化工原理课程设计甲醇和水.pdf

《化工原理课程设计甲醇和水.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计甲醇和水.pdf（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、武汉工程大学课程设计说明书 1 目 录 摘 要.3 Abstract.3 引 言.1 第 1 章 设计条件与任务.2 1.1 设计条件.2 1.2 设计任务.2 第 2 章 设计方案的确定.3 2.1 操作压力.3 2.2 进料方式.3 2.3 加热方式.3 2.4 热能的利用.3 第 3 章 精馏塔的工艺设计.5 3.1 全塔物料衡算.5 3.1.1 原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数.5 3.1.2 原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量.5 3.1.3 物料衡算进料处理量.5 3.1.4 物料衡算.5 3.2 实际回流比.6 3.2.1 最小回流比及实际回流比确定.6 3.2.2 操作线方程

2、.7 3.2.3 汽、液相热负荷计算.7 3.3 理论塔板数确定.7 3.4 实际塔板数确定.7 3.5 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算.8 3.5.1 操作压力计算.8 3.5.2 操作温度计算.9 3.5.3 平均摩尔质量计算.9 3.5.4 平均密度计算.10 3.5.5 液体平均表面张力计算.11 3.6 精馏塔的塔体工艺尺寸计算.12 3.6.1 塔径计算.12 3.6.2 精馏塔有效高度计算.14 第 4 章 塔板工艺尺寸的计算.15 4.1 精馏段塔板工艺尺寸的计算.15 4.1.1 溢流装置计算.15 4.1.2 塔板设计.16 4.2 提馏段塔板工艺尺寸设计.16 4.2

3、.1 溢流装置计算.16 4.2.2 塔板设计.17 4.3 塔板的流体力学性能的验算.17 4.3.1 精馏段.17 4.3.2 提馏段.19 4.4 板塔的负荷性能图.20 4.4.1 精馏段.20 武汉工程大学课程设计说明书 2 4.4.2 提馏段.22 第 5 章 板式塔的结构.24 5.1 塔体结构.24 5.1.1 塔顶空间.24 5.1.2 塔底空间.24 5.1.3 人孔.24 5.1.4 塔高.24 5.2 塔板结构.25 第 6 章 附属设备.25 6.1 冷凝器.25 6.2 原料预热器.25 第 7 章 接管尺寸的确定.27 7.1 蒸汽接管.27 7.1.1 塔顶蒸汽

4、出料管.27 7.1.2 塔釜进气管.27 7.2 液流管.27 7.2.1 进料管.27 7.2.2 回流管.27 7.2.3 塔釜出料管.27 第 8 章 附属高度确定.29 8.1 筒体.29 8.2 封头.29 8.3 塔顶空间.29 8.4 塔底空间.29 8.5 人孔.29 8.6 支座.29 8.7 塔总体高度.29 第 9 章 设计结果汇总.31 设计小结与体会.33 参考文献.34 武汉工程大学课程设计说明书 3 摘 要 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要我们自己做出决策，即自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要求自己的选择作出论证和核算，经过反复的分

5、析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养提高学生独立工作能力的有益实践。对我们以后的设计方面有很大的帮助。主要任务是:全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定，计算冷凝器的热负荷，计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数，塔径的估算，板式塔的工艺尺寸的计算（溢流装置和塔板的设计计算），流体力学性能的校核（板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液、及液泛），塔板的负荷性能图的绘制（液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液先、液沫夹带线和溢流液泛线），塔的结构确定（塔体结构和塔板结构）附属设备的选型（塔顶冷凝器，塔底再沸器的，原料预热器换热面积）接管尺寸的确定，绘制精馏塔系统工艺

6、流程图和装备图。本次设计的是年处理量为 25000 t.a-1甲醇和水的溶液，采用直接蒸汽加热，泡点进料。进过确定方案计算和核算，得到操作回流比为 1.5，理论塔板数为 10 块，实际板数为 25，塔板效率为42.43%，估算塔径为 800mm，塔的总体高度为 18.19m，堰长为 0.42m，堰高为 0.044m（精）0.0373m（提），筛孔直径为 0.004m，筛孔数目为 2250，板间距 0.40m，塔的操作弹性 1.29（精）1.75（提）。关键词：精馏塔、设计、效率、塔板、人孔、塔间距 武汉工程大学课程设计说明书 4 Abstract Course design is differ

