年產(chǎn)10萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠初步設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠初步設(shè)計(jì) 目 錄 1 概述.1 1.1 設(shè)計(jì)依據(jù).1 1.1.1 課題背景.1 1.1.2 我國(guó)聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.1 1.1.3 國(guó)際聚碳酸酯需求概況.2 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù).3 1.3 設(shè)計(jì)原則.3 1.4 設(shè)計(jì)任務(wù).3 1.5 勞動(dòng)安全衛(wèi)生.4 2 工藝設(shè)計(jì).5 2.1 工藝流程設(shè)計(jì).5 2.1.1 工藝流程設(shè)計(jì)的重要性.5 2.1.2 工藝流程設(shè)計(jì)的原則.5 2.1.3 工藝流程選擇分析與研究.5 2.1.4 工藝流程設(shè)計(jì).6 2.1.5 生產(chǎn)工藝流程敘述.7 2.1.6 工藝流程設(shè)計(jì)參數(shù).8 2.2 工藝計(jì)算.8 2.2.1 物料衡算.8 2.2.2 熱量衡

2、算.14 3 工藝計(jì)算與設(shè)備選型.18 3.1 塔的工藝與選型.18 3.1.1 t101.18 3.1.2 最小回流比的計(jì)算.19 3.1.3 全塔理論塔板數(shù).20 3.1.4 精餾段理論塔板數(shù).21 3.1.5 板效率及實(shí)際塔板數(shù).22 3.1.6 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算.22 3.1.7 塔板負(fù)荷性能方程.26 3.3 氣流干燥器的工藝計(jì)算與選型.31 3.4 過(guò)濾設(shè)備的工藝計(jì)算與選型.35 4 設(shè)備型號(hào)一覽表.38 4.1 泵的選擇.38 4.2 容器、罐的選擇.39 4.3 冷凝器、再沸器的選擇.40 5 廠制和廠址選擇.42 5.1 廠制概況.42 5.1.1 工廠組織.42 5

3、.1.2 工作制度.42 5.1.3 人員配備.42 5.2 廠址選擇.43 5.2.1 建廠依據(jù).43 5.2.2 指導(dǎo)方針.43 5.2.3 選廠經(jīng)過(guò).43 6 全廠總平面設(shè)計(jì).44 6.1 總平面設(shè)計(jì)任務(wù)和步驟.44 6.1.1 總平面設(shè)計(jì)任務(wù).44 6.1.2 工廠組織.44 6.2 總平面設(shè)計(jì)原則.44 6.3 總平面布置評(píng)述.45 7 公用工程和輔助設(shè)計(jì)方案.47 8 設(shè)計(jì)結(jié)果.51 8.1 設(shè)計(jì)成果.51 8.2 圖紙及比例.51 總 結(jié).52 致 謝.53 參 考 文 獻(xiàn).54 1 概述 1.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 1.1.1 課題背景 聚碳酸酯（簡(jiǎn)稱）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合

4、物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂 肪族、芳香族、脂肪族芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性 能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。聚碳 酸酯是一種性能優(yōu)異的通用工程塑料，自問(wèn)世以來(lái)迅速在發(fā)達(dá)國(guó)家形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且技術(shù)持續(xù)發(fā) 展，裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于聚碳酸酯光學(xué)透明性好、抗沖擊強(qiáng)度高，并具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐 蠕變性、抗寒性、電絕緣性和阻燃性等特點(diǎn)，使之在透明建筑板材、電子電器、光盤媒介、汽車工 業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。聚碳酸酯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，目 前已推出了光盤、汽車、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥

5、、照明、薄膜等多種產(chǎn)品各自專用的品級(jí)牌 號(hào)。我國(guó)在聚碳酸酯研發(fā)上雖起步較早，先后有不少企業(yè)進(jìn)行研發(fā)生產(chǎn)，但由于工藝技術(shù)落后、生 產(chǎn)裝置規(guī)模較小、產(chǎn)能低、產(chǎn)品質(zhì)量差，目前僅剩一家企業(yè)維持生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的聚碳酸酯不 得不大量依賴進(jìn)口。因此，大力加強(qiáng)聚碳酸酯研發(fā)，加速實(shí)現(xiàn)其規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，已成為國(guó)家的重要戰(zhàn) 略需求。我國(guó)聚碳酸酯長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口，2000 年進(jìn)口量為 23 萬(wàn)噸，到 2008 年增至 101.7 萬(wàn)噸， 增長(zhǎng)了近 4 倍，2008 年國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的表觀消費(fèi)量接近 80 萬(wàn)噸，未來(lái)幾年將保持 10-15%的增長(zhǎng)率。 中國(guó)聚碳酸酯的產(chǎn)能僅為 26 萬(wàn)噸，而且絕大部分為合資或獨(dú)資企業(yè)，對(duì)外

6、依存度非常高。對(duì)我國(guó) 聚碳酸酯生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，加快技術(shù)進(jìn)步已刻不容緩。 1.1.2 聚碳酸酯產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 由于世界金融市場(chǎng)處于混亂狀態(tài)，2009 年亞洲雙酚 a(bpa)市場(chǎng)，將繼續(xù)面臨困難時(shí)期的挑戰(zhàn)， 除非經(jīng)濟(jì)走勢(shì)上行，來(lái)自下游環(huán)氧樹(shù)脂和聚碳酸酯(pc)工業(yè)的需求才會(huì)稍有提升。一家亞洲貿(mào)易商 于表示，要使雙酚 a(bpa)市場(chǎng)上揚(yáng)，至少在今后 6 個(gè)月以后。隨著雙酚 a(bpa)現(xiàn)貨的急劇下滑， 該工業(yè)處于不景氣狀態(tài)。截至 2008 年 12 月，雙酚 a(bpa)價(jià)格與當(dāng)年 7 月相比、下降了近 40%。由 于全球金融市場(chǎng)惡化和經(jīng)濟(jì)衰退帶來(lái)的影響，來(lái)自聚碳酸酯(pc)和環(huán)氧樹(shù)脂工業(yè)需求的疲軟，

