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1、设备选型计算及主要设备设计计算说明项目名称：1000 吨/年新型羧甲基木聚糖工厂设计公司名称：广西来宾有间生物科技股份有限公司桂林理工大学小题大作参赛团队2010 年 8 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 47 页 - - - - - - - - - 目 录第 1 章设备选型设计计算 . 11.1 粉碎机 . 11.1.1 选型依据 . 11.2 斗式提升机 . 11.2.1 选型依据 . 11.3 洗涤机 . 21.3.1 选型依据 . 21.4 ZB
2、型渣浆泵 . 21.4.1 选型依据 . 21.5 全自动快开式压滤机 . 31.5.1 选型依据 . 31.5.2 相关参数计算 . 31.6 浸泡槽 . 41.6.1 选型依据 . 41.7 电加热不锈钢反应釜 . 51.7.1 计算依据 . 51.7.2 容器容积计算 . 51.7.4 容器高度计算 . 61.7.6 椭圆封形封头设计计算 . 71.7.7 搅拌设备及支座的设计与计算. 71.8 全自动压滤机 . 91.9 蒸发器 . 10 1.9.1 选型依据 . 10 10.1 换热器 . 11 1.11 沉淀罐 . 12 1.11.1 BX 沉淀罐所需要的体积. 13 1.11.2
3、 BX 沉淀罐所需体积 . 13 1.12 离心机 . 13 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 47 页 - - - - - - - - - 1.12.1 选型依据 . 13 1.13 精馏塔的计算 . 14 1.13.1 设计依据 . 14 1.13.2 设计内容 . 15 1.13.3 塔的工艺计算 . 16 1.14 外盘管式不锈钢中和反应釜. 24 1.14.1 设计参数 . 25 1.14.2 生产要求 . 25 1.15 配醇槽 . 25 1.1
4、5.1 生产要求 . 25 1.16 粉碎机 . 26 1.16.1 选型依据 . 26 1.17 耙式真空干燥器 . 27 1.17.1 选型依据 . 27 第 2 章主要设备设计计算说明. 28 2.1 设计内容 . 28 2.1.1 设计说明 . 28 2.2 反应釜釜体的设计. 29 2.2.2 釜体筒体壁厚的设计 . 30 2.2.3 釜体封头的设计. 31 2.2.4 筒体长度的设计. 32 2.3 反应釜夹套的设计. 32 2.3.1 夹套的容积的确定. 32 2.3.2 夹套筒体的设计. 32 2.3.3 夹套封头的设计. 33 2.4 反应釜釜体及夹套的压力试验. 33 2.
5、4.1 釜体的水压试验. 34 2.4.2 釜体的气压试验. 34 2.4.3 夹套的液压试验. 35 2.5 反应釜附件的选型及尺寸设计. 36 2.5.1 釜体法兰联接结构的设计. 36 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 47 页 - - - - - - - - - 2.5.2 工艺接管的设计. 37 2.5.3 管法兰尺寸的设计. 38 2.5.4 垫片尺寸及材质. 38 2.5.5 人孔的设计 . 39 2.5.6 视镜的选型 . 39 2.6 搅拌
6、装置的选型与尺寸设计. 39 2.6.1 搅拌轴直径的初步计算. 39 2.6.2 搅拌抽临界转速校核计算. 39 2.6.3 联轴器的型式及尺寸的设计. 40 2.6.4 搅拌桨尺寸的设计. 40 2.6.5 搅拌轴的结构及尺寸的设计. 40 2.7 传动装置 . 41 2.7.1 电动机的选型 . 41 2.7.2 减速器的选型 . 41 2.7.3 机架的设计 . 41 2.7.4 底座的设计 . 41 2.8 反应釜的轴封装置设计 . 42 2.8.1 反应釜轴封设计. 42 2.9 支座的选型及设计. 42 2.9.1 支座的选型及尺寸的初步设计. 42 2.10 焊缝结构的设计.
