【正文】 32 。在 老師和同學(xué)的幫助 ，我們 及時(shí)的按要求完成了 設(shè)計(jì)任務(wù) ，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我獲得了很多重要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的實(shí)際動(dòng)手和靈活 整合 運(yùn)用 知識(shí)的 能力 。經(jīng)過(guò)了為期數(shù)周的課程設(shè)計(jì)，可以說(shuō)已經(jīng)飽嘗 了辛酸與喜悅共進(jìn)的滋味。 化工原理課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行有關(guān)工藝計(jì)算與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要求畫(huà)出工藝流程圖和設(shè)備主要構(gòu)型圖，它與一般的習(xí)題、大作業(yè)有著明顯的不同，因?yàn)樗婕暗闹R(shí)范圍更廣，要求更高。選取適宜的回流 比，使過(guò)程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，本設(shè)計(jì)用常溫水作冷卻劑。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。 4. 冷卻劑與出口溫度 冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。然而，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情況下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)稍有增加。有時(shí)也可采用直接蒸汽加熱。因此，本設(shè)計(jì)中 采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容 易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。對(duì)于本設(shè)計(jì)中要求分離的苯 氯苯物系，應(yīng)采用常壓操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。?duì)于沸點(diǎn)低、在常壓 下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行精餾。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。 30 二．操作條件的確定 結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問(wèn)題作具體闡述。 3． 保證生產(chǎn)安全 生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車(chē)間的電器均應(yīng)為防爆品。冷卻水的節(jié)省也對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。 2． 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費(fèi)用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮諸多影響因素， 使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。 （ 3）核算泵的軸功率 若輸送液體的密度大于水的密度時(shí)，可按 ,102QHN kW???核算泵的軸功率。顯然，選出的泵所提供的流量和壓頭不見(jiàn)得與管路要求的流量 Qe和壓頭 He完全相符，且考慮到操作條件的變化和備有一定 的裕量，所選泵的流量和壓頭可稍大一點(diǎn)，但在該條件下對(duì)應(yīng)泵的效率應(yīng)比較高，即點(diǎn)（ Qe、 He）坐標(biāo)位置應(yīng)靠在泵的高效率范圍所對(duì)應(yīng)的 HQ曲線下方。根據(jù)輸送系統(tǒng)管路的安排，用柏努利方程計(jì)算在最大流量下管路所需的壓頭。加熱蒸氣管距釜中液面的高度至少在 以上，以保證蒸氣與溶液有足夠的接觸時(shí)間。其孔直徑一般為 5～ 10mm，孔距為孔徑的 5～10倍。當(dāng)小孔直徑小時(shí)，汽泡分布的更均勻。使加熱蒸氣能均勻分布與釜液中。 （ 5）飽和水蒸氣管 飽和水蒸氣壓力在 295kPa（表壓）以下時(shí)，蒸氣在管中流速取為 20～ 40m/s；表壓在 785 kPa 以下時(shí)，流速取為 40～ 60m/s；表壓在 2950 kPa 以上時(shí)， 流速取為 80m/s。由泵輸送時(shí)，流速取為～ m/s。用泵回流時(shí)，速度可取 ～ 。 （ 1）塔頂蒸氣出口管徑 DV 蒸氣出口管中的允許氣速 UV應(yīng)不產(chǎn)生過(guò)大的壓降，其值可參照表 81。 原料預(yù)熱器和產(chǎn)品冷卻器的型式不象塔頂冷凝器和塔底再沸器的制約條件那樣多，可按傳熱原理計(jì)算。 （ 3）強(qiáng)制循環(huán)再沸器 如圖 82 中（ f）所示。它是依靠釜內(nèi)部分汽化所產(chǎn)生的汽、液混合物其密度小于塔底液體密度，由密度差產(chǎn)生靜壓差使液體自動(dòng)從塔底流入再沸器，因此該種再沸器又稱自然循環(huán)再沸器。夾套式再沸器，常用于傳熱面較小或間歇精餾中。為減少霧沫夾帶，再沸器上方應(yīng)有一分離空間，對(duì)于小設(shè)備，管束上方至少有 300mm高的分離空間 ，對(duì)于大設(shè)備，取再沸器殼徑為管束直徑的 ～ 倍。蒸汽引到塔底最下一塊塔板的下面，部分液體則通過(guò)再沸器內(nèi)的垂直擋板，作為塔底產(chǎn)物被引出。（ a）是臥式再沸器，殼方為釜液沸騰，管內(nèi)可以加熱蒸汽。 精餾塔底的再沸器可分為：釜式再沸器、熱虹吸式再沸器及強(qiáng)制循環(huán)再沸器。 （ 3）核算總傳熱系數(shù) 計(jì)算管程、殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻 Rsi和 Rso，在計(jì)算總傳熱系數(shù)K’ ，比較 K 的初設(shè)值和計(jì)算值，若 K’ /K=～ ，則初選的換熱器合適。