7、而導(dǎo) 致雙酚 a(bpa)市場(chǎng)的不振，將可能會(huì)持續(xù)到年底。雖然新的環(huán)氧樹(shù)脂和聚碳酸酯(pc)，生產(chǎn)裝置 已于 2008 年投運(yùn)，但經(jīng)濟(jì)的下行趨勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)的加劇，已大大擠壓了一些公司的邊際利潤(rùn)，迫使一 些生產(chǎn)商降低開(kāi)工率或延長(zhǎng)裝置停工期。雙酚 a(bpa)發(fā)展在 2008 年也受到一些負(fù)面的影響，來(lái)自 與雙酚 a(bpa)接觸的健康危害的爭(zhēng)論，已促使一些國(guó)家如加拿大在食品容器應(yīng)用中禁用這種化學(xué) 品。鑒于終端用戶減少購(gòu)買量，亞洲地區(qū)一些雙酚 a(bpa)生產(chǎn)商紛紛降低開(kāi)工率，以減少這種高 成本材料不斷增多的庫(kù)存。中國(guó)大多數(shù)環(huán)氧樹(shù)脂裝置，目前開(kāi)工率都在 5060%。中國(guó)石化集團(tuán)公 司-三井化學(xué)公司合資

8、的，10 萬(wàn)噸/年雙酚 a(bpa)裝置于 2008 年 12 月投產(chǎn)后，又使該地區(qū)新增了 供應(yīng)量，預(yù)計(jì)雙酚 a(bpa)價(jià)格一度會(huì)下跌至底線。另外貿(mào)易商和終端用戶的調(diào)查指出，如果需求 繼續(xù)疲軟，則對(duì)雙酚 a(bpa)價(jià)格的支撐會(huì)很小。2009 年也會(huì)出現(xiàn)一些新的貿(mào)易動(dòng)向，中國(guó)與東南 亞國(guó)家聯(lián)盟(asean)成員國(guó)之間的自由貿(mào)易協(xié)定(fta)將實(shí)施，按照新的法則，雙酚 a(bpa)從 asean 出口將執(zhí)行零關(guān)稅。東南亞國(guó)家聯(lián)盟(asean)有 2 家主要的雙酚 a(bpa)生產(chǎn)商：拜耳公司在泰國(guó)擁 有 16 萬(wàn)噸/年裝置，三井化學(xué)公司在新加坡?lián)碛?23 萬(wàn)噸/年裝置。 1.1.3 聚碳酸酯市

9、場(chǎng)需求概況 20 世紀(jì)末，世界聚碳酸酯的產(chǎn)量約 114 萬(wàn)噸，聚碳酸酯按功能特性分為一系列品級(jí)，如通用 級(jí)、透明級(jí)、醫(yī)藥食品級(jí)等。各品級(jí)又可進(jìn)一步細(xì)分為更多的具體牌號(hào)。一些大的生產(chǎn)廠商可提供 幾十個(gè)品級(jí)、上百個(gè)牌號(hào)產(chǎn)品。聚碳酸酯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專業(yè)化、系列化方向發(fā) 展。 2004 年世界聚碳酸酯表觀消費(fèi)量278.2 萬(wàn)t,光學(xué)介質(zhì)是聚碳酸酯消費(fèi)增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域, 消費(fèi)比 例占24%; 其次是電子/電氣和建材, 各占19%; 汽車約占13%,詳見(jiàn)下表 1-3 全球聚碳酸酯消費(fèi)表 用途北美/萬(wàn)t西歐/萬(wàn)t日本/萬(wàn)t亞洲其他/ 萬(wàn)t 其他/萬(wàn)t合計(jì)/萬(wàn)t比例% 汽車13.57.13.01

10、0.02.035.613 電子電器7.511.56.122.95.053.019 片材13.513.36.114.17.054.019 光學(xué)介質(zhì)11.012.03.536.94.067.024 其他18.57.16.628.87.668.625 合計(jì)64.051.025.3112.325.6278.2100 北美的汽車產(chǎn)業(yè)所消費(fèi)的聚碳酸酯遠(yuǎn)高于西歐、日本及其它地區(qū), 約占全球汽車領(lǐng)域消費(fèi)量的 38 %。歐洲受氣候影響, 對(duì)制造絕熱玻璃的薄膜和片材需求較高, 占全球該類產(chǎn)品總消費(fèi)量的 25%。亞洲地區(qū)( 不包括日本) 在電子、電器產(chǎn)品和光學(xué)相關(guān)產(chǎn)品領(lǐng)域消費(fèi)的聚碳酸酯在世界所占 比例相當(dāng)高, 電子

11、、電器領(lǐng)域占全球該類產(chǎn)品消費(fèi)量43%, 光學(xué)產(chǎn)品占全球該類產(chǎn)品消費(fèi)量54%. 可見(jiàn)國(guó)外聚碳酸酯應(yīng)用的最大的市場(chǎng)是電子/電氣(寶庫(kù)計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備和光盤)，透明薄板和 片材以及汽車工業(yè)。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，聚碳酸酯的需求量將持續(xù)增長(zhǎng)，亞太、拉丁美洲將是增 長(zhǎng)最快的地區(qū)。預(yù)計(jì)到 2007 年，世界聚碳酸酯的需求量將達(dá)到億噸，其中計(jì)算機(jī)、光盤等信息產(chǎn) 業(yè)方面的增長(zhǎng)最快。 1.2 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 (1)遵守法則，法規(guī)，貫徹黨的基本建設(shè)方針，實(shí)事求是，因地制宜 (2)合理利用國(guó)家資源和財(cái)產(chǎn)，最大限度的發(fā)揮硬件設(shè)施的內(nèi)在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成 本； (3)采用成熟的。先進(jìn)的工藝流程，設(shè)備，學(xué)習(xí)

