【正文】 1592，DN=219mm , 換熱面積 A= ,管束 N=1,管數(shù) n=33 ，且準備一臺備用。同理可得其他回流比 R2和 R3分別為：選用 U 型管式換熱器，JB/T471792，DN=400mm,排管數(shù) n=56,熱換面積A=,換熱管長 L=3m,選用倆臺并聯(lián)使用，再準備倆臺備用。/mm最后確定N最后u0/m/sF0 開孔率/%R1 87 65 76 R2 5 115 82 65 118 R3 5 128 73 65 118 塔板流體力學驗算 氣相通過浮閥塔板的壓強降： pCIHh???14 / 26: 因為 uouocsmuVc /./73/ ???? 液 柱mguhLC 04.)*502(75*)*(*420 ?:由液相為碳氫化合物，可取充氣系數(shù)ξ 0= hI=ξ 0hL =*= 液柱 ：此阻力很小，可以忽略不計。=, V180。 四：有一定的操作彈性：當氣液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常的流動，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。同時，通過課程設(shè)計，還可以使我們樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度負責的工作作風。三、 設(shè)計說明書目錄(主要內(nèi)容) 要求1) 前言（說明設(shè)計題目設(shè)計進程及自認達到的目的） ，2) 裝置工藝流程(附圖) 及工藝流程說明3) 裝置物料衡算4) 精餾塔工藝操作參數(shù)確定5) 適宜回流比下理論塔板數(shù)及實際塔板數(shù)計算6) 精餾塔主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定7) 精餾塔最大負荷截面處 T1 型浮閥塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定8) 裝置熱衡算初算確定全凝器、再沸器型號及其他換熱器型號9) 裝置配管及機泵選型10) 適宜回流比經(jīng)濟評價驗算(不少于 3 個回流比比較)11) 精餾塔主要工藝和主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計結(jié)果匯總及評價12) 附圖 : 裝置工藝流程圖、裝置布置圖、精餾塔結(jié)構(gòu)簡圖 (手繪圖)。浮閥塔的主要優(yōu)點是生產(chǎn)能力大，操作彈性較大，塔板效率高，氣體壓強降及液面落差較小，塔的造價低，塔板結(jié)構(gòu)較泡罩塔簡單.浮閥有盤式、條式等多種，國內(nèi)多用盤式浮閥，此型又分為 F－1 型（V－1 型） 、V－4 型、十字架型、和 A 型，其中 F－1 型浮閥結(jié)構(gòu)較簡單、節(jié)省材料，制造方便，性能良好，故在化工及煉油生產(chǎn)中普遍應(yīng)用，已列入部頒標準（JB－1118－81） 。三、精餾塔設(shè)計 工藝條件的確定 苯與甲苯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 表 31 相平衡數(shù)據(jù)溫度/℃ 85 90 95 100 105 POA /Kpa POB /Kpa 40 46 54 86 ? x 0y 0 表 32 苯與甲苯的物理性質(zhì)項目 分子式 相對分子量 沸點/℃ 臨界溫度/℃ 臨界壓力/Pa苯 C6H6 7 / 26甲苯 C6H5CH3 表 33 Antoine 常數(shù)值組分 A B C苯 甲苯 表 34 苯與甲苯的液相密度溫度/℃ 80 90 100 110 120)(3,mkgL苯?810 ,甲 苯815 表 35 液體的表面張力溫度/℃ 80 90 100 110 120）（苯 mN? ）（甲 苯 / 表 36 液體的黏度溫度/℃ 80 90 100 110 120）苯 （ smpLa.,? ）甲 苯 （ ., 表 液體的汽化熱 ?溫度/℃ 80 90 100 110 120苯/(KJ/Kg)? 甲苯 /(KJ/Kg) 溫度的條件： 假定常壓，作出苯—甲苯混合液的 txy 圖，如后附圖所示。=39。LcIhh????即： ????????? 