1、$訐力/玄上厚yHenanUntversltyofTechnology500噸/年產(chǎn)香菇多糖提取綜合車間設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)5噸香菇多糖的工藝設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)(1)廠址及氣象資料廠區(qū)位置：河南鄭州高新區(qū)地勢:氣溫:(2)原料：(3)產(chǎn)品：(4)產(chǎn)量：(5)工作制度：(6)乙醇回收車間有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)酵液酒精濃度：精儲塔操作壓強(qiáng)：精儲塔進(jìn)料溫度：精儲塔塔頂溫度：精儲塔塔釜溫度：精儲塔進(jìn)料濃度：精儲塔塔釜產(chǎn)品濃度:、設(shè)計(jì)說明廠區(qū)地勢平整最高溫度40c最低溫度-10C平均溫度15c香菇香菇多糖500噸/年三班制年工作日300天70%(v)0.02MPa30C78.5C99.6

2、C32%(V)<0.01%2.1 全廠總平面布置全廠總平面設(shè)計(jì)為本設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)，總平面設(shè)計(jì)合理與否，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的的順利進(jìn)行，影響到新建廠后的生產(chǎn)、管理、成本、能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展?？偲矫嬖O(shè)計(jì)的基本原則為；(1)建筑物之間相互配置應(yīng)符合生產(chǎn)程序的要求，并能保證合理生產(chǎn)作業(yè)線；(2)原材料、半成品、成品的生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)銜接協(xié)調(diào)，流程疏通，避免交叉和往返；(3)廠內(nèi)一切運(yùn)輸系統(tǒng)布置應(yīng)適合貨物運(yùn)轉(zhuǎn)的特征，盡可能使貨運(yùn)路線和人員路線不交叉；(4)適當(dāng)劃分廠區(qū)，建筑物之間的距離盡量縮小，但必須符合防火和衛(wèi)生技術(shù)條件的要求；(5)在保證安全生產(chǎn)的前提

3、下力求縮小廠房戰(zhàn)地面積，廠房布置盡量緊湊，根據(jù)生產(chǎn)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)擬建的工廠為中小型企業(yè)的情況，將工廠劃分為幾個區(qū)域，并按照區(qū)域進(jìn)行布置，以保證各區(qū)域之間位置的協(xié)調(diào)配合，并符合衛(wèi)生防疫和環(huán)境美化。2.1.1原料廠及堆場本廠的主要原料是香菇，香菇受潮容易腐爛發(fā)霉，所以要防止雨淋。同時應(yīng)保證良好的通風(fēng)條件。應(yīng)設(shè)計(jì)在工廠主干道旁并且靠近粉碎車間，以便減少運(yùn)輸。2.1.2生產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)區(qū)是工廠的主要組成部分，占地面積很多。生產(chǎn)區(qū)的布置在工廠的中心地帶，與大門直接相對，使工人上下班和運(yùn)輸都比教方便。建筑物的相對位應(yīng)符合生產(chǎn)流程的要求，同一生產(chǎn)系統(tǒng)多生產(chǎn)線路盡可能成鏈狀列。建筑物之間的距離，在滿足防火要求的前提下

4、盡量縮小，以減少建筑面積。提高建筑系數(shù)和場地利用系數(shù)。廠房的方向、位置和間距應(yīng)符合采光通風(fēng)的要求。從方向來說，按生產(chǎn)流程方向自東向西；就位置而言，苛重和震動大的車間，如鍋爐房等，力求設(shè)置在地址較好的地段上。為了獲得較好的自然采光以及廠房的防震效果，大部分采用工字形、L形、11形廠房，外形簡單整齊。為了獲得良好的通風(fēng)條件，廠房與主導(dǎo)風(fēng)向仍成45度角。輔助附屬車間及其它服務(wù)環(huán)節(jié)的位置位于其服務(wù)范圍的中心或靠近主要服務(wù)對象。如原料場靠近車間，廢渣回收靠近運(yùn)輸路線。生產(chǎn)性質(zhì)相同的車間或輔助環(huán)節(jié)，做到盡量聯(lián)合布置，在大廠房中，這樣可以縮短距離，提高場地的利用率和辦事效率。而各種不易受氣候影響的設(shè)備如塔等

5、，均采用露天布置，這樣可以節(jié)省投資。合理的進(jìn)行廠內(nèi)道路布置，對提高運(yùn)輸效率，保證運(yùn)輸安全等均有重要意義。道路的寬度主要取決車輛通行量、行使車輛的型號和工廠的規(guī)模。擬建廠設(shè)計(jì)道路寬度為9米，道路的交叉口為圓形。工廠綠化可分為生產(chǎn)區(qū)綠化、廠前區(qū)的綠化、生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)之間隔離地帶的綠化。生產(chǎn)區(qū)的綠化能減弱生產(chǎn)中散發(fā)出來的有毒氣體和噪音對人體的影響。同時能凈化空氣，吸收生產(chǎn)過程中散發(fā)出來的煙塵，有助于改善廠區(qū)的氣候，而且能減少夏季陽光的輻射，在冬季能防風(fēng)，有利于保溫。2.1.3 廠前區(qū)廠前區(qū)的建筑包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務(wù)室等。其中行政樓位于主干道前，靠近工廠邊緣。研發(fā)樓、醫(yī)務(wù)室位于主樓后邊，

