第六部分 塔内件机械强度设计及校核
6.1精馏塔筒体和裙座壁厚计算
选用16MnR 钢板，查《化工设备机械基础》表9-4得：，MPa 170][t =δ焊接采用双面焊
100%无损探伤检查，焊接接头系数00.1=?，则由筒体的计算厚度为：
[]0.11182300
0.76()2217010.1118
c i p D c mm t p δσ??=
==-??-
查《化工设备机械基础》表9-10得mm C 8.01=，加上壁厚附加量C=2mm ，并圆整，还考虑刚度、稳定性及多种载荷等因素，取筒体、封头和裙座的名义厚度Sn 为8mm ，则
有效厚度 826mm e n C δδ=-=-=（）
应力校核：
采用水压试验，试验压力为
[][]
1701.25 1.250.11180.14
170T t
p p
MPa σσ==??=（） 压力试验时的薄膜应力
()e
T δδσ2D p e i T +=
故()
0.142300626.9()26
T MPa σ?+=
=?
查表9-4，16MnR 的
MPa s 345=σ
故0.90.91345310.5()26.9MP s T MPa a ?σσ=??==＞ 所以满足水压试验要求。 封头采用标准椭圆封头 6.2精馏塔塔的质量载荷计算 6.2.1塔壳和裙座的质量
圆筒质量
塔体圆筒总高度Z 8m =
()14
2
2
i
D -D Z m π
ρ=
()2
232.316 2.300137.85105916.554
kg π
=
-???=
6.2.2封头质量
查的DN2300，壁厚8mm 的椭圆形封头的质量为251kg ，则
kg 5022251m 2=?=
6.2.3 裙座质量 圆筒裙座尺寸：23002316is os D mm D mm ==，。
()
钢πρs 2
is 2os 3H D -D 4
m =
2232.312 2.327.85106824
kg π
=-???=（） 011233640.955026824825m m m m kg =++=++=
6.2.4塔内构件质量
塔盘单位质量为175.59kg
02175.59152633.9m kg =?=
6.2.5人孔、法兰、接管与附属物质量
010.250.2548251206.3a m m kg ==?=
6.2.6保温材料质量
03m '为封头保温层质量，查《化工工艺设计手册》选用硅酸钙制品，厚度为150mm
()2203000203224
s m D D H m δρ??'=+-+??π ()()2
22.31620.15 2.3161330020.5870.3983004643.204π??=
?+?-??+?-?=?
?
kg
6.2.7平台、扶梯质量
()()[]
F F P 2s 02s 004H q nq 2
12D -B 22D 4m +?+++=
δδπ
()()22
12.31620.120.9 2.31620.1221504012
42
3376.1π??=
?+?+?-+?????+???=kg
式中：
P q ------平台单位质量，为；
2m /kg 150 F H -----扶梯高度，为12m ；
F q ------笼式扶梯的单位质量，为；m /0kg 4 n------平台数量。
6.2.8操作时塔内物料质量
220054
4
m i L L P i L f L
D h N D h V π
π
ρρρ=
+
+
222.30.068855.865 2.30.0326855.865 5.130.934
4
4
1826.6kg
π
π
=
????+
???+?=
6.2.9充水质量
024
W i W f W
m D H V π
ρρ=
+
全塔操作质量
a 05040302010m m m m m m m +++++=
48252633.94643.23376.11826.11206.3
18510.6kg
=+++++=
塔设备最小质量min m
a 04030201min m m m m 2.0m m ++++= 48250.22633.94643.13376.11206.3
14577.28kg
=+?+++=
塔设备最小质量max m
w m m m m m m m a 04030201max +++++= 48252633.94643.13376.11206.314577.28kg
=+++++
=
塔自振周期计算
31T 10-=
90.330.1547s =?
6.3地震载荷计算
由表查得：45.0a max =（设计地震烈度8级）。 由表查得：3.0T g =（2类场地土，近震）。
地震影响系数0.9
0.9
g 1max 1T 0.30.450.82T 0.1547αα????
==?= ? ?????
结构综合影响系数 0.5C Z =。
13000
H/Di 5.652300
=
=，确定危险界面，如附图。0-0截面为裙座基底截面，1-1截面为裙座人孔出截面，2-2截面为裙座与塔体焊缝处截面。 6.3.1计算危险截面的地震弯矩 0-0截面：
gH 1m C 35
16
M 0Z 0-0E α=
' 816
0.50.8218510.69.8113000
354.42510N mm
=
?????=??
0-00-088E E
M 1.25M 1.25 4.42510 5.53110N mm '==??=?? 1-1截面：
()5
.32.53.52.5
01Z 1-1E 4h h 14H -10H 175H
g m a 8C M +=
' ()3.52.5
3.5
2.5
780.50.1418510.69.811013000141300010004100017513000
6.74110N mm
????=
??-??+??=??
1-11-177
E E M 1.25M 1.25 6.741108.42610N mm '==??=??
