苯-氯苯板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)說明書

苯-氯苯板式精餾塔工藝

設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座苯一氯苯連續(xù)精餡塔，要求年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯60000噸，塔頂餾出液中含氯苯不高于2%。原料液中含氯苯為38%（以上均為質(zhì)量％）。二、 操作條件塔頂壓強(qiáng)4kPa（表壓）；進(jìn)料熱狀況，泡點(diǎn)進(jìn)料；回流比，2R；min塔釜加熱蒸汽壓力0.5MPa（表壓）；單板壓降不大于0.7kPa；年工作日300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)方案的確定及工藝流程的說明；塔的工藝計(jì)算；塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；塔內(nèi)流體力學(xué)性能的設(shè)計(jì)計(jì)算；塔板負(fù)荷性能圖的繪制；塔的工藝計(jì)算結(jié)果匯總一覽表；生產(chǎn)工藝流程圖及精餡塔工藝條件圖的繪制；對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述或?qū)τ嘘P(guān)問題的分析與討論。四、 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1.組分的飽和蒸汽壓P?（mmHg） 溫度，(°C)i8090100110120130131.8p?i苯760102513501760225028402900氯苯1482052934005437197602.組分的液相密度p（kg/m3）溫度，(C)8090100110120130p苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985純組分在任何溫度下的密度可由下式計(jì)算苯pA=912-1.1871推薦：pA=912.13-1.1886t氯苯pB=1127-1111t推薦：pB=1124.4-1.06571式中的t為溫度，，c。組分的表面張力b(mN/m)溫度，(C)8085110115120131b苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4雙組分混合液體的表面張力b可按下式計(jì)算:mb=——bAbB (x、x為A、B組分的摩爾分率)mbAXB+bBXA AB氯苯的汽化潛熱常壓沸點(diǎn)下的汽化潛熱為35.3X103U/kmol。純組分的汽化潛熱與溫度的關(guān)系可用下式表示：(氯苯的臨界溫度：，廣359.2°C)其他物性數(shù)據(jù)可查化工原理附錄。TOC\o"1-5"\h\z一、 前言 1\o"CurrentDocument"二、 產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 2\o"CurrentDocument"（一） 產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo) 2\o"CurrentDocument"（二） 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 3\o"CurrentDocument"（三） 工藝流程及說明 3\o"CurrentDocument"三、 工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"（一） 全塔的物料衡算 4\o"CurrentDocument"1） 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率 4\o"CurrentDocument"2） 平均摩爾質(zhì)量 5\o"CurrentDocument"3） 料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率 5\o"CurrentDocument"（二） 塔板數(shù)的確定 5\o"CurrentDocument"1） 理論塔板數(shù)的求取 5\o"CurrentDocument"2） 實(shí)際塔板數(shù) 7\o"CurrentDocument"（三） 塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 81） 平均壓強(qiáng) 8\o"CurrentDocument"2） 平均溫度 8\o"CurrentDocument"3） 平均分子量 8\o"CurrentDocument"4） 平均密度 8\o"CurrentDocument"5） 液體的平均表面張力 9\o"CurrentDocument"6） 液體的平均粘度 9（四） 精餾段的汽液負(fù)荷計(jì)算 9\o"CurrentDocument"（五） 塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 10\o"CurrentDocument"1） 塔徑 10\o"CurrentDocument"2） 塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10\o"CurrentDocument"（六） 塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算 12\o"CurrentDocument"1） 氣體通過篩板壓降和的驗(yàn)算 122） 霧沫夾帶量的驗(yàn)算 143） 漏液的驗(yàn)算 144） 液泛的驗(yàn)算 14\o"CurrentDocument"（七） 塔板負(fù)荷性能圖 15\o"CurrentDocument"1） 霧沫夾帶線（1） 15\o"CurrentDocument"2） 液泛線（2） 163） 液相負(fù)荷上限線（3） 16\o"CurrentDocument"4） 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4） 16\o"CurrentDocument"5） 液相負(fù)荷下限線（5） 17\o"CurrentDocument"（八） 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表 19\o"CurrentDocument"（九） 精餾塔的附屬設(shè)備與接管尺寸的計(jì)算 20\o"CurrentDocument"（十）主要符號(hào)說明 21\o"CurrentDocument"四、 對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和感受 22苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算書一、前曰課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餡分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續(xù)精餡塔在常壓下操作，被分離的苯-氯苯二元混合物由連續(xù)精餡塔中部進(jìn)入塔內(nèi)，以一定得回流比由連續(xù)精餡塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯純度不低于99.8%，塔頂產(chǎn)品苯純度不低于98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。高徑比很大的設(shè)備稱為塔器。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。常見的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餡、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。