化工原理課程設計---乙醇水浮閥塔精餾工藝設計

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　設計題目 乙醇-水浮閥塔精餾工藝設計</p><p>　　化工原理課程設計任務書</p><p>　　設計題目：板式精餾塔設計</p><p>　　設計任務：年處理 1.15萬 噸乙醇--水溶液系統</p><p>

2、　　料液含乙醇 27.2wt% ，餾出液含乙醇不少于94 wt%，殘液含乙醇不大于0.05 wt%</p><p><b>　　操作條件：</b></p><p>　　泡點進料，回流比R= 1.5 Rmin。</p><p>　　塔釜加熱蒸汽壓力：間接0.2 MPa（表壓），直接0.1 MPa（絕壓）。</p><

3、p>　　塔頂全凝器冷卻水進口溫度20℃，出口溫度50 ℃。</p><p>　　常壓操作。年工作日300~320 d，每天工作24 h。</p><p>　　設備形式（篩板塔、浮閥塔、泡罩塔等）自選。</p><p><b>　　安裝地點：合肥</b></p><p><b>　　任務來源：合肥酒廠<

4、;/b></p><p><b>　　設計主要內容：</b></p><p>　　工藝流程的確定，塔和塔板的工藝尺寸計算，塔板的流體力學驗算及負荷性能圖，輔助設備的計算與選型，主體設備的機械設計。</p><p>　　關鍵詞： 浮閥塔 乙醇 設計</p><p>　　乙醇——水浮閥塔精餾工藝設計<

5、/p><p>　　摘要：本設計是以浮閥塔為精餾設備分離乙醇—水混合溶液。先找出乙醇和水的有關數據，以此利用Autocad作圖求出最小回流比2.223和理論塔板數25.7塊，然后對塔和塔板的工藝尺寸進行計算，確定了塔高為32.07m，塔徑1.8m。對塔的流體力學進行驗證后，符合浮閥塔的操作性能。經過對塔設備的強度計算，壁厚12mm，滿足設計要求。</p><p>　　關鍵詞： 浮閥塔 乙醇

6、 設計</p><p><b>　　英文摘要</b></p><p>　　Abstract: In this design,the float vavle tower was used to distill and separate the ehanol—water solution. Firstly, the essential data of water a

7、nd ehanol was found, and the minimum reflux ratio 2.223 and the theoretical plate number 25.7 was obtained through the diagram drawed by the software Autocad. After calculating the size of the tower and plate ,the diamet

8、er of the tower and the height of the tower was determined,and the result was 1.8 m and 32.07 m, respectively. At last, according to th</p><p>　　Keywords: float vavle tower ehanol design </p&

9、gt;<p>　　目 錄 </p><p>　　化工原理課程設計任務書3</p><p><b>　　摘要4</b></p><p>　　一、設計任務及方案簡介10</p><p>　　1.1 設計任務10</p><p>　　1.2 設計方案論證及確

10、定10</p><p>　　二、工藝流程草圖及說明12</p><p>　　2.1.1 工藝草圖12</p><p>　　2.2 工藝流程說明12</p><p>　　三、精餾塔工藝的設計及計算13</p><p>　　3.1 塔的物料衡算：13</p><p>　　3.1.1 液料

11、及塔頂，塔底產品含乙醇摩爾分數13</p><p>　　3.1.2平均摩爾質量13</p><p>　　3.1.3 物料衡算13</p><p>　　3.2 塔板數的確定：14</p><p>　　3.2.1 理論塔板數的求取15</p><p>　　3.2.2．求最小回流比及操作回流比R16</p&

12、gt;<p>　　3.2.3 求理論塔板數16</p><p>　　3.3 塔的平均溫度:17</p><p><b>　　3.4 密度17</b></p><p>　　3.4.1 精餾段17</p><p>　　3.4.2 提餾段18</p><p>　　3.4.3 不同

13、溫度下乙醇和水的密度18</p><p>　　3.5 混合物的粘度19</p><p>　　3.6 相對揮發(fā)度19</p><p>　　3.6.1 精餾段揮發(fā)度19</p><p>　　3.6.2 提餾段揮發(fā)度19</p><p>　　3.7 氣液相體積流量計算20</p><p>

14、　　3.7.1 精餾段20</p><p>　　3.7.2 提餾段20</p><p>　　3.8 混合溶液表面張力20</p><p>　　v3.8.1 精餾段21</p><p>　　3.8.2 提餾段22</p><p>　　3.9 全塔效率及實際塔板數22</p><p>

15、;　　四、工藝計算及主體設備的設計23</p><p>　　4.1 管徑的初步設計23</p><p>　　4.1.1精餾段24</p><p>　　4.1.2 提餾段25</p><p>　　4.2 溢流裝置25</p><p>　　4.2.1 堰長25</p><p>　　4.2

16、.2 方形降液管的寬度和橫截面26</p><p>　　4.2.3 降液管底隙高度26</p><p>　　4.3 塔板分布及浮閥數目及排列26</p><p>　　4.3.1 塔板分布26</p><p>　　4.3.2 浮閥數目與排列26</p><p>　　4.4 塔板的流體力學計算29</p&

17、gt;<p>　　4.4.1 氣相通過浮閥塔板的壓降29</p><p><b>　　4.5 淹塔30</b></p><p>　　4.5.1 精餾度30</p><p>　　4.5.2 提餾段30</p><p>　　4.6 物沫夾帶31</p><p>　　4.6.1