2-2截面：
()5
.32.53.52.5
01Z 2-2E 4h h 14H -10H 175H
g m a 8C M +=
' ()3.5 2.5 3.52.5
780.50.1418510.69.81
1013000141300020004200017513000
5.93110N mm ????=
??-??+??=??2-22-277E E
M 1.25M 1.25 5.931107.41410N mm '==??=?? 6.4风载荷计算 6.4.1风力计算 （1）风振系数
各计算塔段的风振系数由式fi
V 1K i
Z i 2i Φ+
=ζ计算。计算结果列于表1.1。
表1.1 各塔段的风振系数
塔段号
1 2 3 4 5 计算截面距地面高度m /h it
1
4
7
10
13
（2）有效直径ei D
设笼式扶梯与塔顶管线成90°角，取平台构建的投影面积∑=2
0.5m
A ，则ei D 取下
列计算值中的较大者。
43si oi ei K K 2D D +++=δ
ps 04si oi ei 2d K 2D D δδ++++=
式中，塔和管线的保温层厚度mm 100ps si ==δδ，塔顶管线外径
034i
2A d 862mm K 400mm K l ===
∑，，。
各塔段ei D 计算结果列于表1.2。
表1.2 各塔段有效直径ei D
塔段号 1 2 3 5 6 7 塔段长度i l
1000
1000
2000
3000 3000
3000
3K
400
i 4A 2=K ∑
0 0 500 333 333 333 ei D
4078
4078
4578
4411
4411
4411
由下使计算各塔段的水平风力 ）（N 10D l f q K K P 6
ei i i 02i 1i -?= 各段有关参数及计算结果列于表1.3。
表1.3 各塔段水平风力计算结果
塔段号
1
2
3
4
5
6
脉动增大系数ζ（B 类） 1.47 脉动影响系数i v （B 类） 0.72 0.72 0.72 0.72 0.72 振型系数zi Φ
0.016 0.0375 0.402 0.753 1 风压高度变化系数i f （B 类）
0.16
0.64
0.88
1.00
1.08
fi
V 1K i
Z i 2i Φ+
=ζ 1.1058 1.062 1.4835 1.7970 1.9800
本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用F1浮阀塔，进料为两组分进料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为顺酐塔。 确定操作条件 顺酐为挥发组分，所以根据第3章物料衡算得摩尔份率： 进料： 794.0074.4323 9072 .5x F == 塔顶： D x = 塔底： w x = 该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比R=2（R=），及以下操作条件： 塔顶压力：； 塔底压力：； 塔顶温度：℃； 塔底温度：℃； 进料温度：225℃； 塔板效率：E T = 基础数据整理 （1）精馏段： 图5-1 精馏段物流图 平均温度： ()01.17122502.1172 1 =+℃
平均压力：()=?? ? ????+? ?-?333100.107519.75100.10100.30213103.015?pa 根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下： 标准状况下的体积： V 0=2512.779.42234.7880=?Nm 3/h 操作状况下的体积： V 1=6 36 10101.01003.1510101.027301.1712732512.779?+???+? = Nm 3/h 气体负荷： V n =3064.03600 1103.2112 = m 3/s 气体密度： =n ρ0903.32112.11033409.2240 = kg/m 3 液体负荷： L n =9470.036003409.2240 = m 3/s ℃时 苯酐的密度为1455kg/m 3 （2）提馏段： 图5-2 提馏段物料图 平均温度： ()01.23122502.2372 1 =+℃ 入料压力：()Pa k 9.1475 19 751030=-?-
例7—4 欲将65000kg ／h 含苯45％、甲苯55％(质量百分率，下同)的混合液在一连续精馏塔内加以分离，已知馏出液和釜液中的质量要求分别为含苯95％和2％，求馏出液和釜液的摩尔流率以及苯的回收率。 解 苯和甲苯的摩尔质量分别为78kmol/kg 和92kg/mol 进料组成 4911.092 /55.078/45.078/45.0=+= F x 产品组成 9573.092 /05.078/95.078/95.0=+=D x 0235.092/98.078/02.078/02.0=+=W x 进料平均摩尔质量 kg kmol M x M x M B F A F F /12.8592)4911.01(784911.0)1(_____=?-+?=-+= 则 h kmol F /6.76312 .8565000== 根据式(7—29)得 h kmol F x x x x D W D W F /4.3826.7630235 .09573.00235.04911.0=?----＝＝ 所以 W ＝F －D ＝763.6－382.4＝381.2kmol/h 苯的回收率 %6.97%1004911 .06.7639573.04.382%1001=????=＝F D Fx Dx η 例7-5 分离例7－4中的苯－甲苯溶液。已知泡点回流，回流比取3。试求： (1) 精馏段的气液相流量和精馏段操作线方程； (2) 泡点进料和50℃冷液进料时提馏段的气液相流量和提馏段操作线方程。 解： (1) 精馏段的气液相流量和精馏段操作线方程 精馏段的气液流量由回流比及馏出液流量决定，即 h kmol D R V /6.15294.3820.4)1(=?=+= h kmol RD L /2.11474.3820.3=?== 精馏段操作线方程由式（7－34）计算，即 2393.075.09573.01 3113311+=?+++=x x R x x R R y D ＋＝＋＋ (2) 提馏段的气液相流量和提馏段操作线方程 在其他操作参数一定的情况下，提馏段的气液相流量即操作线方程受进料热状况的影响。 ① 泡点进料，q=1，则由式（7－43）得 h kmol F q V V h kmol qF L L /6.1529)1(/8.19106.7632.1147=--='=+'＝＋＝ 代入提馏段操作线方程（7－38）得 00586.0249.16 .15290235.02.3816.15298.1910-=?--'--''=x x x W L W x W L L y W ＝ ② 50℃冷液进料. 根据x F ＝0.4911，查常压下苯—甲苯的t-x-y 图，得泡点t b =94.2℃，露点t d =99.2℃。在平均温度为(92.4+50)／2=71.2℃下，查得苯和甲苯的质量比热容为1.83kJ ／(kg·℃)，于是料液在该温度下的比热容为 )./(8.15512.8583.1℃kmol kJ c PL =?=