7、ent from the usual operation,the design decisions that need our own,that his identification of programs,select the process,accessing information,carry out the process and equipment calculation and asked to demonstrate their choice and accounting,through repeated analysis comparison,the best option b

8、e selected and reasonable design.Therefore,the curriculum is to train students to work independently to improve the useful practice.The design of our future is very helpful.Main tasks:full tower material balance,operating reflux ratio and theoretical plate number of identified,the condenser heat loa

9、d calculation,calculation of distillation section,stripping section tray efficiency,to determine the actual number of trays,column diameter estimate the size of plate column calculation process(overflow devices and plate design and calculation),Hydrodynamic Performance Verification(plate pressure dr

10、op,liquid level drop,entrainment,weeping,and flooding),tray mapping of the load performance(lower line liquid load,liquid load limit line,leaking first,entrainment flooding line and overflow line),determined the structure of tower(the tower structure and tray configuration)ancillary equipment Select

11、ion(tower condenser,reboiler bottom of the column,the raw material preheater heat transfer area)to determine the size to take over,drawing flow chart of distillation systems and equipment plan.This design is the annual processing capacity of 20000 ta-1 solution of methanol and water,direct steam hea

12、ting,bubble point feed.Been to determine the program computation and accounting,are operating reflux ratio of 1.16,theoretical plate number 15,the actual plate number was 32,tray efficiency was 43.8%,estimate the tower diameter of 700mm,the overall tower height 18.19m,weir length 0.42m,weir height i

13、s 0.044m(fine)0.0373m(mentioned),sieve diameter is 0.004m,the number of mesh 2250,plate spacing 0.40m,Towers operating flexibility 1.29(fine)1.75(mention).Keywords:distillation column,design,efficiency,trays,manholes,tower spacing 武汉工程大学课程设计说明书 1 引 言 在炼油、石油加工、精细化工、食品、医药等部门，塔设备属于使用量大，应用面广的重要单元设备。塔设备广

14、泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热的单元操作中。所以塔设备的研究与设计一直是国内外学者普遍关注的重要课题。塔设备按其结构形式基本上可以分为两类：板式塔和填料塔。板式塔为逐板接触式汽液传质设备，它具有结构简单、安装方便、压降低，操作弹性大，持液量小等优点。同时也有投资费用较高，填料易堵塞等缺点。本设计目的是分离甲醇-水混合液，采用筛板式精馏塔。塔型的选择因素很多，主要有物料性质、操作条件、塔设备的制造安装和维修等。1、与物性有关的因素（1）本设计任务为分离甲醇-水混合物，对于二元混合物的分离，应该使用连续精馏。（2）易起泡的物系在板式塔中有较严重的雾沫夹带现象或引起液泛，应选填料塔。本设计为甲醇

15、和水，可选用板式塔。（3）对于有悬浮物或容易聚合物系的分离，为防止堵塞，宜选用板式塔。2、与操作条件有关的因素（1）对于有侧线进料和出料的工艺过程，选用板式塔为适宜；（2）对于液体喷淋密度极小的工艺过程，若采用填料塔，填料层得不到充分润湿，使其分离效率明显下降，故宜选用板式塔。在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能 R 等直接关系到生产过程的经济问题。本课程设计的主要内容是过

16、程的物料衡算，塔的工艺计算、结构设计和校核。武汉工程大学课程设计说明书 2 第 1 章 设计条件与任务 1.1 设计条件 在常压操作的连续板式精馏塔内分离甲醇-水混合物。塔釜直接蒸汽加热，生产能力和产品的质量要求如下：生产能力：年处理甲醇-水混合液 25000 吨（300 天/年）原 料：甲醇（含 50%质量分数，下同）的常温液体 分离要求：塔顶甲醇含量不低于 99%塔低甲醇含量不高于 2%操作条件：塔顶压力：4kPa(表压)；进料热状态：泡点进料；回流比：自选；单板压降 0.7kPa。建厂地址：武汉 1.2 设计任务 1 全塔物料衡算、操作回流比和理论塔板数的确定。2 计算冷凝器和再沸器热负

