【正文】 新鄉(xiāng)學(xué)院《化工原理課程設(shè)計(jì)》說(shuō)明書院（系）名稱化學(xué)與化工學(xué)院專業(yè)名稱化學(xué)工程與工藝年 級(jí) 班 級(jí)2010級(jí)2班學(xué)生姓名呂滎賓學(xué) 號(hào)10040202035指導(dǎo)教師姓名徐紹紅 楊麗云目錄 1 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位: 1 塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造 1 對(duì)塔設(shè)備的要求 2 塔設(shè)備的發(fā)展及現(xiàn)狀 2 塔設(shè)備的用材 2 板式塔的常用塔型及其選用 2 塔型選擇一般原則 3 與物性有關(guān)的因素 3 與操作條件有關(guān)的因素 4 4 4 設(shè)計(jì)任務(wù)和條件 4 設(shè)計(jì)計(jì)算 5 設(shè)計(jì)方案的確定 5 精餾塔的物料衡算 5 塔板數(shù)的確定 6 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 10 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 15 塔板主要工藝尺寸計(jì)算 18 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 25 塔板負(fù)荷性能圖 29 塔板工藝設(shè)計(jì)結(jié)果表 363． 塔附件設(shè)計(jì) 37 37 塔底再沸器 42 接管 42 42 43 塔頂蒸汽接管 43 釜液排出管 44 45 45（不包括封頭高度） 46 料液泵 47 泵的計(jì)算及選型 47 核算泵的軸功率 48 49 49 50 裙座 50 514. 設(shè)計(jì)總結(jié) 51 51 致謝 525．參考資料 536．附錄圖 54 塔設(shè)備在化工生產(chǎn)中的作用和地位:塔設(shè)備是石油、化工生產(chǎn)中廣泛使用的重要生產(chǎn)設(shè)備，在石油、化工、輕工等生產(chǎn)過(guò)程中，塔設(shè)備主要用于氣、液兩相直接接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程，如精餾、吸收、萃取、解吸等，這些過(guò)程大多是在塔設(shè)備中進(jìn)行的。塔設(shè)備可以為傳質(zhì)過(guò)程創(chuàng)造適宜的外界條件，除了維持一定的壓強(qiáng)、溫度、規(guī)定的氣、液流量等工藝條件外，還可以從結(jié)構(gòu)上保證氣、液有充分的接觸時(shí)間、接觸空間和接觸面積，以達(dá)到相際之間比較理想的傳質(zhì)和傳熱效果。 塔設(shè)備的分類及一般構(gòu)造分類：按照操作壓力可分為加壓塔、常壓塔和減壓塔，按操作單元分為精餾塔、吸收塔、介吸塔、反應(yīng)塔、萃取塔、干燥塔，按形成相際接觸界面分為：固定相界面塔和流動(dòng)過(guò)程中形成的相界面塔，按內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔。填料塔的結(jié)構(gòu)：塔體為圓筒形，里面填充一定高度的填料，填料的下方有支承板，上方為填料壓網(wǎng)及液體分布裝置。操作時(shí)，液體經(jīng)塔頂?shù)囊后w分布器分散后沿填料表面流下而潤(rùn)濕填料，氣體用機(jī)械輸送設(shè)備從塔底進(jìn)入，在壓強(qiáng)差推動(dòng)下，通過(guò)填料間的空隙與液體逆向接觸，在填料表面進(jìn)行傳質(zhì)，氣液兩相的組成沿塔高連續(xù)地變。液體由上往下流動(dòng)時(shí)，由于塔壁處阻力較小而向塔壁偏流，使填料不能全部潤(rùn)濕，導(dǎo)致氣液接觸不良，影響傳質(zhì)效果，稱之為塔壁效應(yīng)。為了防止塔壁效應(yīng)，通常在填料層較高的塔中將填料分層裝置，各層間設(shè)置液體再分布器將，液體重新分布后再送入下層填料。選擇尺寸合適的填料，也可以減弱和防止塔壁效應(yīng)。為分離氣體可能夾帶的少量霧狀液滴，在塔頂還安裝有除沫器。