1、目錄一、 設計題·······································1二、 原始數據及條件········

2、;·······················1三、 緒論··························

3、;···············1四、 裝置的工藝計算·······························4五、 篩板的流體力學計

4、算···························15六、 塔附件的設計·····················

5、············19七、 塔頂空間····································

6、83;22八、 附件設備設計你·······························22九、 設計結果覽表··············

7、3;················25十、 心得體會································&

8、#183;····25十一、參考文獻································26十二、附圖··········

9、83;·····························27化工原理課程設計任務書一、 設計題目設計用于乙醇水溶液分離的常壓篩板精餾塔二、 原始數據及條件生產能力：處理量為6000kg/h原料：原料為含有乙醇20%（摩爾分數，下同）的泡點液體分離要求：餾出液體中含乙醇86% 釜液中含乙醇不大于2% 已

10、知條件：x D=86% xF=20% xw=2% q=1 min ET三、 緒論： 化工原理課程設計是學生在學完基礎知識后所安排的工程實踐性教學環節，是培養學生綜合利用本門課程和有關選修課程知識去解決一次任務的一次訓練，它是不僅與化工原理課程內容緊密相連，而且還與先修的物理化學，化工機械基礎，計算機在化工中的應用等課程內容密切相關。課程設計不同于平時的作業，它是通過設備的設計的基礎程序和方法，選擇流程，具備正確使用有關技術資料的能力，應用所學知識特別是本課程的有關知識解決化工實際問題的工作能力，使學生得到一次學習化工設計技能的初步訓練，同時也起著培養學生獨立工作能力的重要作用。 精餾操作時液體

11、混合物分離方法之一，它是是根據混合物中的各組分的揮發度不同而達到分離的目的。在工業上，這需要塔才能實現分離。塔設備是化工，石油化工，生物化工，制藥等生產過程中廣泛采用的傳質設備，根據塔內氣體液體接觸構件的結構形式，可分為板式塔和填料塔兩大類。工業上，塔設備主要用于蒸餾和吸收傳質單元操作過程。在傳統的設計中，蒸餾過程多采用板式塔，而吸收過程多選用填料塔。近年來隨著塔設備設計水平的提高及新型塔構件的出現，上述傳統已逐漸被打破。 篩板塔： 篩板與泡罩板的區別在于取消了泡罩與升氣管而直接在板上開很多小直徑的篩孔；操作時氣體以高速通過小孔上升，液體則通過降液管流到下一層。篩板塔的優點是：結構簡單，造價低

12、；板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力較大，氣體分散均勻，傳質效率較高，缺點是篩孔是堵塞，不易清理，易結晶，黏度大的物料。 填料塔： 填料塔內裝填一定高度的填料層，液體沿填料表面成膜狀向下流動，作為連續相得氣體自下而上流動，與液體逆流傳質。兩相得組分濃度沿塔高成連續變化。填料塔德主要部件包括塔件，塔體支座，除沫器，接管，人孔和手孔以及塔內件。填料時填料塔中氣液接觸的基礎構件，其性能的尤略直接決定了填料塔的操作性能。填料根據裝填方式可以分為散裝填料和規整填料兩大類。散裝填料是一個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆置在塔內。根據結構特點，散裝填料可分為還體填料，環鞍型填料及球形填料

13、等，規整填料時按一定幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。根據其集合結構可分為格柵填料，波紋填料，脈沖填料等。填料塔根據塔內的填料種類的不同，可以分為多種類型。 說明：精餾操作是借混合液中各組分揮發度性的差異而達到分離的目的，經過多次部分冷凝，多次部分冷凝，多次部分汽化而完成，一個完整的精餾塔應包括精餾段和提餾段，塔上半部分完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重組分，因而稱為精餾段，塔的下部分完成了下降液體中重組分的提濃即提出了輕組分，因而稱為提餾段。設置精餾段的目的是除去蒸汽中的重組分，設置提餾段的目的是脫除體中的輕組分，提餾段內的上升蒸汽量與下降液量的相對比值大，有利塔底產品的提純。 根據全塔物料衡

14、算，有F=D+W和FxF=DxD+wxw,可以進行各種細節的計算。四、 裝置的工藝計算1、 精餾塔全塔物料衡算 F:進料量 xF原料組成 D：塔底產品流量 xD：塔頂組成 xw:塔底組成 W:塔底殘留液流量由已知條件：xF=20% xD=86% xW=2% F=6000kg/h 處理數據：MF= xF *Mc+(1-xF )*MW=20 F=6000/23.6=706kmol/s由物料衡算： F*xF=DxD+Wxw F=D+W代人數據得: D=kmol/s W=kmol/s2、 常壓下乙醇水氣平衡組成（摩爾分數）與溫度的關系 （1）溫度： xF=20% xD=86% xW=2% 由表中數據由