1、计算多跨楼层框架梁KL1的钢筋量，如图所示。 柱的截面尺寸为700×700，轴线与柱中线重合 计算条件见表1和表2 表1 混凝土强度等级 梁保 护层厚度 柱保 护层厚度 抗震 等级 连接 方式 钢筋 类型 锚固 长度 C302530 三级 抗震 对焊 普通 钢筋 按 03G101-1 图集及 表2 直径68 1 2 2 2 2 5 单根 钢筋理论 重量（kg/m） 0. 222 0. 395 0. 617 2. 47 2. 98 3 .85 钢筋单根长度值按实际计算值取定，总长值保留两位小数，总重
量值保留三位小数。 2、已知某教学楼钢筋混凝土框架梁KL1的截面尺寸与配筋见图1，共计5根。混凝土强度等级为C25。求各种钢筋下料长度。 图1 钢筋混凝土框架梁KLl平法施工图
3、某6m长钢筋混凝土简支梁（见下图），试计算各型号钢筋下料长度。 4、某抗震框架梁跨中截面尺寸b×h=250mm×500mm，梁内配筋箍筋φ6@150，纵向钢筋的保护层厚度c=25mm，求一根箍筋的下料长度。
5、某框架建筑结构，抗震等级为4级，共有10根框架梁，其配筋如图5.23所示，混凝土等级为C30，钢筋锚固长度LαE为30d。柱截面尺寸为500mm x 500mm。试计算该梁钢筋下料长度并编制配料单(参见混凝土结构平面整体表示方法03G10l-l构造详图)。
6、试编制下图所示5根梁的钢筋配料单。 各种钢筋的线重量如下：10（0.617kg/m）；12(0.888kg/m)；25(3.853kg/m)。
7、某建筑物第一层楼共有5根L1梁，梁的钢筋如图所示，要求按图计算各钢筋下料长度并编制钢筋配料单。
在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况自选； 回流比自选； 单板压降≤0.7kPa； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预料器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 M=46.07kg/kmol 乙醇的摩尔质量 A M=18.02kg/kmol 水的摩尔质量 B
F x =18.002 .1864.007.4636.007.4636.0=+= D x =64.002 .1818.007.4682.007.4682.0=+= W x =024.002.1894.007.4606.007.4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.18×46.07+(1-0.18)×18.02=23.07kg/kmol D M =0.64×46.07+(1-0.64)×18.02=35.97kg/kmol W M =0.024×46.07+(1-0.024)×18.02=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.2310002000=???kmol/h 总物料衡算 28.90=W D + 水物料衡算 28.90×0.18=0.64D+0.024W 联立解得 D =7.32kmol/h W =21.58kmol/h （三）塔板数的确定 1. 理论板层数T N 的求取水—乙醇属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得水—乙醇物系的气液平衡数据，绘出x —y 图，如图。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e(0.18 , 0.18)作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为 q y =0.52 q x =0.18 故最小回流比为 min R =q q q D x y y x --=35.018 .0-52.052.0-64.0=3 取操作回流比为 R =min R =1.5×0.353=0.53 ③求精馏塔的气、液相负荷 L =RD =17.532.753.0=?=kmol/h V =D R )1(+=（0.53+1）20.1132.7=?kmol/h
化工原理精馏习题课文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
第一章 蒸馏 1、熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q 线方 程的表达形式并能进行计算； 2、能根据物料进料状况列出q 线方程并用于计算，从而根据q 线方程、 进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q ，y q ），再进一步计算出最小 回流比R min ；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q 线方程式x=x F ，即 x q =x F ；而饱和蒸汽进料时，q 线方程式y=x F ，即y q =x F 。 3、掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意 摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。 习题1：书上P71页课后习题第5题； 分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，为了便于区分，建议大家以后再表示质量分数的时候可以使用w 来表示，而表示摩尔分数时使用x 来表示： ① 根据题目已知：w F =0.3，F=4000kg/h ，w w =0.05，另外还可以知道二硫 化碳的分子量Mcs 2=76，四氯化碳的分子量Mccl 4=154 根据这些条件可以先将进料和塔底组成转换成摩尔组成 ② =+F x =二硫化碳摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量总摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量四氯化碳质量分数四氯化碳分子量 0376=0.4650376+1-03154 F x =..（.） ③ 同理可以求出塔底组成
