板式蒸馏塔化工原理课程设计2.doc

第三章塔的工艺尺寸得计算3.1精馏塔的物料衡算3.1.1摩尔分率乙醇的摩尔质量水的摩尔质量原料液塔顶 塔底产品3.1.2摩尔质量原料液塔顶塔底产品3.1.3物料衡算进料流量全塔物料衡算轻组分馏出液流量釜液流量3.2塔板数的确定3.2.1理论板层数N的求取3.2.1.1 最小回流比及操作回流比计算（1）由x-y相图（1）最小回流比的确定由上图可以看出切点坐标为故（2）由q线与的交线决定查t-x-y相图，泡点为,进料温度为。平均温度当温度是的物性参数如表乙醇水4.243.28462258此时线方程为见下图如图线与平衡线的交点为因为所以取3.2.1.2 图解法求塔板数图（2）理论与塔板数的图解求法由上图可以看出总理论板数N=8(包含再沸器)，精馏段理论板数为5块,其中第6块板为加料板。 3.2.2实际板层数的求取取全塔效率，则有块块3.3精馏塔有关物性数据的计算3.3.1操作压力计算塔顶表压为0Kpa。塔顶操作压力每层塔板压降塔釜压力进料操作压力精馏段平均压力提馏段平均压力3.3.2 操作温度计算利用水乙醇t-x（y）相图可求得、。进料口：=83.0塔顶：=78.0塔釜：=99.3精馏段平均温度提馏段平均温度表5-1乙醇水气、液平衡组成（摩尔）与温度关系温度/液相气相温度/液相气相温度/液相气相1000082.723.3754.4579.357.3268.4195.51.9017.0082.326.0855.8078.7467.6373.8589.07.2138.9181.532.7359.2678.4174.7278.1586.79.6643.7580.739.6561.2278.1589.4389.4385.312.3847.0479.850.7965.6484.116.6150.8979.751.9865.993.3.3 平均摩尔质量计算3.3.3.1 精馏段的平均摩尔质量精馏段平均温度=80.53.3.3.2 提馏段平均摩尔质量提馏段平均温度=91.153.3.4平均密度计算求得在与下乙醇与水的密度。不同温度下乙醇和水的密度见表5-2。表5-2不同温度下乙醇和水的密度温度/温度/8073597195720961.8585730968.6100716958.490724965.33.3.4.1精馏段平均温度=80.5 塔顶 同理所以气相密度：3.3.4.2提馏段平均温度=91.15由公式得所以气相密度：3.3.5液体平均表面张力计算不同温度下乙醇和水的表面张力见表5-3。表5-3乙醇和水不同温度下的表面张力温度/708090100乙醇表面张力/1817.1516.215.2水表面张力/64.362.660.758.83.3.5.1 精馏段液体平均表面张力精馏段平均温度=80.5所以 平均张力 3.3.5.2 提馏段精馏段液体平均表面张力提馏段平均温度=91.15所以 平均张力 3.4精馏塔的塔体工艺尺寸设计3.4.1塔径的计算3.4.1.1精馏段精馏段的气、液相体积流率为式中C由式计算，其中的 由史密斯关联图查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则查图由取安全系数0.8，则空塔气速为3.4.1.2提馏段提馏段的气、液相体积流率为式中C由式计算，其中的 由史密斯关联图查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则查图由取安全系数0.6，则空塔气速为按标准塔径圆整后为D=0.6m按标准塔径圆整后为塔截面积为实际空塔气速为3.5塔板主要工艺尺寸的计算3.5.1溢流装置计算因塔径 D=0.6m，可选用单溢流弓形降液管。各项计算如下：3.5.1.1堰长取3.5.1.2溢流堰高度由选用平直堰，堰上液层高度：，近似取E=1则同理，提馏段的为取板上清液层高度故同理，提馏段的为3.5.1.3弓形降液管宽度和截面积由由弓形降液管的参数图查得，故验算液体在降液管中停留时间为：同理，提馏段的为故降液管设计合理3.5.1.4降液管底隙高度3.5.1.4.1精馏段取3.5.1.4.2提馏段取因为降液管底隙高度一般不小于，为了统一，3.5.2塔板布置3.5.2.1塔板的分块因，故塔板采用整板式。3.5.2.2边缘区宽度确定取，3.5.2.3开孔区面积计算开孔区面积：其中故3.5.2.4浮阀计算及其排列采用重阀厚度2mm的薄板冲制，每阀质量约为33g,型重阀。3.5.2.4.1精馏段取所以3.5.2.4.2提馏段取得3.6浮阀的流体力学验算3.6.1.