【導(dǎo)讀】理論與實(shí)踐后，進(jìn)一步學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)化工設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)。此次化工原理設(shè)計(jì)是精餾塔的設(shè)計(jì)。精餾塔是化工生產(chǎn)中十分重要的設(shè)備，它是利用兩。組分揮發(fā)度的差異實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。在精餾塔中，料液自塔的中部某適當(dāng)位置連續(xù)的。加入塔內(nèi)，塔頂設(shè)有冷凝器將塔頂蒸汽冷凝為液體。冷凝液的一部分回入塔頂，其余作為塔頂產(chǎn)品連續(xù)排出。塔釜產(chǎn)生的蒸汽沿塔板上升，來(lái)自塔頂冷凝器的。精餾塔的分離程度不僅與精餾塔的塔板數(shù)及其設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，還與。物料的性質(zhì)、操作條件、氣液流動(dòng)情況等有關(guān)。該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)的過(guò)程?，F(xiàn)精餾過(guò)程，必須為該過(guò)程提供物流的貯存、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。更能培養(yǎng)我們的創(chuàng)新意識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。有較高的綜合能力，特別是作為一名工科學(xué)生，還應(yīng)當(dāng)具備解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。任務(wù)，為畢業(yè)論文等奠定基礎(chǔ)。更為將來(lái)打下一個(gè)穩(wěn)固的基礎(chǔ)。替代有相當(dāng)毒性的苯作為有機(jī)溶劑使用。

　　

【正文】 . 0 5 39。 2 ???c ? ? 1 . 123 60 . 2 39。323 ????????????? ?d 故 3222 . 1 9 SSS LLV ?????? 或 3222 7 SSS LLV ?????? 在操作范圍內(nèi)，任取 幾個(gè) ?SL 值，依上式計(jì)算出 ?sV 值，計(jì)算結(jié)果列于下表。 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5。 根據(jù)以上各線方程，可作 出提餾段篩板塔的負(fù)荷性能圖，如圖所示。 13 ??? smLS 13 ??? smVs 40 40 提餾段篩板負(fù)荷性能圖 塔的輔助設(shè)備及附件的計(jì)算與選型 各管路管徑： (1) 進(jìn)料管計(jì)算 為維檢修方便進(jìn)料管應(yīng)采用帶外套管的可拆結(jié)構(gòu)。 料液質(zhì)量流速 skgMFG FF / 6 0 4 2 ?????? 體積流速 smGV LFFL F m / 0 33????? ? 取管內(nèi)流速為 smuF /? 所以，進(jìn)料管管徑為 mmuVDFL F mF 3 ?? ???? ??? 由上述數(shù)據(jù)，查標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)可得，原料進(jìn)口管管徑選取為 ?? （ DN=65mm） 的無(wú) 41 41 縫鋼管。 法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm65 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 （ 2）塔頂回流管管徑 計(jì)算 同上，取管內(nèi)流速為 smuD /? 回流液質(zhì)量流速 skgMDG DD /8 7 6 0 ?????? 體積流速 smGV DL mDDL / 1 58 7 33????? ? 所以，回流管管徑 mmuVDFDLD 3 ?? ???? ??? 由上，塔頂回流管選 ?? 的無(wú)縫鋼管。 法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm32 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 （ 3）塔頂蒸氣出口管徑計(jì)算 蒸氣出口管的允許氣速 VU 應(yīng)不產(chǎn)生過(guò)大的壓降，其值可下表 表 蒸氣出口管中允許氣速參照表 操作壓力（絕壓） 常壓 1400～ 6000Pa ＞ 6000Pa 蒸汽速度， sm/ 12～ 20 30～ 50 50～ 70 因 kPaPD 87? ，故取出口氣速 smuD /12? 