12、先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?，F(xiàn)代化提高產(chǎn)品 的科技含量； (4)一輕化工業(yè)產(chǎn)品批量小、品種多的特點(diǎn)，努力做到“一錢多用，一錢多能”，是本廠具有較強(qiáng)的市 場(chǎng)適應(yīng)力； (5)盡可能創(chuàng)造良好的勞動(dòng)條件，以利于勞動(dòng)工人的身心健康； (6)大多數(shù)廠房，特別是主要生產(chǎn)車間的布置，應(yīng)考慮到日照方位和主導(dǎo)風(fēng)向，保證自然通風(fēng)，廠前 區(qū)和防污染的車間放在上風(fēng)向，產(chǎn)生粉塵、煙、熱等的車間及易燃庫(kù)布置在下風(fēng)向； (7)近期建設(shè)和遠(yuǎn)期發(fā)展相結(jié)合，主要生產(chǎn)車間留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地，輕化工工廠變化較快，綜合利 用較廣，加工深度較深，大多數(shù)工藝流程更新快，這要求在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)留有較大的預(yù)留地，以滿足工 廠發(fā)展變化的需要； (8

13、)為保證平面圖具有建筑藝術(shù)性，廠房形狀要規(guī)則簡(jiǎn)單，使道路徑直，廠房中心線保持垂直或平行； (9)采取各種措施，提高建筑系數(shù)和場(chǎng)地利用稀疏。建筑系數(shù)一般為 25%40%，場(chǎng)地利用系數(shù)一般 為 50%60%，這是總平面設(shè)計(jì)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 1.3 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù) 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸聚碳酸酯化工廠設(shè)計(jì)，完成對(duì)廠址的選擇和對(duì)工藝流程的可行性分析，進(jìn)行物料 衡算和熱量衡算，主要設(shè)備的計(jì)算和選型，畫出工藝流程圖，主要的反應(yīng)設(shè)備裝置圖，全廠平面圖 以及各車間平面布置圖與立面圖。 2 工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì) 2.1 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì) 2.1.1 工藝流程設(shè)計(jì)的重要性工藝流程設(shè)計(jì)的重要性 (1)工藝流程設(shè)

14、計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。工藝流程設(shè)計(jì)是工廠設(shè)計(jì)中最主要的內(nèi)容，是工藝設(shè)計(jì)的核 心。因?yàn)楣に嚵鞒淘O(shè)計(jì)的質(zhì)量直接決定車間的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、操作條件、安全生產(chǎn)、三 廢治理、經(jīng)濟(jì)效益等一系列根本性問(wèn)題。 (2)工藝流程設(shè)計(jì)是物料衡算、設(shè)備選型的基礎(chǔ)。從哲學(xué)角度來(lái)說(shuō)，工藝流程設(shè)計(jì)是定性分析工作階 段，物料衡算是定量計(jì)算階段。一般來(lái)說(shuō)，先定性后定量，所以，工藝流程設(shè)計(jì)是物料衡算的前提 和基礎(chǔ)。 2.1.2 工藝流程設(shè)計(jì)的原則工藝流程設(shè)計(jì)的原則 (1)先進(jìn)性 工藝流程的先進(jìn)性從兩個(gè)方面考慮：一方面是技術(shù)的先進(jìn)；一方面是經(jīng)濟(jì)上的合理。兩方面同 等重要，缺一不可。 (2)可靠性 所設(shè)計(jì)的工藝流程必須可靠即經(jīng)

15、過(guò)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)小試、中試，證明技術(shù)是成熟的，生產(chǎn)安全可 靠，才可以設(shè)計(jì)選用。 (3)結(jié)合國(guó)情，因地制宜 工藝流程的選擇從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量采用新工藝、新技術(shù)，單從具體情況考慮，并不必選 擇國(guó)外的先進(jìn)的技術(shù)。因?yàn)閲?guó)外的技術(shù)往往價(jià)格較高，技術(shù)保密性強(qiáng)，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。所以，結(jié)合 實(shí)際，選擇自己易于掌握和改進(jìn)的技術(shù)要方便、實(shí)用。 2.1.3 工藝流程選擇分析與研究工藝流程選擇分析與研究 目前，聚碳酸酯的生產(chǎn)方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。 (1)溶液光氣法 該工藝是將光氣通入含有雙酚 a 堿性水溶液和二氯甲烷溶劑中進(jìn)行進(jìn)行界面縮聚反應(yīng)，然后 將聚合物從溶液中分離出來(lái)。與其它

16、的生產(chǎn)方法相比，溶液光氣法由于經(jīng)濟(jì)性較差已完全淘汰。 (2)酯交換法 酯交換法又稱傳統(tǒng)熔融工藝，其實(shí)也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚原料，經(jīng)過(guò)光氣法反 應(yīng)生成碳酸二苯酯，然后再鹵化鋰等催化劑和添加存在下和雙酚 a 進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成低聚物， 在進(jìn)一步縮聚得到聚碳酸酯。盡管該工藝生成成本低于其它生產(chǎn)工藝，但由于其生產(chǎn)出來(lái)的聚碳酸 酯光學(xué)性能較差，催化劑易污染，并且由于存在副產(chǎn)品酚而導(dǎo)致產(chǎn)品分子量較低，應(yīng)用范圍有限， 因此限制了該工藝的商業(yè)應(yīng)用。 (3)界面縮聚光氣法 界面縮聚光氣法工藝是將雙酚 a 和燒堿溶液配制成雙酚 a 鈉鹽，同時(shí)加入酚，然后送入光氣 反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光

