【正文】 因此，掌握精餾塔的基本設(shè)計(jì)是身為化工專業(yè)學(xué)生是十分重要的。本設(shè)計(jì)采用流速 uw為 ????′ = [(?? +1)?????? +??????]3600???? = [(+1)+]3600 = ??/?? ???? = √ 4????′?????? = √4 = ??= 根據(jù)國標(biāo)管徑規(guī)格向上圓整， 釜液排出管徑 dw =80mm， 釜液排出管 型號(hào)選擇 DN80 再沸器返塔蒸汽管徑 dv’ 常壓與加壓塔流速 uv’可取 10m/s，減壓塔可取 15m/s 。 ℃ 有機(jī)蒸汽 水 350650 高沸點(diǎn)碳?xì)浠衔镎羝? 水 450850 有機(jī)蒸汽與水蒸汽混合物 水 400750 油汽蒸汽 水 350450 水蒸氣 水 15002500 甲醇蒸汽 水 450550 30 選擇水蒸氣 水循環(huán)系統(tǒng)，選擇換熱器，具體參數(shù)見下表 表 14 換熱器參數(shù) 外殼直徑 D/mm 500 公稱壓力 P/Mpa 公稱面積 A/m2 57 管程數(shù) Np 2 管子排列方式 正方形 管子尺寸 /mm Φ25╳ 管長 l/m 3 管數(shù) NT/根 248 管心距 t/mm 32 圖 12 換熱器工藝尺寸圖 表 15 塔頂冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 項(xiàng)目 數(shù)值 備注 換熱器類型 — 固定管板式 換熱器面積 57m2 — 管程流體 — 冷卻水 殼程流體 — 塔頂汽相 管程流速 — 殼程流速 — 外殼直徑 500mm — 管程數(shù) — 雙程 管子長度 管子尺寸 Φ25╳ 正方形排列 折流板型式 — 弓形折流板 折流板間距 200mm — 殼程壓降 — 管程壓降 — 31 六、精餾塔工藝條件 塔體總高 塔頂空間 HD 塔頂空間 HD 的作用是供安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液滴自由沉降，一般取 1～ 塔底空間 HB 塔底空間 HB 具有中間貯槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有 10～ 15 分鐘的儲(chǔ)量，以保證塔釜料液不致迅速排完，一般取 ～ 人孔 一般每隔 6～ 8層塔板設(shè)一人孔（供安裝、檢修用），人孔處板間距 ≥650mm，人孔直徑一般為 450～ 550mm，其伸出塔體的筒體長為 200～ 250mm，人孔中心距操作平臺(tái)約 800～ 1200mm 塔高 H=(nnp2)HT+HF+nPHp+HD+HB n—— 實(shí)際塔板數(shù) HF—— 進(jìn)料板處板間距， m nP—— 人孔數(shù) Hp—— 人孔處的板間距，取 HD—— 塔頂空間， m（不包括頭蓋部分） HB—— 塔底空間， m（不包括底蓋部分） HT—— 板間距， m 進(jìn)料板處間距 HF取 1000mm 塔底空間高度 HB取 2500mm 塔頂空間高度 HD取 1000mm 32 圖 13 塔高示意圖 精餾塔配管尺寸的計(jì)算 塔頂汽相管徑 dp 塔頂汽相出口流速 uv與塔的操作壓力有關(guān)，常壓可取 12~20m/s，減壓可取 20~30m/s。 2 . 8 4 1 0 ( 1 ) ( ) 2 . 1 . 48 4 1 0 1 . 0 3 8 ( 1 0 . 5 5 ) ( )0 . 6 5 34wdE l???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3222 sss LLV ??? 1 6 4 3 2 82 4 SSS LLV ????? (126) 列表計(jì)算如下 Ls(m3/s) Vs(m3/s) 由此表數(shù)據(jù)即可做出液泛線 5 根據(jù)以上各線方程，可做出篩板塔的負(fù)荷性能曲線 29 圖 11 精餾段 篩板塔的負(fù)荷性能曲線 五、換熱器 換熱器的初步選型 塔頂冷凝器 熱負(fù)荷 QC = (R+1)D(IVD ILD)= (R+1)DMDrD = 105 kcal/h。 sss LdaLcbVa ??? 2 220 .0 5 1 0 .0 5 1 4 .6 539。 圖 10 塔板負(fù)荷性能圖 27 漏液線 smU o / in ? 1 2 3 3m i nm in 0 . 7 8 5 0 . 0 0 5 2 6 9 2 1 0 . 9 7 0 . 5 7 9 6 / 2 0 8 6 . 3 8 /4S o oV d n u m s m h?? ? ? ? ? ? ?據(jù)此可以做出與流體流量無關(guān)的 液沫夾帶線 以 )1(fhTuaev ????? ? SSfT sa VVAA vu ????? 32)(,),( lwVEhmhhhhh LowwowwLf ????? 3232 ) 6 0 0( 0 2 LLh sow ???? 則 3232 )( LLh f ???? 3232 5 7 4 2 ssfT LLHH ?????? 57 323236 ???????????????sSVLVe 解得 ?SV 3206 sL? 計(jì)算所得： Ls(m3/s) Vs(m3/s) 據(jù)此可作出液沫夾帶線 2 液相負(fù)荷下限線 對(duì) 于 平 直 堰 ， 取 堰 上 清 液 層 高 度 mhow ? 作 最 小 液 體 負(fù) 荷 標(biāo) 準(zhǔn) ， 由EL LEh w sow )3600( 32 ?? 得 ?E 則： smLS /0 0 0 5 2 ) ( 332m i n ??? 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限 3 28 ..4 液相負(fù)荷上限線 以 s5?? 作為液體在降液管管中停留時(shí)間的下限 5?? s TfLHA? 3, 0. 05 34 0. 4m a x 0. 00 42 7 /55fTs AHL m s?? ? ? 據(jù)此可作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上線 4 液泛線 令 ?? hhhhhhhHhHH LcPdLpdwTd ???????? ,),( owwLL hhhhh ???? ,1 ? 聯(lián)立的： hhhhhH dCowwT ???????? )1()1( ???? ? （ 125） 整理得： 3222 39。 降液管溢流液泛校核 為阻止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高 dH 應(yīng)服從的關(guān)系： 26 )( wTd hHH ?? ? （乙醇 水不易分離的體系） 精餾段： mhH wT 2 4 )0 1 1 ()( ????? 又因?yàn)? dLpd hhhH ??? 板上不設(shè)進(jìn)口堰： 液柱mh od )( 22, ???? ? 液柱mH 0 7 8 1 7 0 0 6 ???? 