18、精餾段31</p><p>　　4.6.2 提餾段31</p><p>　　4.7塔板負荷性能圖32</p><p>　　4.7.1 物沫夾帶線32</p><p>　　4.7.2 液泛線32</p><p>　　4.8 液相負荷上限33</p><p>　　4.9 液漏線33&l

19、t;/p><p>　　4.10 液相負荷下限性34</p><p>　　五、塔的附屬設備選型及校核35</p><p><b>　　5.1 接管35</b></p><p>　　5.1.1 進料管35</p><p>　　5.1.2 回流管36</p><p>　　5

20、.1.3 塔釜出料管36</p><p>　　5.1.4 塔頂蒸汽出料管37</p><p>　　5.1.5 塔釜進氣管37</p><p>　　5.1.6 法蘭37</p><p>　　5.2 筒體與封頭38</p><p>　　5.2.1 筒體38</p><p>　　5.2.2

21、 封頭39</p><p>　　5.3 除沫器39</p><p><b>　　5.4 裙座39</b></p><p><b>　　5.5吊柱40</b></p><p><b>　　5.6人孔40</b></p><p>　　5.7 塔總體

22、高度的計算40</p><p>　　5.7.1 塔的頂部空間高度40</p><p>　　5.7.2 塔的底部空間高度40</p><p>　　5.7.3 塔立體高度40</p><p>　　5.8 附屬設備設計41</p><p>　　5.8.1 冷凝器的選擇41</p><p>

23、　　5.8.2 再沸器的選擇41</p><p>　　六、 塔的各項指標校驗42</p><p>　　6.1 風載荷及風彎矩42</p><p>　　6.1.1 風載荷42</p><p>　　6.2 風彎矩42</p><p>　　6.3 離心泵選型43</p><p>　　6.4

24、 塔體的強度和穩(wěn)定性校核44</p><p>　　6.4.1 塔底危險截面1-1軸向應力計算44</p><p>　　6.5 質量載荷44</p><p>　　6.6 塔底抗壓強度校核45</p><p>　　6.6.1 塔底1-1截面抗壓強度及軸向穩(wěn)定性校核45</p><p>　　6.7 裙座的強度及穩(wěn)定

25、性校核45</p><p>　　裙座底部0-0截面的軸向應力計算45</p><p>　　6.8 焊縫強度46</p><p>　　6.9.1 水壓試驗時，塔體1-1截面的強度條件46</p><p>　　6.9.2水壓試驗時裙裾底部1-1截面的強度和穩(wěn)定性驗算47</p><p>　　七、設計結果概要及匯總

26、47</p><p>　　7.1 全塔工藝設計結果總匯47</p><p>　　7.2 主要符號說明50</p><p><b>　　八、總結52</b></p><p><b>　　8.1 總結52</b></p><p><b>　　8.2 心得53

27、</b></p><p>　　九、主要參考文獻54</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　本設計書介紹的是浮閥塔精餾的設計，其中包括設計方案的確定、塔主要設備的工藝設計計算、輔助設備的選型、工藝流程圖及草圖及說明、設計結果概要及一覽表等幾大內容。</p><p>　　本設計主要用于分

28、離酒精和水的混合物，利用浮閥塔將其進行精餾分離。精餾所進行的是精餾所進行的是氣、液兩相之間的傳質，而作為氣、液兩相傳質所用的塔設備，首先必須要能使氣、液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質效率。</p><p>　　在本設計過程中，嚴格按照常用數據算圖，化工設備常用材料性能以及化工圖例國標規(guī)定進行設計，同時查閱了大量的有關資料。每一步的計算都嚴格按照《化工原理課程設計》一書中的公式進行計算，并經過核對與驗算，總體

29、來說有一定的合理性。</p><p>　　由于本組所有成員能力水平有限，設計書中難免會存在不完善的地方，在此，誠懇地希望老師批評改正，讓我們能更進一步的努力。</p><p>　　一、設計任務及方案簡介</p><p><b>　　1.1 設計任務</b></p><p>　　1.1.1 設計題目：年處理11.5萬噸乙

30、醇—水溶液系統</p><p>　　1.1.2 設計條件：液料含乙醇27.2wt%，餾出液含乙醇不少于94wt%,殘液含乙醇不大于0.05wt%。</p><p>　　1.1.3 操作條件：</p><p>　?。?）泡點進料，回流比。</p><p>　?。?）塔釜加熱蒸汽壓力，間接0.2Mpa（表壓），直接0.1Mpa（絕壓）。<

31、/p><p>　?。?）塔頂全凝器冷卻水進口溫度20°C，出口溫度50°C。</p><p>　?。?）常壓操作，年工作日300d，每天工作24h。</p><p>　?。?）設備形式：浮閥塔</p><p><b>　　安裝地點：合肥</b></p><p><b>　

32、　任務來源：合肥酒廠</b></p><p><b>　　設計主要內容：</b></p><p>　　工藝流程的確定，塔和塔板的工藝尺寸計算，塔板的流體力學驗算及負荷性能圖，輔助設備的計算和選型，主體設備的機械設計。</p><p>　　1.2 設計方案論證及確定</p><p>　　1.2.1 生產時日及

