乙醇丙醇二元物系筛板精馏塔课程设计报告

化工学院化工原理课程设计题目乙醇—一丙醇二元物系筛板精储塔设计教学院化学与制药工程学院专业班级学生 学生学号 指导教师 计海峰2013年6月21日

课程设计任务书1、设计题目：乙醇---丙醇二元物系筛板精僧塔设计2、工艺操作条件(1)加料量为:(1)加料量为:100kmol/h(2)加料状态： 泡点进料(3)分离要求： 进料组成x=0.429僧出液组成Xa=0.929釜液组成治=0.019(以上均为摩尔分率)加料热状况q=1.0操作压力:常压。=1“打(绝压)，单板压降操作压力:常压。=1“打(绝压)，单板压降＜0.7KPa回流比斤=(L1-2.0)万3、设计任务:(1)完成该精憎塔的工艺设计，包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计计算。(2)画出带控制点的工艺流程图(2号图纸)、精憎塔工艺条件图(2号图纸)。(3)写出该精憎塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 3第一章前言 6精储原理及其在工业生产中应用 6精僧操作对塔设备的要求 6常用板式塔类型及本设计的选型 6本设计所选塔的特性；； 6第二章流程的确定和说明 7设计思路 7精懵方式的选定 7\o"CurrentDocument"操作压力的选取 7\o"CurrentDocument"加料状态的选择 7加热方式 7\o"CurrentDocument"回流比的选择 7塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 7流程说明图 7第三章精储塔的设计计算 8物料衡算 8原料液及塔顶、塔底的平均摩尔质量 9温度计算 9密度计算 10表面力计算 12黏度的求取 13相对挥发度的求取： 13塔板数的确定 14回流比的确定 14汽液负荷计算： 14理论塔层数NT的求取 14实际板数的求取 15精饱塔主要工艺尺寸的设计计算 16气液相体积流量记算 16塔径计算与选择 17溢流装置的计算 19塔板布置 20筛孔计算及其开孔率 20塔总体高度计算 21\o"CurrentDocument"筛板的流体力学计算 22气体通过筛板压降相当的液柱高度 22液面落差 23液沫夹带量的验算 23漏液的盐验算 24液泛的验算 24\o"CurrentDocument"塔板负荷性能图 24液沫夹带线 24液泛线： 27液体负荷上限线 28液相负荷下限线 29漏液线 29塔的接管 30进料管 30回流管 31塔底出料罐 31\o"CurrentDocument"参考文献 33附录（一） 33附录（二）程序 3637\o"CurrentDocument"化工原理课程设计教师评分表 38化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馅是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。精僧操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精懵问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精储设计过程，该设计方法被工程技术人员广的采用。精储设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算一一物料衡算xF=0.429xD=0.929xW=0.019实际塔板数精憎段16块，提僧段17块。工艺参数的选定泡点进料、泡点回流。设笛的结构设计和工艺尺寸的计计算塔高为20.94m,筛孔数目为7643个，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等容。通过对精憎塔的运算，可以得出精馅塔的各种设计如塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是合理的，各种接管尺寸是合理的，以保证精僧过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。关键词：乙期；丙醇；精僧段；提僧段；筛板塔。1.精储塔概述精憎塔(fractionatingcolumn)是进行精憎的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸憎塔，有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精憎塔与间歇精饱塔。关于各种类型塔板的介绍主要的塔板型式有：泡罩塔板；浮阀塔板；筛孔塔板；舌形塔板(斜孔塔板)；网孔塔板；垂直浮阀；多降液管塔板；林德浮阀；无溢流塔板。(1)泡阜塔板泡罩塔板的气体通道是由升气管和泡罩构成的。升气管是泡罩塔区别于其它塔板的主要结构特征。这种结构不仅结构过于复杂，制造成本高，而且气体通道曲折多变、干板压降达、液泛气速低、生产能力小。⑵浮阀塔板浮阀塔板是对泡罩塔板的改进，取消了升气管，在塔板开孔上访设置了浮阀，浮阀可根据气体的流量自行调节开度。气量较小时可避免过多的漏液，气量较大时可使气速不致过高，降低了压降。⑶蹄孔塔板筛孔塔板是最简单的塔板，造价低廉，只要设计合理，其操作弹性是可以满足生产需要的，目前巳成为应用最为广泛的一种板型。⑷舌形塔板舌形塔板是为了防止过量液沫夹带而设计的一种塔型，由舌孔喷出的气流方向近于水平，产生的液滴几乎不具有向上的初速度。同时从舌孔喷出的气流，通过动量传递推动液体流动，降低了板上液层厚度和塔板压降。(5)网孔塔板网孔塔板采用冲有倾斜开孔的薄板制造，具有舌形塔板的特点，并易于加工。(6)垂直浮阀垂直浮阀是在塔板上开有若干直径为100-200mm的大圆孔，孔上设置圆柱形泡罩，泡罩下缘于塔板有一定的间隙，泡罩侧壁开有许多筛孔。气流喷射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度为零，液沫夹带量很小。(7)多降液管塔板在普通浮阀上设置多根降液管以适应大液体量的要求，降液管为悬挂式。(8)林德浮阀林德浮阀是专为直空精憎设计的高效低压降塔板，在整个浮阀上布置一定数量的导向斜孔，并在塔板入口处设置鼓泡促进装置。⑼无泄流塔板无溢流塔板是一种简易塔板，只是一块均匀开有一定缝隙或筛孔的圆形平板，无降液管，结构简单，造价低廉。2.仪器的选用筛板精憎塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的汽液传质设备。它的结构特点是塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板和大孔径筛板两类。工业上以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊场合(如分离难度大、易结焦的物系)。筛板的优点是结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大，气体分散均匀，传质效率较高。合理的设计和适当的操作能满足要求的操作弹性，而且效率高。筛板塔制造维修方便，相同条件下生产能力比泡罩塔高10%—15%,板效率亦约高10%-15%,而每板压力降则低30%左右，适用于直空蒸饱；塔板效率较高，但稍低于浮阀塔。具有较高的操作弹性，但稍低于泡罩塔。其缺点是小孔径筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。笫1章设计方案装置流程的确定蒸憎装置包括精值塔，原料预热器，蒸憎釜（再沸器），冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设。按过程按操作方式的不同，分为朕组整流和间歇蒸储两种流程。连续蒸馅有生产能力大，产品质量稳定等优点,工业生产中以连续蒸僧为主。间歇蒸博具有操作灵活，适应性强等优点，适合于小规模，多品种或多组分物系的初步分离。蒸惚通过物料在塔的多次部分汽化与多次部分冷凝实现分离，热量自塔釜输入，由冷凝器中的冷却质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定装置流程时应考虑余热的利用。譬如，用余料作为塔顶产品（或釜液产品）冷却器的冷却介质，既可以将原料预热，又可以节约冷却质。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵这节送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波动的影响。塔顶冷凝装直可采用全冷凝器，分冷凝器两种不同的设直。甲醇和水不反应，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后回流液和产品温度不高，无需进一步冷却，此次分离也是希望得到甲醇，选用全凝器符合要求。总之，确定流程时要较全面，合理地兼顾设暂，操作费用，操作控制及安全诸因素。操作压力的选择蒸储过程中按操作压力不同，分为常压蒸饱，减压蒸馅和加压蒸僧c一般地，除热明性物系，凡通过常压蒸憎能够实现分离要求，并能用江河水或循环水将饱出物冷凝下来的物系，都能采用常压蒸憎；对敏性物系或者混合物泡点过高的物系，则宜采用减压蒸憎；对常压下饱出物冷凝温度过低的物系，需提高塔压或者采用深井水，冷冻盐水作为冷却剂；而常压下呈气态的物系必须采用加压蒸僧。乙醇和丙醇在常压下就能够分离出来，所以本实验在常压下操作就可以。进料状况的选择进料状况一般有冷液进料，泡点进料。对于冷液进料，当组成一定时，流量一定对分离有利，节省加热费用。采用泡点进料不仅对稳定操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，设计上采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精值段和提憎段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精憎段和提憎段塔径基本相等，制造上较为方便。加热方式的选择加热方式可分为直接蒸汽和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热直接由塔底进入塔。由于重组分是丙醇，故省略加热装置。但在一定的回流比条件下，塔底蒸汽回流液有稀稀作用，使理论板数增加，费用增加。间接蒸汽加热使通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽回流下来的冷液进行传质，其优点是釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数，其缺点是增加加热装置。本设计塔釜采用间接加热蒸汽，塔底产品经冷却后送至储罐。回流比的选择回流方式可分为重力回流和强制回流。对于小型塔，回流冷凝器一般安装在塔顶。其优点是回流冷凝器无需支持结构，其缺点是回流冷凝器回流控制较困难。如果需要较高的塔顶处理或塔板数较多时，回流冷凝器不宜安装在塔顶。因为塔顶冷凝器不易安装，检修和清理。在这种情况下，可采用强制回流，塔顶上蒸汽采用冷凝器冷却以冷回流流入塔中。由于本次设计为小型塔，故采用重力回流。本设计物系属易分离物系，故操作回流比为最小回流比的2倍。第2章工艺计算物料衡算巳知F=100kmol/h,xF=0.429,xD=0・929,xW=0.019乙醇的摩尔质量 MA=46kg/Ionol丙醇的摩尔质量 MB=60kg/kmol原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质,