15、內插法求得 tF: (23.37-16.61)/(82.7-84.1)=(20-16.610/(tF-84.1) tFtD (89.43-74.72)/(78.15-78.41)=(86-74.72)/（ tD-78.41） 精餾段平均溫度：提餾段平均溫度：（2）密度：已知：混合液密度： （為質量分數，為平均相對分子質量）混合氣體密度：塔頂溫度： 用內插法求得氣體組成： 進料溫度：氣體組成： 塔底溫度：氣相組成： 精餾段組成： 提留段組成：摩爾分數轉化為質量分數： 由同溫度下乙醇和誰的密度表：由內插法求的在、溫度下的乙醇和誰的密度（單位：） 由此可得： 由此可得： 則 得 （3）混合液體表面張

16、力： 不同溫度下乙醇和水的表面張力：可求得：、 、 溫度下乙醇和水的表面張力（單位：） 乙醇表面張力： 水表面張力： 塔頂表面力： 對于乙醇： 聯立方程組： 可解得: 同理： 所以：精餾段的平均表面張力： 提餾段的平均表面張力：(4)混合物的粘度： (單位：)由 所以：提餾段黏度：精餾段黏度： （單位：）（5）相對揮發度：對于氣相服從道爾頓分壓定律（）的混合液有所以： 算得： 精餾段：提餾段：3、 理論塔板數的計算理論板：指離開此板的氣液兩相平衡。而且塔板上液相組成均勻。理論板的計算方法：可用圖解法，捷算法，逐板法，本書采用先用捷算法估算，再由逐板法精算。由前述可知.板效率與塔板結構、操作條件

17、、物質的物理性質及物體力學性質有關，它反映了實際塔板上傳質過程進行的程度。已知：精餾段操作方程：提餾段操作方程： 捷算法： 根據 得 N=11逐板法：應用Excel得：精餾段提餾段板數xn=ynn)yn+1n板數yn+1nxn=ynn得到理論板塊（包括再沸器），加料板為第5塊理論板。故：精餾板實際層數：N精=10/0.6=17提餾段實際層數：N提=（4-1）/0.6=5實際所需塔板數：NP=N精+N提=17+5=224、 塔徑的初步設計：（1）.氣液相體積流量計算：由乙醇水的平衡組成圖有： 則： 、 精餾段： 已知： 則質量流量： 體積流量： 提餾段：因本設計為泡點液

18、體進料，所以 已知： 則質量流量： 體積流量： 5、（1） 精餾段由 （安全系數） ，式中c可由史密斯關聯圖查出。橫坐標數值:取板間距： 查圖可知：園整：=2m 橫截面積：空塔氣速：(2)提餾段：橫坐標數值：取板間距： 查圖可知：圓整：=2 橫截面積：空塔氣速：6、 溢流裝置：（1） 堰長取 出口堰高：本設計采用平直堰，堰上高度按下式計算： 精餾段：、 提餾段：m （2） 弓形降液管寬度和截面積：由 查圖得： 則 驗算降液管內停留時間：精餾段：提餾段：停留時間，故降液管可用（3） 降液管底隙高度： 精餾段：取降液管底隙的流速:則： 精餾段：去降液管底隙的流速則：6.塔板布置，篩板數目與排列：

19、（1）塔板布置，篩板數目與排列 本設計塔徑D=2.6，采用分塊式，以便通過人孔裝拆塔板。（2）邊緣區寬度確定： 取 （3）開孔區面積計算：開孔區面積Aa可按下式計算：其中 故（4） 篩孔計算及排列： 乙醇水物無腐蝕性，可選用碳鋼管， 控制直徑篩孔按正三角形排列，去孔中心距，篩孔數目 取 開孔率 氣體通過篩孔的起速為：精餾段：提留段：五、 篩板的流體力學計算1、 塔板壓降：（1）、干板阻力由下式計算： 由 查圖得： 精餾段：液柱 提餾段 液柱（2）氣體通過液層的阻力計算氣體通過液層的阻力由下式計算：精餾段： 查圖得：提餾段： 查圖得： 得 （3）液體表面張力的計算液體表面張力所產生的阻力由下式計

20、算：精餾段： 液柱氣體通過每層塔板的液柱高度可可按下式計算液柱提餾段：液柱2、 液面落差：對于篩板塔，液面落差很小，且設計任務的塔徑和流量均不大，故可忽略液面落差的影響。3、 液沫夾帶，液沫夾帶量可由下式計算：精餾段g提餾段：故在本設計中液沫夾帶在允許范圍內。4、 漏液：對篩板塔，漏液點氣速可由下式計算：實際孔速： 穩定系數 故在本設計中無明顯漏液。5、 液泛為防止塔內發生液泛，降液管內液層高度Hd應滿足：乙醇-水物系屬于一般物系，取而板上不設置進口堰： 所以 在本設計中不會發生液泛的現象。6，板負荷性能圖(1) 漏液線由 得 在操作范圍內在取值做出漏液線1（2）液沫夾帶線以為上線，求關系如下

