分離乙醇—水混合液篩板精餾塔設(shè)計(jì)

1、課題名稱：化工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書系 別：專 業(yè)：化工2班學(xué) 號：040940210姓 名：_指導(dǎo)教師：時 間：2011年12月01-16日化工原理一化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-1專業(yè) 化工班級 0409402設(shè)計(jì)人一. 設(shè)計(jì)題目分離乙醇一水混合液的篩板精餾塔設(shè)計(jì)二. 原始數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理量8萬噸（開工率300天/年），每天工作24小時;原料：乙醇含量為20% （質(zhì)量百分比，下同）的常溫液體；分離要求：塔頂，乙醇含量不低于 90%，塔底，乙醇含量不高于 8%;操作條件：塔頂壓強(qiáng)進(jìn)料熱狀況回流比塔釜加熱蒸汽 壓力單板壓降建廠地址4 KPa （表壓）飽和液體1.5 Rmin0.5MPa （

2、表壓） 0.7KPa重慶三. 設(shè)計(jì)要求：（一）編制一份設(shè)計(jì)說明書，主要內(nèi)容包括:1. 前言2. 設(shè)計(jì)方案的確定和流程的說明3. 塔的工藝計(jì)算4. 塔和塔板主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)a. 塔高、塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定b. 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算c. 塔板的負(fù)荷性能圖5附屬設(shè)備的選型和計(jì)算6. 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表7. 注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料8. 對本設(shè)計(jì)的評述或有關(guān)問題的分析討論。（二）繪制一個帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#圖）（三）繪制精餾塔的工藝條件圖（1#圖紙）四.設(shè)計(jì)日期：2011年12月01日至2011年12月16日五 . 指導(dǎo)教師：譚志斗、石新雨 推薦教材及主要參考書：1. 王國勝 , 裴世紅，孫懷宇

3、 . 化工原理課程設(shè)計(jì) . 大連：大連理工大學(xué)出版社， 20052. 賈紹義，柴誠敬 . 化工原理課程設(shè)計(jì) . 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 2002.3、馬江權(quán)，冷一欣 . 化工原理課程設(shè)計(jì) . 北京：中國石化出版社， 2009.4、化工工藝設(shè)計(jì)手冊 ，上、下冊 ;5、化學(xué)工程設(shè)計(jì)手冊 ；上、下冊 ;6、化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會 .化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 -塔設(shè)備；化學(xué)工業(yè)出版社： 北京. 2004，017、化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會 .化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 -換熱器；化學(xué)工業(yè)出版社： 北京. 2004，018、化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會 .化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書 -管道；化學(xué)工業(yè)出版社： 北 京 . 20

4、04，019. 陳敏恒. 化工原理 （第三版）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 20065 / 42目錄第一章 設(shè)計(jì)方案簡介 6.第二章工藝流程圖及說明 7.第三章 塔板的工藝計(jì)算 8.3.1 精餾塔全塔物料衡算 8.3.2 乙醇和水的物性參數(shù)計(jì)算 8.3.2.1 溫度 83.2.2 密度 93.2.3 混合液體表面張力 113.2.4 相對揮發(fā)度 123.2.5 混合物的粘度 133.3 理論塔板和實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算 1.3第四章 塔體的主要工藝尺寸計(jì)算 1.54.1 塔體主要尺寸確定 1.54.1.1 塔徑的初步計(jì)算 154.1.2 溢流裝置計(jì)算 174.2 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 2.04.2.1

5、氣相通過浮閥塔板的壓降 204.2.2 淹塔 21精餾段 21提留段 224.2.3 物沫夾帶 22精餾段 22提留段 234.2.4 漏液點(diǎn)氣速 234.3 塔板負(fù)荷性能曲線 2.44.3.1 物沫夾帶線 244.3.2 液泛線 244.3.3 液相負(fù)荷上限 254.3.4 漏液線 254.3.5 液相負(fù)荷下限 26第五章 板式塔的結(jié)構(gòu) 2.8.5.1塔總高的計(jì)算 2.8.5.1.1 塔的頂部空間高度 285.1.2 塔的底部空間高度 285.1.3 人孔 285.1.4 裙座 285.1.5 筒體與封頭 295.2.1 進(jìn)料管 295.2.2 回流管 305.2.3 塔底出料管 305.2