Mf=XfxMa+(1-Xf)xMb=53.994k/kmoI砺=X。xMa+(1-Xd)xMb=46994kg/kmolMw=XwxMa+(1-Xw)xMb=59.734〃g/kmol物料衡算原料处理，原料液：尸=IQOkjnoJ/h总物料流量衡算：F=D+W易挥发组分：尸・巧r=D-XD+W-Xw联立求解得：W=54.95kmol/hD=45.05kmol/h表2-1物料衡算结果表进料塔顶出料塔底出料平均摩尔质量/（kg/kmol）53.99446.99459.734摩尔分数/%0.4290.9290.019摩尔流量/（kmol/h）10045.0554.95温度（露点）-气相组成关系式:温度-饱和蒸汽压关系式（安托因方程）:乙醇:7.33827一1652.05t+231.7.33827一1652.05t+231.48丙醇:1g%=6.744141375,14193.0+t各层塔板压力计算公式:P=%x匕+/x(1-匕)⑵⑶(4)塔顶：巳知乙醇的气相组成y为产品组成0.929,操作压力为常压，则通过联立（1）、（2）、（3）可求得操作温度及组分饱和蒸汽压；塔底：巳知乙醉组成0.019,操作压力经初步计算为。通过朕立（2）、（3）、（4）并进行迭代可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。（计算过程使用excel软件进行迭代计算）结果如下：Pb=5O.O3kpa塔顶：tD=79.58℃pA=1Pb=5O.O3kpapa=99.25攵ppa=99.25攵p。pii=67.76kpa进料：%=86,89℃ pa=138.623。平均相对挥发度a=丛，根据上文求出的数据可得：Pb塔顶：。。=2.128塔底：a.=2.027进料板：如=2.046平均相对挥发度：。=\/ai)awak=2.067回流比的确定斤.=一九tun最小回流比 兀一X。因为q=1,x=xt=0.429_ax_2.067x、l+(tz-l)x1.067x+lM=0.429 *=0.608⑹,(7)朕立得：Rmin-代入式Rmin-代入式（5）可以求得:0.929-0.608=17930.608-0.429R=2Hmin=2x1.793=3.586取操作回流比热■衡算加热介质的选择常用的介质有饱和水蒸汽和烟道气。饱和水是一种应用最广的加热剂。由于饱和水蒸汽冷凝时的传热系数很高，可以通过改变蒸汽压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温可达100~1000℃,适用于高温加热。烟道气的缺点是比热容及传热系数很低，加热温度控制困难。本设计采用300kPa（温度133.31）的饱和水蒸气作为加热物质。水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。冷却剂的选择常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜地加以选用。本设计建厂地区，夏季最热月份日平均气温为259。

