化工設(shè)計的目的和要求化工設(shè)計是一個綜合性和實踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培育學(xué)生獨立工作的有利實踐，更是理論聯(lián)系實際的有效手腕。課程設(shè)計不同于平常的作業(yè)，在設(shè)計中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確信方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行進(jìn)程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出論證和核算，通過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。因此，課程設(shè)計是培育學(xué)生獨立工作能力的有利實踐。通過設(shè)計達(dá)到如下目的鞏固化工原理課程學(xué)習(xí)的有關(guān)內(nèi)容，并使它擴(kuò)大化和系統(tǒng)化；培育學(xué)生計算技術(shù)及應(yīng)用所學(xué)理論知識分析問題和解決問題的能力；熟悉化工工藝設(shè)計的大體步驟和方式；學(xué)習(xí)繪制簡單的工藝流程圖和主體設(shè)備工藝尺寸圖；訓(xùn)練查閱參考資料及利用圖表、手冊的能力；通過對“適宜條件”的選擇及對自己設(shè)計功效的評判，初步成立正確的設(shè)計思想，培育從工程技術(shù)觀點動身考慮和處置工程實際問題的能力；精餾操作對塔設(shè)備的要求精餾所進(jìn)行的是氣(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，第一必需要能使氣(汽)、液兩相取得充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。可是，為了知足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具有以下各類大體要求：氣(汽)、液處置量大，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。操作穩(wěn)固，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變更時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)固的操作并應(yīng)保證長期持續(xù)操作所必需具有的靠得住性。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。關(guān)于減壓精餾操作，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。結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。耐侵蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)劑和檢修。塔內(nèi)的滯留量要小。事實上，任何塔設(shè)備都難以知足上述所有要求，何況上述要求中有些也是相互矛盾的。不同的塔型各有某些獨特的優(yōu)勢，設(shè)計時應(yīng)依照物系性質(zhì)和具體要求，抓住要緊矛盾，進(jìn)行選型。板式塔類型氣一液傳質(zhì)設(shè)備要緊分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采納板式塔，也可采納填料塔，填料塔的設(shè)計將在其他分冊中作詳細(xì)介紹，故本書將只介紹板式塔。板式塔為逐級接觸型氣一液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，依照塔板上氣一液接觸元件的不同，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塔等多種。板式塔在工業(yè)上最先利用的是泡罩塔（1813年）、篩板塔（1832年），其后，專門是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速進(jìn)展，接踵顯現(xiàn)了大量新型塔板，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)外實際利用情形看，要緊的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前二者利用尤其普遍，因此，本章只討論浮閥塔與篩板塔的設(shè)計。篩板塔篩孔塔板簡稱篩板，結(jié)構(gòu)特點為塔板上開有許多均勻的小孔。依照孔徑的大小，分為小孔徑篩板（孔徑為3~8mm）和大孔徑篩板（10?25mm）兩類。工業(yè)應(yīng)用中以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場合（如分離粘度大、易結(jié)焦的物系）。篩板的特點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不易處置結(jié)焦、粘度大的物料。應(yīng)予指出，盡管篩板傳質(zhì)效率高，但假設(shè)設(shè)計和操作不妥，易產(chǎn)生漏液，使得操作彈性減小，傳質(zhì)效率下降，故過去工業(yè)上應(yīng)用較為謹(jǐn)慎。最近幾年來，由于設(shè)計和操縱水平的不斷提高，可是篩板的操作超級精準(zhǔn)，彌補(bǔ)了上述不足，故應(yīng)用日趨普遍。在確保精準(zhǔn)設(shè)計和采納先進(jìn)操縱手腕的前提下，設(shè)計中可斗膽選用。精餾塔的設(shè)計步驟本設(shè)計按以下幾個時期進(jìn)行：（1）設(shè)計方案確信和說明。依照給定任務(wù)，對精餾裝置的流程、操作條件、要緊設(shè)備型式及其材質(zhì)的選取等進(jìn)行論述。（2）蒸餾塔的工藝計算，確信塔高和塔徑。（3）塔板設(shè)計：計算塔板各要緊工藝尺寸，進(jìn)行流體力學(xué)校核計算。接管尺寸、泵等，并畫出塔的操作性能圖。（4）繪制精餾裝置工藝流程圖和精餾塔的設(shè)備圖。3設(shè)計方案操作條件的確信在一常壓操作的持續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯一甲苯混合物。已知原料液的處置量為50000T/年，組成為0.27（苯的質(zhì)量分率，下同），要求塔頂鎦出液的組成為0.94，塔底釜液的組成為0.01。