【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .........................46 塔釜出料管 ...........................................................................................................................47 塔釜回流管 ...........................................................................................................................47 塔釜產(chǎn)品出料管 ...................................................................................................................48 冷凝水管 ...............................................................................................................................48 泵 ..................................................................................................................................................49 進(jìn)料泵 ...................................................................................................................................49 回流泵 ...................................................................................................................................49 .....................................................................................................................................5011. 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊(cè) .......................................................................................................................52第四節(jié)．設(shè)計(jì)感想 ...........................................................................................53甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)1緒論一. 化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求1. 提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的能力。2. 提高學(xué)生分析問(wèn)題和獨(dú)立工作的能力。3. 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)。4. 提高學(xué)生工程繪圖的能力。二. 化工原理課程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)方案的確定:所選定的工藝流程設(shè)備形式等的理論依據(jù)。2. 主要設(shè)備的化工工藝及結(jié)構(gòu)計(jì)算:物料衡算、能量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定等。3. 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)或選型：主要附屬設(shè)備的主要工藝尺寸的計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定4. 工藝流程圖：以單線圖的形式描繪，標(biāo)出主體設(shè)備與附屬設(shè)備的物料流向、物流量和主要測(cè)量點(diǎn)等，用 2 號(hào)圖紙繪制。5. 主要設(shè)備裝配圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的工藝尺寸主要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸、技術(shù)特性表和接管表等，用 1 號(hào)圖紙按工程制圖要求繪制。6. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書：包括目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、流程圖、設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明與論證、設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明、對(duì)設(shè)計(jì)中有關(guān)問(wèn)題的分析討論、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總（主要設(shè)備尺寸各物料量和狀態(tài)能耗主要操作參數(shù)以及附屬設(shè)備的規(guī)格型號(hào)等）和參考文獻(xiàn)目錄。三．化工原理課程設(shè)計(jì)的基本程序：認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確所要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)際的調(diào)研，收集現(xiàn)場(chǎng)資料，或查閱技術(shù)資料，以便了解與設(shè)計(jì)任務(wù)有關(guān)的典型裝置的工藝流程主體設(shè)備結(jié)構(gòu)附屬設(shè)備及測(cè)量控制儀表的裝配情況等，為后面的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。，繪制工藝流程圖。4 進(jìn)行設(shè)備的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制主體設(shè)備的總裝配圖。李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)2第一節(jié) 概述 精餾操作對(duì)設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。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。 ⑵ 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長(zhǎng)期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 ⑶ 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對(duì)于減壓精餾操作，過(guò)大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。 ⑷ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 ⑸ 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 ⑹ 塔內(nèi)的滯留量要小。實(shí)際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，況且上述要求中有些也是互相矛盾的。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。 體系介紹常壓下甲醇與水的二元溶液就屬正偏差溶液。由于對(duì)于一定的 x 值，其兩組分的蒸汽壓均比理想溶液計(jì)算的值偏高，必然泡點(diǎn)比理想溶液的低，在 txy 圖中其泡點(diǎn)線除兩端點(diǎn)外均下移，使泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線之間的間距增大，亦即使 a 增大。甲醇－水體系汽液平衡數(shù)據(jù) ()：參考課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)t/℃ x y a 6．46李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)3 78 66 65 備注：，算得常壓下不同溫度時(shí)甲醇對(duì)水的相對(duì)揮發(fā)度。21YX??常壓下甲醇水物系的 txy 圖與 yx 圖如下圖所示：李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)4 板式塔類型氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813 年)、篩板塔(1832 年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如 S 型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 泡罩塔泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，其主要原件為升氣管及泡罩。