33、處理量的選擇：設計要求塔年處理11.5萬噸乙醇—水溶液系統，年工作日300d，每天工作24h。</p><p>　　1.2.2 選擇用板式塔不用填料塔的原因：因為精餾塔精餾塔對塔設備的要求大致如下： </p><p>　?。?）生產能力大：即單位塔截面大的氣液相流率，不會產生液泛等不正常流動。 </p><p>　?。?）效率高：氣液兩相在塔內保持充分的密切接觸，具

34、有較高的塔板效率或傳質效率。 </p><p>　　（3）流體阻力?。毫黧w通過塔設備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。 </p><p>　?。?）有一定的操作彈性：當氣液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常的流動，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。 </p><p>　?。?）結構簡單，造價低，安裝檢修方便。 </p>

35、<p>　?。?）能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。</p><p><b>　　故選用板式塔。</b></p><p>　　1.2.3 板式精餾塔選擇浮閥塔的原因：</p><p>　?。?）生產能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 <

36、/p><p>　?。?）操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 </p><p>　?。?）塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 </p><p>　?。?）氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 &

37、lt;/p><p>　?。?）塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30。 </p><p>　　1.2.4 選擇泡點進料的原因：在供熱量一定的情況下，熱量應盡可能從塔底輸入，使產生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用。為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫影響，精、提餾段采用相同塔徑以便于制造，則常采用泡點進料。</p><p>　　

38、1.2.5 操作壓力的選擇：常壓操作可減少因加壓或減壓操作所增加的增、減壓設備費用和操作費用，提高經濟效益, 在條件允許下常采用常壓操作，因此本精餾設計選擇在常壓下操作。</p><p>　　1.2.6 加熱方式的選擇：采用間接蒸汽加熱，設置再沸器。</p><p>　　1.2.7 回流比的選擇：主要從經濟觀點出發(fā)，力求使設備費用和操作費用之和最低，該設計選擇為。</p>&

39、lt;p>　　二、工藝流程草圖及說明</p><p>　　2.1.1 工藝草圖</p><p>　　2.1 工藝流程草圖</p><p>　　圖 2-1 工藝流程簡圖</p><p>　　2.2 工藝流程說明</p><p>　　一整套精餾裝置應該包括精餾塔、原料預熱器、再沸器、冷凝器、釜液冷卻器和產品冷卻器等設

40、備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內經多次部分氣化與部分冷凝進行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質將余熱帶走。</p><p>　　乙醇—水混合液原料經預熱器加熱到泡點溫度后送入精餾塔進料板，在進料板上與自塔上部下降的的回流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，回流液體與上升蒸汽互相接觸，進行熱和質的傳遞過程。操作時，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產品，部分液體氣化，產生上升蒸汽，一起通過各層塔板。塔

41、頂蒸汽進入冷凝器中被冷凝，并將部分冷凝液送回塔頂作為回流液，其余部分經冷凝器冷凝后送出作為塔頂產品，經冷凝器冷卻后送入貯槽。塔釜采用再沸器加熱。塔底產品經冷卻后送入貯槽。</p><p>　　三、精餾塔工藝的設計及計算</p><p>　　3.1 塔的物料衡算：</p><p>　　3.1.1 液料及塔頂，塔底產品含乙醇摩爾分數</p><p&g

42、t;<b>　　==0.128</b></p><p><b>　　==0.86</b></p><p>　　==0.000196</p><p>　　3.1.2平均摩爾質量</p><p>　　=0.12846.07+(1-0.128)18.02=21.61 Kg/Kmol</p>

43、<p>　　=0.8646.07+（1-0.86）18.02=42.14 Kg/Kmol</p><p>　　=0.00019646.07+（1-0.000196）18.02=18.03 Kg/Kmol</p><p>　　3.1.3 物料衡算</p><p>　　總物料衡算 +=15972.22 Kg/h</p><p>　

44、　易揮發(fā)組份物料衡算 94+0.05=0.12815972.22</p><p><b>　　聯立以上式，得：</b></p><p>　　=15972.22 Kg/h =15972.22/21.61=739.11 Kmol/h</p><p>　　=4615.71 Kg/h D=4615.71/4

45、2.14=109.53 Kmol/h</p><p>　　=11356.51 Kg/h W=/11356.5118.03=629.58 Kmol/h </p><p>　　3.2 塔板數的確定：</p><p>　　表3-1 不同溫度下乙醇和水的汽液平衡組成如下表所示</p><p>　　3.2.1 理論塔板數的求取&l

46、t;/p><p>　　3.2.1.1 根據乙醇、水的平衡數據作x-y圖及t-x-y圖。</p><p>　　圖3-1 乙醇、水的y-x圖及圖解理論板</p><p>　　3.2.2．求最小回流比及操作回流比R。因泡點進料，在圖3-1中作精餾線與q線的交點坐標為=0.7791，=0.8042，此即最小回流比時操作線與平衡線的交點坐標。依最小回流比計算式：</p&

47、gt;<p><b>　　=</b></p><p>　　取操作回流比 R=1.5=3.336</p><p>　　圖3-2乙醇、水的t-x-y圖</p><p>　　3.2.3 求理論塔板數。依圖3-1。</p><p>　　精餾段操作線方程為：=0.7695x+0.257</p><

48、;p>　　提餾段操作線方程為：y=1.52659x+</p><p>　　=26.7-1（不包括塔釜），其中精餾段理論塔板數22層，提餾段3.7層（不包括塔釜），第23層為加料板。</p><p>　　3.3 塔的平均溫度: </p><p>　　利用表中數據，用拉格朗日標值可求得：</p><p><b>　?。?

