【導讀】結(jié)合專業(yè)知識和工廠實習、分析選定合適的工藝參數(shù)。進行工程圖紙設計、繪制能力的訓練。本車間產(chǎn)品特點及工藝流程。主要設備物料、熱量衡算、結(jié)構尺寸計算及輔助設備的選型計算。[2]馮元琦.聯(lián)醇生產(chǎn).北京.化學工業(yè)出版社.～268.[3]柴誠敬、張國亮。化工流體流動與傳熱。化學工業(yè)出版社。來對其進行精制。產(chǎn)生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分離到所要求組分的操作過程。自加料位置以上部分，上升蒸汽和回流。相傳遞，而回流液中的輕組分向氣相傳遞。在塔的加料口位置以下下降液體中的輕組份被蒸。保持塔內(nèi)物料平衡，才能保證精餾塔內(nèi)操作條件穩(wěn)定，當塔的物料平衡被破壞時，效率降低等問題，系統(tǒng)不能正常運行。間各組分氣相分壓平衡等來達到經(jīng)濟的效果。汽液平衡是通過在每塊板上氣液互。汽液平衡和物料及熱量平衡密切相關，塔內(nèi)溫。度、壓力、物料量的變化都將直接影響汽液平衡。的溫度和壓力是穩(wěn)定的，加入塔的熱量和出塔的熱量也是平衡的。

　　

【正文】 強，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費用，操作壓 力選為常壓 其中塔頂壓力為 塔底壓力 進料狀態(tài) 雖然進料方式有多種，但是飽和液體進料時進料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進料時精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設計計算還是實際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設計中采取飽和液體進料 加熱方式 精餾塔的設計中多在塔底加一個再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應；由于甲醇 ~水體系中，甲醇是輕組分，水由塔底排出，且水的比熱較大，故可采用直接水蒸氣加熱，這 時只需在塔底安裝一個鼓泡管，于是可省去一個再沸器，并且可以利用壓力較底的蒸汽進行加熱，無論是設備費用還是操作費用都可以降低。 熱能利用 精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此熱效率較低，通常進入再沸器的能量只有 5%左右可以被有效利用。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。為此，我們擬采用塔釜殘液對原料液進行加熱。 第 節(jié) 有關的工藝計算 由于精餾過程的計算均以摩爾分數(shù)為準，需先把設計要求中的質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分數(shù)。 原料液的摩爾組成： 同理可求得： 原料液的平均摩爾質(zhì)量： 同理可求 45℃ 下，原料液中 由此可查得原料液，塔頂和塔底混合物的沸點，以上計算結(jié)果見表 32。 表 32 原料液、餾出液與釜殘液的流量與溫度 名稱 原料液 餾出液 釜殘液 84 99 (摩爾分數(shù) ) 摩爾質(zhì)量 沸點溫度 /℃ 最小回流比及操作回流比的確定 由于是泡點進料， ，過點 e ()做直線 交平衡線于點 ，由點 可讀得 ，因此： 又過點 作平衡線的切線，切點為 ，讀得其坐標為 ，因此： 所以， 可取操作回流比 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜殘液量及加熱蒸汽量的計算 以年工作日為 300 天，每天開車 24小時計，進料量為： 由全塔的物料衡算方程可寫出： (蒸汽 ) (泡點 ) 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 塔頂全凝器的熱負荷： 可以查得 ，所以 取水為冷凝介質(zhì)，其進出冷凝器的溫度分別為 25℃ 和 35℃ 則 平均溫度下的比熱 ，于是冷凝水用量可求： 熱能利用 以釜殘液對預熱原料液，則將原料加熱至泡點所需的熱量 可記為： 其中 在進出預熱器的平均溫度以及 的情況下可以查得比熱 ，所以， 釜殘液放出的熱量 若將釜殘液溫度降至 那么平均溫度 其比熱為 ，因此， 可知， ，于是理論上可以用釜殘液加熱原料液至泡點 理論塔板層數(shù)的確定 精餾段操作線方程： 提餾段操作線方程： 線方程： 在 相圖中分別畫出上述直線 ，利用圖解法可以求出 塊 (含塔釜 ) 其中，精餾段 13塊，提餾段 5塊。 