80-70_80—79.583.01—2.883.01—故选用25980-70_80—79.583.01—2.883.01—2.2.3比热容及汽化潜热的计算乙醇丙再比熬容及汽化潜热与温度关系表温度60708090100乙醇汽化热879.17859.32828.05815.79792.52比热容2.762.883.013.143.29丙爵汽化热757.6741.78725.34708.20690.30比热容2.692.792.892.922.96(1)、比热容的计算(根据上表，利用插值法计算)塔顶温度tD下的比热容(79.58r)求得C”,=3.005kj/(kg.k)=138.23KJ/(Kmol.k)同理求得Cp^=173.65KJ/(Kmol.k)C俄=C”•★+G,•(1为)=138.23x0.929+173.65x(l-0.929)=140.744KJ/(Kmol.k)同理分别求得进料温度tF=86.89℃Cp乙醇=142.58KJ/KmoLkCp丙醇=174.64KJ/(Kmol.k)Uc=〃/ "工+ (1--nL)==0.4935血•s2 2塔底温度tW=96.66℃Cp乙醇=149.04(KJ/Kmol.k)Cp丙醇=176.80(KJ/KmoLk)Gw=G/廊•.+J•(1-xw)=149.04x0.019+l76.80x0.981=176.273KJ/(Kmol.k)(2)、汽化潜热的计算(方法与比热熔的算法相同)h=79.58℃h=79.58℃//.能=829.363〃/依八例=726.030ZJ/kgtF=86.89℃质=819.603。/kgy”713.531kJ/kgtw=96.66C/z.w=800.292。/kg%可抵=696.279~/依热量衡算①o9时塔顶上升的热量：Qv,塔顶以0℃为基准(V=(R+\)D=20&600k〃iol/h,L=RD=161549kmol/h)Q、=VCM+ =206.66x(149.177x79.58+829.363x46.13)=10356862.3IkJ//?②回流液的热量：Qr,tD=79.58aC此温度下瓦=140.744kJ/(k〃?o/・Z)Qr=L0。tR=161.549xl40.744x79.58=1809414.634KJ/H③塔顶流出液的热量：Qd因为塔顶流出液与回流液组成相同5=140.744KJ/(Kmol・A)。。=DO7/,=45.05x140.744x79.58=504578.3588k///?④进料的热量：QF Q=FC^h=100x160.886x86.89=1397938.454。/〃⑤塔底残液的热量：。卬 Qw=WC^tw=54.95x176.273x96.66=936268.2225V/h⑥冷凝器消耗的热量：QcQc=Qv-Q«-Q=8042869.31IkJ/h⑦再沸器提供的热量：Q(全塔围列衡算式)塔釜热损失为10%,则供=0.10Q+Q=Q+Q+Q+Qxn再沸器的实际热负荷：0.9Q=Qc+Q”+Qd—Qt=8042869.317+936268.2225+504578.3588-1397938.454=8085777.444H//?计算得QB=8984197.16kJ/h⑧热量衡算计算结果：项目进料冷凝器塔顶溜出液塔底残液再沸器平均比热容KJ/Kinol.k160886—140.744176.273—热量Q/(KJ/h)1397938.4548042869.317504578.3588936268.22258984197.16理论塔板数的计算精慵塔的气、液相负荷L=RD=161.549kmol/hV=(R+1)。=206.600k〃?H///TOC\o"1-5"\h\zZ=L+q/=161.549+1x100=261.549切 力V=y+(t7-l)F=206.600k〃。//〃求操作线方程精情段操作线方程R ]yn*l=——+-一■小,代入数据得：/?+1R+1>+1=0.7819xn+0.2026 (8)精僧段操作线方程TOC\o"1-5"\h\zL W1==上加+-=■加*,代入数据得：V vym+1=1.26597x，〃+0.00505 (9)a=2.067,则相平衡方程为y yx= : = (10)a-(a-l)y2.067-1.067y用逐板法计算理论层板数朕立(8)、(9)、(10)yn-1 xn-1 -xn川+卜？*" xn+1在同一塔板上的计算运用相平衡方程，上下塔板间的计算，运用操作线方程表2-2塔板物料数据层教y值X值备注10.9290.8636塔顶20.87780.766330.80180.661840.72010.554550.63620.458360.56090.3875进料板70.48550.313480.39170.237590.29560.1688100.20860.1131110.13810.0719120.085970.0435130.05000.0248底层塔板140.02630.0129塔釜(4)实际板层数的求取表2-3乙尊、正丙器黏度表物质t/96080100乙期0.6010.4950.361正丙肝0.8990.6190.444精僧段平均温度tl=83.235提馆段平均温度门=93.699精馅段粘度：忆二加上：「2+ ——:士）=0.5064上•sTOC\o"1-5"\h\z2 2提博段粘度：—，乂.+ ,/.右+X,、 --…＞匚=〃4 ~~+〃5（1一 --）==0.4855/nPa-s2 2板效率：精惚段：«=2.087Er=0.49X。2•啊匚=°-49X°吧2.087x0.5109=0.377提憎段：Er=0.49X。