49、 °C</b></p><p><b>　　°C</b></p><p><b>　　°C</b></p><p>　　3.3.1 精餾段平均溫度：°C</p><p>　　3.3.2 提餾段平均溫度：°C</p>&l

50、t;p><b>　　3.4 密度：</b></p><p>　　混合液密度:(a為質量分率，為平均相對分子質量)</p><p>　　混合器密度： </p><p>　　3.4.1 精餾段：°C</p><p>　　液相組成 ％</p><p>　　氣相組成

51、 ： ％</p><p><b>　　所以：= </b></p><p>　　3.4.2 提餾段：=92.57°C</p><p>　　液相組成 </p><p>　　氣相組成 </p><p><b>　　所以 </b></

52、p><p>　　3.4.3 不同溫度下乙醇和水的密度：</p><p>　　表3-2 不同溫度下乙醇的和水密度</p><p>　　求得 和下的乙醇和水的密度：</p><p>　　同理：=92.57°C， =721.94°C， =963.53 Kg/ </p><p><b>　　

53、在精餾段：</b></p><p><b>　　氣相密度：</b></p><p><b>　　在提餾段；液相密度</b></p><p>　　=931.49 Kg/</p><p><b>　　氣相密度： </b></p><p>　　3.

54、5 混合物的粘度</p><p>　　=81.7°C，查表得， =0.3315 mpa.s =0.432 mpa.s</p><p>　　=92.57°C，查表得，=0.307 mpa.s =0.386 mpa.s</p><p><b>　　精餾段粘度：</b></p><p>　　=0.36

55、28 mpa.s</p><p><b>　　提餾段粘度：</b></p><p>　　=0.3104 mpa.s</p><p>　　3.6 相對揮發(fā)度：</p><p>　　3.6.1 精餾段揮發(fā)度：由，，得：</p><p><b>　　，</b></p>

56、<p><b>　　故 </b></p><p>　　3.6.2 提餾段揮發(fā)度：由，</p><p><b>　　故 </b></p><p>　　3.7 氣液相體積流量計算</p><p>　　根據t-x-y圖得，=2.223，則R=1.5=3.33</p><

57、p>　　3.7.1 精餾段：L=RD=3.33109.53=364.73 Kmol/h</p><p>　　V=（R+1）D=(3.33+1)109.53=474.26 Kmol/h</p><p>　　已知，=26.74 Kg/Kmol =34.40 Kg/Kmol</p><p>　　=827.31 Kg/ =1.18 Kg/</p>

58、;<p><b>　　有質量流量 </b></p><p><b>　　體積流量 </b></p><p>　　3.7.2 提餾段：飽和液體進料,q=1</p><p><b>　　已知： </b></p><p><b>　　則有

59、質量流量： </b></p><p><b>　　體積流量： </b></p><p>　　3.8 混合溶液表面張力</p><p>　　二元有機物—水的溶液表面張力可用以下公式計算： </p><p><b>　　其中： </b></p><p>　　

60、式中下腳標w，o，s分別代表水，有機物及表面部分，，指主體部分的分子數，，指主體部分的摩爾體積；，指純水及有機物的表面張力。對乙醇，q=2.</p><p>　　3.8.1 精餾段：=81.7°C</p><p>　　表3-3 不同溫度下乙醇和水的表面張力</p><p>　　乙醇表面張力： =16.989 mpa.s</p><p

61、>　　水表面張力： =62.277 mpa.s</p><p><b>　　=0.259</b></p><p><b>　　==-0.751</b></p><p>　　=-0.587-0.751=-1.338</p><p>　　聯立方程組：求得 </p><

62、;p><b>　　N/</b></p><p>　　3.8.2 提餾段：=92.57°C</p><p>　　乙醇表面張力： =15.943 mpa.s</p><p>　　水表面張力： =60.21 mpa.s</p><p><b>　　=5.67</b></

63、p><p>　　=0.0429 =0.9571 B==0.757</p><p><b>　　=-0.716</b></p><p>　　=-0.716+0.757=0.041 A= </p><p>　　=0.634 =0.366 故， N/</p><p>　　3

64、.9 全塔效率及實際塔板數</p><p>　　理論塔板數的計算，可采用逐板計算法，圖解法，在本次設計中采用圖解法。</p><p>　　根據1.01325×pa下，乙醇-水的氣液平衡組成關系可繪出平衡曲線即x-y曲線圖，泡點進料，所以q=1.即q為一條直線，本平衡具有下凹部分，操作線尚未落到平衡線前，已與平衡線相切，=0.7791，=0.8042，所以=2.223，操作回流比

65、R=3.336. </p><p>　　已知：精餾段操作線方程為：=0.7695x+0.257</p><p>　　提餾段操作線方程為：y=1.52659x+</p><p>　　在圖上做操作線，由此得到理論板=26.7（包括再沸器），加料板在23塊理論板。塔板效率與塔板結構、操作條件、物質的物理性質及流體力學性質有關，它反映了實際塔板上傳質過程進行的程度。板效率可

66、用公式來計算。</p><p>　　注：——塔頂與塔板平均溫度下的相對揮發(fā)度。</p><p>　　——塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 mpa.s</p><p><b>　　3.9.1 精餾段</b></p><p>　　已知=3.11，,0.3628</p><p><b>　　所以