1 平均温度：—117.02 2 本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用 F1浮阀塔，进料为两组分进 料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为 顺酐塔。 确定操作条件 顺酐为挥发组分, 进料: 所以根据第3章物料衡算得摩尔份率: 5.9072 XF --------- 0.0794 74.4323 X D = X w = 塔顶： 塔底： 该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比 R=2 (R=)，及以下操 作条件： 塔顶压力：； 塔底压力：； 塔顶温度： 塔底温度： 进料温度： 塔板效率： C ； C ； 225 r ； E T = 基础数据整理 (1 )精馏段: 图5-1精馏段物流图 225 171.01 r
1 3 3 75 19 3 3 平均压力：2 30.0 10 10. 10 右 10.0 10 15. 03 10 pa E 时 苯酐的密度为1455kg/m 3 (2)提馏段: 平均温度：1 237.02 225 231.01 E 2 入料压力：30 10 互」9 14.9k Pa 75 物料 质量流量 kg/h 分子量kg/kmol 摩尔流量kmol/h 内回流 98 V o =34.788O 22.4 779.2512Nm 3 /h 标准状况下的体积: 根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下: 表5-1 精馏段物料流率 操作状况下的体积: V 1=779.2512 273 171.01 273 0.101 106 15.03 103 0.101 106 气体负荷: 气体密度: 液体负荷: =Nm 3/h 1103.2112 Cd 3 Vn = 0.3064 m 3 /s 3600 3409.2240 c cccc . , 3 n 3.0903 kg/m 3 1103.2112 3409.2240 3 Ln= ----------- 0.9470 m 3 /s
精馏习题与题解 一、填空题: 1. 精馏塔设备主要有_______、______、_______、________、_______。 ***答案*** 筛板塔 泡罩塔 浮阀塔 填料塔 舌形板板式塔 2. 在1个大气压.84℃时, 苯的饱和蒸气压P=11 3.6(kpa),甲苯的饱和蒸气压p=4 4.38(kpa),苯--甲苯混合溶液达于平衡时, 液相组成x=__________.气相组成y=______.相对挥发α=____. ***答案*** 0.823 0.923 2.56 3. 在精馏操作中，回流比增大，精馏段操作线与平衡线之间的距离________，需理论板_________。 ***答案*** 越远， 越少 4. 精馏的基本原理是________而且同时应用___________，使混合液得到较彻底的分离的过程。 ***答案*** 多次 部分冷凝和部分汽化 5. 精馏塔不正常的操作有：_________________________________________________。 ***答案*** 液泛、严重漏液、严重液沫夹带 6. 试述五种不同进料状态下的q 值：（1）冷液进料＿＿＿＿；（2） 泡点液体进料＿＿＿＿＿；（3）汽液混合物进料＿＿＿； （4）饱和蒸汽进料＿＿＿＿；（5）过热蒸汽进料＿＿＿____。 ***答案*** （1） ｑ＞1 （2） ｑ＝1 （3） 0＜ｑ＜1 （4） ｑ＝0 （5）ｑ＜0 7. 已知精馏段操作线为y=0.75x+0.24,则该塔的操作回流比R=_______，塔顶产品组成x=_____。 ***答案*** 3， 0.96 8. 试比较某精馏塔中第ｎ，ｎ＋1层理论板上参数的大小（理论板的序数由塔顶向下数起），即： 1+n y n y n t ＿＿＿1+n t ，n y n x ***答案*** ＜， ＜， ＞ 9. 精馏操作的依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 实现精馏操作的必要条件包括＿＿＿＿＿＿＿＿_＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 混合液中各组分的挥发度差异。 塔顶液相回流 塔底上升气流 10. 某二元物系的相对挥发度α＝3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏塔操作，已知n x ＝0.3，则1+n y 塔顶往下数） ***答案*** ))1(1(n n n x x y -+=αα＝3×0.3/(1+2×0.3) ＝0.563 1-n x ＝n y ＝0.563 1-n y ＝3×0.563/（1＋2×0.563）＝0.794 11. 精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为d t ， 液相泡点温度为b t 。 塔底某理论板上汽相露点温度为d t ，液相泡点温度为b t 试按温度大小顺序用＞、＝、＜符号排列如下：＿
第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； N T –––––塔内所需要的理论板层数； E T –––––总板效率； H T –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/s u =（0.6~0.8）u max （3-3） V V L C u ρρρ-=max （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3
