【正文】 要求，從經(jīng)濟(jì)性考慮，選用碳素鋼鋼板 Q235A,GB 3274 ,許用應(yīng)力 [σ ]=113Mpa,因雙面焊縫，故 ?? ，腐蝕裕度 C=2mm 120 3t ???? ???? 因?yàn)樗x用的材料標(biāo)準(zhǔn)最小厚度為 ,故選δ t=6mm （ 2） 封頭 本設(shè)計(jì)選用橢圓形封頭，由 D=1200mm,查表 [16]得封頭曲面高度 h1=300mm,直邊高度h2=40mm 封頭厚度由公式PKPDf ][2 ?? ??? ,形狀系數(shù) ])h2[61 21DK （?? 求得 K=1，δ f= 查標(biāo)準(zhǔn) [17],圓整 δ f=6mm ,封頭型號(hào) DN 1200 6 ,JB/T 473795 采用絲網(wǎng)除沫器，有比表面積大，質(zhì)量輕，空隙大，使用方便等優(yōu)點(diǎn) 空塔氣速 smKVVL / ?????? ? ?? 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 22 除沫器直徑 muVD S ????? ? [18] 每隔 6層設(shè)一人孔，有 37塊塔板，故須 6個(gè)人孔，在塔頂處設(shè)一人孔，提餾段 1個(gè)，精餾段 4個(gè)，設(shè)人孔直徑 d=450mm,人孔處板間距為 HP=600mm,伸出塔體的筒長(zhǎng) =200mm 根據(jù)要求 [19]，塔頂空間 HD=（ 2～ 3） HT,取 HD=2HT= ；塔低空間 HB=1～ 2m,取 HB= [20] 裙座有圓形裙座和錐形裙座兩種，本設(shè)計(jì)選用圓形裙座，考慮到要用再沸器，取裙座高度 Hq=3m . H 假設(shè)進(jìn)口處板間距 HF= H=（ NnFnP1)HT+nFHF+nPHP+HD+HB+h1+h2++h2+Hq 代入得 H=(37151) +1 +5 +++++3= [21] 塔板結(jié)構(gòu)大致可分為整塊式和分塊式兩類，根據(jù)下表要求， D=1200mm的單流型塔板，采用分塊式塔板，分塊數(shù)為 3塊。 表 41 塔板分塊數(shù) 塔徑 /mm 800～ 1200 1400～ 1600 1800～ 2021 2200～ 2400 塔板分塊數(shù) 3 4 5 6 （二）精餾塔的附屬設(shè)備 （塔釜） 表 42 乙醇和水的比熱容 cp [22] 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 110 乙醇 cp/kj/(kg℃ ) 水 cp/kj/(kg℃ ) 表 43 乙醇和水的汽化熱 r [23] 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 110 乙醇 r/kj/kg 水 r/kj/kg 2360 2330 2310 2280 2260 2240 對(duì)于乙醇 水，管殼式換熱器作加熱器，傳熱系數(shù) K的范圍 570～ 1150W/（㎡℃） [24] 取 K=1000W/（㎡℃） =3600kj/(㎡ h℃ )，采用飽和乙醇蒸汽加熱，熱流體走殼程，冷流體走管程。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 23 料液溫度： ℃→ 100 ℃ ，熱流體溫度： 110℃→ 110 ℃ 逆流操作 :)1 0 01 1 0 1 0l n ( 0 0)l n (t2121 ????????????ttttm℃ 乙醇蒸汽 t =110℃ ，查表 43,乙醇汽化熱 r=hkjqQ hm /101 0 0 9 5 .4 94 2 .1 6,h ?????? 換熱面積 2 00 1010 6h ?? ???? mtKQA㎡ 因?yàn)闊崃黧w進(jìn)料壓力大于出料壓力，故可選熱虹吸式再沸器 選型 [25] :立式熱虹吸式重沸器（ JB/T 471692） 換熱管Φ 25 基本參數(shù) 公稱直徑： 1200mm ,公稱壓力： ,管程數(shù)： 1 ，管子根數(shù)：1115，中心排管數(shù)： 37 ，換熱管長(zhǎng)度： 2021mm ,換熱面積： 165㎡ 常溫 25℃的物料經(jīng)預(yù)熱器成為飽和液體，用飽和水蒸氣預(yù)熱， K=3600kj/(㎡ h℃ ) 進(jìn)料溫度： 25℃→ ℃ ，熱流 體溫度： 100℃→ 90℃ ，熱流體走管程，冷流體走殼程。 逆流操作：) 0 0 2590l n ( 0 02590)l n (t2121 ?????????? ）（）（ttttm ℃ 查表 42， tF=℃ ,cmp= + =(kg℃ ) hkjtcQ phmF /106 6 3 )( 6m, ????????? 