常州大學本科生畢業設計計算說明書第頁目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1. 物料衡算 11.1 物料流程簡圖 11.2 物料衡算 12. 熱量衡算 22.1 原料預熱器熱量衡算 22.2 Ⅰ塔塔頂冷凝器熱量衡算 22.3 Ⅰ塔塔釜再沸器熱量衡算 22.4 Ⅰ塔塔頂冷卻器熱量衡算 22.5 Ⅱ塔塔頂冷凝器熱量衡算 22.6 Ⅱ塔塔釜再沸器熱量衡算 32.7 Ⅱ塔塔頂冷卻器熱量衡算 32.12 物料裝置帶出的熱量 32.13 系統熱量衡算 43. 精餾塔的設計 43.1 精餾塔的工藝計算 43.2 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 93.3 塔板主要工藝尺寸 113.4 篩板的流體力學驗算 133.5 塔板負荷性能圖 144. 設備選型 164.1 罐體選型 164.2 換熱設備 174.3泵的選型 265. 管徑計算與選型（摘自GB8163-88） 285.1 物料管道的計算和選型 285萬噸/年正丁醇脫水裝置工藝設計物料衡算物料流程簡圖圖1正丁醇脫水工藝流程簡圖物料衡算（1）原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率水的摩爾質量M水=18kg/kmol正丁醇的摩爾質量MC4H9OH=74kg/kmolXF=0.4XD=0.001XW=0.999(2)原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量MF=0.4×74+(1-0.4)×18=40.4kg/kmolMD=0.001×74+(1-0.001)×18=18.056kg/kmolMW=0.999×74+(1-0.999)×18=73.944kg/kmol(3)物料衡算原料處理量：5萬噸/年，年操作330天F==6313.13kg/h==156.26kmol/h總物料衡算156.26=D+W正丁醇物料衡算156.260.4=0.001D+0.999W得：(4)對塔Ⅰ物料衡算塔及塔頂、塔底產品的摩爾分率水的摩爾質量M水=18kg/kmol正丁醇的摩爾質量MC4H9OH=74kg/kmolXF=0.476XD=0.246XW=0.999物料衡算：204.618=D+W正丁醇物料衡算：204.6180.476=0.246D+0.999WF=204.618kmol/hD=142.114kmol/hW=62.504kmol/h(5)對塔Ⅱ及塔頂、塔底產品的摩爾分率水的摩爾質量M水=18kg/kmol正丁醇的摩爾質量MC4H9OH=74kg/kmolXF=0.022XD=0.249XW=256PPM物料衡算：F=D+W對正丁醇物料衡算：FXF=DXD+WXWF=102.087kmol/hD=8.331kmol/hW=93.756kmol/h熱量衡算原料熱量衡算查Aspen物性數據庫的t=40℃水和正丁醇定壓比熱容：Cp水=71.056kJ/kmol·KCpC4H9OH=215.059kJ/kmol·KQ1==156.260.4215.059(313.15-293.15)+156.260.671.056(313.15-293.15)=112kwⅠ塔塔頂冷卻器熱量衡算查Aspen的冷卻器的結果得到在93℃冷卻到40℃過程中：Q2=1899.1227kwⅠ塔塔釜再沸器熱量衡算查Aspen物性數據庫水和正丁醇在117.6℃的汽化潛熱：rC4H9OH=43090.92kJ/kkmolr水=39945.5kJ/kmolQ3==62.50443090.92=748.154kWⅡ塔塔釜再沸器熱量衡算查Aspen物性數據庫水和C4H9OH在99.8℃的汽化潛熱：r水=40813.26kJ/kmolrC4H9OH=45256.62kJ/kmolQ4==0.99993.75640813.26+0.00193.75645256.62=1063.03kW分層器的熱量衡算Q5=7.33kW物料裝置帶出的熱量查Aspen物性數據庫水和C4H9OH在27℃的定壓比熱容：Cp水=3.86kJ/kg·KCpC4H9OH=2.814kJ/kg·KQ6==4631.3312.814（303.15-298.15）+1694.6493.86（303.15-298.15）=27.2kW系統熱量衡算Q加=Q移+Q損外界向系統提供的熱量Q加物料離開系統帶走的熱量Q移系統損失的熱量Q損Q加=Q1+Q3+Q4+Q5=112+748.154+1063.03+7.33=1930.514kwQ移=Q2+Q6=1899.1227+27.2=1926.3227kwQ損=Q加+Q移=1930.514—1926.3227=4.1913kw3精餾塔的設計3.1精餾塔的工藝計算塔板數NT最小回流比及操作回流比的確定利用Aspen工程軟件中的精餾捷算模塊（DSTWU）模擬出雙塔精餾5萬噸/正丁醇脫水工藝，使塔頂與塔釜產品的質量分數都達到99.9%。