2•啊匚=0.4801精值段实际板层数：提僧段实际板层数：全塔所需总板数： （不包括塔底再沸器）V 14-1全塔效率：E=上乂100%= =39.39%r3 33加料板位置在「一=15.23 16块板处0.3939笫3章板式曜翊工2尺寸的H算3.1塔的工艺条件及物性数据计算乙醇和丙博物性数据表3・1液相密度温度70SO90100110pA,kg/m3754.2742.3730.1717.4704.3pB,kg/m3759.6748.7737.5726.1714.2表3-2液体的表面力。温度t,七6080100oA,mN/m20.2518.2816.29oB,mN/m21.2719.4017.50表3-3液体的粘度pL温度t,℃60SO100口1AmPa0.8990.6190.444Hi.bmPa0.6010.4950.3613.L1平均摩尔质・计算塔顶X,=0.929 y口=0.9643•%”=%也+(1-yo)Ms=46.50kg/kmol=xd^a+(1-x,).%=46.992g/kmol进料板x,=0.429yr=0.6083也何=P+(1-y尸)/=5L48ks/kmol必皿=xeM,+(1--yf)M.=53.99kg/kmolX 4/I\ /，力塔釜x,=0.019y,=0.0385也科=丫/八+(1-%)/=59.46kg/kmolM=xM+(1-x)M=59.73kg/kmol精饱段.%1=0.5(.纥叱+ )=48.99kg/kmolMLXl=0.5(H上现+ )=50.49kg/kmol提馆段M=0.5(.1/ +M)=55.47kg/kmol.%二=0,5("ax+"皿)=56.86kg/kmol3.1.2平均密度计算:液相平均密度塔顶分=79.58℃,通过差法:80-70 _80—79.58742.3-754.2-742.3-%80-70 _80—79.58748.7-759.6-748.7-%=Pm=749.2kg/mz1 0.929 0.071 …,3——= + = =/43・3kg/inpD742.8 749.2 ,进料板tr=86.89℃90-80 _90-86.89730.1-742.3-730.1-=Pu=733.9kg/mz90-80 _90-86.89737.5-748.7-737.5-p》=pw=740.9kg/1 0.429 0.571 …z，3—— F =p.=/37.9kg/mp,733.9 740.9 4进料板t.=96.66℃100-90 _100-96.66717.4-730.1-717.4-=717.8kg/m3100-90 _100-96.66726.1-737.5-726.1-p》=729.9kg/m30.019,0.981717.8丁729.9=a：=729.7kg/m3精僧段液相平均密度&"（&m+%x）/2=740.6kg6提饱段液相平均密度=（05+0心）/2=730.8检加气相平均密度塔顶压强："=101・325kPa精饱段：4=101.325+0.7x10=103.325kpa101.325+108.325=104.825Apa提铺段:P,=101.325+0.7X16=112.525kpa八103.325+113.525=110.425kpaPx=110.425kpa有理想状态方程计算，即104.825x48.99104.825x48.99RT8.314x(83.235+273.15)733kg/mz3.L3液相表面力计算塔顶%=79.58℃,用差法有:80-6080-79.58 =28-20.2518.80-6080-79.58 =28-20.2518.28-。四%,=18.32zttV/80-6080-79.58 =40-21.2719.40-。劭。岫=19.44血V/=X/%+(1一巴卜%=18.39mV/m进料板tf=86.89℃:100-8029-18.28100100-8029-18.28100-8050-19.40100-86.8929-o灯100-86.8950-o.%=17・59加V=18.75也¥01rx=%%+(1- =18.25/ziV/m进料板t*=96.66℃:100-80100-96.6616.29-18.28100-80100-96.6616.29-18.28100-8029一%100-96.6650-10.4017.50一%。明=17.59mYrS*=才。3+(1-X)。转=17.57zttV/m精值段平均表面力提值段平均表面力3.1.4精慵塔负荷计算摩尔流量精储段液相流量：P=(k+1M=206.6QQkjnol/h/一%“ 3600pr;:206.6。。x48.99=/一%“ 3600pr;:3600x1.733L=RD=161.549/anoi/hr乙忆］161.549X50.49AAAO13,L,=——包一= =0.0031//s“ 3600比6 3600x740.6L=11.161/hAl提馅段液相流量:L=L+qF=261.549kmol/hV,=V+(q-1)F=206.600kmol/hvV'Mw206.600x55.47 ，…z52—3600pVM：-3600x2.019一•TLM. 261.549x56.86 AAn_3/L,= = =0.00o6m/sJ3600%二 3600x730.8L=20.16m3/h3.2精储塔的塔体工艺尺寸计算塔径的计算4Ply/2=0・0031x3600(740.6y分=00396彳济—1.62x36001.733取板间距HT=0.40m,板上液层高度hL=0.05m,则Ht-hL=0.4-0.05=0.35/2?查史密斯关朕图得C20=0.074C=(喳产=0.074(上更产=0.072-020 20「/"：一夕丫A八-c(740.6-1.733c-/u=Cl-———=0.072J =1.487m/皿V° V1.733取安全系数为0.7,则空塔气速为