21、：由 代入數據整理得：在操作線范圍內取做液沫帶線2（3）液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負荷標準mm據此可以做出氣體流量無關的液相負荷下線3（4）液相負荷上限線以作為液體在降液管中停留時間的下限 得 據此可作出液相負荷上限線4（5）液泛液： 聯立可得：忽略 將與，與，與的關系代入可解得：由此可作出液泛線5六，塔附件的設計1、 接管 進料管 進料管結構類型很多，有直管進料管，彎管進料管，T型料管。管徑計算如下： 查標準系列選擇取 回流管 采用直管回流管。管徑計算如下：取 查標準系列選取： 塔底出料管 管徑計算如下： 查標準系列選取： 塔底蒸汽出料管，管徑計算如下：取 查標準系

22、列選取塔底進氣管 管徑計算如下：取 查標準系列選取 法蘭由于常壓操作，所有的法蘭均采用，平焊法蘭，由于不同的公稱直徑，選法蘭。（1） 進料管接管法蘭：（2） 回流管接管法蘭：（3） 塔底出料管接管法蘭：（4） 塔頂蒸汽出料管接管法蘭：（5） 塔底進料管接管法蘭：2 筒體和封頭（1） 筒體,壁厚選，所用材質（2） 封頭 封頭分為橢圓形封頭等中，本設計采用橢圓形封頭，由公稱直徑1200mm，選合適的封頭。3 除沫器。在孔塔氣速較大，塔頂帶液現象嚴重，以及工藝過程中不許塔氣速夾帶霧滴的情況下，設置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續設備的正常操作，本設計采用絲網除沫器，其具有比面積大，

23、質量輕，空隙及使用方便等優點。設計氣速選取 系數 除沫器直徑：選取不銹鋼除沫器，類型：表型；規格40-100；材料：不銹鋼絲網4、裙座 塔底常用裙座支撐，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小，所以它是塔設備的支要支座形式，為了支座方便，裙座的結構性能好，連接處產生的局部阻力小。基礎環內徑： 基礎環外徑：園整： ；基礎環厚度，考慮到腐蝕余量考慮到腐蝕余量18mm; 考慮到再沸器，裙座高度去3mm，底角螺栓直徑取M30。5、 吊柱對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對于補充和更換填料，安裝和拆卸內件，一般取15m以上的塔物設吊柱，本設計中塔度大，因此吊柱，因設計塔徑為1200mm，可

24、取用吊柱500kg,材料A36、 人孔 人孔是安裝或檢修進出塔德唯一通道，人孔德設置應便于進入塔板，由于設置人孔塔檢舉大，設備過多會使制造難以達到要求，本塔有12塊板，需要在加料板。七、塔總體高度的設計1、塔頂空間T,即 2、 塔底空間乙醇-水體系不易結焦，采用直接蒸汽加熱，不需要再沸器，取塔底間距為2m3、 塔立體高： 八、附件設備設計1、冷凝器的選擇 冷卻劑的選擇：常用冷卻劑是空氣和水，本設計選擇水。原因是冷卻方便容易得到升溫線較高，用水量較小，平均溫度差小，傳熱面積大。有機物蒸汽冷凝器的選擇設計選用的總體傳熱系數一般范圍5001500kcal/(m2.h.)本設計取（飽和氣）（飽和液）冷

25、卻水溫度：2035逆流操作： 冷凝器的熱負荷 頂塔上升蒸汽的焓； 塔頂餾出液的焓; 物質沸點/蒸發潛熱HV-1TC/K乙醇846水10022570時，乙醇： 蒸發潛熱： 水： 蒸發潛熱： D冷卻水的消耗量： 傳熱面積：2、再沸器的選擇 加熱介質的選擇：常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應用最廣泛的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時的傳質系數很高，可以通過改變蒸氣壓力準確地控制加熱溫度。本設計采用水蒸汽作為加熱劑。水蒸汽容易獲得，清潔，不容易結洉，不容易腐蝕加熱管，不但成本會降低，塔結構也不復雜，飽和水蒸汽冷凝放熱值大。 再沸器有臥式和立式兩種，由于臥式再沸器，物料在殼程通過難以清洗，且自然循環的效果差，占地面積大。而立式再沸器無此缺點，它僅需要較大的支座，以保證物料循環所需的壓頭，所以，再此選擇立式再沸器，另外，對自然循環壓頭不組或黏度高的物料。可用泵采用強制循環。再沸器的安裝位置可在底部。 選用120飽和水蒸汽加熱，傳熱系數K=2926J/(m2.h.)-100，水蒸汽溫度：120-120 水蒸汽消耗量： 傳熱面積：九，設計結果覽表項目數值項目數值實際塔板