【正文】 實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程。 板 式精餾 塔也是很早出現(xiàn)的一種板式塔， 20世紀(jì) 50 年代起對(duì)板 式精餾 塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。 [1] 在本設(shè)計(jì)中我們使用篩板塔，篩板塔的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 造 價(jià)低。采用篩板可解決堵塞問(wèn)題，適當(dāng)控制漏液。近年來(lái)與浮閥塔一起成為化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。篩板塔多用不銹鋼板或合金制成，使用碳鋼的比較少。 化工原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們初步掌握化工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、設(shè)計(jì)原則及方法；學(xué)會(huì)各種手冊(cè)的使用方法及物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的查找方法和技巧；掌握各種結(jié)果的校核，能畫(huà)出工藝流程、塔板結(jié)構(gòu)等圖形。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮到設(shè)計(jì)的業(yè)精餾塔具有較大的生產(chǎn)能力滿足工藝要求，另外還要有一定的潛力。經(jīng)濟(jì)合理，冷卻水進(jìn)出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量。即對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有影響，因此設(shè)計(jì)是否合理的利用熱能 R 等直接關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。 精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù) 在一常壓操作的連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯 甲苯混合液。 表 11 設(shè)計(jì)條件 操作壓力 進(jìn)料熱狀態(tài) 回 流比 單板壓降 全塔效率 建廠地址 塔頂常壓 Q=0 自選 ET=70% 武漢地區(qū) 試根據(jù)上述工藝條件作出篩板塔的設(shè)計(jì) 精餾塔設(shè)計(jì)方案的選定 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 甲苯混合物。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)后送人精餾塔內(nèi)。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 倍。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 精餾塔物料衡算 料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 原料：苯 —— 甲苯混合物 XF=（摩爾分?jǐn)?shù)） 產(chǎn)品： XD=（摩爾分?jǐn)?shù)） XW=（摩爾分?jǐn)?shù)） 原料溫度： 50℃ 處理量： 4萬(wàn)噸／每年 生產(chǎn)時(shí)間： 300 天／每年 冷卻水進(jìn)口溫度： 25℃ 加熱劑： 飽和水蒸氣 平均摩爾質(zhì)量： 苯的摩爾質(zhì)量： MA=甲苯的摩爾質(zhì)量： MB=（其中 A、 B分別代表苯和甲苯） 原料液、塔頂及塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量： ML,F= +() =ML,D= +0() =ML,W= +() = 總物料衡算 F = D + W （ 31） 易揮發(fā)組分（苯）物料衡算 F XF = D XD + W XW （ 32） 式中 F、 D、 W—— 分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃毫髁浚?kmol/h； XF、 XD、 XW—— 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。339。039。 50wh mm? (1).塔板的分塊 表 21 塔板分塊數(shù)表 塔徑 /mm 塔板分塊數(shù) 8001200 3 14001600 4 18002021 5 22002400 6 因 800D mm? ，故 2 板采用分塊式，查表 21得，塔板分為 3塊 (2).邊緣區(qū)寬度確定 取 39。00 , m in7 .4 6 1 .2 5 1 .55 .9 8 5k ??? ? ? ? (5)液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降壓管內(nèi)液層高 dH ()d T wH H h??? ? 苯 甲苯物系屬一 般物系，取 ?? ，則 ( ) 0 . 5 ( 0 . 4 0 0 . 0 5 2 ) 0 . 2 2 6Twd p L dH h mH h h h? ? ? ? ?? ? ? 板上不設(shè)進(jìn)口堰， dh 計(jì)算，即 39。 (3)液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度 owh = 作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。見(jiàn)圖 24 (4)液相負(fù)荷上限線 以 4S?? 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限 由式 3600 (3 ~ 5 )fThAHL? ??得 4fTsAHL? ?? 故 3, m a x 0 . 0 5 6 7 0 . 4 0 0 . 0 0 5 6 74fTssAHL m sL ?? ? ? 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線 4。d p L d p c L L w o wH h h h h h h h h h h h h? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 聯(lián)立得 TH? +( 1)???? wh =（ 1?? ） owh +ch +dh +h? 忽略 h? ，將 owh 與 Ls， dh 與 Ls， ch 與 Vs的關(guān)系式代入上式并整理得 2 2 2 / 339。 39。a Vs b c L s d L s? ? ? 式中2021 .0 5 139。 ( 1)Twb H h? ? ?? ? ? ? 39。 2 . 8 4 1 0 (1 ) ( )dE lw??? ? ? 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得 223 2 / 3 39。 ( 1 ) 39。 10 1 ( 1 ) ( ) abcd ?????? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? 故 = 或 Vs2 = 表 24 精餾段液泛線上的 氣液體積流量表 Ls/( 3ms ) Vs/( 3ms ) 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5。見(jiàn)圖 24 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 0 LS,m3/sVS, m3/s 圖 24 塔板負(fù)荷性能圖 提餾段塔板主要工藝尺寸的計(jì)算。03600hwLh l ?? 取 39。 50wh mm? 2塔板布置 (1)塔板的分塊 因 D? 800mm，故塔板采用分塊式，查表 53得，塔板分為 3塊 (2)邊緣區(qū)寬度確定 取 39。 。d p L d p c L L w wH h h h h h h h h h h h h? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 聯(lián)立得 ? ? ? ? 011T w w c dH h h h h h ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 忽略 h? ，將 0wh 與 sL ， dh 與 sV 的關(guān)系式代入上式，并整理得 2 2 2 / 3s s sa V b c L d L? ? ?、 、 、 、 式中 ? ?? ?? ?? ?200202 / 331 /3600 10 1vlTwwwaACb H hc l hdEl??? ? ?????? ????? ? ? ????? ? ? ????、 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 ? ?? ?? ?? ?222 / 33 51 1 24 01 32 72 0 5 1 45 48 5318 6 443600 4 10 1 1 5 5 6abcd ???? ? ???????? ? ? ? ? ? ??????? ? ? ? ? ?????、 故 2 2 2 / 30 .1 2 4 0 .1 4 8 1 8 1 .4 1 .4 5s s sV L L? ? ? 表 27 提餾段液泛線上的氣液體積流量表 3,/sL m s 3,/sV m s 由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線 5，見(jiàn)圖 27 根據(jù)以上各線方程，可作出提餾段篩板塔的負(fù)荷性能圖 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 010 LS,m3/sVS, m3/s 圖 27 提留段篩板負(fù)荷性能圖 5 2 3 4 B 1 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 第 三 章 塔附屬設(shè)備選型及計(jì)算 接管 頂蒸汽出口管徑 vD 蒸汽出口管中的允許氣速 vV 應(yīng)不產(chǎn)生過(guò)大的壓降，其值可參照表 蒸汽出口管中允許氣速參照表 表 31 蒸 氣出口管中允許氣速參照表 操作壓力（絕壓） 常壓 14006000pa 6000pa 蒸汽速度 /m/s 1220 3050 5070 因 DP =，故取出口氣速 u=60m/s 故 2 1 360 0 360 0 4 4 1 60VDvVMvVMqqD mmu???? ? ???? ? ?? 查表取 100 4mm? ? 回流液管徑 Dr 冷凝器安裝在塔頂時(shí)，冷凝液靠重力回流，一般流速為 ,速度太大，則冷凝器的高度相應(yīng)增加 。由泵輸送時(shí)，流速取為。 吊住設(shè)計(jì) 對(duì)于較高的室內(nèi)無(wú)框架的整體塔，在塔頂設(shè)計(jì)吊柱，對(duì)于補(bǔ)充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，及經(jīng)濟(jì)又方便的一項(xiàng)設(shè)施，一般取 15m 以上的塔物設(shè)吊柱。