【正文】 .........44 原料預(yù)熱器 .........................................................................................................................................45 管道設(shè)計(jì)與選擇 ...............................................................................................................................45 塔頂回流管 .................................................................................................................................45 塔頂蒸汽出口管 ........................................................................................................................46 塔頂產(chǎn)品出口管 .........................................................................................................................46 進(jìn)料管 ........................................................................................................................................46 塔釜出料管 ................................................................................................................................47 塔釜回流管 ................................................................................................................................47 塔釜產(chǎn)品出料管 ........................................................................................................................48 冷凝水管 ....................................................................................................................................48 泵 ........................................................................................................................................................49 進(jìn)料泵 ........................................................................................................................................49 回流泵 ........................................................................................................................................49 ..........................................................................................................................................50 11. 參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)手冊 ...........................................................................................................................52 第四節(jié)．設(shè)計(jì)感想 .................................................................................... 53 第五節(jié) 附錄 MATLAB 源程序 ................................................................. 54 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 1 緒論 一 . 化工原理課程設(shè)計(jì)的目的與要求 1. 提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的能力 。 塔釜加熱方式：間接蒸汽加熱采用 3kgf/cm2水蒸汽。李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 1 南京工業(yè)大學(xué) 《化工原理》 課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 常壓甲醇 — 水篩板精餾塔設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 班級(jí)、學(xué)號(hào) 化工 070325 指導(dǎo)教師姓名 課程設(shè)計(jì)時(shí)間 2021 年 6 月 14 日 2021 年 6 月 25 日 課程設(shè)計(jì)成績 百分制 權(quán)重 設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書及設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量， 70% 獨(dú)立工作能力、綜合能力、設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)、設(shè)計(jì)答辯及回答問題情況，30% 設(shè)計(jì)最終成績（五級(jí)分制） 指導(dǎo)教師簽字 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 2 化學(xué)化工學(xué)院 課程名稱 化工原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目 常壓甲醇 — 水篩板精餾塔的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 李健 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 班級(jí)學(xué)號(hào) 1001070325 設(shè)計(jì)日期 2021 年 6 月 14 日至 2021 年 6 月 25 日 設(shè)計(jì)條件及任務(wù)： 設(shè)計(jì)體系：甲醇 — 水體系 設(shè)計(jì)條件 : 進(jìn)料量 F= 240 kmol/h 進(jìn)料濃度 ZF= （摩爾分?jǐn)?shù)，下同） 進(jìn)料狀態(tài)： q＝ 1 操作條件： 塔頂壓強(qiáng)為 4 kPa(表壓 )，單板壓降不大于 。 塔頂冷凝水采用 深井水，溫度 t＝ 12℃。 全塔效率 ET = 52% 分離要求： XD= （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）； XW= （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；回流比R/Rmin = 。 2. 提高學(xué)生分析問題和獨(dú)立工作的能力 。 4. 提高學(xué)生工程繪圖的能力 。 2. 主要設(shè)備的化工工藝及結(jié)構(gòu)計(jì)算 :物料衡算 、 能量衡算 、 工藝參數(shù)的選定 、 設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定等。 