換熱面積 00 1066 6h ?? ???? mtKQA㎡ 選型 [25] :固定管板式換熱器（ JB/T 471592） 換熱管Φ 19基本參數(shù) 公稱直徑： 325mm ,公稱壓力： ,管程數(shù)： 2 ，管子根數(shù)： 88 中心排管數(shù)： 10 ，換熱管長(zhǎng)度： 3000mm ,換熱面積： ㎡ 熱流體溫度： 78℃→ 40℃ ，冷卻水： 25℃→ 35℃ )5204 3587l n (52403578)l n (t2121 ?????????? ）（）（ttttm℃ tDm =（ 78+40） /2=59℃ ,查表 42，得 cmp= + =(kg℃ ) 5, 104 8 )7840( ?????????? tcQ mphmC kj/h 對(duì)于乙醇 水，管殼式換熱器作冷卻器，熱流體走殼程，冷流體走管程。取 K=600W/（㎡℃） =2160 kj/(㎡ h℃ ) 換熱面積 25c 0 ?? ???? mtK QA 選型 [25]：立式熱虹吸式重沸器（ JB/T 471692） 換熱管Φ 25基本參數(shù) 公稱直徑： 400mm ,公稱壓力： 1Mpa ,管程數(shù)： 1 ，管子根數(shù)： 98，中心排管數(shù)： 12 ，換熱管長(zhǎng)度： 1500mm ,換熱面積： ㎡ 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 24 熱流體溫度： ℃→ 40 ℃，冷流體溫度： 25℃→ 35℃ )5204 n ()l n (t2121 ?????????? ）（）（ttttm tFm =（ 50+） /2=℃ ,查表 42，得 cmp=(kg℃ ) 6, 101 0 )(1 9 6 2q ????????? tcQ mphmC kj/h 對(duì)于水 水，管殼式換熱器作冷卻器，熱流體走殼程，冷流體走管程。取 K=1800W/（㎡℃）=6480kj/(㎡ h℃ ) 換熱面積 6c ?????? mtK QA㎡ 選型 [25]：立式熱虹吸式重沸器（ JB/T 471692） 換熱管Φ 25基本參數(shù) 公稱直徑： 400mm ,公稱壓力： 1Mpa ,管程數(shù)： 1 ，管子根數(shù)： 98，中心排管數(shù)： 12 ，換熱管長(zhǎng)度： 1500mm ,換熱面積： ㎡ 進(jìn)料體積流量 hVF / 3 4 3,h ??? 揚(yáng)程 HP=8m ,壓頭 P=ρ g HP= 8= 根據(jù)流量和揚(yáng)程，查標(biāo)準(zhǔn) [26] ,選擇離心泵（ ISW32100I） 表 44 離心泵（ ISW32100I）主要參數(shù) [27] 流量 m179。/h 揚(yáng)程 /m 效率 轉(zhuǎn)速 r/min 電功率 /kw 汽蝕余量 m 重量 /kg 53% 2900 2 32 由于采用熱泵精餾 [28] ,熱泵精餾一般分為間接式熱泵精餾、塔頂氣體直接式呵塔釜液體閃蒸再沸式三種 ,本設(shè)計(jì)采用直接熱泵精餾，將塔頂蒸汽經(jīng)壓縮升溫后作為塔底再沸器的熱源，冷凝液經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫后一部分作為產(chǎn)品出料，另一部分作為塔頂回流液回流 設(shè)塔頂塔頂蒸汽經(jīng)絕熱壓縮溫度： ℃→ 110℃ 單位質(zhì)量理論功： ]1)[(1 1k12121s ?????? ?? kPP PPRTk kV dPHW 假設(shè)為理想 氣體，故有12112 TTPP kk ??）（ , ??vpcc 代入數(shù)據(jù)得 : Ws= 壓縮機(jī)單位時(shí)間的總功 :W= = 10^6kj/h , 傳熱系數(shù)ε H=Q 總 /W =Qh/W= 10^6/( 10^6)= 換算為功率 = ,查標(biāo)準(zhǔn) [29] 可選用 DA離心式壓縮 機(jī) ,型號(hào) GB/T 169411997， 功率為 75～ 10^4kW 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 25 第五章 總結(jié) 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)三周的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過(guò)查閱書(shū)籍，借閱相關(guān)資料，以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，已基本完成了此次設(shè)計(jì)的要求，包括： 裝置流程的選定，工藝流程圖的確定。 工藝參數(shù)的確定：塔內(nèi)精餾段、提餾段物質(zhì)的物性（溫度、密度、粘度、表面張力、 相對(duì)揮發(fā)度、體積流量），物料衡算，理論與實(shí)際塔板數(shù)，塔板效率。 