設(shè)計條件如下：TOC\o"1-5"\h\z操作壓力；進(jìn)料熱狀況泡點進(jìn)料；回流比2R.；單板壓降；mln全塔效率；依照以上工藝條件作出篩板塔的設(shè)計計算。操作壓力塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅涉及到分離問題，而且與塔頂和塔底的溫度有關(guān)。應(yīng)依照所處置的物料性質(zhì)，并兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性來綜合考慮。加壓蒸餾可提高設(shè)備的處置能力，但會增加塔壁的厚度，使設(shè)備費(fèi)用增加。另外，壓力增加使溶液的泡點和露點溫度均增加，物系的相對揮發(fā)度減小，使物系分離困難。減壓蒸餾不僅需要增加真空設(shè)備的投資和操作費(fèi)用，而且由于真空下其體積增大，需要的塔徑增加，因此設(shè)備費(fèi)用增加。對熱敏性物料可采納減壓蒸餾，如苯乙烯乙苯溶液。對常壓下呈氣態(tài)的混合物應(yīng)采納加壓蒸餾，如從空氣中分離氧和氮。而關(guān)于苯-甲苯、乙醇-水、甲醇-水這一類的溶液不是熱敏性物料，且沸點又不高，因此不需采納減壓蒸餾。這種溶液在常壓下又是液態(tài)，塔頂蒸氣又能夠用一般冷卻水冷凝，因此也不需采納加壓蒸餾。因此為了有效的降低設(shè)備造價和操作費(fèi)用對這種溶液可采納常壓蒸餾。進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料熱狀態(tài)有五種。原那么上，在供熱必然的情形下，熱量應(yīng)盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進(jìn)料。但為使塔的操作穩(wěn)固，免受季骨氣溫的阻礙，常采納泡點進(jìn)料。如此，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量轉(zhuǎn)變較小，可采納相同的塔徑，便于設(shè)計和制造。但將原料預(yù)熱到泡點，就需要增設(shè)一個預(yù)熱器，使設(shè)備費(fèi)用增加。加熱方式蒸餾釜的加熱方式通常采納間接蒸汽加熱，設(shè)置再沸器。有時也可采納直接蒸汽加熱。假設(shè)塔底產(chǎn)物近于純水，而且在濃度稀薄時溶液的相對揮發(fā)度較大（如酒精與水的混合液），即可采納直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)勢是：能夠利用壓力較低的蒸汽加熱；在釜內(nèi)只須安裝鼓泡管，不須安置龐大的傳熱面。如此，可節(jié)省一些操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。但是，直接蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷通入，對塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物損失量相同的情形下，塔底殘液中易揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因此塔板數(shù)稍有增加。但對有些物系（如酒精與水的二元混合液），當(dāng)殘液的濃度稀薄時，溶液的相對揮發(fā)度專門大，容易分離，故所增加的塔板數(shù)并非多，現(xiàn)在采納直接蒸汽加熱是適合的。值得提及的是，采納直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。關(guān)于酒精水溶液，一樣采納?（表壓）。飽和水蒸汽的溫度與壓力互為單值函數(shù)關(guān)系，其溫度可通過壓力調(diào)劑。同時，飽和水蒸汽的冷凝潛熱較大，價錢較低廉，因此通經(jīng)常使用飽和水蒸汽作為加熱劑。但假設(shè)要求加熱溫度超過180°C時，應(yīng)考慮采納其它的加熱劑，如煙道氣或熱油。當(dāng)采納飽和水蒸汽作為加熱劑時，選用較高的蒸汽壓力，能夠提高傳熱溫度差，從而提高傳熱效率，但蒸汽壓力的提高對鍋爐提出了更高的要求。同時關(guān)于釜液的沸騰，溫度差過大，形成膜狀沸騰，反而對傳熱不利。冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。若是塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。若是能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計者確信。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗能夠減少，但同時溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由本地水資源確信，但一樣不宜超過50C，不然溶于水中的無機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而阻礙傳熱。回流方式的選擇液體回流可借助位差采納重力回流或用泵強(qiáng)制回流。采納重力回流可節(jié)省一臺回流泵，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，但用泵強(qiáng)制回流，便于操縱回流比。熱能的利用精餾進(jìn)程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的進(jìn)程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾進(jìn)程本身的熱能是十分重要的。選取適宜的回流比，使進(jìn)程處于最正確條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。與此同時，合理利用精餾進(jìn)程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。假設(shè)不計進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底再沸器所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。但是，在大多數(shù)情形，這部份熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。若是采納釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級低一些的物料，能夠?qū)⑺斦羝淠凉摕峒案寒a(chǎn)品的余熱充分利用。