V ρ–––––气相密度，kg/m 3 C –––––负荷因子，m/s 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s L σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s 。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ??+-=-r x r x r x A a 1222sin 1802π （3-11）
目录 1 设计任务书 (1) 1.1 设计题目……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.2 已知条件……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.3设计要求………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 精馏设计方案选定 (1) 2.1 精馏方式选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.2 操作压力的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4 加料方式和加热状态的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3 塔板形式的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.5 再沸器、冷凝器等附属设备的安排…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.6 精馏流程示意图………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 精馏塔工艺计算 (2) 3.1 物料衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.2 精馏工艺条件计算……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.3热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4 塔板工艺尺寸设计 (4) 4.1 设计板参数………………………………………………………………………………………………………………………
. 例题1.计算多跨楼层框架梁KL1的钢筋量，如图所示。 ，轴线与柱中线重合700×700柱的截面尺寸为2 和表计算条件见表11 2 表 钢筋单根长度值按实际计算值取定，总长值保留两位小数，总重量值保留三位小数。解：25 2Φ1．上部通常筋长度 +右端下弯长度单根长度L1=Ln+左锚固长度，所以左支25=725mm＜LaE=29d=29×（判断是否弯锚：左支座hc-c=700-30）mm =670mm0.4LaE+15d，hc-c+15d）=max （0.4×725+15×座应弯锚。锚固长度=max（25，670+15×25）=max（665，1045）=1045mm=1.045m （见101图集54页） 右端下弯长度：12d=12×25=300mm （见101图集66页） L1=6000+6900+1800-375-25+1045+300=15645mm=1.5645m 由以上计算可见：本题中除构造筋以外的纵筋在支座处只要是弯锚皆取1045mm，因为支座宽度和直径都相同。 2. 一跨左支座负筋第一排 2Φ25 单根长度L2=Ln/3+锚固长度=（6000-350×2）/3+1045=2812mm=2.812m （见101图集54页） 3. 一跨左支座负筋第二排 2Φ25
单根长度L3=Ln/4+锚固长度=（6000-350×2）/4+1045=2370mm=2.37m . 范文． . （见101图集54页） 4. 一跨下部纵筋 6Φ25 单根长度L4=Ln+左端锚固长度+右端锚固长度=6000-700+1045×2=7390mm=7.39m （见101图集54页） 5．侧面构造钢筋 4Ф12 单根长度L5=Ln+15d×2=6000-700+15×12×2=5660mm=5.66m （见101图集24页） 6．一跨右支座附近第一排 2Φ25 单根长度L6=max（5300，6200）/3×2+700=4833mm=4.833m （见101图集54页） 7．一跨右支座负筋第二排 2Φ25 单根长度L7= max（5300，6200）/4×2+700=3800mm=3.8m 8．一跨箍筋Φ10@100/200（2）按外皮长度 单根箍筋的长度L8=[(b-2c+2d)+ (h-2c+2d)]×2+2×[max(10d，75)+1.9d] = [(300-2×25+2×10)+ (700-2×25+2×10)]×2+2×[max(10×10， 75)+1.9×10] =540+1340+38+200 =2118mm=2.118m 箍筋的根数=加密区箍筋的根数+非加密区箍筋的根数 =[（1.5×700-50）/100+1]×2+(6000-700-1.5×700× 2)/200-1 =22+15=37根 （见101图集63页） 9．一跨拉筋Φ10@400（见101图集63页） 单根拉筋的长度L9=（b-2c+4d）+2×[max(10d，75)+1.9d] =(300-2×25+4×10)+ 2×[max(10×10， 75)+1.9×10] =528mm=0.528m 根数=[（5300-50×2）/400+1]×2=28根（两排） 10. 第二跨右支座负筋第二排 2Φ25 单根长度L10= 6200/4+1045=2595mm=2.595m 11．第二跨底部纵筋 6Φ25 单根长度L11=6900-700+1045×2=8920mm=8.92m 12．侧面构造筋 4Ф12 单根长度L12=Ln+15d×2=6900-700+15×12×2=6560mm=6.56m 13．第二跨箍筋Φ10@100/200（2）按外皮长度 单根箍筋的长度L13=2.118m 箍筋的根数=加密区箍筋的根数+非加密区箍筋的根数 =[（1.5×700-50）/100+1]×2+(6900-700-1.5×700×
