【正文】 ...... 22 ........................... 22 精餾段的計(jì)算 ............................ 22 提餾段的計(jì)算 ............................ 22 實(shí)際空塔氣速的計(jì)算 ...................... 22 青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) ..................................... 23 堰長 wl .................................. 23 溢流堰高度 ............................ 23 弓形降液管寬度 和面積 ................ 23 降液管底隙高度 .......................... 24 ...................... 25 浮閥數(shù)目計(jì)算 ............................ 25 塔板布置與浮閥排列 ...................... 25 7 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 .................................. 26 ...................... 26 干板阻力 ................................ 26 板上充氣液層阻力 ........................ 27 液體表面張力所造成的阻力 ................ 27 壓強(qiáng)降的計(jì)算 ............................ 27 ........................... 28 液體通過降液管的壓頭損失 ................ 28 降液管 dH 的計(jì)算 .......................... 28 ..................................... 28 板上液體流經(jīng)長度 ........................ 28 板上液流面積 ............................ 28 泛點(diǎn)率 .................................. 29 8 塔板負(fù)荷性能圖 .................................... 30 whdW fA青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) ................................... 30 精餾段的計(jì)算 ............................ 30 提餾段的計(jì)算 ............................ 30 ....................................... 31 精餾段的計(jì)算 ............................ 31 提餾段的計(jì)算 ............................ 32 ............................... 32 ....................................... 32 精餾段的計(jì)算 ............................ 33 提餾段的計(jì)算 ............................ 33 ............................... 33 ...................... 34 精餾段 .................................. 34 提餾段 .................................. 35 ...................... 36 9 輔助設(shè)備及主要附件的選型設(shè)計(jì) ...................... 37 ................................. 37 整體式 .................................. 37 自流式 .................................. 37 強(qiáng)制循環(huán)式 .............................. 37 ................................. 38 ................................. 38 青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) ............................... 39 、裙座等附件設(shè)計(jì) .......................... 39 人孔 .................................... 39 裙座 .................................... 39 吊柱 .................................... 39 泵 ...................................... 39 封頭 .................................... 39 ................................. 40 ...................... 40 設(shè)計(jì)結(jié)果及自我評價(jià) .................................. 41 精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 ........... 41 自我評價(jià) ......................................... 42 符號說明 ........................................... 42 參考文獻(xiàn) ........................................... 43 圖紙 ............................................... 43 青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 1 1 設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)題目：甲醇 水溶液連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì) 試設(shè)計(jì)一座甲醇 水溶液連續(xù)精餾塔，年產(chǎn)量為 15000+（ 23 1000） =38000噸，要求甲醇產(chǎn)品產(chǎn)品純度為 %（ 110 號同學(xué)數(shù)據(jù)為 98%； 1120 號同學(xué)數(shù)據(jù)為 99%； 2130號同學(xué)數(shù)據(jù)為 %），塔頂易揮發(fā)組分的回收率為 99%,原料液中含甲醇 40%（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 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(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，阻力降較大。 