另外，通過蒸餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也能夠取得節(jié)能的成效。例如，采納中間再沸器和中間冷凝器的流程［1］能夠提高精餾塔的熱力學(xué)效率。因為設(shè)置中間再沸器，能夠利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器那么可回收溫度比塔頂高的熱量。確信設(shè)計方案的原那么確信設(shè)計方案總的原那么是在可能的條件下，盡可能采納科學(xué)技術(shù)上的最新成績，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、平安、低消耗的原那么。為此，必需具體考慮如下幾點：知足工藝和操作的要求所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，第一必需保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)固，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)固，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)固，從而需要采取相應(yīng)的方法。第二所定的設(shè)計方案需要有必然的操作彈性，遍地流量應(yīng)能在必然范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)劑，必要時傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)劑閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。再第二，要考慮必需裝置的儀表（如溫度計、壓強(qiáng)計，流量計等及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)進(jìn)程是不是正常，從而幫忙找出不正常的緣故，以便采取相應(yīng)方法。知足經(jīng)濟(jì)上的要求要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾進(jìn)程中如能適本地利用塔頂、塔底的廢熱，就能夠節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面阻礙到冷卻水用量，另方面也阻礙到所需傳熱面積的大小，即對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有阻礙。一樣，回流比的大小對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有專門大阻礙。降低生產(chǎn)本錢是各部門的常常性任務(wù)，因此在設(shè)計時，是不是合理利用熱能，采納哪一種加熱方式，和回流比和其他操作參數(shù)是不是選得適合等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最正確方案。例如，在缺水地域，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充沛及電力充沛、價廉地域，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。保證平安生產(chǎn)例如酒精屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能利用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因此需要平安裝置。以上三項原那么在生產(chǎn)中都是一樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原那么應(yīng)作較多的考慮，對第二個原那么只作定性的考慮，而對第三個原那么只要求作一樣的考慮。設(shè)計方案的確信本設(shè)計任務(wù)為分離苯一甲苯混合物。關(guān)于二元混合物的分離，應(yīng)采納持續(xù)精餾流程。設(shè)計中采納泡點進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采納全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部份回流至塔內(nèi)，其余部份經(jīng)冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，取操作回流比為最小回流比的2倍。塔釜采納間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。精餾塔的物料衡算4具體計算進(jìn)程500081000原料液處置F==74.09mol/h320x24x87.87通過簡捷計算依照給定的加料條件和分離要求計算最小回流比、最小理論板數(shù)、給定回流比下的理論板數(shù)和加料板位置。^SpecificationsFlashOptions|PSD|ComponentAttr.|EOOptions|CostingSubstreamname:Statevariables|PressireVcporfracliun0[Totalflow:17409MolekmoLZhrSolventRefTemperatureT▼LetstduselecttheEubEtrEUnazae.輸入的物料壓力為，泡點進(jìn)料Vaporfraction值為0和各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。wser|1=1g-回流比為最小回流比的2倍那么輸入-2,塔頂塔底組分如圖，常壓操作冷凝器壓力為1Bar，壓降為20%那么再沸器壓力應(yīng)為理論塔板數(shù)NT的求取求最小回流比及操作回流比飛|<_*?|^i?□山、摯/XSummoiyBalanceReflmRatioPrafilBResullsMinimumreFLiKratio:2.219BBWIActualrefluxrafio:44337B881Minimumrumbercfstages.日.54453955Numbelofaclualstages:11.042342Feed$tage:G.8971BG9eNumteiofactual血aboMeFeed:5.B971EE9SReboilerheathoreqjredtIL5B42Q77X頊Ccndenseicodingrequired:1i：6D0O1.29tempeidure:0Q?：O9393cGcttomtemperaturs:11G19B722cDi±tllatetoFaadIradion:D.3TI5ESSHETP：最小回流比實際回流比最小理論塔板數(shù)塊理論塔板數(shù)塊

