)如附圖中Vs—Ls圖所示。同理算出其他回流比R2和R3的霧沫夾帶線分別如下：Vs=-17.48Ls+1.75和Vs=-17.48Ls+1.753.6.4.2液泛線依前可知hp=hc+hI+hσHd=hp+hL+hdHd＜φ(HT+hw)得：φ(HT+hw)=由此式確定液泛線，忽略hσ項(xiàng)。即：因HT,hw、ho、lw、，把有關(guān)數(shù)據(jù)代人整理得液泛線：任意取四點(diǎn)坐標(biāo)如下：（0.001，0.973）,(0.005,0.847),(0.010,0.587),和（0.012，0.397）在Vs-Ls圖中作出液泛線（2），同理得出其他回流比R2和R3得液泛線如下：和3.6.4.3液體負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3-5s，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間.=3—5S，則液相負(fù)荷上限線（3）在VS—LS圖中為與氣相流量無關(guān)的垂線。同理得出其他回流比R2和R3得液體負(fù)荷上限線如下：和3.6.4.4漏夜線對(duì)于F1型重閥，依據(jù)計(jì)算，則 又知?jiǎng)t作氣相負(fù)荷下限線（4）同理得出其他回流比R2和R3得漏夜線如下：和3.6.4.5液相負(fù)荷下限線取堰上液層上高度how=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，即=0.006m從而計(jì)算出下限值，取E=1.02則，依此作出液相負(fù)荷下限線(5)，該線為氣相流出無關(guān)的豎直線。同理得出其他回流比R2和R3漏夜線如下：和3.7.操作彈性計(jì)算依附圖中的R1Vs-Ls圖可知，由，得因故操作彈性=VSmax/VSmin=0.843/0.227=3.71同理得出其他回流比R2和R3操作彈性分別如下：3.72和3.73四.熱平衡確定熱換器4.1.塔頂全凝器以R1=5.3為例4.1.1熱負(fù)荷Qc以1秒鐘計(jì)算查手冊對(duì)應(yīng)的溫度得:從氣相變?yōu)橐合?，溫度不變。從液相變?yōu)橐合嗟?，溫度變化。故總的?fù)荷同理得出其他回流比R2和R3的QC如下：表4-1熱負(fù)荷表RQC1/KJ/SQC2/KJ/SQC/KJ/SR1810120930R21073.5140.81214.3R31194.3156.61350.94.1.2傳熱面積A4.1.2.1求平均溫度依以上可知T塔頂（80.6℃）→TD(45t2(45℃)←t1(2535.4℃20故℃4.1.2.2K值選定因?qū)儆谝骸麄鳠?，故可取K=1000w/m2.℃4.1.2.3傳熱面積A同理得出其他回流比R2和R3的傳熱面積A分別如下：A=45.0m2和4.1.3清水的用量計(jì)算依查手冊t=35.0℃時(shí)水的比熱Cp=0.997kcal/kg=4171.5J/kg℃,故把數(shù)據(jù)代人求得m=11.15kg故一年的用水量同理得出其他回流比R2和R3的m總分別如下：表4-2循環(huán)水的用量表Rm/kg/sm總/萬噸/年R111.1528.9R214.5537.71R316.1941.964.1.4換熱器選用選用U型管式換熱器，JB/T4717-92，DN=500mm,排管數(shù)n=28,熱換面積A=39.7m2,換熱管長L=3m同理可得其他回流比R2和R3分別為：選用U型管式換熱器，JB/T4717-92，DN=400mm,排管數(shù)n=56,熱換面積A=23.8m2,換熱管長L=3m選用U型管式換熱器，JB/T4717-92，DN=500mm,排管數(shù)n=56,熱換面積A=25.7m2,換熱管長L=3m4.2.塔底再沸器4.2.1熱負(fù)荷QB以1秒質(zhì)量來算查手冊對(duì)應(yīng)的溫度并依下式計(jì)算得:從前面可知F、W、D和Qc的值，并分別把它們的值代人上式可得：QB=905.90KJ/S,同理得出其他回流比R2和R3的QB分別如下：QB=1190.20KJ/S，QB=1326.80KJ/S4.2.2傳熱面積A4.2.2.1求平均溫度過熱蒸汽的溫度為320℃T:T1=320℃→tw+50=109.7+50=T:109.7℃→109.7:210.3℃50故 4.2.2.2傳熱面積A計(jì)算因?qū)儆谝骸麄鳠?，故可取K=1000w/m2.℃，同理可得出其他回流比R2和R3的A分別如下:10.67m2和4.2.3過熱蒸汽的用量過熱蒸汽經(jīng)過以下過程：從320℃過熱蒸汽→飽和蒸汽（164.97→159.7℃查手冊得320℃時(shí)H=3100.9J/g,飽和蒸汽焓H=2768.5J/g,159.7那么每克過熱蒸汽放熱Q=(3100.9-2768.5)+(2768.5-2073.09)=1026.5J/g一年的QB總=QB*t=905.9*1000*3600*7200J=2.35*1013J，故一年的蒸汽用量m:m=QB總/Q=2.35/1026.5*1013g=2.29*同理得出其他回流比R2和R3的過熱蒸汽一年的用量QB總分別如下：30000噸和33500噸。4.2.4再沸器的選用選一臺(tái)立式熱虹吸式再沸器，DN=400mm,熱換面積為11m2,質(zhì)量m=533kg同理可得其他回流比R2和R3分別為：選一臺(tái)立式熱虹吸式再沸器，DN=400mm,熱換面積為11m2,質(zhì)量m=533kg選一臺(tái)立式熱虹吸式再沸器，DN=400mm,熱換面積為14m2,質(zhì)量m=650kg4.3.原料預(yù)熱器先用塔底產(chǎn)品預(yù)熱，再用過熱蒸汽預(yù)熱。