【正文】 .................................................................................... 23 4. 塔釜廢液冷卻器 .......................................................................................... 23 .......................................................................................................... 24 .......................................................................................................... 24 第五章 總結(jié) .................................................................................................................. 25 附錄 ............................................................................................................................... 26 ............................................................................................ 26 ............................................................................................... 27 乙醇 — 水氣液平衡 y— x圖 ....................................................................... 28 塔板負(fù)荷性能圖 ...................................................................................... 28 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 4 第一章 設(shè)計(jì)方案的確定 （一 )裝置流程的選定 一個(gè)完整的精餾裝置一般包括精餾塔、原料預(yù)熱器、再沸器、冷凝器等，原料液可用高位槽進(jìn)料，也可以通過(guò)泵輸送原料液，為了保持塔的操作穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)選用泵進(jìn)料。 圖 1— 1 工藝流程圖 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 5 （二）進(jìn)料熱狀況的選擇 進(jìn)料熱狀況有冷流體進(jìn)料、泡點(diǎn)進(jìn)料、氣液進(jìn)料、露點(diǎn)進(jìn)料和過(guò)熱蒸汽進(jìn)料五種，本設(shè)計(jì)選擇泡點(diǎn)進(jìn)料，即 q=1,這樣進(jìn)料溫度就不會(huì)受季節(jié)、氣溫等變化的影響，塔的操作就比較容易控制，此外泡點(diǎn)進(jìn)料也便于數(shù)值的計(jì)算。=5*10^4*10^3/(300*24)= kg/h F= 總物料衡算： F = D + W = ① 易揮發(fā)組分的物料衡算： + = * ② 通過(guò) ① 和 ② 解得： D= kmol/h W= kmol/h （二）塔板數(shù)的確定 NT 的確定 根據(jù) ，根據(jù)乙醇 水的氣液平衡數(shù)據(jù)作 yx圖，數(shù)據(jù)如下： 乙醇 水的氣液平衡表 22 [2] 溫度 /。 (1)操作壓力 Pm 塔頂： PD=4+= kpa 進(jìn)料處： PF=+31*=127 kpa 塔釜： PW=+37*= kpa 故精餾段平均操作壓力： Pm1=（ +127)/2= kpa 提餾段平均操作壓力： Pm2=（ +127)/2= （ 2） 操作溫度 根據(jù) xF=,xD=,xW=,通過(guò)內(nèi)插法在乙醇 水的氣液平衡數(shù)據(jù)表 22 中，得 tF=℃ ,tD=℃ ,tW=℃ 精餾段平均溫度： t1 = (tD + tF)/2 =(+)/2=℃ 提餾段平均溫度： t2 = (tw + tF)/2 =(+)/2=℃ （ 3）平均摩爾質(zhì)量 M 塔頂： y1=xD= ,x1= MmDV=*+()*= kg/kmol MmDL=*+()*= kg/kmol 進(jìn)料處： xF=, yF= MmFV=*+()*= kg/kmol MmFL=*+()*= kg/kmol 塔釜： xW= ， yW= MmWV=*+()*= kg/kmol MmWL=*+()*= 精餾段平均摩爾質(zhì)量： MmDV=（ + ） /2=, MmDL= ( + )/2= 提餾段平均摩爾質(zhì)量： MmwV=（ + ） /2=, MmwL= ( + )/2= （ 4）液體黏度μ L 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 8 表 23 乙醇 水不同溫度下的黏度 [3] 溫度 t/℃ 60 70 80 90 100 乙醇μ *10179。 s 根據(jù)μ L=∑ xiμ i，由內(nèi)插法求得， 塔頂： xW=，μ 1= pa s ,μ 2= pa s μ LW=*+()*= pa 755 746 735 730 716 水ρ /kg/m179。 進(jìn)料處： aAF= , aBF= 通過(guò)內(nèi)插法查上表得，ρ 乙醇 =179。 ρ 水 =179。 —— 氣相密度ρ Vm ρ Vm1=（ Pm1MmDV)/(RT1） =（ *)/(*)=179。/N/m 塔頂： tD=℃ ,內(nèi)插法查上表求得σ 1= σ mD=*+()*=進(jìn)料處： tF=℃ ,σ 1= σ mF=*+()*=塔釜： tW=℃ ,σ 1= σ mW=*+()*=則精餾段平均表面張力：σ m1=（ +） /2= 提餾段平均表面張力：σ m2=（ +） /2= ET 根據(jù) O180。=qn,V180。= = 氣相 V180。S=( qn,L180。