6、.4 塔頂蒸汽出料管 305.2.5 塔底進(jìn)氣管 315.3 法蘭 31第六章 附屬設(shè)備的計(jì)算 3.3.6.1 熱量衡算 3.3.6.2 附屬設(shè)備的選型 3.4.6.2.1 再沸器 346.2.2 塔頂回流冷凝器 356.2.3 塔頂產(chǎn)品冷凝器 356.2.4 塔底產(chǎn)品冷凝器 366.2.5 原料預(yù)熱器 366.2.6 蒸汽噴出器 36第七章 設(shè)計(jì)評述 3.7.精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表 3.8主要符號說明 4.0.參考文獻(xiàn) 4.2.第一章 設(shè)計(jì)方案簡介精餾的基本原理是根據(jù)各液體在混合液中的揮發(fā)度不同， 采用多次部分汽化和多次部分 冷凝的原理來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛地

7、應(yīng)用于物系的分離、 提純、 制備等領(lǐng)域， 并取得了良好的效益。其中主要包括板式塔和填料塔， 而板式塔的塔板 類型主要有泡罩塔板、浮閥塔板、篩板塔板、舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、垂直塔板等等,本次課程設(shè)計(jì)是篩板塔。精餾過程與其他蒸餾過程最大的區(qū)別，是在塔兩端同時提供純度較高的液相和氣相回 流，為精餾過程提供了傳質(zhì)的必要條件。 提供高純度的回流， 使在相同理論板的條件下，為 精餾實(shí)現(xiàn)高純度的分離時，始終能保證一定的傳質(zhì)推動力。所以， 只要理論板足夠多， 回流 足夠大時， 在塔頂可能得到高純度的輕組分產(chǎn)品， 而在塔底獲得高純度的重組分產(chǎn)品。 精餾 廣泛應(yīng)用于石油 , 化工, 輕工等工業(yè)生產(chǎn)中 , 是液體混合

8、物分離中首選分離方法 本次課程設(shè)計(jì)是分離乙醇 水二元物系。在此我選用連續(xù)精餾篩板塔。具有以下特點(diǎn)：(1) 篩板塔的操作彈性小， 對物料的流量要求非常平穩(wěn)精確， 不利于實(shí)際生產(chǎn)中使用(2) 篩板塔盤較浮閥塔盤的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單抗堵，壓降較小，造價(jià)便宜。(3) 篩板塔盤現(xiàn)在很少用了，比浮閥塔的效率低，操作彈性小。(4) 篩板塔盤也有溢流堰和降液管。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，壓降較小，造價(jià)便宜，抗堵性 強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)針對二元物系的精餾問題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì) 過程。 精餾設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取， 主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算物料衡算、 工藝參數(shù)的 選定、 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、輔

9、助設(shè)備的選型、 工藝流程圖的制作、 主要 設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。 通過對精餾塔的運(yùn)算， 可以得出精餾塔的各種設(shè)計(jì)如塔的工藝流 程、生產(chǎn)操作條件、 物性參數(shù)及接管尺寸是合理的， 以保證精餾過程的順利進(jìn)行并使效率盡 可能的提高。工科大學(xué)生應(yīng)具有較高的綜合能力， 解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力， 課程設(shè)計(jì)是一次讓我們 接觸實(shí)際生產(chǎn)的良好機(jī)會， 我們應(yīng)充分利用這樣的時機(jī)認(rèn)真去對待每一項(xiàng)任務(wù)， 為將來打下 一個穩(wěn)固的基礎(chǔ)。 而先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、 科學(xué)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)秀的設(shè)計(jì)作品是我們所應(yīng)堅(jiān)持的 設(shè)計(jì)方向和追求的目標(biāo)。第二章工藝流程圖及說明首先，乙醇和水的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時間之后，通過泵進(jìn)入原

10、料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷 凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時間然后進(jìn)入乙醇的儲罐， 而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成乙醇與水的

