【導讀】甲醇——水分離過程板式精餾塔設計。操作壓力、回流比、單板壓降：自選。塔頂產品濃度：98%. 塔底釜液含甲醇含量不高于1%. 生產時間：300天/年，每天24h運行。冷卻水溫度：20℃。⑵課程設計成績評定表。⑴寫出詳細計算步驟，并注明選用數據的來源。⑵每項設計結束后列出計算結果明細表。⑶設計最終需裝訂成冊上交。濱州學院化學與化工系化工原理課程設計

　　

【正文】 0 0 0 8 6 0 .1 2 9 3 6dHm? ? ? ? 校正系 數 ?? ，選定板間距 ? , ? ( ) 0 .5 ( 0 .3 5 0 .0 5 4 8 5 ) 0 .2 0 2 4 2 5TwH h m? ? ? ? ? ? 從而可知 0. 12 66 ( ) 0. 20 24 25d T wH m H h m?? ? ? ?，符合防止液泛的要求。 計算霧沫夾帶量 ve （ 1）霧沫夾帶量 Ve 判斷霧沫夾帶量 Ve 是否在小于 10%的合理范圍內，是通過計 算泛點率 1F 來完成的。泛點率的計算時間可用式： % ???TFvLvsAKcVF ??? 塔板上液體流程長度 2 0. 8 2 0. 13 6 0. 52 8LdZ D W m? ? ? ? ? ? 塔板上液流面積 2b 2 0 . 5 0 2 7 2 0 . 0 4 6 2 5 0 . 4 5 6 4 5TfA A A m? ? ? ? ? ? 甲醇和水混合液可按正常物系處理，按文獻 ??2 表取物性系數 K值， K=,又由文獻 ??2 查的泛點負荷因數 ? ,將以上數值分別代入上式，得泛點率 F1 為 1 804 .46 08100 % 3% 27F ? ?? ? ?? ? ? 為避免霧沫夾帶過量，對于 以下的塔，泛點需控制在 70%以下。從以上計算的結果濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 19 可知，其泛點率低于 70%，所以霧沫夾帶量能滿足 干氣）（液） / k g ( kgeV ?的要求。 （ 2）嚴重漏液校核 當閥孔的動能因數 0F 低于 5 時將會發(fā)生嚴重漏液，前面已計算 0 ? ，可見不會發(fā)生嚴重漏液。 精餾段 塔板負荷性能圖 霧沫夾帶 線 對于甲醇 — 水物系和已設計出塔板結構，霧沫夾帶線可根據霧沫夾帶量的上限值干氣）（液） /k g ( kge V ? 所對應的泛點率 F1(亦為上限值 ),利用式 %1 0 01 ????pFLsvL vsAKcZLVF ??? 泛點率 1 70F??，依上式有 81804 .46 08 645ssVL??? ??? 整理后得 0 .0 6 0 2 1 .4 3 1 0 .1 3 4 9ssVL?? 即 ?? 此式便為霧沫夾帶的上限線方程，對應一條直線。所以在操作 范圍內任取兩個 sL 值便可依式 ??算出相應的 sV 。利用兩點確定一條直線，便可在負荷性能圖中得到霧沫夾帶的上限線。 sL sV 液泛線 聯立 )( wTd hHH ??? ， dlpd hhhH ??? ， ?hhhh lcp ??? 即 dllcdlpwT hhhhhhhhhH ????????? ?? )( 由此式確定液泛線，忽略式中的 ?h 項 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 20 ?????? ???????????? ? 3/22 )3600(1000 )1()()( 2 w swoow sl ovwT l LEhhl LguhH ???? ?? 330 . 3 5 , 0 . 0 5 4 8 5 , 0 . 5 , 1 . 0 4 0 8 / , 8 0 4 . 4 6 /T w o v lH m h m k g m k g m? ? ?? ? ? ? ? N=52， 9. 57 58 7 / , 0. 02 85 7 , 0. 03 9 , 0. 56o o o wu m s h m d l m? ? ? ?o 整理得： 222 30 . 1 1 8 0 8 5 0 . 0 9 1 2 6 5 9 7 . 7 1 6 1 . 4 7 2 8S S SV L L? ? ? 即為液泛線的方程表達式，在操作范圍內任取若干個 Ls 值，算出相應的 Vs sL sV 用上述坐標點便可在負荷性能圖中繪出液泛線。 