全塔效率的估算 用奧康奈爾法 ( )對全塔效率進行估算： 由相平衡方程式 可得 根據(jù)甲醇 ~水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： (塔頂?shù)谝粔K板 ) (加料板 ) (塔釜 ) 因此可以求得： 全塔的相對平均揮發(fā)度： 全塔的平均溫度： 在溫度 下查得 因為 所以， 全塔液體的平均粘度： 全塔效率 實際塔板數(shù) 塊 (含塔釜 ) 其中，精餾段的塔板數(shù)為： 塊 第 節(jié) 精餾塔主題尺寸的計算 精餾段與提餾段的體積流量 精餾段 整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表 3(見下頁 )，由表中數(shù)據(jù)可知： 液相平均摩爾質(zhì)量： 液相平均溫度： 表 33 精餾段的已知數(shù)據(jù) 位置 進料板 塔頂 (第一塊板 ) 質(zhì)量分數(shù) 摩爾分數(shù) 摩爾質(zhì)量 溫度 /℃ 在平均溫度下查得 液相平均密度為： 其中 ，平均質(zhì)量分數(shù) 所以， 精餾段的液相負荷 同理可計算出精餾段的汽相負荷。 精餾段的負荷列于表 4。 表 34 精餾段的汽液相負荷 名稱 汽相 液相 平均摩爾質(zhì)量 / 30 平均密度 / 814 體積流量 / ( ) 3804( ) 提餾段 整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表 5，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負荷，結(jié)果列于表 6。 表 35 提餾段的已知數(shù)據(jù) 位 置 塔釜 進料板 質(zhì)量分數(shù) 摩爾分數(shù) 摩爾質(zhì)量 溫度 /℃ 表 36 提餾段的汽液相負荷 名稱 液相 汽相 平均摩爾質(zhì)量 / 平均密度 / 911 體積流量 / ( ) 4132( ) 第 節(jié)塔徑的計算 由于精餾段和提餾段的上升蒸汽量相差不大，為便于制造，我們?nèi)?段的塔徑相等。有以上的計算結(jié)果可以知道： 汽塔的平均蒸汽流量： 汽塔的平均液相流量： 汽塔的汽相平均密度： 汽塔的液相平均密度： 塔徑可以由下面的公式給出： 由于適宜的空塔氣速 ，因此，需先計算出最大允許氣速 。 取塔板間距 ，板上液層高度 ，那么分離空間： 功能參數(shù)： 從史密斯關聯(lián)圖查得： ，由于 ，需先求平均表面張力： 全塔平均溫度 ，在此溫度下，甲醇的平均摩爾分數(shù)為 ，所以，液體的臨界溫度： 設計要求條件下甲醇 ~水溶液的表面張力 平均塔溫下甲醇 ~水溶液的表面張力可以由下面的式子計算： ， 所以： 根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為 此時，精餾段的上升蒸汽速度為： 提餾段的上升蒸汽速度為： 第 節(jié) 塔高的計算 塔的高度可以由下式計算： 已知實際塔板數(shù)為 塊，板間距 由于料液較清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔 8塊板設一個人孔，則人孔的數(shù)目 為： 個 取人孔兩板之間的間距 ，則塔頂空間 ，塔底空間 ，進料板空間高度 ，那么，全塔高度： 第 節(jié) 塔板結(jié)構 尺寸的確定 塔板尺寸 由于塔徑大于 800mm，所以采用單溢流型分塊式塔板。 取無效邊緣區(qū)寬度 ，破沫區(qū)寬度 ， 查得 弓形溢流管寬度 弓形降液管面積 驗算： 液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間 液體在精餾段降液管內(nèi)的停留時間 弓形降液管 堰高 采用平直堰，堰高 取 ，則 降液管底隙高度 h0 若取精餾段取 ，提餾段取為 ，那么液體通過降液管底隙時的流速為 精 餾段： 提餾段： 的一般經(jīng)驗數(shù)值為 進口堰高和受液盤 本設計不設置進口堰高和受液盤 浮閥數(shù)目及排列 采用 F1 型重閥，重量為 33g，孔徑為 39mm。 浮閥數(shù)目 浮閥數(shù)目 氣體通過閥孔時的速度 取動能因數(shù) ，那么 ，因此 個 排列 由于采用分塊式塔板，故采用等腰三角形叉排。