6、周圍設(shè)綠化帶。2.1.4 動力區(qū)動力區(qū)包括配電室、鍋爐房等，他們盡量靠近其服務(wù)的車間。這樣可以減少管路的鋪設(shè)和運(yùn)輸過程的損耗。配電室位于工廠的東南側(cè)，靠近外部輸電線。2.1.5 輔助車間主要的車間有備件庫、機(jī)修車間、消防車間等。他們盡量靠近生產(chǎn)區(qū)，以便在生產(chǎn)車間發(fā)生故障或以外事故時能及時進(jìn)行修理和搶救。2.1.6 倉庫區(qū)倉庫區(qū)包括原料倉庫和產(chǎn)品倉庫，他們都位于主干道旁以便于運(yùn)輸，成品倉庫靠近噴霧干燥的附近。以上各個區(qū)域以倉庫區(qū)、廠前區(qū)、原料場構(gòu)成生產(chǎn)區(qū)。為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，應(yīng)合理的布置各個區(qū)，使生產(chǎn)發(fā)生聯(lián)系的車間、倉庫等就近布置，盡量減少管路的交叉和返回，使生產(chǎn)上或與生產(chǎn)聯(lián)系緊密的分區(qū)布置達(dá)到

7、衛(wèi)生防火的要求。綜上所述，平面布置有以下特點(diǎn)：(1)廠房建筑物的布置與生產(chǎn)工藝流程相適應(yīng)。原料、半成品和成品形成整個順序盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；(2)鍋爐房、變電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短其間距離，節(jié)省投資。(3)由廠前去到生產(chǎn)區(qū)的主要干道，應(yīng)避免與主要運(yùn)輸?shù)缆方徊妫?4)盡量使大多數(shù)廠房向陽、背風(fēng)、避煙塵瓦斯等，盡可能使各車間采用自然光和自然通風(fēng)等；(5)按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定；(6)根據(jù)衛(wèi)生規(guī)模的要求，將生產(chǎn)區(qū)布置在生產(chǎn)區(qū)的下風(fēng)向。由嚴(yán)重毒害和煙塵的氣體，盡量布置在廠區(qū)的下風(fēng)向；(7)根據(jù)環(huán)保的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)有廢渣處理站，廢水處理站等設(shè)施；(

8、8)考慮工廠今后的發(fā)展，在產(chǎn)區(qū)間留有建筑余地；(9)盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排<2.2 三廢的處理及回收在香菇多糖的生產(chǎn)過程中會用到氯仿-正丁醇，所以會對水有一定程度的污染，為了解決這個問題，采取對氯仿-正丁醇的回收利用。在這個工藝中，基本上沒有廢氣污染，同時廢渣可以發(fā)酵生產(chǎn)香菇醋，具有很好的利用價值和經(jīng)濟(jì)價值。擬建工廠在整個生產(chǎn)工藝中，采用比較成熟的水提醇沉提取法進(jìn)行提取多糖，然而，生產(chǎn)中所用的水、乙醇等都能回收利用；對于所用的乙醇采用精儲對其提取，并再次用于香菇多糖的提取中。提取香菇多糖后的殘?jiān)梢詫@些殘?jiān)M(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)香菇醋，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)利益。

9、因此，本生產(chǎn)工藝無“三廢”排放，可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。2.3 車間布置說明本廠采用水提醇沉法制取香菇多糖，并將所用的乙醇進(jìn)行回收再利用處理。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)包括以下幾個過程：粉碎過程，提取過程，分離過程，發(fā)酵過程，精儲過程以及其它輔助過程等。本設(shè)計(jì)任務(wù)重點(diǎn)是酒精精儲過程。因此，下面主要介紹一下精儲塔布置情況。由于精儲過程的主要設(shè)備是精儲塔，精儲塔屬于露天式。車間為兩層樓結(jié)構(gòu)，長為20m,寬為6m,高為14.1m,一層高為7m,二層高為7.1m。精儲過程設(shè)有冷凝器和再沸器，及儲罐等其它設(shè)備。結(jié)合生產(chǎn)流程圖、車間立面圖、車間平面圖可以看出生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)流程的關(guān)系，表現(xiàn)出車間的面積與空間、生產(chǎn)管理與操作

10、條件及各工段的聯(lián)系。本車間還具有以下特點(diǎn)：(1)輔料車間與使用設(shè)備靠近。(2)按流程要求，為了減少動力消耗，提高了醛塔的位置，換熱器安裝位置稍高，也節(jié)省了動力消耗。(3)互相聯(lián)系的設(shè)備，在保證正常運(yùn)行必須的間距的條件下，彼此可以適當(dāng)靠近。(4)較合理的安排廠房的出口，通道和樓梯的位置。(5)各設(shè)備統(tǒng)一安排，排列整齊，有足夠的操作空間，符合工藝流程的要求。車間布置圖，分平面布置圖和立面布置圖，圖上標(biāo)出了各主要設(shè)備的定位尺寸；圖上標(biāo)有輪廓線、樓梯等位置。三、工藝計(jì)算及設(shè)備選型3.1 設(shè)備工藝計(jì)算及選型3.1.1 提取罐的計(jì)算及選型物料衡算：設(shè)工作300天，則可知每日產(chǎn)量約為1.667t/天，按提取