理論板數求取用Aspen工程軟件中的嚴格計算的模塊（RadFrac）建立雙塔精餾的連續流程，調整各塔的塔板數、進料板位置、塔壓、板壓降和各塔塔頂餾出流量來實現兩個塔的塔頂產品與最終塔釜產品的質量分數達到99.9%。并實現塔之間冷凝放熱與再沸需熱的熱集成。得出理論板數：Ⅰ塔總理論板數NT=7(包括再沸器)NF=1Ⅱ塔總理論板數NT=5(包括再沸器)NF=1實際板數的求取全塔效率為50%Ⅰ塔提餾段實際板數N提=7/0.5=14Ⅱ塔提餾段實際板數N提=5/0.5=10(2)精餾塔的工藝條件及相關物性數據的計算①操作壓力計算Ⅰ塔塔頂操作壓力PD1=101.325kPa進料板壓力PF1=101.325kPa塔釜操作壓力PW1=101.325kPa精餾段操作壓力P精1=101.325kPa提餾段操作壓力P提1=101.325kPaⅡ塔塔頂操作壓力PD2=101.325kPa進料板壓力PF2=101.325kPa塔釜操作壓力PW2=1101.325Pa精餾段操作壓力P精2=101.325kPa提餾段操作壓力P提2=101.325kPa②操作溫度計算Ⅰ塔塔頂溫度tD1=366.103K進料板溫度tF1=366.103K塔釜溫度tW1=390.74K精餾段平均溫度t精1=366.103K提餾段平均溫度t提1=378.42KⅡ塔塔頂溫度tD2=365.59K進料板溫度tF2=365.59K塔釜溫度tW2=372.61K精餾段平均溫度t精2=365.59K提餾段平均溫度t提2=369.1K③平均摩爾質量計算Ⅰ塔塔頂平均摩爾質量MVD1=0.24574+(1-0.245)18=31.72kg/kmolMLD1=0.46174+(1-0.461)18=43.816kg/kmol進料板平均摩爾質量MVF1=0.24574+(1-0.245)18=31.72kg/kmolMLF1=0.46174+(1-0.461)18=43.816kg/kmol塔釜平均摩爾質量MVD1=0.99674+(1-0.996)18=73.77kg/kmolMLD1=0.9994674+(1-0.99946)18=73.97kg/kmol精餾段平均摩爾質量MV精1=31.72kg/kmolML精1=43.648kg/kmol提餾段平均摩爾質量MV提1==52.745kg/kmolML提1==58.9kg/kmolⅡ塔塔頂平均摩爾質量MVD2=0.25874+(1-0.258)18=32.448kg/kmolMLD2=0.039574+(1-0.0395)18=20.212kg/kmol進料板平均摩爾質量MVD2=0.25874+(1-0.258)18=32.448kg/kmolMLD2=0.039574+(1-0.0395)18=20.212kg/kmol塔釜平均摩爾質量MVD2=0.020774+(1-0.0207)18=19.16kg/kmolMLD2=0.0010774+(1-0.00107)18=18.06kg/kmol精餾段平均摩爾質量MV精2=32.448kg/kmolML精2=20.212zkg/kmol提餾段平均摩爾質量MV提2==25.44kg/kmolML提2==18.906kg/kmol平均密度計算Ⅰ塔氣相密度精餾段ρV精1===1.056kg/m3提餾段ρV提1===1.70kg/m3液相平均密度塔頂液相密度ρLD1=790.14kg/m3進料板液相密度ρLF1=790.14kg/m3塔釜液相密度ρLW1=715.55kg/m3精餾段液相平均密度ρL精1=790.14kg/m3提餾段液相平均密度ρL提1==752.845kg/m3Ⅱ塔氣相密度精餾段ρV精2===1.08kg/m3提餾段ρV提2===0.84kg/m3液相平均密度塔頂液相密度ρLD2=895.230kg/m3進料板液相密度ρLF1=895.230kg/m3塔釜液相密度ρLW1=917