【正文】 1600 18002021 22002400 塔板分塊數(shù) 3 4 5 6 32 工藝要求：孔徑 md ? 精餾段 ： 取閥孔動能因子 F? =10 孔速 smFuVC/ 100,0 ???精? 浮閥孔數(shù) )(1 4 4 20 3 9 3 5 3 6 4 2,020個?????? ??CSudVN 取無效區(qū)寬度 cW = 安定區(qū)寬度 sW = 弓形降液管寬度 ?W 開孔區(qū)面積 2 2 2 12 s in180a xA x R x R R? ???? ? ?????= 其中 R= 2cDW?= x= ()2dD W Ws??= 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排 33 圖如下： 經(jīng)過精確繪圖，得知，當 t’ =65mm 時，閥孔數(shù) N 實際 =120 個 按 N=121 重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 孔速 u0= VS/（π 1/4 d2 N） = m/s 34 F0=uo (ρ V,M) = 閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在 9～ 12 范圍內(nèi)。一般 CW =（ 25~50） mm。精餾段取 SW =75mm,提鎦段取 SW =75mm。 2） 出口安定區(qū) 在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也有狹長的不開孔區(qū)，叫出口安定區(qū)，其寬度與入口安定區(qū)相同，亦為 SW 。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性液 封，同時也防止氣泡竄入降液管。 hwho=39 23 =16 mm 6 mm 故降液管底隙高度設(shè)計合理。降液管底隙高度 31 應(yīng)低于出口堰高度 hw， (hwho)不應(yīng)低于 6mm 才能保證降液管底端有良好的液封 . 工程上 ho一般取 2025mm。?? 故降液管尺寸可用。工業(yè)中應(yīng)用最廣的降液管是弓形降液管。C????????液 相 密 度 ，氣 相 密 度 ，負 荷 因 子 ， 精餾段 : 取塔板間距 ? ， 板上液層高度 1 5 5 0 .0 5 5h m m m?? ， 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 那么分離空間： 1 0 .4 0 .0 5 5 0 .3 4 5TH h m? ? ? ? 功能參數(shù)： 01 84 22 10 ???精精VLSSVL ?? 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得： 27 0 7 ?C 由于 0805 20 20 ?????????????????? 精mCC ? smCuVVLm /0 9 2 3 2 2 3 2 90 5 a x ??????????????精精精精 ? ??? 取安全系數(shù) = 則 smuu / m a x ????? muVD S ????? ?? 取圓整得 D= 塔截面積： 222 )(44 mDAT ???? ?? 空塔氣速： smAVu TS / ??? 28 提餾段 : 功能參數(shù)： 3 ???????提提VLSSVL ?? 取塔板間距 ? ，板上液層高度 1 5 5 0 .0 5 5h m m m?? ， 那么分離空間 : 2 9 5 ???? lT hH 從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得： ??C ???????????????????? 提mCC ? smCuVVLm /3 1 1..29 6 1 9 6 1 . 0 7 4 402020m a x ????????????????提提提提 ? ??? 取安全系數(shù) = 則 smuu /6 1 8 1 m a x ??????? muVD S ???????? ?? 所以圓整取 ??D m,塔截面積： ? ? ? ? 22 ????? ?? DAT m2 空塔氣速： smAVu TS / ?????? 溢流裝置的確定 選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設(shè)進口堰。kg / m 。 提餾段理論板數(shù) 提餾段操作線方程： y= 已知 X5=, 由上而下計算，直到 Xi 首次越過 Xw=。39。39。39。 ????????? hk mo lFqDRV /8 6 5 73 3 01 0 0 51 2 )1()1(39。 塔釜的加熱方式 本次分離任務(wù)采設(shè)置再沸器，采用 間接蒸汽加熱 ，以提供做夠的熱量。但是隨著回流比的增加，塔釜加熱劑的消耗量和塔頂冷凝劑的消耗量液隨之增加，操作費用增加，所以操作費用和設(shè)備費用總和最小時所對應(yīng)的回流比為最佳回流比。 11 物料的進料熱狀態(tài) 采用 冷液進料 的方式，進料溫度為 ℃ ,該溫度為南京市全年平均溫度，冷液進料無需在進料前進行預(yù)熱，所以節(jié)省了操作費用，簡單方便。但是降低壓力也導(dǎo)致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設(shè)備，增加了相應(yīng)的設(shè)備和操作費用。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增加，有利于分離。在相同條件下適當提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度液會下降。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。只有要求壓降很小的場合，如真空精餾時才使用輕閥。閥重則閥的慣性大，操作穩(wěn)定性好，但氣體阻力大。我國已有部頒標準（ JB1118— 68）。 T 型閥則 10 借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。國內(nèi)常用的浮閥有三種，即圖 1 所示的F1 型及圖 2 所示的 V4 型與 T 型。 浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大 20%～ 40%，操作彈性可達 7～ 9，板效率比泡罩塔約高 15%，制造費用為泡罩塔的 60%～ 80%，為篩板塔的120%～ 130%。此外，浮閥邊沿沖壓出三塊向下微彎的“腳”。浮閥有三條帶鉤的腿。 5． 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備取材面廣 便于加工制造與維修，價格低廉，使用面廣。 4． 氣體阻力小 氣體阻力小可使氣體輸送的功率消耗小。工程上常用的，是液，氣負荷比L/V 為某一定值時，氣相與液相的操作彈性。 3． 操作彈性（ flexibility）大 對一定的塔器，操作時氣液流量（亦稱氣液負荷）的變化會影響分離效率。 生 產(chǎn)上對塔器在工藝上及結(jié)構(gòu)上提出的要求有下列幾方面： 1． 分離效率高 達到一定分離程度所需塔的高度低。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)，從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。其特點是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。 由于此次設(shè)計時間緊張，本人水平有限，難免有遺漏謬誤之處，懇切希望各位老師指出，以便訂正。 近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富，積累的設(shè)計數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計浮閥塔比較合適。 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。 4．氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 2．操作彈性大，由于閥片可以自由升降 以適應(yīng)氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。在各種塔型中，當前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。 1 南京工業(yè)大學(xué) 《化工原理》 課程設(shè)計 設(shè)計題目 甲醇 水二元體系連續(xù)浮閥精餾塔的工藝設(shè)計 學(xué)生姓名 鄒棟 班級、學(xué)號 化工 1011 班 29 號 指導(dǎo)教師姓名 馮 暉 課程設(shè)計時間 2021 年 12 月 24 日 2021 年 1 月 4 日 課程設(shè)計成績 百分制 權(quán)重 設(shè)計說明書、計算書及設(shè)計圖紙質(zhì)量， 70% 獨立工作能力、綜合能力、設(shè)計過程表現(xiàn)、設(shè)計答辯及回答問題情況，30% 設(shè)計最終成績（五級分制） 指導(dǎo)教師簽字 2 化學(xué)化工學(xué)院 課程名稱 化工原理課程設(shè)計 設(shè)計題目 甲醇 水二 元體系連續(xù)浮閥精餾塔的工藝設(shè)計 學(xué)生姓名 鄒棟 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班級學(xué)號 1001101129 設(shè)計日期 2021 年 12 月 24 日至 2021 年 1 月 4 日 設(shè)計條件及任務(wù)： 設(shè)計體系： 甲醇 — 水二元體系 設(shè)計條件 : 1．處理量 F： 330 （ kmol/h） 2．料液濃度： （ mol%） 3. 進料熱狀況： 要求： 1．產(chǎn)品濃度： 99 （ mol%） 2．易揮發(fā)組分回收率： 99 % 指導(dǎo)教師 2021 年 12 月 24 日 3 前言 化學(xué)工業(yè)中塔設(shè)備是化工單元操作中重要的設(shè)備之一，化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應(yīng)用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取、增濕、減濕等單元操作中，精餾操作是最基本的單元操作之一，它是根據(jù)混合液中各組分的揮發(fā)能力的差異進行分離的。 塔設(shè)備一般分為級間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。一般，與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大。 浮閥塔的特點： 1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～ 40%，與篩板塔接近。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 5．塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。隨著科學(xué) 4 技術(shù)的不斷發(fā)展 ，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。 本次設(shè)計就是針對 甲醇 水 體系，而進行的常壓浮閥精餾塔的設(shè)計及其輔助設(shè)備的選型。 2021 年 12 月 于南京工業(yè)大學(xué) 5 目錄 一 概述 ………………………………………………………… .8二 工藝設(shè)計 1 總體設(shè)計方案 操作壓強的選擇 ………………………………………… 10 物料的進料熱狀態(tài) …………………………………… ....11 回流比的確定 …………………………………………… 11 塔釜的加熱方式 ………………………………………… 11 回流方式選定 …………………………………………… 11 2 精餾的工藝流程圖 …………………………………………… ..12 3 精餾塔塔板數(shù)的確定 物料衡算 …………………………………………………… ..12 物系相平衡數(shù)據(jù) …………………………………………… ..13 回流比確定 ………………………………………………… ..16 逐板法計算理論塔板數(shù) …………………………………… ..17 實際塔板數(shù)的確定 ………………………………………… ...18 4 塔徑塔板工藝尺寸的確定 各設(shè)計參數(shù)