11、率為7%計(jì)算，每次投料約為10t。提取過程的溫度為90C,料液比為1:20,所以可知加水量為m水=20X10000=200000kg因?yàn)樘崛≈兄饕兴?，則溶液密度可按水密度來計(jì)算；則3V=m水/1000=200m取V實(shí)際=1.5V,則V實(shí)際=300m3熱量衡算：由于為間歇式操作，里面保持90。叵溫提起，其中需要的熱量為可用下式計(jì)算：Q=CmM在提取時，里面主要是大量的水，所以比熱容近似可按水的計(jì)算，C=4.2kJ/molK；故，Q=CmM=4.2*2000+100)(90-25)=57330000kJ總傳熱系數(shù)由經(jīng)驗(yàn)可知：K=2000W/mC所以可的加熱面積為：A=Q=573300=4.4m

12、2K(t-t0)2000(90-25)所以提取罐的體積為3m3,設(shè)計(jì)選用20個提取罐尺寸如下表：提取罐主要參數(shù)表2m33m34.5m2400mm1300>3850攪拌速率排出口直徑質(zhì)量配套電機(jī)60r/min800mm2050kg4kw3.1.2蒸發(fā)器的計(jì)算及選擇蒸發(fā)設(shè)備在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進(jìn)行，因此，選用和設(shè)計(jì)蒸發(fā)器設(shè)備時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1)盡量保證較大的傳熱系數(shù)2)要適合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、熱敏性、溶解度隨溫度變化的特性及腐蝕性；3)能完善地分離液沫4)盡量減少溫差損失5)能排出溶液在蒸發(fā)過程中析出的結(jié)晶體6)能方便地清洗傳熱面綜上所述，選取了單效蒸發(fā)過程，計(jì)算如下：水

13、分蒸發(fā)量在蒸發(fā)器中，從溶液中蒸發(fā)出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=(F-W)xF(x-x0)x0所以W=-=F(1-)xxF一溶液加料量，kg/hW-水分蒸發(fā)量，kg/hxo,x一料液與完成液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中x0=0.35%,x=1%,F=20t/h則：W=13t/h蒸汽消耗量在蒸發(fā)器中所消耗的熱量主要是供給發(fā)生二次蒸發(fā)所需的潛熱，除此之外，還要供給溶液加熱至沸點(diǎn)及損失于外界熱量，所以蒸發(fā)量由以上三者之和決定，可以通過熱量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FC-WC)ti+DC?+q'D(I-C?尸W(i-Ct1)+FC(ti-to)+q，由上式可以計(jì)算計(jì)算熱蒸汽的消耗量：D

14、=W(i-Cti)+FC(ti-to)+q'/(I-C?)假設(shè)加熱蒸汽和二次蒸汽都在冷凝溫度時排出，則(I-C?)與(i-Ct1)分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的蒸發(fā)潛熱。所以上式可簡化為：D=Wr+FC(t1-to)+q/R式中：C溶液的比熱容，kJ/molkD加熱蒸汽的消耗量，kJ/hI加熱蒸汽的熱含量，kJ/moli一二次蒸汽的熱含量，kJ/molR加熱蒸汽的蒸發(fā)潛熱，kJ/molr一二次蒸發(fā)的蒸發(fā)潛熱，kJ/mol?一冷凝水的溫度，Kto,t溶液最初溫度與最終溫度(沸點(diǎn))，Kq'一損失于外界的熱由于多糖含量為0.35%<20%,則溶液比熱容C近似為：C=C2(1-B)則

15、,C=4.2*1-0.35%)=4.18kJ/kgK料液溫度為30C,出口為100C,蒸發(fā)器蒸發(fā)的壓力：101.3KPa,極熱蒸汽是143.3KPa下的飽和溫度，在此溫度下，可知r=2257kJ/kg,R=2230kJ/kg故，D=1.57t蒸汽/h因?yàn)镼=DR=15700>2230=9775.8KW所以傳熱面積：A=Q/KT已知K=1704W/m2K則傳熱面積A=97758/1704H0=1.6m2蒸發(fā)器的主要尺寸加熱室主要尺寸：選用15mm<3mm,長為1m的不銹鋼管作為加熱管，則管數(shù)為：1.6n =二 d0l 3.14 0.01534根;為了安全，取n=34X1.1=38根。

16、加熱管按正三角形排列，則管束中心線上的管子數(shù)約為：nC=1.1n1/2=1.1881/2=7根取管心距S為50mm,取管束中心線上最外層的中心至殼體內(nèi)部的距離b'為1.5d0,則極熱室直徑為：di=S(nc-1)+2b=50天7-1)+2(X.515)=345mm圓整后去di=400mm循環(huán)管尺寸計(jì)算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)管的截面積取80%的加熱管總面積，即循環(huán)管總面積為：f=0.8nd2=0.8380.785(15-3)2-0.0035m24所以循環(huán)管直徑為：4 0.00353.14=0.0668m圓整后取d=70mm分離室尺寸計(jì)算：取分離室高度為1m。假設(shè)蒸發(fā)時的真空度為-0.08MPa