17、荷。3 计算精馏段、提馏段的塔板效率，确定实际塔板数。4 估算塔径。5 板式塔的工艺尺寸计算，包括溢流装置与塔板的设计计算。6 塔板的流体力学性能校核，包括板压力降、液面落差、液沫夹带、漏液及液泛的校核。7 绘制塔板的负荷性能图。塔板的负荷性能图由液相负荷下限线、液相负荷上限线、漏液线、液沫夹带线和溢流液泛线确定。8 塔的结构确定，包括塔体结构与塔板结构。塔体结构：塔顶空间，塔底空间，人孔（手孔），支座，封头，塔高等。塔板结构：采用分块式塔板还是整块式塔板。9 塔的附属设备选型,包括塔顶冷凝器、塔底(蒸馏釜的换热面积，原料预热器的换热面积与泵的选型（视情况而定）。10 精馏塔各接管尺寸的确定。

18、11 绘制精馏塔系统工艺流程图。12 绘制精馏塔装配图。13 编写设计说明书。14 计算机要求：编写程序、CAD 绘图等。15 英语要求：撰写英文摘要。16 设计说明书要求：逻辑清楚，层次分明，书写工整，独立完成。武汉工程大学课程设计说明书 3 第 2 章 设计方案的确定 设计方案选定是指确定整个精馏装置的流程、主要设备的结构型式和主要操作条件。所选方案必须：能满足工艺要求，达到指定的产量和质量；操作平稳，易于调节；经济合理；生产安全。在实际的设计问题中，上述四项都必须兼顾考虑。课程设计方案选定所涉及的主要内容有：操作压力，进料状况，加热方式及其热能的利用。2.1 操作压力 精馏可在常压、加压

19、或减压下进行，确定操作压力主要是根据处理物料的性质、技术上的可行性和经济上的合理性来考虑。一般来说，常压精馏最为简单经济，若物料无特殊要求，应尽量在常压下操作。对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压下进行精馏。加压操作可提高平衡温度，有利于塔顶蒸汽冷凝热的利用，或可以使用较便宜的冷却剂，减少冷凝、冷却费用。在相同塔径下，适当提高操作压力还可提高塔的处理能力，但增加塔压，也提高了再沸器的温度，并且相对挥发度也有所下降。对于热敏性和高沸点物料常用减压精馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增大，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以只用较低温位的加热剂。但降低压力也导致塔径增大和塔顶蒸汽冷凝温

20、度的降低，且必须使用抽真空的设备，增加了相应的设备和操作费用。本设计为塔顶压力（表压）4kPa下操作。2.2 进料方式 进料的热状态指进料的 q 值，q 的定义为使每千摩尔进料变成饱和蒸汽所需的热量与每千摩尔进料的汽化潜热之比。进料状态主要有五种：冷进料、泡点进料、气、液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸气进料等。其中泡点进料的操作比较容易控制，并且不受季节气温的影响；另外，泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，在设计和制造时也比较方便。所以本设计操作选择泡点进料,即q=1。2.3 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。若待分离的物系为某种轻组分和水的混合物，往往可采

21、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，只需在塔釜安装鼓泡管，可以省去一个再沸器，并且可以利用压力较低的蒸汽来进行加热，操作费用和设备费用均可降低。但在塔顶轻组分回收率一定时，由于蒸汽冷凝水的稀释作用，使残液轻组分浓度降低，所需的塔板数略有增加。对于某些物系（如酒精水），低浓度时的相对挥发度很大，所增加的塔板数不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。若釜液粘度很大，用间壁式换热器加热困难，此时用直接蒸汽加热可取得良好的效果。2.4 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%左右被有效的利用。所以，蒸馏系统的热能利用问题应值得认

22、真考虑。塔顶蒸汽冷凝放出的热量是大量的，但其能位较低，不可能直接用来作塔釜的热源。但可用作低温热源，或通入废热锅炉，产生低压蒸汽，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，通过蒸馏系统的合理设置，也可取得节能的效果。例如，可采用设置中间再沸器和中间武汉工程大学课程设计说明书 4 冷凝器的流程，因为设置中间再沸器，可利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收温度比塔顶高的热量。武汉工程大学课程设计说明书 5 第 3 章 精馏塔的工艺设计 3.1 全塔物料衡算 3.1.1 原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分数 甲醇（CH3OH）的摩尔质量：kmolkgMA/04.32 水（H2O

23、）的摩尔质量：kmolkgMB/02.18 则各部分的摩尔分数为：9824.0102.1801.004.3299.004.3299.0BDADADDMwMwMwx (3.1)3600.0102.1850.004.3250.004.3250.0BFAFAFFMwMwMwx (3.2)0113.0102.1898.004.3202.004.3202.0BWAWAwWMwMwMwx (3.3)3.1.2 原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量 kmolkgMxMxMkmolkgMxMxMkmolkgMxMxMBWAWWBFAFFBDADD/18.1802.18)0113.01(04.320113.0)

