【正文】 hT——開有人孔的塔板間距，mm。 塔頂空間高度HD塔頂空間高度HD指塔頂?shù)谝粚铀宓剿敺忸^的底邊處的距離，其作用是安裝塔板和開人孔的需要，也是氣體中的液滴自由沉降，減少塔頂出口氣體中液滴夾帶，必要時(shí)還安裝破沫裝置。其選擇可參照表101塔間距與塔徑的關(guān)系。 塔頂回流管由泵輸送時(shí)，取 =37mm查管子規(guī)格表得塔頂回流管采用的不銹鋼無縫鋼管。當(dāng)塔體上有加強(qiáng)圈時(shí)，則距離還須適當(dāng)放大。平臺下的地面往往是通道，所以底層平臺凈空高度不應(yīng)小于2m。選用吊柱時(shí)，依據(jù)的基本參數(shù)是臂長S（mm）和設(shè)計(jì)載荷G（kg）。～,公稱直徑為450～600mm。在本設(shè)計(jì)中，共有39塊塔板，所以共設(shè)置6個(gè)人孔，塔頂和塔釜各設(shè)置一個(gè)人孔，在進(jìn)料處設(shè)置一個(gè)人孔，剩余一個(gè)看具體情況安排。螺栓座的作用是用來安裝地腳螺栓。裙座較其他的支座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支撐形式。液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間：求出上限液體流量值（常數(shù)），在圖上，液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無關(guān)的豎直線。 一般取閥孔動(dòng)能因數(shù)=5～6作為控制漏液量的操作下限，此時(shí)，漏液量接近10％。若上二式之一算得的泛點(diǎn)率不在規(guī)定的范圍以內(nèi)，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，如板間距、塔徑等，并重新計(jì)算。實(shí)際降液管中液體和泡沫的總高度大于此值。 本設(shè)備分離甲醇和水的混合液，即液相為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)。 圖51 精餾段閥孔分布圖按照N=156重新核算孔速及閥孔功能因數(shù) u’01=(Vs1=,N=97) ==～12之間*（4*）=%在4％～15％之間●提餾段：取浮閥動(dòng)能因子=10,則==每層塔板上的浮閥數(shù)目N為：同上計(jì)算N=68個(gè)式中，；，R==；x=（+）= 開孔區(qū)面積：Aa=2[*（）1/2+π/180**arcsin（）]= 浮閥排列采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排的孔心距，則排間距t’=Aa/Nt=(68*)=由于塔徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此，排間距應(yīng)比計(jì)算的要小一些，故取為：。如果塔內(nèi)氣相流量變化范圍較大，可采用—排輕浮閥一排重浮閥相間排列，以提高塔的操作彈性。所以，在本課程設(shè)計(jì)中，采用F1型的重閥，重為33g,型號為F1Z3C。通常取和相等，且一般為50～100mm。根據(jù)機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)JB111868,選用F1型33g重閥，孔徑=39mm。為此液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間不應(yīng)小于3～5s，對于高壓下操作的塔及易起泡沫的系統(tǒng)，停留時(shí)間應(yīng)更長些。它有平形和凹形兩種形式，前者結(jié)構(gòu)簡單，最為常用。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對常壓和加壓塔，一般采取=50～80mm。弓形降液管的弦長稱為堰長，以表示。安全系數(shù)的選取與分離物系的發(fā)泡程度密切相關(guān)。s μ水底= mPa =,=。，查得的安托因常數(shù)：對于甲醇，其常數(shù)A,B,，對于水，其常數(shù)A,B,。氣體（或蒸氣）由塔底進(jìn)入，經(jīng)篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，并相互作用。在考慮充分利用熱能的同時(shí)，還應(yīng)考慮到所需增加設(shè)備的投資和由此給精餾操作帶來的影響。(1) 根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，參考生產(chǎn)上較可靠的回流比的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定；(2) 先求出最小回流比Rmin，~2 倍，即R＝（~2）Rmin；(3) 在一定的范圍內(nèi)，選5 種以上不同的回流比，計(jì)算出對應(yīng)的理論塔板數(shù)，作出回流比與理論塔板數(shù)的曲線。冷夜進(jìn)料時(shí)的操作比較容易控制，且不用加熱原料液，此外，冷夜進(jìn)料時(shí)所用塔板會(huì)相對其它進(jìn)料方式所需要的少，設(shè)計(jì)和制造時(shí)比較方便。直接蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：可利用壓力較低的蒸汽加熱，塔釜只須安裝鼓泡管，一般可節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。 操作壓力塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問題，而且與塔頂和塔底溫度的選取有關(guān)。冷卻水的節(jié)省也對操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。