17、,相當(dāng)于絕對壓強(qiáng)的20KPa,二次蒸汽的密度p為0.131kg/m3,則二次蒸汽的體積流量為：=0.4m3/sW_1303600：36000.131取允許蒸發(fā)體積強(qiáng)度為Vs,y=1m3/m3s,則：_4VJ40.4Dz=0.731m,取Dz=800mmVM,y33.14所設(shè)計(jì)的外循環(huán)蒸發(fā)器主要尺寸如下表4.2:表4.2外循環(huán)蒸發(fā)器主要尺寸表規(guī)格長度/m根數(shù)直徑長度/m直徑高度/m直徑/mm/mm/mm15mm<3m138400約1800170m3.1.3醇析罐設(shè)計(jì)計(jì)算醇析過程主要是將水提后的多糖溶液進(jìn)一步進(jìn)行醇析提取，已得到純度較高的多糖。醇析過程主要在常溫下進(jìn)行操作，因?yàn)橐掖既菀讚]發(fā)，

18、溫度過高會使乙醇大量揮發(fā)而產(chǎn)生浪費(fèi)，并且高溫操作也會帶來危險。(1)醇析罐體積計(jì)算物料衡算：由于整個過程為間歇操作，按照任務(wù)量可知每次進(jìn)料為2000kg,含糖量為0.35%,經(jīng)過蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮后濃度達(dá)0.1%,可計(jì)算出每次投入醇析罐的量為：2000>0.35%=1%m貝U,m=7/0.01kg=700kg由于加入的糖溶液中99%為水，則溶液密度近似可按水密度計(jì)算，則：V水=700/1000m3=0.7m3按照物料衡算可計(jì)算得到加入95%乙醇的體積，計(jì)算如下：(V水+V)70%=95%V3V=2m3所以，每次加入95%乙醇的量為2m3。因?yàn)榭砂大w積加和性來計(jì)算，所以可近似認(rèn)醇析時的體積為2

19、.7m3。取裝填系數(shù)為：0.85則，V實(shí)=2.7/0.85=3.1m3,查文獻(xiàn)16可取醇析罐H/D=1.1(按反應(yīng)器類型選擇)所以，V二工二D2H=-1.1D3444V431D=3=3=1.5m,H=1.1D=1.1X.5=1.65m3.141.13.141.1(2)醇析罐材料選擇設(shè)計(jì)選用三個提取罐，取其壁厚為20mm,材料為20R(GB6654);許用溫度為>-20C;厚度20mm<34mm；壓力位1.01MPa。3.1.4脫蛋白罐設(shè)計(jì)計(jì)算脫蛋白過程主要是為了使多糖里含有的蛋白類物質(zhì)脫除掉，因?yàn)榈鞍状嬖趯Χ嗵堑谋＝〖搬t(yī)療效果有較大影響。在脫蛋白過程中按照1:1的物料與氯仿-正丁

20、醇的比例混合脫除，脫除溫度在常溫下進(jìn)行。(1)脫蛋白罐體積計(jì)算加入的過濾后的多糖經(jīng)過與水1:10溶解后加入到脫蛋白罐，則加入體積可得：m=7X10kg=70kg3V尸m/k70/1000=0.07m3所以V=2V1=2X0.07=0.14m3取裝填系數(shù)為：0.82則，V實(shí)=0.14/0.82=0.17m3,查文獻(xiàn)18,可取醇析罐H/D=1.1(按反應(yīng)器類型選擇)。所以，三1二口十三1二1.1D344D=3；4V=J4x0.17m=444mm,圓整后取D=450mm,3.141.13.141.1H=1.1D=1.1*50mm=495mm(2)脫蛋白罐材料選擇設(shè)計(jì)選用三個提取罐，取其壁厚為10mm

21、,材料為20R(GB6654);許用溫度為>-20C；厚度10mm<34mm；壓力位1.01MPa。3.1.5干燥器的計(jì)算及選擇設(shè)計(jì)處理的多糖液體含水量為85.7%(濕基),環(huán)境溫度t0=20C,相對濕度為80%,加熱蒸汽的壓力為0.8MPa,進(jìn)風(fēng)溫度t1=160C,排風(fēng)溫度t2=80C,產(chǎn)品的含水量為2%。(1)水分蒸發(fā)量W二6腔二8.75SWg/h(2)多糖產(chǎn)量100-W1100-85.7G2=G1=8.75=1.28kg/h100-W2100-2(3)進(jìn)風(fēng)量根據(jù)t0=20C,相對濕度為80%,在IH圖上查得xo=0.0118kg水蒸氣/kg干空氣I0=49.24kJ/kg干空

22、氣當(dāng)t1=160C,t2=80C時，在IH圖上查得11=12=192.59kJ/kg干空氣x=0.0425kg水蒸氣/kg干空氣所以L=-W=75=244.3kg干空氣/hx2-x00.0425-0.0118根據(jù)計(jì)算求得空氣在20c時比容中=0.87m3/kg干空氣3所以進(jìn)風(fēng)量為：V0=Lw=244.30.87=212.54m/h(4)排風(fēng)量根據(jù)計(jì)算，80c時，尾氣排出時的含濕空氣比容衍1.09m3/kg干空氣所以排風(fēng)量為：V2=La=244.31.09=266.3m3/h(5)總熱耗理論熱耗：Qt=I(l2-l0)=212.54N92.59-49.24)=30467.6kJ/h因?yàn)樵谶\(yùn)行中有

