【正文】 1 南京工業(yè)大學(xué) 《化工原理》 課程設(shè)計 設(shè)計題目 甲醇 水二元體系連續(xù)浮閥精餾塔的工藝設(shè)計 學(xué)生姓名 鄒棟 班級、學(xué)號 化工 1011 班 29 號 指導(dǎo)教師姓名 馮 暉 課程設(shè)計時間 2021 年 12 月 24 日 2021 年 1 月 4 日 課程設(shè)計成績 百分制 權(quán)重 設(shè)計說明書、計算書及設(shè)計圖紙質(zhì)量， 70% 獨立工作能力、綜合能力、設(shè)計過程表現(xiàn)、設(shè)計答辯及回答問題情況，30% 設(shè)計最終成績（五級分制） 指導(dǎo)教師簽字 2 化學(xué)化工學(xué)院 課程名稱 化工原理課程設(shè)計 設(shè)計題目 甲醇 水二 元體系連續(xù)浮閥精餾塔的工藝設(shè)計 學(xué)生姓名 鄒棟 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班級學(xué)號 1001101129 設(shè)計日期 2021 年 12 月 24 日至 2021 年 1 月 4 日 設(shè)計條件及任務(wù)： 設(shè)計體系： 甲醇 — 水二元體系 設(shè)計條件 : 1．處理量 F： 330 （ kmol/h） 2．料液濃度： （ mol%） 3. 進料熱狀況： 要求： 1．產(chǎn)品濃度： 99 （ mol%） 2．易揮發(fā)組分回收率： 99 % 指導(dǎo)教師 2021 年 12 月 24 日 3 前言 化學(xué)工業(yè)中塔設(shè)備是化工單元操作中重要的設(shè)備之一，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、增濕、減濕等單元操作中，精餾操作是最基本的單元操作之一，它是根據(jù)混合液中各組分的揮發(fā)能力的差異進行分離的。 塔設(shè)備一般分為級間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。一般，與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大。在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。 浮閥塔的特點： 1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降 以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 5．塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學(xué) 4 技術(shù)的不斷發(fā)展 ，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富，積累的設(shè)計數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計浮閥塔比較合適。 本次設(shè)計就是針對 甲醇 水 體系，而進行的常壓浮閥精餾塔的設(shè)計及其輔助設(shè)備的選型。 由于此次設(shè)計時間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。 2021 年 12 月 于南京工業(yè)大學(xué) 5 目錄 一 概述 ………………………………………………………… .8二 工藝設(shè)計 1 總體設(shè)計方案 操作壓強的選擇 ………………………………………… 10 物料的進料熱狀態(tài) …………………………………… ....11 回流比的確定 …………………………………………… 11 塔釜的加熱方式 ………………………………………… 11 回流方式選定 …………………………………………… 11 2 精餾的工藝流程圖 …………………………………………… ..12 3 精餾塔塔板數(shù)的確定 物料衡算 …………………………………………………… ..12 物系相平衡數(shù)據(jù) …………………………………………… ..13 回流比確定 ………………………………………………… ..16 逐板法計算理論塔板數(shù) …………………………………… ..17 實際塔板數(shù)的確定 ………………………………………… ...18 4 塔徑塔板工藝尺寸的確定 各設(shè)計參數(shù) 操作壓力 ....................................20 溫度 ........................................20 平均摩爾質(zhì)量 ................................21 6 平均密度 ....................................22 液體表面張力 ................................23 液體的粘度 ..................................24 液負荷計算 ..................................25 塔徑塔板工藝尺寸確定 塔徑塔板的計算 塔徑的計算 …………………………………… .… 26 溢 流裝置的確定 ………………………………… .28 安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定 …………………… …… .31 鼓泡區(qū)閥孔數(shù)的確定及排列 …………………… .31 精餾段提餾段塔盤流體力學(xué)驗算 干 板壓 強 降 ……………………………………… .35 降液管停留時間 ………………………………… .36 液泛的校核 ……………………………………… .37 霧沫夾帶 ………………………………………… .37 漏液驗算 ………………………………………… .39 精餾段提餾段負荷性能圖 液相下限線 ……………………………………… .40 液相上限線 ……………………………………… .40 漏液線 …………………………………………… .41 過量霧沫夾帶線 ……………………………… .