/4x1.62V3.14x1.0409=0.7x1.487=1.0409s/s/4x1.62V3.14x1.0409=1.408s按标准塔径圆整后D=l.5mo精储段塔截面积为/1r=—D"=—x(1.5):=1.77m-・ 4 4实际空塔气速为0.92m/s提锚段：%(区产=—20.16_(7368产2=0068V.pv1.57x36002.019取板间距HT=0.40m,板上液层高度hL=0.05m,则Ht-hL=0.4—0.05=0.35/27查史密斯关联图得C20=0.070C=Go(—)02=0.070(a里)°二=0.0685-020 20=0.0685心空匚&=1.3。*V2.019取安全系数为0.7,则空塔气速为u=0.7u=0.7x1.30=0.91m/s=1.48zz?=1.48zz?D=按标准塔径圆整后D=l.5mo精储段塔截面积为/1r=—D"=—x(1.5):=1.77m-4 4实际空塔气速为0.89m/s精储塔有效商度的计算精值段有效高度为Z隔=(Nm-1)%=(16-1)X0.4=6m提馅段有效高度为

z,=(N,一1)%=(17-1)X0.4=6.4m在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8米故精储塔的有效高度为Z=2钻+Z提+0.8=13.2m3.3.塔板的工艺尺寸计算溢流装篁计算塔径D=L5米可选用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。(1)堰长1W4=0.7D=0.7x1.5=1.05/2?[5](2)溢流堰高度hW由hW=hL-hOW,选用平直堰，堰上液层高度%=—E包产由弗朗西斯公式1000乙计算,近似取E=1则则- 2.84 /1L16、今3八c.c-K= X1X( )=0.013/22?6 1000 1.05取板上清液层高度liL=50mm,故hW=hL-hOW=0.05-0.0137=0.363m同理：提锢段(I)堰长1W4=0.7Z?=0.7x1.5=1.05zz?[5](2)溢流堰高度hW由hW=l】L-hOW,选用平直堰，堰上液层高度2.84V3%=——5(—)-3由弗朗西斯公式 1000计算,近似取E=1则则%=—X1X(丝」5)23=002036s6 1000 1.05取板上清液层高度liL=50mm,故hW=hL-hOW=0.05-0.02036=0.2964m/ A(3)弓形降液管宽度d和截面积/

由00=0.7A0.076 也=0.144 DAf=0.076A=0.076x1.77=0.1345-故4. 、Ar--X2?-=l.77mJ4W.=0.14Z?=0.14x1.5=0.210ju0=主士2（3-5）依式Ls 验算液体在降液管中的停留时间,8=36004%二。,1345x0.4=门35s>（5s符合要求）L0.0031Z18=36004%二。-】345x0.4=94Is>（5s符合要求）L.0.0056故降液管设计合理。(4)降液管底隙高度hO,Ls%，取u0'=0.1m/s3600Z40.取u0'=0.1m/s3600Z40.00311.05x0.1=0.0295s同理：提铺段4=0.0533m3.3.2.塔板布・(1)塔的分块因〃=1500皿＞800m,故塔板采用分块式，查表得，塔板分为4块表3-4塔径,mm800-12001400~16001800-20002200-2400塔板分块数3456⑵边缘区宽度确定

