【正文】 降液管形式 弓形 弓形 溢流堰 平行 平行 l W (m) 堰長 h W (m) 堰高 hl (m) 板上液層高度 h OW (m) 堰上液層高度 h O (m) 降液管底隙高度 W d (m) 降液管寬度 W s (m) 安定區(qū)寬度 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 27 W c (m) 邊緣區(qū)高度 Aa (m2) 有效傳質(zhì)面積 A T (m2) 塔橫截面積 A f (m2) 降液區(qū)面積 A O(m2) 篩孔面積 d O(m) 篩孔直徑 T(m) 孔中心距 N 篩孔數(shù)目 3870 3870 Φ(%) 開孔率 u(m/s) 空塔氣速 安全系數(shù) u O(m/s) 篩孔氣速 K 穩(wěn)定系數(shù) H c(m 液柱 ) 干板阻力 H l(m 液柱 ) 液體有效阻力 Hl Hσ(m 液柱 ) 液體表面張力阻力 H p(m 液柱 ) 總阻力 P(Pa) 每層塔板壓降 527 571 τ (s) 停留時間 ev (kg 液 /kg 干氣 ) 液沫夾帶量 液泛 合格 合格 漏液 合格 合格 E 液流收縮系數(shù) C O 孔流系數(shù) β 液層充氣系數(shù) φ 相對泡沫密度 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 28 第 七 節(jié) 精餾裝置的附屬設(shè)備 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型 塔頂冷凝器（列管式換熱器） 甲醇 水走殼程，冷凝水走管程，采用逆流形式 ，換熱器水平放置。 估計(jì)換熱面積 ①．甲醇 水冷凝蒸汽的數(shù)據(jù) tD=℃冷凝蒸汽量：g / )( KVMG V ??????? 由于甲醇摩爾分?jǐn)?shù)為 ,所以可以忽略水的冷凝熱 ,r=②．冷凝水始溫為 12℃，取冷凝器出口水溫為 38℃，在平均溫度 ℃252 3812t ??? 物性數(shù)據(jù)如下 ρ（ kg/m3） Cp(KJ/k.℃ ) μ [Pa s] λ (w/(m.℃ )) 水 105 ③ a. 設(shè)備的熱參數(shù)： ???? GQ b．水的流量： skgtC QG P /)1238( ?????? c．平均溫度差： ℃）（）（Δ m ??? ???? 根據(jù)“傳熱系數(shù) K估計(jì)表”取 K=1000W/(m2.℃ ) 傳熱面積的估計(jì)值為： 23 mtK QA m ?? ????? 安全系數(shù)取 換熱面積 A= = 管子尺寸取 ? 25 ? mm 水流速取 ui=采用四管程換熱器 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 29 管數(shù)： 1 8 8????? udVn i?個 管長： mndAl o ????? ? 取管心距 ?? odt 殼體直徑取 800mm 折流板：采用弓形折流板 取折流板間距 B=200mm 由上面計(jì)算數(shù)據(jù)，選型如下： 公稱直徑 D/mm 800 管子尺寸 /mm ? 25 ? 公稱壓力 PN/（ MPa） 管子長 l/m 3 管程數(shù) Np 4 管數(shù) n/根 188 殼程數(shù) Ns 1 管心距 t/mm 管子排列 正三角排列 核算管程、殼程的流速及 Re: （一）管程 流通截面積： 222i mn nA pi ?? ???? π 管內(nèi)水的流速 m / ???? AGu i 水ρ 45 ??? ???? ?μ ρiii ud （二）殼程 流通截面積： 8 ??? nn c 取 =15 )()( mdnDBA ocO ?????? 殼內(nèi) 流體 流速 m / ???? AGu ρ 15m/s 流速符合要求。 當(dāng)量直徑 md d o 22e ?????? π ）π（ 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 30 5eo ?? ???? ?μ ρoud 計(jì)算流體阻力 管程流體阻力 Spti NNFppp )( 21 ΔΔΔ ??? 設(shè)管壁粗糙度ε為 ，則ε /d=, ??i Ft= 查得摩擦系數(shù)λ = Padulp ii 17452 21 ??? ?? Paup i 158 623 22 ??? ? k P aNNFppp pS )( t21i ???? ΔΔΔ 符合一般要求 殼程流體阻力 SNFppp s21o )39。39。( ΔΔΔ ??? 2 )1(p39。20c01 uNnFf sc ???? 