7、42 2.10.1 釜体上主要焊缝结构的设计. 42 2.10.2 夹套上的焊缝结构的设计. 43 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 47 页 - - - - - - - - - 1 第 1 章设备选型设计计算1.1 粉碎机1.1.1 选型依据1、生产要求每小时需粉碎1000kg 的甘蔗渣。粉碎细度定为35mm。故可选用CK6170-A/B 型粉碎机，该粉碎机应用高智能技术，使电耗进一步降低（与同行同类型产品相比） ，切削、进料可靠，坚固耐用，切刀使用寿命长
8、等优势，适用于棉花、玉米、芦苇、高粱等秸秆粉碎。CK6170-A/B 型粉碎机的主要技术参数详见表1，即 CK6170-A/B 型粉碎机的主要技术参数表。表 1. CK6170-A/B 型粉碎机的主要技术参数表1.2 斗式提升机1.2.1 选型依据因被粉碎后的蔗渣呈粉粒状（粉碎3mm） ，生产要求需输送1000 kg/h ，输送至(最高的高度 )米的高度，经实验测试粗略得知蔗渣的密度是100kg/m3，换算后即需输送 10 m3 /h。根据原料卸料方式； 每小时的提升量及轻、 输送干燥的、松散的、易抛出等性质，可确定提升机机型，即TD160 型号的斗式提升机。该机型适用于垂直输送粉状、粒状、及
9、小块状的磨吸性较小的散状物料，提功 率主 轴 转 速r/min 进料方式进 料 尺寸 cm 粉 碎 后 颗粒尺寸 mm 工作效率m3/h 外形尺寸mm 自重 kg 主 机 ：18.522kw ， 辅机：2.2kw 2000 机 械自动进料70 8 0.580 1030 4000 1600 2200 13001500 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 47 页 - - - - - - - - - 2 升高度最高 40m。符合生产要求。 TD160 斗式提升机技
10、术参数详见表2。表 2. TD160 斗式提升机技术参数表型号料斗形式输 送 量(m3/h) 斗宽(mm) 斗容(L) 斗距(mm) 带宽(mm) 斗速(m/s) 物 料 量 大块(mm) TD160 Sd 16 160 1.9 350 200 1.4 25 说明：斗容为计算斗容，输送量按填充系数0.6 计算得出。1.3 洗涤机1.3.1 选型依据1、生产要求蔗渣蒸煮前需进行清洗， 出去黏附在蔗渣表面泥沙、 霉质等杂质， 每小时需洗涤的蔗渣为1000kg，参照造纸厂，可选用滚筒式洗涤机。蔗渣在开孔的滚筒内加入净水进行洗涤， 并通过旋转和滚筒内的内螺旋导板实现自动出料，滚筒式洗涤机的主要技术参数
11、详见表3。表 3. 滚筒式洗涤机的主要技术参数型号生 产能力/kg.h-1 转筒转速/r.min-1 冲洗时间/s 耗 水量t.h-1 长 宽 高/mm 质量/kg 配 套 电机 kw 材质XY900 500-1200 9 2600 0.9 3100 1100 1500 800 3不锈钢1.4 ZB 型渣浆泵1.4.1 选型依据该杂质泵在水力与结构方面有创新，过流部件采用高铬合金耐磨铸铁制作。具有高效节能、耐磨、寿命长、运行平稳可靠、噪音低、体积小、拆装方便等特点。轴封工况也可加装水封环或机械密封以便达到无泄漏的目的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
12、 - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 47 页 - - - - - - - - - 3 适合输送所有含固体颗粒的磨蚀性浆体，固液混和浆体的最大重量浓度为：灰浆 40、矿浆 60，故可用之输送水洗后的蔗渣至压滤机。ZB 型渣浆泵主要技术参数详见表 4。表 4. ZB 型渣浆泵主要技术参数型号转速r/min 流量m3/h 扬程 m 最 大 轴功率/KW 质 量/kg 允许通过最大粒度/mm 参考电机型号功率50ZB1 1450 5070 16.520.5 5.7 290 10 Y160M 4 11 1.5 全自动快开式压滤机1.5.1 选型
13、依据根据原料物性，蔗渣按1：1 体积膨胀1：1.5 体积吸水生产要求：每小时需将洗涤的 1000kg 蔗渣进入压滤机。 该压滤机一次全自动拉开， 卸饼、清洗，速度 快，工作稳定可靠； 进料+卸料+冲洗每一批次只需 30 分钟 (传统式压滤机每压一次需 150-210 分钟) ；滤布全面一次性自动清洗， 时间短；隔膜挤压滤饼，含水率低，且隔膜寿命长气密性佳，经济性良好；模组式机构，拆装运输简易。1.5.2 相关参数计算1、进口物料m（蔗渣）1000/kgh，2()9112/m HOkgh2、过滤体积的确定出口滤液：压出滤渣中含水有1%，2()9020.88/m H Okgh，m（蔗渣）1091.
