【正文】 /[a3/ρ1+(1a3) /ρ2]= kg/ m3 精餾段的平均液相密度：ρLM＝(ρLD+ρLF)/2= kg/ m3提餾段的平均液相密度：ρ’LM＝(ρLF+ρLW)/2= kg/ m3 汽相平均密度根據(jù)塔頂組成查水甲醇平衡體系txy圖1，得塔頂溫度TD=67℃根據(jù)進(jìn)料板組成查水甲醇平衡體系txy圖1，得進(jìn)料板溫度TF=77℃根據(jù)塔底組成查水甲醇平衡體系txy圖1，得塔底溫度TW=98℃精餾段：TM=（TF+TD）/2= 72℃ ρVM＝PMV/RTM= Kg/ m3提餾段：T’M=（TF+TW）/2= ℃ρ’VM＝PM’V/RT’M= Kg/ m3 塔徑與塔高計算 最近規(guī)整填料得到較快，使用規(guī)整填料塔性能穩(wěn)定，氣液體再分布性能均勻，塔的分離效能高，壓力降低，能適應(yīng)較高的氣速和較低的回流比，彈性大。表721規(guī)整填料性能填料類型理論板數(shù)△N,1/m比表面積at，1/m空隙率ε％△P/Z,Mpa/mAK125X塑料孔板波紋填料125*10－4 lg(μL,D)= XDlg(μL,輕組分)+（1－XD）lg(μL,重組分) lg(μL,F)= Xnlg(μL,輕組分)+（1－Xn）lg(μL,重組分) （Xn：加料板上的液相組成）液體粘度μL＝(μL,D+μL,F/2） mPas計算：液相質(zhì)量流量WL=L=RD= kg/h (L換算成質(zhì)量流量)氣相質(zhì)量流量WG=V=(R+1)D= kg/h (V換算成質(zhì)量流量) 帶入數(shù)據(jù)得:計算得泛點(diǎn)氣速uf= m/s一般取u＝ 計算泛點(diǎn)氣速uf= m/s u＝ m/s D= mlg(μL,F)= Xnlg(μL,輕組分)+（1－Xn）lg(μL,重組分) （Xn：加料板上的液相摩爾分率） lg(μL,W)= XWlg(μL,輕組分)+（1－XW）lg(μL,重組分)液體粘度μL＝(μL,W+μL,F/2） mPas計算：液相質(zhì)量流量WL=L’=(L+qF)= kg/h (L換算成質(zhì)量流量)氣相質(zhì)量流量WG=V’=[V(1q)F]= kg/h (V換算成質(zhì)量流量) 計算得泛點(diǎn)氣速uf= m/s一般取u＝ u＝ m/s D= m精餾段塔徑園整后D= m 提餾段塔徑園整后D= m 精餾段的高度Z1＝N精餾段/ △N＝ m圓整到6m,分兩層,每層3m 提餾段的高度Z2＝N提餾段/ △N＝ m （N提餾段包括加料板） ,一層總填料層高度 Z= m△N：見上表 填料塔的流體力學(xué)性能精餾段△P＝Z精餾段△P/Z＝ Pa提餾段△P’＝ Z提餾段△P/Z＝ Pa（N提餾段包括加料板）△P/Z見上表 精餾段u= m/s （前已經(jīng)算出） 泛點(diǎn)率=u/uf= 提餾段u’= m/s （前已經(jīng)算出） 泛點(diǎn)率=u/ uf=液體噴淋量Lh＝ m3/h（將L換成m3/h，Lh＝WL /ρLM）噴淋密度：U=Lh/= m3/m2h最小噴淋密度：Umin=(Lw)min= 15 m3/m2h式中：——填料的比表面積，m2/m3；Umin——最小噴淋密度，m3/（m2h）；(Lw)min——最小潤濕率，m3/（mh）。 (Lw)min的取值如下：因此： (Lw)min=，125Y/125X塑料孔板波紋填料要求液體噴淋量最小噴淋量（若噴淋密度過小，可增加回流比，或在許可范圍內(nèi)減小塔徑，或適當(dāng)增加填料層高度予以補(bǔ)償。）液體噴淋量L’h＝ m3/h （將L’換成m3/h，L’h＝W L/ρ’LM）噴淋密度：U’=L’h/’2= m3/m2h最小噴淋密度：計算過程同上要求液體噴淋量最小噴淋量 塔內(nèi)附件選擇 液體噴淋裝置選擇填料塔操作要求液體沿同一塔截面均勻分布。為使液流分布均勻，液體在塔頂?shù)某跏挤植急仨毦鶆?。蓮蓬式噴灑器具有半圓球形外殼,在殼壁上有許多可供液體噴灑的小孔,液體由泵或高位槽以一定壓頭流入,~1/5。球面半徑為(~)D。噴灑角小于80176。,噴灑外圈距塔壁x=70~100mm,蓮蓬高度y＝（~）D,小孔直徑d0=3~10mm,蓮蓬頭一般用于直徑在600mm以下的塔中.在此選取蓮蓬頭式噴淋器，選用此裝置能使截面積的填料表面較好濕潤，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，噴灑比較方便，安裝也方便。φ—流速系數(shù)，~。 小孔輸液能力計算： 小孔點(diǎn)面積： 小孔直徑d取4 mm， 則小孔數(shù)： 液體再分布裝置選擇 為使流向塔壁的液體能重新流回塔中心部位，一般在液體流過一定高度的填料層后裝置一個液體再分布器。