… 41 溢流液泛線 ……………………………………… .43 7 操作負荷線 .............................................................45 性能負荷圖 … .....… …………… ........................… 45 浮閥塔主要設(shè)計參數(shù) .…………… ........................47 5 輔助設(shè)備的設(shè)計 塔頂全凝器的計算及選型 ………………………………… ...49 塔底再沸器面積的計算及選型 …………………………… ...53 其他輔助設(shè)備的計算及選型 進料管 ………………………………………………… ..54 回流管 ………………………………………………… ..54 塔釜出料管 …………………………………………… ..55 再沸器蒸汽進口管 …………………………………… ..55 冷凝水管 ……………………………………………… ..55 冷凝水泵 ……………………………………………… ..56 進料泵 ………………………………………………… ..57 6 總結(jié) 設(shè)計感想 .....................................................................58 致謝 .............................................................................60 參考文獻 .....................................................................60 8 化工原理課程設(shè)計（工藝設(shè)計）說明說編寫內(nèi)容 姓名：鄒棟 學(xué)號： 1001101129 專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝 一、概述 浮閥塔的特點 浮閥塔是廿世紀五十年代初開發(fā)的一種新塔型。其特點是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當(dāng)篩孔氣速高時，閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)，從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下測水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì)效果。 生 產(chǎn)上對塔器在工藝上及結(jié)構(gòu)上提出的要求有下列幾方面： 1． 分離效率高 達到一定分離程度所需塔的高度低。 2． 生產(chǎn)能力大 單位塔截面積處理量大。 3． 操作彈性（ flexibility）大 對一定的塔器，操作時氣液流量（亦稱氣液負荷）的變化會影響分離效率。若分離效率最高時的氣液負荷作為最佳負荷點，可把分離效率比最高效率下降 15%的最大負荷與最小負荷之比稱為操作彈性。工程上常用的，是液，氣負荷比L/V 為某一定值時，氣相與液相的操作彈性。操作彈性大的塔必然適應(yīng)性強，易于穩(wěn)定操作。 4． 氣體阻力小 氣體阻力小可使氣體輸送的功率消耗小。對真空精餾來說，降低塔器對氣流的阻力可減小塔頂，底間 的壓差，降低 9 塔的操作壓強，從而可降低塔底溶液泡點，降低對塔釜加熱劑的要求，還可防止塔底物料的分解。 5． 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備取材面廣 便于加工制造與維修，價格低廉，使用面廣。 浮閥閥型介紹 浮閥的形狀如右圖所示。浮閥有三條帶鉤的腿。將浮閥放進篩孔后，將其腿上的鉤扳轉(zhuǎn) ，可防止操作時氣速過大將浮閥吹脫。此外，浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。當(dāng)篩孔氣速降低浮閥降至塔板時，靠這三只“腳”使閥片與塔板間保持 左右的間隙；在浮閥再次升起時，浮閥不會被粘住，可平穩(wěn)上升。 浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大 20%～ 40%，操作彈性可達 7～ 9，板效率比泡罩塔約高 15%，制造費用為泡罩塔的 60%～ 80%，為篩板塔的120%～ 130%。 圖 2 浮閥（ a） V4 型，（ b） T 型 浮閥一般都用不銹鋼制成。國內(nèi)常用的浮閥有三種，即圖 1 所示的F1 型及圖 2 所示的 V4 型與 T 型。 V4 型的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。 T 型閥則 10 借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中， F1 型浮閥最簡單，該類型浮閥已被 廣泛使用。我國已有部頒標(biāo)準(zhǔn)（ JB1118— 68）。F1 型閥又分重閥與輕閥兩種，重閥用厚度 2mm 的鋼板沖成，閥質(zhì)量約 33 克，輕閥用厚度 的鋼板沖成，質(zhì)量約 25 克。閥重則閥的慣性大，操作穩(wěn)定性好，但氣體阻力大。一般采用重罰。只有要求壓降很小的場合，如真空精餾時才使用輕閥。 二．工藝設(shè)計 1. 總體設(shè)計方案 操作壓強的選擇 精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進行。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。 對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進行操作 。在相同條件下適當(dāng)提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了