"s=%=S°7。，wC=0.04m(3)开孔区面积计算TOC\o"1-5"\h\zA=2(*Jr、―/+上—arcsin—)4 180 rn i5x=_-(%+")=——(0.21—0.07)=0.61sn icz——心=--0.04=0.71m2e2A=2(x>Jr2-x2+:一arcsin4 180=2x(0.61xVo.712-0.612)+“xarcsin”=1.4851180 0.71(3)筛孔计算及其排列本设计选用6=3R碳钢板，取筛孔直径4=53取空中心t为t=34=3x5=15/Z2OT开孔率为气体通过筛孔的气速%=?4=10.80m/sV同理提锚段：%=十4=10.47/27/s筛板的流体力学验算.塔板压降(1)干板阻力々计算开孔率为气体通过筛孔的气速%=?4=10.80m/sV同理提锚段：%=十4=10.47/27/s筛板的流体力学验算.塔板压降(1)干板阻力々计算h=0.051(民尸(2)筛板开孔率＞“15%,干板阻力《由式‘ ,。?计算由45=5/3=L67,查干筛孔的流量系数图得c。=o-7943.4.23.4.2.液面落差故方=0.051X（丝空尸X（土0）=0.0221加夜柱C 0.794 740.6故方=0.051X（丝空尸X（土0）=0.0221加夜柱C 0.794 740.61047 ?O1Q同理提锚段：h=0.051x（山x（二^）=0.0245m液柱, 0.794 730.8（2）气体通过液层的阻力与计算气体通过液层的阻力4可由式：々=网计算4一41.621.77-0.1345=0.9905m/sF°=uajpv=0.9905x-717733=1.3042/（s・。？）查充气系数关朕图得夕=0.62故々=4々=伙4+牝）=0.62x0.05=0.031m液柱同理求得4=0.031（3）液体表面力的阻力％计算4x17.57xIO-740.6x9.81x0.005=0.00193m液柱提…急4x17.91xIO-730.8x9.81x0.005=0.00199s液柱气体通过每层塔板的液柱高度勺可按下式计算，即“=”+也+也h=0.0221+0.031+0.00193=0.05503m液柱士士p aA=0.0245+0.031+0.00199=0.05749加夜柱三二^「 o气体通过每层塔板的压降为△与=hp§pzM=hpgpL=0.05503x9.81x740.8=399.81P3<0.7kpa（设计允许值）提铺段：寸?=hpgp[=0.05749x9.81x730.8=412.15pa<0.7kpa3.4.53.4.5.液泛对于〃<16005的筛板塔,液面落差很小，可忽略液面落差的影响。本设计的〃=1500碗<1600碗,故液面落差可忽略不计。3.4.3.液沫夹带e_5。7X10-6（匕）&2液沫夹带量由式’ 4%一与计算hf=2.5&=2.5x0.05=0.125m5.7xIO-6z0.9905 4「八 、力/,q 八一、永/,m故d= x（ ） =0.01964g液/kg\<0.lAg液Ikg'17.57xIO-o.40-0.1255.7x10-6 / 0.9599淄-八八，〜，、力/,一八,,、水/,一e= x（ 户一=0.0174As液/k代<0.Ikg^/kg%v17.91x10-3o.4O-0.125故本设计液沫夹带量在允许围3.4.4.漏液对于筛板，漏液点气速可由式：％&=■4%I"0°56+0.134-4）旦/P『计算=4.4qJ（0.0056+0.13也一也）巧/p『=4.4x0.794x7（0-0056+0.13x0.05-0.00193）x740.6/1.733=5.2Sa/s实际孔速 4=10.80s/s>%5稳定系数为 k=工="胃=2.0501.5）628提铺段：对于筛板，漏液点气速可由式：％&="4。。0°56+0.131一4）二/Py计算k=4.4-J（0.0056+0.13々一包）巧/月.=4.4x0.794xV（0.0056+0.13x0.05-0.00199）x730.8/2.019=5.14zz?/s实际孔速4=10.47/z?/s>u0oiR稳定系数为k==少i=2.0401.5）

为防止塔发生液泛，降液管液层高度””应服从式/-0(%+”的关系苯一一甲苯物系属一般物系，取"=65则叭H：+%)=0・5x(0.40+0.0363)=0.21815。―H4=h+方，+瓦瓦=0.153x(&>=0.0.153x0.100=0.00153加夜柱a UHd=0.05503+0.05+0.00153=0.10656加夜柱H.<0(%+H.)故在本设计中不会发生液泛现象.同理测得提镯段%-双%+故在本设计中不会发生液泛现象.塔板负荷性能图.漏液线由%出=4・4% 0056+0.13也一4）劣/P,V=一.3皿 44=4+%2.48

2.48

WOO5(y-)=得：L=4.4cH{().。。而+ 刃-hg/0=4.4x0.794x0.1499xJo.0056+0.13x0.0363+x1x(沏叱户一0.00193xV 1000 1.05 1.733f J -J整理得=4.88^0.03585+0.3588Z；3提曲段：匕加口=4.88^0.02701+0.3038£;3在操作围，任取几个值，依上式计算值结果列于表中3.5.33.5.3.液相负荷下限Lsym3/sO.OOO10.010O.OO1O0.040匕，炉/s0.9331.1180.9691.361匕，1/S0.8050.9890.8451.22由上表数据即可作出漏液线1.液沫夹带线以吟=o1靖液一气为限，求匕-4关系如下:TOC\o"1-5"\h\zc_5・7X10-6( 4产2， *ifV V由u= = =0.61F& 4一4L77-0.1345 5也=2.54=2,5a1r+Ar)h=0.0363V故4=0.09075+1.614Z；35.7xIO"( 0.6IK 、3.Ae= ( r-=0r17.57X10-3o.4-0.09075—1.614Z213J整理得匕=3.039-15.8614'3提铺段：匕=1.998-9.239g3在操作围，任取几个值，依上式计算值结果列于表中Ls>2273/S0.00300.0100.00100.020V.,1/s.2.7092.3032.881.870V.,1/s.1.8061.5691.9061.317由上表数据即可作出液沫夹带线2对于平直堰，取堰上液层高度%二0,0°6卬作为最小液体负荷标准,由式2.48用3600”1000 1=0.006取E=l,则4=0.000895//s(0.006x10004=0.000895//sF84 3600=0.0008951/s(0.006x=0.0008951/s2^84 3600由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷下限3.液相负荷上限线以夕=4s作为液体在降液管中停留时间的下限，由式=40.0125/Z23/s由此可做出与气体流量无关的垂直液相负荷上限4液泛线令%=0(%+%)由也=%+乩+/；4=瓦+h：+年；々=。%；瓦=々+%朕立得一月一1）%=（夕+1）方”+hr+h,+h忽略”,将'%与4,也与4,4与匕的关系带入上式，并整理得aV；=b-cEs-a=2(勺式中 Pib=(pH；+ —l)h.c=0.153/Q/J

