【導讀】餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產中占有重要的地位。本次設計的篩板塔是化工生產中主要。此設計針對二元物系的精餾問題進行分析、選取、計算、核算、繪圖等，是。較完整的精餾設計過程，該設計方法被工程技術人員廣泛的采用。為工業(yè)生產實際應用提供了良好的裝置設備。泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構成的。氣量較小時可避免過多的漏液，氣量較大時可使氣速不致過高，降。目前已成為應用最為廣泛的一種板型。舌形塔板是為了防止過量液沫夾帶而設計的一種塔型，由舌孔噴出的氣流方向近于水平，強等優(yōu)點，適合于小規(guī)模，多品種或多組分物系的初步分離。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料，

　　

【正文】 吉林化工學院化工原理課程 設計 30 第 4 章 輔助設備及選型 精餾塔的附屬設備包括蒸氣冷凝器、產品冷卻器、再沸器 (蒸餾釜 )、原料預熱器等，可根據有關教材或化工手冊進行選型與設計。以下著重介紹再沸器 (蒸餾釜 )和冷凝器的型式和特點，具體設計計算過程從略。 （ 1）再沸器 (蒸餾釜 ) 該裝置的作用是加熱塔底料液使之部分氣化，以提供精餾塔內的上升氣流。工業(yè)上常用的再沸器 (蒸餾釜 )有：內置式再沸器、釜式 (罐式 )再沸器、虹吸式再沸器、強制循環(huán)式再沸器等幾種，詳見第 2章換熱器設計部分。 應予指出，再沸器的傳熱面積是決定塔操作彈性的主要因素之一，故估算其傳熱面積時安全系數要選大一些，以防塔底蒸發(fā)量不足影響操作。 （ 2）塔頂回流冷凝器 塔 頂回流冷凝器通常采用管殼式換熱器，有臥式、立式、管內或管外冷凝等形式。按冷凝器與塔的相對位置區(qū)分，有以下幾類。 ① 整體式及自流式 將冷凝器直接安置于塔頂，冷凝液藉重力回流入塔，此即整體式冷凝器，又稱內回流式，如圖 321(a)、 (b)所示。其優(yōu)點是蒸氣壓降較小，節(jié)省安裝面積，可藉改變升氣管或塔板位置調節(jié)位差以保證回流與采出所需的壓頭。缺點是塔頂結構復雜，維修不便，且回流比難于精確控制。該方式常用于以下幾種情況： ① 傳熱面較小 (例如 50m2以下 )； ② 冷凝液難以用泵輸送或泵送有危險的場合； ③ 減壓蒸餾過程。 圖 321(c)所示為自流式冷凝器，即將冷凝器置于塔頂附近的臺架上，靠改變臺架高度獲得回流和采出所需的位差。 ② 強制循環(huán)式 當塔的處理量很大或塔板數很多時，若回流冷凝器置于塔頂將造成安裝、檢修等諸多不便，且造價高，可將冷凝器置于塔下部適當位置，用泵向塔頂輸送回流，在冷凝器和泵之間需設回流罐，即為強制循環(huán)式。圖 321(d)所示為冷凝器置于回流罐之上，回流罐的位置應保證其中液面與泵入口間之位差大于泵的氣蝕余量，若罐內液溫接近沸點時，應使罐內液面比泵入口高出 3m以上。圖 321(e)所示為將回流罐置于冷凝器的上 部，冷凝器置于地面，冷凝液藉壓差流入回流罐中，這樣可減少臺架，且便于維修，主要用于常壓或加壓蒸餾。 回流冷凝器的工藝計算步驟如下： ① 按工藝要求決定冷凝器的熱負荷 QR,選擇冷卻劑、冷卻劑進出口溫度并計算冷卻劑用量； ② 初估設備尺寸，由平均溫度 Δtm 和總傳熱系數 K的經驗數據，計算所需的傳熱面積 A,并由此選擇標準型號的冷凝器，或自行設計； ③ 復核傳熱面積，對已選型號或自行設計的設備，核算實際上的總傳熱系數 K和實際所需的傳熱面積； ④ 決定安裝尺寸，估計各管線長度及阻力損失，以決定冷凝器底部與回流液入口之 間的高度差 HR. 需要注意的是，由于冷凝器常用于精餾過程，考慮到精餾塔操作常需要調整回流比，同時還可能兼有調節(jié)塔壓的作用，故應適當加大其傳熱面積的裕度。按經驗，其面積裕度應在 30％左右。 吉林化工學院化工原理課程 設計 31 接管 （ 1） 塔頂蒸氣出口管的直徑 dv 操作壓力為常壓，蒸汽管中常用流速為 u=1220m/s，取 20 /vu m s? 