板式塔的結(jié)構(gòu)：板式塔的殼體通常為圓筒形，里面沿塔高裝有若干塊水平的塔板。液體靠重力作用自上而下逐板流向塔底，并在各塊塔板的板面上形成流動(dòng)的液層；氣體則在壓差推動(dòng)下經(jīng)塔板上的開孔由下而上穿過(guò)塔板上液層最后由塔頂排出。 對(duì)塔設(shè)備的要求（1） 滿足工藝要求（p 、 t 、 耐腐）（2） 生產(chǎn)能力大即氣液處理量大（3） 壓力降小即流體阻力?。?） 操作穩(wěn)定，操作彈性大（5） 效率高，即氣液兩相充分接觸，相際間傳熱面積大（6） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、省材，制造、安裝方便，設(shè)備成本低（7）操作、維修方便（8）耐腐蝕，不易堵塞 塔設(shè)備的發(fā)展及現(xiàn)狀在化工、煉油和石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，塔設(shè)備作為分離過(guò)程工藝設(shè)備，在蒸餾、精餾、萃取、吸收和解吸等傳質(zhì)單元操作中有著重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在整個(gè)化工工藝設(shè)備總投資中塔設(shè)備所占的比重，在化肥廠中約為21%，石油煉廠中約為20一25%，石油化工廠中約占10。若就單元裝置而論，塔設(shè)備所占比重往往更大，例如在成套苯蒸餾裝置中，%。此外，蒸餾用塔的能量耗費(fèi)巨大，也是眾所周知的。故塔設(shè)備對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、成本乃至能源消耗都有著至關(guān)重要的影響。因而強(qiáng)化塔設(shè)備來(lái)強(qiáng)化生產(chǎn)操作是生產(chǎn)、設(shè)計(jì)人員十分關(guān)心的課題。 塔設(shè)備的用材（1）塔體：鋼材，有色金屬或非金屬耐腐蝕材料，鋼殼襯砌襯、涂非金屬材料。（2）塔板：鋼為主，陶瓷、鑄鐵為輔。（3）填料：瓷、鋼、鋁、石墨、尼龍、聚丙烯塑料。（4）裙座：一般為炭鋼。 板式塔的常用塔型及其選用板式塔是分級(jí)接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，種類繁多。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用的情況，主要塔型是浮閥塔、篩板塔及泡罩塔。由于盤式浮閥塔具有如下特點(diǎn)。（1）處理量較大，比泡罩塔提高20～40%，這是因?yàn)闅饬魉絿姵觯瑴p少了霧沫夾帶，以及浮閥塔盤可以具有較大的開孔率的緣故。（2）操作彈性比泡罩塔要大。（3）分離效率較高，比泡罩塔高15%左右。因?yàn)樗P上沒(méi)有復(fù)雜的障礙物，所以液面落差小，塔盤上的氣流比較均勻。（4）壓降較低，因?yàn)闅怏w通道比泡罩塔簡(jiǎn)單得多，因此可用于減壓蒸餾。（5）塔盤的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易于制造。（6）浮閥塔不宜用于易結(jié)垢、結(jié)焦的介質(zhì)系統(tǒng)，因垢和焦會(huì)妨礙浮閥起落的靈活性。故本設(shè)計(jì)采用盤式浮閥塔。 塔型選擇一般原則塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)。選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備的性能，以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等。 與物性有關(guān)的因素（1） 易起泡的物系，如處理量不大時(shí)，以選用填料塔為宜。因?yàn)樘盍夏苁古菽屏?，在板式塔中則易引起液泛。（2） 具有腐蝕性的介質(zhì)，可選用填料塔。如必須用板式塔，宜選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜的篩板塔盤、穿流式塔盤或舌形塔盤，以便及時(shí)更換。（3） 具有熱敏性的物料須減壓操作，以防過(guò)熱引起分解或聚合，故應(yīng)選用壓力降較小的塔型。