17、氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)器內(nèi)，加入 三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對(duì)有機(jī)相進(jìn)行洗滌、干 燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。 (4)非光氣法 非光氣法是先以液相氧化碳基法生產(chǎn)碳酸二甲酯(dmc)，再與醋酸苯酯酯交換生成碳酸二苯酯 (dpc)，然后在熔融狀態(tài)下與雙酚 a 進(jìn)行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯。因此無(wú)副產(chǎn)物，基本無(wú)污染， 特別是不使用劇毒光氣，因此深受世界各大公司的重視，紛紛致力開(kāi)發(fā)。 綜上所述，非光氣法工藝是一種全封閉、無(wú)副產(chǎn)物、污染少、符合環(huán)境要求的綠色工藝，已經(jīng) 由外國(guó)公司研究成功，但是由于國(guó)內(nèi)仍在研究發(fā)展中，工藝不成熟，本設(shè)計(jì)不采用，而

18、界面縮聚光 氣法工藝成熟，反映在常溫常壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求不高，產(chǎn)品質(zhì)量好，尤其是截止 2004 年底， 全世界聚碳酸酯總生產(chǎn)能力接近 3.3mta 。其中光氣法生產(chǎn)工藝約占總生產(chǎn)能力的 90%。所以本 設(shè)計(jì)采用界面縮聚光氣法。 2.1.4 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程的設(shè)計(jì)參照各方資料，盡量做到簡(jiǎn)單高效。主要工藝采取界面光氣法進(jìn)行聚碳酸酯的 合成。界面縮聚光氣法工藝是將雙酚 a 和燒堿溶液配制成雙酚 a 鈉鹽，同時(shí)加入酚，然后送入光 氣反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)器內(nèi)，加 入三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對(duì)有機(jī)相進(jìn)

19、行洗滌、 干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能多的省去了不必要的繁冗過(guò)程。務(wù)求工藝流程的簡(jiǎn)潔高效，而必不可少的 設(shè)備要設(shè)計(jì)地能夠經(jīng)受不良環(huán)境的考驗(yàn)。以下為大體的工藝流程圖。 聚碳酸酯生產(chǎn)流程圖 2.1.5 生產(chǎn)工藝流程敘述 (1)雙酚 a 鈉鹽合成反應(yīng) 將氫氧化鈉水溶液(7%)通入反應(yīng)釜(r101)中，同時(shí)加入的還有苯酚、雙酚 a、亞硫酸氫鈉。攪 拌反應(yīng)一小時(shí)，由釜底出料進(jìn)入儲(chǔ)罐,然后由泵打入冷卻器(h103)冷卻到 10，再送入攪拌反應(yīng)釜 (r102)中。 (2)光氣反應(yīng) 將來(lái)自光氣站的光氣通過(guò)穩(wěn)壓罐(v101)和緩沖罐(v102)進(jìn)入冷卻器(h102)冷卻到 5然后與來(lái) 自

20、二氯甲烷儲(chǔ)罐的溫度為 5的二氯甲烷混合進(jìn)入光氣反應(yīng)釜。同時(shí)進(jìn)入的還有來(lái)自換熱器(h103) 的雙酚 a 鈉鹽混合液。攪拌反應(yīng)一小時(shí)，控溫在 20左右。反應(yīng)完全，將多余的光氣通入緩沖罐 (v102)中。通入氮?dú)?，將反?yīng)液壓入油水分離器(v105)，氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉水溶液由油 水分離器頂部出去，再進(jìn)入反應(yīng)釜(r106)中，其中加入氯化鋇，攪拌反應(yīng)半小時(shí)，生成沉淀亞硫酸 鋇，將反應(yīng)液通入板式壓濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾。濾液分成兩部分一部分送回反應(yīng)釜(r101)繼續(xù)利用，另一 部分通道反應(yīng)釜(r107)中與加入的氯化氫溶液反應(yīng)半小時(shí)，然后把反應(yīng)液通入水處理車間。由誰(shuí)有 分離器底部出來(lái)的有機(jī)相，由泵通入反

21、應(yīng)釜(r103)。 (3)縮聚反應(yīng) 將來(lái)自水油分離器(r103)的有機(jī)相在堿性條件下，三甲基芐基作為催化劑，進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反 應(yīng)時(shí)間為一小時(shí)，控溫在 25。反應(yīng)完畢后加入甲酸中和反應(yīng)液中的堿液，測(cè) ph 為 3 左右方可， 然后進(jìn)行水洗，直至水洗液中沒(méi)有氯離子為止。將反應(yīng)液通入儲(chǔ)罐中。 (4)后處理 有機(jī)相通入反應(yīng)釜(r104)中，再加入沉淀劑丙酮攪拌半小時(shí)，將含有末狀物的反應(yīng)液通入轉(zhuǎn)鼓 真空過(guò)濾器中，將分離出的產(chǎn)品 pc 通過(guò)短管型氣流干燥器和真空箱干燥器，的末狀產(chǎn)物，在通過(guò) 擠出造粒的產(chǎn)品 pc。由真空過(guò)濾器分離出的有機(jī)相通入儲(chǔ)罐中，通過(guò)泵打到蒸餾釜(r105)中進(jìn)行 蒸餾，蒸餾時(shí)間一小時(shí)

22、，控溫在 60。二氯甲烷和丙酮變成蒸汽有釜頂進(jìn)入換熱器(h104)中，冷卻 至溫度 20，進(jìn)入精餾塔(t101)中，塔頂出二氯甲烷，塔底出丙酮。來(lái)自蒸餾釜(r105)釜底的有機(jī) 相先進(jìn)入換熱器(h107)中，冷卻到 20，然后進(jìn)入精餾塔(t102)，塔頂出苯碳酰氯，塔底出簡(jiǎn)聚體 和催化劑。 2.1.6 工藝設(shè)計(jì)損失率 原料廠外運(yùn)輸損失率% 0.5 原料廠外運(yùn)輸損失率% 0.5 產(chǎn)品廠里儲(chǔ)運(yùn)損失率% 0.5 產(chǎn)率% 85 2.2 工藝計(jì)算工藝計(jì)算 2.2.1 物料衡算物料衡算 1)：物料衡算的原理方法步驟 (1)：原理 對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定過(guò)程,物料衡算的方程是： m=m出 (2-1) 即： 初始輸入量