11、分離。冷凝器塔頂產(chǎn)品冷卻器乙醇儲罐乙醇回流J原料原料罐原料預(yù)熱器精餾塔回流J再沸器J 塔底產(chǎn)品冷卻器水的儲罐水第三章塔板的工藝計(jì)算3.1精餾塔全塔物料衡算F:進(jìn)料量(kmols)X F：原料組成D:塔頂產(chǎn)品流量(kmols) XD:塔頂組成W:塔底殘液流量(kmols) Xw：塔底組成20/46Xf= 一 M =0.08910990/46XD=0.7788468/46XW=E =0.032907總物料衡算F=D+W易揮發(fā)組分物料衡算F XF=D Xd+W X W日生產(chǎn)能力（處理）MD T8000000020.49505 300 24 3600=0.1506km ol /s聯(lián)立以上三式得F=0.

12、1506kmolsD=0.0110kmolsW=0.1390kmols3.2乙醇和水的物性參數(shù)計(jì)算3.2.1溫度溫度TC液相中乙醇的摩爾分率 %氣相中乙醇的摩爾分率 %1000.000.00常壓下乙醇一水氣液平衡組成與溫度的關(guān)系7 /4295.50.01900.170089.00.07210.389186.70.09660.437585.30.12380.470484.10.16610.508982.70.23370.544582.30.26080.558081.60.32730.582680.70.39650.612279.80.50790.0656479.70.51980.659979.3

13、0.57320.684178.740.67630.738578.410.74720.781578.150.89430.8943利用表中數(shù)據(jù)由內(nèi)差可求得t F t D tW t F : 867-89.0 ( 9.66-8.90 ) + 89.09.26-7.2178.15 -78.44 t d：( 89.43-77.43 ) + 78.4189.4374.4289.5 -95.50.0721 -0.0190( 72.1-3.29+ 95.5t F =88.29 Ct D =78.21 Ct w=90.70 C-tf +td 88 29 +78 21 精餾段平均溫度:t1=t- J =竺1 =83

14、.25 C2 2 提留段平均溫度:t2-tf tw = 882990.70 =88.495 C2 23.2.2密度已知：混合液密度：丄=-aA -aBPPA1混合氣密度TOPM22.4TP0塔頂溫度：t d=78.21 C78 41 89 43 氣相組成 y(78.41 -78.21) 0.8943 y d=80.750%78.41 78.15進(jìn)料溫度：t f=88.29 C38 94 _ 43 75氣相組成 yF： 38.943.7 X(89.0 88.29) + 0.4375 yf=42.256%89.0 -86.7塔底組成：t w=90.70 C47 00 _ 38 91氣相組成 yw：

15、3 7。P X (95.5 90.7) + 0.3891 yw=0.2273 %95.5 -89.0(1)精餾段液相組成 xi： x = .XD XF = 77.88% 8.90% =26.31%氣相組成 yi： yi0.8075 0.42256 = 58.41%所以 Ml1 =46 0.263118 (1 - 0.2631) =25.3668g / molMv1=46 0.584118 (1 -0.5841) = 34.3548g / mol(2)提留段液相組成 X2： X2 - XW XF =5.411%氣相組成 y2： y2 =、0.8075 0.2273 = 42.82%所以 Ml2

16、=46 0.05411 18 (1 -0.05411) =19.51508g / molMv2 =46 0.4282 18 (1 - 0.4282) = 29.99g / mol由不同溫度下乙醇和水的密度，內(nèi)差法求tF t D tW下的乙醇和水的密度溫度T, C708090100110a,KGM3754.2742.3730.1717.4704.3PB ,KGM3977.8971.8965.3958.4951.6t f=88.29 CTCF= 732.186 TWF=966.64TF= 908.46kg / m31 _0.251-0.25C 一 732.186966.6433 / 42tD=78

17、.21 Ccd =744.43W= 972.87 kg / m310.941-0.94TD 744.43972.87= 762.33kg /m3tW=97.70 Ccw = 720.21WW= 964.82kg / m31 0.001 1 -0.001= 入 729.21964.82W= 940.51kg / m所1、/、 ,908.46 762.333所以： L1835.40kg / mz Pf+PW 908.46 +940.51 cc,c, , 3 ：L2924.48 kg / m?VFMPT 0 1903MP0.1203x101.3(46x0.089 + 18x0.911).T22.4