如可采用裝填規(guī)整填料的散堆填料等，當(dāng)要求真空度較低時(shí)，也可用篩板塔和浮閥塔。（4） 黏性較大的物系，可以選用大尺寸填料。板式塔的傳質(zhì)效率較差。（5） 含有懸浮物的物料，應(yīng)選擇液流通道較大的塔型，以板式塔為宜?？蛇x用泡罩塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔和孔徑較大的篩板塔等。不宜使用填料。（6） 操作過(guò)程中有熱效應(yīng)的系統(tǒng)，用板式塔為宜。因塔盤上積有液層，可在其中安放換熱管，進(jìn)行有效的加熱或冷卻。 與操作條件有關(guān)的因素（1） 若氣相傳質(zhì)阻力大（即氣相控制系統(tǒng)，如低黏度液體的蒸餾，空氣增濕等），宜采用填料塔，因填料層中氣相呈湍流，液相為膜狀流。反之，受液相控制的系統(tǒng)（如水洗二氧化碳），宜采用板式塔，因?yàn)榘迨剿幸合喑释牧?，用氣體在液層中鼓泡。（2） 大的液體負(fù)荷，可選用填料塔，若用板式塔時(shí)，宜選用氣液并流的塔型（如噴射型塔盤）或選用板上液流阻力較小的塔型（如篩板和浮閥）。此外，導(dǎo)向篩板塔盤和多降液管篩板塔盤都能承受較大的液體負(fù)荷。（3） 低的液體負(fù)荷，一般不宜采用填料塔。因?yàn)樘盍纤笠欢康膰娏苊芏?，但網(wǎng)體填料能用于低液體負(fù)荷的場(chǎng)合。（4） 液氣比波動(dòng)的適應(yīng)性，板式塔優(yōu)于填料塔，故當(dāng)液氣比波動(dòng)較大時(shí)宜用板式塔。（1） 對(duì)于多數(shù)情況，塔徑小于800mm時(shí)，不宜采用板式塔，宜用填料塔。對(duì)于大塔徑，對(duì)加壓或常壓操作過(guò)程，應(yīng)優(yōu)先選用板式塔；對(duì)減壓操作過(guò)程，宜采用新型填料。（2） 一般填料塔比板式塔重。（3） 大塔以板式塔造價(jià)較廉。因填料價(jià)格約與塔體的容積成正比，板式塔按單位面積計(jì)算的價(jià)格，隨塔徑增大而減小。 設(shè)計(jì)任務(wù)和條件（1）處理含正戊烷（A）60%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的正戊烷—正己烷混合液。（2）塔頂正戊烷濃度不低于95%（3）塔底產(chǎn)品含正己烷（B）濃度：95%（4）操作條件： 精餾塔的塔頂壓力 4 kPa（表壓） 進(jìn)料狀態(tài) 45℃ 回流比 2Rmin 全塔效率 52％ 單板壓降 （表壓）（5）設(shè)備形式 浮閥塔（6）設(shè)備工作日 300天（每天工作24小時(shí)）（7）當(dāng)?shù)卮髿鈮? （表壓）（8）廠 址 新 鄉(xiāng) 設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離正戊烷—正己烷混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設(shè)計(jì)進(jìn)料液溫度為45℃，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至45℃后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)時(shí)部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后進(jìn)入儲(chǔ)罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比較小，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。 精餾塔的物料衡算1．原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率正戊烷的摩爾質(zhì)量 MA=72kg/kmol正己烷的摩爾質(zhì)量 MB=86kg/kmol = 2. 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 MF=72+86= MD=72+86= MW=72+86=3．物料衡算產(chǎn)品正己烷產(chǎn)量=全塔物料衡算=+ =+