在化工或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。作為主要用于傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求：（1） 生產(chǎn)能力大.在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。（2） 操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長(zhǎng)期連續(xù)操作。（3） 流體流動(dòng)的阻力小。即流體通過塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以及降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餡操作，較大的壓力降還使系統(tǒng)無法維持必要的真空度。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費(fèi)用。耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨(dú)到之處.根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，此設(shè)計(jì)的塔型為篩板塔。篩板塔是很早出現(xiàn)的一種板式塔。五十年代起對(duì)篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大20-40%，塔板效率高10—15%，壓力降低30—50%，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤造價(jià)減少40%左右，安裝、維修都較容易。從而一反長(zhǎng)期的冷落狀況，獲得了廣泛應(yīng)用。近年來對(duì)篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板(孔徑可達(dá)20—25mm)，導(dǎo)向篩板等多種形式。篩板塔盤上分為篩孔區(qū)、無孔區(qū)、溢流堰及降液管等幾部分.工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為3—8mm，按正三角形排列.空間距與孔徑的比為2.5—5.近年來有大孔徑(10—25mm)篩板的，它具有制造容易，不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，只是漏夜點(diǎn)低，操作彈性小。篩板塔的特點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便。生產(chǎn)能力大，比浮閥塔還高。塔板壓力降較低，適宜于真空蒸餾。塔板效率較高，但比浮閥塔稍低。合理設(shè)計(jì)的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔。小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、粘性大的和帶有固體粒子的料液。二、產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介產(chǎn)品性質(zhì)、質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品性質(zhì)：有杏仁味的無色透明、易揮發(fā)液體。密度1.105g/cm3。沸點(diǎn)131.6°C。凝固點(diǎn)-45°C。折射率1.5216(25°C)。閃點(diǎn)29.4°C。燃點(diǎn)637.8°C，折射率1.5246，粘度(20°C)0.799mPa?s，表面張力33.28X10-3N/m.溶解度參數(shù)6=9.5。溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。易燃，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.3%-7.1%(vol)。溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，不溶于水。常溫下不受空氣、潮氣及光的影響，長(zhǎng)時(shí)間沸騰則脫氯。蒸氣經(jīng)過紅熱管子脫去氫和氯化氫，生成二苯基化合物。有毒.在體內(nèi)有積累性，逐漸損害肝、腎和其他器官。對(duì)皮膚和粘膜有刺激性.對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉性，LD502910mg/kg，空氣中最高容許濃度50mg/m3。遇高溫、明火、氧化劑有燃燒爆炸的危險(xiǎn)。質(zhì)量指標(biāo)：氯苯純度不低于99.8%，塔頂產(chǎn)品苯純度不低于98%,原料液中苯38%。（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（二） 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介精餾方式：本設(shè)計(jì)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(diǎn)是集成度高，可控性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于所涉濃度范圍內(nèi)乙醇和水的揮發(fā)度相差較大，因而無須采用特殊精餾。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）物系分離。塔板形式：根據(jù)生產(chǎn)要求，選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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分離工藝中有很好表現(xiàn)。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)后送入精餾塔內(nèi)。由于蒸汽質(zhì)量不易保證，采用間接蒸汽加熱。再沸器，冷凝器等附屬設(shè)備的安排：塔底設(shè)置再沸器，塔頂蒸汽完全冷凝后再冷卻至泡點(diǎn)下一部分回流入塔，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)灌。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。（三） 工藝流程及說明首先，苯和氯苯的原料混合物進(jìn)入原料罐，在里面停留一定的時(shí)間之后，通過泵進(jìn)入原料預(yù)熱器，在原料預(yù)熱器中加熱到泡點(diǎn)溫度，然后，原料從進(jìn)料口進(jìn)入到精餾塔中。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時(shí)候原料混合物就分開了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。氣相混合物上升到塔頂上方的冷凝器中，這些氣相混合物被降溫到泡點(diǎn)，其中的液態(tài)部分進(jìn)入到塔頂產(chǎn)品冷卻器中，停留一定的時(shí)間然后進(jìn)入苯的儲(chǔ)罐，而其中的氣態(tài)部分重新回到精餾塔中，這個(gè)過程就叫做回流。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。塔里的混合物不斷重復(fù)前面所說的過程，而進(jìn)料口不斷有新鮮原料的加入。最終，完成苯與氯苯的分離。三、工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)（一）全塔的物料衡算1）料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品含苯的摩爾分率62/78.11=0.702xf62/78.11+38/112.6162/78.11=0.702xf62/78.11+38/112.6198/78.11X-98/78.11+2/112.61一笊"

