化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(參考版)
2025-03-08 02:52本頁面
【正文】 表 51 塔板的有關(guān)尺寸 HT,mm Nˊ L,mm h1,mm 300 6 1800 200 350 5 1750 250 450 4 1800 350 。塔節(jié)內(nèi)的板數(shù)與塔徑和板間距有關(guān)。塔板與塔板之間用一段管子支承，并保持所需要的板間距。 小塔的塔板均做成整塊式的，相應(yīng)地，塔體則分成若干段塔節(jié)，塔節(jié)與塔節(jié)之間用法蘭連接。一般，塔徑從300～ 900mm時(shí)采用整塊式塔板；當(dāng)塔徑在 800mm以上時(shí)，人已能在塔內(nèi)進(jìn)行拆裝操作，無須將塔板整塊裝入。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～ 分鐘。 17 圖 51 板式塔總體結(jié)構(gòu)簡圖 18 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 塊塔板開一個(gè)人孔。若圖 52 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。 HD 塔頂空間（見圖 52）指塔內(nèi)最上層塔板與塔頂空間的距離。 塔體總高度 板式塔的塔高如圖 52 所示，塔體總高度（不包括裙座）由下式?jīng)Q定： 39。若是直接蒸汽加熱，則在釜的下部裝一鼓泡管，直接接入加熱蒸汽。最低一層塔板到塔底的距離較大，以便有較大的塔底空間貯液，保證液體能有 10～ 15min 的停留時(shí)間，使塔底液體不致流空。一般說來，各層塔板的結(jié)構(gòu)是相同的，只有最高一層，最低一層和進(jìn)料層的結(jié)構(gòu)有所不同。為了檢修方便，有時(shí)在塔頂裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的吊柱。 板式塔除內(nèi)部裝有塔板、降液管及各種物料的進(jìn)出口之外，還有很多附屬裝置，如除沫器、人（手 ）孔、基座，有時(shí)外部還有扶梯或平臺(tái)。如不符合要求，且難以加大板間距來調(diào)整時(shí)，也可在此先作塔徑的調(diào)整。 塔徑的核算 塔徑標(biāo)準(zhǔn)化以后，應(yīng)重新驗(yàn)算霧沫夾帶量，必要時(shí)在此先進(jìn)行塔徑的調(diào)整，然后再?zèng)Q定塔板結(jié)構(gòu)的參數(shù)，并進(jìn)行其它各項(xiàng)計(jì)算。所求得的塔徑必須圓整到標(biāo)準(zhǔn)值。也可分別按精餾段、提餾段的平均物理參數(shù)計(jì)算。 由于精餾段、提餾段的汽液流量不同，故兩段中的氣體速度和塔徑也可能不同。 由式（ 42）可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速 u。另一類計(jì)算方法則是先確定適宜的孔流氣速，算出一個(gè)孔（閥孔或篩孔）允許通過的氣量，定出每塊塔板所需孔數(shù)，再根據(jù)孔的排列及塔板各區(qū)域的相互比例，最后算出塔的橫截面積和塔徑。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。例如在塔體人孔處，應(yīng)留有足夠的工作空間，其值不應(yīng)小于600mm。 表 41 塔板間距與塔徑的關(guān)系 塔 徑 /D， m ～ ～ ～ ～ ～ 板間距 /HT， mm 200～ 300 250～ 350 300～ 450 350～ 600 400～ 600 化工生產(chǎn)中常用板間距為： 200， 250， 300， 350， 400， 450， 500， 600， 700， 800mm。板間距與塔徑之間的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)權(quán)衡，反復(fù)調(diào)整，已做出最佳選擇。所以在選取板間距時(shí)，要根據(jù)各種不同情況予以考慮。 對(duì)完成一定生產(chǎn)任務(wù)，若采用較大的板間距，能允許較 高的空塔氣速，對(duì)塔板效率、操作彈性及安裝檢修有利；但板間距增大后，會(huì)增加塔身總高度，金屬消耗量，塔基、支座等的負(fù)荷，從而導(dǎo)致全塔造價(jià)增加。 板間距 NT 的選定很重要?；谝陨显颍谠O(shè)計(jì)過程中需要不斷地調(diào)整、修正、和核算，直到設(shè)計(jì)出較為滿意的板式塔。 所設(shè)計(jì)的板式塔應(yīng)為氣液接觸提供盡可能大的接觸面積，應(yīng)盡可能地減小霧沫夾帶和氣泡夾帶，有較高的塔板效率和較大的操作彈性。 板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，沿塔方向，每層板的組成、溫度、壓力都不同。1 00m m WWWy x xVV? ?? （ 319） 與間接加熱時(shí)一樣，所不同的是間 接加熱時(shí)提餾段操作線終點(diǎn)是（ χ W,χ W） ，而直接蒸汽加熱時(shí)，當(dāng) У ′m+1=0 時(shí)， χ ′m=χ *W，因此提餾段操作線與 X 軸相交于點(diǎn)（ χ *W ， 0）。 （ⅱ）提餾段 操作線方程： **39。 (3) 進(jìn)料線方程（ q 線方程） 11 ???? qxxq qy F （ 313） 直接蒸汽加熱 （ 1）全塔總物料衡算 總物料 *0F V D W? ? ? （ 314） 易揮發(fā)組分 **00F D WF x V y D x W x? ? ? （ 315）式中 V0 —— 直接加熱蒸汽的流量， kmol/h； У 0 —— 加熱蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率，一般 У 0=0； W* —— 直接蒸汽加熱時(shí)釜液流量， kmol/h； χ *W—— 直接蒸汽加熱時(shí)釜液中易揮發(fā)組分的摩爾 分率。39。 (310) 下降液體量： qFRDL ??39。 12 （ⅱ）提餾段 上升蒸汽量： FqDRV )1()1(39。 （ 1）全塔總物料衡算 總物料 F = D + W （ 31） 易揮發(fā)組分 Fχ F = Dχ D + Wχ W （ 32） 若以塔頂易揮發(fā)組分為主要產(chǎn)品，則回收率η為 100%DWDW ?? ??? （ 33） 式中 F、 D、 W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃毫髁浚?kmol/h； χ F、χ D、χ W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。因此要注意不同的場(chǎng)合應(yīng)使用不同的流量單位。 通常，原料量和產(chǎn)量都以 kg/h或噸 /年來表示 ，但在理想板計(jì)算時(shí)均須轉(zhuǎn)換為 kmol/h。 物料衡算與操作線方程 通過全塔 物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進(jìn)料流量、組成之間的關(guān)系。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價(jià)廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。 降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷 卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。 (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)備及基建費(fèi)用。計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可 進(jìn)行調(diào)整。 確定設(shè)計(jì)方案的原則 確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn) 、 經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。例如，采用中間再沸器和中間冷凝器的流程 [1]，可以提高精餾塔的熱力學(xué)效率。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級(jí)低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。 若不計(jì)進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。 選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，但一般不宜超過 50℃ ，否則溶于水中的無機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻 劑。同時(shí)對(duì)于釜液的沸騰，溫度差過大，形成膜狀沸騰，反而對(duì)傳熱不利。但若要求加熱溫度超過 180℃ 時(shí)，應(yīng)考慮采用其它的加熱劑，如煙道氣或熱油。 飽和水蒸汽的溫度與壓力互為單值函數(shù)關(guān)系
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