某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=106.7kPa，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=0.4，试求： ⑴与此液相组成相平衡的汽相组成；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； 0.4=(P总－40)／（106.7－40） ∴P总=66.7kPa； y A=x A·P A°／P总=0.4×106.7／66.7=0.64 （２）α=P A°／P B°=106.7／40=2.67 j07a10011 用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40% 和甲苯60% 的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以kmol%计）。 (1)馏出液和残液各多少kmol/h。 (2)饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol，问回流比为多少？ 解：① F=D+W Fx F = Dx D＋Wx W ∴ W=56.2kmol/h D= 43.8kmol/h ②∵q=1 V'=V ∴L =V－D=132－43.8=88.2 kmol/h R=L/D=88.2/43.6=2.02 j07a10019 在常压连续精馏塔中分离理想二元混合物，进料为饱和蒸汽，其中易挥发组分的含量为0.54（摩尔分率），回流比R=3.6，提馏段操作线的斜率为1.25，截距为-0.0187，求馏出液组成x D。 解: y q=x F=0.54 (1) 精馏段方程: y=0.7826x+0.217 x D 提段方程: y=1.25x-0.0187 (3) 式(1)与(3)联立得两操作线交点坐标x q=x=0.447， 将y q=0.54，, x q=0.447代入(2) 得x D=0.8764 j07b20014 在连续精馏塔中，精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075，q线方程式为y=－0.5x+1.5x F试求 ①回流比R ②馏出液组成x D③进料液的q值 ④当进料组成x F =0.44时，精馏段操作线与提馏段操作线交点处x q值为多少? 并要求判断进料状态。 解：y=[R/(R+1)]x+x D/(R+1) ①R/(R+1)=0.75, R=0.75R+0.75, R=0.75/0.25=3 ② x D/(R+1)=0.2075 , x D=0.83 ③q/(q-1)=－0.5 , q=0.5/1.5=0.333 ④0.75x+0.2075=－0.5x+1.5 x F , 0.75 x q+0.2075=－0.5x q +1.5×0.44, x q=0.362 , ⑤0 钢筋工程量计算规则 (一）钢筋工程量计算规则 1、钢筋工程，应区别现浇、预制构件、不同钢种和规格，分别按设计长度乘以单位重量，以吨计算。 2、计算钢筋工程量时，设计已规定钢筋塔接长度的，按规定塔接长度计算；设计未规定塔接长度的，已包括在钢筋的损耗率之内，不另计算塔接长度。钢筋电渣压力焊接、套筒挤压等接头，以个计算。玉扳手科技 3、先张法预应力钢筋，按构件外形尺寸计算长度，后张法预应力钢筋按设计图规定的预应力钢筋预留孔道长度，并区别不同的锚具类型，分别按下列规定计算：（1)低合金钢筋两端采用螺杆锚具时，预应力的钢筋按预留孔道长度减0.35m，螺杆另行计算。 （2）低合金钢筋一端采用徽头插片，另一端螺杆锚具时，预应力钢筋长度按预留孔道长度计算，螺杆另行计算。 （3）低合金钢筋一端采用徽头插片，另一端采用帮条锚具时，预应力钢筋增加0.15m，两端采用帮条锚具时预应力钢筋共增加0.3m计算。 （4）低合金钢筋采用后张硅自锚时，预应力钢筋长度增加0.35m计算。（5）低合金钢筋或钢绞线采用JM，XM，QM型锚具孔道长度在20m以内时，预应力钢筋长度增加lm；孔道长度20m以上时预应力钢筋长度增加1.8m计算。（6）碳素钢丝采用锥形锚具，孔道长在20m以内时，预应力钢筋长度增加lm；孔道长在20m以上时，预应力钢筋长度增加1．8m. （7）碳素钢丝两端采用镦粗头时，预应力钢丝长度增加0.35m计算。 （二）各类钢筋计算长度的确定 钢筋长度=构件图示尺寸－保护层总厚度+两端弯钩长度+（图纸注明的搭接长度、弯起钢筋斜长的增加值） 式中保护层厚度、钢筋弯钩长度、钢筋搭接长度、弯起钢筋斜长的增加值以及各种类型钢筋设计长度的计算公式见以下： 1、钢筋的砼保护层厚度 受力钢筋的砼保护层厚度，应符合设计要求，当设计无具体要求时，不应小于受力钢筋直径，并应符合下表的要求。 2 精馏塔的工艺计算 2.1精馏塔的物料衡算 2.1.1基础数据 （一）生产能力： 10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。 （二）进料组成： 乙苯212.6868Kmol/h ；苯3.5448 Kmol/h ；甲苯10.6343Kmol/h 。 （三）分离要求： 馏出液中乙苯量不大于0.01，釜液中甲苯量不大于0.005。 2.1.2物料衡算（清晰分割） 以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。 01.0=D HK x ，005.0=W LK x ， 表2.1 进料和各组分条件 由《分离工程》P65式3-23得： ,1 ,,1LK i LK W i HK D LK W z x D F x x =-=--∑ （式2. 1） 2434.13005 .001.01005 .0046875.0015625.08659.226=---+? =D Kmol/h W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 0681.1005.06225.21322=?==W X W ，ωKmol/h 编号 组分 i f /kmol/h i f /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.6868 93.7500 总计 226.8659 100 5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h 132434.001.02434.1333=?