23、設(shè)備的熱量損耗，這里設(shè)定熱量損耗為8%,則QtQp 二n30467.60.92= 33117kJ/h(6)空氣加熱管面積查飽和水蒸汽性質(zhì)表得，當(dāng)表壓為0.8Mpa時，飽和蒸汽溫度為T=174.5C,飽和蒸汽的比熱燃為：I=2778kJ/kg,冷凝水比熱燃i=734.1kJ/kg(T-t0)-(T-t1)(174.5-20)-(174.5-160)0tm=17d.-c=59.2C對數(shù)平均溫度為：lnT一t0ln50T-t1174.5-160則，極熱面積A=-Q=33117=6.7m2Ktm8459.2(7)蒸汽消耗量QP33117V=16.1kg烝汽/hI-i2778-734.1所以，可選擇噴霧

24、干燥器型號為：PD-2型，其主要技術(shù)參數(shù)如下表4.3:表4.3噴霧干燥器主要參數(shù)表水分烝發(fā)里/kg所需功率/kwPD-214353.1.6儲罐的選擇儲罐(I)的用途是用來暫存原料，主要起到緩沖作用然后送入下一步處理。設(shè)計(jì)按一天提取的任務(wù)量來計(jì)算，則所需要的體積為：3V=3X3=9m;填充系數(shù)：0.85罐實(shí)際容積：V實(shí)=10m3查文獻(xiàn)16,可選儲罐型號為：HG5-1574-85計(jì)算容積為10m3,儲罐內(nèi)徑為2000mm,罐壁高度為：3185mm,拱頂高度為：260mm,總高：3445mm,拱頂厚度：5.5mm。所用材料為：20R(GB66547)儲罐的液位計(jì)選擇：鋼與玻璃燒結(jié)液位計(jì)(HG2160

25、61993)其適用范圍：鋼與玻璃燒結(jié)液位計(jì)用于觀察化工、石化、醫(yī)藥等。使用溫度：0180C設(shè)計(jì)壓力：-0.12.5MPa其儲罐主要參數(shù)見下表4.4(a表4.4(a)提取后原料儲罐主要參數(shù)表/3/m/mm/mm/mm/mm/mm10200085.534453185儲罐(n)的用途是存儲乙醇本儲罐標(biāo)準(zhǔn)系列的設(shè)計(jì)壓力為常壓，設(shè)計(jì)溫度為0CW&00C,公稱容積Vg為0.18m3。所以根據(jù)乙醇儲罐的大小可選擇儲罐型號為：HG5-1573-85-19,其主要參數(shù)如下表4.4:表4.4(b)乙醇儲罐主要參表/3/m/3/m/mm/mm/mm度/mm/kg66.282000820002.511604.

26、2主要設(shè)備工藝計(jì)算及選型4.2.1 精儲過程原理和條件精微是多級分離過程，即多次而且同時運(yùn)用部分氣化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。利用t-x-y相圖，可以對精儲原理作具體的分析說明。如圖4.1將組成為XF,溫度為tF的混合液加熱到t1,使其部分氣化，并將氣相與液相分開，可得到氣相組成為y1，液相組成為xi產(chǎn)品。圖4.1多次部分汽化和冷凝的t-x-y理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設(shè)備龐大。工業(yè)生產(chǎn)中的精儲過程是在精儲塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機(jī)

27、結(jié)合而實(shí)現(xiàn)操作的。如下圖4.2所示為一精微塔。下面由加熱釜(再沸器)供熱，使釜中殘液部分汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液體處于沸騰狀態(tài)。頂部冷凝得到的儲出液部分作回流入塔，從塔頂引人后逐板下流，使各板上保持一定液層。上升蒸汽和下降液體呈逆流流動，在每塊板上相互接觸進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)。原料液于中部適宜位置處加入精儲塔，其液相部分也逐板向下流入加熱釜，汽相部分則上升經(jīng)各板至塔頂。由于塔底部幾乎是純難揮發(fā)組分，因此塔底部溫度最高，而頂部回流液幾乎是純易揮發(fā)組分，因此塔頂部溫度最低，整個塔內(nèi)的溫度由下向上逐漸降低。圖4.2精儲塔中物料流動示意圖精儲操作分析可知，為實(shí)現(xiàn)精儲分離操作，除了具有足夠?qū)訑?shù)塔板的精

28、儲塔以外，還必須從塔頂引人下降液流（即回流液）和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。因此，塔底上升蒸汽流和塔頂液體回流是精儲過程連續(xù)進(jìn)行的必要條件。4.2.2 精儲操作對塔設(shè)備的要求精儲所進(jìn)彳T的是氣（汽），液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣（汽），液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣（汽），液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求：（1）氣（汽），液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。（2）操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽），液負(fù)荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)

29、定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。（3）流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費(fèi)用。對于減壓精儲操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。(4)結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)和檢修。(6)塔內(nèi)的滯留量要小。4.2.3 塔設(shè)備的類型氣一液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精儲操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備，具種類繁多，根據(jù)塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔，浮閥塔，篩板塔，穿流多孔板塔，舌形塔，浮動舌形塔和浮動噴射

30、塔等多種。工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)，篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板，浮閥塔板，多降液管篩板，舌形塔板，穿流式波紋塔板，浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。(1)篩板塔篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60%,為浮閥塔的80%左右。 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015%。 塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%

31、左右。篩板塔的缺點(diǎn)是： 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。 操作彈性較小(約23)。小孔篩板容易堵塞。(2)浮閥塔在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性，塔板效率，壓降,生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精儲，吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達(dá)10m,塔高可達(dá)80m,板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因