=1m ,則空塔氣速 u= 精餾段： ZT1=（ N11） HT=（ 311） *=12m 提餾段： ZT1=（ N11） HT=（ 61） *=2m 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 11 板式塔溢流裝置包括溢流堰、降液管及受液盤，液體流型有 U 型流、單溢流、雙溢流、階梯溢流，降液管有圓形和弓形兩種。/(m/h) 精餾段： Lh =*3600= m179。w== (2)降液管 ① 降液管的寬度 Wd截面積 Af 因?yàn)槭枪谓狄汗埽士捎?lw/D— Wd/D 或 Af/AT 的關(guān)聯(lián)圖 [10]計(jì)算 精餾段： lw/D=，查圖得 Wd/D=， Af/AT= Wd =*=， Af==**^2=㎡ 停留時(shí)間τ =（ Af =（ Afs= ② 無(wú)效區(qū)：選取無(wú)效區(qū)寬度 Wc=,W180。a=*=㎡ 篩孔氣速 u0=V180。p=hpρ Lg=**= pa= 故提餾段在設(shè)計(jì)的允許范圍內(nèi)。/s 提餾段：已知 E=,h180。a=180。s值，列于下表，依據(jù)下表數(shù)據(jù)做出霧沫夾帶線 表 31180。s/m179。=， l180。 Ls/m179。/s 在 VL坐標(biāo)圖上作出垂直橫軸的垂線 L180。 Ls/m179。s,min=*10^4 m179。 操作彈性 =Vs， max/Vs， min=2/= 提餾段：從提餾段的負(fù)荷性能圖可知， P 為操作點(diǎn)， OP 為操作線， OP 線與霧沫夾帶線武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 18 ① 的交點(diǎn)相應(yīng)氣相負(fù)荷為 V180。/s ,可知本設(shè)計(jì)塔板上限由霧沫夾帶線控制，下限由漏液線控制。/s 進(jìn)料管徑 mmmuL FsFF ?????? ? 查標(biāo)準(zhǔn) [14]取標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料管Φ 45 （ 2） 回流管 采用直管泵輸送回流，選定回流速度 uR=回流量 smMqLmDmDLnR / 3,s ?? ??? ? , 回流管徑 mmmuL RsRR ?????? ? 查標(biāo)準(zhǔn) [14]取標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料管Φ 57 （ 3） 塔釜釜液出料管 采用直管出料，選取釜液出塔速度 uw =塔釜出料流量 smWMLmWWW / 3s ?? ??? ? 出料管徑 mmmLw ????? 查標(biāo)準(zhǔn) [14]取標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料管Φ 76 4 （ 4） 塔頂蒸汽出料管 直管出氣，取出口氣速 uD=20m/s 蒸汽出料流量 ,s ????? mDmDdnD MqV ? m179。 表 41 塔板分塊數(shù) 塔徑 /mm 800～ 1200 1400～ 1600 1800～ 2021 2200～ 2400 塔板分塊數(shù) 3 4 5 6 （二）精餾塔的附屬設(shè)備 （塔釜） 表 42 乙醇和水的比熱容 cp [22] 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 110 乙醇 cp/kj/(kg℃） =3600kj/(㎡ h℃ ) 5, 104 8 )7840( ?????????? tcQ mphmC kj/h 對(duì)于乙醇 水，管殼式換熱器作冷卻器，熱流體走殼程，冷流體走管程?！?) 換熱面積 25c 0 ?? ???? mtK QA 選型 [25]：立式熱虹吸式重沸器（ JB/T 471692） 換熱管Φ 25基本參數(shù) 公稱直徑： 400mm ,公稱壓力： 1Mpa ,管程數(shù)： 1 ，管子根數(shù)： 98，中心排管數(shù)： 12 ，換熱管長(zhǎng)度： 1500mm ,換熱面積： ㎡ 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 24 熱流體溫度： ℃→ 40 ℃，冷流體溫度： 25℃→ 35℃ )5204 n ()l n (t2121 ?????????? ）（）（ttttm tFm =（ 50+） /2=℃ ,查表 42，得 cmp=(kg h 主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算：板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔板設(shè)計(jì)。 經(jīng)過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算，精餾塔的回流比、塔板數(shù)、塔徑、塔板設(shè)計(jì)基本符合要求，設(shè)計(jì)的操作負(fù)荷也在操作負(fù)荷性能允許范圍內(nèi)。 總之，在這次課程設(shè)計(jì)中，雖然感覺很累，但每天都比較充實(shí)。/s ； D— 塔徑， m ； HT— 板間距， m ； hL— 板上液層高度， m； u— 空塔氣速， m/s ； C— 負(fù)荷系數(shù) ； Z— 塔的有效高度， m ； lw— 堰長(zhǎng)， m ； hw— 堰高， m ； how— 堰上液層高度， m ； ho— 降液管底隙高度， m ； hf— 板上鼓泡層高度， m ； E— 液流收縮系數(shù) ； Wd— 降液管寬度， m ； Wc— 無(wú)效區(qū)寬度， m ； Ws— 安定區(qū)寬度， m ； AT— 全塔的截面積，㎡ ； Af— 降液管截面積，㎡ ； Aa— 開孔區(qū)面積，㎡ ； A0— 開孔面積，㎡ ； d0— 孔徑，㎜ ； n— 篩孔數(shù) ； hp— 每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hc— 干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐?高度， m ； h1— 板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hσ — 克服液體表面張力的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hd— 液體流過(guò)降液管的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； C0— 流量系數(shù) ； u0— 篩孔氣速， m/s ； △ Pp— 篩板壓強(qiáng)降， kpa ； eV— 霧沫夾帶量，㎏液 /㎏氣