【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 H=。查扈文勝編《常用食品數(shù)據(jù)手冊(cè)》 ，絕對(duì)大氣壓下，蒸汽中酒精濃度 %時(shí)，蒸汽密度近似為 kg/m3， 所以壓強(qiáng)為 80kpa 時(shí)二次蒸汽的密度為，則二次蒸汽的體積流量為Vs= m3/.*6590???W允許蒸發(fā)體積強(qiáng)度 Vsy 為 ～ m 3/（m 2s） ，取 Vsy= m3/（m 2s） ，則V= m3, ,V= D2H，而 =1~2，取 H=，?Vsy 4?D=753mm，取為 900mm。外熱式自然循環(huán)管蒸發(fā)器的主要數(shù)據(jù)：表 1 一效蒸發(fā)器的主要數(shù)據(jù)加熱管 加熱室 分離室 循環(huán)管規(guī)格 mm 長(zhǎng)度 m 根數(shù) 直徑 mm 長(zhǎng)度 m 直徑 m 高度 m 直徑 mmφ383 3 58 700 3 900 220 二效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算1．二效傳熱面積計(jì)算壓強(qiáng)為 80kpa 時(shí)飽和蒸汽壓的溫度 T=℃二效蒸發(fā)器在絕壓為 30kpa 時(shí)溶液沸點(diǎn)為 ℃河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17Q2=℃?故傳熱面積 S= tK?參考卷 62 各種蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)《化工原理》取 K=1200 w/（m 2k）S=（120022）= m 2為安全計(jì)，取 S== m2選用直徑 φ383mm，長(zhǎng)為 3m 的無(wú)縫鋼管作為加熱室，則管數(shù)為：n=S/（πd ol）=（π3）=，取為 137加熱管按正三角形排列，則管束中心線(xiàn)上的管數(shù)約為：nc= = =13137取管心距 t 為 70mm，則管束中心線(xiàn)上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離 b 為，則加熱室的內(nèi)徑為：Di=t（n c1）+2b=70（131）+2（38）=700+114=954mm取 Di=960mm（2）循環(huán)室 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)循環(huán)室的截面積取 80%的加熱管總截面積，則循環(huán)管總截面積為f=πn d i2/4=137()2/4=㎡所以，循環(huán)管直徑為d= ，取為 350 ????f（3）分離室取分離室的高度為 H=，( 高度與直徑之比為 1 到 2)查扈文勝編《常用食品數(shù)據(jù)手冊(cè)》 ，絕對(duì)大氣壓下，蒸汽中酒精濃度 %時(shí)，蒸汽密度近似為 kg/m3， 所以壓強(qiáng)為 30kpa 時(shí)二次蒸汽的密度為XXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)18。壓強(qiáng)為 30kpa 時(shí)二次蒸汽的密度為 ，所以二次蒸汽的體積流量為Vs= m3/s， = ?????.860V= D2H，而 =1~2，取 H=，則 D=746，取為 900mm。4?外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的主要數(shù)據(jù)：表 2 二效蒸發(fā)器的主要數(shù)據(jù)加熱管 加熱室 分離室 循環(huán)管規(guī)格 mm 長(zhǎng)度 m 根數(shù) 長(zhǎng)度 m 直徑 mm 直徑 mm 高度 m 直徑 mmФ383 3 92 3 960 900 350 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 最小回流比 Rmin 的確定計(jì)算公式 Rmin=（X DYq）/（Y qXq）餾出液質(zhì)量濃度 XD=90%；原料液質(zhì)量濃度 XF=77%；塔釜液質(zhì)量濃度 Xw =1%餾出液摩爾濃度= ??原料液摩爾濃度= 56./23./塔釜液摩爾濃度= ??原料液汽化熱I=+18=41290 kJ有天津大學(xué)《化工原理》下冊(cè)圖 13，X F = 時(shí)，溶液泡點(diǎn)約為 78℃，平均溫度 ℃。由附錄查得 49℃下，乙醇溶液的比熱容為 卡/克，492078??故原料液的平均比熱容為 CP =+ 18 = KJ/kmol℃河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19q= ，)78(. ???????mprtC ??q由天津大學(xué)《化工原理》下冊(cè)圖 14 作圖，在 x= 處作 y 方向直線(xiàn)交 y=x于點(diǎn) e,過(guò)點(diǎn) e 作斜率為 的直線(xiàn)，交平衡線(xiàn)于一點(diǎn)，則 xq =,Yq =,Rmin = = =?