3/20202 )60()()()(0 wswwsLVT lLElguH??16 / 26因 HT,hw、h o、l w、 ，把有關(guān)數(shù)據(jù)代人NdVusLV 4/200 ?????均 為 定 值 ， 且及、整理得液泛線： . /22 ??SLSS任意取四點坐標如下：（，）,(,),(,),和（，）在 VsLs 圖中作出液泛線（2） ，同理得出其他回流比 R2和 R3得液泛線如下：和0175..???SSSLV 0173... /22???SSSLV 液體負荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時間不低于 35s，液體在降液管內(nèi)停留時間.=3—5S ，則39。 塔釜產(chǎn)品冷卻器因?qū)儆谝骸簜鳠?，故依?jīng)驗值可取 K=600w/m2.℃產(chǎn)品溫度 t : 45℃ → 35℃冷卻水的溫度 t: 45℃ ← 25℃ 4525=20℃ Ctm?????)()( ??t查得 KgJILW/? KgJILD/5KgJILW/? CP=?=, =?35熱量 Q=m*( )=*=?45I冷水每秒的用量 m=Q/( *CP)=25200/(20*)=?傳熱面積 A=Q/(K* )=25200/(600*)=冷卻器的選用：選用一臺固定管板式換熱器 JB/T471592，DN=219mm , 換熱面積 A= ,管束 N=1,管數(shù) n=33 ，且準備一臺備用。 kJD / ????塔 頂故總的負荷 SKJQCC/921同理得出其他回流比 R2和 R3的 QC 如下：表 41 熱負荷表R QC1/KJ/S QC2/KJ/S QC/KJ/SR1 810 120 930R2 R3 傳熱面積 A 求平均溫度 mt? 依以上可知 T 塔頂 （℃） → TD(45℃) t2(45℃) ← t1(25℃) ℃ 20℃故 ℃mt????t K 值選定 因?qū)儆谝骸麄鳠?，故可?K=1000w/m2.℃ 傳熱面積 A 2????同理得出其他回流比 R2和 R3的傳熱面積 A 分別如下： A= 清水的用量計算依 查手冊 t=℃時水的比熱 Cp=??水℃,故把數(shù)據(jù)代人求得 m=18 / 26故一年的用水量 年萬 噸總 /???m同理得出其他回流比 R2和 R3的 m 總 分別如下：表 42 循環(huán)水的用量表R m/kg/s m 總 /萬噸/年R1 R2 R3 換熱器選用選用 U 型管式換熱器，JB/T471792，DN=500mm,排管數(shù) n=28,熱換面積A=,換熱管長 L=3m,選用倆臺交替使用。/mm最后t39。=V+(q1)F=*= 同理得質(zhì)量計算：L=, V=L180。 三：流體阻力小：流體通過塔設(shè)備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。通過課程設(shè)計，我們了解到工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握典型單元操作設(shè)計的主要程序和方法，培養(yǎng)了分析和解決工程實際問題的能力。四、 經(jīng)濟指標及參考書目1) 6000 元/(平方米塔壁)(塔徑 ～ 乘 , 塔徑 ～ 乘 , 塔徑 以上乘 ),2) 4500 元/(平方米塔板),3) 4000 元/(平方米傳熱面積),4) 16 元/(噸新鮮水), 8 元 /(噸循環(huán)水),5) 250 元/(噸加熱水蒸汽), 設(shè)備使用年限 10 年, 6) 裝置主要固定資產(chǎn)年折舊率為 10% , 銀行借貸平均年利息 %。其閥孔直徑為 39mm，重閥質(zhì)量為 33g，輕閥為 25g。依任務(wù)書，可算出：x f=()/(+)=。0swhlu 則 ho=(*) = 合理woh?13 / 26同理可得出其他回流比的各項計算，總結(jié)果如下表：表 317 溢流裝置參數(shù)表R 堰上液層高度h0/m堰長 lw/m 出口堰高hw/m降液管寬度 Wd/m降液管的面積 Af/m2停留時間θ/S底隙高度ho/mR1 066 R2 R3 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列選用 F1 型重閥，閥孔直徑 d0=39mm，底邊孔中心距 t=75mm取閥孔動能因子 F0=10 ，孔速 smFuV/.//0???每一層塔板上的浮閥數(shù) N： 87).*3/(58)*4/( 22 ?s?