24、1(/07.2302.18)3600.01(04.323600.0)1(/79.3102.18)9824.01(04.329824.0)1()6.3()5.3()4.3(3.1.3 物料衡算进料处理量 hkmolMFF/51.15024300100025000 (3.7)3.1.4 物料衡算 总物料衡算（直接蒸汽加热）：WDSF (3.8)轻组分（甲醇）衡算：WDFWxDxFx （3.9）由恒摩尔流假设得：武汉工程大学课程设计说明书 6 DRDLS)1(（3.10）求解得到：SVRDFLDRSRDFWRxxxxFDWDWF;)1(;3.2 实际回流比 由数据手册查的甲醇-水（101.325kP

25、a）的物系汽液平衡数据如下：表 3.1 常压下的甲醇-水的气液平衡数据 t/x y t/x 100 0 0 75.3 0.4 96.4 0.02 0.134 73.1 0.5 93.5 0.04 0.234 71.2 0.6 91.2 0.06 0.304 69.3 0.7 89.3 0.08 0.365 67.6 0.8 87.7 0.1 0.418 66 0.9 84.4 0.15 0.517 65 0.95 81.7 0.2 0.579 64.5 1 78 0.3 0.665 3.2.1 最小回流比及实际回流比确定 根据 101.325KPa 下，甲醇-水的汽液平衡组成关系绘出甲醇-水

26、x-y 图（见图 3.2），泡点进料，所以 q=1，即 q 为一条直线。此时，Xe=XF=0.5 由上表的内插法求得：705.0ey 8039.03600.0.0714.0714.09824.0mineeeDxyyxR 通过 Excel 软件，算得min(1.2 2)RR下对应的塔板数并作图如下：武汉工程大学课程设计说明书 7 10121416182022241.11.31.51.71.92.1R/RminN 由上图确定 N=10，min1.5RR ,kmol/h21.116;kmol/h06.214;kmol/h21.116;kmol/h06.214;kmol/h69.52VLSWD 3.2

27、.2 操作线方程 （1）精馏段操作线方程：2348.07166.0111nDnnxRxxRRy (3.11)（2）提馏段操作线方程：0337.06713.11nwnnxxswxswy (3.12)3.2.3 汽、液相热负荷计算（1）精馏段：1138.72 kmol/hV(1)72.26 kmol/hLRDRD（2）提馏段：22166.05 kmol/hV72.26 kmol/hLWS 3.3 理论塔板数确定 3.4 实际塔板数确定 武汉工程大学课程设计说明书 8 板效率与塔板结构、操作条件、物质的物理性质及流体力学性质有关，它反应了实际塔板上传质过程进行的程度。板效率可用奥康奈尔公式计算：0.

28、2450.49()(3.12)TLE 注：塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度 L塔顶与塔底平均温度下的液相粘度mPa s（）实际板层数的初步求取 设2.40ET，则 精馏段实际板层数：1542.06 N精 提馏段实际板层数：1042.04 N提 总实际板层数：25NN N提精（）塔板总效率估算 操作压力计算 塔顶操作压力：kPa3.10543.101PPPD表当地 每层塔板压降：0.7kPap 塔顶操作压力：kPa8.122257.0PDwP 操作温度的计算;塔顶温度用内插法，C65.0tD，C105.10tw 平均温度：C85.05105.10)/2(65.0)/2t(ttwDm 相对挥发度的

29、计算：塔顶相对挥发度：46.2)9578.01/()9824.01(9578.0/9824.0)1/()1(/1111xyxyD 塔顶相对挥发度：24.8)0111.01/()0824.01(0111.0/0847.0)1/()1(/2222xyxyw 平均相对挥发度：50.424.846.2WD C85.05mt时，查得smPa4.0L，塔板总效率的估算。根据%43.420.4)0.49(4.5 )0.49(E-0.245-0.245LT，且%1%43.0TTEE，则%43.42E T，15%43.426精N，10%43.424提N，则251015N 3.5 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计