d=2.84xIO-爪i+夕)(图5过3r*=0.5,/?=0.61及有关的数据代入得:=0.00842一理—x(0)(0.1499x0.794)2 =0.00842b=0.5x0.40+(0.5-0.61-1)x0.0363=0.160二^0.153

0.153

(1.05x0.05)2=159.466d=2.84xKT?x1x(1+0.61)x(图％3=L0391.05故 0.0084若=0.160-159.460Z/-1.039Z；3V；=19.00-18938.244-123.39Z；3同理提铺段：V；=16.79-4911.424-1。丑46例§在操作围，任取几个值，依上式计算结果列于表中Lsjn^/sO.OOO1O.OO1O0.0030O.OO4OV,W3/518.73317.74716.41615.587Vs,/H3/516.56415.74014.57314.079由上表数据即可作出液泛线5负荷性能图及操作弹性根据以上各线方程，可做出筛板塔的负荷性能图如图所示

在负荷性能图上，作出操作点，连接，即作出操作线.由图可知故操作弹性为:匕.皿 2.38 = =□.95匕0.4外=*=5.82同理可算出提留段：咚i °-413.6板式塔的结构塔体结构出气口回波口进料口进气口出液口(1)塔顶空间出气口回波口进料口进气口出液口指塔是上层塔极与塔顶的间距。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距，设计常取塔顶间距为(1.5~2.0)HT。若需要安装除沫器时，要根据除沫器的安装要求确定塔顶间距。⑵塔底空间指塔是下层培板到塔底间距。其值由如下因素决定：①塔底储液空间依储存液量停留3~8min(易结焦物料可缩短停留时间)而定；②再流器的安装方式及安装高度；③塔底液面至最下层塔板之间要留有1~2m的间距0(3)人孔对于D>1000mm的板式塔，为安装、检修的需要，一般每隔6~8层塔板设一人孔。人孔直径一般为450mm~600mm,其伸出塔体的筒体长为200~250mm,人孔中心距操作平台约800~1200mm。设人孔处的板间距应等于或大于600mm。⑷塔高板式塔的塔高如图所示。可按下式计算，即H=(n-nF-nP-l)HT+nFHF+nPHP+HD+HB+H1+H2式中H——塔高，m；n——实际塔板数；nF一进料板数；HF一进料板处板间距，m；np——人孔数；HB——塔底空间高度，m；HP——设人孔处的板间距，m；HD——塔顶空间高度，m；Hl——封头高度，m；H2——褶座高度mo塔总体高度计算塔体总高度利用下式计算：H=(n-nF-no-l)HT+nBHF+npHp+HD+HB+Ht+H.(1)塔顶封头封头分为椭圆形、蝶形封头等几种，本设计采用椭圆形封头。由公称直径DN=1500mm,查化工原理课程设计附录2得，曲面高度hl=400mm直边高度h2=40mm表面积A=2.976m2，容积V=0.6166m3。则封头高度Hl=hl+h2=440+40=0.44m(2)塔顶空间设计中取塔Ha=2*H:=2x0,4=0,Sm顶间距考虑到需要安装除沫器，所以选取塔顶空间1.2m。(3)塔底空间塔底空间高度Hb是指从塔底最下一层塔板到塔底封头的底边处的距离，取釜液停留时间为5min,取塔底液面至最下一层塔板间距离为L5m。则：*60)/AT+1.5=(5*60*0.0056)/1.77+1.5m=2.1007m⑷人孔对D之lOOOn皿的板式塔，为安装、检修的需要，一般每隔6—8块塔板设一个人孔，本塔具有33块塔板，需设置4个人孔，每个人孔直径为450mm,在设置人孔处板间距H?=600mm 。(5)进料处板间距考虑在进口处安装防冲设施，取进料板处板间距H,=800mmo.(6)裙座塔底常用裙座支撑，本设计采用圆筒形裙座；由于裙座径＞800mm,故裙座壁厚取16mm.基础环径：%=(1500+2x16)-(0.6—0.2)x103=1132血基础环外径：4c=(1500+2x16)-(0.2—0.6)x103=19323圆整后：Z?fc.=1200mm,Z?to=2000/n®考虑到再沸器，取裙高出=3m。塔体总高度：H=(n-n,-np-1)H.+n-HF+npHp+ +H+=(33-1-5-1)x0.4+1x0.80+5x0.6+1.2+2.1007+0.44+3=20.94m第4章 辅助设备及选型4.1精储塔的附属设备精储塔的附属设暂包括蒸气冷凝器、产品冷却器、再沸器（蒸僧釜）、原料预热器等，可根据有关教材或化工手册进行选型与设计。以下着重介绍再沸器（蒸饱釜）和冷凝器的型式和特点，具体设计计算过程从略。（1）再沸器（蒸饱釜）该装置的作用是加热塔底料液使之部分气化，以提供精储塔的上升气流。工业上常用的再沸器（蒸僧釜）有：直式再沸器、釜式（罐式）再沸器、虹吸式再沸器、强制循环式再沸器等几种，详见第2章换热器设计部分。应予指出，再沸器的传热面积是决定塔操作弹性的主要因素之一，故估算其传热面积时安全系数要选大一些,以防塔底蒸发量不足影晌操作。（2）塔顶回流冷凝器塔顶回流冷凝器通常采用管壳式换热器，有卧式、立式、管或管外冷凝等形式。按冷凝器与塔的相对位置区分，有以下几类。①整体式及自流式将冷凝器直接安置于塔顶，冷凝液藉重力回流入塔，此即整体式冷凝器，又称回流式，如图3-21（a）、（b）所示。其优点是蒸气压降较小，节省安装面积，可藉改变升气管或塔板位置调节位差以保证回流与采出所需的压头。缺点是塔顶结构复杂，维修不便，且回流比难于精确控制。该方式常用于以下几种情况：①传热面较小（例如50m2以下）；②冷凝液难以用泵输送或泵送有危险的场合；③减压蒸憎过程。图3-21（c）所示为自流式冷凝器，即将冷凝器直于塔顶附近的台架上，靠改变台架高度获得回流和采出所需的位差。②强制循环式当塔的处理量很大或塔板数很多时，若回流冷凝器置于塔顶将造成安装、检修等诸多不便，且造价高，可将冷凝器置于塔下部适当位置，用泵向塔顶输送回流，在冷凝器和泵之间需设回流罐，即为强制循环式。图3-21（d）所示为冷凝器置于回流罐之上，回流罐的位置应保证其中液面与泵入口间之位差大于泵的气蚀余量，若罐液温接近沸点时，应使罐液面比泵入口高出3m以上。图3-21（e）所示为将回流罐置于