故 ????? VMV DmV VMq ? mmuqD DV 4 3 ?????? ?? 由上，塔頂蒸氣出口管選 5443?? 的無(wú)縫鋼管。 法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm450 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 （ 4）塔釜出料管徑計(jì)算 取 smuW /? ，則出料液質(zhì)量流速 42 42 skgMWG L W mW / ?????? 體積流速 smGV LWWWL / 2 9 0 33????? ? 所以， 塔釜出料管管徑 mmuVDWWLW 3 ?? ???? ??? 由上，塔釜出料管選 576?? 的無(wú)縫鋼管。 法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm65 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 塔頂空間 塔頂空間指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂?shù)拈g距，取 mHD ? 。 塔底空間 塔底空間指塔內(nèi)最下層踏板與塔底的間距，其值由如下因素確定： （ 1）塔底液面到最下層塔板間要有 1～ 2m的間距，本設(shè)計(jì)為 。 （ 2）塔底貯液空間依貯存液停留時(shí)間而定，停留時(shí)間一般為 3～ 5min。 本設(shè)計(jì)取塔底貯液停留時(shí)間為 4s；則貯液高度△ Z 為 ： mD t 6040 0 4 4LZ22S ????????? 則 mZH D B ???? 裙座 取 mHQ ? 。 確定塔高： 為便于安裝，檢修，直徑 800mm 以上的塔都應(yīng)設(shè)人孔。人孔處的塔板間距不應(yīng)小于 600mm。 根據(jù)以上敘述，計(jì)算塔高： H=+39*+++3= 43 43 熱量衡算及設(shè)備選型 題目給的條件： 進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料 。 冷凝器的熱量衡算：在露點(diǎn)溫度下（ CAD 作圖求知）冷凝為液體，溫度為 ℃，冷卻介質(zhì)為冷卻水，設(shè)計(jì)進(jìn)口溫度 20℃，選定出口溫 度為 40℃。 表 冷凝器物料衡算表 進(jìn)料 V 出料 D L 組分 kmol/h kg/h wt% kmol/h kg/h wt% kmol/h kg/h wt% 苯 198 15444 99 99 1 甲苯 2 184 1 1 99 總量 200 15628 100 40 100 102 100 Σ = 15628 kg/h 數(shù)見(jiàn)下表 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得： 表 各組分的汽化潛熱（ kJ/kg） 組分 80℃ 100℃ 120℃ 苯 甲苯 由內(nèi)差法得： r 苯 = kJ/kg ， r 甲苯 = kJ/kg Q 放 =15444 +184 = 冷卻介質(zhì)量 冷凝水的平均溫度： Tm= 24020? =30℃ 查《化工原理》附錄六（水的物理性質(zhì)）： 30℃時(shí)， Cp=(kg*℃ ) 取 Q 吸 =3%Q，則 Q 吸 =97%Q 放 = = 44 44 由 Q 吸 =Cp 水 m? t 得： 冷卻水質(zhì)量 m=Q 吸 /Cp 水 t=*（ 4020） =冷凝器熱負(fù)荷為： q= 3600Q = kJ/s 再沸器的熱量衡算 40℃ ℃ 苯 ℃ 苯 甲苯 甲苯 120KPa 20℃飽和水蒸汽 圖 再沸器熱量衡算圖 由于進(jìn)出口的溫度相差較小 ,塔釜產(chǎn)品的顯熱變化可以忽略 . 取進(jìn)口平均溫度下的潛熱，由《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》下冊(cè)圖 19122 得 : 表 苯和甲苯的汽化潛熱 t/℃ 20 40 60 80 100 苯r [ kgkJ/ ] 甲苯r [ kgkJ/ ] 則在 t =℃時(shí) 苯和甲苯的潛熱為： r 潛 1= kgkJ/ = kmolkJ/ r 潛 2= kgkJ/ = kmolkJ/ Q 吸 =m1r1+m2r2=15444*+184*=假定熱損失 放損 ? 45 45 放Q = =由 Q 吸 =Cp 水 m? t m=℃ 所以再沸器用絕壓 ， ℃ 飽和水蒸汽加熱。 根據(jù)流體流徑的選擇規(guī)則以得出結(jié)論：冷凝水走管間，物料走管內(nèi)，逆流操作。 