14、12/kgh故小时处理所得的滤液量为：39020.889.021/1000mVmh名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 47 页 - - - - - - - - - 4 3、过滤面积的计算设滤饼厚度为 40mm，1m3滤液所生成的滤饼体积为1.5m3 因此令过滤面积为Am2，每小时获得滤液313.673/Vmh则每小时滤饼体积为：AuV即一次轮回21.59.021338.30.04Am因此设每小时 3 次轮回，则需要A=112.7m2，详细数据参见表5 表 5.
15、 全自动快开式压滤机主要技术参数过滤面积m2 滤 室总 容量L 滤板外框尺寸 L Wmm 滤板厚度mm 滤室数量pcs 滤饼厚度mm 滤板外形尺寸长 X 宽 X 高mm 电机功率kw 过 滤压 力Mpa 整 机质 量kg 110 1680 1250 1250 60 43 40 5279x1790 x1975 3 1 9210 1.6 浸泡槽1.6.1 选型依据每小时需用 1%稀硫酸浸泡 6 小时、1000kg 蔗渣，故选用设备需耐腐蚀的材质。根据原料的性质、浸泡量，参照电加热不锈钢反应釜的设计，可选用内径为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
16、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 47 页 - - - - - - - - - 5 3000mm 的搪玻璃搅拌容器，它的材料是由含硅量高的搪玻璃釉通过900左右多次高温煅烧， 使搪玻璃釉密着于金属机体表面而制成，搪玻璃层的厚度一般为0.81.5mm。由于搪玻璃层对金属的保护，使搪玻璃容器具有优良的耐腐蚀性，并能防止某些介质与金属离子发生作用而污染物品。1.7 电加热不锈钢反应釜1.7.1 计算依据经压缩机压缩后， 蔗渣含水量为原来的1%， 即 150kg， 蔗渣吸水体积比 1:1，吸水后的蔗渣的体积膨胀0.5%。原料进料量： 1000kg/h
17、（干蔗渣）即 10 m3 /h，进入蒸煮锅的总共物料量：20 m3 1.7.2 容器容积计算(1)24aVVmVa 每昼夜处理量m3/24h ； t 每批物料处理的时间；搅拌容器的备用系数；一般取0.10.15；装填系数，一般0.60.85 冒泡或沸腾物料取0.60.7 ； m 同容积 容器的台数。确定参数：每昼夜处理量为 240 m3每批物料需蒸煮的时间t=1h =0.12 =0.7 一台蒸煮锅。故：3(10.12)24032240.71Vm装液高径比， HL/ Di一般为 11.3 在该容器设计中可取1.2 。内径 Di的计算：3()4LiiHVDD代入数据： V=32 m3 ；HL/ D
18、i =1.2 ；=0.7 得：33320.7423.781.2iDm故：Di =2.876 m，圆整后得Di =3 m =3000mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 47 页 - - - - - - - - - 6 1.7.3 封头容积计算2332 / 3424273.143.524diiiVDhDm1.7.4 容器高度计算22/ 4323.54.033.14 / 43diVVHDm1.7.5 容器厚度设计计算设计温度： 150 ；查表得：材质为 1Cr
19、18Ni9Ti 钢板在该温度、压力下许用应力t=137 MPa，150 时水的饱和蒸汽压为0.476MPa，故计算压力 Pc约为 0.5MPa。计算壁厚：=0.85 （双面对接头局部无损检测）20.530006.45421370.850.5citcP DPmm设有效厚度为 e：设计钢板无腐蚀，故腐裕量C1=0 16.454eCmm查表得：材质为1Cr18Ni9Ti 钢板负偏差C2 = 0.6 mm 故名义厚度：2neC+ 圆整=6.454+0.6 = 7.054 + 圆整 =8.0mm 强度校核：()2ttcieePD代入数据得：电加热反应釜示意图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -
20、- - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 47 页 - - - - - - - - - 7 0.59(30006.5)115.61370.85116.526.5tM PaM Pa强度适合，符合生产要求。最大允许工作压力：2tewiePD代入数据得：21 3 70 . 8 56 . 50 . 5 0 43 0 0 06 . 5wPM P a1.7.6 椭圆封形封头设计计算计算压力 Pc=0.5 内径 Di =3000mm 钢板是许用应力 t=137 MPa 焊缝系数 =0.85计算厚度()20.5citcK P
21、 DmmP22(/)6iiDhK按工程上的标准计算，即Di /2hi =2 ， a/b=2的椭圆形封头，代入计算得： K=1 20.50.5300021370.850.50.56.5citcP DPmm最大允许工作压力：20.5tewiePD代入数据得：21370.856.50.50430006.5wPM Pa1.7.7 搅拌设备及支座的设计与计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 47 页 - - - - - - - - - 8 浸泡后蔗渣粘度不大， 但流
22、动性差等物性， 可选用 2 段六折叶圆盘涡轮搅拌器，如下图示。其优点是折叶涡轮式叶轮是轴流式叶轮，轴向引入液体，轴向排出，形成上下有效的循环。 在相同的排出量时， 其动力消耗大约为平直叶轮的一半。在均匀混合、反应、传热等方面有显著的效果。查阅手册知：最适的搅拌器直径与容器内径之比为0.33，即：0.33990iddmmD根据经验公式：630.090.605 exp()225TT=393K 可计算粘度25.7 Pas两种 物 质 的密 度 为31 0 0 0/Ak gm、3100/Bkgm， 体积 分率 分 别 为0 . 6 4A、0.316B故：AABB310000.641000.316103
23、1.6/kgm无挡板时搅拌雷诺数可以由下式计算：2(/ 6 0 )Re3000(6/ 60)1031.625.736.13iDn1、搅拌功率计算查 Re-Np 图可得 Np =4.8 350.0 0 9 8(/ 6 0)pieNnDPkwgn回转数， r/min Di 叶轮直径 液体密度， kg/h eg 重力换算系数， kg.m/kg.s2 六折叶圆盘涡轮搅拌名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 47 页 - - - - - - - - - 9 故：2、支座
24、的计算蒸煮锅的 Di=3000mm，外又设有夹套，故宜采用B 型耳式支座。查表，可估支座本体的允许载荷Q=150KN, 故可选一个支座。表 6. 蒸煮锅支座尺寸表高/mm 底板 /mm 筋板 /mm 垫板 /mm 地 脚 螺 栓/mm 质 量/kg H l1 b1 1 s1 l2 b2 2 l3 b3 3 e d 规板 51.8 400 315 230 20 115 380 250 14 500 400 12 60 36 M30 表 7. 蒸煮锅的主要技术参数规格 m3 内 锅 直 径 mm夹 套 直 径 mm电 动 机 功率 kw 减 速 机 型号搅拌转速r.p.m 电 热 功率(kw) 设
25、 计 温 度() 32 3000 3200 37 BLD 37-56A 35-59 21 6 150-350 电加热反应锅由锅体、锅盖、搅拌器、电加热油夹套、支承及传动装置、轴封装置、溢油槽等组成， 并配有电加热棒及测温、 测压仪表。搅拌器采用涡轮式，支座用支承式。套内置热介质汽缸油，由电热棒加热，夹套上开有进、排油、溢油、放空及电热棒、测温等接管孔。夹套外壁焊接支座，锅体下部开有放料口，各零部件均采用 0Cr18Ni9 或者 1Cr18Ni9Ti 不锈耐钢板制。1.8 全自动压滤机全自动压滤机物料滤渣滤液35336.80.00984.81031.6(6 / 60)0.32Pkw名师资料总结