32、為它具有下列特點(diǎn)： 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加2040%,而接近于篩板塔。 操作彈性大，一般約為59,比篩板，泡罩，舌形塔板的操作彈性要大得多。 塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400660N/m2。液面梯度小。使用周期長。粘度稍大以及有一股聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的6080%,為篩板塔的120130%。根據(jù)工藝要求，本設(shè)計(jì)中選用浮閥塔。3.3精儲塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1精儲塔的物料衡算根據(jù)任務(wù)可知，年產(chǎn)酒精是1800噸，按每年150天計(jì)算，則平均產(chǎn)量為1.8106=500kg/h；15024產(chǎn)物濃度（酒精

33、）95%（v）,而換算為質(zhì)量濃度為93.9%;進(jìn)料體積濃度為70%,換算為質(zhì)量濃度為67.2%;查文獻(xiàn)19可知：乙醇含量70%時,密度P=0.879g/ml;乙醇含量95%時，密度P=0.804g/ml。所以67.2/46Xf67.2/46 - 32.8/1893.9/46xd 二93.9/46 6.1/18= 0.445= 0.858Mf=(0.445460.55518)g/mol=30.46g/molMd=(0.858460.14218)g/mol=42.02g/mol500D=kmol/h=11.9kmol/h40.02釜液出料濃度控制在0.01%以內(nèi),所以xw=0.01/%/99；9/

34、18=。.00。04全塔物料衡算:F=D+WFxf=Dxd+Wxw又因?yàn)閄F_xWxD_XWXD_XF所以解得F=22.95kmol/hW=11.05kmol/h工藝中采用冷液進(jìn)料，又因?yàn)長=RD其中取R=2.5由T-X-Y圖可知，當(dāng)xf=0.445時，乙醇一水溶液的泡點(diǎn)為80.05C,在品均溫度為（80.05+30）/2=55.03C下，查文獻(xiàn)17附錄查的乙醇與水的相關(guān)物性參數(shù)為：乙醇的比熱容 乙醇的汽化潛熱 水的比熱容 水的汽化潛熱 換算成摩爾單位： 乙醇的摩爾比熱容乙醇的摩爾汽化潛熱 水的摩爾熱熔2.994kJ/kg . K 864kJ/kg4.18 kJ/kg . K 2258kJ/k

35、gCmA=137.73 kJ/kmol . Ka=38916 kJ/kmolCmB=75.26 kJ/kmol . K水的摩爾汽化潛熱rB=40644 kJ/kmol比較水與乙醇的摩爾汽化潛熱可知，系統(tǒng)滿足衡摩爾流假設(shè)，則:加料液的品均摩爾熱容：Cmp=CmAXA.CmB(1一XA)=137.730.44575.260.555=103.06kJ/kmoK加料液的平均汽化潛熱：r=3a3(1-Xa)=389160.445406440.555=39875.04kJ/kmol所以可得:/Cmp.q=1(T-t)r103.06=1(80.05-30)39875.04-1.133.3.2理論塔板數(shù)的計(jì)算

36、(1)作t-x-y圖常壓下乙醇一水溶液的t-x-y圖查文獻(xiàn)17可知乙醇水溶液氣液平衡數(shù)據(jù)，作t-x-y圖圖4.3圖4.4常壓下乙醇一水溶液的x-y圖(2)由平衡數(shù)據(jù)作得x-y圖，求得最小回流比因?yàn)橐掖家凰芤旱膞-y曲線是非正常曲線，所以只能用圖解法求得最小回流比，方法是過xd點(diǎn)作與x-y相切的直線，直線交于y軸(0,0.27),求得直線的斜率k,由此可以得到k=0.66;所以_in_=0.66,Rmin=1.9,Rmin1則由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取得R=2.5C(1.12.0)Rmin,MR=2.5。則精微段操作線方程為:Lyn 1 xnVD xd )-xnV R 1xDR 12.50.858=xn&#

37、39;2.512.51=0.714xn0.245提儲段液相流量：L'=L+qF=29.75+1.1322.95=55.68kmol/h提儲段汽相流量：V=L-W=55.68-11.05=44.63kmol/h則提儲段操作線方程為：LDXd-FXfynLV"55.6811.90.858-22.950.445二Xn44.6344.63=1.25xn-0.000057(3)逐板計(jì)算法計(jì)算理論板數(shù)由相平衡方程y=-ax可知，x=y1(a-1)xa-(a7)y根據(jù)乙醇一水體系的相平衡數(shù)據(jù)可計(jì)算出相對揮發(fā)度，結(jié)果如下:當(dāng)x>0.7,y>0.755時,a=1.29;當(dāng)xC(0.