若同一橫排的閥孔中心距 ，那么相鄰兩排間的閥孔中心距 為： 取 時畫出的閥孔數(shù)目只有 60 個，不能滿足要求，取 畫出閥孔的排布圖如圖 1所示， 其中 圖中，通道板上可排閥孔 41 個，弓形板可排閥孔 24 個，所以總閥孔數(shù)目為 個 校核 氣體通過閥孔時的實際速度： 實際動能因數(shù)： (在 9~12 之間 ) 開孔率： 開孔率在 10%~14 之間，滿足要求。 第 節(jié) 流體力學驗算 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 干板阻力 浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為 ： 因為 所以 板上充氣液層阻力 取板上液層充氣程度因數(shù) ，那么： 由表面張力引起的阻力 由表面張力導致的阻力一般來說都比較小，所以一般情況下可以忽略，所以： 第 節(jié) 漏液驗算 動能因數(shù) ，相應的氣相最小負荷 為： 其中 所以 可見不會產(chǎn)生過量漏液。 第 節(jié) 液泛驗算 溢流管內(nèi)的清液層高度 其中， 所以， 為防止液泛，通常 ，取校正系數(shù) ，則有： 可見， ，即不會產(chǎn)生液泛。 第 節(jié) 霧沫夾帶驗算 泛點率 = 查得物性系數(shù) ，泛點負荷系數(shù) 所以， 泛點率 = 可見，霧沫夾帶在允許的范圍之內(nèi) 第 節(jié) 操作性能負荷圖 霧沫夾帶上限線 取泛點率為 80%代入泛點率計算式，有： 整理可得霧沫夾帶上限方程為： 液泛線 液泛線方程為 其中， 代入上式化簡后可得： 液體負荷上限線 取 ，那么 漏液線 取動能因數(shù) ，以限定氣體的最小負荷： 液相負荷下限線 取 代入 的計算式： 整理可得： 第 節(jié) 操作性能負荷圖 由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。 根據(jù)生產(chǎn)任務規(guī)定的氣液負荷，可知操作點 P(， )在正常的操作范圍內(nèi)。連接 OP 作出操作線，由圖可知，該塔的霧沫夾帶及液相負荷下限，即由漏液所控制。由圖可讀得： 所以，塔的操作彈性為 有關該浮閥塔的工藝設計計算結(jié)果匯總于表 7 表 37 浮閥塔工藝設計計算結(jié)果 項目 數(shù)值與說明 備注 塔徑 板間距 塔板型式 單溢流弓形降液管 分塊式塔板 空塔氣速 溢流堰長度 溢流堰高度 板上液層高度 降 液管底隙高度 浮閥數(shù) 個 89 等腰三角形叉排 閥孔氣速 閥孔動能因數(shù) 5 臨界閥孔氣速 孔心距 同一橫排的孔心距 排間距 相臨二橫排的中心線距離 單板壓降 液體在降液管內(nèi)的停留時間 精餾段 提餾段 降液管內(nèi)的清液高度 泛點率， % 氣相負荷上限 霧沫 夾帶控制 氣相負荷下限 漏夜控制 開孔率， % 操作彈性 第 節(jié) 各接管尺寸的確定 進料管 進料體積流量 取適宜的輸送速度 ，故 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： 釜殘液出料管 釜殘液的體積流量： 取適宜的輸送速度 ，則 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： 第 節(jié) 回流液管 回流液體積流量 利用液體的重力進行回流，取適 宜的回流速度 ，那么 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： 第 節(jié) 塔頂上升蒸汽管 塔頂上升蒸汽的體積流量： 取適宜速度 ，那么 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： 第 節(jié) 水蒸汽進口管 通入塔的水蒸氣體積流量： 取適宜速度 ，那么 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管 (YB23164)，規(guī)格： 實際管內(nèi)流速： 第四章 輔助設備的計算及選型 化工設備是組成化工裝置的基本單元，也是工程設計的基礎?；すこ碳夹g 人員應對化工單元了解的一清二楚，同時化工設備也是化工生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎，對工程項目投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力、操作穩(wěn)定性、可靠性以及產(chǎn)品質(zhì)量等等都將起著重要作用，因此，對設備地選擇和設計計算充分考慮計算上的要