由 4d ?? SVVVu 所以?? ?? ? ? ??4 4 1 . 4 5d 0 . 3 4 3 7 3 4 3 . 720SV VV m m mu 查標準系列選取φ 377 10 規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 （ 2） 回流管的直徑 dR 由于塔頂冷凝器安裝在塔頂平臺，回流液靠重力自留入塔內，本設計取 /Ru m s? ????? 3DLDV 45 .0 55 46 .3 92= 0. 00 07 8 /36 00 36 00 74 3. 8SDV m s 所以有?? ?? ? ? ??4 4 0 . 0 0 0 7 8d 0 . 0 2 4 9 2 4 . RV mmu 查標準系列選取φ 25 。 (3)進料管的直徑 dF 進料管得結構類型很多，有直管進料管、彎管進料管、 T形進料管。本設計采用直管進料管。管徑計算如下： 本設計采用泵輸送料液，料液速度可取 uF=，本設計取 /Fu m s? ???????? ? ???? ? ? ??3L31 0 0 5 2 . 0 8 5 0 . 0 0 1 9 6 /3 6 0 0 3 6 0 0 7 3 8 . 74 4 0 . 0 0 1 9 6d 0 . 0 3 9 5 3 9 . 53 . 1 4 1 1 . 6FFSFLFSFFFk g mVV m sV m m mu所 以 查標準系列選取φ 42 4規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 (4)塔底出料管的直徑 dW 一般可采用塔底出料管的流速 uW，本設計取 /Wu m s? ????????? ? ???? ? ? ??5 4 . 9 4 5 5 9 . 5 1 0 . 0 0 1 2 4 /3 6 0 0 3 6 0 0 7 3 0 . 24 4 0 . 0 0 0 4d 0 . 0 5 1 4 4 1 . 4wWWSWSWWk g mWMV m sW m m mu 吉林化工學院化工原理課程 設計 32 查標準系列選取φ 57 3規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 (5)塔底 蒸汽 的直徑 dW′ 一般可采用塔底出料管的流速 uV=2025m/s，本設計取 23 /vu m s? ? ??? ?? ? ? ??W 4 4 1 . 7 8 4 6d 0 . 3 1 4 3 3 1 4 . 323SWW m m mu 查標準系 列選取φ 325 10 規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 吉林化工學院化工原理課程 設計 33 本章符號說明 Aa—— 塔板開孔區(qū)面積， m2； Af—— 降液管截面積， m2； A0—— 篩孔總面積， m2； AT—— 塔截面積， m2； C0—— 流量系數，無因次； C—— 計算 umax時的負荷系數， m/s； Cs—— 氣相負荷因子， m/s； d0—— 篩孔直徑， m； D—— 塔徑， m； eV—— 液沫夾帶量 ,kg(液 )/kg(氣 )； E—— 液流收縮系數，無因次 。 F—— 氣相動能因子， kg1/2/(sm1/2) ； F0—— 篩孔氣 相動能因子， kg1/2/(sm1/2) ； hl—— 進口堰與降液管間的水平距離， m； hc—— 與干板壓降相當的液柱高度， m液柱； hd—— 與液體流過降液管的壓降相當的液柱高度， m： hl—— 與板上液層阻力相當的液柱高度， m； hL—— 板上清液層高度， m； h0—— 降液管的底隙高度， m； how—— 堰上液層高度， m； hw—— 溢流 堰高度， m； h’w —— 進口堰高度， m； hσ —— 與克服 σ 的壓降相當的液柱高度， m； H—— 板式塔高度 。 