2 )/(p39。 20c21 uDBN B ???? Re0 =937500，故 2 2 ?? ?f 管子排列為正三角形排列，取 F= 擋板數(shù) 141 ??? BlNB塊 代入得 Pap 19341 ??? 51572 ???p 取污垢校正系數(shù) FS = ∑?P0 = (1934 + 5157) ?? 1 = 7091Pa 10?????? 符合一般要求。 故管殼程壓力損失均符合要求 計(jì)算傳熱系數(shù) 管程對流給熱系數(shù) i? Re ?? 10000 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 31 Pr = Cpμλc= ?103??10? = i? = PrReid? = W/(m2℃ ) 殼程對流 有相變， 給熱系數(shù) 0? 較大 ，在計(jì)算熱阻時，殼程對流熱阻可不計(jì)。 計(jì)算傳熱系數(shù) 取污垢熱阻 Rs?i ℃ /kW Rs0 = m2 ℃ /kW 以管外面積為基準(zhǔn) 則 K計(jì) =000i0 Rs1Rsdbdddddmiii??? ??=(m2.℃ ) 計(jì)算傳熱面積 A需 = t m ??計(jì)K Qm2 所選換熱器實(shí)際面積為 A=n l0d? = 裕度 ????需需A AA 所選換熱器合適 進(jìn)料預(yù)熱器 查表 Cp甲醇 = kJ/(kg?K) Cp水 = kJ/(kg?K) 摩爾分?jǐn)?shù) xF= 根據(jù)上式可知： Cpc=0. 35+0. 65=(kg?K) 設(shè)加熱原料溫度由 20℃ 到 ℃ skgFMG F / )(2021600 ??????? 5 7 ??????? ）（tGCQ pc 考慮到 5%的熱損失后 WQ 6 5 ??? 在熱量利用中，本設(shè)計(jì)方案提出用塔釜?dú)堃侯A(yù)熱進(jìn)料。 xw=,tw=℃近似為純水來計(jì)算： W=Gw=W M/3600=設(shè)溫度 由 ℃降到 80℃ ： 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 32 2 5 6 . 4 k 8 4 ???????? ）（tCGQ pww 因而，盡依靠塔釜?dú)堃翰蛔阋蕴峁┻M(jìn)料預(yù)熱所需的熱量。 設(shè)使用塔釜?dú)堃合葘⑦M(jìn)料 y 由 20℃預(yù)熱至 t1℃ t1Qw/(GCpc)+20=( )+20= 考慮到熱損失，故可利用塔釜?dú)堃簩⑦M(jìn)料由 20℃先預(yù)熱至 30℃，然后 采用壓強(qiáng)為 的飽和水蒸汽加熱，溫度為 ℃ ，冷凝溫度至 ℃ ，采用逆流加熱 。 39。 ??????? ）（tGCQ pc 查得 :℃時，飽和水蒸氣 h=, v=； 飽和水 h=蒸汽用量為： Gv = Q′hv?hl= ? = vv = Gvv = ? = 選擇傳熱系數(shù) K=800 w/(m2?K) 計(jì)算傳熱面積： )()(ln )()(t ??? ????? m℃ 23 39。 mtK QAm ?????? 取安全系數(shù)為 A實(shí)際 = 再沸器 計(jì)算熱負(fù)荷： skgMLG L / )( ????????? kgkJr /2283? 考慮到 5%的熱損失后 kWrGQ 3533* ?? 選用 飽和水蒸氣加熱， ?熱st ℃ 蒸汽用量為： Gv = Q′hv?hl= ? = vv = Gvv = ? = 因兩側(cè)均為恒溫相變 ?????? 冷熱 ssm ttt ℃ 取傳熱系數(shù) K=1000W/（ ） 估算傳熱面積 23 103533 mtK QA m ?????? 取安全系數(shù) ，實(shí)際傳熱面積 A=常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 33 管件 塔 釜?dú)堃撼隽瞎? 塔 釜?dú)堃旱捏w積流量： Vsw = WMwρw= ?18958 = = ?10?4m3/s 取適宜的輸送速度 uw= 00 ??? ?計(jì)d 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： ?38mm? 實(shí)際管內(nèi)流速： smuw / 2 ???? 塔頂 回流液管 回流液體積流量 sLMV L LSL /m00 110 * 3??? ? 利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度 /Lu m s? ，那么 00 ??? ?