取邊緣區(qū)域?qū)挾?Wc= Ws=塔板上的鼓泡面積 22arcsin10a xAxRR????????R=D/2Wc=== x=D/2(Wd+Ws)=(+)=把數(shù)據(jù)代入得 Aa=浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一排的孔心距 t=75mm=則估算排間距 mtNat )75.*8/(456.)*/(39。360fThAHL?? smHALsTf /051././)( 3max ???液相負荷上限線（3）在 VS—LS 圖中為與氣相流量 無關(guān)的垂線。 塔主要設(shè)備經(jīng)費計算（R 1 為例） 塔壁面積計算除倆端得封頭外，塔體的高度 h=HB+HD+Z=++= D=故塔體截面積面積=A T= 塔壁 S=A*h=*=查得封頭的面積 A1=2*= 故總面積 A 總 = 塔板面積計算 塔板面積 A=AT*塔板數(shù)=*34= 2 主要塔設(shè)備費用計算依前面可知，全凝器傳熱面積 A2=*2= ,再沸器傳熱面積A3=11*2=22m2，預(yù)熱器和釜液冷卻器的傳熱面積分別為 *2= *2=故塔設(shè)備經(jīng)費 I=A 總 *6000*+A*4500+（A 2+A3++）*4000= 元同理得出其他回流比 R2 和 R3 的主要塔設(shè)備費用如下表：表 43 設(shè)備費用表21 / 26R 塔體高度 h/m 塔壁面積 S/m2 塔板面積 A/m2 傳熱面積A2/m2塔設(shè)備總費用 I/元R1 R2 132 R3 固定資產(chǎn)折舊費用因為設(shè)備可用 10 年，折舊率為 10%，既 r=1/n 故資產(chǎn)殘余值可以忽略不計，固定資產(chǎn)折舊額 D=資產(chǎn)原值 P/n=P*r=*10%= 元同理得出其他回流比 R2 和 R3 的折舊金額如下： 元和 元 主要操作費計算（10 年） （R 1為例） 依據(jù)前面可知，每年塔頂冷凝器用水量 Q1=*105噸/年，釜液冷卻一年用水量 Q2=*3600*7200= 萬噸/年 單價為 16 元/噸，故十年循環(huán)水費用 I1=（Q 1+Q2）*10*16=*10 7元同理得出其他回流比 R2和 R3的 10 年循環(huán)水費用 I1分別為： *107元和 *107元 過熱蒸汽的用量費用因為一年再沸器的用量 Q3=22900 噸,原料預(yù)熱器一年用的量為 18400 噸，單價為 250 元/噸，故十年的過熱蒸汽費用I2=(Q3+18400）*250*10=*10 8元同理得出其他回流比 R2和 R3的 10 年過熱蒸汽費用 I2分別為: *108元和 *108元 設(shè)備費用和操作費用的總費用 p依以上可知 P=++47500000+103000000=*108元同理得出其他回流比 R2和 R3的 P 如下：*10 8元和 *108元 銀行利息后的總成本 P 總貸款年平均利息為 ，P 總=P*（1+） 10=*108元，同理得出其他回流比 R2和 R3的 10 年總成本 P 總為 *108元和 *108元 回流比的選擇依據(jù)成本計算可知，R 1的成本最小，且依 Vs~Ls 圖可知，操作點也是比較合理的位置，故這次回流比選 R1進行設(shè)計六、精餾塔附件及其重量計算 回流罐：算出回流罐的容積回流罐通過的物流量 ，hKgDRqVh /)1(???? 設(shè)冷凝液在回流罐中的停留時間為 10 分鐘，罐的填充系數(shù)3/??取 ，?故容積 )(VLh???同理得出其他儲罐： 表 43 回流罐容積表名稱 停留時間 容積/m 3回流罐 10min 22 / 26原料罐 塔頂產(chǎn)品罐 72h 塔底產(chǎn)品罐 72h (只對于 R1 來說，因已確定回流比) 進料管線管徑設(shè)原料流速 u=,因 那么管徑3/??uVd 06..)/(4???依據(jù)管材規(guī)格，應(yīng)該取 管材，那么實際流速89?sm/312.).(82??同理得出其他管徑如下 表 管路表管路 進料管 釜液輸送管 塔釜進氣管 塔頂冷凝液送管塔頂蒸氣管線流速 m/s 規(guī)格 389??376?6219??389?8219?? .依揚程 H 和流量 Q 來選。 sIRQLVC /8.)4167()()1 3????塔 底塔 頂從液相變?yōu)橐合嗟?，溫度變化? 塔板開孔率=u/u 0=同理，得出其他回流比總結(jié)果如下表：表 318 塔