18、P) To88.29 273.150.691kg/m3:VW01203 (4 1013) (46 0.7788 18 0.2212L.435kg/m378.21 273.1501203 W (46 0.329 18 0.9671) =O.634kg/m390.71273.15035=1.063kg/m32 2:-V Fr= 0.691 0.634 = 0.6625kg / m3MLD=XD 46 (1-xd) 18 = 39.80kg / kmolMLF=XF 46 (1-xf) 18 = 20.47 kg / kmolMLW=XW 46 (1-w) 18=18.92kgkmolMLD MLF

19、ML1 =39.8020.47 = 30.135 kg/ kmolML2MLW MLF= 1892 2.47 =19.70kg/kmolMVD=yD 46 (1 - yD) 18 = 40.61kg / kmolMVF=yF 46 (1-yF) 18 = 29.83kg / kmolMvW = yW 46 (1-yW) 18 = 24.36kg / kmol= 4O.6129.83= 35.22kg/kmol- Mvw+ MvF 24.36+29.83 Mv2 =27.10kg / kmol3.2.3混合液體表面張力VgmT4Sr61.79mlVCW-md63.8mlVCF品mwVWDWD46

20、62.82ml Vwf-OWF732.186曽18.50ml VWW-0WW972.871818.66ml964.641818.66ml964.82由內(nèi)差法求得在tF tD t W下的乙醇和水的表面張力乙醇表面張力:溫度，C2030405060708090100110 , m Nm22.321.220.419.818.81817.1516.215.214.4水表面張力溫度，C020406080100 , m Nm75.6472.7569.6066.2462.6758.91乙醇表面張力 cF=16.36mNm c=17.30mNm cW=16.13mNm水表面張力 wF=59.55mNm wD=

21、62.99mNm wW=58.65mNm塔頂表面張力4C =0.14 4 62.99 0.7788 417.30 D=23.90mNm原料表面張力=0.885 4 61.74 0.089 4 16.68 F=53.91mNm塔底表面張力rW = 0.9996 漢 丁58.65 + 0.0329 漢 $16.13 w=56.55mNm(1) 精餾段的平均表面張力(2) 提餾段的平均表面張力: 1=(23.90+53.91)2=38905mNm 2=( 56.55+53.91 )2=55.23mNm3.2.4相對揮發(fā)度0.5841由 X f=8.9% y f=58.41%空磚=14.37560.4

22、565311-0.0890.8075由 X d=77.88% y d=80.75%1=1.191440.870251 -0.77880.2273由 X w=3.29% y w=22.73%=4.13860.8040581 -0.0329(1)精餾段的平均相對揮發(fā)度=14.375 1.19144 =4.1386提餾段的平均相對揮發(fā)度=.14.375 8.5924 =11.11403.2.5混合物的粘度t=83.25 C查表，得 水=0.34155mpa s, 醇=0.3969mpa SF2 =88.495 C查表，得 水=0.32205mpa s, 醇=0.42837mpa S(1)精餾段粘度：

23、 1= 醇+ 水(1-x )=0.39690.2631+0.34(1-0.2631)=0.35611 mpa S(1)提留段粘度： 2= 醇 2+ 水(1- 2)=0.39690.05411+0.309(1-0.05411)=0.32780 mpa S3.3理論塔板和實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算回流比的確定：繪出乙醇一水的氣液平衡組成，即t-X-Y曲線圖,XD由上圖知，點(diǎn)a與縱軸的截距為0.41 ,即為值X=0.7788,最小回流比Rmin=0.8995操作回流比 R=1.5 Rmin=1.349理論塔板數(shù)的確定:圖解法求解：XDYC1 =0.331,易做得提留段、精餾段和q線的操作線，作圖如下:由圖知，

24、理論塔板數(shù)：精餾段需Nri = 10塊，提餾段需NT? = 3-1=2塊。實(shí)際塔板數(shù)確定:UaV= =XiUjU1U220.356110.327802= 0.341955*-0.245-0.245ET =0.49 d UaV0.49 3.199 0.3419550.487ddWd? =3.199全塔所需實(shí)際塔板數(shù):NT12NP100%24.64 ： 25塊P ET0.487精餾段實(shí)際板數(shù)：10jNPI100% - 20.53 ： 21 塊0.487提餾段實(shí)際板數(shù)：Np2 =25 -21 =4塊由奧康奈爾公式進(jìn)料板位置第22塊板。第四章 塔體的主要工藝尺寸計(jì)算4.1塔體主要尺寸確定4.1.1塔徑

