苯-氯苯精餾計算部分

1 苯 工程設(shè)計本身存在一個多目標優(yōu)化問題，同時又是政策性很強的工作。設(shè)計者在進行工程設(shè)計時應(yīng)綜合考慮諸多影響因素， 使生產(chǎn)達到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低能耗的原則，具體考慮以下幾點。 （ 1）滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備能保證得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經(jīng)常有變化，因此設(shè)計的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進行流量和傳熱量的調(diào)節(jié)。設(shè)置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控 制生產(chǎn)過程。 （ 2）滿足經(jīng)濟上的要求 要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設(shè)備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設(shè)備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費用增加。因此，設(shè)計時應(yīng)全面考慮，力求總費用盡可能低一些。 （ 3）保證生產(chǎn)安全 生產(chǎn)中應(yīng)防止物料的泄露，生產(chǎn)和使用易燃物料車間的電器均應(yīng)為防爆品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然 的破壞，塔設(shè)備應(yīng)具有一定剛度和強度。 精餾方式：本設(shè)計采用連續(xù)精餾方式。原料液連續(xù)加入精餾塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度范圍內(nèi)乙醇和水的揮發(fā)度相差較 2 大，因而無須采用特殊精餾。 （ 2）操作壓力：本設(shè)計選擇常壓，常壓操作對設(shè)備要求低，操作費用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點在常溫（工業(yè)低溫段）物系分離。 （ 3） 塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價低廉的篩板塔，篩板塔處理能力大，塔板效率高，壓降教低，在苯和氯苯這種黏度 不大的分離工藝中有很好表現(xiàn)。 （ 4）加料方式和加料熱狀態(tài)：設(shè)計采用泡點進料，將原料通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。 苯和氯苯的相對摩爾質(zhì)量分別為 0 0 9 8 2/8 8 0 0 2 8 2/ 精餾段平均液相組成 7 3 DF 提餾段平均液相組成 WF k g / k m o k g / k m o 3 k g / k m o 20 0 2 8 2 8 依題給條件：一年以 300 天，一天以 24 小時計，有： . 7 3 k m o l/243 0 2/1053 0 024/ 0 0 0 73 氯苯 0 2 8 l/l/ l 論塔板數(shù) 求取 苯 用逐板計算法求取 步驟如下： 氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點方程和露點方程求取 依據(jù) /，tA o，將所得計算結(jié)果列表如下： 表 飽和蒸汽壓關(guān)系圖 溫度，（ ） 80 90 100 110 120 130 和蒸汽壓 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 兩相摩爾分率 x 1 y 1 本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實際上略高于常壓），而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因為操作壓力偏離常壓很小，所以其對 平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。 