4.3.1求平均溫度出料液溫度:t:35℃→過熱蒸汽溫度：T:320℃→164.974.3.2求比熱和傳熱的熱量查手冊得69.25℃的苯與甲苯的比熱并計(jì)算的混合物的比熱為：CP=0.25*1878.7+0.75*1866.1=1869.25J/Kg.℃氣相HA=533.6kj/kg,HB=523kj/kg傳熱的熱量Q1=mqCP*=1.33*1869.25*(103.5-35)/5=3.4*104J由XF=0.282,查yF=0.491氣相Q2=m*4/5*(0.491*533.6+0.509*523)=562KJ故Q=Q1+Q2=596KJ4.3.3塔底產(chǎn)品預(yù)熱給的熱量出料液溫度:t:109.7℃→W=1.02KJ/s，那么塔底產(chǎn)品每秒放出熱量為：那么每秒還要過熱蒸汽給原料供熱為Q：596KJ-361.59KJ=234.41KJ4.3.4傳熱面積和過熱蒸汽的用量計(jì)算同樣取K=1000w/m2.℃故熱蒸汽每秒的用量Q1=Q/(3100.9-2768.5)=0.71Kg故一年用量為:0.71*3600*7200=1.84萬噸/年4.3.5預(yù)熱器選用選用一臺(tái)固定管板式換熱器JB/T4715-92，DN=219mm,換熱面積A=3.7m24.4塔釜產(chǎn)品冷卻器因?qū)儆谝骸簜鳠幔室澜?jīng)驗(yàn)值可取K=600w/m2.℃產(chǎn)品溫度t:45℃→冷卻水的溫度t:45℃←45-25=20℃查得CP=4171.5J/Kg=224.7KJ/Kg,=200.0KJ/Kg熱量Q=m*(-)=1.02*24.7=25.2KJ冷水每秒的用量m=Q/(*CP)=25200/(20*4171.5)=0.3Kg傳熱面積A=Q/(K*)=25200/(600*14.4)=2.92m2冷卻器的選用：選用一臺(tái)固定管板式換熱器JB/T4715-92，DN=219mm,換熱面積A=3.7m2五.經(jīng)濟(jì)估算5.1塔主要設(shè)備經(jīng)費(fèi)計(jì)算（R1為例）5.1.1塔壁面積計(jì)算除倆端得封頭外，塔體的高度h=HB+HD+Z=2.0+0.9+15.05=17.95mD=1.0m故塔體截面積面積=AT=0.785m2塔壁S=A*h=17.95*0.785=14.09m查得封頭的面積A1=2*1.2096=2.0592m2故總面積A總=5.1.2塔板面積計(jì)算塔板面積A=AT*塔板數(shù)=0.785*34=26.69m5.1.3主要塔設(shè)備費(fèi)用計(jì)算依前面可知，全凝器傳熱面積A2=39.7*2=79.4m2,再沸器傳熱面積A3=11*2=22m預(yù)熱器和釜液冷卻器的傳熱面積分別為3.7*2=7.4m2和3.7*2=故塔設(shè)備經(jīng)費(fèi)I=A總*6000*1.3+A*4500+（A2+A3+7.4+7.4）*4000=723114.76元同理得出其他回流比R2和R3的主要塔設(shè)備費(fèi)用如下表：表4-3設(shè)備費(fèi)用表R塔體高度h/m塔壁面積S/m2塔板面積A/m2傳熱面積A2/m2塔設(shè)備總費(fèi)用I/元R118.816.844226.69116.2723114.76R215.219.235229.38132810244.56R314.7516.667528.25145.6839531.50 5.1.4因?yàn)樵O(shè)備可用10年，折舊率為10%，既r=1/n故資產(chǎn)殘余值可以忽略不計(jì)，固定資產(chǎn)折舊額D=資產(chǎn)原值P/n=P*r=723114.76*10%=72311.48元同理得出其他回流比R2和R3的折舊金額如下：81024.46元和83953.15元5.2主要操作費(fèi)計(jì)算（10年）（R1為例）5.2.1.清水用量費(fèi)用依據(jù)前面可知，每年塔頂冷凝器用水量Q1=2.89*105噸/年，釜液冷卻一年用水量Q2=0.3*3600*7200=0.78萬噸/年單價(jià)為16元/噸，故十年循環(huán)水費(fèi)用I1=（Q1+Q2）*10*16=4.75*107元同理得出其他回流比R2和R3的10年循環(huán)水費(fèi)用I1分別為：6.16*107元和6.84*107元5.2.2過熱蒸汽的用量費(fèi)用因?yàn)橐荒暝俜衅鞯挠昧縌3=22900噸,原料預(yù)熱器一年用的量為18400噸，單價(jià)為250元/噸，故十年的過熱蒸汽費(fèi)用I2=(Q3+18400）*250*10=1.03*108元同理得出其他回流比R2和R3的10年過熱蒸汽費(fèi)用I2分別為:1.21*108元和1.30*108元5.2.3設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用的總費(fèi)用p依以上可知P=72311.48+72311.48+47500000+103000000=1.51*108元同理得出其他回流比R2和R3的P如下：1.84*108元和1.99*108元5.2.4銀行利息后的總成本P總貸款年平均利息為0.125，P總=P*（1+0.125）10=4.90*108元，同理得出其他回流比R2和R3的10年總成本P總為5.98*108元和6.46*108元5.3回流比的選擇依據(jù)成本計(jì)算可知，R1的成本最小，且依Vs~Ls圖可知，操作點(diǎn)也是比較合理的位置，故這次回流比選R1進(jìn)行設(shè)計(jì)六、精餾塔附件及其重量計(jì)算6.1.儲(chǔ)罐回流罐：算出回流罐的容積回流罐通過的物流量，設(shè)冷凝液在回流罐中的停留時(shí)間為10分鐘，罐的填充系數(shù)取0.7，故容積同理得出其他儲(chǔ)罐：表4-3回流罐容積表名稱停留時(shí)間容積/m3回流罐10min2.13原料罐0.5h4.34塔頂產(chǎn)品罐72h143.74塔底產(chǎn)品罐72h477.16.2.