23、=最終輸出量 對(duì)不連續(xù)過(guò)程,物料衡算的方程為： m=m出+m累積 (2-2) 即：初始輸入量+生成輸入量=最終輸出量+消耗量 (2)：方法 本設(shè)計(jì)屬于連續(xù)反應(yīng),采用第一種計(jì)算方法 (3)：步驟： a：收集數(shù)據(jù)： ：原理,產(chǎn)品規(guī)格 ：過(guò)程單位時(shí)間的物流量 ：有關(guān)消耗定額 ：有關(guān)轉(zhuǎn)化率選擇性單程收率 b：畫物料流程圖,確定衡算對(duì)象,根據(jù)題目要求它可以是總物料某個(gè)組分某個(gè)元素等 c：確定衡算范圍：根據(jù)題目要求它可以是一個(gè)系統(tǒng)一個(gè)車間某個(gè)設(shè)備等;某個(gè)設(shè)備的局部 等 d：確定衡算基準(zhǔn)： 根據(jù)題目要求它可以是單位質(zhì)量單位時(shí)間等 e：列出輸入輸出物料平衡表： 2)：物料衡算過(guò)程 (1)：收集數(shù)據(jù) 表 2-1

24、 原料性質(zhì) 原料名稱密度(kg/m3) 摩爾質(zhì)量 (g/mol) 沸點(diǎn)()含量(%) 比熱容 j/(mol.) 光氣1381998.39957.7 二氯甲烷133685409850.88 雙酚 a1150228360.598426.34 氫氧化鈉25 (2)：確定單位時(shí)間內(nèi)物流量： 年工作天數(shù)：365-(t1+t2+t3) 選擇不連續(xù)工作制度：t1=52+1+1+2+3=59(其中對(duì)于工廠,星期六照常上班,故只有星期天 休息,一年 52 周共 52 天,再加上勞動(dòng)節(jié) 1 天,元旦 1 天,國(guó)慶節(jié) 2 天,春節(jié) 3 天) t2-設(shè)備大中小修及正常檢修總天數(shù),反應(yīng)釜取 6

25、 天/年 t3-設(shè)備加工不同物料時(shí)的換料時(shí)間(不計(jì)) 故年工作天數(shù)=365-(52+7+6)=300d/a 聚碳酸酯日產(chǎn)量：100000t/a300d/a=334t/d (3)：由已知消耗定額(以每噸產(chǎn)品計(jì)) 消耗定額是指生產(chǎn)每噸合格產(chǎn)品需要的原料輔料及試劑等的消耗量 表 2-2 消耗定額 雙酚 a968.8kg/1t 氫氧化鈉565.13kg/1t 水9202kg/1t (4)：原料日凈耗量： 光氣： 489.24kg/t334t/d=163406kg/d 二氯甲烷： 4427.4kg/t334t/d=1478751.6kg/d 雙酚 a： 968.8kg/t334t/d=323579.2k

26、g/d 氫氧化鈉： 565.13kg/t334t/d=188753.4kg/d 原料年凈耗量： 光氣： 163406kg/d1000kg/t300d/a=49021.8t/a 二氯甲烷 1478751.6kg/d1000kg/t300d/a=443625.48t/a 雙酚 a： 323579.2kg/t1000kg/t300d/a=97073.76t/a 氫氧化鈉： 188753.4kg/d1000kg/t300d/a=56626.02t/a 原料廠內(nèi)貯存運(yùn)輸損失率為 5%,則聚碳酸酯工廠的原料年入廠量： 光氣： 49021.8t/a(1-0.05)=51601.9t/a 二氯甲烷： 4436

27、25.48t/a(1-0.05)=466974.2t/a 雙酚 a： 97073.76t/a(1-0.05)=102182.9t/a 氫氧化鈉： 56626.02t/a(1-0.05)=59606.3t/a 又原料廠外運(yùn)輸損失率為 5%,則 dds 皮革鞣劑工廠的原料年外購(gòu)量 光氣： 51601.9t/a(1-0.05)=54317.8t/a 二氯甲烷： 466974.2t/a(1-0.05)=491551.8t/a 雙酚 a： 102182.9t/a(1-0.05)=107560.9t/a 氫氧化鈉： 59606.3t/a(1-0.05)=62743.5t/a (5)：衡算結(jié)果 表 2-3

28、物料衡算一覽表（1） 原料消耗定 額 (kg/t) 轉(zhuǎn)化 率(%) 單程收 率(%) 日凈耗量 (kg/d) 原料年凈耗 量(t/a) 損失 率(%) 廠內(nèi)年儲(chǔ) 量(t/a) 年訂貨量 (t/a) 光氣489.24989516340649021.8551601.954317.8 二氯 甲烷 4427.498951478751.6443625.4845466974.2491551.8 雙酚 a 968.89895323579.297073.765102182.9107560.9 naoh565.139895188753.456626.02559606.362743.5 (6)：合成聚碳酸酯生產(chǎn)流

29、程圖 (7)：確定衡算范圍,并進(jìn)行深入計(jì)算： ： 雙酚 a 鈉鹽合成釜： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 雙酚 a： 13482.5kg/h 氫氧化鈉： 7864.7 kg/h 苯酚： 69.6 kg/h 亞硫酸氫鈉： 23.6 kg/h 水： 104488.2 kg/h 每小時(shí)出料量為： 雙酚 a 鈉鹽： 16084.4 kg/h 氫氧化鈉： 3134.0 kg/h 苯酚： 69.6 kg/h 亞硫酸鈉： 28.6 kg/h 水： 106617.0 kg/h 合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 125928.6 kg/h 每小時(shí)出料量為： 125928.6 kg/h ：光氣釜： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 雙酚 a 鈉鹽：

