【正文】 ．產品濃度： 99 （ mol%） 2．易揮發(fā)組分回收率： 99 % 指導教師 2021 年 12 月 24 日 3 前言 化學工業(yè)中塔設備是化工單元操作中重要的設備之一，化學工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應用的諸如吸收、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，它是根據混合液中各組分的揮發(fā)能力的差異進行分離的。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，但其結構較復雜，阻力降較大。 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。隨著科學 4 技術的不斷發(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。 2021 年 12 月 于南京工業(yè)大學 5 目錄 一 概述 ………………………………………………………… .8二 工藝設計 1 總體設計方案 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 精餾塔塔板數的確定 物料衡算 …………………………………………………… ..12 物系相平衡數據 …………………………………………… ..13 回流比確定 ………………………………………………… ..16 逐板法計算理論塔板數 …………………………………… ..17 實際塔板數的確定 ………………………………………… ...18 4 塔徑塔板工藝尺寸的確定 各設計參數 操作壓力 ....................................20 溫度 ........................................20 平均摩爾質量 ................................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)閥孔數的確定及排列 …………………… .31 精餾段提餾段塔盤流體力學驗算 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 浮閥塔主要設計參數 .…………… ........................47 5 輔助設備的設計 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 設計感想 .....................................................................58 致謝 .............................................................................60 參考文獻 .....................................................................60 8 化工原理課程設計（工藝設計）說明說編寫內容 姓名：鄒棟 學號： 1001101129 專 業(yè)：化學工程與工藝 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。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，故收到很好的傳質效果。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。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。將浮閥放進篩孔后，將其腿上的鉤扳轉 ，可防止操作時氣速過大將浮閥吹脫。 圖 2 浮閥（ a） V4 型，（ b） T 型 浮閥一般都用不銹鋼制成。三類浮閥中， F1 型浮閥最簡單，該類型浮閥已被 廣泛使用。一般采用重罰。 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 。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。 回流比的確定 對于一定的分離任務，采用較大的回流比時，操作線的位置遠離平衡線向下向對角線靠攏，在平衡線和操作線之間的直角階梯的跨度增大 ,每層塔板的分離效率提高了，所以增大回流比所需的理論塔板數減少，反之理論塔板數增加。 回流方式選定 重力回流 12 2 精餾的工藝流程圖 3 精餾塔塔板數的確定 物料衡算 已 知 條 件 ： F=330kmol/h ?xf ?XD ,f???? F xD D? 已知 ?XD ， ?xf F=330kmol/h，可以求出 D=W=FD=330kmol/ 求出為X 13 物系相平衡數據 1) 基本物性數據 組分 分子式 分子量 沸點 熔點 水 H2O 甲醇 CH3OH 2） 甲醇 水汽液平衡組成 常壓下甲醇和水的氣液平衡表 (t— x— y) t x y t x y 100 0 0 100 100 根據汽液平衡表 ,由內插法求得 ()/()=( )/() 塔釜溫度 ?tW ℃ (10099)/()=( )/() 塔頂溫度 ?tD ℃ 進料溫度 ?tf ℃ ????? ttt DWm定性溫度 ℃ 14 3） 甲醇 水各溫度下的粘度 (內插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度tW 定性溫度 tm 進料溫度 tf 塔頂溫度tD 甲醇 410?? 410?? 410? 410?? 水 410?? 410?? 310?? 410?? 4） 甲醇 水各溫度下的表面張力 (內插法求得 ) 5） 甲醇 水在各溫度下的密度 (內插法求得 ) 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 甲醇3kgm 水3kgm 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度tD 甲醇 N/m 水 N/m 15 6）甲醇 水在各溫度下地比熱容（內插法求得） 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 泡點溫度tb 定性溫度 T= 2bf tt ? 甲醇 J/ 水 J/ 7）甲醇和水在各溫度下的汽化潛熱（內插法求的） 溫度℃ 塔釜溫度 tW 進料溫度 tf 塔頂溫度 tD 泡點溫度 tb 甲醇 kJ/mol 水 kJ/mol 解：當 T C?? m o l . k/ 21 JCCC PPP ????????? 當 tb =℃ 21 ????????? kJ/mol 解得：)t ????? r Ctrq Pfb（ 16 回流比確定 xyxxyyxyxy??????11? 甲醇摩爾分數 /% 溫度 X/100 Y/100 YXY XXY α 液相 X 氣相 Y 85 78 70 68 8 3 5 . ..19 194321 ?? ?????? m 17 11 ???? qxxq qy f q=，所以 q 線方程為 ?? xy 平衡線方程為xxy mm )1(1 ??? ?? ??? 聯立 q 線方程與平衡線方程得： 7 3 0 3 5 8 3 ??qqyX i n ???????qqD xy yXR 1 2 0 0 m in ???? RR 逐板法計算理論塔板數 精餾段操作線方程為： y=+ 提餾段操作線方程為： hk m o lFqDRL /39。39。 ????? xV xWxVLy w 平衡線方程為： xxxxymm 83 83 )1(1 ????? ?? ?? 18 yyx ?? 由上而下逐板計算，自 X0= 開始到 Xi首次超過 X= 時止 操作線上的點 平衡線上的點 1 （ X0=,Y1=） (X1=, Y1=) 2 （ X1=,Y2=） （ X2=,Y2=） 3 （ X2=,Y3=） （ X3=,Y3=） 4 （ X3=,Y4=） （