26、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 47 页 - - - - - - - - - 10 依据物料衡算可知：进口物料分析：2()13811.105/m HOkgh24()0.683/m HSOkgh()m BX1 0 0/k gh进过压滤机压滤，过程中压出滤渣中含水有1%， 硫酸损失 5%， 木聚糖损失 0.5%。出口滤液分析：2()13673.0/m HOkgh24()0.6488/m HSOkgh()m BX9 9 . 5/k gh因此小时处理所得的滤液量为：31367
27、3.013.673/1000mVmh设滤饼厚度为 40mm ，1m3滤液所生成的滤饼体积为1.2m3，因此令过滤面积为 Am2，每小时获得滤液313.673/Vmh，则每小时滤饼体积为：AuV，即0.041.213.673A，故一次轮回需要的A=410.19m2， 因此设每小时 6 次轮回，需要 A=68.365m2。根据计算可选设备的型号为：XKZ 自动快开式压滤机表 8. 自动快开式压滤机过滤面积(m2) 滤板数(块) 滤室容积(L) 滤饼厚度(mm) 滤板尺寸LW (mm) 整机尺寸LW H (mm) 整机重量(kg) 100 29 2157 40 2000 1500 5340 2850
28、 4250 32100 1.9 蒸发器1.9.1 选型依据由压滤机滤出的木聚糖原料液为F：224()()Fm HOm HSOm ()BX13673.00.648899.513773/kgh根据生产要求，木聚糖浓缩液含水量1500kg这样可节约乙醇用量，节约成本。即要蒸发掉的水的量为：2()13673.0150012173/m HOkgh。根据上述蒸发量， 可选用三效蒸发器。 每一效的主体为加热室和分离室，由名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 47 页 - -
29、 - - - - - - - 11 压滤机压出的木聚糖滤液由贮液槽经离心泵打入木聚糖滤液加热器交换器，在加热使木聚糖料液温度接近达到99，然后进入蒸发装置的第一效。生蒸汽通入第一效，在第一效中生成的二次蒸汽经过抽取一定量的汽后，送到第二效作加热蒸汽用。第一效中被浓缩的溶液也进入第二效。依此类推， 第二，三效也是如此，在进入下一效作为加热蒸汽。 用真空泵排除不凝性气体， 维持蒸汽冷凝器为负压。各效间的压强降， 使溶液和二次蒸汽能自动流到下一效，蒸汽冷凝器中冷却水和冷凝液的混合物从气压管排出。表 9. 蒸发器技术参数表型号水蒸发量（kg/h）生蒸汽消耗量（kg/h）蒸发温度（）外形尺寸（m）功率（
30、KW）一效二效三效AJZ-12.0 12000 3600 99 76 53 8.5 3.5 16 54 1.9.2 加热管的选择和管数的初步估计管子长度的选择根据溶液结垢的难易程度、溶液的起泡性和厂房的高度等因素来考虑。设计选用外循环式三效蒸发器，管长规格一般有从2560 到 3000mm不等，再根据物料的黏度情况，选择加热管以及板管型号见表10。表 10. 加热选择主要参数管子规格（ mm） 管间距离（mm） 管长（ mm）15CrMoR 型管板厚度（ mm）42354300030因加热管固定在管板上， 管板选择考虑到管板厚所占有的传热面积，以及因焊接所需要每端留出的剩余长度， 则计算理论管
31、子数n时的管长实际可以按以下公式计算： L=（L0-0.1）m=3-0.1=2.9 m 10.1 换热器进口组分：2()1500/m H Okgh，24()0.649/m HSOkgh，()99.5/m BXkgh。物料的温度为 100，现要求经过换热器以后的物料温度为30 ，计算换热名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 47 页 - - - - - - - - - 12 面积。表 11. 各物质的平均比热容如表温度范围3010030100301002580物
32、质H2SO4 H2O BX H2O 平均比容热kJkg K0.827 4.197 1.465 4.187 由pmQq CT 计算热流体放出的热量：Q=0.649 0.827 （10030）1500 4.197 （10030）99.5 1.456 （10030）=4.509 1051kJh= 125.25/kJs125.25K W由于进口热流为水溶液，冷流体也是采用冷水，其传热系数12/ ()KWmC850 1700之间。即采用逆流操作：100308 02 520 5 1212mttttLnt2 05205Ln=10.8mQKAt，则有：mKtAQ21252507.7310.81500m故采用管