30、算 3.5.1 操作压力计算 武汉工程大学课程设计说明书 9 塔顶操作压力：101.34105.3kPaDP；每层塔板压降：0.7kPaP；操作压力：kPa7.1207.022DFPP 塔顶操作压力：kPa3.10543.101PPPD表当地 塔顶操作压力：kPa8.122257.0PDwP（1）精馏段平均压力 113kPa2)7.1203.105(21FDmPPP（2）提馏段平均压力：123.15kPa2)6.1257.120(22PwPPFm 3.5.2操作温度计算 前面已求得：塔顶温度C78.29tD 进料板的温度：C82.04tF 塔底的温度：C95.34tw（1）精馏段平均温度：C8

31、0.16282.0478.292tm1FDtt（2）提馏段平均温度：C88.69282.0495.342tm2Fwtt 3.5.3平均摩尔质量计算 塔顶平均摩尔质量：0.9578x0.9824,yx11D ol40.78kg/km18.020.8115)-(146.070.81151BDADLDM)M-x(MxM (3.21)kg/kmol25.4118.020.171646.070.82841BDADVDM)M-y(MyM (3.22)进料板平均摩尔质量：kg/kmol07.2718.020.676246.070.32381BFAFVFM)M-y(MyM kg/kmol40.3418.020

32、.414146.070.58591BFAFLFM)M-x(MxM 塔底平均摩尔质量：kg/kmol50.1818.020.982046.070.01801BwAwLWM)M-x(MxM kg/kmol70.2218.020.832446.070.16761BWAWVWM)M-y(MyM (1)精馏段平均摩尔质量：kg/kmol93.332/)07.2778.40(LMM kg/kmol83.372/)40.3425.41(VMM 武汉工程大学课程设计说明书 10 （2）提馏段平均摩尔质量：kg/kmol78.222/)50.1807.27(LMM kg/kmol55.282/)70.2240.

33、34(VMM 3.5.4 平均密度计算 气相平均密度计算：由理想气体状态方程，即 (3.31)mVmVmmP MRT 液相平均密度计算：Lmii1=(3.32)注：i为该物质的质量分数 塔顶平均密度计算：由C65.0tD，查手册得3A744.4kg/m，3Bkg/m973 3LDM759.2kg/m0.083/9730.917/7441/)1(/1BDAD 进料板平均密度计算：由04.822t，查手册得3A737.3kg/m，3Bkg/m969 质量分数：55.002.186762.007.46323.007.463238.0F 3LFMkg/m20.8260.45/9690.55/737.3

34、1/)1(/1BAAA 塔底平均密度计算：由C95.34tw，查手册得3A703kg/m，3Bkg/m960 045.002.189820.007.460180.007.460180.0W 3LWMkg/m46.9440.955/960.0.045/7031/)1(/1BWAW（1）精馏段平均密度：气相:3MVMMVMkg/m46.1)15.27316.80(314.883.37113RTMP 液相:3LFMLDMLM792.7kg/m826.20)/2(759.2)/2(武汉工程大学课程设计说明书 11（2）提馏段平均密度：气相:3MVMMkg/m17.1)15.27369.88(314.8

35、55.2815.123RTMPVM 液相:3LFMLDMLM885.33kg/m944.46)/2826.20()/2(3.5.5 液体平均表面张力计算 对于二元有机物-水溶液表面张力可用下试计算：1/41/41/4 (3.36)msWWsOO 并用下列关联式求出sW,sO 2/32/3lg()1lg()0.411()()(3.37)()();qWOsWsOqsWsOOOWWWWWWWOOOOOWWOOWOWOWOBABQAVQq TVqx Vx Vx Vx Vx Vx VMMVV 注：下标 W 表示水，O 表示有机物；WV表示水的摩尔体积；OV有机物的摩尔体积。(未修改:（1）精馏段平均表面

36、张力：由171.965 Cmt，查表得：17.65mN/mO；63.98mN/mW；33750/;976.62/OWkg mkg m；0.56Ox；10.44WOxx 带入上述公式计算得：121.92mN/mm（2）提 馏 段 平 均 表 面 张 力：由288.488 Cmt，查 表 得：16.27mN/mO；61.00mN/mW；33728/;966.28/OWkg mkg m；0.09Ox；10.91WOxx 带入上述公式计算得：142.59mN/mm)3.5.6 液体平均黏度计算 液体平均黏度计算公式：lglg (3.38)Lmiix 塔顶平均黏度计算：由C65.0tD，查手册得smPa