气相通过浮阀塔板的压强降3.6.1.1精馏段（1）干板阻力（2）气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力：（3）液体表面张力计算液体表面张力所产生的阻力可忽略，故气体通过每层塔板的液柱高度 可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为3.6.1.2提馏段（1）干板阻力（2）气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力：（3）液体表面张力计算液体表面张力所产生的阻力可忽略，故气体通过每层塔板的液柱高度 可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为3.6.2淹塔3.6.2.1精馏段（1）与气体通过塔板的压强降相当的液柱高度（2）液体通过降液管的压头损失（3）板上液层高度取，又以选定，则可见，符合淹塔的要求。3.6.2.2提馏段（1）与气体通过塔板的压强降相当的液柱高度（2）液体通过降液管的压头损失（3）板上液层高度取，又以选定，则可见，符合淹塔的要求。3.6.3雾沫夹带3.6.3.1精馏段泛点率=及泛点率=板上液层流经长度板上液流面积泛点率泛点率所以可知雾沫夹带量能够满足的要求。3.6.3.2提馏段泛点率=及泛点率=板上液层流经长度板上液流面积泛点率泛点率所以可知雾沫夹带量能够满足的要求。3.7 塔板负荷性能图3.7.1精馏段3.7.1.1雾沫夹带线对于水-乙醇物系和已设计出塔板结构，雾沫夹带线可根据雾沫夹带量的上限值所对应的泛点率 (亦为上限值),利用式和便可作出此线。由于塔径较大，所以取泛点率，依上式有整理后得，即为负荷性能图中的线(1)此式便为雾沫夹带的上限线方程，对应一条直线。所以在操作范围内任取两个值便可依式算出相应的。利用两点确定一条直线，便可在负荷性能图中得到雾沫夹带的上限线。 0.0003 0.00108 0.497 0.4843.7.1.2液泛线由式， 联立。即式中,，板上液层静压头降从式知，表示板上液层高度，。所以板上液体表面张力所造成的静压头和液面落差可忽略液体经过降液管的静压头降可用式则式中阀孔气速U0与体积流量有如下关系式中各参数已或已计算出，即；代入上式。整理后便可得与的关系，即此式即为液泛线的方程表达式。在操作范围内任取若干值，依 0.0003 0.0005 0.00108 0.52 0.508 0.475用上述坐标点便可在负荷性能图中绘出液泛线，图中的(2)。3.7.1.3液相负荷上限线为了使降液管中液体所夹带的气泡有足够时间分离出，液体在降液管中停留时间不应小于35s。所以对液体的流量须有一个限制，其最大流量必须保证满足上述条件。由式可知，液体在降液管内最短停留时间为35秒。取为液体在降液管中停留时间的下限，所对应的则为液体的最大流量,即液相负荷上限，于是可得所得到的液相上限线是一条与气相负荷性能无关的竖直线，即负荷性能图中的线(3)。3.7.1.4气体负荷下限线（漏液线）对于F1型重阀，因5时，会发生严重漏液，故取计算相应的气相流量 3.7.1.5液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。、代入的值则可求出为按上式作出的液相负荷下限线是一条与气相流量无关的竖直线，见图中的线(5).精馏段塔板性能负荷图由塔板性能负荷图可以看出：（1） 在任务规定的汽液负荷下的操作点处在适宜操作区内。（2） 塔板的气相负荷上限由雾沫夹带和液泛共同控制，操作下限由漏液控制。（3） 按固定的气液比，塔板的气相负荷上限为0.48，气相负荷下限为0.15543，所以：操作弹性3.7.2提馏段3.7.2.1雾沫夹带线对于水-乙醇物系和已设计出塔板结构，雾沫夹带线可根据雾沫夹带量的上限值所对应的泛点率 (亦为上限值),利用式和便可作出此线。由于塔径较大，所以取泛点率，依上式有整理后得，即为负荷性能图中的线(1)此式便为雾沫夹带的上限线方程，对应一条直线。所以在操作范围内任取两个值便可依式算出相应的。利用两点确定一条直线，便可在负荷性能图中得到雾沫夹带的上限线。 0.0003 0.00108 0.63 0.59 3.7.2.2液泛线由式， 联立。即式中， ，板上液层静压头降 从式知，表示板上液层高度，。所以板上液体表面张力所造成的静压头和液面落差可忽略液体经过降液管的静压头降可用式则式中阀孔气速U0与体积流量有如下关系式中各参数已或已计算出，即;；代入上式。整理后便可得与的关系，即此式即为液泛线的方程表达式。