精餾塔接管尺寸(只對(duì)于R1來說，因已確定回流比)6.2.1進(jìn)料管線管徑設(shè)原料流速u=0.5m/s,因那么管徑依據(jù)管材規(guī)格，應(yīng)該取管材，那么實(shí)際流速同理得出其他管徑如下表4.-4管路表管路進(jìn)料管釜液輸送管塔釜進(jìn)氣管塔頂冷凝液送管塔頂蒸氣管線流速m/s0.3120.36717.50.41015.35規(guī)格6.3.泵的選用.依揚(yáng)程H和流量Q來選。揚(yáng)程老師統(tǒng)一為60m,送原料的流量Qm=4800Kg/h，因進(jìn)料板的密度789.97Kg/m3體積流量QV=Qm/789.97=6.08m3/h,依IS型水泵系列特性曲線，可選用IS50-32-250,同理得出送塔頂回流液與送釜液用的泵分別如下：QV=7.07m3/h,選用IS50-32-250和QV=8.96m6.4精餾塔重量計(jì)算查手冊得封頭數(shù)據(jù)如下：DN=1000mm,曲面高h(yuǎn)1=250mm內(nèi)表面積S=1.21m2,容積V=0.162m3塔體選用16MnR材料，密度為7.85噸/m3筒體的體積計(jì)算：塔板的體積：AT=0.785m2,塔板數(shù)為34，板厚取6mm,故塔板體積為：V1=AT*34*0.006=塔壁的體積：依前面可知，塔壁的表面積S=16.8442m2壁厚為故塔壁的體積V2=S*壁厚=16.8442*0.025=0.421m塔體的重量為：（0.421+0.160）*7.85=4.56噸整個(gè)精餾塔的重量為：0.177*2+4.56=4.914噸七．設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算結(jié)果精餾段R1(最好)R2R31平均溫度tm℃91.3491.3491.342平均壓力Pmkpa155.5155.5155.53平均流量氣相Vsm3/s0.5180.6910.7694液相Lsm3/s0.00220.00310.00345實(shí)際塔板數(shù)Np塊3426256塔的有效高度Zm15.912.311.857塔徑Dm1.001.201.208板間距Hm0.450.450.459塔板溢流形式單流型單流型單流型10空塔氣速um/s0.6600.6120.68111溢流裝置溢流管形式弓形弓形弓形12溢流堰長度Lwm0.660.7920.79213溢流堰高度hwm0.0550.0530.05214板上液層高度hLm0.070.070.0715堰上液層高度howm0.0150.0170.01816安定區(qū)寬度Wsm0.100.100.1017開孔區(qū)到塔壁距離Wcm0.060.060.0618鼓泡面積Aam20.45160.70710.707119閥孔直徑dm0.0390.0390.03920浮閥數(shù)個(gè)n個(gè)7611811821閥孔氣速u0m/s5.714.905.4622閥孔動(dòng)能因數(shù)F011.439.8010.9223開孔率%11.5612.4912.4724孔心距tm0.0750.0750.07525排間距t′m0.0650.0650.06526塔板壓降ΔPkpa0.6220.5350.59827液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間s11.5811.8310.7928底隙高度hom0.0260.0300.03330泛點(diǎn)率，%45.3/46.842.9/43.447.4/48.331液相負(fù)荷上限Lsmaxm3/s0.00510.00130.007332液相負(fù)荷下限Lsminm3/s0.000560.000680.0006833氣相負(fù)荷下限Vsminm3/s0.2270.3520.35234操作彈性3.713.723.73八、個(gè)人總結(jié)及對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述通過查資料與多次的修改，這次化工原理課程設(shè)計(jì)，雖然只是對(duì)精餾段進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，但是也可以說是成功的。經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我更加深入了解到塔的種類及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，特別是浮閥塔和篩板塔的各自優(yōu)點(diǎn)，從這次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我更深入理解了精餾塔個(gè)個(gè)階段的不同因素，讓我對(duì)化工原理精餾塔這一章深入的了解，知道了最小回流比和它們對(duì)理論塔板數(shù)的影響等等。更重要是讓我進(jìn)一步感受到一些道理，萬事開始難，很多事情開端給人感覺很復(fù)雜，但當(dāng)你開始做后，思路就慢慢清晰啦；也有些事情，它們讓我們感覺到看起來很容易，但是具體做起來，就會(huì)有一大堆疑問滔滔而出啦，實(shí)踐才知道問題之所在。 此次設(shè)計(jì)的心得有以下幾點(diǎn)：對(duì)于設(shè)計(jì)而言數(shù)據(jù)必須自己查，并且盡可能保證數(shù)據(jù)的同一來源。對(duì)各公式的單位必須清楚，否則必然導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。對(duì)設(shè)計(jì)來說，耐心和細(xì)心同樣重要，缺一不可。如果有條件，盡量給別人看一下，自己的錯(cuò)誤自己不易發(fā)現(xiàn)。出現(xiàn)問題要認(rèn)真找出癥結(jié)所在，再根據(jù)理論調(diào)節(jié)各參數(shù)的取值范圍以達(dá)到要求。參考文獻(xiàn)