液相負荷上限線 為了使降液管中液體所夾帶的氣泡有足夠時間分離出，液體在降液管中停留時間不應小于3～ 5s。 液體在降液管內停留時間 sLHA s Tf 53????。取 s5?? 為液體在降液管中停留時間的下限，所 對 應 的 則 為 液 體 的 最 大 流 量 maxsL , 即 液 相 負 荷 上 限 ， 于 是 可 得3m a x m a 46 25 5( ) 03 23 75 /5 5 5f T f TssA H A HL m s L???? ? ? ?顯 然 由 式所得到 的液相上限線是一條與氣相負荷性能無關的豎直線。 氣體負荷下限線（漏液線） 對于 F1 型重閥，因 0F 5 時，會發(fā)生嚴重漏液，故取 0 5F? 計算相應的氣相流量 min)(sV ?min)( sV 22 50 . 0 3 9 5 2 0 . 3 0 4 444 1 . 0 4 0 8oovFdN??? ? ? ? ? ?sm/3 液相負荷下限線 取堰上液層高度 ? 作為液相負荷下限條件，作出液相負荷下限線，該線為與氣相流量無關的豎直線。 0100 32 ????????? w Sl LE ?取 ，代入 wl 的值則可求出 ? ?minsL ， 3322 3m i n 0 . 0 0 6 1 0 0 0 0 . 0 0 6 1 0 0 0 0 . 5 6 0 . 0 0 0 3 0 /2 . 8 4 3 6 0 0 2 . 8 4 1 3 6 0 0ws lL m sE??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 21 按上式作出的液相負荷下限線是一條與氣相流量無關的 豎直線 . 所的負荷性能圖如下： 小結 ，按生產任務規(guī)定的氣相和液相流量所得到的操作點在適宜操作區(qū)的適中位置，說明塔板設計合理。 ，所以塔板的氣相負荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液線控制。 ，從負荷性能圖中可查得氣相負荷上限 maxsV =,氣相負荷下限 minsV≤ ，所以可得 m a xm in0 .9 9 3 .1 90 .3 1ssVV? ? ?操 作 彈 性 塔板的這一操作彈性在合理的范圍 (～ )之內，由此也可表明塔板設計是合理的 . 第三章 輔助設備的計算 精餾塔的附屬設備 甲醇 — 水的蒸發(fā)潛熱與臨界溫度 (1) (2) (4) (3) (5) 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 22 再沸器（蒸餾釜） 該設備是用于加熱塔底料液合之部分氣化提供蒸餾過程所需要的熱量的熱交換設備。 98wt ? 0C 甲醇的汽化熱： 21( 9 8 2 7 3 .1 5 ) / 5 1 2 .1 0 .7 2 4 1(6 4 .7 2 7 3 .1 5 ) / 5 1 2 .1 0 .6 5 9 0rrTT ? ? ?? ? ? Ar =0 . 3 8 0 . 3 822111 1 0 . 7 2 4 1( ) 1 1 0 1 ( ) 1 0 0 5 . 8 3 5 8 /1 1 0 . 6 5 9 0rVVrTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 水的汽化熱 : 21(6 6 2 7 3 .1 5 ) / 6 4 7 .3 0 .5 2 3 9(1 0 0 2 7 3 .1 5 ) / 6 4 7 .3 0 .5 7 6 9rrTT ? ? ?? ? ? Br =0 . 3 8 0 . 3 822111 1 0 . 5 2 3 9( ) 2 2 5 8 ( ) 2 2 6 4 . 2 6 6 /1 1 0 . 5 7 6 9rVVrTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 0 . 0 0 5 6 1 0 0 5 . 8 3 5 8 ( 1 0 . 0 0 5 6 ) 2 2 6 4 . 2 6 62 2 5 7 . 2 1 8 7 9 /m A A B Br x r x rk J k g? ? ? ? ? ? ?? 39。 3 7 . 4 1 1 2 2 5 7 . 2 1 8 7 9 1 1 6 3 . 0 1 1 9 /mQ V r k J s? ? ? ? 160 98 62mt? ? ? ?