苯-氯苯精餾計(jì)算部分

1、.PAGE 11.流程確實(shí)定和說明1.1設(shè)計(jì)原則確定工程設(shè)計(jì)本身存在一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題，同時(shí)又是政策性很強(qiáng)的工作。設(shè)計(jì)者在進(jìn)展工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮諸多影響因素，使生產(chǎn)到達(dá)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、平安、低能耗的原則，具體考慮以下幾點(diǎn)。1滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)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(jì)的流程與設(shè)備需要一定的操作彈性，可方便地進(jìn)展流量和傳熱量的調(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(jì)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(fèi)用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)

2、省蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘?duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均有很大的影響，因此必須選擇適宜的回流比。冷卻水的節(jié)省也對(duì)操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用有影響，減少冷卻水用量，操作費(fèi)用下降，但所需傳熱設(shè)備面積增加，設(shè)備費(fèi)用增加。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。3保證生產(chǎn)平安生產(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(qiáng)度。1.2設(shè)計(jì)方案確實(shí)定精餾方式：本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾方式。原料液連續(xù)參加精餾塔中，并連續(xù)收集產(chǎn)物和排出殘液。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度圍乙醇和水的揮發(fā)度相差較

3、大，因而無須采用特殊精餾。2操作壓力：本設(shè)計(jì)選擇常壓，常壓操作對(duì)設(shè)備要求低，操作費(fèi)用低，適用于苯和氯苯這類非熱敏沸點(diǎn)在常溫工業(yè)低溫段物系別離。3 塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇構(gòu)造簡單，易于加工，造價(jià)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別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(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。2.全塔的物料衡算2.1料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率苯和氯苯的相對(duì)摩爾質(zhì)量分別為78.11和112.61kg/kmol。精餾段平均液相組成 提餾段平均液相組成2.2平均相對(duì)分子質(zhì)量2.3料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給

4、條件：一年以300天，一天以24小時(shí)計(jì)，有：全塔物料衡算：3.塔板數(shù)確實(shí)定3.1理論塔板數(shù)的求取苯-氯苯物系屬于理想物系，采用逐板計(jì)算法求取，步驟如下：根據(jù)苯-氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取依據(jù)，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下：表1.溫度飽和蒸汽壓關(guān)系圖溫度，8090100110120130131.8飽和蒸汽壓mmHg苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率*10.690.4470.2670.1290.01950y10.9160.7850.610.3780.07230此題中，塔壓力接近常壓實(shí)際上略高于常壓，而表中所

5、給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。確定塔組成的平均相對(duì)揮發(fā)度由1中的氣液相平衡數(shù)據(jù)用插值法計(jì)算進(jìn)料溫度，塔頂溫度,塔底溫度以進(jìn)料溫度的計(jì)算為例： 其中=0.49.解得=98.23同理可得,.,由Antoine方程：確定在各個(gè)溫度下的飽和蒸汽壓：其中查得苯的Antoine常數(shù)A:6.031 B：1211 C:220.8，代入Antoine方程求得在=98.23，=80.47，=131.53下所對(duì)應(yīng)的由 P為常壓101.3Kpa所以由最終確定:精餾段平均相對(duì)揮發(fā)度提餾段平均相對(duì)揮發(fā)度全塔確定平衡線方程及回流比由得平衡線方程為：由于泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1

6、：，而。故有：考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作的回流比為最小回流比的1.5倍，即：確定操作線方程由確定精餾段操作線方程為： 提餾段操作線方程為：逐板計(jì)算確定理論塔板數(shù)泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，從第一塊板下降的液體組成由平衡線方程求取：第二塊板上升的氣相組成由精餾段方程求?。旱诙K板下降的液體組成如此反復(fù)計(jì)算得=0.4，第7塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程計(jì)算第七塊板下降液體組成.反復(fù)計(jì)算得：=0.00288經(jīng)計(jì)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.即塊3.2實(shí)際塔板數(shù)塊塊所以全塔所需實(shí)際塔板數(shù)塊，加料板在第15塊板上。全塔效率為3.3比熱容及氣化潛熱的計(jì)算

7、塔頂溫度下的比熱容4.塔的工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.1平均壓強(qiáng)取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算。塔 頂： 加料板：塔 底 ：精餾段平均壓力：提餾段平均壓力：4.2平均溫度,4.3平均相對(duì)分子量塔頂： ，進(jìn)料板：，塔底：精餾段： 提餾段：4.4平均密度液相平均密度組分的液相密度kg/m3表2.溫度密度關(guān)系圖溫度，8090100110120130131.53苯A組分817805793782770757755氯苯B組分1039102810181008997985983.液相平均密度為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 插值法以塔頂組分B密度的計(jì)算為例：同理可得(3),精餾段：提餾段：汽相平均密度4.5液體的平均外表力組

8、分的外表力mN/m表3.溫度外表力關(guān)系圖溫度，8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4利用插值法計(jì)算得塔頂外表力：塔頂：=21.313mN/m; =23.669 mN/m(80.47)方法同上得：進(jìn)料板：；98.23塔底：；131.53=0.98621.213+(1-0.986)23.669=21.248 mN/m=0.3819.064+(1-0.38)21.763=20.737 mN/m=0.0010815.153+(1-0.00108)18.209=18.209 mN/m 精餾段：提餾段：=(20