（1）匡國柱，史啟才主編《化工單元過程及設(shè)備課程教材》，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.1

（2）夏清、陳常貴主編《化工原理》上、下冊，天津大學(xué)出版社，2005.1（3）賈紹義、柴成敬主編的《化工原理課程設(shè)計(jì)》，天津大學(xué)出版社，2002.8（4）李功樣、陳蘭英、崔英德《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》，華南理工大學(xué)出版社，2003.4（5）陳均志、李磊編著《化工原理實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2008.7（6）北京石油設(shè)計(jì)院編《石油化工工藝計(jì)算圖表》，烴加工出版社，1985.12（3）謝端綬等合編《常用物料物性數(shù)據(jù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，1982.10（3）《》（3）VS-LS圖

電化學(xué)技術(shù)在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而不停地進(jìn)行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看,能源問題已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)具有戰(zhàn)略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的重要標(biāo)志,能源問題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風(fēng)能,地?zé)崮?海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風(fēng)能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲(chǔ)量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲(chǔ)量和使用量統(tǒng)計(jì),世界上煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴(yán)峻,據(jù)2002年統(tǒng)計(jì),中國煤,石油和天然氣的儲(chǔ)采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時(shí)間能使用化石能源.隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長,對(duì)能源的需求也持續(xù)攀升.我國一次能源消費(fèi)總量從1978年的5.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計(jì),我國在2004,2020和2050年的石油消費(fèi)量達(dá)3,4.5和6億噸,其中進(jìn)口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進(jìn)口量相當(dāng)于目前美國的石油進(jìn)口量,這不但會(huì)制約我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,而且對(duì)國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴(yán)重環(huán)境污染和氣候異?；剂显斐蓢?yán)重環(huán)境污染和氣候異常化石燃料的使用引起的環(huán)境污染,排放的CO2會(huì)造成溫室效應(yīng),使全球氣候變暖.有關(guān)機(jī)構(gòu)已向聯(lián)合國發(fā)出警告,如再不對(duì)CO2的排放采取嚴(yán)厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國的環(huán)境污染問題更是日趨嚴(yán)重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計(jì)到2025年,將位居第一.在本世紀(jì)初聯(lián)合國關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個(gè)環(huán)境污染最嚴(yán)重的城市中,七個(gè)在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟(jì)南和石家莊.4.21世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢世紀(jì)世界能源發(fā)展趨勢(1)節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費(fèi).目前節(jié)能技術(shù)水平已是一個(gè)國家能源利用情況的綜合性指標(biāo),也是一個(gè)國家總體科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志.