原料和中間產(chǎn)品有許多是由幾個(gè)組分液相組成的均相混合物，為了對某些組分進(jìn)行提純或回收其中的有用組分以達(dá)到生產(chǎn)的目的，通常需要對混合物進(jìn)行分離，蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作，它通過加熱造成氣、液兩相物系，利用物系的各組分揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離的目的。根據(jù)生產(chǎn)上的不同要求，精餾操作可以是連續(xù)的或間歇的，有些特殊的物系還可采用衡沸精餾或萃取精餾等特殊方法進(jìn)行分離。塔底再沸器。在課程設(shè)計(jì)中，熟練查閱文獻(xiàn)資料、搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式，在兼顧技術(shù)上先進(jìn)性、可行性，經(jīng)濟(jì)上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，嚴(yán)格按照常用數(shù)據(jù)算圖，化工設(shè)備常用材料性能以及畫工圖例國標(biāo)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全運(yùn)行所需要的檢測和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，塔的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。產(chǎn)品要求：餾出液中的甲醇的含量為 %（質(zhì)量）。 塔頂易揮發(fā)組分的回收率 %設(shè)備的年實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間為7200h。有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，編寫設(shè)計(jì)說明書一份?；どa(chǎn)常需進(jìn)行二元液相混合物的分離以達(dá)到提純或回收有利用價(jià)值組分的目的，精餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分液化或多次部分冷凝達(dá)到輕重組分分離目的的方法。相關(guān)管道尺寸及儲(chǔ)罐等進(jìn)行了計(jì)算和選型。本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一甲苯混合物，由于對物料沒有特殊的要求，可以在常壓下操作。當(dāng)混合物中各組分的揮發(fā)度相差不大，而又有較高的分離要求時(shí)，宜采用精餾。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。根據(jù)所處理的物料性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來綜合考慮，一般有下列原則：(1) 壓力增加可提高塔的處理能力，但會(huì)增加塔身的壁厚，導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用增加；壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用或設(shè)備費(fèi)用增加。但由于直接蒸汽加入，對釜內(nèi)溶液起一定稀釋作用，在進(jìn)料條件和產(chǎn)品純度、輕組分收率一定的前提下，釜液濃度相應(yīng)降低，故需在提餾段增加塔板以達(dá)到生產(chǎn)要求。本次設(shè)計(jì)以冷夜進(jìn)料方式進(jìn)料。當(dāng)R= Rmin時(shí)，塔板數(shù)為∞；R＞Rmin后，塔板數(shù)從無限多減至有限數(shù)；R繼續(xù)增大，塔板數(shù)雖然可以減少，但減少速率變得緩慢。 工藝流程示意圖(1)精餾流程總圖圖11精餾流程總圖(2)原料液的物流走向圖注：F為進(jìn)料液物流；D為塔頂溜出液物流；W為塔底釜液物流。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價(jià)低，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。塔頂：lgP0 甲醇=A= lgP0 水=A=由此可知，塔頂?shù)南鄬]發(fā)度為αD=P0甲醇/P0水=（其中t=）塔釜： lgP0 甲醇=A=lgP0 水=A= 由此可得塔釜的相對揮發(fā)度αw=P0甲醇/P0水=（其中t=）加料處： lgP0 甲醇=A=lgP0 水=A=由此可得進(jìn)料處的相對揮發(fā)度αF= lgP0 甲醇/ lgP0 水=（其中t=）故==精餾段的平均相對揮發(fā)度：提餾段的平均相對揮發(fā)度： 求最小回流比因飽和液體進(jìn)料，所以其q線方程為：x=，其與平衡線（全塔的α=）的交點(diǎn)為（YP=,xp=)此即最小回流比時(shí)操作線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)。=*104,= *104塔頂：y1=xD= , x1= =32+（）18==32+（）18=加料板： =,= =32+()18==32+()18=塔釜：=*104,= *104=*10432+（*104）18==*10432+（*104）18=精餾段的平均摩爾質(zhì)量： ==MLm（精）= kg/mol提餾段的平均摩爾質(zhì)量：Mvm(提)= kg/molMlm（提）=kg/mol （1） 氣相密度的計(jì)算（由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算）精餾段：=提餾段：=（2） 液相密度的計(jì)算表31甲醇、水的液相密度ρL溫度，℃60708090100ρL甲醇，kg/m3763755745740725ρL水，kg/m3塔頂平均密度的計(jì)算：== ρL水=質(zhì)量分率：a甲醇 = a水=根據(jù)1/ρLmD=a甲醇/ρL甲醇+a水/ρL水代入數(shù)據(jù)計(jì)算：解出=進(jìn)料板平均密度的計(jì)算：=℃根據(jù)內(nèi)插法ρL甲醇= ρL水=質(zhì)量分率：a甲醇 = a水=同上，解出=塔釜平均密度的計(jì)算：=℃根據(jù)內(nèi)插法得，ρL甲醇= ρL水 =質(zhì)量分率：a甲醇 = a水=同上，解出lmw=故精餾段平均液相密度：(+)=提餾段的平均液相密度：( + lmw)/2=（）表32 甲醇、水液體表面張力σ溫度，℃60708090100σ甲醇，mN/mσ水，mN/m由=；=；=℃根據(jù)內(nèi)插法算得甲醇頂=甲醇底==+（)==+()=+()=則精餾段平均表面張力： 提餾段平均表面張力： （） 甲醇、水的液體黏度μ溫度，℃60708090100μL甲醇，mPasμL頂=*+（）*= mPa對于不發(fā)泡的物系，可取較高的安全系數(shù)，對于直徑較小及減壓操作的以及嚴(yán)重起泡的物系，應(yīng)取較低的安全系數(shù)。為使上一層板流入的液體能在板上均勻分布，并減少進(jìn)入處液體水平?jīng)_擊，常在液體的進(jìn)入口處設(shè)置內(nèi)堰，當(dāng)降液管為圓形時(shí)，應(yīng)有內(nèi)堰，當(dāng)采用弓形降液管時(shí)可不必設(shè)置內(nèi)堰。對減壓塔或要求塔板阻力很小的情況，可取為25mm左右。為使液體更均勻地橫過塔板流動(dòng)，也可考慮在其外側(cè)加設(shè)進(jìn)口堰。 因此，在求得降液管截面積之后，應(yīng)按下式驗(yàn)算降液管內(nèi)液體的停留時(shí)間，即：=AfHT/Ls根據(jù)單溢流型的塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)系列化標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)降液管的寬度與降液管的面積時(shí),查得：， 則降液管寬度， Wd==*=≈降液管的橫截面積Af=*π/4D2=*π/4*=驗(yàn)算降液管內(nèi)液體停留時(shí)間：精餾段：=AfHT/Ls=（＞3~5s，符合要求） 提餾段： =AfHT/Ls=（＞3~5s，符合要求）降液管下端與受液盤之間的距離稱為底隙，以表示。塔板有整塊式和分塊式兩種，整塊式即塔板為一個(gè)整體，～。（c）邊緣區(qū) 在塔壁邊緣需留出寬度為的環(huán)行區(qū)域供固定塔板之用。 當(dāng)氣相體積流量V已知時(shí)，由于閥孔直徑給定，因而塔板上浮閥的數(shù)目N，即閥孔數(shù)，就取決于閥孔的氣速，并可按下式求得 N= 閥孔的氣速常根據(jù)閥孔的動(dòng)能因子來確定。對于整塊式塔板，多采用正三角形錯(cuò)排，孔心距t為75～125mm。按, ，用AutoCAD畫圖，得閥數(shù)68個(gè)。則==*= (3) 液體表面張力所造成的阻力此阻力很小，可忽略不計(jì)。為了防止發(fā)生液泛現(xiàn)象，要求控制降液管中清液高度，式中是考慮到降液管內(nèi)充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)，對于一般的物系，～，對不易發(fā)泡的物系，～。本系統(tǒng)為無泡沫正常體系，取為1。 取漏液點(diǎn)氣速為閥孔動(dòng)能因子時(shí)相應(yīng)的值來進(jìn)行驗(yàn)算。以作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間的下限，●精餾段：Ls max=Af HT/5=*●提餾段：Ls max=Af HT/5=*取堰上液層高度m作為液相負(fù)荷下限條件，先計(jì)算出的下限值，依次作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)的豎直線。為了制作方便，一般采用圓筒形。為了便于檢修和安裝，在裙座上應(yīng)開設(shè)2個(gè)不帶蓋板的長圓形人孔。在設(shè)置人孔處，塔板間距應(yīng)根據(jù)人孔的直徑確定，一般不小于人孔公稱直徑，塔盤支承梁高度及50mm之和，且不小于600mm。所以，在本設(shè)計(jì)中，人孔的公稱直徑選為450mm，其伸出塔體的筒體長為200mm，人孔中心距操作平臺1000mm，人孔厚度,接管，人孔高度為220mm，公稱直徑為450mm。臂長S（mm）可由塔的直徑及吊柱在塔壁上的安裝位置確定，其方位首先取決于人孔的方位。各層平臺之間的最小間距也不得小于2m，若無特殊要求，層間距也不宜大于8m。梯子所有構(gòu)件均采用Q235AF。表72接管結(jié)構(gòu)外徑/mm接管壁厚/mm塔底蒸汽接管63015塔頂蒸汽出口管3006塔頂回流液流管454塔頂出料管45塔進(jìn)料管37716塔底出料管764 本設(shè)計(jì)的塔為常壓操作塔，,故選擇法蘭時(shí)，即PN= 則根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 205931997，均選擇標(biāo)準(zhǔn)板式平焊鋼制管法蘭，法蘭類型代號為PN，HG標(biāo)準(zhǔn)號為HG20593，GB/T標(biāo)準(zhǔn)號為GB/T 9119結(jié)果表73精餾塔各接管法蘭的尺寸接管公稱直徑（DN）法蘭外徑（mm）法蘭內(nèi)徑（mm）螺栓孔中心圓直徑（mm）螺栓孔直徑（mm）螺栓孔數(shù)量螺紋Th法蘭厚 度（mm）法蘭質(zhì)量（kg）進(jìn)料管3775203814702616M243528塔頂蒸汽管3775203814702616M243528回流管4515046110184M16182 塔釜出料管4515046110184M16182塔釜進(jìn)氣管630770636332020M305296塔底出料管7618578145188M16203板間距HT的選定很重要，它與塔高、塔徑、物系性質(zhì)、分離效率、塔的操作彈性，以及塔的安裝、檢