33、壳式换热器 (JB/T4714、4715-92)，换热管为19 mm的换热器基本参数（管心距 25mm） 。表 12. 管壳式换热器技术参数表公称直径/NDmm公 称 压 力/NpM pa管程数N 管 子 根数 n 中 心 排管数管 程 流通 面 积/2m换 热 管长度L/mm 计 算 换热 面 积/2m325 6.4 468 11 0.003 2000 7.7 1.11 沉淀罐名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 47 页 - - - - - - - - -
34、 13 1.11.1 BX 沉淀罐所需要的体积由于 m(总)=m(水)+m(乙醇)=1500+1183.5=2683.5kg ，其中321183.595%()41.9%2683.5w C HC HO H，此时混合3936.6/kgm，混合总体积32683.52.86936.6mVm，故选用33m的沉淀罐。1.11.2 BX 沉淀罐所需体积进口物料为：32()923.13/m CHCHOHkgh，2()1304.162/mHOkgh()1 4 . 9 2 5/mB Xk gh，24()0.643/m HSOkgh， 1183.5kg的 95%的乙醇。所以m(总)=3410.792kg。32118
35、3.595%923.13()60.03%3410.792m CHC HO H，此时3891.1/kgm，混合总体积33410.7923.83891.1mVm，故选用36 m的沉淀罐。表 13. 沉淀罐设计参数表设备型号工作温度罐内压力 Mpa 搅拌转速 Kw 设备重量 Kg 容积 m3外型尺寸（ mm）BX 沉淀罐JC 3000 常温 150.09 3 2200 3.0 1400 1750 1400 BX 沉淀罐JC 6000 5 4000 5.0 1600 2000 2700 1.12 离心机1.12.1 选型依据对于无定形，纤维状，絮凝状无聊，由于滤网易被物料堵塞，多采用螺旋沉降离心机。
36、因此我们根据物料特性， 选择螺旋沉降离心机， 并对它的规格进行计算。进口物料分析：m(2HO)=293.264/kghm(24HSO)=0.009/kghm(乙醇)=231.385/kgh名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 47 页 - - - - - - - - - 14 m(BX)=97.261/kgh除此还有其他物料， 由于 BX 在水中呈絮凝状，24HSO甚少，因此可用水和乙醇构成的混合体系进行粗略估算：其中w（乙醇） =231.385231.385
37、293.264=44.10%，在此质量分数下，乙醇和水的密度=9273/kgm。因此总体积流量 G= m=293.264231.385927=0.5663/mh根据查资料可以了解到，螺旋沉降离心机的生产能力见表14。表 14. 螺旋沉降离心机的生产能力主要技术参数表系列LW-200 LW-350 LW-450 生产能力G，3/mh0.51.5 1.54 410 所以，选择型号为 LW-200 的螺旋沉降离心机， 再根据物料出口的产品规格，选择离心机参数，离心机参数见表15。表 15. 卧式螺旋沉降离心机主要技术参数表型号转 鼓 内 径长度（ mm）转 速r/min 分 离因数电 机 功率 KW
38、 机 器 质量 Kg 外形尺寸（mm） 厂家LW-200600-N 200600 5000 2795 7.5 950 15451930774 上 海 化 工机械厂1.13 精馏塔的计算1.13.1 设计依据1、操作压力一般来说，常压精馏最为简单经济， 对于物料无特殊要求应尽量在常压先操作。故我们在设计时采用塔顶压力为常压进行操作。2、进料状态名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 47 页 - - - - - - - - - 15 在设计中，我们根据物料从沉淀罐