℃ 選擇 2450 / ( .k W m? ℃ ) 3 211 63 .01 19 10 41 .68 545 0 62 k s t S mKt ?? ? ? ? ? ??? 因此選擇列管式換熱器，管子型號： 25? 名稱 公稱直徑 mm 公稱壓強 kpa 管程數 管子總根數 規(guī)格 400 1600 2 98 名稱 中心排管數 管程流通面積 2m 計算換熱面積 2m 換熱管長度 mm 規(guī)格 12 2020 再沸器的裕度： 物質 沸點 0C 蒸發(fā)潛熱 KJ/Kg 臨界溫度 TC/K 甲醇 1101 水 100 2258 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 23 塔頂回流全凝器 66Dt ? ℃ 甲醇的汽化熱： 21(6 6 2 7 3 .1 5 ) / 5 1 2 .1 0 .5 2 8 9(6 4 .7 2 7 3 .1 5 ) / 5 1 2 .1 0 .6 5 9 0rrTT ? ? ?? ? ? Ar =0 . 3 8 0 . 3 822111 1 0 . 6 6 1 2( ) 1 1 0 1 ( ) 1 0 9 7 . 8 0 2 4 /1 1 0 . 6 5 9 0rVVrTH H k J k gT? ?? ? ? ? ? ? ??? 水的汽化熱： 21(6 6 2 7 3 .1 5 ) / 6 4 7 .3 0 .5 2 3 9(6 4 .7 2 7 3 .1 5 ) / 5 1 2 .1 0 .5 7 6 5rrTT ? ? ?? ? ? Br =2111()11 ( )1 /rVVrTHHTkJ kg?? ? ? ??????? 0 . 9 6 5 1 0 9 7 . 8 2 0 4 ( 1 0 . 9 6 5 ) 2 3 6 0 . 7 2 2 81 1 4 2 . 0 0 4 6 /m A A B Br x r x rk J k g? ? ? ? ? ? ?? 69 6 0 . 3 7 4 2 1 1 4 2 . 0 0 4 6 2 . 3 6 52 . 5 9 3 8 1 0 /mQ V r k J h? ? ? ??? 1266 20 4666 30 36tt? ? ? ?? ? ? ? ℃℃ 12124 6 3 6 4 0 .7 9 5 946lnln 36mTTt TT? ? ? ?? ? ? ???℃ 選 2450 / ( . )k W m? ℃ 9 22 . 5 9 3 8 1 0 3 9 . 2 4 6 83 6 0 0 4 5 0 5 3 . 3 4mQSmkt ?? ? ?? ? ? 因此可選擇列管式換熱器，規(guī)格如下： 名稱 公稱直徑 mm 公稱壓強 kpa 管程數 管子總根數 規(guī)格 600 250 2 232 名稱 中心排管數 管程流通面積 2m 計算換熱面積 2m 換熱管長度 mm 規(guī)格 16 52 3000 全凝器的裕度： 52/= 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 24 原料貯罐 設計原料的儲存利用時間為 3 天，平均溫度為 20℃ ， 則： 3 2 0 0 / 2 4 3 2 3 0 4 0 0m kg h h kg? ? ? ? m? = ㎏ / 3m 3230400 25 091 6mVm?? ? ? 設安全系數為 則： 32 5 0 .8 0 / 0 .8 3 1 3 .5 0Vm??實 際 泵的計算 及選型 ① 進料泵的選型： 332020 2 0 0 / 3 .4 8 /9 1 8 .6 6sV kg h m h? ? ? 因此選擇泵的型號即可滿足要求 : 型號 IS5032125 流量 3/mh 揚程 22m 轉速 2900 /minr 軸功率 電機功率 效率 47% 氣蝕余量 質量（泵 /泵座） /㎏ 32/46 結構形式 單級懸臂 第四章 塔附件設計 接管 進料 進料管的結構類型很多，有直管進料管、 T 型進料管、彎管進料管。本設計采用直管進料管，管徑計算如下： 4 SFVD u?? 取 Fu ? ， 33200 0 .0 0 1 0 2 /8 7 0 .2 3SV m s?? 4 0 .0 0 1 0 2 2 3 .01 .6D m m????? 管子型號： 27 2 ㎜ 濱州學院化學與化工系化工原理課程設計 25 回流管 采用直管回流