0.2/78.11x= =0.002880.2/78.11W0.2/78.11+99.8/112.61平均摩爾質(zhì)量M=78.11x0.702+G-0.702)x112.61=88.39kg/kmolMD=78.11x0.986+G—0.986)x112.61=78.59kg/kmolM=78.11x0.00288+G-0.00288)x112.61=112.5kg/kmol料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率依題給條件：一年以300天，一天以24小時(shí)計(jì)，有：W'=60000t/a=8333.3kg/h,全塔物料衡算：F，=D'+W'n0.38F=0.02D'+0.998W'F=22638.88kg/h F=22638.88/88.39=256.12kmol/hD=14305.55kg/h D=1430.55/78.59=182.03kmol/hW'=8333.33kg/h W=8333.33/112.5=74.07kmol/h（二）塔板數(shù)的確定1）理論塔板數(shù)nt的求取苯-氯苯物系屬于理想物系，可采用梯級(jí)圖解法（M?T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x?y依據(jù)x=^p-p°>Q。-p。），y=p。x/p，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下:tBAB At溫度，（°C）8090100110120130131.8p。i苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10.6770.4420.2650.1270.0190y10.9130.7850.6140.3760.0710本題中，塔內(nèi)壓力接近常壓（實(shí)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?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)x?y平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。確定操作的回流比R將1.表中數(shù)據(jù)作圖得x?y曲線及t-x?y曲線。在x?y圖上，因q=1，查得y=0.935,而x=Xf=0.702，xD=0.986。故有:

匚=0.986-°.935=0.219y-x0.935-0.702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2倍，即:R=2Rm=2x0.219=0.438求理論塔板數(shù)精餾段操作線：y=-—ix+~^^=0.30x+0.69R+1R+1提餾段操作線為過(0.00288,0.00288)和(0.702,0.901)兩點(diǎn)的直線。1.00.00.80.60.40.20.0 0.10.20.30.40.50.6 0.7 0.80.91.0X1.00.00.80.60.40.20.0 0.10.20.30.40.50.6 0.7 0.80.91.0X苯-氯苯物系精餾分離理論塔板數(shù)的圖解1401301201101009080--700.0 0.1 0.20.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.01401301201101009080--700.0 0.1 0.20.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0苯-氯苯物系的溫度組成圖圖解得N=12.5-1=11.5塊（不含釜）。其中，精^段N=4塊，提餾段N=7.5塊，T T1 T2第5塊為加料板位置。2）實(shí)際塔板數(shù)NP全塔效率et選用ET=°.17-0.6161og―公式計(jì)算。該式適用于液相粘度為°.°7~1.4mPa?s的烴類物系，式中的〃為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。m塔的平均溫度為°.5（8°+131.8）=1°6°C（取塔頂?shù)椎乃阈g(shù)平均值），在此平均溫度下查化工原理附錄11得：，A=°.24mPa-s,〃B=°.34mPa-s。日=日凡工/+日BG-^f）=°.24x°.7°2+°.34xG-°.7°2）=°.27°Et=°.17-°.616logr=°.17-°.616log°.27°=°.52實(shí)際塔板數(shù)Np（近似取兩段效率相同）精餾段：Np1=4/°.52=7.7塊，取七廣8塊提餾段：Np2=7/°.52=13.5塊，取Np2=14塊總塔板數(shù)N=N1+N2=22塊。（三）塔的精餾段操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1） 平均壓強(qiáng)pm取每層塔板壓降為0.7kPa計(jì)算。塔頂：pD101.34105.3kPa加料板：PF105.30.78110.9kPa平均壓強(qiáng)P 105.3110.9/2108.1kPa2） 平均溫度tm查溫度組成圖得：塔頂為80C，加料板為89C。t8089/284.5C3） 平均分子量Mm塔頂：y xD0.986,X0.940（查相平衡圖）MVD,m0.98678.1110.986112.6178.59kg/kmolM0.94078.1110.940112.6180.18kg/kmolLD,m加料板：yF0.935,XF0.702（查相平衡圖）MVF,m0.93578.1110.935112.6180.35kg/kmolMLD,m0.70278.1110.702112.6188.39kg/kmol精憎段：MvV,m78.5980.3579.47kg/kmolM80.1888.39/284.29kg/kmolL,m4）平均密度Pm塔頂：吊D,A912.131.1886t912.131.188680817.0kg/m3吊D,B1124.41.0657t1124.41.0657801039.1kg/m31a——A—a——B—0.98 0.02817.01039.1 《D,m820.5kg/mLD,mP>D,AP>D,B1.液相平均密度PL,m進(jìn)料板:LF,A912.131.1886t912.131.188689806.34kg/m3

PFB=1124.4-1.0657$=1124.4-1.0657x89=PFB=1124.4-1.0657$=1124.4-1.0657x89=1029.55kg/m3a_0.62 0.38P以 p以a p:b-806.341029.55^精餾段：Pl=@20.5+878.7)/2=849.6kg/m3P以=878.7kg/m32.汽相平均密度PV,mPM108.1x79.47P=觀rt^m=8314「(273~845)=2.890kg/m3m5)液體的平均表面張力bm塔頂：aA=21.08mN/m；a =26.02mN/m(80°C)21.08x26.02121.08x0.014+26.02x0.986)=21.14mN/m進(jìn)料板：。fa=20.21mN/m；q「B=25.26mN/m(89C)bF,m( 20.21x25.26 )(20.21x0.298+25.26x0.702/=21.49mN/m精餾段：bm=(21.14+21.49)/2=21.32mN/m6）液體的平均粘度,L,m塔頂：查化工原理附錄11，在80C下有:, =Jx)+Jx)=0.315x0.986+0.445x0.014=0.317mPa?sLD,m AADBBD加料板：日LF=0.28x0.702+0.41x0.298=0.390mPa?s精餾段：日l=(0.317+0.319)/2=0.318mPa?s精餡段的汽液負(fù)荷計(jì)算汽相摩爾流率V=&+1)D=1.438x182.03=261.76kmol/hT7 VM 261.76x79.47汽相體積流量V= V,^= =1.999m3/ss 3600P 3600x2.890Vm汽相體積流量V=1.999m3/s=7196.4m3/hh液相回流摩爾流率L=RD=0.438x182.03=79.73kmol/h