q 冷凝器熱負(fù)荷為： q= 3600Q = 其中 Q —— 管程流體吸收的熱量 塔頂回流全凝器通常采用管殼式換熱器，因?yàn)樗x精餾塔處理量大，且塔板數(shù)較多，為了避免給安裝和檢修帶來(lái)不便，選擇強(qiáng)制循環(huán)式，由精餾塔計(jì)算得塔頂蒸汽溫度?Dt ℃，按需冷卻到 40?dt ℃，取冷卻水進(jìn) 口溫度 t1=20℃ ,出口溫度 t2=40℃ ,查表有，在此溫度范圍內(nèi)水的比熱容 11, ?? ??? KkgkJc OHp ， 故 ? ?? ?? ? ? ?? ? ? ?? ?? ? ? ?? ? 1212 ??? ????? ???? tttt ttttdDdDm 查資料， K 取為 ? ?Km600W 2 ? ， 由 11 535430 ?? ???? m o o 甲苯苯 得 19 6 )( ????????? ? m o lkJrii ， 故 1533 11040 ?????????? sJVrQ 所以，換熱面積 25 mtK QAm ??????? 46 46 將冷凝器安置于塔頂，冷凝液借重力回流入塔，即整體式，優(yōu)點(diǎn)是蒸汽壓降小，節(jié)省安裝面積。 表 冷凝器的參數(shù)表 公稱(chēng)直徑/mm 管程數(shù) 管數(shù) 管長(zhǎng) /mm 換熱面積 /m2 公稱(chēng)壓力/(kg/cm2) 400 IV 86 6000 4 由上述計(jì)算得知原料進(jìn)口管管徑選取為 ?? （ DN=65mm）的無(wú)縫鋼管。法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm65 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 塔頂回流管選 ?? 的無(wú)縫鋼管。法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為mm32 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 冷凝器選用管徑管長(zhǎng) ?? 的無(wú)縫鋼管。 塔頂蒸氣出口管選 ?? 的無(wú)縫鋼管。法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為 mm450 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 塔釜出料管選 ?? 的無(wú)縫鋼管。法蘭選取公稱(chēng)壓力為 ，公稱(chēng)直徑為mm65 的帶頸平焊鋼制管法蘭。 由以上得出再沸器用臥式熱虹吸式的再沸器，管徑管長(zhǎng) ?? ，用平焊鋼制做主要的接管設(shè)計(jì)尺寸。 篩板塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)工藝參數(shù)匯總 篩板塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果及符號(hào)匯總表 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) 精餾段 提餾段 進(jìn)料管 ?? （ mm） 回流管 ?? （ mm） 釜液出料管 ?? （ mm） 塔頂蒸氣管 ?? （ mm） 47 47 各段平均壓強(qiáng) Pm kPa 各段平均溫度 tm ℃ 氣相平均密度 ρ Kg/m3 液相平均密度 ρ Kg/m3 氣相流量 VS m3/s 液相流量 LS m3/s 實(shí)際塔板數(shù) N 塊 19 21 板間距 HT m 塔的有效高度 Z m 塔徑 D m 塔截面積 AT m2 2 2 空塔氣速 u m/s 堰長(zhǎng) lw m 堰高 hw m 堰上液層高度 hOW m 弓形降液管截面積 Af m2 弓形降液管寬度 Wd m 安定區(qū)寬度 Ws m 邊緣區(qū)高度 Wc m 降液管底隙高度 ho m 板上清液層高度 hL m 孔徑 do mm 4 4 孔間距 t mm 8 8 孔數(shù) n 個(gè) 10287 10287 開(kāi)孔率 Φ % % 開(kāi)孔區(qū)面積 Aa m2 篩孔面積 A0 m2 孔流系數(shù) C0 液層充氣系數(shù) β 相對(duì)泡沫密度 φ 穩(wěn)定系數(shù) K 降液管形式 弓形 弓形 溢流形式 單溢流 單溢流 溢流堰 平行 平行 篩孔氣速 uo m/s 塔板 壓降 △ PP kPa 干板阻力 hC m液柱 氣體通過(guò)液層阻力 hl m液柱 液體表面張力 σ mN/m 液體在降液管中停留 θ s 48 48 時(shí)間 液沫夾帶 eV kg液 /kg氣 液相負(fù)荷上限 Ls， max m3/s 液相負(fù)荷下限 Ls， min m3/s 104 104 第三章 結(jié)論 49 49