因設(shè)計(jì)塔徑 D=1800mm，可選用吊柱=1000mm,L= A3。 C 的飽和水蒸氣加熱。 C 回流汽化為上升蒸汽時(shí)的溫度 2 110wt ? 176。 C 加熱蒸汽冷凝為液體的溫度 2 150t ? 176。 C 2 2 2 150 110 40wt t t? ? ? ? ? ?176。 C 取 ? ?28 0 0 / CK kJ m h? ? ? ? cmQ KA t??， 63 231 .6 7 4 1 0 1 0 5 2 .3 1 3 m 8 0 0 1 0 4 0C mQA Kt ? ??? ? ? ??? ? ? 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 第四章設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 序號(hào) 項(xiàng)目 精餾段 提餾段 1 平均溫度，℃ 2 平均壓力， kpa 3 氣相流量 ,3/ms 4 液相流量 ,3/ms 5 實(shí)際塔板數(shù) 12 24 6 塔徑 ,m 7 板間距， m 8 溢流形式 單溢流 單溢流 9 降液管形式 弓形 弓形 10 堰長(zhǎng) ,m 11 堰高， m 12 板上液層高度， m 13 堰上液層高度 ,m 14 降液管底隙高度， m 15 安定區(qū)寬度， m 16 邊緣區(qū)寬度， m 17 開(kāi)孔區(qū)面積， m2 18 篩孔直徑， m 19 篩孔數(shù)目 2731 2731 20 孔中心距， m 21 開(kāi)孔率，℅ 22 空塔氣速， m/s 23 篩孔氣速， m/s 24 穩(wěn)定系數(shù) 25 每層塔板壓降， pa 499 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 序號(hào) 項(xiàng)目 精餾段 提餾段 26 負(fù)荷上限 液泛控制 液泛控制 27 負(fù)荷下限 漏液控制 漏液控制 28 液沫夾帶 29 氣相負(fù)荷上限 30 氣相負(fù)荷下限 31 操作彈性 32 冷凝器傳熱面積 m2, 33 預(yù)熱器傳熱面積 , m2 34 再沸器傳熱面積， m2 35 塔 頂蒸汽粗口管， mm 86 36 進(jìn)料管直徑， mm 34 37 回流管直徑， mm 20 38 塔頂出料管徑， mm 21 39 塔釜出料管直徑， mm 31 40 筒體壁厚， mm 8 41 塔頂空間， m 42 人孔數(shù) ,個(gè) 3 43 裙座高度， m 3 44 塔總體高度， m 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 37 設(shè)計(jì)小結(jié)與體會(huì) 化工原理課程設(shè)計(jì)是《化工原理》課程設(shè)計(jì)中的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門(mén)課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去完成一個(gè)單元操作設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。這方 面的知識(shí)我們?cè)谝郧暗膶W(xué)習(xí)當(dāng)中進(jìn)行了理論性的學(xué)習(xí)，但是了解和掌握的東西很有限，在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)物料衡算，熱量衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列工作，我們基本上完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，也讓我們明白了怎樣運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，結(jié)合我們掌握其他的相關(guān)知識(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，參照有關(guān)的文獻(xiàn)資料去解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。 當(dāng)然在整個(gè)過(guò)程中，也離不開(kāi)老師的悉心指導(dǎo)和其他同學(xué)的熱心 幫助，在我們的實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中，我們能夠參與一起討論，通過(guò)查閱資料，咨詢老師等來(lái)解決設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，雖然在這個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程當(dāng)中，我們有發(fā)生過(guò)計(jì)算上的失誤而重頭開(kāi)始計(jì)算，設(shè)備選型錯(cuò)誤等問(wèn)題，但這不但沒(méi)有讓我們知難而退，反而讓我們更加深刻地認(rèn)識(shí)到科學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)該持有的嚴(yán)謹(jǐn)嚴(yán)務(wù)的態(tài)度的重要性，這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)我們今后的學(xué)習(xí)和工作也會(huì)有很大的幫助。我們