LM 79.73x84.29液相體積流量L= ^^= =O.°°22°m3/ss3600P 3600x849.6L,m液相體積流量L=0.00220m3/s=7.920m3/hh冷凝器的熱負(fù)荷Q=Vr=（261.76x78.59）310）/3600=1771.45kW（五）塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算1）塔徑初選塔板間距%=550mm及板上液層高度?=70mm，則：Ht-hL=0.55-0.07=0.48m0.5按Smith法求取允許的空塔氣速umax（即泛點(diǎn)氣速七）0.5=0.01887(0.00220Y849.6丫5、1.999JL2.890=0.01887查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得C之。=0.0925負(fù)荷因子C=C20=負(fù)荷因子C=C20=0.0925「空)L20J0.2=0.0937泛點(diǎn)氣速：u =C\］《PL-PV)/Pv=0.0937〈(849.6—2.890)/2.890=1.604m/s操作氣速取u=0.7u =1.12m/smax精餾段的塔徑D=\.'4V/兀u=\.'4x1.999/3.14x1.12=1.508m圓整取D=1600mm，此時(shí)的操作氣速u=0.995m/s。2）塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。Q溢流堰長(zhǎng)(出口堰長(zhǎng))iw取l=0.7D=0.7x1.6=1.12mw堰上溢流強(qiáng)度匕/1=7.920/1.12=7.701m3/(m?h)<100-130m3/(m?h),滿足篩板塔的堰上溢流強(qiáng)度要求。⑥出口堰高h(yuǎn)wh廣七九對(duì)平直堰h(yuǎn)=0.00284E%/1如由1w/D=0.7及、/12.5=7.920/1.122.5=5.966,查化工原理P111圖5-5得E=1.01，于是：h=0.00284x1.01(7.920/1.12)2/3=0.0106m>0.006m(滿足要求)owh=h^-h=0.07-0.0106=0.0594m①降液管的寬度匕和降液管的面積Af由七/D=0.7，查化原下七2圖5-7得七/D=0.14,Af/4了=0.09，即：Wd=0.224m,At=0.785D2=2.01m2,Af=0.181m2。液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間t=AHt/L=0.181x0.55/0.00220=45.25s>5s(滿足要求)Q降液管的底隙高度ho液體通過降液管底隙的流速一般為0.07~0.25m/s，取液體通過降液管底隙的流速u'=0.08m/s，則有：oh=1sf=1；；。甘%=0.0246m(h不宜小于0.02~0.025m,本結(jié)果滿足要求)wo塔板布置Q邊緣區(qū)寬度W與安定區(qū)寬度*邊緣區(qū)寬度W:一般為50~75mm,D>2m時(shí)，W可達(dá)100mm。安定區(qū)寬度W:規(guī)定D<1.5m時(shí)W=75mm；D>1.5m時(shí)W=100mm；本設(shè)計(jì)取W=60mm,W=100mm。尊開孔區(qū)面積AaA=2x^iR2-x2+--—R2sin-1—=20.476/0.742—0.4762+二x0.742sin-10476_ 180 0.740_=1.304m2式中：x=D/2-(w^+W)=0.8—(0.224+0.100)=0.476mR=D/2-W=0.8-0.060=0.740m開孔數(shù)n和開孔率(p取篩孔的孔徑d^=5mm，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度3=3mm，且取t/d=3.0。故孔心距t=3x5=15mm。o'1158x103) (1158x103)每層塔板的開孔數(shù)n= A=一-——x1.304=6711(孔)f2 a 1S2k12 7k152 70.907 0.907 每層塔板的開孔率p=（/d）2=3^~=0.101（p應(yīng)在515%，故滿足要求）o每層塔板的開孔面積A。=pAa=0.101x1.304=0.132m2氣體通過篩孔的孔速u。=匕IA。=1.999/0.132=15.14m/s精餾段的塔高Z1Z1=(N1-1Ht=(8-1)x0.55=3.85m塔板上的流體力學(xué)驗(yàn)算1)氣體通過篩板壓降hp和App的驗(yàn)算h=h+匕+h1.氣體通過干板的壓降hch=0.051(匕TJ=0.051(1514T2890=0.0621mcIC7Pk0.87849.6、。/L式中孔流系數(shù)C由d/3=5/3=1.67查P115圖5-10得出，C=0.8。