30、16084.4kg/h 光氣： 6808.6kg/h 二氯甲烷： 61614.7 kg/h 苯酚：69.6 kg/h 亞硫酸鈉：28.6 kg/h 氫氧化鈉：3134.0kg/h 水： 106617.0 kg/h 每小時(shí)出料量為： 二氯甲烷： 61614.7kg/h 光氣： 952.4 kg/h 亞硫酸鈉：28.6kg/h 氫氧化鈉：3107.5 kg/h 簡(jiǎn)聚體：16173.1 kg/h 氯化鈉：5765.5 kg/h 苯酰氯;95.1kg/h 水： 106617.0kg/h 合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 194353.9 kg/h 每小時(shí)出料量為： 194353.9kg/h ：縮聚釜： 每小時(shí)

31、進(jìn)料量為： 三乙胺： 81.0kg/h 簡(jiǎn)聚體：16173.1 kg/h 二氯甲烷：61614.7kg/h 氫氧化鈉：4851.9 kg/h 苯酰氯：95.1kg/h 水：14555.8kg/h 每小時(shí)出料量為： 三乙胺： 81.0 kg/h 聚碳酸酯： 15596.5 kg/h 簡(jiǎn)聚體： 323.46 kg/h 苯酰氯： 95.1 kg/h 二氯甲烷： 61614.7 kg/h 氫氧化鈉： 4851.9kg/h 氯化鈉： 576.6 kg/h 水： 14555.8 kg/h 合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 97371.6 kg/h 每小時(shí)出料量為： 97371.6kg/h ：蒸餾釜： 每小時(shí)進(jìn)料量

32、為： 催化劑： 81.0kg/h 簡(jiǎn)聚體：323.5 kg/h 苯酰氯：95.1 kg/h 二氯甲烷：61614.7 kg/h 丙酮： 20000 kg/h 聚碳酸酯： 15596.5 kg/h 每小時(shí)出料量為： 催化劑： 81.0kg/h 簡(jiǎn)聚體： 323.5 kg/h 苯酰氯： 95.1kg/h 二氯甲烷： 61614.7kg/h 丙酮： 20000kg/h 聚碳酸酯： 15596.5 kg/h 合計(jì)： 每小時(shí)進(jìn)料量為： 97710.8 kg/h 每小時(shí)出料量為： 97710.8kg/h (8)：列出輸入-輸出物料衡算平衡表 1. 雙酚 a 鈉鹽合成釜： 表 2-4 物料衡算一覽表（2）

33、進(jìn)料出料 名稱 kg/hkmol/hw%mol%kg/hkmol/hw%mol% 雙酚 a13482.559.110.71.0 氫氧化鈉7864.7196.66.23.23134.078.352.51.3 苯酚69.60.70.150.269.60.80.10.07 亞硫酸氫鈉23.60.30.050.10.1 雙酚 a 鈉鹽16084.459.112.80.9 亞硫酸鈉28.60.30.03 水104488.25804.982.995.5106617.05923.284.597.7 2. 光氣反應(yīng)釜： 表 2-5 物料衡算一覽表（3） 進(jìn)料出料 名稱 kg/hkmol/hw%mol%kg/h

34、kmol/hw%mol% 雙酚 a 鈉鹽16084.459.18.30.8 光氣6808.668.83.61.0952.49.60.50.13 二氯甲烷61614.7724.931.610.661614.7724.931.610.5 苯酚69.60.80.060.07 亞硫酸鈉28.60.30.040.0328.60.30.040.02 氫氧化鈉3134.078.351.61.13107.577.71.61.1 簡(jiǎn)聚體16173.163.78.30.9 苯酰氯95.10.80.160.05 氯化鈉5765.598.43.01.4 水106617.05923.254.886.4106617.05

35、923.254.885.9 3.縮聚反應(yīng)釜： 表 2-6 物料衡算一覽表（4） 進(jìn)料出料 名稱 kg/hkmol/hw%mol%kg/hkmol/hw%mol% 催化劑 81.00.40.040.0681.00.40.040.03 簡(jiǎn)聚體 16173.163.716.63.7323.51.30.30.1 氫氧化 鈉 4851.9121.35.07.14851.9121.312.37.0 二氯甲 烷 61614.7724.963.342.161614.7724.963.341.9 苯酰氯 95.10.80.060.1495.10.80.060.07 聚碳酸 酯 15596.561.47.83.6

36、 氯化鈉 576.69.80.60.5 水 14555.8808.715.046.914555.8808.715.046.8 4.蒸餾釜： 表 2-7 物料衡算一覽表（5） 進(jìn)料出料 名稱kg/hkmol/hw%mol%kg/hkol/hw%mol% 催化劑81.00.40.040.0681.00.40.040.06 簡(jiǎn)聚體323.51.30.30.15323.51.30.30.15 苯酰氯95.10.80.060.0995.10.80.060.09 二氯甲 烷61614.7724.963.163.961614.7724.963.163.9 聚碳酸 酯15596.561.416.05.4155

37、96.561.416.05.4 丙酮20000344.820.530.420000344.820.530.4 2.2.2 熱量衡算熱量衡算 (一) 計(jì)算的基本原理 化工生產(chǎn)過(guò)程往往伴隨著能量的變化，尤其是反應(yīng)過(guò)程，為維持在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)，常有 熱量的加入或放出。因此能量衡算也是化工設(shè)計(jì)中及其重要的組成部分，能量衡算是以熱力學(xué)第一 定律為依據(jù)，能量是熱能、電能、化學(xué)能、動(dòng)能、輻射能的總稱?；どa(chǎn)中最常用的 能量形式 為熱能，故化工設(shè)計(jì)中經(jīng)常把能量計(jì)算稱為熱量計(jì)算。通過(guò)熱量衡算可確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，以 此為設(shè)計(jì)傳熱型設(shè)備的形式、尺寸、傳熱面積等并為反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮

38、系統(tǒng)、分離及各種儀表等提供參數(shù)，以確定單位產(chǎn)品的能量消耗指標(biāo)；同時(shí)也為非工藝專業(yè)(熱工、 電、給水、冷暖)設(shè)計(jì)停工設(shè)計(jì)條件做準(zhǔn)備。 熱量計(jì)算與設(shè)備計(jì)算的關(guān)系非常密切，因此經(jīng)常將熱量放在設(shè)備工藝計(jì)算內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。一般在 物料計(jì)算后先粗算一個(gè)過(guò)程的設(shè)備臺(tái)數(shù)大小，設(shè)定一個(gè)基本形式和傳熱形式，然后進(jìn)行該設(shè)備的熱 量計(jì)算，如熱量計(jì)算的 結(jié)果與設(shè)備形式、大小有矛盾，則必須重新設(shè)計(jì)設(shè)備的 大小和形式或加上 適當(dāng)?shù)母郊?，以使設(shè)備既能滿足物料衡算的要求又能滿足熱量衡算的要求。 能量衡算的基本方程式 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為： eqw 式中，體系總能量變化；e 體系從環(huán)境中吸收的能量；q 環(huán)境

39、對(duì)體系所做的功；w 在熱量衡算中，如果無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開(kāi)系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實(shí)際中 對(duì)傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： qq 出 進(jìn) 123456 qqqqqq 其中：所處理的物料帶入設(shè)備的熱量； 1 q 換熱劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量(符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱 2 q 量為“”)； 化學(xué)反應(yīng)熱(符號(hào)規(guī)定過(guò)程放熱為“+”，過(guò)程吸熱為“”)； 3 q 離開(kāi)設(shè)備物料帶走的熱量； 4 q 設(shè)備消耗熱量； 5 q 設(shè)備向周圍散失的熱量，又稱熱損失; 6 q (二) 熱量衡算 (1)雙酚 a 鈉鹽合成釜 進(jìn)料溫度與出料溫度： 表 2-8 物料衡算一覽表（6） 進(jìn)料介質(zhì)溫度

40、出料介質(zhì)溫度 氫氧化鈉20雙酚 a 鈉鹽25 亞硫酸氫鈉20氫氧化鈉：25 苯酚20苯酚25 雙酚 a20亞硫酸鈉25 水2025 反應(yīng)式為： 由于各種物料都是在常溫下加入，所以 1 0q 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程可求得化學(xué)反應(yīng)熱，所以在衡算過(guò)程中 對(duì)于主反應(yīng) 1mol 雙酚 a 反應(yīng)需要吸收的熱量356/qkj mol 副反應(yīng) 1mol 亞硫酸氫鈉反應(yīng)需要放出的熱量286/qkj mol 所以對(duì)于所有的化學(xué)反應(yīng)熱 7 3 3 (59.1 356286 0.3) 102.10 10/qkj mol _ 10.7% 1.806.2% 3.1820.15% 1.700.05% 3.0082.9% 4.18

41、3 3.862/(. pc kjkg ） 則 _ 6 4 3.862 125928.6 52.43 10 pqc m tkj 由后面光氣反應(yīng)釜的設(shè)備計(jì)算得：13704.1mkg 4 4 0.4 13704.11 527408.222.74 10qcm tkjkj 熱損失取總熱量的 5% 44 645 5%5%2432.741012.29 10qqqkj 所以由 123456 qqqqqq 代如有關(guān)數(shù)據(jù)得： 7 2 1.84 10qkj 需采用夾套進(jìn)行換熱,采用冷凍鹽水冷卻： 進(jìn)口溫度： -10 出口溫度： 0 介質(zhì)用量： 7 4 1.84 10 3.5 10/ 28.1650.5 10 + k

42、g h p q g c th : (2)光氣反應(yīng)釜 進(jìn)料溫度與出料溫度： 表 2-9 物料衡算一覽表（7） 進(jìn)料介質(zhì)溫度出料介質(zhì)溫度 光氣5光氣20 二氯甲烷5簡(jiǎn)聚體20 苯酚10二氯甲烷20 雙酚 a 鈉鹽10氫氧化鈉20 亞硫酸鈉10苯酰氯20 氫氧化鈉10氯化鈉20 水10水20 反應(yīng)式為 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓： ( 842.6)+( 411.12) ( 626.32) ( 220.92) =406.48 kj/mol b b mmr f hhv : : 293 298.15 (293)(298.15) =406.48+208.42 (293298.15) = 1479.8kj /mol m

43、 b bpm mmrr hhcc pv : 所以反應(yīng)放熱為： 37 3 59.1 ( 1479.8) 108.75 10qkj _ 12.7% 3.000.06% 1.700.04% 2.802.5% 2.8084.7% 4.183 4.060/(. pc kjkg ） 6 4 4.06 10 125933.65.11 10 pqc m tkj _ 由后面的設(shè)備計(jì)算知設(shè)備的質(zhì)量：6938.7kg 4 5 0.4 11578.7 104.63 10qcm tkj 熱損失取總熱量的 5% 所以 6 45 45 5%()5% (5114.63) 102.58 10qqqkj 所以由 123456 q