浮閥塔 浮閥塔的特點(diǎn)： （ 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(shí)間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （ 5） 塔的造價(jià)較低，浮閥塔的造價(jià)是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～ 80%，但是比篩板塔高 20%～ 30。 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(yàn)越來越豐富，積累的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較完整，因此設(shè)計(jì)浮閥塔比較合適。 V4型的特點(diǎn)是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時(shí)因流道形狀漸變可減小阻力。 浮閥一般都用不銹鋼制成，其中 F1 型浮閥最常用，其又分重閥和輕閥兩種，重閥用厚度 2mm的鋼板沖成，閥質(zhì)量約 33g,輕閥用厚度 的鋼板沖成，閥質(zhì)量約 25g。一般采用重閥，只有要求壓降很小的場合，如真空精餾時(shí)才使用輕閥。 本次設(shè)計(jì)采用F1型浮閥（重閥）。原則上，在供熱一定的情況下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進(jìn)料。這樣，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量變化較小，可采用相同的塔徑，便于設(shè)計(jì)和制造。 綜合考慮各方面因素，決定增設(shè)一個(gè)預(yù)熱器 ， 采用泡點(diǎn)進(jìn)料，即 q=1 。采用高位槽加料，不可以得到穩(wěn)定的流量和流速，采用泵加料，設(shè)備操作費(fèi)用高，但流量及流速穩(wěn)定，傳質(zhì)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。 塔頂冷凝方式 塔頂冷凝采用全凝器，用水冷凝。對于小塔型，回流冷凝器一般安裝在塔頂，其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無需支撐結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較難。在此情況下，可采用強(qiáng) 制回流，塔頂上升蒸汽量采用冷凝器以冷回流流入塔中。 塔釜加熱方式 塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。但直青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 4 接蒸汽加熱，只適用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。塔頂上升 蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分加回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。 3 精餾塔工藝計(jì)算 精餾塔的物料衡算 由于精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn)，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。 產(chǎn)品 摩爾流量 ： 3 8 0 0 0 1 0 0 0 = 1 6 5 . 7 k m o l /h3 1 . 8 6 7 2 0 0D ?? ? 由 DFDxFx?? 得 原料摩爾流量 ： 1 6 5 .7 0 .9 9 1 1 6 0 8 .3 k m o l /h0 .2 7 2 7 9 9 %F ???? 由全塔的物料衡算方程可寫出： 總物料： 易揮發(fā)組分： 解得 03746 /WxW kmol h??? ?? 質(zhì)量流量衡算 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量： 38000 5 .2 8 /7200DG t h?? 進(jìn)料質(zhì)量流量： 36 0 8 .3 2 1 .8 2 1 0 1 3 .2 7 /FFG F M t h?? ? ? ? ? 塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 : 13. 27 8 9 /W F DG G G t h? ? ? ? ? 表 31 物料衡算結(jié)果表 進(jìn)料 塔頂 塔釜 質(zhì)量流量 摩爾流量 摩爾分率 F D W??F D WFx Dx Wx??/( / )th/( / )kmol h青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 6 相對揮發(fā)度的計(jì)算 表 32 常壓下甲醇 水氣液平衡與溫度關(guān)系 液相甲醇 氣相水 溫度 0 0 100 100 100 根據(jù)表 32，利用內(nèi)插法求進(jìn)料、塔頂和塔底溫度，由 得： 進(jìn)料 : 0 . 2 7 2 7 0 . 2 0 8 3 0 . 2 8 1 8 0 . 2 0 8 3 7 8 . 4 58 1 . 6 7 8 8 1 . 6F FtCt ??? ? ? ? 塔頂 : 0 . 9 9 1 1 0 . 8 7 4 1 1 . 0 0 0 0 0 . 8 7 4 1 6 4 . 8 66 6 . 9 6 4 . 7 6 6 . 9F DtCt ??? ? ? ? 塔釜； 0 .0 0 3 7 4 6 0 0 .0 5 3 1 0 9 9 .5 01 0 0 9 2 .9 1 0 0 WW tCt ??? ? ? ??? 由此可得進(jìn)料、塔頂和塔釜混合物的溫度，以上計(jì)算結(jié)果 得 表 33 表 33原料液、餾出液的含量與溫度 名稱 原料液 餾出液 釜?dú)堃? ? ?%x mol ? ?%y mol ? ?t℃1 2 11 2 1x x x xt t t t?????F ??D ? ?W青島科技大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì) 7 溫度 根據(jù)表 32，利用內(nèi)插法計(jì)算精餾段和提餾段對應(yīng)的氣、液相摩爾分率，得： 精餾段：1 6 4 . 8 6 7 8 . 4 5 7 1 . 6 622DFtttC??? ? ? ? 11 117 1 . 6 6 7 3 . 8 4 6 . 2 0 7 7 . 5 6 5 9 . 2 7 % , 8 1 . 7 4 %7 2 . 7 7 3 . 8 5 2 . 9 2 4 6 . 2 0 7 9 . 7 1 7 7 . 5 6xy xy? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 提餾段 ：2 9 9 . 5 0 7 8 . 4 5 8 8 . 9 822WFtttC??? ? ? ? 22 228 8 . 9 8 9 0 . 3 7 . 6 7 4 0 . 0 1 9 . 1 7 % , 4 3 . 3 3 %8 8 . 9 9 0 . 3 9 . 2 6 7 . 6 7 4 3 . 5 3 4 0 . 0 1xy xy? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 將 分別代入 得： , ???? 12 ? ? ?? ? ? ? ? 最小回流比及操作回流比的確定 由于是泡點(diǎn)進(jìn)料， ?? 4 . 8 3 0 . 2 7 2 7 0 . 6 4 4 31 ( 1 ) 1 ( 4 . 8 3 1 ) 0 . 2 7 2 7qqqxy x?? ?? ? ?? ? ? ? ? m i n 0