38、6,0.7),yC(0.698,0.755)時，a=1.43;當(dāng)xC(0.5,0.6),yC(0.657,0.698)時，a=1.72;當(dāng)xC(0.3,0.5),yC(0.575,0.657)時，a=2.44;當(dāng)x<0.3,y<0.575時，a=4.5;因?yàn)閝=1.13,則由xq=(R1)xF(qfxD可得:Rq3.50.4450.130.858xq=q3.51.13=0.46已知塔頂y=xd=0.858,按逐板計(jì)算方法可算：精儲段：從第一塊板下降的液相組成：yixi二一,二a-(a-1)yi0.8581.29-0.290.858=0.824從第二塊板上升的汽相組成:y2=0.71

39、4x10.245=0.7140.8240.245=0.833從第二塊板下降的液相組成:x2 =Y20.833a -(a -1)y21.29 -0.29 0.833= 0.795從第三塊板上升的汽相組成:y3-0.714x20.245-0.7140.7950.245-0.813從第三塊板下降的液相組成：x3 =y3a 一（a 一1川30.8131.29-0.29 0.813= 0.772從第四塊板上升的汽相組成:y4=0.714x30.245=0.7140.7720.245=0.796從第四塊板下降的液相組成：x4 =y，a 一(a -1)y40.7961.29 -0.29 0.796= 0.7

40、52從第五塊板上升的汽相組成:y5-0.714x40.245=0.7140.7520.245=0.782從第五塊板下降的液相組成:同理可知:X5 -y50.782a _( a -1)y51.29 -0.29 0.782=0.736y6=0.77,%=0.721;y7=0.759,x7=0.709;y8=0.751,x8=0.678;y9=0.729,X9=0.652;yi0=0.71,X10=0.631;y11=0.695,x11=0.569;y12=0.651,X12=0.434=0.46;因?yàn)閄12<Xq,則從第十二塊板加料，此處為進(jìn)料板q提儲段：從第十三塊板上升的汽相組成：y13=

41、1.25X1-0.000057=1.250.434-0.000057=0.54244從第十三塊板下降的液相組成:X13 =y13a - (a - 1)y130.54244 =0.2085144.5 -3.5 0.54244同理可知:必4=0.260586,X|4=0.072628;y15=0.090728,X15=0.021693;y16=0.027059,XI6=0.006142;y17=0.007621,X17=0.001704;y18=0.002073,X18-0.000461;y19=0.000519,XI9=0.000115;y20=0.000087,X20=0.000019<

42、Xw=0.00004;所以求得理論板數(shù)為20塊,加料板載第十二塊。78.2 99.62= 88.9C ,由此查文獻(xiàn)17(4)塔板效率的計(jì)算塔頂：Xd=0.858時，tD=78.2C所以塔頂和塔釜的算數(shù)平均溫度為塔釜：xw=0.00004時，tw=99.6C知，在88.9C時，N乙醇=0.4mPas；N水=0.3mPas。根據(jù)公式lgNLm=£xilgH可得:J_10(0.4451g0.40.5551g0.3_10，0.17711-0.29026)=0.34所以，由奧康奈爾關(guān)聯(lián)式：Et=0.49031).245可得塔板效率為:Et=0.49(：Ll)0245=0.49(2.10.34)

43、°245=0.532(5)實(shí)際板數(shù)及加料位置的確定N一1201N=35.7,取整數(shù)N=36塊Et0.53212-1加料板包置Nf=20.6,取整數(shù)Nf=21塊0.532所以在第21快板加料(由上向下數(shù))3.4.1 除沫器由文獻(xiàn)20可知，除沫器的適宜氣速為l-：v779.94-1.44u=0.108=0.108.,m/s=2.51m/s:V1.44除沫器的直徑為D =4 0.3143.14 2.51m = 0.399m則選取高效絲網(wǎng)除沫器，高度為150mm3.4.2 接管直徑計(jì)算(1)塔頂蒸汽出口管徑因?yàn)殚y孔氣速Umax可以達(dá)到7.8m/s,所以取蒸汽速度UD=10m/s,則管徑為4V

44、s二 udD4 0.314m = 0.2m3.14 10查GB8163-87,選用245X10mm勺熱軋無縫鋼管(2)回流液管徑由于靠重力回流，所以選用回流液流速為UR=0.3m/s,則管徑dR4 3.8 10- 3.14 0.3m=0.04m(3)進(jìn)料管徑由于用泵進(jìn)料,所以選用 UF=1.0m/s又 FFM lf人 Fs 二3600 ：lf22.95 30.463工 3m /s = 2.4父10 m /s ,則官徑為:3600 806.784 2.4 1043.14 1.0m =0.0175m(4)查GB8163-87,選用 22>2mm的熱軋無縫鋼管釜液排除管徑釜液流出速度取uw=0

45、.5m/s又Ws=WMlw = 11.05父18 m3/s = 5.8M10m3/s,則管徑為:3600 ：lw3600 952.4dw =3.14 0.54 5.8 10，m = 0.013m查GB8163-87,選用 中18>2.5mm的熱軋無縫鋼管(5)進(jìn)氣管徑由于操作表壓為0.02MPa,進(jìn)氣量Vs=V=41.65kmol/h ,取u=10m/s又 VS=841.65 m3/s = 0.28m3/s , 則管徑為：3600 1.084 0.28.1m = 0.189m 3.14 10查GB8163-87,選用 203>mm的熱軋無縫鋼管3.4精儲塔機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核3.4.