==D X D d ，Kmol/h 5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h 表2-2 物料衡算表 2.2精 馏塔工艺 计算 2.2.1操作条件的确定 一、塔顶温度 纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）： C C S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=- 表2-3 物性参数 注 ：压力单位0.1Mpa ，温度单位K 编号 组分 i f /kmol /h 馏出液 i d 釜液i ω 1 苯 3.5448 3.5448 0 2 甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3 乙苯 212.6868 0.1324 212.5544 总计 226.8659 13.2434 213.6225 组份 相对分子质量 临界温度C T 临界压力 C P 苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 591.8 41.0 乙苯 106 617.2 36.0 【例4-1】 在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽-液混合物进料，进料中气相组成为0.428，液相组成为0.272，进料平均组成x F =0.35，假定进料中汽、液相达到平衡。要求塔顶组成为0.93（以上均为摩尔分率），料液中易挥发组分的96%进入馏出液中。取回流比为最小回流比的1.242倍。试计算：（1）塔底产品组成；（2）写出精馏段方程；（3）写出提馏段方程；（4）假定各板效率为0.5，从塔底数起的第一块板上，上升蒸汽的组成为多少？ 解题思路： ()W x 1 问要求的，此法不通） （第 3 1W L Wx x W L L y Wx Dx Fx F m m W D F -'--'' =+=+ W F D W D F x Fx Dx W D F Wx Dx Fx 联立解得只要通过 96.0 , =+=+= ()1 21++= +x x R R y D n n ()n n n x a y 11-+= ()F F F x x y 11-+=αα q q m R = 1 1---= q x x q q y F ()F F f Fy q qFx Fx -+=1 （3）提馏段方程可以简化或代入提馏段方程本身求，也可以用两点式方程求得，即点（x w ， x w ）和进料线与精馏线交点 （4）5.0 1 * 21 22=--=→→y y y y E y MV 逐板计算法 解题过程： ()0223 .0361.0193.0361.035.01 361.093 .035 .096.0 , 96.0 1=-?-=-- = --=-= ???+=+==?=∴=F D x F D x D F Dx Fx W Dx Fx x Wx Dx Fx W D F F D Fx Dx D F D F D F W W D F F D 得：由 ()()()()()186.08.0 1 493 .014411 0 .422.3242.1242.1 22 .3272.0428.0428 .093.0 428 .0272 .0 07.03.27.012 7 .0 15.035 .015.05.011 5 .0 428.01272.035.0 1 1 12 2 , 272 .011272 .0428.0 11 22+=+++=+++= ∴=?===--=--=∴???? ?==∴=-+????? ?+-=-= +-=---=---=∴=∴?-+?=-+=∴-'=-+= ∴=∴?-+?=-+= n n n D n n m q q q D m q q f F F F n n n x y x R x x R R y R R x y y x R y x x x x y x x y x y x q x x q q y q q q y q F Fqx Fx F L L q q q x x y a a a x a ax y 即：精馏段方程为：线的交点联立求解平衡线与进料即，进料线方程为： 气相所占分率为分率，则可视为进料中液相所占在汽、液混合进料中，：平衡线方程为 【例】某工程采用预拌混凝土，已知C20混凝土独立基础85m3，独立基础模板接触面积179.1m2，用工料单价法计算工程造价（按三类工程取费,市区计取税金，预拌混凝土市场价330元/m3），其他可竞争措施项目仅计取“生产工具用具使用费”、“检验试验配合费”。 工程预算表 取费程序表 例题解析：1.其他可竞争措施项目中的其他11项费用按建设工程项目的实体项目和可竞争措施项目（11项费用除外）中人工费与机械费之和乘以相应系数计算。 2．企业管理费、规费、利润的计费基数是相同的，即按直接费中的人工费与机械费之和乘以相应费率，其中直接费包括直接工程费和措施费。 3．价款调整包括人、材、机的价差调整，价款调整不参与取企业管理费、规费和利润。 4.注意2012年新定额安全生产、文明施工费计算的变化。 【例】如图，计算人工挖土方、钎探、回填土、余土外运、砖基础工程量。 (土质类别为二类，垫层C15砼，室外地坪-0.300) 【例】如下图所示尺寸，求混凝土带型基础模板和混凝土的工程造价。 备注：按三类工程取费，企业管理费费率为17%，利润费率为10%，规费费率为25%，税金税率为3.48%，安全生产、文明施工费为4.25%。 解：(1)带型基础外侧模板 S 1 =[(4.5×2+0.5×2)×2+(4.8+0.5×2)×2]×0.3=9.48 m2 (2) 带型基础内侧模板 S 2 =[(4.5-0.5×2)×2+（4.8-0.5×2)×2]×0.3×2=8.76 m2 带型基础模板工程量 S= S 1+ S 2 =18.24 m2（模板工程量3分） （3）带形基础混凝土 外墙 V=1×0.3×（4.5+4.5+4.8）×2=8.28 m3 （混凝土工程量2分）内墙 V=1×0.3×（4.8-1）=1.14 m3 （混凝土工程量2分） 合计：9.42 m3 1. 用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝， 泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(摩尔分数，下同)， 操作回流比取最小回流比的１.４倍，所得塔顶产品组成为 ０．９５，釜液组成为０．０５．料液的处理量为１００kmol/．料液的平均相对挥发度为３，若进料时蒸气量占h 一半，试求： （1）提馏段上升蒸气量；（86.1kmol/h） （2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。0.88 分析：欲解提馏段的蒸气量v'，须先知与之有关的精馏段 的蒸气量V。而V又须通过D =才可确定。可见，先 (+ V)1 R 确定最小回流比 R，进而确定R是解题的思路。 min 理想体系以最小回流比操作时，两操作线与进料方程的 交点恰好落在平衡线上，所以只须用任一操作线方程或进 料方程与相平衡方程联立求解即可。 