25、的初步計(jì)算4.1.1.1氣液相體積流量計(jì)算(1) 精餾段 質(zhì)量流量：L MliL =30.135 0.01911 = 0.673kg / sVI = MVIV=35.02 0.028830= 1.01kg/s體積流量：LS-LI凹66.89 10-4m3sP 835.40XZV11.01 CCUC 3 ZVs10.950m / SPV1 1.063(2) 提餾段質(zhì)量流量：L2 =Ml2L =19.70 0.148256 =2.921kg /sV2 =Mv2V=27.10 0.028830 = 0.781293kg / sL 22 9213體積流量：Ls2 =-L-= 0.00316m3 /sP

26、l 2924.48V2JV 20.78130.66253=1.18m /s4.1.1.2精餾段塔徑計(jì)算由u=（安全系數(shù)）Umax,安全系數(shù)=0.6 0.8，UmaX=ChYPV0.000689 X0.950835化 0.02031.063取板間距：Ht=0.45m , h L=0.06m .則 Ht- h L=0.54m查下圖可知C20=0.089 ,15OlUI!iiii0 IO0.20 ftr3C 0.400.02n OiC =C20(H) =0.089 (3895)02 =0.10220 20UmaX=O102, 835.40 =286ms 1.063取安全系數(shù)為0.7 ,則空塔氣速u1

27、 =07umax =0.7*2.86 =2.002msDi4 0.956-2.472=0.78m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D2 =0.9m塔截面積為 ATD2 =0.785*092 =0.636m24V 0 950實(shí)際空塔氣速為U SI1.50mSAr0.50244.1.1.3提留段塔徑計(jì)算橫坐標(biāo)數(shù)值:J= 0.1000.00316924.481.18】0.6625取板間距：Ht=0.45m , h L=0.06m .則 Ht- h L=0.39mC55 23查圖可知 GO=0.08 , C =C20( 1)=0.08 ()0.2 =0.09820 20924 48UmaX=0.0983.29m /

28、sY 0.6625取安全系數(shù)為0.7 ,則空塔氣速U2=.7u= 0.7 *3.29=2.30 m / SDi4Vs2 : * U24 1.18二 2.30=0.81 ：y 0.90m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D2 =0.9mI222塔截面積為 ATD =0.785 0.7 = 0.636m4實(shí)際空塔氣速為U=VSI118 1.86m/ sAr0.385綜上：塔徑D=0.9m,選擇單流型塔板，截面積A= 0.636m2精餾段有效高度 Z1 =(21 -1) 0.45 = 9.0m提餾段有效高度 乙=(4-1) 0.45=1.35m全塔的有效高度 Z =9.0+1.35 =10.35m4.1.2溢流裝

29、置計(jì)算4.121 堰長 IW對單流型，一般 5= 0.68 0.76 取 IW =0.72D=0.648mD4.1.2.2溢流堰高度(出口堰高)hW = hL _ hOW選擇平直堰堰上層高度 hoW=1200 E(hW)2(Iw)2.56.89 10 3600(0.648)25= 7.34lw =0.65 查下圖得 E=1.03 又D塔板上清液層高度 = 0.05 0.1m 在此取n = 0.05m(1)精餾段how_42.84 “ O?6.8910 漢 3600)2/31000.0.648=0.0072 m(2)hw = hL how = 0.05 0.0072 = 0.0428m提留段h

30、ow空 1.03(0003163600)2310000.648=0.0198mhw = hL - how = 0.05 - 0.0198 = 0.0302 m由怛=0.72杳得DAfD IfD)2 AW-0.08,Wd=_ JI-IJWAT2 Vl2) (2 丿4.1.2.3弓形降液管寬度 Wd和截面積Af溢流中間降液管寬度 Wd= 0.14m齊腭H詈卜1377m則 Af = 0.08AT = 0.08 0.636 = 0.05088m2驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時間精餾段:AfHT0.05088 0.456.89 10,=33.23s 5s提留段:AfH/t0.05088 0.450.00316ZZ