許多研究報(bào)告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達(dá)國家的5-10倍,因此更應(yīng)重視節(jié)能技術(shù),我國應(yīng)該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預(yù)測,20世紀(jì)形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀(jì)轉(zhuǎn)換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀(jì)末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(huì)(WEC)和國際應(yīng)用分析系統(tǒng)研究所的研究報(bào)告認(rèn)為,在20世紀(jì)上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀(jì)下半葉,太陽能,生物質(zhì)能,風(fēng)能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲(chǔ)量較少,而煤炭儲(chǔ)量相對(duì)較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀(jì)上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術(shù)是潔凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù).(4)新化石能源的開發(fā)將得到強(qiáng)化新化石能源的開發(fā)將得到強(qiáng)化近年來發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發(fā)已經(jīng)受到特別的關(guān)注.據(jù)估計(jì),世界甲烷水合物的儲(chǔ)量可能超過石油,天然氣和煤炭儲(chǔ)量的總和.因此,甲烷水合物作為儲(chǔ)量巨大的未開發(fā)能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進(jìn)一步得到重視核能的利用將進(jìn)一步得到重視據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),在20世紀(jì)末,全世界運(yùn)行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個(gè)國家,近年來,由于擔(dān)心核電站運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性,核廢料對(duì)環(huán)境的影響和核技術(shù)擴(kuò)散對(duì)世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達(dá)國家已有下降趨勢,但在亞洲地區(qū)仍有強(qiáng)勁的增加趨勢,我國準(zhǔn)備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關(guān)心的技術(shù),因?yàn)樵诤Ｋ写蠹s有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術(shù)在21世紀(jì)能得到應(yīng)用,在21世紀(jì)末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對(duì)新能源的開發(fā)越來越重視.其中水力能,地?zé)崮?海洋能和風(fēng)能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點(diǎn).(1)生物質(zhì)來源豐富地球上每年生長的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開發(fā)的生物質(zhì)能總量可達(dá)4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)?；每捎行Ь徑馐澜缒茉垂┬杳?(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù)成熟,但效率低.(b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當(dāng)成熟.2002年全國已建1300多萬個(gè)沼氣池.(c)光熱轉(zhuǎn)化.通過氣化,裂解,光催化等技術(shù),獲得氣,液體燃料來發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn).(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過程不排放額外的CO2,而對(duì)環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃?xì)?實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問題2.生物質(zhì)能利用的問題生物質(zhì)能利用的缺點(diǎn)主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟(jì)的收集半徑在50公里以內(nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟(jì)效益,這是生物質(zhì)能至今未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實(shí)現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)?