【正文】 固定管板式傳熱器是最常用的冷凝器之一，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修方便，管、殼壓降小，傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。 精餾過程在能量劑的驅(qū)動(dòng)下，使汽液兩相多次直接接觸和分離，利用混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組分的分離。 K)。 根據(jù) JB＼ T 4715— 1992，初步選定換熱器的型號(hào)為 G 450Ⅱ — 1MPa— . 具體要求如下： 外殼直徑 450 mm 公稱壓力 1 MPa 25 公稱面積 m2 實(shí)際面積 m2 管子規(guī)格 φ 25mm 管長(zhǎng) 6 m 管子排列方式 正三角形 管程 2 管間距 32 mm 管程流通面積 m2 熱流量 從《化學(xué)工程》手冊(cè)查得 : 水的比汽化熱 r1=2425 kj/kg 甲醇 的比汽化熱 r2=1168 kj/kg 故 r =r1 ＋ r2 =1275 kj/kg Q1=qm r = 3/mkg sm/3 1275 103 = 103kw 因?yàn)槭钦羝淠?,所以無論是逆流 ,還是并流 , mt? 相差不大 ,故本設(shè)計(jì)中僅僅只考慮逆流的情況 ,則 : mt? = )()( ?????? ℃ m=ipitcQ?1 = hkg /)1545( 43 ??? ?? 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取 較大的 K 值。由圖 51 查得 ,max = /sV m s179。 ② 邊緣區(qū)寬度確定 取 mWW ss ??? ， mWc ? ③ 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積 aA 按公式計(jì)算，即 )s i n180(2 1222 rxrxrxA a ???? ? 其中 mWWDxsd )(2 )(2 ??????? ?????cWDr 故 21222 )) (s i n180 )()()((2 mAa ??????? ?? ④ 浮閥布置 浮閥按正三角形叉排排列，這樣相鄰兩閥中吹出氣流攪拌液層的相互作用較顯著，相鄰兩閥容易吹開，液面梯度較小，鼓泡均勻。 ???????? BDADL D m xx ??? （ = mmN/ 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算： 由 CtF ? ，查手冊(cè)得， mmNA /?? ， mmNB /?? 5 5 工業(yè)上以采用全凝器為主，以便于準(zhǔn)確地控制回流比 另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入原料外也可采用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。 適宜回流比應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比為適宜回流比。 二．設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 操作壓力：本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于 甲醇和水這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫 （工業(yè)低溫段）物系分離。 操作條件 （ 1）、精餾塔頂壓強(qiáng) (表壓 )。 3. 殘液中 甲 醇含量不得高于 %（質(zhì)量）。近些年來，由于燃料價(jià)格的上漲， 甲醇 燃料越來越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)，且已在公交、出租車行業(yè)內(nèi)被采用。對(duì) 于一定的生產(chǎn)能力，即餾出量 2 D 一定時(shí)， V 的大小取決于回流比。但是產(chǎn)品純度的提高或者是通過增加塔板數(shù)或者是增加回流比來達(dá)到的，這意味著設(shè)備費(fèi)用或操作費(fèi)用的增加，因此只能通過經(jīng)濟(jì)分析來決定產(chǎn)品的純度或回收率。塔釜采用直接接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐 。故最小回流比為： i n ???????qqqD xy yxR 實(shí)際操作回流比 R=2 ②求精餾塔的氣、液相負(fù)荷 L =RD=2? = kmol/h V =(R+1)D=(2+1)? = kmol/h L? =L+F=+= kmol/h V? =V = ③求操作線方程 精餾段操作線方程為 y= 1?RR x+ 11?R Dx = x32 +31 ? =+ 提餾段操作線方程為 y? =VL?? x? WxVW?= ???x =? 圖解法求理論塔板數(shù) 6 采 用 圖 解 法 求 理 論 板 層 數(shù) ， 求 解 結(jié) 果 如圖 ： 總理論板層數(shù) TN =9 （包括再沸器） 進(jìn)料板位置 FN =5 實(shí)際板數(shù)的求取 全塔效率 0E =50% 精餾段實(shí)際板層數(shù) 精N =5/=10 提餾段實(shí)際板層數(shù) 提N =4/=8 精餾塔的物性計(jì)算 精餾段物性計(jì)算 塔頂操作壓力 DP =+= kpa 每層塔板壓降 P? = kpa 進(jìn)料板壓力 FP =+? 