5. 主要設(shè)備裝配圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的工藝尺寸主要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸 、 技術(shù)特性表和接管表等，用 1 號(hào)圖紙按工程制圖要求繪制。 三．化工原理課程設(shè)計(jì)的基本程序 ：認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確所要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)。 ，繪制工藝流程圖。 4 進(jìn)行設(shè)備的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制主體設(shè)備的總裝配圖。 。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： ⑴ 氣 (汽 )、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 ⑶ 流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降 小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用。 ⑷ 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 ⑹ 塔內(nèi)的滯留量要小。不同的塔型各有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)物系性質(zhì)和具體要求，抓住主要矛盾，進(jìn)行選型。由于對于一定的 x值，其兩組分的蒸汽壓均比理想溶液計(jì)算的值偏高，必然泡點(diǎn)比理想溶液的低，在 txy圖中其泡點(diǎn)線除兩端點(diǎn)外均下移，使泡點(diǎn)線與露點(diǎn)線之間的間距增大，亦即使 a增大。 常壓下甲醇 水物系的 txy圖與 yx圖如下圖所示： 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 4 氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔為逐級(jí)接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔 、 穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。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。泡罩安裝在升氣管的頂部， 分圓形和條形兩種，國內(nèi)應(yīng)用較多的是圓形泡罩。通常塔徑小于 1000mm，選用 mm80? 的泡罩；塔徑大于 2021mm，選用 mm150? 的泡罩。 其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。在設(shè)計(jì)中除特殊需要（如分離黏度大、易結(jié)焦等物系）外一般不宜選用。根據(jù)孔徑的大小分為小孔徑篩板（孔徑為 3 到 8mm）和大孔徑篩板（孔徑為 10 到 25mm）兩類。 篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高。 應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但若設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降，故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。在確保精確設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)控制手段的前提下，設(shè)計(jì)中可大膽選用。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干個(gè)閥孔，每個(gè)閥孔裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有 F1型、 V4型及 T型等，其中以 F1 型浮閥應(yīng)用最為普遍。其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高黏度的物料時(shí)，閥片易于塔板粘結(jié)；在操作過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。由于浮閥具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大及塔板效率高等優(yōu)點(diǎn)，且加工方便，故有關(guān)浮閥塔板的研究開發(fā)遠(yuǎn)較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研究開發(fā)的主要方向。但應(yīng)指出，在工業(yè)應(yīng)用中，目前還多采用 F1型浮閥，其原因是 F1型浮閥已有系列化標(biāo)準(zhǔn)，各種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完善，便于設(shè)計(jì)和對比。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)條件： 體系：甲醇 水體系 李健 化工 070325 甲醇 水二元篩板精餾塔設(shè)計(jì) 6 已知：進(jìn)料量 F=240 kmol/h 進(jìn)料濃度 FZ = （摩爾分?jǐn)?shù)） 進(jìn)料狀態(tài)： q＝ 1 操作條件：塔頂壓強(qiáng)為 4 kPa(表壓 )，單板壓降不大于 。 a) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案； b) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，選擇塔板類型； c) 確定塔徑、塔高等工藝尺寸 d) 進(jìn)行塔板的設(shè)計(jì)，包括溢流裝置的設(shè)計(jì)塔板的布置升氣道（泡罩篩孔或浮閥等）的設(shè)計(jì)及排列； e) 進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算； f) 繪制塔板的負(fù)荷性能圖； g) 根據(jù)負(fù)荷性能圖，對設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，若設(shè)計(jì)不夠理想，可對某些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)上述設(shè)計(jì)過程，一直到滿意為止。在塔頂產(chǎn)品的組成確定以后，塔頂?shù)臏囟群蛪毫χ荒苓x定一項(xiàng)。于是，冷液進(jìn)塔雖可減少理論塔板數(shù)，使塔高降低，但蒸餾釜及 提餾段 塔徑增大，亦有不利之處。此外，泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同，在設(shè)備制造上比較方便。 加熱方式 精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸 器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于甲醇 水體系中，甲醇是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，水為重組分由塔底排出。 冷卻劑與出口溫度 采用深井水，入口溫度 t＝ 12℃，由于水的出口溫度一般不能超過 50℃左右，否則溶解于水中的無機(jī)鹽將會(huì)析出，在傳熱壁面上形成污垢而影響傳熱效果。選定操作 R 時(shí)應(yīng)考慮，隨 R 選值的增大，塔板數(shù)減少，設(shè)備投資減少，但因塔內(nèi)氣、液流量 L， V， L’ ， V’ 增加，勢必使蒸餾釜加熱量及冷凝器冷卻量增大，耗能增大，即操作費(fèi)用增大。其設(shè)備投資操作費(fèi)用與回流 比之間的關(guān)系如下圖所示。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算確定最佳 R 值，常 用的適宜 R值范圍為： R ＝（ ～ 2） minR 。 熱能的利用 精餾過程的熱效率很低，進(jìn)入再沸器的 能量的 95%以上被塔頂冷凝器中冷卻介質(zhì)帶走，僅約 5%的能量被