；檬瞧惹行枰鉀Q的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優(yōu)點(diǎn)太陽能的優(yōu)點(diǎn)(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內(nèi)部不停地進(jìn)行熱核反應(yīng),釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時(shí),相當(dāng)于74萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發(fā)太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽能發(fā)電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽能發(fā)電量已達(dá)800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個(gè)住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計(jì)劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應(yīng)清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達(dá)25年.太陽能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產(chǎn)值已達(dá)60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發(fā)太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降低成本,這對(duì)我國特別重要,目前我國生產(chǎn)太陽能電池的能力已達(dá)幾百兆瓦,但由于價(jià)格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術(shù),如光催化和光電催化制氫技術(shù)還沒成熟,沒有達(dá)到實(shí)用化的階段,應(yīng)該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點(diǎn)氫能的優(yōu)點(diǎn)(1)氫是自然界儲(chǔ)量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發(fā)電,通過燃料電池發(fā)電等.2.對(duì)氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會(huì).2003年在華盛頓召開15個(gè)國家和地區(qū)參加的"國際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.冰島計(jì)劃用40年時(shí)間將冰島建成"氫社會(huì)".布什將投資120億美元來促進(jìn)氫能源的發(fā)展.過去5年,工業(yè)化國家在氫能開發(fā)領(lǐng)域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進(jìn)入氫能時(shí)代已成為近年來的熱門話題,21世紀(jì)將是氫能世紀(jì).布什舉著使用氫燃料的照相機(jī)我國對(duì)發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴"會(huì)議.2004和2005舉辦了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟(jì)的中美雙邊會(huì)議.今年一月,中國科學(xué)院院士局召開了關(guān)于"石油替代能源"的研討會(huì),主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進(jìn)行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價(jià)格氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的價(jià)格問題,是影響走進(jìn)氫能時(shí)代的很關(guān)鍵的問題.要降低其價(jià)格,必須形成氫的制備,儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)木W(wǎng)絡(luò).(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問題(2)廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)清潔的制氫技術(shù)是各國科學(xué)家共同關(guān)心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術(shù)成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多,價(jià)格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲(chǔ)存,碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn),從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進(jìn)展不快,制氫效率低.