2.氣體通過板上液層的壓降勺h=p（h+h）=電=0.57X0.07=0.040m式中充氣系數(shù)月的求取如下：氣體通過有效流通截面積的氣速u，對(duì)單流型塔板有:a1.9992.011.9992.01—0.181=1.093m/s動(dòng)能因子F=u虬=1.093J2890=1.858查化原P115圖5-11得P=0.57（一般可近似取&=0.5~0.6）。氣體克服液體表面張力產(chǎn)生的壓降ha7 4o 4x21.32x10-3h= = =0.00205m。pgd849.6x9.81x0.005Lo氣體通過篩板的壓降（單板壓降）七和曲「h=h+氣+h廣0.0621+0.040+0.00205=0.104m△p=pLgh=849.6x9.81x0.104=866.8Pa=0.867kPa>0.7kPa(不滿足工藝要求，需重新調(diào)整參數(shù)）。現(xiàn)對(duì)塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)作重新調(diào)整如下:取W=50mm，W=75mm。開孔區(qū)面積AaA=2xJR2—x2+-—R2sin—1—=20.501J0.7502-0.5012+二x0.7502sin-1^501_ 180 0.750_=1.382m2式中：x=D/2—(Wd+W)=0.8—6.224+0.075)=0.501mR=D/2—W=0.8—0.050=0.750m開孔數(shù)n和開孔率（P

取篩孔的孔徑嘰=5mm，正三角形排列，篩板采用碳鋼，其厚度少=3mm，且取t/d=3.0。故孔心距t=3x5=15mm。o每層塔板的開孔數(shù)n=(每層塔板的開孔數(shù)n=(1158x103)(1158x103)

k1^/x1.382=7113(孔)一……一…0.907每層塔板的開孔率一……一…0.907每層塔板的開孔率P=°d*=o0.90732=0.101（（p應(yīng)在5~15%，故滿足要求）每層塔板的開孔面積Ao=每層塔板的開孔面積Ao=/A。=0.101x1.382=0.140m2氣體通過篩孔的孔速u=V/A=1.999/0.140=14.28m/s氣體通過篩板壓降h和』p的重新驗(yàn)算PP2p%=0.051pLh=0.051(14.28￥2.890I0.8)=0.0396m849.6c=849.6x9.81x0.0816=681Pa=c=849.6x9.81x0.0816=681Pa=0.681kPav0.7kPa(滿足工藝要5.7x10-6u3.2 5.7x10-6=- 1.093一caH-h21.26x10-30.55-2.5x0.07LT f」的驗(yàn)算3.2=0.00822kg液/kg氣v0.1kg液/kg氣（滿足要求）eV式中?廣2叫，驗(yàn)算結(jié)果表明不會(huì)產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。V3）漏液的驗(yàn)算氣體通過篩板的壓降（單板壓降）匕和嘰h=h+hi+h=0.0396+0.040+0.00205=0.0816mAp=pgh求)霧沫夾帶量e2)霧沫夾帶量e漏液點(diǎn)的氣速uomu =4.4CJ(0.0056+0.13七—hjp,7如=4.4x0.8(0.0056+0.13x0.07〕0.00205*49.6/2.890=6.788m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)K=匕=共藉=2.1>1.5（不會(huì)產(chǎn)生過量液漏）u6.7884）液泛的驗(yàn)算4）液泛的驗(yàn)算為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度七<山（HT+hw）hd=0.1532hd=0.1532=0.153(0.00220\11.12x0.0246)2=0.00098mHd=0.0816+0.07+0.00098=0.153m中(H『+h)=0.5(0.55+0.0594)=0.305mHd＜中(Ht+h「成立，故不會(huì)產(chǎn)生液泛。通過流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精餾段塔徑及塔板各工藝結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出最合理的設(shè)計(jì)，還需重選ht及hL，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（七）塔板負(fù)荷性能圖1）霧沫夾帶線（1）5.7x10-5.7x10-6e= V CU 住 H-2.5hT L」3.2（1）V V……式中.u= s—= s =0.5467V.a At—Af 2.01-0.181 s七=2.5hL=2.5(h+h)=2.5r0.0594+0.00284EI3600L sl2/3=2.5r0.0594+0.00284EI3600L sl2/3=2.50.0594+0.00284x1.01f3600、"1.12J2/3=0.149+1.547L2/3將已知數(shù)據(jù)代入式（1）5.7x10-6