31、7.25s 5s停留時間=5s,故降液管可使用4.1.2.4溢流堰寬度XAZ D IfD f Jw、2 0.9Y0.9 丫 f.648 2 “Wb=-Jl-Im2=-Jl -I=0.1377mb 2仇2丿22叭2丿J 2丿4.1.3塔板設(shè)計(jì)4.1.3.1塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑D=0.9m采用分塊式塔板1.5mm 閥重24.6g ,塔板厚4mm.4.1.3.2 浮閥的選型：F1Q-4B型閥片厚度4.1.3.3浮閥數(shù)目與排列(1) 精餾段取閥孔動能因子F0=12.Fo則孔速u01 一応112=11.64每層塔板上浮閥數(shù)目為0.950浮閥排列方式采用順排方式,二 / 4d2u1t/dO應(yīng)盡可能在0.78

32、5 0.0392 11.64 一 68.36 丨34的范圍內(nèi)，在此取同一個橫排的孔心距t=0.120m ( do = 0.039mm)塔板開孔率N 4/二d024/ 二 D268.39 0.039_ 20.92= 0.128(2)提留段取閥孔動能因子F0=12.14.740.6625Vs22 / 4d0 u02每層塔板上浮閥數(shù)目為1.180.785 0.0392 14.74=67.05個塔板開孔率N 4/二d02_ 24/：D267.05 0.0390.92= 0.1264.2篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.2.1氣相通過浮閥塔板的壓降氣體通過塔板時，需克服塔板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表

33、面張力造成的阻力，這些阻力即形成了塔板的壓降。氣體通過塔板的壓降厶PP可由hp = he 亠 h 亠 h；和二 P= hp ： Lg 計(jì)算式中he與氣體通過塔板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱;hl 與氣體通過板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱；h 與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱。精餾段/ J.825/U0C1故 rb=534J1 uL =5.34 X 匯 一. =0.047mPLI 2g 丿835.40 v2匯9.81 J(2) 板上充氣液層阻力?。?，；hL = 0.05m 則 h = ；hL =0.5 0.05 = 0.025m(3) 液體表面張力所造成的阻力4*10 :

34、1 gd。=0.00049m4 1 38.905835.40 9.81 0.039hp1 =he +h +h=0047+0.025+0.00049=0.0725m單板的壓力降：Pp1 =hp11g =0.0725 835.40 9.81 = 594.16pa 豈 0.7KPa精餾段平均壓強(qiáng)：p = (4 +101.325)+(4+101.325 +149594L09.483KPa2提留段(1)干板阻力/ 731/ 1.8 2 5”、1-(73 PJ V2丿10.6625 丿U0e2/1.825=13.15m/ s因 U02U0c2P故 he =5.34 嚴(yán)J L22g-5.340.662592

35、4.48z14.742 12漢9.81丿=0.042m(2)板上充氣液層阻力取 ZQ= 0.5 B = 0.05m 貝U h= % = 0.5 汽 0.05 = 0.025m(3)液體表面張力所造成的阻力4 10 c2Lgd。4 10 55.23924.48 9.81 0.039=0.00062mhp2 =入 +h +hcr=0.042+0.025+0.00062=0.0676m單板的壓力降Pp2 Hhp2 Lg =0.0676 904.48 9.81 =613.07pa 乞 0.7KPa提留段平均壓強(qiáng)：(4 101325 14 0.594)4 11325 14。594 11 O307 482

36、4.2.2淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液高度精餾段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮 =0.0725m液體通過液體降液管的壓頭損失LSI-262910hd1=0-5301530IIWhO丿0.況6丿480030(3) hL = 0.05m 貝U Hd =hp1 +n +hd1 =0.0725 + 0.05 + 0.00019=0.1227m取:一 ，已選定 H =045m h7v =0. 03r0則hw HT =0.5 0.030 0.45 = 0.24m:hw HT可見-l-l !1所以符合防止淹塔的要求。提留段(1)單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p2 =