某二元混合液的精馏操作过程如图4—9。已知组成为52.0的原料液在泡点温度下直接加入塔釜，工艺要求塔顶产品的组成为0.75，（以上均为轻组分A 的摩尔分数），塔顶产品采出率D/F 为1:2，塔顶设全凝器，泡点回流。若操作条件下，该物系的a 为2.5，回流比R 为2.5，求完成上述分离要求所需的理论板数（操作满足恒摩尔流假设）。 包括塔釜在共需3块理论塔板。 分析：因题中未给平衡相图，只可考虑逐板计算法求理 论板数。当料液直接加入塔釜时，应将塔釜视作提馏段，然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成，直至W x x 时止。 图4-9 4在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为0.5，要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A 的摩尔分数)。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比min 5.1R R 。当馏出液 流量为100h kmol /时，试求： （1） 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成；0.909 （2） 提馏段上升的气体量。265kmol/h 分析：因为出分凝器的冷凝液L 与未液化的蒸气0V 成相平衡 关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔的液相组成0x 与自全凝器出来的产品组成D x 不同。 土石方工程 1.如下图所示，底宽1.2m，挖深1.6m土质为三类 土，求人工挖地槽两侧边坡各放宽多少? 【解】已知：K=0.33，h=1.6m，则： 每边放坡宽度b=1.6×0.33m=0.53m 地槽底宽1.2m，放坡后上口宽度为： (1.2+0.53×2)m=2.26m 2.某地槽开挖如下图所示，不放坡，不设工作面，三类土。试计算其综合基价。 【解】外墙地槽工程量=1.05×1.4×(21.6+7.2)×2m3=84.67m3 内墙地槽工程量=0.9×1.4×(7.2－1.05)×3m3=23.25m3 附垛地槽工程量=0.125×1.4×1.2×6m2=1.26m3 合计=(84.67+23.25+1.26)m3=109.18m3 套定额子目1-33 1453.23/100m2×767.16=11148.60（元） 挖地槽适用于建筑物的条形基础、埋设地下水管的沟槽，通讯线缆及排水沟等的挖土工 程。挖土方和挖地坑是底面积大小的区别，它们适用建造地下室、满堂基础、独立基础、设备基础等挖土工程。 3.某建筑物基础如下图所示，三类土，室内外高差为0.3米。 计算：(1)人工挖地槽综合基价；(2)砖基础的体积及其综合基价。 砖基础体积=基础顶宽×(设计高度+折加高度)×基础长度 砖基础大放脚折扣高度是把大放脚断面层数，按不同的墙厚，折成高度。折加高度见下表。 表1 标准砖基础大放脚等高式折加高度 (单位：m) 【解】(1)计算挖地槽的体积： 地槽长度=内墙地槽净长+外墙地槽中心线长 ={[5.00-(0.45+0.3+0.1)×2]+[7+5+7+5]}m=27.30m 地槽体积=（0.9+2×0.3+2×0.1）×1.0×27.30m3=46.41m3 套定额子目1-33 1453.23/100m2×46.41=674.44（元） (2)计算砖基础的体积： 本工程为等高式大放脚砖基础，放脚三层，砖，查上表得折扣高度为0.259。砖基础截面积为： (0.259+1.2)×0.365=0.5325（m2） 砖基础长=内墙砖基础净长+外墙砖基础中心线长 ={(5.0-0.37)+(7+5+7+5)}m=28.63m 砖基础体积=基础截面面积×基础长=0.5325×28.63m3=15.25m3 套定额子目3-1 1461.08/10m2×15.25=2228.15（元） 4.某建筑物的基础如下图所示，三类土，计算人工挖地槽工程量及其综合基价。 精馏练习题 一、填空题 【1】精馏操作的依据是（混合液中各组分的挥发度的差异）。实现精馏操作的必要条件是（塔顶液相回流）和（塔底上升气流）。 【2】气液两相呈平衡状态时，气液两相温度（相同），液相组成（低于）气相组成。 【3】用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为（ ）。根据α的大小，可用来（判断用蒸馏方法分离的难易程度），若α=1，则表示（不能用普通的蒸馏方法分离该混合液）。 【4】某两组分物系，相对挥发度3=α，在全回流条件下进行精馏操作，对第n 、n+1两层理论踏板（从塔顶往下计），若已知==+1,4.0n n y y 则（0.182）。全回流适用于（精馏开工阶段）或（实验研究场合）。 【5】某精馏塔的精馏操作线方程为275.072.0+=x y ，则该塔的操作回流比为（2.371），馏出液组成为（0.982）。 【6】在精馏塔设计中，若P Fx f 进料温度保持不变，若增加回流比R ，则p x （增大） w x （减小），V L （增大）。 【7】操作中的精馏塔，若进料温度FV x f 不变，若釜液量W 增加，则p x （增加），w x （增大）V L （增加）。 二、选择题 （1）在用相对挥发度判别分离的难易程度时，下列哪种情况不能用普通蒸馏的方法分离 （C ）。 A.αAB ＞1 B. αAB ＜1 C. αAB =1 D. αAB ＞10 （2）在精馏的过程中，当进料为正处于泡点的饱和液体时，则（C ）。 A.q ＞1 B.q ＜0 C.q=1 D.0＜q ＜1 （3）精馏塔中由塔顶向下的第n-1、n 、n+1层塔板，其气相组成的关系为（C ）。 A.y n+1＞y n ＞y n-1 B. y n+1=y n =y n-1 C.y n+1＜y n ＜y n-1 D.不确定 （4）精馏塔中自上而下（C ）. A.分为精馏段、加料板和提馏段三部分 B.温度依次降低 C.易挥发组分浓度依次降低 D.蒸气量依次减少 （5）某精馏塔的馏出液量是50kmo1/h ，回流比是2，则精馏段的回流液量是（A ）。 A.100kom1/h B.50kmo1/h C.25kmo1/h D.125kmo1/h （6）连续精馏中，精馏段操作线随（ A ）而变。钢筋工程量计算规则(最新版)
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