實(shí)際回流比為 R= Rmin == 蒸汽流量與進(jìn)入塔板的液體的計(jì)算由《常用食品數(shù)據(jù)手冊(cè)》 （中國(guó)食品出版社）中卷 4118 酒精蒸汽的重度和比容（絕對(duì)大氣壓） ，查得 rv==，又 D=，W=，蒸汽流量 Vs=D（R+1）/rv,可得:Vs=(+1)= m3/h= m3/s進(jìn)入塔板的液體:密度=829kg/m 3,質(zhì)量流量 Ws==,則體積流量 Ls =（8293600）= m 3/s 浮閥精餾塔設(shè)計(jì)參考劉道德編《化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)》采用 F1 型浮閥（重閥） 。蒸汽流量 Vs=(查《常用食品數(shù)據(jù)手冊(cè)》)液體流量 Ls=平均操作壓強(qiáng) P=105Pa 酒精表面張力=10 5N/cm(1)塔徑計(jì)算取塔板間距 Ht=450mm=，塔板上液層深度 hL，常壓操作 ～ 取hL=，故分離空間為：H thL==動(dòng)能參數(shù)為： ????vlVs?查天津大學(xué)出版社《化工原理課程設(shè)計(jì)》圖 45Smith 關(guān)聯(lián)圖，得負(fù)荷系數(shù)c20=，此圖是按液體表面張力 σ=20Mn/m 的物系給出的，而對(duì)物系表面張XXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)20力為其它值時(shí)，須按下式校正:C=C20 = =)20(?)207.(最大允許空塔速度為:U max=C = m/.????vl?適宜空塔速度 U 一般為最大允許氣速的 ～ 倍,取U===,則塔徑:D= , 取 D=. ???(2) 塔板層數(shù)查《化工原理》例 110 附表，當(dāng) xD= 時(shí)，y D=（約） ；xF=，y F=；；x w =,yw=代入汽液平衡方程 y ，可得 D=， F=, W =????)1(???全塔平均揮發(fā)度 m = . D?W精餾段平均揮發(fā)度 m`= = = 6①求全塔理論板層數(shù)：由芬斯科方程式知：Nmin )]04.()[()]1()[( ????????LgLgXmFD?且(RR min)/(R+1)= ()/(+1)=用《化工原理》式 149 計(jì)算：(NNmin)/(N+2)=+解得：N=12(不包括再沸器)②求精餾段理論板層數(shù)：由芬斯科方程式知：河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)21Nmin )]570.()79.[(1)]()1[(` ????????LgLgXmFD?且前已算出(RR min)/(R+1)= (NNmin)/(N+2)=解得：N=故加料板的位置為：從塔頂往下的第 6 層理論板。 (3)標(biāo)準(zhǔn)塔盤(pán)選擇閥孔動(dòng)能因數(shù) F0=9～11，取 F0=11，則U0= smv /???浮閥孔徑取標(biāo)準(zhǔn) d=39mm=故浮閥數(shù)為N= ?????UdVs?按 N= 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版下選取塔盤(pán)的主要參數(shù)列于下表: 選取的塔盤(pán)的工藝參數(shù)項(xiàng)目 塔徑Dtmm塔板間距 Htmm弓形降液板 mm浮閥數(shù)N（個(gè)）浮閥排列方式閥孔中心距 t mm行間距 h mm參數(shù)2022 450L=1456H=314 296 等腰三角形75 80按所選浮閥個(gè)數(shù)，校核功能因素 F0，即U0= ..14354?????NdVs?F0=U0 = =?96(4)塔截面積與溢流裝置塔截面積：A t= ?????TDXXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)22溢流管截面積 Af及溢流管寬度 Wd ，由塔盤(pán)工藝參數(shù)得：L w=，D t=Lw/Dt=,由此值查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版上冊(cè)表 1033弓形寬度與面積可得：A f/At=Af==Wd== 4m 溢流堰高度 hw因?yàn)槭且话阄锵?，故取液流收縮系數(shù) E 近似等于 1，則堰上液層高度How=()E(3600Ls/Lw)2/3=hw=hHow==溢流管底與塔盤(pán)間距離 h0取液封高度 hwho為 12mmho=hw12=校核降液出口速度 UD=Ls/（L wHo）=（）=UD之值低于 ，故認(rèn)為合適驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 （要求大于 5 秒）?=AfHt/Ls=?由以上計(jì)算認(rèn)為溢流管尺寸合適流體力學(xué)驗(yàn)算（5）流體力學(xué)計(jì)算 單板流體阻力 hp① 干板壓降 hcUo=，g=, ρV=, ρL=浮閥由部分全開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)槿咳_(kāi)時(shí)的臨界速度 Uoc Uoc = ??河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)23此時(shí) hc= ???