37、00676m(2)液體通過液體降液管的壓頭損失2C “ J；LS2 C 0 0 0 31 62hd2 = 0 1 5 3 =0. 1 5 3IWhO0.648 0.039板上液層高度0. 0024hL = 0.05m 貝y Hd =hp2 +h_ +hd2 = 0.0676 + 0.05+0.0024 = 0.120m取二 -,已選定 H =0.45m h7v =0. 0 30則 HT =0.5* 0.03 0.45 = 0.24m可見-L-.-J所以符合防止淹塔的要求?？梢?ITP1所以符合防止淹塔的要求。4.2.3物沫夾帶精餾段+1泛辱E板上液體流經(jīng)長度：Zl = D - 2Wd = 0.

38、9 - 2 0.1377= 0.6246m板上液流面積：A=AT -2Ad =0.636-2 0.05088 = 0.534m2取物性系數(shù)1.0 ,泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖CF =0.1081.06130.950 一1.36 6.89 104 0.6246泛點(diǎn)率 I83540一 j6559.8%1.0 0.108 0.534為了避免過量物沫夾帶，一般的大塔應(yīng)控制泛點(diǎn)率在F1 ： 0.8 0.82，由以上計(jì)算可知,物沫夾帶能夠滿足-I- =Z 的要求。提留段取物性系數(shù) 心1.0 ,泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖 CF =0.101.18泛點(diǎn)率2 =0.6625+1.36 漢 0.00316匯 0.6246924.48-0

39、.6625 64 2%1.0 0.10 0.534為了避免過量物沫夾帶，一般的大塔應(yīng)控制泛點(diǎn)率在F1 ： 0.8 0.82，由以上計(jì)算可知,物沫夾帶能夠滿足I ； 的要求。424漏液點(diǎn)氣速當(dāng)氣相負(fù)荷減小或踏板上開孔率增大，通過篩孔或閥孔的氣速不足以克服液層阻力時，部分液體會從篩孔或閥孔中直接落下，該現(xiàn)象稱為漏液。漏液導(dǎo)致辦效率下降， 嚴(yán)重時將使塔板上不能積液而無法操作。漏液氣速指的是漏夜現(xiàn)象明顯影響辦效率時的氣速。當(dāng)閥孔的動能因子 F。低于5時會發(fā)生嚴(yán)重漏液，故漏液點(diǎn)的空速u0可取F0=5的相應(yīng)孔流氣速:精餾段：一54.85m / s.1.063K瓷=14SL2.40m/s 1.5m/s，故不

40、會發(fā)生嚴(yán)重漏液。提餾段：F5u0206.14msJFV 20.6625Ku22.40ms 1.5ms ,故不會發(fā)生嚴(yán)重漏液。Uo2 6.144.3塔板負(fù)荷性能曲線4.3.1物沫夾帶線+1泛辱E據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率80%計(jì)算:精餾段:1.0631.36 0.6246LS0.8=1.0 0.108 0.543-835.40-1.063整理得：0.0469=0.0357s 0.849Ls即 VS =1.314-23.794Ls由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個=E值算出提留段VS0.8=0.66251.36 0.6264LS)924.48-0.66251.0 0

41、.10 0.534整理得：0.4272 =0.02678s 0.8519LS精餾段LS (m3s)0.00050.0006VS (m3s)1.3021.299提餾段L，S (rs)0.0010.002V, S (r/s)1.5631.531即 VS =1.595-31.81LS在操作范圍內(nèi)任取兩個 LS值算出V S4.3.2液泛線精餾段1.063XVSI22/30.24 = 5.3424 聲404.85Lsi2 0.045 1.336LSI0.7852x0.039 69 835.429.81整理得 Vs2 =3.8237-7938.23Lsi2 -26.30 Ls12/3 :提留段0.24=5

42、.340.6625xVs220.7852 0.0394 682 984.48 2 9.81404.85Lsi20.045 1.336Lsi4整理得：Vs22 =6.588-13677.36Ls22 45.135LS22/3在操作范圍內(nèi)任取若干個丄:值，算出相應(yīng)得 值：精餾段3Lsl (m /s)0.00010.00020.00040.00063Vsl (m /s)1.9411.9321.9181.906提餾段Ls2 (m3s)0.00010.0010.0020.0033Vs2 (m /s)2.5852.6502.6922.7214.3.3液相負(fù)荷上限液體的最大流量應(yīng)保證降液管中停留時間不低于3