.48kg/m3精餾段液相平均密度ρL精2=895.230kg/m3提餾段液相平均密度ρL提2==906.355kg/m3液體表面張力Ⅰ塔塔頂液相表面張力σLD1=40.65mN/m進料板液相表面張力σLF1=40.65mN/m塔釜液相表面張力σLW1=16.48mN/m精餾段液相平均表面張力σL精1=40.65mN/m提餾段液相平均表面張力σL提1==28.565mN/mⅡ塔塔頂液相表面張力σLD2=58.05mN/m進料板液相表面張力σLF2=58.05mN/m塔釜液相表面張力σLW2=58.27mN/m精餾段液相平均表面張力σL精2=58.05mN/m提餾段液相平均表面張力σL提2==58.16mN/m液體平均粘度Ⅰ塔塔頂液相粘度μLD1=0.41881mPa·s進料板液相粘度μLF1=0.41881mPa·s塔釜液相粘度μLW1=0.38907mPa·s精餾段液相平均粘度μL精1=0.41881mPa·s提餾段液相平均粘度μL提1==0.40394mPa·sⅡ塔塔頂液相粘度μLD2=0.31316mPa·s進料板液相粘度μLF2=0.31316mPa·s塔釜液相粘度μLW2=0.28137mPa·s精餾段液相平均粘度μL精2=0.31316mPa·s提餾段液相平均粘度μL提2==0.297235mPa·s3.2精餾塔的塔體工藝尺寸計算塔徑的計算Ⅰ塔精餾段的氣、液相體積流率為：V=(R+1)D=2.7142.114=383.71kmol/hL=RD=1.7142.114=241.6kmol/hVs===3.202m3/sLs===3.7110-3m3/s由《化工原理》下冊式10-29umax=C·取板間距HT=0.3m板上液層高度hL=0.05m查《化工原理》下冊圖10-42得C20=0.06由《化工原理》下冊式10-28C=umax=C·==1.89m/s取安全系數為0.7，則空塔氣速為：U=0.7umax=0.71.89=1.324m/sD=按標準塔徑圓整后為：D=1.8m塔截面積：AT=0.7851.82=2.5434m2u=Ⅱ塔按Ⅰ塔的塔徑計算方法得出Ⅱ塔圓整后的塔徑：D=1.8m根據塔徑選取板間距HT=0.3m精餾塔有效高度的計算Ⅰ塔提餾段有效高度為：在進料板上方留0.8m的空間，故精餾塔的有效高度為：Ⅱ塔提餾段有效高度為：在進料板上方留0.8m的空間，故精餾塔的有效高度為：3.3塔板主要工藝尺寸溢流裝置計算因塔徑D=1.8m，科選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。①堰長取②溢流堰高度由，選用平直堰《化工原理》下冊式10-34近似取，則=0.015m所以選取齒形堰《化工原理》下冊10-35設齒深=0.017m板上液層高度③弓形降液管寬度和截面積由，查《化工原理》下冊圖10-40得;驗算液體正在降液管中停留時間，即：故設計合理④降液管底隙高度由《化工原理課程設計》式3-14選用凹形受液盤，深度塔板布置塔板的分塊因D=1.8m，故塔板不分塊邊緣區寬度確定取WS=W’S=0.065mWC=0.035開孔面積計算開孔面積按《化工原理》下冊式10-34，即：其中故=2.025篩孔算及其排列本設計任務中的物系無腐蝕性，可選用δ=3mm碳鋼板，取篩孔的直徑d0=15mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心據t為：篩孔數目n為：開孔率為：氣體通過篩孔的氣速為：3.4篩板的流體力學驗算干板阻力hC計算干板阻力hC由《化工原理課程設計》式3-26計算由查《化工原理》下冊圖10-45得C0=0.75=0.0295m氣體通過液層的阻力h1計算氣體通過液層的阻力h1由《化工原理課程設計》式3-31計算=1.33m/s查《化工原理》下冊圖10-46得液體表面張力的阻力計算液體表面張力所產生的阻力由《化工原理課程設計》式3-34計算=0.001166m氣體通過每層塔板的液柱高度hp=0.06367m氣體通過每層塔板的壓降為：3.5塔板負荷性能圖漏液線由《化工原理課程設計》式3-38得：液沫夾帶線以為限，求關系如下：由《化工原理課程設計》式3-36整理的：液相負荷下限線取堰上液層高度，齒深0.15m得：液相負荷下限線以作為液體在降液管中停留時間的下限得:(5)液泛線令由聯立得：忽略，將與，與，與的關系式帶入上式，并整理得：式中：=0.6其中取0.45=0.65將相關的數據帶