4 定塔內(nèi)組成的平均相對揮發(fā)度 由（ 1）中的氣液相平衡數(shù)據(jù)用插值法計算進料溫度頂溫度底溫度t 其中 解得 同理可得 t , t . 餾t , 餾t 由 其中查得苯的 :B： 1211 C:入 所對應(yīng)的 由 （ ()1/(/xx 9 2 ()1/(1 8 ()1/(1 1 ()1/( 5 最終確定 :精餾段平均相對揮發(fā)度 6 5 提餾段平均相對揮發(fā)度 5 2 全塔 5 8 定平衡線方程及回流比 由1(1 得 平衡線方程為：由于泡點進料， q=1： (1, ，而 x 。故有： 6 i n xy 考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實際操作的回流比為最小回流比的 ，即： m i n 定操作線方程 由 確定精餾段操作線方程為： xR 0 0 1 9 ()1(1 板計算確定理論塔板數(shù)q=1， Fq 取： 第二塊板上升的氣相組成由精餾段方程求?。?9 6 2 第二塊板下降的液體組成 7 9 如此反復(fù)計算得 0 xyx 7塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程計算 6 3 1 9 1 9 7 第七塊板下降液體組成 2 1 3 . 反復(fù)計算得： 7 0 0 5 3 3 4 1 2 6 5 111 計算： 所需總理論塔板數(shù) 11塊，第 6塊加料，精餾段需 5塊板，提餾段需 5塊板 . 即 1055,5,521 1 11 塊 22 塊 所以全塔所需實際塔板數(shù) 261214 料板在第 15塊板上。 全塔效率為 026101 0 0(1)塔頂溫度 t 下的比熱容 )(/ 3 . 6 22 9 8 . 3 4 3 6k m o =+=+=苯 8 算。 塔 頂： k P 1 k P 底 ： k P 5 k P 02/ 5 提餾段平均壓力： k P 92/ 3 t DF , DF x k g / k m o k g / k m o 進料板： y， x k g /k m k g / k m o 塔底： WW k g / k m o k g / k m o 20 0 2 8 2 8 精餾段： k g / k m o k g / k m o 9 提餾段： k g /k m o , k g / k m o 液相平均密度組分的液相密度 （ kg/ 表 密度關(guān)系圖 溫度，（） 80 90 100 110 120 130 苯（ 817 805 793 782 770 757 755 氯苯（ 1039 1028 1018 1008 997 985 983 (1 （ a 為質(zhì)量分數(shù)） , , （插值法） 以塔頂組分 0 2 8901 0 3 91 0 2 88090 3, / 同理可得 3, /3,3,/ 1 9/ 8 的計算, ( 10 (111 0 7 ( 11 1 (3) ,3,k g / 3,k g / 1 97 0 1 82 9 8 3,k g / 29 8 39 9 9 2 50 0 0 7 精餾段： 31, k g / 62/) 9( 餾段： 3/相平均密度 3,1, k g / m R 31,2, k g / 33 1 9 m 1 組分的表面張力 （ mN/m） 表 表面張力關(guān)系圖 溫度，（） 80 85 110 115 120 131 苯 苯 用插值法計算 0100 D 塔頂 ：=m; =mN/m() 方法同上得： 進料板： ） 塔底： ） = mN/m = mN/m = mN/m 精餾段： m N / m提餾段： m=(2=mN/m 表 粘度關(guān)系圖 溫度 60 80 100 120 140 苯 苯 t=，=餾t=106 ，苯=苯=餾段平均液相組成 : 7 3 FD 12 提餾段平均液相組成： 2 6 2 8 FW 根據(jù) 計算得： 精餾段：1 1 3 1 3 9 提餾段： 3 2 4 4 2 液相體積流量的計算 （ 1）精餾段 sk m o m o 2 5 6 4 9 1(/0 0 8 3 6 已知： km ， k ， 31. /，31. /99.2 。 液相質(zhì)量流量 : 8 3 汽相質(zhì)量流量： 液相體積流量： 汽相體積流量： 6 9 （ 2）提餾段 飽和液體進料 1q ( 已知： km ， mV , 32. / 32. /811.3 液相質(zhì)量流量 : 13 汽相質(zhì)量流量： 05液相體積流量： 105 8 84 7 汽相體積流量： 7 0 徑的計算與選擇 （ 1）精餾段 初選塔板間距 h，則 ： LT 史密斯關(guān)聯(lián)圖 按 泛點氣速 0 2 1 66 8 0 8 5 LT 故： 2220 18 負荷因子 0 8 5 4 精泛點氣速： 14 4 6 60 8 5 1,a x 。