第五章 主要设备的设计与选型
第五章主要设备的设计与选型
5.1原料预热器的设计计算
采用2.5kgf/cm2 （0.245MPa）蒸汽加热，查的蒸汽潜热r＝2183.42 KJ/Kg 蒸汽温度t＝126.7 0C
将原料（甲醇＋KOH＋原料油）从t1＝20 0C加热到t260 0C。加热时间10min。 经计算原料平均热容Cp＝3.2 kJ/（kg*0C） 而质量流率Wf＝18.76569877 kg/s
所以加热热量Q＝Wf×Cp×（t2－t1）＝2011.535099KJ/s 据经验取传热系数K＝800 W/（m2 *K) ΔTm＝
(126.7-25)-(126.7-60)＝830C
126.7-25ln126..7?60由于传热面积损失，取能量系数＝1.1
1.1Q1.1?2011.535099?1000?33.32362363m2 传热面积S＝=
K?Tm800?83Q2011.535099?0.92127722kg/s 蒸汽用量Ws＝＝
2183.42r每批蒸汽需要量W＝0.92127722×60×10＝552.7663297kg/批 换热器选型：浮头式，换热管Ф25mm×2.5mm
表5-1换热器选型表 壳程/mm 600
管程数 6
管子数 总数 158
中心管排
10
管程
流通面积
壳程B＝200mm
0.0679
换热面积 L＝3m 35.8
0.0083
5.2一级箱式混和澄清槽设计说明
5.2.1设计条件
设计一级箱式混和澄清槽，以水作为萃取剂，萃取甲酯。已知条件如下： 甲酯相流量＝（甲酯质量＋甘油三酯的质量＋KOH的质量＋CH3OH的质量）/?o 甲酯相流量＝（158.00＋6.64＋0.08＋0.08）/0.90＝183.12m3/d 两相流比：（进入萃取系统的有机相体积流量与水相体积流量之比）b＝3 水相流量＝甲酯相流量/两相流比：Qw?183.12/3＝61.04m3/d
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广东石油化工学院本科毕业设计：年产4万吨的生物柴油
两相接触相比：（混和室中有机相与水相相接触体积之比）R＝4 两相接触时间：?M?1.5min
水相物性： ?w?1.03g/cm3 ?w?1.05?10?3Pa?s（25℃） 有机相物性：?o?0.90g/cm3 ?o?0.019Pa?s
5.2.2设计计算
（1）混合室工艺尺寸 ①混合室容积 VW?fM,1(1?R)Qw?M 取安全系数fM,1＝1.1，则
VW?1.1?(1?4)?58.09?1.5?0.333m3
24?60
②混合室的尺寸
取长：宽：有效高度＝l:b:hM' 则b?3VW30.333??0.671m 1.11.1hM'＝1.1b=1.1?0.671=0.738(m) 混合室的结构高度为
hM＝fM,2hM'＝1.25?0.738＝0.92m (取hM＝0.95m) ③前室的高度
当混合室容积不变时，若加大前室高度hp值，再开车时，易于实现以有机相为连续相的操作。因此，取室前高度hp＝0.20m ④混合室侧总高（含前室）
H?hM?hp?1.15m
（2）澄清室工艺尺寸
①澄清室的有效高度
根据澄清室的容积利用系数计算
HS?fS,1H?0.85?1.15?0.97m （a） 核算其静态落差
'?h?HS?(hM?hP)?0.97－(0.738+0.20)＝0.032m
根据经验可以满足要求。
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第五章 主要设备的设计与选型
'当取混合相口高度为hM/2时，则
1.03?1h0.73810.9?h?(hM?)?(0.738?)?0.011m
R?124?121M???1??则
1HS?hM?hP??h?0.738?0.20?0.011?0.95m （b）
考虑式（a）、（b）的数据，最后确定HS?0.95m .取澄清室的结构和混合室部分（含前室）同高，即H?1.15m. ②澄清室的边长
澄清室的宽度和混合室的宽度相等，即b?0.671m
澄清室的边长由澄清室面积计算。取(Qw/A)?0.048m3/(m2/min) 则得澄清室的面积为
A?fM,1Qw(Qw/A)?1.1?58.09?0.92m2
0.48?24?60A0.92??1.38m B0.671（3）各相口和堰板的尺寸与位置 ①混合相口
混合相口的位置，取在混合室有效高度的中部，即
故澄清室的长度为L?1hM0.738??0.369?0.37m 22当轻相回流不通过混合相口，即在混合室和同级澄清室间另设轻相回流口（或回流堰）
时，混合相口的流量为
1.1?(1?4)?58.091QM?fM,1(1?R)Qw?0.004m3/s
24?60?60'而 QM?mMFM2g?HM 取混合相口流量系数mM?0.6，并取通过混合相口的压头损失?HM?0.005m，则得相口截面积为FM?'QM0.004??0.021m2 (c)
2g?HM0.6?2?9.81?0.005mM按生产试验数据，混合相口截面积
'QM0.004FM???0.02m2 (d)
vM0.2比较式（c）、（d）,可知结果是大体符合的。
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广东石油化工学院本科毕业设计：年产4万吨的生物柴油
混合相口的垂直方向宽度为
2(R? bM??w?1?o?w)?HM?o2?(4??1.03)?0.0050.90?0.356m 1.03?10.90混合相口的水平宽度为
aM?FM0.021??0.058m bM0.356②轻相溢流堰
轻相溢流堰的高度，应为澄清室的有效高度，即
HS?0.96m
通过轻相溢流堰的轻相流量为
1.1?58.09?31Q??fM,1Qwb??0.002m3/s
24?60?60'1.5而 QM , ?moao2g?HWS取流量系数mo?0.4，并取堰顶压头?HWS?0.01m, 则得堰水平宽度为 ao?'Qo1.5mo2g?HWS?0.002?1.316m 3/20.4?2?9.81?0.01堰的垂直宽度bo只要大于?HWS即可，在此取bo＝0.02m ③混合室水平隔板上的圆孔 圆孔中水相流量为
1.1?58.091Qw?fM,1Qw??0.0007m3/s
24?60?60'而Qw?mwFw2g?HW 取圆孔的静压降?HW为0.05m，并取流量系数mw为0.6，则得该圆孔得面积为
F?1w1Qwmw2g?HW?0.00070.6?2?9.81?0.05?0.0012m2
故圆孔的直径为
d?14Fw??4?0.0012?0.039m
3.14④重相口
重相口是指相邻级澄清室重相进入前室的流通口，它位于前室侧板底部。其面积可用下
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