67、：</b></p><p><b>　　,故=47 塊</b></p><p><b>　　3.9.2 提餾段</b></p><p><b>　　已知8.20 </b></p><p><b>　　, 故10 塊</b></p>

68、;<p>　　全塔所需實際塔板數；=10+47=57 塊</p><p><b>　　全塔效率： </b></p><p>　　加料板位置在第48塊塔板.</p><p>　　四、工藝計算及主體設備的設計</p><p>　　4.1 管徑的初步設計</p><p>　　圖4-1

69、SMITH 關聯圖</p><p><b>　　4.1.1精餾段：</b></p><p>　　由 ，安全系數=0.6—0.8，</p><p>　　式中，c可由史密斯關聯圖得：橫坐標數值：</p><p>　　取板間距 =0.07m 則 m</p><p><b>　　查圖可

70、知 </b></p><p>　　m/s 圓整為1.8米</p><p>　　橫截面積： 空塔氣速： </p><p>　　4.1.2 提餾段：</p><p><b>　　橫坐標數值：</b></p><p>　　取板間距 =0.07m 則 m</p>

71、;<p><b>　　查圖可知： </b></p><p><b>　　m/s</b></p><p>　　m/s 圓整為1.8m 橫截面積 空塔氣速： m/s </p><p><b>　　4.2 溢流裝置</b></p><p>　　4.2.1

72、堰長 ：</p><p>　　取=0.65D=0.65×1.8=1.17 m</p><p>　　出口堰高，本設計采用平直堰，堰上液高度；近似取E=1</p><p>　　4.2.1.1 精餾段；</p><p><b>　　= m</b></p><p><b>　　m<

73、;/b></p><p>　　4.2.1.2 提餾段：</p><p><b>　　= m</b></p><p><b>　　m </b></p><p>　　4.2.2 方形降液管的寬度和橫截面</p><p><b>　　查圖得：，</b>

74、</p><p><b>　　則 m</b></p><p>　　驗證降液管內停留時間：</p><p><b>　　精餾段： s</b></p><p>　　提餾段： s 停留時間﹥5s，故降液管可用</p><p>　　4.2.3 降液管底隙高度</p&

75、gt;<p>　　4.2.3.1 精餾段</p><p>　　取降液管底隙流速 m/s，則： m</p><p>　　4.2.3.2 提餾段</p><p>　　取 m/s 則： m 取 m</p><p>　　都不小于0.02m，故滿足要求。</p><p>　　4.3 塔板分布及浮閥數目及排列&

76、lt;/p><p>　　4.3.1 塔板分布</p><p>　　本設計塔徑D=1.18m，采用分塊式塔板，以便通過人孔裝拆塔板。</p><p>　　4.3.2 浮閥數目與排列</p><p>　　4.3.2.1 精餾段</p><p>　　取閥孔動能因子 ，則孔速 m/s</p><p>　　每

77、層塔板上浮閥數目為 塊</p><p>　　取邊緣區(qū)寬度 m，破沫區(qū)寬度 m</p><p>　　計算塔板上的鼓泡區(qū)面積，即：</p><p><b>　　其中 </b></p><p><b>　　=1.78 </b></p><p>　　浮閥排列方式采用等腰

78、三角叉排，取同一個橫排的孔心距，則排間距：</p><p><b>　　mm </b></p><p>　　考慮到孔徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用82mm，而應小些，故取=0.065m，按t=75mm，=65mm，以等腰三角形叉排方式做圖，排得閥數286個。</p><p>　　按N

79、=286個重新核算孔速及閥孔動能因數， m/s</p><p>　　=12.22 閥孔動能因數變化因數不變，仍在9—13范圍內，塔板開孔率= </p><p>　　4.3.2.2 提餾段</p><p>　　取閥孔動能因子=12，則 m/s</p><p>　　每層塔板上的浮閥數目為 塊</p><p>　　按t=

80、75 mm，估算排間距， mm</p><p>　　取 mm，排得閥數為236快。按236塊重新核算孔速及閥孔動能因數，</p><p><b>　　m/s </b></p><p>　　閥孔動能因數變化不大，開孔率=浮閥排列方式如圖所示：</p><p>　　圖4-2 精餾段閥孔排列方式</p><

81、;p>　　圖4-3 提餾段閥孔排列方式</p><p>　　4.4 塔板的流體力學計算</p><p>　　4.4.1 氣相通過浮閥塔板的壓降</p><p><b>　　可根據計算</b></p><p>　　4.4.1.1 精餾段</p><p>　　1）干板阻力 m/s</p&

82、gt;<p>　　因 故=0.049 m</p><p>　　2）表面張力所造成的阻力</p><p>　　此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經塔板的壓降相當的高度為：</p><p><b>　　m pa</b></p><p>　　4.4.1.2 提餾段</p><p>　

83、　1）干板阻力 m/s</p><p>　　因 故=0.049 m/s</p><p>　　2）板上充氣液層阻力</p><p><b>　　取 m</b></p><p>　　3）表面張力所造成的阻力</p><p>　　此阻力很小，可忽略不計，因此與氣體流經塔板的壓降相當的高度為：</p

84、><p><b>　　m pa</b></p><p><b>　　4.5 淹塔</b></p><p>　　為了防止發(fā)生淹塔現象，要求控制降液管中清液高度：即。</p><p><b>　　4.5.1 精餾度</b></p><p>　　1）單層氣體通