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分為 、 、m80?1三種，可根據(jù)塔徑的大小選擇。通常塔徑小于 1000mm，選用 的泡罩；塔m150?徑大于 2022mm，選用 的泡罩。m150?李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)5泡罩篩板的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性較大，液汽范圍大，不易堵塞，適于處理各種物料，操作穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。近年來(lái)，泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代。在設(shè)計(jì)中除特殊需要（如分離黏度大、易結(jié)焦等物系）外一般不宜選用。 篩板塔篩孔塔板簡(jiǎn)稱篩板，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為塔板上開(kāi)有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小分為小孔徑篩板（孔徑為 3 到 8mm）和大孔徑篩板（孔徑為 10 到 25mm）兩類。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合（如分離黏度大、易結(jié)焦的物系） 。篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高。其缺點(diǎn)是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦，黏度大的物料。應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降，故過(guò)去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。近年來(lái)，由于設(shè)計(jì)和控制水平的不斷提高，可使篩板的操作非常精確，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨廣泛。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。 浮閥塔浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它吸收了兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開(kāi)有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。氣流從浮閥周邊水平的進(jìn)入塔板上液層，浮閥可根據(jù)氣流流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。浮閥的類型很多，國(guó)內(nèi)常用的有 F1 型、V4 型及 T 型等，其中以 F1 型浮閥應(yīng)用最為普遍。浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低；塔板開(kāi)孔率大，生產(chǎn)能力大；由于閥片可隨氣量變化自由升降，故操作彈性大；因上升氣流水平吹入液層，氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)，故塔板效率較高。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高黏度的物料時(shí)，閥片易于塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。應(yīng)予指出以上介紹的僅是幾種較為典型的浮閥形式。由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開(kāi)發(fā)的主要方向。近年來(lái)研究開(kāi)發(fā)出的新型浮閥有船型浮閥、管型浮閥、梯形浮閥、雙層浮閥、VV 浮閥、混合浮閥等，其共同的特點(diǎn)是加強(qiáng)了流體的導(dǎo)向作用和氣體的分散作用，使氣液兩相的流動(dòng)更趨于合理，操作彈性和塔板效率得到進(jìn)一步的提高。但應(yīng)指出，在工業(yè)應(yīng)用中，目前還多采用 F1 型浮閥，其原因是 F1 型浮閥已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完善，便于設(shè)計(jì)和對(duì)比。而采用新型浮閥，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不夠完善，給設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難，但隨著新型浮閥性能測(cè)定數(shù)據(jù)的不斷發(fā)表及工業(yè)應(yīng)用的增加，其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)不斷完善，在較完善的性能數(shù)據(jù)下，設(shè)計(jì)中可選用新型浮閥。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)條件：體系：甲醇水體系 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)6已知：進(jìn)料量 F=240 kmol/h進(jìn)料濃度 = （摩爾分?jǐn)?shù)）FZ進(jìn)料狀態(tài)：q＝ 1 操作條件：塔頂壓強(qiáng)為 4 kPa(表壓)，單板壓降不大于 。塔頂冷凝水采用深井水，溫度 t＝12℃；塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱 全塔效率 ET = 52%分離要求： = ； = ；回流比 / = 。D?WRmin 精餾塔的設(shè)計(jì)步驟a) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案；b) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型；c) 確定塔徑、塔高等工藝尺寸d) 進(jìn)行塔板的設(shè)計(jì)，包括溢流裝置的設(shè)計(jì)塔板的布置升氣道（泡罩篩孔或浮閥等）的設(shè)計(jì)及排列；e) 進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算；f) 繪制塔板的負(fù)荷性能圖；g) 根據(jù)負(fù)荷性能圖，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，若設(shè)計(jì)不夠理想，可對(duì)某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，一直到滿意為止。第二節(jié) 設(shè)計(jì)方案的確定 操作條件的確定 操作壓力塔的操作壓力的選擇實(shí)際上是塔頂和塔底溫度的選取問(wèn)題。在塔頂產(chǎn)品的組成確定以后，塔頂?shù)臏囟群蛪毫χ荒苓x定一項(xiàng)。 進(jìn)料狀態(tài)若進(jìn)塔原料為過(guò)冷液體，q 值大，則熱量主要由塔釜輸入，必要求蒸餾釜的傳熱面積大，設(shè)備體積大，此外，因提餾段氣液流量大，提餾段塔徑要加大。于是，冷液進(jìn)塔雖可減少理論塔板數(shù)，使塔高降低，但蒸餾釜及提餾段塔徑增大，亦有不利之處。李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì)7泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泡點(diǎn)進(jìn)料，q＝1。 加熱方式精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量，采用 3kgf/cm2（溫度 130℃）間接水蒸汽加熱。 冷卻劑與出口溫度采用深井水，入口溫度 t＝12℃，由于水的出口溫度一般不能超過(guò) 50℃左右，否則溶解于水中的無(wú)機(jī)鹽將會(huì)析出，在傳熱壁面上形成污垢而影響傳熱效果。同時(shí)考慮到塔頂產(chǎn)品與冷卻劑之間必須保持 10 到 20℃的傳熱溫差，取冷卻劑出口溫度為 30℃ 回流比（R）的選擇實(shí)際操作的 必須大于 ，但并無(wú)上限限制。選定操作 時(shí)應(yīng)考慮，隨 選minRR值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量 L，V，L’ ，V’增加，勢(shì)必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，即操作費(fèi)用增大。若 值過(guò)大，即氣液流量過(guò)大，則要求塔R徑增大，設(shè)備投資也隨之有所增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流比之間的關(guān)系如下圖所示。總費(fèi)用最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 值稱為最佳回流比。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳 值，常R用的適宜 R 值范圍為： ＝