9= kpa 精流段平均壓力 mP =（ +） /2= kpa 7 依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程 通過試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中 甲醇 ，水的飽和蒸汽壓用安托尼方程計(jì)算。 選用凹形受液盤，深度 mmhw 50?? 。 液相負(fù)荷上限線 以 ? =4s作為液體在降液管中停留時(shí)間的下線，由下式得 4TfsAHL? ?? 故 ， 精 餾 段 的 最 大 液 體 體 積 流 率33, m a x 0 . 0 2 6 1 2 0 . 3 5 2 . 2 8 5 5 1 0 /44fTs AHL m s??? ? ? ? 提餾段的最大液體體積流率 33, m a x 2 .2 8 5 5 1 0 /sL m s?? ?? 據(jù)此可以作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限圖 4。 混和氣體在 ℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如： 密度 31 / mkg?? `1` 熱導(dǎo)率 1? =粘度 1? = 105Pas 循環(huán)水在 ℃ 下的物性數(shù)據(jù)： 密度 1? =998 ㎏ /m3 定壓比熱容 1pc =℃ 熱導(dǎo)率 1? =粘度 1? = 103Pa取管板利用率η = ，則殼體內(nèi)徑為 D= mmN T 4 4 ???? 按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取 D=450mm ．折流板 采 用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 30%，則切去的圓缺高度為 H= 450=135m，故可 取 h=150mm 取折流板間距 B=，則 B= 450=130mm，可取 B為 200mm。 殼程阻力 殼程阻力按下式計(jì)算： ssios NFppp )( ????? , 其中 1?sN , 1?sF 流體流經(jīng)管束的阻力 30 2)1(2oBCoo uNNFfp ???? F= ， 0 8 2 0 0 05 2 8 ??? ?of 14?CN ， 29?BN ， smuO /? 故 ??op 14 (29+1) 2 2? = 流體流過折流板缺口的阻力 2)( 2oBi uDBNp ???? , B= , D= ) (29 2 ???????? ip Pa 總阻力 : ??sp += 流經(jīng)管程和殼程的壓力都小于 1Mp。精餾裝置主要有精餾塔、冷凝器和蒸餾釜（或稱再沸器）組成。由于此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊張，本人水平有限，難免有遺漏繆誤之處，懇請(qǐng)各位老師指出，以便訂正。 浮閥塔是生產(chǎn)中最常用的板式塔之一。 注 :所計(jì)算出的面積裕度會(huì)稍稍偏大 ,是因?yàn)橛?jì)算時(shí)忽略了一部分熱量 ,即蒸汽冷凝之后的那部分溫差所釋放的熱量。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l=6m，則該換熱器的管程數(shù)為 Np= ???lL 傳熱管總根數(shù) Nt=82 2=164 因?yàn)槭侵苯邮钦羝?，則可以不用考慮平均熱溫差校正系數(shù) ,則可以認(rèn)為mt? = 采用組合排列法 ,即每程內(nèi)均按正三角形排列。 ??????? ?hhhh cp m液柱 氣體通過每層塔板的壓降為： aaLpp kppghp 8 4 40 6 5 ????????? ? 篩板塔工藝計(jì)算結(jié)果匯總 表 44 篩板塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 數(shù)值 /形式 精餾段 提鎦段 平均溫度 mt ℃ 平均壓強(qiáng) mP kPa 21 氣相平均流量 SV m3/s 液相平均流量 SL m3/s 液相平均摩爾質(zhì)量 LMM kg/kmol 氣相平均摩爾質(zhì)量 VMM kg/ kmol 氣相平均密度 VM? kg/ m3 液相平均密度 LM? kg/ m3 液體平均表面張力 mσ mN/m 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 數(shù)值 /形式 精餾段 提鎦段 液體平均粘度 Lmu 實(shí)際塔板數(shù) N 塊 9 10 板間距 TH m 含有人孔板的板間距 TH? m 人孔直徑 m 塔有效高度 Z m 塔徑 D m 塔頂高度 DH m 進(jìn)料板高度 FH m 塔底空間高度 BH m 空塔氣速 u m/s 塔板液流形式 單流型 溢流管形式 單溢流 降液管形式 弓形 受液盤形式 平行 22 溢流堰形式 平直 進(jìn)口堰形式 不設(shè) 堰長(zhǎng) wl m 堰高 wh m 溢流堰寬度 dW m 管底與受液盤距離 oh m 板上清液層高度 Lh m 項(xiàng)目 符號(hào)