37、34.0A，smPa46.0B得到：武汉工程大学课程设计说明书 12 466/046.0lg0176.034.0lg9824.0lglglgBBAALDMxx smPa342.0LDM 进料板平均黏度计算：由C78.25tF，查手册得smPa29.0A，smPa37.0B得到：464.037.0lg6924.029.0lg3076.0lglglgBBAALFMxx smPa344.0LFM 塔底平均黏度计算：由C105.1tw，查手册得smPa215.0A，smPa249.0B得到：smPa213.0LWM (1)精馏段液体平均黏度 s0.343mPa0.342)(0.344)/2(LFLDL

38、M (2)提馏段液体平均黏度：s0.279mPa0.213)(0.344)/2(LFLDLM 3.6 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 3.6.1 塔径计算（1）精馏段 精馏段的气、液相体积流率为：/sm837.0142.1360061.2921.11636003.1MLVMSMVV /sm000594.032.802360089.2676.6336003;1MLMSMLL 查史密斯关联图，横坐标为：0188.0)142.132.802(3600837.03600000594.0)(36003600)(212121VLSSVLssVLVL 取板间距 0.45mHT，板上液层高度0.05mLh 则：0.

39、40m0.05-0.45h-HLT 0.0825C20 0841.0)2022(0825.0)20(212120LCCm/s2275.2142.1142.132.8020841.0maxVVLCu 取安全系数为 0.8，则空塔气速为：1.782m/s2.22750.80.8maxuu 武汉工程大学课程设计说明书 13 m773.0782.014.3837.3044uVsD 按标准塔径圆整后为：0.8mD 截塔面积为：222m5024.0480.01415.34DAT 实际空塔气速：smAVsuT/666.15024.0837.0 8.0748.02275.2666.1maxuu（2）提馏段 提

40、馏段的气、液相体积流率为：/sm001337.0624.9003600255.2006.214360031LMLMSMLL/sm8242.09931.0360043.2321.116360032VMVMSMVV 查史密斯关联图，横坐标为：0509.0)9133.0625.900(36008242.03600001337.0)(36003600)(212121VLSSVLssVLVL 取板间距，0.45mHT板上液层高度0.05mLh 则：0.40m0.05-0.45h-HLT 查图得：0.085C20,009654.0)2080.37(0825.0)20(212120LCC m/s03.391

41、33.09133.0625.90009625.0maxVVLCu 取安全系数为 0.6，则空塔气速为：1.641m/s3.300.60.6maxuu m760.0818.114.38242.044uVsD 按标准塔径圆整后为：0.8mD 截塔面积为：222m5024.0480.01415.34DAT 实际空塔气速：smAVsuT/641.15024.08242.0 武汉工程大学课程设计说明书 14 6.0542.003.3641.1maxuu 3.6.2精馏塔有效高度计算 在进料板上方开一个人孔，精馏段开 2 个人孔，高度为 0.6m;塔板有效高度为：12.2m0.631)-(NpZ 武汉工程

42、大学课程设计说明书 15 第 4 章 塔板工艺尺寸的计算 4.1 精馏段塔板工艺尺寸的计算 4.1.1 溢流装置计算 因塔径 D=0.8m，可选用单溢流弓形降液管，采用凹型受液盘。各项计算如下：4.1.1.1 堰长wl 取mDlW48.08.06.06.0 4.1.1.2 溢流堰高度owh 由wLowhhh，选用平直堰，堰上液层高度 m00749.048.03600000594.01100084.2)(100084.23232）（lLEhwhow 取板上清液层高度50mmLh，故m0423.000749.05.00WWhhhL 4.1.1.3 弓形降液管宽度dW和截面积fA 由0.60wlD

43、查弓形降液管参数图得：0.055fTAA；0.11dWD 故2fd0.02512m0.5024 0.05Am,084.08.0105.0W则 验算液体在降液管中停留时间,即：)(503.19360000594.0002512.036003600设计合理sslHAhTf 故降液管设计合理。4.1.1.4 降液管底隙高度0h mmmmhohwhhwhulLhwh006.03.12303.4230mm,0.363m0.006-0.20m,m0177.007.048.0000594.036000000取则 故降液管底隙高度设计合理。武汉工程大学课程设计说明书 16 4.1.2 塔板设计 4.1.2.2