85、過塔板壓降所相當的液柱高度</p><p><b>　　m</b></p><p>　　2） 液體通過降液管的塔頭損失</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　3）板上液層高度</b></p><p>　　0.07m ，則 m

86、 </p><p>　　取=0.5，已選定 m, m</p><p>　　則 所以符合防淹塔的要求。</p><p><b>　　4.5.2 提餾段</b></p><p>　　1）單板壓降所相當的液柱高度m</p><p>　　2）液體通過降液管的壓頭損失：</p><p

87、><b>　　m</b></p><p>　　3）板上液層高度：0.07m ，則 m </p><p>　　取=0.5，則 m，可見 所以符合防淹塔的要求。</p><p><b>　　4.6 物沫夾帶 </b></p><p><b>　　4.6.1 精餾段</b>&

88、lt;/p><p>　　泛點率= 泛點=</p><p>　　板上流體流經長度： m</p><p><b>　　板上流經面積： </b></p><p>　　查物料系數K=1.0，泛點負荷性能系數圖。</p><p><b>　　泛點率：</b></p>&

89、lt;p><b>　　泛點率：</b></p><p>　　對于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應控制泛點率不超過80%，由以上可知，物沫夾帶能夠滿足的需求。</p><p><b>　　4.6.2 提餾段</b></p><p>　　取物料系數K=1.0，泛點負荷性能系數圖</p><p>&l

90、t;b>　　泛點率：</b></p><p><b>　　泛點率：</b></p><p>　　由計算知，符合要求。</p><p>　　4.7塔板負荷性能圖</p><p>　　4.7.1 物沫夾帶線</p><p><b>　　泛點率=</b></

91、p><p>　　據此可作業(yè)負荷性能圖中的物沫夾帶線，按泛點泛80%計算。</p><p>　　4.7.1.1 精餾段</p><p><b>　　0.8=</b></p><p><b>　　整理得：</b></p><p><b>　　即</b></

92、p><p>　　由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內作取兩個值，算出。</p><p>　　4.7.1.2提餾段：</p><p><b>　　0.8=</b></p><p>　　整理得：0.174=0.0303+1.847 即=5.74-60.96</p><p><b>　　4.7

93、.2 液泛線</b></p><p>　　由此確定液泛線，忽略式中</p><p><b>　　而 </b></p><p>　　4.7.2.1 精餾段</p><p><b>　　整理得：</b></p><p>　　4.7.2.2 提餾段</p>

94、<p><b>　　整理得：</b></p><p>　　4.8 液相負荷上限</p><p>　　液體的最大流量應保證降液管中停留時間不低于3-5s，液體降液管內停留時間 </p><p>　　s。以s作為液體降液管內停留時間的下限，則：</p><

95、p><b>　　4.9 液漏線</b></p><p>　　對于 型重閥，依=5作為規(guī)定氣 體最小負荷的標準，則</p><p><b>　　4.9.1 精餾段</b></p><p><b>　　4.9.2 提餾段</b></p><p>　　4.10 液相負荷下限性

96、</p><p>　　取堰上液層高度作為液相負荷下限條件作出液相負荷下限線，該線為氣相流量無關的豎直線。</p><p>　　取E=1則 </p><p>　　由以上4.5-4.10可作出負荷性能圖，圖如下：</p><p>　　由塔板負荷性能圖可看出：</p><p>　　在任務規(guī)定的氣液負荷下的操

97、作p處在操作區(qū)內的適中位置。</p><p>　　塔板的氣相負荷上限完全由物沫夾帶線控制，操作下限由漏液控制；</p><p>　　按固定的液氣比，由圖可查出塔板的氣相負荷上限=4.84 （6.00），氣相負荷下限1.572（1.55） 。</p><p>　　所以：精餾段操作彈性為：4.84/1.572=3.0788:；提餾段操作彈性為：6.00/1.55=3.8

98、91.</p><p>　　圖 4-3 精餾段負荷性能圖（H表示液泛線，I表示液沫夾帶線，J表示液漏線，C表示負荷下限，E代表負荷上限，下同。）</p><p>　　圖 4-4 提餾段負荷性能圖</p><p>　　五、塔的附屬設備選型及校核：</p><p><b>　　5.1 接管</b></p>&l

99、t;p><b>　　5.1.1 進料管</b></p><p>　　進料管的要求很多，有直管進料管、彎管進料管、丁型進料管。本設計采用直管進料管，管徑如下：</p><p>　　取=1.6 m/s ，=85.18°C</p><p>　　由，當=85.18°C時：</p><p><b&

100、gt;　　Kg/</b></p><p><b>　　Kg/ </b></p><p>　　故：=889.36 Kg/</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　查標準系列選取：</b></p><p><

101、;b>　　5.1.2 回流管</b></p><p>　　采用直管回流管，取 m/s，t=172.69°F，查t-x-x圖得，°C，（為全凝器冷凝后的溫度）</p><p>　　由差值法： 故： </p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　mm

102、</b></p><p><b>　　查表?。?lt;/b></p><p>　　5.1.3 塔釜出料管</p><p>　　取 m/s,直管出料°C，故可先選取°F的數據，</p><p><b>　　， ， </b></p><p><b&

103、gt;　　故： </b></p><p><b>　　故： m</b></p><p><b>　　查表取</b></p><p>　　5.1.4 塔頂蒸汽出料管</p><p>　　直管出氣，，取出口氣速：u=20 m/s，則°C</p><p>&l