冷凝器的上部，冷凝器直于地面，冷凝液藉压差流入回流罐中，这样可减少台架，且便于维修，主要用于常压或加压蒸僧。回流冷凝器的工艺计算步骤如下：①按工艺要求决定冷凝器的热负荷QR,选择冷却剂、冷却剂进出口温度并计算冷却剂用量；②初估设备尺寸，由平均温度Ctm和总传热系数K的经验数据，计算所需的传热面积A,并由此选择标准型号的冷凝器，或自行设计；③复核传热面积，对巳逸型号或自行设计的设备，核算实际上的总传热系数K和实际所需的传热面积；④决定安装尺寸，估计各管线长度及阻力损失，以决定冷凝器底部与回流液入口之间的高度差HR.需要注意的是，由于冷凝器常用于精憎过程，考虑到精储塔操作常需要调整回流比，同时还可能兼有调节塔压的作用，故应适当加大其传热面积的裕度。按经验，其面积裕度应在30%左右。4.2精储塔的接管(1)塔顶蒸气出口管的直径dv操作压力为常压，蒸汽管中常用流速为u=12-20m/s,取'=20/274=所以所以有4x0.4=所以所以有4x0.00039-7X1.6=0.0177/z?=17.7/nm4x145 ：一=0.3039勿=303.9mm乃x20查标准系列选取CP325X10规格的热轧无缝钢管。(2)回流管的直径dR由于塔顶冷凝器安装在塔顶平台，回流液靠重力自留入塔，本设计取々==0.000391/sVD_22,76x46.283600=0.000391/s查标准系列选取CP18X3.5规格的热轧无缝钢管。⑶进料管的直径dF进料管得结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T形进料管。本设计采用直管进料管。管径计算如下:本设计采用泵输送料液，料液速度可取uF=L5-2.5m/s,本设计取叩=L

凡尸=798.8kg.nTz=W0x5L^=00()1Ws’3600夕b 3600x734.7所以d=IS=I4x0-00196=0.0395s=39.5即'忸/V3.141x1.6查标准系列选取cp42x4规格的热轧无缝钢管。⑷塔底出料管的直径dW一般可采用塔底出料管的流速uW,本设计取今二0,6sspv=730.3kg-zz?-3u_叫_77.24x59.51_c7K/布36000, 3600x730.3dr=二*鼠二°-0609s=60.9"查标准系列选取370X3规格的热轧无缝钢管。⑸塔底蒸汽的直径d\『一般可采用塔底出料管的流速uV=20-25m/s,本设计取4=23/774x137 ：一=0.275m=275mm万x23查标准系列选取cp325x10规格的热轧无缝钢管。本章符号说明

英文字母Aa——塔板开孔区面积，m2；M——降液管截面积，m2；A0 筛孔总面积，m2;AT——塔截面积，m2;CO——流量系数，无因次；C 计算umax时的负荷系数，m/s；Cs 气相负荷因子，m/s；dO——筛孔直径，m；D——