加料板為第7塊板Summary|BalanceHefluxHatioProfile\ProfileTheoreticalstagesRefluxratio319.4654279109.41129925ii5.52388627124.330E4275133.8396455143.50201592153.20776887162.90434812172.685345181S2.584G5943132.52662168202.48740467依照這組數(shù)據(jù)畫出回流比與理論板數(shù)的關(guān)系圖頁BlockBl(DSTWU)ResultsRefluxRatioProfile-Plot|u||回||53|Theoreticalstages估算出理論塔板數(shù)大約在12塊左右由于全塔效率為因此總塔板數(shù)為12/=取24層加料板在14塊詳細(xì)計算-?"||>>口畫即N，巴/X岐^/Configuration/5treams|^/Pressure|■/CondenserTheTnosiphonCanfig.Retailer|3-FhaseSetupoptionsCalculationtype:NSetupoptionsCalculationtype:Numberofstages:Canizfenser:Reboiler：Validphases:CanvsrgencE：Equilibrium上|24-7-jStagewizard~UdlTICeltle▼Vapor-Liqiid▼Si.andardTReflu:-:ratio二hlols二4.44,TDistilabebjfc&dratio工Mula■*■|1312Freewateirefluxratio:1FeedbdsisEEflusTmti。(RmflLK工mtE；酣土口］!eM&ludas￡±己舊畝&七玲工f@:rcissee;玲盆餐巳口七訕?biāo)龋海alidFh.35￡s=Vs^-sr~Limid-Free^aterinyStage.依照簡捷計算設(shè)置塔板數(shù)為24,冷凝器配置為：全回流回流比餾出物/進(jìn)料比為'/Carfoirstjon/主雎也響i/Fre網(wǎng)」叫/SndbiETItim應(yīng)phon口汁叮/Rctciicr|S|-FE^dstieam?N^rreStagsCcnyertEnTp14Ahc-Ye-ilagePrcduct-strMmsNareStagsPha?&Baa$FlowUnitsFb尚函口Feed224Liquidkmdiln~*seJIjcsh31UqjkIMMl.md/hr加料板位置14■/Corrfiguidiori]■/Prcasurc*/CLrriensei|TheimtKiphonConfig|*/Retdlei||SFFim|Tap/BdUtomVe?Tap/BdUtomTops^ge/匚Dnden±erpressure5tc<r1/Condenserpit^surc|1|bai工-Stage2pressutb[aptiond]—而-5lage2pmuici''CcndcnTEidicp.rFTessuiediopfoireslofccilumn(optionail45i*3tprtMurcdicp-廣EdunnpiezsuE-dicp:單板壓降冷凝器為常壓1bar那么第二塊板壓力TPFQCompafiliDUrg|K-Vakie?|Hp±3ulc?|RE^ctnnsElfiaercies|Properties||Ke$iConnzonenlsIrn|*View忙二二二R■_LIlipjXLIJIIpL'limSI占peC6H6C7H811B94D1938Q1C69B0E22D.8524MH[I仰礦的3D.7998ES61D2E(]lB+394D.7355B70102M412995160]7[007132929693E1573411530i215B84.77D.49424775[15C67523B14H0LO4S15E5199529134563099LL6^1379O110D.2B975514l7102D4ffi1112917B001074921■計算后發(fā)覺不符合生產(chǎn)要求然后做個design^/Specifications|/Components]*/"Feed/ProductSbeams^/Specifications|/Components]*/"Feed/ProductSbeams0ptions]ResjitsType:Type:AdjustedvariableRefluxratioIPFQCnnposiiinrK|K-VaJjes|Hydraulics|Realms|Elficiencies|Proper帔|Ke^Compcnenis|TH?View:|Liquid三|Basis:|Mde，Cairfci^ilianprcfk±Si^gcCGHGC7II：10.9^3554740D5133&520.9Q3039BDOTE^CQ30.83911969DJ1[^O31q0.&1509775□1549322550.73350734□21D492fi6S0.7218SQ5BD27B119il2?0.&1359434035/66600.5584967504419^32490.472735B4[L527aE41G100.39319G2BLlG0B3^3?2nfl67472027Sal-aictviswaptfan.氣相餾出物符合要求。塔徑的計算開始為第2塊板終止為23塊板選擇篩板塔塔徑估量為5ResultsSumrnflryCustomStrrflmSummfliry-DiatflBrovrsern口昭10們StieamSurmi色「日幽醐期N,：二疽XIt■■I"Iw-'I"I也少史::臥…臥…島…臥…曰：白白?{l'a'sdSpec-GroupsPoirfeStreamResultsCuSilDmStreamReactiD-nsConvergenceFlo&h*MgOptiorisModelAnalysisTockECCanfiguracioriRpEuhiE；SummaryPJRunStatusP3Sireann^PJOperatingCostSummary■MedelEummwP3EquipmentSummaryDynamicConfigu^aticntlJEwmStrHinSUiwniTYFromTDSubsbeam:WC<E[)Ftiaw:C