39、和离心机出来的物料温度进行计算，物料的大概温度为 25，属于冷液进料。3、加热方式精馏塔通常设置再沸器， 采用间接蒸汽加热， 以提供足够的能量， 而且待分离的物系为乙醇和水的混合物，往往可采用直接蒸汽加热方式，即把蒸汽直接通入塔釜汽化釜液。 这样操作费用和设备费用均可降低。综合考虑， 我们采用间接蒸汽加热的方式。4、热能的利用蒸馏过程的原理是多次进行部分汽化和冷凝，因此热效率很低， 通常进入再沸器的能量仅有5%左右被有效利用。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的，但其位能较低，不可能直接用来做塔釜的热源，但可用做低温热源，供别处使用。或可采用热泵技术， 提高温度后再用于加热釜液。 此外，通过蒸馏系统
40、的合理设置，也可取得节能的效果。1.13.2 设计内容1、进料分析m（乙醇） =2014.95/kghm（2HO）=1333.086/kghm（24HSO）=0.643/kghm（BX）=2.239/kgh其中24HSO和 BX 含量很少， 而且对于物系而言， 它们影响不大， 故在设计中我们就只对乙醇和水的混合物进行计算，即只是计算乙醇水二组分。而且w（乙醇） =2014.952014.951333.086=60.18% 2、计算要求原料乙醇 -水溶液： 60.18%组成（乙醇的质量分数）要求：塔顶产品组成（质量分数） ：92% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
41、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 47 页 - - - - - - - - - 16 塔顶乙醇组分回收率： 90% 3、塔型选择由于产品黏度较小， 流量较大， 为减少造价， 降低生产过程中压降和塔板液面落差的影响，提高生产效率，选择浮阀塔。4、操作条件操作压力：塔顶压强为常压101325Pa 单板压降： 0.7KPa 进料状况： 25 冷液进料加热方式：间接蒸汽加热冷却水进口温度： 251.13.3 塔的工艺计算1、工艺过程（1）物料衡算60.18%FW，92%DW，23()MC H CHO H46/gmol，2()M
42、H O18/gmol23232/()/()(1) /()FfFFWMC H C H O HxWMCH C H O HWMH O60.18 / 460.371660.18 / 4639.82 / 1823232/()/()(1) /()DDDDWMC H C H O HxWMC H C H O HWMH O92 / 460.818292 / 468 / 18232()(1)()FFFmmFMx MCH C HO HxMH O2 0 1 4 . 91 3 3 3 . 0 8 60 . 3 7 1 64 60 . 6 2 8 41 83348.03628.4048117.869/km olh由于DF
43、D xF x，所以0.9117.8690.371648.179/0.8182FDF xDkm olhx名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 47 页 - - - - - - - - - 17 117.86948.17969.69/WFDkm olh由FDWF xD xWx得：117.8690.371648.1790.818269.69FDWF xD xxW0.06286.28%表 16. 物料衡算数据记录F 117.869/km olhFx0.3716 D 4
44、8.179/km olhDx0.8182 W 69.69/km olhWx0.0628由图查得，组成0.3716Fx的乙醇 水溶液泡点温度 80.75。在平均温度为：80.752552.8752 ，由化工原理（第二版，王志魁）的附录查得乙醇 水有关物性为：乙醇的摩尔热容：2.92246134.412/m ACkJK molK乙醇的摩尔汽化潜热：917.14642186.6/ArkJkmol水的摩尔热容：4.2051875.69/m BCkJkm olK水的摩尔汽化潜热：2412.51843425.0/BrkJkm ol比较水和乙醇的摩尔汽化潜热可知，系统满足恒摩尔流的假定， 加料液的平均摩尔热