104、t;b>　　m=492 mm</b></p><p><b>　　查表取</b></p><p>　　5.1.5 塔釜進氣管</p><p>　　采用直管，取氣速u=23m/s，t=99.95°C</p><p><b>　　Kmol/s</b></p>&

105、lt;p><b>　　m=472 mm</b></p><p><b>　　查表取</b></p><p><b>　　5.1.6 法蘭</b></p><p>　　由于常壓操作，所有法蘭均采用標準管法蘭，干焊法蘭，由不同的公稱直徑選用</p><p><b>

106、　　法蘭。</b></p><p><b>　　進料管接管法蘭：</b></p><p><b>　　回流管接管法蘭：</b></p><p><b>　　塔釜出料管法蘭：</b></p><p><b>　　塔頂蒸汽管法蘭: </b><

107、/p><p><b>　　塔釜蒸氣進氣法蘭：</b></p><p><b>　　5.2 筒體與封頭</b></p><p><b>　　5.2.1 筒體</b></p><p>　　選用碳素鋼，因料液無腐蝕性，由公式： </p><p>　　式中： s—

108、筒體的壁厚，毫米 </p><p>　　P—筒體的設計壓力，公斤力/</p><p>　　—筒體的內徑，毫米。</p><p><b>　　—焊縫系數 </b></p><p>　　C— 壁厚附加量 ，毫米</p><p>　　—筒體材料的舉用應力，公斤力/<

109、;/p><p>　　對此設計精餾塔，溫度<100°C，查鋼板許用應力值表，知鋼板許用應力值為</p><p>　　=1140 （公斤力/），P為大氣壓，C取0.2 </p><p>　　考慮到次塔較高，風載荷較大，而塔內徑不太大，故適當給塔加厚度，現假設筒體厚度，則假設的塔體有效厚度：</p><p><b>　　mm&

110、lt;/b></p><p>　　式中，C1—鋼板的厚度負偏差，估算筒體厚度在8—25mm范圍內，查表得，。</p><p><b>　　5.2.2 封頭</b></p><p>　　封頭分為橢圓形封頭，蝶形封頭等幾種，本設計采用圓形封頭，由公稱直徑=1800 mm，查得曲面高度=450mm，直邊高度=40mm，內表面積=3.73，容積=

111、0.866，選用封頭18006，JB1154-73。</p><p><b>　　5.3 除沫器</b></p><p>　　當空塔氣速較大，塔頂帶液現象嚴重，以及工藝過程不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設置除沫劑，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設備的正常操作。常用除沫劑有折流板式除沫劑，絲網除沫器以及程流出沫器。本設計采用絲網除沫器，其具有比表面積大、重量

112、輕，空隙大及使用方便等優(yōu)點。</p><p>　　設計氣速選?。?系數=0.107</p><p>　　m/s 除沫器直徑D== m</p><p>　　選取不銹鋼除沫劑：類型：標準型，規(guī)格：40—100，材料：不銹鋼絲網（）</p><p><b>　　絲網尺寸：圓絲</b></p>&

113、lt;p><b>　　5.4 裙座</b></p><p>　　塔底端用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。由于裙座內徑>800mm，故裙座壁厚取16mm。</p><p><b>　　基礎環(huán)內徑： mm</b></p><p><

114、;b>　　基礎環(huán)外徑： mm</b></p><p>　　圓整：=1600 mm，=2100 mm；基礎環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取18 mm，考慮到再沸器，裙裾高度取3 mm，地角螺栓直徑取M30.</p><p><b>　　5.5吊柱</b></p><p>　　對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對于補充和更新填

115、料、安裝和卸載內件，既經濟又方便的一項措施，一般取15 mm以上的塔物設吊柱，本設計中塔高度大，因此設吊柱。因設計塔徑D=1800 mm，可選用吊柱500 Kg，s=1000mm，L=3400 mm，H=1000 mm。填料為。</p><p><b>　　5.6人孔</b></p><p>　　人孔是安裝或檢修人員進出塔的唯一通道，人孔的設置應便于進入任何一層塔板，

116、由于設置人孔處塔間距離大，且人孔設備過多會使塔體的彎曲度難以達到要求，一般每隔10-20塊塔板才設一個人孔，本塔中共57塊塔板，需設置6個人孔，每個孔直徑為450 mm，在設置人孔處，塔間距為600 mm，裙座應開兩個人孔，直徑為450 mm，人孔深入塔內部應與塔內壁修平，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，本設計也是如此。</p><p>　　5.7 塔總體高度的計算<

117、;/p><p>　　5.7.1 塔的頂部空間高度</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂第一層塔盤到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板間的距離為600 mm，塔頂部空間高度為1200 mm。</p><p>　　5.7.2 塔的底部空間高度</p><p>　　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5

118、 min。</p><p><b>　　m</b></p><p>　　5.7.3 塔立體高度</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　5.8 附屬設備設計</p><p&g

119、t;　　5.8.1 冷凝器的選擇</p><p>　　有機物蒸氣冷凝器設計選用的總體傳熱系數一般范圍為： 。本設計取 K=700 =2926 </p><p>　　出料液溫度：78.21°C（飽和氣）78.16°C（飽和液）</p><p>　　冷卻水溫度：20°C 50°C</p><p>　　逆流

120、操作： °C °C</p><p><b>　　°C</b></p><p><b>　　傳熱面積： </b></p><p><b>　　設備型號：</b></p><p>　　5.8.2 再沸器的選擇</p><p&g