入整理，得：圖2Ⅰ塔塔板負荷性能圖4設備選型4.1罐體選型原料罐原料罐以儲存5天的量計安全系數為0.8則根據HG21502.1-92鋼制圓筒形固定頂儲罐系列公稱容積1000m3公稱直徑11500mm公稱高度10650mmⅠ塔釜產品罐產品以儲存1天的量計安全系數為0.8則根據HG5-1579-85立式儲罐公稱容積200m3公稱直徑6550mm公稱高度6500mmⅡ塔釜產品罐產品以儲存1天的量計安全系數為0.8則根據HG5-1580-85臥式儲罐公稱容積63m3公稱直徑2800mm公稱長度9400mm4.2換熱設備原料預熱器確定物性數據（物性數據查Aspen物性數據庫）原料飽和水蒸氣水在130℃的相關物性密度935.0kg定壓比熱容導熱系數粘度汽化潛熱2182kJ/kg計算總傳熱系數熱流量=112kw平均傳熱溫度蒸汽用量傳熱面積假設傳熱系數傳熱面積考慮15%的面積裕度工藝結構尺寸的計算《化工原理》換熱器系列標準（JB/T4714-92，JB/T4715-92）換熱管為Φ19mm的換熱器基本參數(管心距25mm)公稱直徑DN/mm219公稱壓力PN/MPa1.6管程數N1管子根數n33中心排管數7管程流通面積/m20.0058換熱管長度L/mm1500計算換熱面積/m22.8折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為，故可取取折流板間距，則，故B取100mm折流板數Ⅰ塔塔釜再沸器熱流體93→117.6冷凝水140→140設考慮15%的裕度面積《化工原理》換熱器系列標準（JB/T4714-92，JB/T4715-92）換熱管為Φ19mm的換熱器基本參數(管心距25mm)公稱直徑DN/mm325公稱壓力PN/MPa4管程數N4管子根數n68中心排管數11管程流通面積/m20.0030換熱管長度L/mm6000計算換熱面積/m223.9蒸汽用量流量Ⅰ塔塔頂冷卻器熱流體93→40冷凝水25→30設考慮15%的裕度面積《化工原理》換熱器系列標準（JB/T4714-92，JB/T4715-92）換熱管為Φ19mm的換熱器基本參數(管心距25mm)公稱直徑DN/mm400公稱壓力PN/MPa0.6管程數N4管子根數n146中心排管數14管程流通面積/m20.0065換熱管長度L/mm4500計算換熱面積/m238.3冷凝水流量Ⅱ塔塔釜再沸器熱流體92.8→99.8塔釜液120→120設考慮15%的裕度面積《化工原理》換熱器系列標準（JB/T4714-92，JB/T4715-92）換熱管為Φ19mm的換熱器基本參數(管心距25mm)公稱直徑DN/mm325公稱壓力PN/MPa1.6管程數N1管子根數n99中心排管數11管程流通面積/m20.0175換熱管長度L/mm6000計算換熱面積/m234.9蒸汽用量流量4.3泵的選型（1）原料泵原料的體積流量揚程查《化工原理》IS型單級單吸離心泵性能表IS型單級單吸離心泵型號IS50-32-125轉速n/(r/min)1450流量m3/s7.5揚程H/m4.6效率η/%55軸功率kW0.17電機功率kW0.55必需汽蝕余量(NPSH)r/m2.5質量(泵/底座)/kg32/38I塔塔釜產品泵液體的體積流量揚程查《化工原理》IS型單級單吸離心泵性能表IS型單級單吸離心泵型號IS50-32-125轉速n/(r/min)1450流量m3/s7.5揚程H/m4.6效率η/%55軸功率kW0.17電機功率kW0.55必需汽蝕余量(NPSH)r/m2.5質量(泵/底座)/kg32/38(7)II塔塔釜產品泵體的體積流量查《化工原理》IS型單級單吸離心泵性能表IS型單級單吸離心泵型號IS50-32-125轉速n/(r/min)1450流量m3/s3.75揚程H/m5.4效率η/%43軸功率kW0.13電機功率kW0.55必需汽蝕余量(NPSH)r/m2.0質量(泵/底座)/kg32/385管徑計算與選型（摘自GB8163-88）5.1物料管道的計算和選型原料輸送管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ38×2.5無縫鋼管Ⅰ塔的物料管道I塔塔頂蒸汽出料管設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ190×5無縫鋼管I塔塔釜出料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ54×2.5無縫鋼管Ⅰ塔進料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ38×2.5無縫鋼管（3）Ⅱ物料管道①II塔釜出料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ32×2.5無縫鋼管②II塔物料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ32×2.5無縫鋼管②II塔頂出料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ73×3無縫鋼管（4）I塔的冷卻器出料管道設計管內物質的流速：管內的體積流量V確定管徑：選型：φ38×3無縫鋼管[1]

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張維凡,張海峰.常用化學危險品安全手冊[M].中國醫藥科技出版社.1992.基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現的供暖系統最佳啟停自校正（STR）調節器單片機控制的二級倒立擺系統的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協議棧的實現基于單片機的蓄電池自動監測系統基于32位嵌入式單片機系統的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養診斷專家系統的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統研究與開發基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統開發基于單片機的液壓動力系統狀態監測儀開發模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數控系統的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環走絲方式研究基于單片機的機電產品控制系統開發基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統單片機系統軟件構件開發的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統的研制基于單片機的數字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現基于單片機的電液伺服控制系統用于單片機系統的MMC卡文件系統研制基于單片機的時控和計數系統性能優化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數據采集系統基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數控改造基于單片機的溫度智能控制系統的設計與實現基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監測系統基于單片機網絡的振動信號的采集系統基于單片機的大容量數據存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現基于AT89S52單片機的通用數據采集系統基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統基于單片機的控制系統在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統的網絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數控系統的研究與開發基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統研究基于TCP/IP協議的單片機與Internet互聯的研究與實現變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數器自動換樣功能的研究與實現基于單片機的倒立擺控制系統設計與實現單片機嵌入式以太網防盜報警系統HYPERLINK"/detail.