【正文】 寸的計(jì)算 ……………………………………………………………… 14 溢流堰尺寸的計(jì)算 ……………………………………………………………… 15 武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 8 浮閥數(shù) 及排列方式 ……………………………………………………………… … 15 理論浮閥數(shù) ……………………………………………………………… …… 15 排列方式 ……………………………………………………………… ……… 15 實(shí)際浮閥數(shù) ……………………………………………………………… …… 16 塔板流動(dòng)性能 的 校核 …………………………………………………………… 16 液沫夾帶量校核 ……………………………………………………………… 16 塔板阻力 hf計(jì)算 ……………………………………………………………… 17 降液管泛液核算 ……………………………………………………………… 17 液體在降液管內(nèi)停留時(shí) 間 …………………………………………………… 18 嚴(yán)重漏液校準(zhǔn) …………… ………………………………………………… … 18 塔板的 負(fù)荷性能圖 ……………………………………………………………… 18 塔板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) ……………………………………………………………… … 20 五 ． 輔助設(shè)備的選型 及 計(jì)算 ………………………………………………………… 21 管路設(shè)計(jì)及 泵 ……………………………………………………………… …… 21 進(jìn)料管線管徑 ……………………………………………………………… … 21 管路設(shè)計(jì)及泵的選型 ………………………………………………………… 22 貯罐 ……………………………………………………………… ……………… 23 再沸器 ……………………………………………………………… …………… 25 冷凝器 ……………………………………………………………… …………… 25 六 ． 設(shè)計(jì)結(jié)果概要 …………………………………………………………… ……… 27 七 ． 對本設(shè)計(jì)的評述 ……………………………………………………………… … 29 …………………………………………………… 29 …………………………………… ………………………… … 29 八 ． 主要符號(hào)說明 ……………………………………………………………… …… 30 九 ． 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………… ……… 32 武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 9 一 . 概 述 精餾操作對塔設(shè)備的要求 塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成的常見操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法靜制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。 在化工廠、 石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能對于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例；它所耗用的鋼材重量在各類工藝設(shè)備中也屬較多。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。 目前，塔設(shè)備的種類很多，對塔設(shè)備進(jìn)行分類：①按操作壓力分有加壓塔，常壓塔，減壓塔；②按單元操作分有精餾塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反應(yīng)塔，干燥塔等；③按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分有填料塔，板式塔。目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的還是填 料塔和板式塔。 板式塔類型 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。 板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。 篩板塔 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： （ 1）結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 （ 2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。 （ 3）塔 板效率高，比泡罩塔高 15％左右。 （ 4）壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。 篩板塔的缺點(diǎn)是： 武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 10 （ 1） 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 （ 2）操作彈性較小 (約 2～ 3)。 （ 3）小孔篩板容易堵塞。 浮閥塔 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(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。 浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn)： （ 1） 生產(chǎn)能力比泡罩塔約大 20%～ 40%； （ 2） 氣體兩個(gè)極限負(fù)荷比為 5～ 6，操作彈性大； （ 3） 板效率比泡罩塔高 10%～ 15%；霧沫夾帶少，液面梯度??； 結(jié)構(gòu)難于泡罩塔與篩板塔之間；對物料的適應(yīng)性較好等，通量大、放大效應(yīng)小 。 正是因?yàn)楦￠y塔的這些優(yōu)點(diǎn)，在本次課程設(shè)計(jì)中，將采用浮閥塔進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟 本設(shè)計(jì)按以下幾個(gè)階段進(jìn)行： （ 1）設(shè)計(jì)方案確定和說明。根據(jù)給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、主要設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。 （ 2）蒸餾塔的工藝計(jì)算，確定塔高和塔徑。 （ 3）塔板設(shè)計(jì)：計(jì)算塔板各主要工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計(jì)算。接管尺寸、泵等，并 畫出塔的操作性能圖。 （ 4）管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型，如再沸器、冷凝器。 （ 5）撰 寫說明書。 （ 6）繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。 精餾過程模擬計(jì)算方法 本次精餾過程的模擬采用的時(shí)麻省理工學(xué)院開發(fā)的一種化工模擬軟件，該軟件功能十分強(qiáng)大。在課程設(shè)計(jì)中，首先在明確設(shè)計(jì)任務(wù)后輸入特定的條件，如待分離物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，分離后的產(chǎn)物摩爾分?jǐn)?shù)，精餾過程的溫度，壓力的數(shù)據(jù)。待這些必要的數(shù)據(jù)全部輸入后，系統(tǒng)將會(huì)模擬整個(gè)精餾過程。通過模擬，我們能得到許多有實(shí)際意義的數(shù)據(jù)，如回流比 等。由于篇幅所限，具體的 模擬過程計(jì)算再次不再詳述。 武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 11 二 工藝流程方案的說明和論證 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 乙苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾。精餾過程的 流程設(shè)計(jì) 如下： 工藝流程 如圖所示，原料液由高位槽經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┰俜衅髦性弦翰糠制?，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(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。為了使精餾塔連 續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵 ,有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和壓力表）。以測量物流的各項(xiàng)參數(shù)。 設(shè)計(jì)方案簡介 設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)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的 2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。具體如下： 塔型的選擇本設(shè)計(jì)中采用篩板塔。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價(jià)約為泡罩塔 的 60％，為浮閥塔的 80％左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15％。塔板效率高，比泡罩塔高 15％左右。壓降較武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 12 低。缺點(diǎn)是塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 加料方式和加料熱狀況的選擇：加料方式采用直接流入塔內(nèi)。雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料。 設(shè)計(jì)的依據(jù)與技術(shù)來源：本設(shè)計(jì)依據(jù)于精 餾的原理（即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使輕重組分分離），并在滿足工藝和操作的要求，滿足經(jīng)濟(jì)上的要求，保證生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上， 對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析并做出理論計(jì)算。 目前，精餾塔的設(shè)計(jì)方法以嚴(yán)格計(jì)算為主，也有一些簡化的模型，此次設(shè)計(jì)采用精確計(jì)算與軟件驗(yàn)算相結(jié)合的方法。 設(shè)計(jì)條件 進(jìn)料量 10950kg/h，壓力為 的物流泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：苯 、甲苯 、乙苯 、二甲苯 、二乙苯 、三乙苯 、焦油 、 水 。 要求塔頂餾出苯液中，苯含量不低于 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），釜液中苯含量低于 %。塔頂餾出液和釜液要求降至 40℃。 塔頂全凝器壓力為常壓 ，全凝器壓力降取 ，塔壓降取 被分離物質(zhì)的性質(zhì) 苯的沸點(diǎn)為 ℃，熔點(diǎn)為 ℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯比水密度低，密度為 ，但其分子質(zhì)量比水重。苯難溶于水， 1 升水中最多溶解 苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很 強(qiáng)。 乙苯是一個(gè)芳香族的有機(jī)化合物，主要用途是在石油化學(xué)工業(yè)作為生產(chǎn)苯乙烯的中間體，所制成的苯乙烯一般被用來制備常用的塑料制品 —— 聚苯乙烯。盡管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生產(chǎn)仍然是靠在酸催化下苯與乙烯反應(yīng)。乙苯經(jīng)過催化脫氫，生成氫氣和聚苯乙烯。乙苯也存在與某些顏料中。外觀與性狀： 無色液體，有芳香氣味。熔點(diǎn) (℃ )： 。沸點(diǎn) (℃ )： 。相對密度 (水 =1)： 。相對蒸汽密度 (空氣 =1)： 。飽和蒸汽壓 (kPa)： (℃ )。臨界溫度 (℃ )： 。臨 界壓力 (MPa)： 。閃點(diǎn) (℃ )： 15。引燃溫度 (℃ )： 432。溶解性：不武漢工程大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 13 溶于水，可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。摩爾折射率： ,摩爾體積（ m3/mol）：。等張比容（ ）： ,表面張力（ dyne/cm）： 。介電常數(shù)： ,偶極距（ 1024cm3）： ,