44、 边缘区宽度确定 取人口安定区宽度为mWWss06.0，边缘区宽度为 mW035.0c。4.1.2.3 开孔区面积的计算 开孔区面积aA计算：开孔面积为)sin180(21222arxrxrxA 其中 mWWDxsd256.0)06.0084.0(28.0)(2；mWDrc365.0035.028.02；故：21222am326.0365.0256.0sin180365.01415.3256.0365.0256.02）（A 4.1.2.4 筛孔计算及其排列 本物系无腐蚀性，可选用板厚3mm碳钢板，取筛孔直径,5mmdo 筛孔按正三角形排列，取孔中心距：；mmdto5.1255.25.2 筛孔数

45、目：个2410)105.12(326.0155.1155.1232tAna 开孔率为：开孔率为：；）（）（%5.145.21907.0907.022tdo 精馏段每层板上的开孔面积是：200473.0326.0145.0mAeA 气体通过筛孔的气速为：smAVuS/7.170473.0837.000 4.2 提馏段塔板工艺尺寸设计 4.2.1 溢流装置计算 4.2.1.1 溢流堰高度owh 由wLowhhh，选用平直堰，堰上液层高度：m0132.048.03600001337.01100084.2)(100084.23232）（lLEhwhow 武汉工程大学课程设计说明书 17 取板上清液层高

46、度50mmLh，故m0368.00132.005.00WWhhhL 4.2.1.3 弓形降液管宽度dW和截面积fA 由0.60wlD 查弓形降液管参数图得：0.055fTAA；0.11dWD 故2fd0.02512m0.5024 0.05Am,084.08.0105.0W则 验算液体在降液管中停留时间,即：)(503.19360000594.0002512.036003600设计合理sslHAhTf 故降液管设计合理。4.2.1.4 降液管底隙高度0h mmmhohwhulLhwh006.08.9308.3930mm,0.25m)-(0.20mm0398.007.048.0001337.036

47、00000取 故降液管底隙高度设计合理。4.2.2 塔板设计 与精馏段塔板设计相同，但气体通过筛孔的流速不同：气体通过筛孔的气速：smAVuS/4.170473.08242.000 4.3 塔板的流体力学性能的验算 4.3.1 精馏段 4.3.1.1 塔板压降（1）干板阻力ch计算 2000.051()()(4.8)VcLuhc 由01.33d，查图得00.772c，所以有液柱则m0382.0)32.802142.1()772.073.24(051.02ch。（3）气体通过液层的阻力1h的计算 武汉工程大学课程设计说明书 18 气体通过液层的阻力1h可由下式计算：Lhh1 按面积）（fTAA2

48、计算的气体流速为：;m/s754.102512.05024.0837.0fTsaAAVu 气体能动因子)/(s.mKg874.1142.1754.12121vaauF；查（化工原理（下）P182 图 10-46）充气系数与能动因子关联图得：=0.57，则 液柱）（m0285.0)00769.00423.0(57.01owwLhhhh；（3）液体表面张力阻力计算 液面的表面张力的阻力h可由下式计算：液柱mgdhMLML00224.0005.081.932.80210224430.气体通过每层塔板的液面高度为：液柱m0653.000224.00258.00745.01hhhhhhcfp；气体通过每

49、层塔板的压降为：aaP700P51481.932.8020653.0ghPLp 4.3.1.2 液面落差（忽略液面落差的影响）4.3.1.3 液沫夹带 63.215.7 10()(4.11)aVmTfueHh 2.5 (4.12)fLhh.10kgkg0571.0)125.045.0(22754.1107.5)(107.52.32.332.36气液fTLhHueaV故在本设计中液沫夹带量在允许范围内。4.3.1.4 漏液 0,min0114.4(0.00560.13)(4.13)LLmVmuChh m/s94.8142.132.802)00224.005.013.00056.0(772.04.

50、4min,0u 实际孔速min,0m/s7.17uuo 稳定系数为)0.25.1(98.104.87.17min.0uuKo 故本设计中无明显漏液。4.3.1.5 液泛 为防止发生液泛，降液管内也层高度应满足：()(4.14)dTwHHh 取0.5得到：m246.0)0423.045.0(5.0)(hwHT 武汉工程大学课程设计说明书 19 液柱m00075.007.0153.0)(153.0220uhd)hHm243.000075.005.00653.0WT（液柱dH 故本设计中不发生液泛。4.3.2 提馏段 提馏段计算方法与精馏段相同，验算结果如下：4.3.2.1 塔板压降（1）干板阻力c