45、容：134.4120.371675.690.6284mPmAAmBBCCxCx9 7 . 5 1 1/k Jk m o lK加料的平均汽化潜热：42186.60.3716434250.6284AABBrr xr x4 2 9 6 4 . 8 1/k Jk m o l97.5111()1(80.7525)1.1342964.81mPCqTtr（2）最小回流比及操作回流比的确定q 线方程：1.310.3716111.3111.311qqqqqxyxxqq8.6922.858qx做出下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
46、 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 47 页 - - - - - - - - - 18 得 q 线与平衡线的交点为（ 0.3994,0.6135 ）即0.3994ex0 . 6 1 3 5eym inm in0.81820.61350.488810.81820.3994DeDeRxyRxx得min0.9562R过（0.8182,0.8182 ）做平衡线的切线，交Y 轴于（ 0，0.3649）由m inmin0.36491RR得m in0.5746R取最大回流比，故min0.9562R根据min(1.2 2)RR20.95621.9124（3）精馏段和提留段的操作线方程
47、确定精馏段液相流量：1.912448.17992.138/LRDkm olh精馏段汽相流量：(1)2.912448.179140.316/VRDkmolh精馏段操作方程：192.13848.1790.8182140.316140.316nnDnLDyxxxVV10 . 6 5 6 60 . 2 8 0 9nnyx提留段液相流量：92.1381.13117.869225.330/LLqFkm olh提留段汽相流量：225.33069.69155.640/VLWkmolh精馏段操作方程：DFnnDxFxLyxVV2 2 5 . 3 3 04 8 . 1 7 60 . 8 1 8 21 1 7 .
48、8 6 90 . 3 7 1 61 5 5 . 6 4 01 5 5 . 6 4 0nx1.44780.0282nx（4）理论塔板的估算A画图可知，理论塔板数16块B用奥康奈尔法对全塔效率进行估算a由相平衡方程式1(1)xyx可得：(1)(1)y xx y根据乙醇 水体系平衡数据可以查得：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 47 页 - - - - - - - - - 19 10.8182Dyx10 . 8 0 2 0 x（塔顶第一块板）0.6009Fy0
49、. 3 7 1 6Fx（加料板）0.3639Wy0 . 0 6 2 8Wx（塔釜）则有：1111(1)0.8182(0.8021)1.1111(1)0.802(0.81811)Dyxxy(1 )0 . 6 0 0 9 ( 0 . 3 7 1 61 )2 . 5 4 6 1(1 )0 . 3 7 1 6 ( 0 . 6 0 0 91 )FFFFFyxxy(1 )0 . 3 6 3 9 ( 0 . 0 6 2 81 )8 . 5 3 7 5(1 )0 . 0 6 2 8 ( 0 . 3 6 3 91 )WWWWWyxxy平均相对挥发度的求取：331.1112.54618.53752.8905FWD
50、b根据乙醇 水体系的相平衡数据可以差得：塔顶：0.8182Dx7 8 . 1 5Dt塔釜：0.0628Wx9 8 . 7 5Wt塔顶和塔釜的算术平均温度：78.1598.7588.4522DWttt由化工原理（第二版，王志魁）附录查得，在88.45下，32()0.391C H C HO HmPas2()0 . 3 2 0HOm P a根据公式：lglgiix则有0.3716lg 0.3910.6284lg 0.320100.3447 mPasc由奥康奈尔关联式：塔板效率：0.2450.2450.49()0.49(2.89050.3447)0.4904TEd求解实际塔板数：116130.590.