精精m/s 操作氣速 取 m /a x 精精 11 精s 為加工方便，圓整取 T = 421D = 412 =實際空塔氣速 s （ 2）提餾段 8 4 8 4 0( 0 提 a x 提u 4 0 7,3 4 4 0 m a x 提提 提餾段的塔徑 22 提s 為加工方便，圓整取 T = 422D = 412 =實際空塔氣速 15 s 經(jīng)計算塔徑 m (1) 每隔 8 個隔板開一個人孔，共開 3個孔，人孔公稱直徑 500精餾段的有效塔高 1Z 提餾段有效塔高 (N 2P T =(12 以： Z=5 計算公式如下：21 頂封頭 本設(shè)計采用橢圓形封頭，有公稱直徑 000表得曲面高度 501 ，直邊高度 02 ，內(nèi)表面積 A=m ，容積 31623.0 ，則封頭高度 9 0402 5 0211 頂空間 設(shè)計中取塔頂間距 ，考慮到需要安裝除沫器，所以選取塔頂空間 底空間 塔底空間高度釜液停留時間為 5 16 分鐘，取塔底液面至最下一層塔板之間的距離為 ： 塔橫截面積封頭容積塔釜貯液量 孔 對 D 的板式塔，為安裝、檢修方便，一般每隔 68 塔板設(shè)一人孔，本塔中共有26 塊塔板，需設(shè) 3個人孔，每個人孔的直徑為 500設(shè)置人孔處塔板間距 00。 料板處板間距 考慮在進口處安裝防沖設(shè)施，取進料板處間距 00。 座 塔底常用裙座支撐，本設(shè)計采用圓筒形裙座。由于裙座內(nèi)徑 800裙座壁厚取 16 基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑： 2310)1621000( 3 基礎(chǔ) 環(huán)外徑： 4 3210)16210 00( 3 圓整后： 慮到再沸器，取裙座高 H 塔體總高度21 = + =料管 進料管的結(jié)構(gòu)類型有很多，有直管 進料管、彎管進料管、 設(shè)計采用直管進料管。管徑計算如下； 17 泵送料液入塔時，s,取 3, / 3,/6.1 = 63 . 1 40 0 2 0 0 2 0 0 0105 37查標準系列選取規(guī)格 的熱軋無縫鋼管。 流管 采用直管回流管，強制回流（用泵輸送回流液時）s,取 6.1 97 5 查標準系列選取 332 規(guī)格的熱軋無縫鋼管 底出料管 采用直管出料管，取 6.1 7 查標準系列選取 規(guī)格的熱軋無縫鋼管。 18 頂蒸汽出料管 采用直管出氣，取 20 查標準系列選取 10225 規(guī)格的熱軋無縫鋼管 底蒸汽進氣管 采用直管進氣，取 23 查標準系列選取 10200 規(guī)格的熱軋無縫鋼管 采用單溢流型的弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進口內(nèi)堰。 流堰長（出口堰長） 19 求得 對平直堰 3/2/0 0 2 8 選用平直堰，堰上液層高度，近似取 E=1，則 精餾段堰上高度 ： 溢流堰高 2 0 7 9 溢流堰高 3 6 液管的寬度由 圖得 ： 2 0 7 液體在降液管內(nèi)的停留時間 精餾段 ： 0 8 5 0 滿足要求） 20 提餾段： 2 5 0 滿足要求） 液管的底隙高度s，取液體通過降液管底隙的流速m/則有： 精餾段 ： 0 8 5 ow so 宜小于 結(jié)果滿足要求） 提餾段： 2 5 ow so 宜小于 結(jié)果滿足要求） 孔區(qū)面積 i i n 和開孔率 取篩孔的孔徑 三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度 ，故孔心距 t 。 21 每層塔板的開孔數(shù) ） 每層塔板的開孔率 % 9 0 2 應(yīng)在 515%，故滿足要求） 每層塔板的開孔面積 精餾段： m / 0 89.0/ 提餾段： m / 0 0 0.0/ 精餾段： 式中 222121210 3/4/01 （取塔板厚度 為 4 0 7 1 ( 求得0C= 3 1， = 1 2 20 0 7 5 1.0 F 22 1、 2、 3式聯(lián)立得 hh= 3 1 oL 板壓降） 3 2 60 6 5 61m 故設(shè)計合理。 提餾段： ,22 1 2,= 2 20 0 7 5 1.0 F 、 2、 3式聯(lián)立得 hh=2 oL 板壓降） 2 7 故設(shè)計合理。 23 精餾段： 氣（滿足要求）液氣液 / k k 1 式中：Lf 驗算結(jié)果表明不會產(chǎn)