46、1 材料的選擇筒體與封頭材料選用20R,群做材料選用Q235-A,材料的有關(guān)性能參數(shù)如 下：20RJ=132MPa,(r=13MPa,斷245 MPa；Q235-AJ=113MPa,(r=113 MP ay235 MPa；E=1.9 105 MPa3.42按計(jì)算壓力計(jì)算筒體和封頭的厚度筒體：S=T-2二t -P0.1 8002 132 0.85-0.1mm = 0.35mm查GB8163-87可知，選用45)2.5mm的熱軋無縫鋼管封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭:SPcDiK- 2ct -0.5PC0.18001mm=0.35mm21320.85-0.50.1加上壁厚附加量C=2mm,并圓整，還應(yīng)考慮剛

47、度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭和裙座的名義厚度Sn均為10mm,則Se=Sn-C=10-2=8mm。3.4.3塔的質(zhì)量載荷計(jì)算3.4.3.1 塔殼和裙座的質(zhì)量(1)圓筒塔體圓筒總高度：H0=10.8mm=-(D(2Di2)H0P鋼=三義(0.8220.82)m10.8x7.85m103kg=2156.3kg44(2)封頭質(zhì)量查的DN800mm,厚度為10mm得橢圓封頭質(zhì)量約為73kg,則：m2=73>2=146kg(3)裙座質(zhì)量按圓筒計(jì)算二22223m3=(Do-Di)HsP鋼=一父(0.82-0.8)父2父7.85父10=399.3kg44所以，mo1=m1+m2+m3=(2

48、156.3+146+399.3)kg=2701.6kg3.4.3.2 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量由資料可查的浮閥塔盤單位質(zhì)量為75kg/m2。2m02=一DiNP75=0.83675kg=1356.5kg443.4.3.3 人孔、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量ma=0.25mo1=0.25X2701.6=675.4kg3.4.3.4 保溫材料質(zhì)量m03為封頭保溫層質(zhì)量，保溫層材料為復(fù)合硅酸鹽，厚度為100mm。m03=-(Do2s)2-DoHo?22m03=0.784(1.022-0.822)10.83000.398300=1055.4kg3.4.3.5 平臺、扶梯質(zhì)量221mo4=一(Do2ds2B)2-(Do2

49、ds)2nqpqFHf4-2221=(0.82+2父0.1+2父0.9)2-(0.82+0.2)2Mm2M150+40父134一2-1333.9kg式中：qp一平臺單位質(zhì)量，為150kg/m2;Hf一扶梯高度，為13m；qF一籠式扶梯的單位質(zhì)量，為40kg/m；n一平臺數(shù)量，2個3.4.3.6操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量冗冗.mo4=DhPlDhPl，"Pl44hL=0.05m,PL=-L-L=.=829.77kg/m3,塔釜深度h0=1m,vf=0.199m3;所以，_2_2n4=0.7850.820.0536829.770.7850.821829.770.199829.77=(750.44

50、16.9165.1)kg=1332.4kg3.4.3.7充水質(zhì)量二一2m05=DiHow2Vfw42-=(0.7850.810.8100020.1991000)kg-5823.9kg3.4.3.8全塔操作質(zhì)量、全塔最小質(zhì)量及最大質(zhì)量全塔操作質(zhì)量：mo=m01mo2m03m04m05以=(2701.61356.51055.41333.91332.4675.4)kg=8455.2kg全塔最小質(zhì)量：mmin=m010.2mo2mo3m04ma-(2701.60.21356.51055.41333.9675.4)kg-6037.6kg全塔最大質(zhì)量：mmax二m)1mo2m03m04mamw=(2701

51、.61356.51055.41333.9675.45823.9)kg=12271.3kg3.4.4塔的自陣周期計(jì)算塔自振周期：Ti -90.33HEmeDi3 Io”Ti= 90.33 141008455.2 141001.9 105 8 800310“=0.5s3.5全廠附屬設(shè)備選型3.5.1換熱器的選擇已知條件：進(jìn)口流量為：700kg/h循環(huán)冷水入口溫度：25C,出口溫度：40C料液入口溫度：100C,出口溫度：30c定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，具定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值，故殼程混合氣體定性溫度為：T=100+30/2C=65C管成流體的定性溫度為：t=40+25/2

52、=32.5C混合液體在65c下的物性參數(shù)如下（近似按水的計(jì)算）：密度11=980.5kg/m3定壓比熱容CpiCpi=4.178kJ/kgK-熱導(dǎo)率2i；i=0.663W/mK粘度1世=0.438103uPas表4.17乙醇水精儲塔機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表塔的名義厚度筒體Sn=10mm,封頭Snh=10mm,裙座Sns=10mm荷及具穹塔的載矩質(zhì)量載荷m0=8455.2kgmmax=12271.3kgmmin=6037.6kg風(fēng)彎矩Mw0-0=1.09108NmmMw1-1=9.7¥07NmmMw2-2=8.5107Nmm地震彎矩Me0-0=4.98X07NmmMe1-1=4.4X07Nm

53、mMe2-2=4.0107Nmm各載引的向4計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力d=2.5MPa操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力(20-0=-4.1MPa(21-1=-4.03MPa(22-2=-3.93MPa最大彎矩引起的軸向應(yīng)力0-0，_1-1_(3=i27.1MPacs=i24.1MPa2-2，_(3=i21.4MPa最大組合軸向拉應(yīng)力22_(max=19.9MPa最大組合軸向壓應(yīng)力(max0-0=-31.2MPa(max1-1=-28.31MPa22(max=25.3MPa強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核強(qiáng)度校核cmax2-2=19.9MPa<Kdt=136.64MPa滿足強(qiáng)度條件穩(wěn)定性校核(max0-0=-31.2MPa<dcr=135.6MPa滿足穩(wěn)定性條件(max1-1=-28.31MPa<4cr=135.6MPa滿足穩(wěn)定性條件(max2-2=25.3MPa