在操作范围内任取若干值，依 0.0003 0.0005 0.00108 0.645 0.63 0.59用上述坐标点便可在负荷性能图中绘出液泛线，图中的(2)。3.7.2.3液相负荷上限线为了使降液管中液体所夹带的气泡有足够时间分离出，液体在降液管中停留时间不应小于35s。所以对液体的流量须有一个限制，其最大流量必须保证满足上述条件。由式可知，液体在降液管内最短停留时间为35秒。取为液体在降液管中停留时间的下限，所对应的则为液体的最大流量,即液相负荷上限，于是可得所得到的液相上限线是一条与气相负荷性能无关的竖直线，即负荷性能图中的线(3)。3.7.2.4气体负荷下限线（漏液线）对于F1型重阀，因5时，会发生严重漏液，故取计算相应的气相流量 3.7.2.5液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。、代入的值则可求出为按上式作出的液相负荷下限线是一条与气相流量无关的竖直线，见图中的线(5).提馏段塔板性能负荷图由塔板性能负荷图可以看出：（1） 在任务规定的汽液负荷下的操作点处在适宜操作区内。（2） 塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。（3） 按固定的气液比，塔板的气相负荷上限为0.52，气相负荷下限为0.15543，所以：操作弹性浮阀塔的相关数据序号项目数值1精馏段平均温度80.52提馏段平均温度91.153精馏段平均压力104.3754提馏段平均压力109.35精馏段气相流量0.000316提馏段气相流量0.000617精馏段液相流量0.2978提馏段液相流量0.3569塔的有效高度Z/m5.9510实际塔板数1711塔径/m0.612板间距/m0.3513溢流形式单溢流14降液管形式弓型15堰长/m0.3616精馏段堰高/m0.053917提馏段堰高/m0.050518板上液层高度/m0.0619精馏段堰上液层高度/m0.0060320提馏段堰上液层高度/m0.0094821精馏段降液管底隙高度/m0.0222提馏段降液管底隙高度/m0.0223弓形降液管的宽度/m0.058824截面积0.01554325安定区宽度/m0.0626边缘区宽度/m0.0327开孔区面积0.171328浮阀直径/m0.03929浮阀数目2930孔中心距/m31开孔率/%32空塔气速33精馏段液体在降液管内停留时间34提馏段液体在降液管内停留时间35液沫夹带/（kg液/kg）36精馏段单板压降/Pa37提馏段单板压降/Pa38精馏段气相负荷上限39提馏段气相负荷上限40精馏段气相负荷下限41提馏段气相负荷下限42精馏段泛点率43提馏段泛点率44精馏段操作弹性45提馏段操作弹性第四章 塔附属设计4.1塔附件设计4.1.1进料管查表，40进料乙醇密度；取取进料管的规格为。4.1.2 回流管回流时，温度，取取回流管规格为。4.1.3塔顶蒸气出料管塔顶的温度为78.0，此时塔顶蒸气密度蒸气体积流量取取回流管规格为。4.1.4 釜液排出管釜底釜底温度为99.3，平均摩尔质量取取此管的规格为。4.1.5塔底进气管取此管的规格为。4.1.6 法兰由于常压操作，所有法兰均采用标准管法兰，平焊法兰，由不同的公称直径，选用相应法兰。进料管接管法兰：PN6DN40 HG 5010回流管接管法兰：PN6DN60 HG 5010塔顶蒸气管法兰：PN6DN500 HG 5010釜液排出管法兰：PN6DN30 HG 50104.2 筒体与封头4.2.1 筒体壁厚选6mm，所用材质为。4.2.2 封头封头分为椭圆形封头、碟形封头等几种，本设计采用椭圆形封头，由公称直径DN=600mm ，查得曲面高度，直边高度，。选用封头DN600*6，JB 1154-73。4.2.3 裙座塔底采用裙座支撑，裙座的结构性能好，连接处产生的局部阻力小，所以它是塔设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒形。由于裙座内径800mm，故裙座壁厚取16mm。基础环内径：基础环外径：圆整：，；基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm；考虑到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直径取M30。4.2.4 人孔人孔是安装或检修人员进出塔的惟一通道，人孔的位置应便于进入任何一层塔板，由于设置人空处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难于达到要求，一般每隔68块塔板才设一个人