e= v 21.32x10-30.5467V

s

0.55—0.149-1.547L2/3s3.2=0.1V=4.671-18.02L2/3(1-1)在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)Ls值，依式（1-1）算出對(duì)應(yīng)的匕值列于下表:L,m3/s0.0009550.0050.010.0150.0181 s V,m3/s4.4964.1443.8353.5753.429依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出霧沫夾帶線（1）

2）液泛線（2）(2)2/3h=2）液泛線（2）(2)2/3h=0.00284Eow=0.00284x1.0』3600'匕I1.12J2/3=0.6186L2/3TOC\o"1-5"\h\z/〃 \=0.051\o"CurrentDocument"hc=0.051~C~ ［苛=0.051o L(2.890，

k849.6j=0.01556V2s=p(h+h)=0.57.0594+0.6186L2/3)=0.03386+0.3526L2/3sh。=0.00205=h+氣+h廣0.01556V2+0.3526L/3+0.03591=0.1532(

=0.1532(

=0.153k1.12x0.0246J=201.6L20.5055+0.0594.01556V2+0.3526L2/3+0.0359)+0.5055+0.0594+0.6186L2/3+201.6LTOC\o"1-5"\h\zs s(2-2)V2=13.46-62.42Lm-12956L2(2-2)在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)匕值，依式（2-2）算出對(duì)應(yīng)的匕值列于下表:L,m3/s0.0009550.0050.010.0150.0181V,m3/s3.5843.3633.0442.5912.217依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）3） 液相負(fù)荷上限線（3）TOC\o"1-5"\h\zL=^A=0.55x0.181=0.0199m3/s （3-3）s,max T 54） 漏液線（氣相負(fù)荷下限線）（4）h^=h+h=0.0594+0.6186L2/3漏液點(diǎn)氣速u =4.4x0.8。.0056+0.13^0.0594+0.6186L2/3u =4.4x0.8。.0056+0.13^0.0594+0.6186L2/3s0.00205-849.6/2.890Vsmin=Aum，整理得:V2 =5.741L2/3+0.804s,min s(4-4)L,m3/s0.0009550.0050.010.0150.0181V,m3/s0.9270.9861.0351.0741.095依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出漏液線（4）在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè),值，依式（4-4）算出對(duì)應(yīng)的七值列于下表:5）液相負(fù)荷下限線（5）取平堰堰上液層高度h =0.006m，E=1.0。wh=0.00284Eow2/3=0.00284x1.012/3=0.006L.=9.55x10-4m3/s(5-5)操作氣液比V/L=1.999/0.00220=908.6流積體相液1.0-5.0"4.5-4.0一3.5-3.0-2.5一流積體相液1.0-5.0"4.5-4.0一3.5-3.0-2.5一2.0-1.5-0.5-0.0-I—―I—'—I—■―I—'—I――I—1—I――I—'—I――'—I0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.020氣相體積流量 V(m3/s)操作彈性定義為操作線與界限曲線交點(diǎn)的氣相最大負(fù)荷匕啞與氣相允許最小負(fù)荷匕屈之

比,即：比,3.74V3.44操作彈性=武必=兩^s,min

3.74（八）精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表精餡塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表項(xiàng) 目符號(hào)單位計(jì)算結(jié)果精餡段提餡段平均壓強(qiáng)PkPa108.1平均溫度t°C84.5平均流量氣相mVms/s1.999液相sLms/s0.00220實(shí)際塔板數(shù)sN塊8板間距P1Hm0.55塔段的有效高度TZm3.85塔徑Dm1.6空塔氣