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。 e．依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇總傳熱系數(shù) K值。 c．確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管換熱器的形式；計(jì)算定性溫度，并確定在定性溫度下的流體物性。 NB—— 折流擋板數(shù)； h—— 折流擋板間距； u0—— 按殼程流通截面積 A0計(jì)算的流速， m/s，而 A0=h(Dncd0)。 010239。 上式中直管壓強(qiáng)降Δ P1可按第一章中介紹的公式計(jì)算；回彎管的壓強(qiáng)降Δ P2由下面的經(jīng)驗(yàn)公式估算，即 22 3 2up ????????? （ 83） （ 2）殼程流動(dòng)阻力 殼程流動(dòng)阻力的 計(jì)算公式很多，在此介紹埃索法計(jì)算殼程壓強(qiáng)降Δ P0 的公式，即 0 1 2 Sp p p N?? ? ? ? ?’ ’ S（ ） F （ 84） 式中 Δ P1’ —— 流體橫過(guò)管束的壓強(qiáng)降， Pa； Δ P2’ —— 流體通過(guò)折流板缺口的壓強(qiáng)降， Pa； FS—— 殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正因數(shù)；液體可取 ，氣體可取 。對(duì)于多程換熱器，其阻力ΣΔ pi等于各程直管阻力、回彎阻力及進(jìn)、出口阻力之和。 與選型 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選型的核心是計(jì)算換熱器的傳熱面積，進(jìn)而確定換熱器的其它尺寸或選擇換熱器的型號(hào)。當(dāng)冷凝器換熱面過(guò)大時(shí)，裝在塔頂附近對(duì)造價(jià)和 24 維修都是不利的，故將冷凝器裝在離塔頂較遠(yuǎn)的低處，用泵向塔提供回流液。將冷凝器裝在塔頂附近的臺(tái)架上，靠改變臺(tái)架的高度來(lái)獲得回流和采出所需的位差。 該型式常用于減壓精餾或傳熱面較小場(chǎng)合。將冷凝器與精餾塔作成一體。 （五）冷凝器 按冷凝器與塔的位置，可分為：整體式、自流式和強(qiáng)制循環(huán)式。前四種設(shè)備本質(zhì)上屬換熱器，并多采用列管式換熱器，管線和泵屬輸送裝置。塔底產(chǎn)品量大時(shí)，塔底容量可取小些，停留時(shí)間可取 3～ 5 分鐘；對(duì)易結(jié)焦的物料，停留時(shí)間應(yīng)短些，一般取 1～。 23 圖 81 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 （四）塔底空間 HB 塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。對(duì)于處理不需要經(jīng)常清洗的物料，可隔 8～ 10塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔；對(duì)于易結(jié)垢、結(jié)焦的物系需經(jīng)常清洗，則每隔 4～ 6 塊塔板開(kāi)一個(gè)人孔。若圖 22 81 塔高示意圖需要安裝除沫器時(shí)，要根據(jù)除沫器的安裝要求確定塔頂空間。 （二）塔頂空間 HD 塔頂空間（見(jiàn)圖 81）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。由上圖查得 Vs,max= Vs,min=故操作彈性為： VVssmin,max, = 八．附屬設(shè)備的的計(jì)算及選型 (一）塔體總高度 板式塔的塔高如圖 81所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： 39。 3/23/2m i n, ?????????????????? swsow Ll LEh / 34m in, ???sL （ 77） 21 圖 71精餾段篩板負(fù)荷性能圖 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接 OA，即作出操作線。 漏液點(diǎn)的氣速 omu ? ?? ?m / / 05 ????????? VLLoom hhCu ??? 篩板的穩(wěn)定性系數(shù) ???? omouuK（不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量液漏） 為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度 ? ?wTd hHΦH ?? 18 苯 — 氯苯物系屬于一般物系，取φ = ? ? ? ? 4 8 ????? wT hH 而 dLpd hhhH ??? 板上不設(shè)進(jìn)口堰，則 m0 0 2 3 0 0 2 1 5 5 22 ??????? ???????????owsd hl Lh ????dH ? ?wTd hHΦH ?? 成立，故不會(huì)產(chǎn)生液泛。 每層塔板的開(kāi)孔數(shù) 15 101155101155 2323 ?????????? ?????????? ?? aAtn（孔） 每層塔板的開(kāi)孔率 ? ? 10 390 ??? odtφ（ φ 應(yīng)在 5~15%，故滿足要求） 每層塔板的開(kāi)孔面積 ???? ao AA ? 氣體通過(guò)篩孔的孔速 m / 4 ??? oso AVu （三）篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 (1)由 ???d 查圖 510得 c0 = m0 4 6 5 0 7 5 5 22 ?????????????????LVooc Cuh ?? (2)氣體通過(guò)液層的阻力 hl 由下式計(jì)算 hh Ll ?? 1 1 2 5 8 0 ????? AA Vu fT sa m/s )/( 2/12/10 mskgvauF ???? ? 17 查表 511，得β =. 液柱mhhhh owwLl