液體再分布器形狀如漏斗，在液體再分布器側(cè)壁裝有若干短管，使近塔壁的上升氣流通過短管與中心氣流匯合，以利氣流沿塔截面均勻分布。 通常將整個填料層分為若干段，段與段之間設(shè)置液體再分布器。 現(xiàn)本設(shè)計填料層分為3段,裝2個分布器 填料支撐裝置選擇填料支撐裝置結(jié)構(gòu)最簡單的是柵板，由豎立的扁鋼焊在鋼圈上制得。為防止在柵板處積液導(dǎo)致液泛，柵板的自由截面率應(yīng)大于50％。此外，效果較好的是具有圓形或條形升氣管的篩板式支承板，液體從板上篩孔流下，氣體通過升氣管由管壁的小孔流出，氣液分布較均勻，又因在支承裝置處逆流的氣液相各有通道，可避免因支承裝置而引起的積液現(xiàn)象。 當(dāng)直徑小于500mm時,柵板可制成整塊的.~= 除沫器選擇氣體從塔頂流出時，總會帶少量液滴出塔。為使氣體夾帶的液滴能重新返回塔內(nèi)，一般在塔內(nèi)液體噴淋裝置上方裝置除沫器。常用的除沫器有折流板式和填料層式。 折流板式除沫器：氣體流過曲折通道時，氣流中夾帶的液滴因慣性附于折流板壁，然后流回塔內(nèi)。填料層式除沫器：氣體流過填料層時，氣流中夾帶的液滴附于填料表面流回塔內(nèi)。 在此選用填料層式除沫器根據(jù)塔徑選擇除沫器尺寸由表372[6]查的參數(shù): 表754 除沫器尺寸公稱直徑DN主要外形尺寸質(zhì)量(kg)HH1D絲網(wǎng)格柵及定距桿支承件400100210400150260為減少氣液進(jìn)出塔對塔內(nèi)操作的沖擊，管徑選取按下述條件：液體流速uL 1 m/s氣體流速uG10m/s蒸汽：u=10~30 m/s公式：u=V/(π/4)di2 取uL= 則回流管管徑： 選用HG2059297 DN40 取uL=則進(jìn)料管管徑： 選用HG2059297 DN100 壁厚4mm的管子 塔頂蒸汽出口管取u= m/s則蒸汽出口管管徑： 選用HG2059297 DN150 壁厚6mm的管子取uL=2m/s則產(chǎn)品出口管管徑： 塔釜出料管管徑取uL=則出料管管徑：選用HG2059297 DN50 取uL=則產(chǎn)品出口管管徑： 選用HG2059297 DN150 壁厚6mm的管子 塔釜產(chǎn)品出口管取uL=2m/s則產(chǎn)品出口管管徑： 其他附件選擇圓筒計算厚度，考慮到介質(zhì)對筒壁的腐蝕作用，在設(shè)計筒體所需厚度時，還應(yīng)在計算厚度d的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。由此得到筒體的設(shè)計厚為 　　　　　　　　式中 dd圓筒設(shè)計厚度,mm； Di圓筒內(nèi)徑,mm； p容器設(shè)計壓力，MPa；f焊接頭系數(shù).由于p與[δ]tφ比很小,采用簡寫式:： 根據(jù)表86[2]，設(shè)計溫度為98℃≈100℃，采用碳素鋼鋼板，查得鋼號為Q235B，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB912，在此設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為113MPa，計算壓力 圓筒內(nèi)徑 焊接頭系數(shù) 則 園整后為3mm，在鋼號為A3，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB912的厚度3~4mm范圍內(nèi)。表771 碳素鋼鋼板型號鋼號鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)厚度mm常溫強(qiáng)度指標(biāo)100℃下的許用應(yīng)力MPaδbMPaδsMPaA3GB912熱軋3~4mm370235113選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭這種封頭是由半個橢圓球和一段高度為h0的圓柱形筒節(jié)構(gòu)成。公稱直徑 曲面深度 根據(jù)表812[5]，封頭直邊高度由標(biāo)表22[6]選用JB/T4746—2002的封頭,類型代號EHA表772 封頭公稱直徑DN(mm)總深度H(mm)那表面積A(m2)容積V(m3)400125封頭高度： 法蘭由于在常壓下操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭—平焊法蘭。