2 4 )(d ??? wT hHH ? 提餾段： mhH wT 2 4 )0 0 3 ()( ?????? )()( 22,0 ???? ?dh 液柱mH d 0 7 6 0 5 1 1 ???? 2 4 )( ??? wTd hHH ? 故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。 液面落差 對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 2. 入口安定區(qū)和出口安定區(qū)。由以上的計(jì)算結(jié)果可以得到 塔的平均蒸汽流量： 310 13 .79 13 53 .83 11 83 .81 /22sj sTS VVV m h? ?? ? ? 塔的平均液相流量： /22Sj STS LLL m h? ?? ? ? 塔的液相平均密度 : 3800 /22L j L iL k g m??? ? ?? ? ? 塔的氣相平均密度 : 66 3 98 /22V j V iV k g m??? ? ?? ? ? 由塔徑公式 uVD s?4? （ 115） 可知：由于示意的空塔氣速 axumu )( ?? ，因此，需先計(jì)算出最大允許氣速 axum 。 6 圖 1 流程示意圖 三 、工藝計(jì)算 平均相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 由相平衡方程 xxy )1(1 ??? ?? （ 11） 得： )1( )1( ??? yx xy? （ 12） 查閱相關(guān)資料，常壓下乙醇和水的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表 表 1 常溫常壓下乙醇 水的平衡數(shù)據(jù) x y x y 由道爾頓分壓定律 yi PP? BBAABAi xP xPVV ??? （ 13） 得 )1( )1( AA AABA BAi xx yyxx yy ????? （ 14） 7 將上表數(shù)據(jù)代入得： 序號(hào) 1 2 3 4 5 α 序號(hào) 6 7 8 9 10 α 則 . . .10 10321 ?? ????? 繪制 txy 圖及 xy 圖 表 2 乙醇 — 水系統(tǒng) t— x— y 數(shù)據(jù) 沸點(diǎn)t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 沸點(diǎn)t/℃ 乙醇摩爾數(shù) /% 氣相 液相 氣相 液相 82 根據(jù)上面表中的數(shù)據(jù)繪制乙醇 水的 txy 相圖，如下： 8 圖 2 乙醇 水相圖 全塔物料衡算 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，整理有關(guān)物性參數(shù) 表 3 乙醇 水物性參數(shù) 項(xiàng)目 數(shù)值 年處理原料能力 F=3000t/a 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ωF= ωD= ωW= 分子量 M 乙醇 = 進(jìn)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) F：進(jìn)料量（ kmol/h） Fx ：原料組成（摩爾分?jǐn)?shù)。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底 產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。 ② 原料來自粗餾塔，露點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成 23%乙醇（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ③ 塔頂濃度為含乙醇 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的乙醇，產(chǎn)量為 30 噸 /天； ④ 塔釜采用飽和蒸汽直接加熱，從塔釜出來的殘液中乙醇濃度要求不大于 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）； ⑤ 塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回流，回流比 R=~； ⑥ 公用工程：循環(huán)冷卻水：進(jìn)口溫度 32℃ ，出口溫度 38℃ ；導(dǎo)熱油：進(jìn)口溫度 260℃ ，出口溫度 250℃ ⑦ 廠址：徐州地區(qū) 設(shè)計(jì)任務(wù) 完成該精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，包括輔助設(shè)備及進(jìn)出口管路的計(jì)算和選型； 畫出帶控制點(diǎn)工藝流程圖、 x~y 相平衡圖、塔板負(fù)荷性能圖、塔板布 置圖、精餾塔工藝條件圖； 寫出該精餾塔的設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)結(jié)果匯總和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 。（ 4）、壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛，先以篩板精餾塔為主體進(jìn)行設(shè)計(jì)。 文獻(xiàn)綜述 板式塔類型 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作。缺點(diǎn)是：小孔篩板易堵塞。生產(chǎn)能力比泡罩塔大 20%～ 40%；塔板效率較高。 它的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單。為減少對(duì)傳質(zhì)的不利影響。而且效率高采用篩板可解決堵塞問題適當(dāng)控制漏液。該過程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱的過程。利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同。精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作。1 化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 乙醇 水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班級(jí) 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)時(shí)間 2020年 5 月 1 日 ~6月 22日 完成時(shí)間 2020 年 6 月 23 日于徐州 2