9、.737+18.206)/2=19.472 mN/m4.6液體黏度表4.溫度粘度關(guān)系圖溫度6080100120140苯Mpa.s0.3810.3080.2550.2150.184氯苯Mpa.s0.5150.4280.3630.3130.274=89.35，=0.283，=0.398=106，=0.243，=0.384精餾段平均液相組成:提餾段平均液相組成：根據(jù)計(jì)算得：精餾段：提餾段：5.塔體工藝尺寸的計(jì)算5.1塔徑的初步設(shè)計(jì)汽液相體積流量的計(jì)算1精餾段 ：，。液相質(zhì)量流量:汽相質(zhì)量流量：液相體積流量：汽相體積流量：2提餾段 飽和液體進(jìn)料：，,液相質(zhì)量流量:汽相質(zhì)量流量：液相體積流量：汽相體積流

10、量：塔徑的計(jì)算與選擇1精餾段 初選塔板間距及板上液層高度，則：史密斯關(guān)聯(lián)圖按Smith法求取允許的空塔氣速即泛點(diǎn)氣速 故：負(fù)荷因子泛點(diǎn)氣速：m/s操作氣速取精餾段的塔徑為加工方便，圓整取塔截面積=0.785m實(shí)際空塔氣速U1=0.878m/s2提餾段 故提餾段的塔徑為加工方便，圓整取塔截面積=0.785m實(shí)際空塔氣速U2=0.891m/s經(jīng)計(jì)算塔徑D選取為1m5.2塔體有效高度的計(jì)算(1) 每隔8個(gè)隔板開一個(gè)人孔，共開3個(gè)孔，人孔公稱直徑500mm. 精餾段的有效塔高提餾段有效塔高ZZ=(N-1)H=(12-1)0.35=3.85所以：Z=Z+Z+50.5=10.25m5.3塔總體高度計(jì)算計(jì)算

11、公式如下：塔頂封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，有公稱直徑DN=1000mm，查表得曲面高度，直邊高度，外表積A=1.2096，容積，則封頭高度塔頂空間設(shè)計(jì)中取塔頂間距，考慮到需要安裝除沫器，所以選取塔頂空間1.0m。塔底空間塔底空間高度是指從塔底最下一層塔板到塔頂封頭的底邊處距離，取釜液停留時(shí)間為5分鐘，取塔底液面至最下一層塔板之間的距離為1.5m。則：人孔對(duì)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(gè)人孔，每個(gè)人孔的直徑為500mm，在設(shè)置人孔處塔板間距。進(jìn)料板處板間距考慮在進(jìn)口處安裝防沖設(shè)施，取進(jìn)料板處間距。裙座塔底常用裙座支撐，本設(shè)計(jì)采用圓筒形裙座。由

12、于裙座徑800mm，故裙座壁厚取16mm。根底環(huán)徑：根底環(huán)外徑：圓整后：700mm1600mm考慮到再沸器，取裙座高塔體總高度=10.25+30.6+10.8+1.75+1+0.29+3 =18.89m5.4塔的接收進(jìn)料管進(jìn)料管的構(gòu)造類型有很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T形進(jìn)料管。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。管徑計(jì)算如下；泵送料液入塔時(shí)，取1.52.5m/s,取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管?；亓鞴懿捎弥惫芑亓鞴?，強(qiáng)制回流用泵輸送回流液時(shí)取1-2.5m/s,取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管塔底出料管采用直管出料管，取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管。塔頂蒸汽出料管采用直管出氣，取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取

13、規(guī)格的熱軋無縫鋼管塔底蒸汽進(jìn)氣管采用直管進(jìn)氣，取查標(biāo)準(zhǔn)系列選取規(guī)格的熱軋無縫鋼管6.塔板工藝構(gòu)造尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算6.1溢流裝置采用單溢流型的弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口堰。溢流堰長出口堰長取查表得求得出口堰高對(duì)平直堰選用平直堰，堰上液層高度，近似取E=1，則精餾段堰上高度：溢流堰高提餾段：溢流堰高降液管的寬度和降液管的面積由，由圖得，即：，。液體在降液管的停留時(shí)間精餾段：滿足要求提餾段：滿足要求降液管的底隙高度液體通過降液管底隙的流速一般為0.070.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速，則有：精餾段：不宜小于0.020.025m，本結(jié)果滿足要求提餾段：不宜小于0.020.025m，本

14、結(jié)果滿足要求6.2塔板布置開孔區(qū)面積取邊緣區(qū)寬度式中：.開孔數(shù)和開孔率取篩孔的孔徑，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度，且取。故孔心距。每層塔板的開孔數(shù)孔每層塔板的開孔率應(yīng)在515%，故滿足要求每層塔板的開孔面積氣體通過篩孔的孔速精餾段：提餾段：7.塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算7.1氣體通過篩板壓降和的驗(yàn)算精餾段：1.氣體通過干板的壓降式中 取塔板厚度為4mm 求得=0.9682.氣體通過板上液層的壓降=1.64412.31、2、3式聯(lián)立得=0.5920.05=0.0296m3.氣體抑制液體外表力產(chǎn)生的壓降4.液柱高度和氣體通過篩板的壓降單板壓降故設(shè)計(jì)合理。提餾段：1.氣體通過干板的壓降2.氣體通過板上液層的壓降1=1.8862.31、2、3式聯(lián)立得=0.5710.05=0.0285m3.氣體抑制液體外表力產(chǎn)生的壓降4.氣體通過篩板的