(e)風(fēng)能制氫:用風(fēng)能發(fā)電來電解水產(chǎn)生氫,技術(shù)上沒有問題,降低成本和風(fēng)能發(fā)電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎(chǔ)研究階段,離商業(yè)化還有較遠(yuǎn)的距離.(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問題(3)氫的儲(chǔ)運(yùn)問題氫的儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)主要解決儲(chǔ)運(yùn)的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)不過關(guān),因此浪費(fèi)了許多氫.許多工業(yè)過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標(biāo)立方米以上.因此解決氫的儲(chǔ)運(yùn)問題也是走進(jìn)氫能時(shí)代的一個(gè)很關(guān)鍵的問題.目前氫的儲(chǔ)運(yùn)還有很大問題.(a)高壓儲(chǔ)氫:儲(chǔ)氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲(chǔ)氫:很不方便,儲(chǔ)氫設(shè)備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲(chǔ)氫:這是目前的研究熱點(diǎn),但儲(chǔ)氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲(chǔ)氫在3%,但儲(chǔ)放不可逆.熱門一時(shí)的納米碳管儲(chǔ)氫也已沒有了希望,最終的儲(chǔ)氫量也只有1%左右.(e)化合物儲(chǔ)氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進(jìn)氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,各國對(duì)燃料電池的研究十分重視.美國《時(shí)代周刊》把燃料電池列為21世紀(jì)十大高新科技之首,燃料電池已被認(rèn)為是21世紀(jì)極具應(yīng)用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點(diǎn),而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時(shí)才能商品化是一個(gè)與氫能利用密切相關(guān)的問題.4.反對(duì)氫能的意見4.反對(duì)氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會(huì)改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達(dá)15%.泄漏的氫會(huì)在大氣形成水霧,它會(huì)象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會(huì)產(chǎn)生很大的不安全性,手機(jī)等的火花就會(huì)使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地?zé)岷退娬井a(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風(fēng)能和太陽能.據(jù)估計(jì),如用風(fēng)能發(fā)電制氫,當(dāng)風(fēng)能發(fā)電量達(dá)到美國6%的用電量,風(fēng)能發(fā)電機(jī)要占的面積要有半個(gè)加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個(gè)微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費(fèi)大于氫燃料的研究經(jīng)費(fèi).美國推行"健康婚姻"的預(yù)算就有150億美元.美國用于伊拉克戰(zhàn)爭的經(jīng)費(fèi)每月390億美元.(7)氫燃料電池價(jià)格昂貴.目前內(nèi)燃機(jī)成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計(jì)大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費(fèi)大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點(diǎn).(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進(jìn)氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點(diǎn).2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)的方式將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只要連續(xù)供應(yīng)燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽極反應(yīng):H2=2H++2e陰極反應(yīng):1/2O2+2H++2e=H2O總的反應(yīng):H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池