計(jì)d 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： ?60mm? 實(shí)際管內(nèi)流速： smuw / 2 ???? 塔釜 再沸器蒸汽進(jìn)口管 vv = 設(shè)蒸汽流速為 10m/s, 10 ??? ?計(jì)d 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： ?377mm?15mm 實(shí)際管內(nèi)流速： smuw / 2 ???? 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 34 塔頂蒸汽進(jìn)冷凝器 進(jìn)口 管 V= 3/ms 設(shè)蒸汽流速為 10m/s, 10 ??? ?計(jì)d 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格： ?450mm?15mm 實(shí)際管內(nèi)流速： smuw / 2 ???? 塔頂 冷凝水管 深井水溫度為 12℃ ，水的物性數(shù)據(jù)： ρ=,μ=103Pas, Cp=(kgK) 深井水的質(zhì)量流率 skgG / ? ，取流速為 2m/s 管徑 ????? ?計(jì)d 選取 Φ 108 4mm 熱軋無縫鋼管 實(shí)際流速為 smu / 2 ?? ?? ? 冷凝水泵 的選擇 雷諾數(shù) 53 ??? ???? ?? ?du 取ε =， ?d? ,查圖摩擦系數(shù)λ = 各管件及閥門阻力系數(shù)如下 : 名稱 水管入口 進(jìn)口閥 900彎頭 4 半開型球閥 ξ 6 4 設(shè)管長為 50 米 , ∑hf = (λld + ∑ξ)u22 = ( 50 ++ 6+ 4+ )2 = 2/s2 揚(yáng)程 取 20m mghHH f ????? ? 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 35 流量 hmV / 36 3??? 選擇 IS10080160 型離心泵 ,參數(shù)為 流量 V=100 3/mh,揚(yáng)程 ,H=32m轉(zhuǎn)速 2900 / minnr? 泵效率 ,?=78%軸功率 Na= 除沫器 當(dāng)空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。常用除沫器有折流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及程流除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大、重量輕、空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 裙座 塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內(nèi)徑 800mm，故裙座壁厚取 16mm。 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： Dbi=(1200+216)103=832mm 基礎(chǔ)環(huán)外徑： Dbo=(1200+216)+103=1632mm 圓整： Dbi=1000mm, Dbo=1800mm 基礎(chǔ)環(huán)厚度 :考慮到腐蝕余量取 18mm，考慮到再沸器，裙座高度取 3m。 地角螺栓直徑取 M30。 常壓甲醇－水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 36 附表 常壓下 甲 醇 水氣液平衡組成與溫度關(guān)系 溫度 t(℃ ) 液相組成 x 氣相組成 y 溫度 t(℃ ) 液相組成 x 氣相組成 y 100 0 0 75 96 73 94 71 91 69 89 68 88 66 1 84 65 1 1 82 65 1 1 78 理論塔板數(shù)計(jì)算（ MATLAB 程序）： function DistStagesCal clear all clc global sp xd xw。 xi=[0 1]。 yi=[0 1]。 sp=spline(yi,xi)。 xf=。 xd=。 xw=。 n=1。 b(n)=xd。 a(n)=fnval(sp,b(n))。 while a(n)xf b(n+1)=func1(a(n))。 a(n+1)=fnval(sp,b(n+1))。 n=n+1。 end m(1)=(a(n1)xf)/(a(n1)a(n))。 N(1)=n1+m(1)。 while a(n)xw b(n+1)=func2(a(n))。