②氣體通過(guò)板上清液層的壓強(qiáng)降 hihi=ε h L對(duì)于乙醇和水的物系，則 ε 取為 hi== 液柱③由表面張力引起的壓強(qiáng)降 hθ 值較小，一般略去不計(jì)所以，h p=hc+hi+hθ =+= 液柱=829=(每塊板)(6)池漏驗(yàn)算取閥孔動(dòng)能因數(shù)的下限值，F(xiàn) 0=5，算出相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷 Vs，minUo，min = m/??Vs,min= m3/s＜ ,o ??????m3/s所以不會(huì)泄漏(7)液泛的驗(yàn)算為避免液泛，溢流管內(nèi)清液層高度應(yīng)小于 Φ（h t+hw）對(duì)一般液體取泡沫層相對(duì)清液層的密度為 ，故 Φ（h t+hw）=（+0按下式計(jì)算hd=[Ls/(LwH0)]2=[()]2= 液柱故得 Hd =++=＜因此不會(huì)液泛(8)霧沫夾帶的驗(yàn)算對(duì)于直徑大于 900mm 的塔，泛點(diǎn)%＜80%時(shí)，霧沫夾帶才能維持在允許范圍內(nèi)。XXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)24泛點(diǎn)%= %1036.????AFvLCZsVs?式 Z1 =DT2Wd=22=AA=ATAf==CAF= FO??其中， 為系統(tǒng)因素，參考《化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計(jì)》取 =1。?為泛點(diǎn)氣相負(fù)荷系數(shù)，由 = kg/m3和 HT=,查得 =,故AFOv?AFOC=1=，所以C泛點(diǎn)%= =%% ?????小于 80%,霧沫夾帶在允許范圍。(9)操作彈性從霧沫夾帶現(xiàn)象考慮氣相負(fù)荷上限 Vs，max ,并取泛點(diǎn)%=80%，即80%= %, ????FbvLsCAZV?80%= ,s解得 Vs，max =(a)從液泛角度考慮負(fù)荷上限 Vs，max， 即 Hd,max=4(HT+HW)=(+)=又因 Hd,max=hp,max+hd+hL ，所以 hp,max==而 hp,max=hc,max+hi+ho hc,max+hL=?hc,max==根據(jù) hc,max= = 解得 = m/s?LvoogU??2max,ax， max,oU河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25故得 Vs，max = m3/s （b）. ????比較（a）(b)式得值，從安全角度考慮，取 Vs，max = m3/s，因此，,sx??（10）計(jì)算結(jié)果浮閥塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目 數(shù)值塔徑 DT,m板間距 HT,m溢流形式溢流堰長(zhǎng)度 lw ,m溢流堰高度 hw ,m板上清液層高度 hL ,m降液管底與塔盤(pán)間距離 hO ,m浮閥數(shù) N，個(gè)閥孔速度 Uo , m/s閥孔動(dòng)能因素 F0閥孔中心距行間距 t,mm液體在降液管中的停留時(shí)間 θ，s弓形單溢流2967580XXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)26降液管中當(dāng)量清液層高度 Hd,m泛點(diǎn),%操作彈性 熱量衡算確定塔釜液加熱蒸汽消耗量 D(1)已知條件F=進(jìn)液濃度按 77%計(jì)，溫度 tf=20℃；塔釜液（作純水計(jì)）溫度 tw=100℃（105℃）；塔頂氣相溫度 tr=℃；間接蒸汽壓力 P=4kgf/cm2，溫度 T=℃；蒸汽汽化潛熱 Iv=(2)熱平衡計(jì)算物料帶入的熱量加熱蒸汽帶入熱量 QdQd=Dr=河南工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)27原料帶入熱量 Qftf=20℃ Q f=FCf == kal/h=21963 kJ/h 回流液帶入熱量 QrP=D= kJ/kg R= tr=℃ 90%乙醇的比熱容== kJ/kgCr== kJ/kgQr=PRCrtr == kJ/h物料帶出的熱量塔頂蒸汽帶出的熱量 QvQv=P（R+1）I v ,式中 Iv以酒精的汽化潛熱作計(jì)算值, 帶入得:Qv==19857806 kJ/h塔釜?dú)堃簬ё叩臒崃?QwQw=WCwtw=100= kJ/h熱量衡算求取 D 值熱量損失設(shè)為 1% , 物料帶入的熱量=物料帶出的熱量,即 Qd+Qf+Qr=Qv+QwD=101%（Q v+QwQfQr）/=(+) /= 再沸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知條件W= kg/h Qd=Dr== kJ/h= kw加熱蒸汽溫度 T=℃ t f=20℃ tw=100℃?zhèn)鳠崦娣e FF= Qd /（K△t m）式中:K 取 1000W/m2℃（K 范圍 5006000）XXX 噸/年大豆?jié)饪s蛋白工藝設(shè)計(jì)28△t m = ℃..)()012( ???g所以 F=（100076）= m 2 按立式熱虹吸式重沸器標(biāo)準(zhǔn)作參考，用 25 的無(wú)縫鋼管,尺寸如下:?公稱(chēng)直徑 公稱(chēng)壓力 管程數(shù) 管徑 管間距 管子根數(shù)700mm 1 25 32mm 355 精餾塔冷凝器設(shè)計(jì)(1)冷卻水耗量計(jì)算Q=（R+1）DI v 90%的酒精的冷凝熱 Iv= kcal/kgQ=（+1）=