43、5s5s液體降液管內(nèi)停留時間-I-作為液體在降液管內(nèi)停留(LS) minAf HT0.05088 0.45-0.04579m3/s4.3.4漏液線對于Fl型重閥，依2l-作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則限，則精餾段Uoi. 5=4.85m S(VS i)min3.140.0392 69 4.85 = 0.399m3 / s25 / 42提留段U2Fo6.14m S0.662551 / 42(Vs2)min =314 0.0392 68 6.14 =0.499m3s44.3.5液相負(fù)荷下限該線為與氣相取堰上液層高度Aw -00072m作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線,流量無關(guān)的豎直線。= 0

44、.00722.84 E 嚴(yán)003 h I231000 IW一2 84 J3600(ALr= OelO6取 E=1.0 3 則(Ls)min =(0.0072*1000 3/22.84*1.03融巾000695由以上15作出塔板負(fù)荷性能圖由上圖可知：精餾段：氣相最大負(fù)荷VmaX 306m3s氣相最小負(fù)荷3Vmin = 0.403m / S提餾段：氣相最大負(fù)荷VmaX =1479m3s氣相最小負(fù)荷3Vmin = 0.495m / S精餾段操作彈性=VmaX= 1.306/0.403 = 3.24提留段操作彈性=VmaX =1.497/0.495 = 3.02VmiX第五章板式塔的結(jié)構(gòu)5.1塔總高的

45、計(jì)算5.1.1塔的頂部空間高度塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，塔頂部空間高度為120Omm H 頂=1.2m5.1.2塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時間取20min。釜液上方的氣液分離空間高度取1.5m。JLW = 964.82kg / m30.139OT 0T964.823=0.00646m / S0.0022 20 603 3.14 2.62-0.4162mH 底=0.4162 1.5= 1.9162m5.1.3人孑L人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板， 由于設(shè)置人孔處塔間距離

46、大，且人孔設(shè)備過多會使制造時塔體的彎曲度難于達(dá)到要求， 一般每隔68塊塔板才設(shè)一個人孔，需經(jīng)常清洗時每隔34塊塔板才設(shè)一個人孔.本塔 中共25塊板，需設(shè)置3個人孔，每個孔直徑為400mm人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平， 其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同，本 設(shè)計(jì)也是如此，取人孔所在板增至800mm5.1.4裙座裙座高度應(yīng)考慮的問題包括:1. 底部接管的高度和出入孔的位置2. 塔底抽出泵的灌泵液位3. 塔底再沸器熱虹吸循環(huán)或強(qiáng)制循環(huán)的要求4. 檢修方便5. 減壓塔底液封要求6. 支撐應(yīng)力要求設(shè)計(jì)時一般取裙座高度為1.5-2m ,本塔為常壓操作，取裙座 2m.

47、進(jìn)料所在板的板間距由45Omm增至550mm或 60Omm5.1.5筒體與封頭5.1.5.1 筒體由 D=0.9m 選鋼板材料為：GB 3274 貝Ut = 113MPa，100%探傷=1，,PD1.1x120.331 漢10漢900C Ct3 = 0.53mm2 匕 P-P 2 113 1.0 -120.331 10、n = 0.53 0.25 T . ： - 3mm取壁厚為3mm5.1.5.2 封頭1.1 120.331 10j3*900PD封頭分為橢圓形封頭、 碟形封頭等幾種，本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，由公稱直徑D=2600mmt3 = 0.53mm2b B-0.5p2匯113漢 1.00.5漢120.331 漢10J n =1.52 0.25 1 ： - 3mm ,取壁厚為 3mm得曲面高度hi = 650mm ,直邊高度h0 =25mm 。H-HLH增 H裙 H底H頂H封塔總高：= 0.45 (25-1)0.8-0.45 3 2 1.5 2 1.2 (0.225 0.025) = 18.3Om5.2.1進(jìn)料管進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、5.2接管彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。取 UF =0.5msJLF = 908.46kg / m30.15060.089 0.915908.464618=