主要設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算：板間距，塔徑，塔高，溢流裝置，塔板設(shè)計(jì)。 流體力學(xué)計(jì)算：流體力學(xué)驗(yàn)算，操作負(fù) 荷性能圖及操作彈性。 主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及選型，再沸器及冷卻器的熱負(fù)荷和傳熱面積。 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、塔體設(shè)備工藝條件圖的繪制。 經(jīng)過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算，精餾塔的回流比、塔板數(shù)、塔徑、塔板設(shè)計(jì)基本符合要求，設(shè)計(jì)的操作負(fù)荷也在操作負(fù)荷性能允許范圍內(nèi)。當(dāng)然與設(shè)計(jì)的要求還有些差距，比如溢流裝置與流體選型知識(shí)面掌握的不夠，以及對(duì)法蘭、裙座、除沫器、筒體等附屬設(shè)備的選型及計(jì)算不太清楚，所選擇的設(shè)備有些可能不合適，熱量衡算等工作做的不夠，對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算的不夠精確等。主要原因是這方面的知識(shí)學(xué)的不多，化工原理學(xué)得 還不夠深，對(duì)知識(shí)面的不熟練，而且查閱到的相關(guān)的知識(shí)看不太懂。 本設(shè)計(jì)還采用熱泵精餾等節(jié)能措施，但對(duì)熱泵精餾認(rèn)識(shí)的不夠，在計(jì)算等方面有所欠缺，本設(shè)計(jì)在這些方面還有待提高。 總之，在這次課程設(shè)計(jì)中，雖然感覺(jué)很累，但每天都比較充實(shí)。對(duì)于化工專業(yè)的學(xué)生，不但知識(shí)面要廣，心思要縝密，做事要一絲不茍，而且要有吃苦的精神，要培養(yǎng)創(chuàng)新精神，在這些方面以后會(huì)多加提高。 武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院化藥系 化工原理課程設(shè)計(jì) 共 28 頁(yè) 第 頁(yè) 26 附錄 英文字母 M— 摩爾質(zhì)量， kg/kmol ； F— 原料液物質(zhì)的量流量， kmol/h ； D— 塔頂產(chǎn)品物質(zhì)的量流量， kmol/h ； W— 釜?dú)堃何镔|(zhì)的量流量， kmol/h ； x— 物質(zhì)液相的摩爾分?jǐn)?shù) ； y— 物質(zhì)氣相的摩爾分?jǐn)?shù) ； R— 回流比 ； NT— 理論塔板數(shù) ； ET— 塔板效率 ； t— 溫度，℃ N— 實(shí)際塔板數(shù) ； P— 壓強(qiáng)， kpa ； qn,V— 上升氣體的流量， kmol/h qn,L— 下降液體的流量， kmol/h qn,D— 塔頂產(chǎn)品的流量， kmol/h V— 氣體體積流量， m179。/s ； L— 液體體積流量， m179。/s ； D— 塔徑， m ； HT— 板間距， m ； hL— 板上液層高度， m； u— 空塔氣速， m/s ； C— 負(fù)荷系數(shù) ； Z— 塔的有效高度， m ； lw— 堰長(zhǎng)， m ； hw— 堰高， m ； how— 堰上液層高度， m ； ho— 降液管底隙高度， m ； hf— 板上鼓泡層高度， m ； E— 液流收縮系數(shù) ； Wd— 降液管寬度， m ； Wc— 無(wú)效區(qū)寬度， m ； Ws— 安定區(qū)寬度， m ； AT— 全塔的截面積，㎡ ； Af— 降液管截面積，㎡ ； Aa— 開(kāi)孔區(qū)面積，㎡ ； A0— 開(kāi)孔面積，㎡ ； d0— 孔徑，㎜ ； n— 篩孔數(shù) ； hp— 每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hc— 干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐?高度， m ； h1— 板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hσ — 克服液體表面張力的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； hd— 液體流過(guò)降液管的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； C0— 流量系數(shù) ； u0— 篩孔氣速， m/s ； △ Pp— 篩板壓強(qiáng)降， kpa ； eV— 霧沫夾帶量，㎏液 /