化工原理课程设计
提馏段hp/m 降液管内的清液高度 精馏段Hd/m 提馏段Hd/m 气相负荷下限 精馏段Vs/m3/s 提馏段Vs/m3/s 液相负荷下限 精馏段Ls/m3/s 提馏段Ls/m3/s 液相负荷上限Ls/m3/s 操作弹性
0.0608 0.1164 0.1143 0.625 0.616 0.000589 0.000581 0.00435 3.986 4.24 精馏段 提馏段
5.附加设备的计算及选型
5.1 冷凝器负荷
按泡点回流设计，即饱和蒸汽冷凝且回流，采用250C的水作为冷却剂，逆流操作，则
Q?Wr1r1?VMVDr1查液体的气化潜热图（化工工艺设计手册第
2-819），可知塔顶温度
860C下，
乙醇的气化潜热：rA?854KJ/kg 水的气化潜热：rB?2362KJ/kg
r1??rxii?854?0.881443??1?0.881443??2362?1032.784kJ/kmol
故Q?61111.1111?1032.784/3600?1753.183kJ/s又由于Q?KA?t
m则?t?m?t2??t1ln?t2?t1??86?25???86?40?ln86?2586?40?53.148C0因为K?750J/s.(m2.K)
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所以A?QK?tm?1753.183750?10?3?53.148?43.98m2
冷却水的消耗量qm,c?QcCp,c?t2?t1?QcCp,c?t2?t1?，Cp,c?4.17kJ/(kg.0C)
qm,c??1753.183?36004.17??40?25??1.00903?10kg/h
55.2再沸器热负荷
采用饱和水蒸汽间接加热，逆流操作，则Q?Wr2r2 查的塔釜温度99.80C下， 乙醇气化潜热：rA?774.5KJ/kg 水气化潜热：rB?2221KJ/kg
r2??rxii?774.5?0.002?46??1?0.002??2221?18?39249.7kJ/kmol
故Q??L'?W?Mfr??280.03?120.78??39249.7/3600?1736.3kJ/s
1因为设备蒸汽热损失为加热蒸汽供热量的5%，所以所需蒸汽的质量流量为：
qm,h?Qr?1736.3?3600?1?0.05?2221?2814.43kg/h
r---加热蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg
6.精馏塔设备设计
6.1精馏塔塔体材料、内径、壁厚和强度校核
6.1.1精馏塔塔体材料的选择 精馏塔塔体材料：16MnR
依据：我们的操作压力是111.8kPa，最大的操作温度为99.8℃，并且所要分离的物质是乙醇和水，对材料的腐蚀性不大，在满足条件的材料中16MnR的价格相对便宜，所
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以选择16MnR。 6.1.2精馏塔的内径
Di?1200mm6.1.3壁厚的计算
16MnR当?在6~16mm的范围内时????170MPa，操作压力pc?116.01kpa，设计压力
t为：p?1.1pc?130.9539kpa?0.1276MPa，选取双面焊无损检测的比例为全部，所以??1 计算壁厚：?d?pDi2???C1?C2?0.131?12002?170?0.131?t??p，取C1=0.6 ，C2=2 ?C1?C2
所以?d?0.463?2?0.6?3.0625mm圆整后取?n?6mm（因为选用16MnR材料的设备最小的壁厚为6mm，即?min?6mm
6.1.4强度校核
(1)求水压试验时的应力。因为16MnR的屈服极限?s?345Mpa，所以
0.??9s?0?.9?1?350Mp3a10?T?，
pT?Di??e?2?e又因为设计压力pT为pT?p?1，试
验压力pT'?1.25PpT?1.25?0.1276pT?pT'???中较大者，计算比较得：t???345?0.0786MpapT?p?1?0.1276?0.1?0.227M6pa'170
?e??n?C?6??2?0.6??3.4mm
代入得：?T?0.2276??1200?3.4?2?3.4?40.278Mpa
?T?0.9??s，水压试验满足要求。
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6.2封头的选型依据，材料及尺寸规格
6.2.1封头的选型依据
封头的选型：标准的椭圆封头
选型依据：从工艺操作考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头形状。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。
6.2.2封头材料的选择
封头材料：16MnR 6.2.3封头的高
Di2hiDi412004因为长轴：短轴=2 即：
?2所以hi???300mm
其中Di——精馏塔的内径
hi——封头的高
直边高度为：h2?25mm（查JB/T4337-95可知） 6.2.4封头的壁厚
计算壁厚：对于标准椭圆封头，K=1取封头是由整块钢板冲压而成??1，所以
?d?pDi2?????0.5p?C1?C2?0.1276?12002?170?0.1276?0.5?2.6?3.05mm圆整后取?n?6mm
强度校核
pT?Di??e?2?e?0.9?s式中
校核筒体与封头水压试验强度，根据式?T?pT?p?1?0.1276?0.1?0.2276Mpa
，?e??n?C?6??2?0.6??3.4mm
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?s?345Mpa，?T?0.2276??1200?3.4?2?3.4?40.278Mpa，?T?0.9??s满足条件。且
'e?e??n?C?6??2?0.?6?3mm.4，?T?0.9??s??Di?0.15%?1200?0.15%?1.8mm
所以?e>Di?0.15%满足条件。 6.2.5尺寸规格
壁厚：6mm 直边高度：25mm 规格：JB/T4337-95
6.3精馏塔的塔板类型选择
塔板类型：浮阀塔
依据：泡罩塔结构复杂，造价高，气体通过每层塔板的压降大。筛板塔没有升气管和泡罩，筛板塔操作时液体横过塔板，气体则自板上小孔（筛孔）鼓泡进入板上液层。当气速过低时筛孔会漏液；若气速过高，气体会通过筛孔后排开板上液体径自向上方冲出，造成过量液沫夹带即严重轴向混合。与之相比浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%~40%，操作弹性可达7~9，板效率比泡罩塔约高15%，制造费用为泡罩塔的60%~80%。所以采用浮阀塔。
6.4塔板结构及与塔体的连接形式
1、塔板设计要求：应满足具有良好的拐度并且方便拆装 2、塔板形式：自身梁式塔板
3、塔板结构：矩形板。它是将矩形板沿其长边向下弯曲而成，从而形成梁和塔板的统一整体。自身梁式矩形板仅有一边弯曲成梁，在梁板过渡处有一凹平面，以便与另一塔板实现搭接安装并与之保持在同一水平面。
4、连接形式：根据人孔位置及检修要求，分块式塔盘板间的连接分为上可拆连接和上下均可拆连接两种。常用的紧固件式螺栓和椭圆垫片。塔盘板安放于焊在塔壁上的支持圈上。
6.5降液管的形式
采用弓形降液管
依据：因为弓形降液管具有较大的降液面积，气液分离效果好，降液能力大。
6.6受液盘的设计
采用凹形受液盘
依据：因为它可保证液体采出侧线满液，即使在高蒸汽流速和低液体流量下仍能保证
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