根據(jù)表102[5]，由公稱壓力PN=，選擇如下參數(shù)：表773 法蘭參數(shù)公稱直徑DNmm法蘭/mm螺柱連接尺寸法蘭厚度質(zhì)量Kg規(guī)格數(shù)量DD1D2D3D4d甲型4005154804504404371830M1620 裙座根據(jù)表1315[5]，裙座參數(shù)：表774 裙座參數(shù)公稱直徑DNmm每根支腿允許載荷kN支腿數(shù)量支承最大高度Hmaxmm尺寸/mm焊縫長度hf墊板地腳螺栓寬度Aφ長度Ax厚度δn1孔徑db規(guī)格40063800601209024M20裙座高度： 式中：Hd——塔頂空間高度（不包括封頭），m。 m。Hf——液體再分布器的空間高度，m。 m。Hb——塔底空間高度，m。 m。n——填料層分層數(shù)。八、設(shè)計計算結(jié)果總表表81 計算結(jié)果總表項目符號單位計算數(shù)據(jù)精餾段提餾段平均壓強(qiáng)PmkPa平均流量氣相WLkg/h液相WGkg/h塔板數(shù)N塊53(不包括再沸器)塔的有效高度zm塔徑Dm空塔氣速um/s塔內(nèi)壓降△pPa840490九、輔助設(shè)備 輔助設(shè)備及零部件的選擇表91換熱器設(shè)計參數(shù)：換熱器名稱介質(zhì)溫度，℃進(jìn)出塔頂冷凝器殼程管程循環(huán)冷凝水2040塔底再沸器管程殼程蒸汽168168預(yù)熱器管程16殼程蒸汽168168 塔頂冷凝器的選擇查書第四章傳熱表48（K值得大致范圍）[2]：取總傳熱系數(shù)K= 1000 W/m2℃（甲醇）汽化潛熱r1＝ 320 kJ/kg （水） 汽化潛熱r2＝ 550 kJ/kgrD=r1y1+r2(1y1)= kJ/kgQ=(R+1)DrD = 換熱器面積A= m2 圓整到7m2選型：將計算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄[2]中選擇換熱器，并列出所選擇的換熱器的參數(shù)。表991 塔頂冷凝器的主要參數(shù)外殼直徑D/mm公稱壓強(qiáng)pg/(kgf/cm2)公稱面積A/m2管子排列方法管長l/m管子外徑d0/mm管子總數(shù)N/根管程數(shù)殼程數(shù)273257正三角排列3253221 塔底再沸器的選擇查書第四章傳熱表48（K值得大致范圍）[2]：取總傳熱系數(shù)K’= 2500 W/m2℃（甲醇）比熱[3]c1＝ kJ/kgK （水）比熱c2＝ kJ/kgK（甲醇）汽化潛熱r1＝ 370 kJ/kg（水）汽化潛熱r2＝ 640 kJ/kg 平均 Xi：mol分率Q’=V’*rW+ V’Δt =換熱器面積A’= m2 圓整到4m2選型：將計算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄[2]中選擇換熱器，并給出所選擇的換熱器的參數(shù)。類型選用: 熱虹吸式表912 塔底再沸器的主要參數(shù)外殼直徑D/mm公稱壓強(qiáng)pg/(kgf/cm2)公稱面積A/m2管子排列方法管長l/m管子外徑d0/mm管子總數(shù)N/根管程數(shù)殼程數(shù)273254正三角排列2253221 塔底預(yù)熱器的選擇查化工原理書第四章傳熱表48（K值得大致范圍）[2]：取總傳熱系數(shù)K’= 2500 W/m2℃（甲醇）汽化潛熱[3]r1＝ 340 kJ/kgK （水）汽化潛熱r2＝ 580 kJ/kgK 平均 Xi：mol分率Q’=FΔt = 換熱器面積A’= 27 m2 圓整到40m2 選型：將計算出的換熱器面積作為公稱面積，在附錄中選擇換熱器，并給出所選擇的換熱器的參數(shù)（如果列表，必須寫出表頭）。表913 預(yù)熱器的主要參數(shù)外殼直徑D/mm公稱壓強(qiáng)pg/(kgf/cm2)公稱面積A/m2管子排列方法管長l/m管子外徑d0/mm管子總數(shù)N/根管程數(shù)殼程數(shù)4002540正三角排列6258641 進(jìn)料泵 給出：流量 m3/h 揚(yáng)程H＝50m選擇IS5032200型號的泵[2]表6 IS5032200型油泵的性能參數(shù)泵型號流量/(m3/h)揚(yáng)程/m轉(zhuǎn)速/(r/min)氣蝕余量/m泵效率/%功率/kW泵外形尺寸（長寬高）/mm泵口徑/mm軸功率配帶功率吸入排出IS50322002900384652403405032 回流泵利用重力作用,使其回流,減少成本,所以不使用回流泵.十、參考文獻(xiàn)[1] 劉光啟、馬連湘、劉杰，《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》，2002年，北京[2] 趙汝溥、管國鋒，《化工原理》，化學(xué)工業(yè)出版社，1995年，北京[3] 畢誠敬，《化工原理課程設(shè)計》，天津科學(xué)出版社，2006年，天津[4] 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