121、t;　　選用120°C的飽和水蒸氣加熱，傳熱系數取K=2931 K。料液溫度：99.95°C—100°C，熱流溫度120°C—120°C。</p><p>　　逆流操作： °C °C</p><p><b>　　°C</b></p><p><b>

122、　　換熱面積： </b></p><p>　　設備型號： 500-30-40-2</p><p>　　六、 塔的各項指標校驗</p><p>　　6.1 風載荷及風彎矩</p><p>　　6.1.1 風載荷，=0.7，塔高31.07 m，取1.7，查得合肥地區(qū)=。</p><p>　　值如下： 對于m段，

123、，查表：=1.0</p><p>　　對于10—20m 段，=20-10=10m 查表 ：=1.25 </p><p>　　對于20—30m 段，=30-20=10m 查表： =1.42 </p><p>　　對于30—32.07m段， =32.07-30=2.07m 查表： =1.56 </p><p>

124、;　　塔體有效直徑=，對于斜梯取=200mm，，其最大值為計算塔段中有四層平臺，每層平臺迎風面積為0.5。</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　為簡化計算且偏安全計，各段均?。?mm</p><p><b>　　塔體各斷風力：</b></p><p>　　3—10m：

125、=0.7×1.7×30×2624=6557.4 N</p><p>　　10—20m： =0.7×1.7×30×1.15×10×2624=10678.67N</p><p>　　20—30m： =0.7×1.75×300×1.33×10×2624=13302

126、.07N</p><p>　　30—32.07m=0.7×1.75×300×1.48×10×2624=3024.99N </p><p><b>　　6.2 風彎矩</b></p><p>　　把截面劃分為0—0截面為裙座基座截面，1—1截面為裙座人孔處截面，2—2截 面為裙座塔體焊縫處截

127、面。</p><p><b>　　1—1截面彎矩：</b></p><p>　　式中： ----------塔體2—2截面到標高10m處的距離</p><p>　　----------對應于段的風力</p><p><b>　　1—1截面彎矩:</b></p><p>

128、<b>　　2—2截面彎矩：</b></p><p>　　式中： ----------裙座底部到標高十米處的距離</p><p>　　----------對應于段的風力</p><p><b>　　所以：</b></p><p><b>　　6.3 離心泵選型</b>&l

129、t;/p><p><b>　　進料口離地面高度：</b></p><p><b>　　m，</b></p><p><b>　　Kw</b></p><p>　　選型：Is80-50-200</p><p>　　6.4 塔體的強度和穩(wěn)定性校核</p&g

130、t;<p>　　6.4.1 塔底危險截面1-1軸向應力計算（裙座塔體焊縫處截面）</p><p>　　塔底危險截面1-1抗壓強度及軸向穩(wěn)定性驗算：</p><p><b>　　6.5 質量載荷</b></p><p><b>　　塔體和裙裾質量</b></p><p><b>

131、;　　=</b></p><p>　　人孔、法蘭、接管等附件的質量：</p><p><b>　　內構件質量：</b></p><p><b>　　保溫層材料質量：</b></p><p>　　扶梯、平臺質量（扶梯單位質量為40kg/m，操作平臺共六層，平臺寬1.0m，單位質量150kg

132、/，直角360°，平臺距塔之間距離1000mm）：</p><p>　　操作時塔內物料質量：</p><p><b>　　充水質量：</b></p><p>　　塔體與裙裾的操作質量：</p><p><b>　　最大操作質量：</b></p><p><b&

133、gt;　　最小操作質量：</b></p><p>　　塔體操作時質量： Kg</p><p>　　6.6 塔底抗壓強度校核</p><p>　　6.6.1 塔底1-1截面抗壓強度及軸向穩(wěn)定性校核：</p><p>　　該截面上的最大軸向壓縮應力發(fā)生在空塔時：</p><p>　　式中：=114 Mpa

134、 =83.04 Mpa</p><p>　　因此塔底1-1截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定條件</p><p>　　塔底1-1截面上的抗拉強度校核</p><p>　　塔底1-1截面上的最大拉應力：</p><p>　　綜合以上各項計算，在各種不同危險截面情況下塔體壁厚取,可以滿 足整個塔體的強度、剛度及穩(wěn)定性要求。</p>

135、<p>　　6.7 裙座的強度及穩(wěn)定性校核</p><p>　　設裙座厚度，厚度附加量C=1mm,則裙座有效厚度 </p><p>　　裙座底部0-0截面的軸向應力計算</p><p>　　操作時全塔質量引起的壓應力為：</p><p>　　風載荷引起的0-0截面彎曲應力：</p><p>　　因此裙座底部

136、0-0截面滿足抗壓強度及軸向穩(wěn)定性條件。</p><p><b>　　6.8 焊縫強度</b></p><p>　　裙裾與塔體采用對接焊，焊縫承受的組合拉應力為：</p><p>　　6.9 水壓試驗時塔的強度和穩(wěn)定性驗算：</p><p>　　6.9.1 水壓試驗時，塔體1-1截面的強度條件：</p>&

137、lt;p>　　式中： 是液注靜壓力，因塔高29.07m,故取=0.29MP </p><p><b>　　Mpa</b></p><p>　　因此滿足水壓試驗強度滿足要求。</p><p>　　6.9.2水壓試驗時裙裾底部1-1截面的強度和穩(wěn)定性驗算</p><p><b>　　式中：，</b&g