Hd—— 降液管內清液層高度， m； HT—— 塔板間距 ， m； K—— 穩(wěn)定系數，無因次； lW—— 堰長， m； Lh—— 液體體積流量， m3/h； LS—— 液體體積流量， m3/s； n—— 篩孔數目； NT—— 理論板層數； P—— 操作壓力， Pa； △P —— 壓力降， Pa； t—— 篩孔的中心距， m； u—— 空塔氣速， m/s； u0—— 氣體通過篩孔的速度， m/s； —— 漏液點氣速， m/s； u’ 0—— 液體通過降液管底隙的速度， m/s； VS—— 氣體 體積 流量， m3/s； LS—— 液體 體積 流量， m3/s； Wc—— 邊緣無效區(qū)寬度， m； 吉林化工學院化工原理課程 設計 34 Wd—— 弓形降液管寬度， m； Z—— 板式塔的有效高度， m； 希臘字母 β —— 充氣系數，無因次； δ —— 篩板厚度， m θ —— 液體在降液管內停留時間， s； μ —— 粘度， Pas ； ρ —— 密度， kg/m3； σ —— 表面張力， N/m； ? —— 開孔率或孔流系數，無因次； ψ —— 液體密度校正系數，無因次。 下標 max—— 最大的； min—— 最小的； L—— 液相的； V—— 氣相的。 吉林化工學院化工原理課程 設計 35 參考文獻 [1] 陳敏恒 .叢德滋 .方圖南 .齊鳴齋 .化工原理 (下冊） . 化學工業(yè)出版社 . 1998 [2] 吉林化工學院化工原理教研室 .《化工原理課程設計指導書》 .化學工業(yè)出版社 .2020 [3] 盧煥章等 .《石油化工基礎數據手冊》 .化學工業(yè)出版社 .1982 [4] 天津大學化工原理教研室 .化工原理（上、下） .天津科學技術出版社 .1994 [5] 化工原理（上、下）第二版 譚天恩、麥本熙、丁惠華著 .化學工業(yè)出版社 .1998. [6] 化工制圖 .張淑榮、王守發(fā)著 .延邊大學出版社 .1979. [7] 華東化工學院 .化 工制圖 .人民教育出版社 .1980. [8] 王國勝 .《化工原理課程設計》（第二版） .大連理工大學出版社 .2020. [9] 王志魁 .《化工原理》第三版 .化學工業(yè)出版社 .2020.. 吉林化工學院化工原理課程 設計 36 結束語 通過這次課程設計，讓我對化工設備機械基礎這門課有了進一步的認識。這次課設是對這門課程的一個總結，對化工機械知識的應用。 通過這次設計對我們獨自解決問題的能力也有所提高。在整個過程中，我查閱了相關書籍及文獻，取其相關知識要點應用到課設中，而且其中有很多相關設備選取標準可以直接選取，這樣設計出 來的設備更加符合要求。學會了疊加法，對精餾這張有了更深的了解。 這次課設的書寫中對格式的要求也很嚴格，在老師的指導下我們按照畢業(yè)設計的格式要求完成課設。這就為我們做畢業(yè)設計打下了基礎。 因為的知識有限，所做出的設計存在許多缺點和不足，請老師做出批評和指正。最后感謝老師對這次課設的評閱。 吉林化工學院化工原理課程 設計 37 化工原理課程設計教師評分表 評價單元 評價要素 評價內涵 滿分 評分 平時成績 20% 出勤 能按時到指定設計地點進行課程設計，不曠課，不遲到，不早退。 10 紀律 學習態(tài)度認真，遵守課程設 計階段的紀律，作風嚴謹，按時完成課程設計規(guī)定的任務，按時上交課程設計有關資料。 10 說明書質量 30% 說明書格式 符合課程設計說明書的基本要求，用語、格式、圖表、數據、量和單位及各種資料引用規(guī)范等。 10 工藝設 計計算 根據選定的方案和規(guī)定的任務進行物料衡算，熱量衡算，主體設備工藝尺寸計算，附屬設備的選型等。 20 制圖質量 30% 制圖圖形 圖紙的布局、線形、字體、箭頭、整潔等。 20 制圖正確性 符合化工原理課程設計任務書制圖要求，正確繪制流程圖和工藝條件圖等。 10 答辯 20％ 對設計方 案的理解 答辯過程中，思路清晰、論點正確、對設計方案理解深入，主要問題回答正確 20 指導教師綜合評定成績： 實評總分 ；成績等級 指導教師（簽名）： 2020 年 月 日 2020 年 6 月 21 日 注： 按優(yōu)（ 90100分）、良（ 8089分）、中（ 7079分）、及格（ 6069分）、不及格（ 60分以下）五級評定成績。 化工原理教學與實驗中心