化工原理課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書-預(yù)覽頁
【正文】 .......................................27 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：甲醇—水分離過程板式精餾塔的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求：年產(chǎn)純度為99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的甲醇，%，原料液中含甲醇22%。必須具體考慮如下幾點(diǎn)：⑴首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。同樣，回流比的大小對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： ⑴ 氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 ⑷ 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。 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： ⑴ 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。 篩板塔的缺點(diǎn)是： ⑴ 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。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。 ⑷ 管路及附屬設(shè)備的計(jì)算與選型，如再沸器、冷凝器。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。第四章 精餾塔的工藝計(jì)算 、塔底產(chǎn)品的摩爾分率甲醇的摩爾質(zhì)量為：水的摩爾質(zhì)量為： 原料液摩爾分率：xF=22/(22/+78/)=塔頂摩爾分率：xD=99/(99/+1/)=塔底摩爾分率：xW=(+)=原料液平均摩爾質(zhì)量：MF=+() = kg/kmol塔頂產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量MD=+() =塔底產(chǎn)品平均摩爾質(zhì)量 MW=+(10. 00028) = kg/kmol由手冊查得甲醇—水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)得: xD=. T=℃T=℃時(shí)，甲醇密度ρ=747 kg/m3 水密度ρ= kg/m3塔頂?shù)钠骄芏圈?747+（）= kg/m3D=11100L/h= m3/h=103/=F=D+W F xF =D xD +W xW F=式中 F—原料液流量，kmol/hD—流出液流量，kmol/hW—釜?dú)堃毫髁?，kmol/hXF—原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)XD—流出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)XW—釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)甲醇—水屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。s，μB= mPaslgμLm=+()μLm= mPa表 溢流形式選擇塔 徑小塔、液體流量小塔徑大于2m塔徑很大、液體流量很大溢流形式U型流單溢流雙溢流階梯流因塔徑D=，選用單溢流弓形降液管，采用凹型受液盤。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取= m/s ~ m/s h0= Ls/3600 u0’=3600/(3600) = 2m h0= 2= m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。x=(D/2)( Wd+Ws)=()(+)= m r=(D/2) Wc=() =故開孔區(qū)面積 =2[() 1/2+sin1()/180] = m2式中 —邊緣區(qū)寬度，m —開孔區(qū)面積，m2 —弓形降液管寬度，m —破沫區(qū)寬度，m本題所處的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑d0=5 mm，篩孔按正三角形排列，取孔中心距t=3 d0=15 mm篩孔數(shù)目n=開孔率為=n**d2/4=﹪氣體通過閥孔的氣速為u0= Vs/A0=式中 —開孔區(qū)面積，m2 t—孔間距，m 第七章 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算式中 —?dú)怏w通過篩孔的氣速，m/s C0—干篩孔的流量系數(shù) 、—分別為精餾段氣、液相平均密度，kg/m3由，查流量系數(shù)圖得故hc=(u0/c0) 2 ( ρV/ρL)=() 2()=單流型塔板u0=Vs/(ATAf)=()= m/sF0= u0ρV1/2= 查充氣系數(shù)圖，得=所以==式中 Vs—塔內(nèi)氣體流量，m3/s AT—塔截面積，m2 Af—弓形降液管截面積，m2式中 hL—板上液層高度，m β—充氣因數(shù)，無量綱。易氣泡物系，不易起泡物系，一般物系，取。取，則Ls,min=(1000/) 3/2 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏夜控制。（查姚玉英《化工原理（上）》P378頁附錄二十八）所選型號為G400Ⅰ——查管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)表可得：該冷凝器選用管總數(shù)146根，中心排管數(shù)7根。選擇流速為體積流量為：Ls=L MLDm/3600ρLDm=(3600)= m3/s管線直徑為：dL=(4 Ls/) 1/2=(4) 1/2=管規(guī)格為：463 mm校核：實(shí)際流速：u=4 Ls / dL 2=4() 2= m/s所以該液體流速在允許范圍內(nèi)。開始進(jìn)行設(shè)計(jì)前，指導(dǎo)老師給同學(xué)們作了非常詳細(xì)的講解，從塔設(shè)備的選擇到塔附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；從物性數(shù)據(jù)的處理到塔結(jié)構(gòu)的布置
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