44、qqqqq 代入有關(guān)數(shù)據(jù)得： 7 2 9.291 10qkj 需采用夾套進(jìn)行換熱，采用 50換熱： 進(jìn)口溫度 50 出口溫度 10 介質(zhì)用量： 7 5 9.291 10 2.05 10/ 4.183 40286 q gkg h c th 3 工藝計(jì)算與設(shè)備選型 3.1 塔的工藝與選型 3.1.1 t101 計(jì)算依據(jù)： (1)塔 t101 進(jìn)、出物料流量組成： 表 3-1 物料組成 名稱進(jìn)料出料 kg/hkmol/hw%mol%kg/hkmol/hw%mol% 二氯甲 烷61614.7724.975.567.860382.4710.175.367.5 丙酮20000344.824.532.219

45、800341.424.732.5 .對(duì) t101 進(jìn)行物料衡算 要求本精餾塔的釜?dú)堃褐卸燃淄榈牧坎桓哂?6%，塔頂餾出液中二氯甲烷的回收 濾為 98%。 由： (1) 12 ffd+w 塔頂易揮發(fā)組分回收率 d f dx = fx 塔底南揮發(fā)組分回收率 w f w(1-x ) = f(1-x ) 進(jìn)料組成： f 724.9 x =0.68 724.9+344.8 釜?dú)堃航M成： w 6 85 x =0.060 694 + 8585 原料液平均摩爾質(zhì)量： f1112 m =n m +n m =0.68 850.325873.36 原料液流量： g61614.720000 f1068.8 m76.

46、36 由于 d f dx 0.98 fx 所以 d dx0.980.68 1068.8712.2 全塔物料衡算： dwf dwf dxwxfx 則： d d825.5kmol/h x =0.863 w=243.3kmol/h 3.1.2 最小回流比的計(jì)算 (1) 二氯甲烷和丙酮的飽和蒸汽壓 ： 二氯甲烷和丙酮的飽和蒸汽壓可根據(jù) antoine 方程求算，即 (2) o b logpa tc 式中 ：t 物系溫度， 飽和蒸汽壓，kpa o p a，b，c antoine 常數(shù) 其中： 丙酮的常數(shù) a=7.11714 b=1210.595 c=229.664 二氯甲烷的常數(shù) a=7.4092 b=

47、1325.9 c=252.6 (2)塔內(nèi)操作壓力 ： 表 32 塔內(nèi)操作壓力 飽 和 蒸 汽 壓pa 組分 塔頂進(jìn)料塔底 丙酮(b)424.4185.4744.4 二氯甲烷(a)754.73511275.6 (4)平均相對(duì)揮發(fā)度為： 塔頂 ： a d b p754.7 a1.7783 424.4p 進(jìn)料 ： a f b p351 a1.701 185.4p 塔底 ： a w b p 1275.6 1.714 744.4p a 全塔平均相對(duì)揮發(fā)度 ： mdm aa a1.7783 1.89321.83 (5)最小回流比 ： d d min ff a 1xx 1 r 1 x1x 1.75 10.8

48、6310.863 1.7510.6810.68 0.81 取操作回流比 ： min r2r1.62 3.1.3 全塔理論塔板數(shù) (1)最小理論塔板數(shù) 采用芬克斯方程計(jì)算 ： (3) min 1 lg 1 n1 lg wd dw m xx xx a 0.8630.94 lg 10.8630.06 1 lg1.75 7.29 (2)理論塔板數(shù) 采用李德公式計(jì)算 ： (4) 0.002743 y0.5458270.591422x x 式中 ： min min 1 2 rr x r nn y n 上式適用條件為 ： 0.010.9x 則： min 1.620.81 0.31 11.621 rr x r

49、 0.002743 0.5458270.5914220.31 0.31 0.370 y 所以 ： min 0.370 2 nn n (不包括再沸器) min 2 12.7 1 yn n y 按標(biāo)準(zhǔn)圓整 n 為 13(不包括再沸器) 3.1.4 精餾段理論塔板數(shù) (1)最小理論塔板數(shù) 采用芬克斯方程計(jì)算 ： (5) min 1 lg 1 1 lg df df m xx xx n a 0.86310.68 lg 10.8630.68 1 lg1.83 0.8 (2)理論塔板數(shù) 采用李德公式計(jì)算 ： 0.002743 0.5458270.591422yx x 式中 ： min min 1 2 rr

50、x r nn y n 上式適用條件為 ： 0.010.9x 則： min 0.390 1 rr x r 0.010.9x 0.002743 0.5458270.5914220.310 0.310 0.370 y 所以 ： min 0.370 2 nn n min 2 1 yn n y 20.3700.8 2.44 10.37 (不包括再沸器) 按標(biāo)準(zhǔn)圓整 n 為 3(不包括再沸器) 3.1.5 板效率及實(shí)際塔板數(shù) (1)在已知條件下的全塔效率可以由下式進(jìn)行計(jì)算 ： 由全塔效率 ： (6) 100% p t n e n 式中 ： e全塔效率； nt理論版層數(shù)； np實(shí)際板層數(shù) 塔板效率由奧康奈爾

51、()關(guān)聯(lián)方程計(jì)算 ： , o connell (7) 0.245 0.49eu 式中 ： 塔頂與塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度； u塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 0.245 0.491.75 0.08e 0.79 (2) 加料位置 由精餾塔的計(jì)算可知，精餾塔的加料板位于從塔頂往下數(shù)的第 10 塊塔板。 3.1.6 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 (1)塔高 根據(jù)給定的分離任務(wù)，由理論塔板數(shù)計(jì)算塔的有效(接觸段)高度。 (9) t t t n zh e 式中 ： z塔高，m; nt塔內(nèi)所需的理論板層數(shù); et總板效率; ht塔板間距，m; 采用較大的板間距可以允許有較高的空塔氣速，而不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的霧沫

52、夾帶現(xiàn) 象，塔徑雖可以小些，但塔高要增加， 取板間距：ht=600mm ，板上清夜層高度：hl=100mm 則： z=9.87m (2) 塔徑 根據(jù)圓管內(nèi)的流量公式，可以寫出塔徑與氣體流量及空塔氣速的關(guān)系， 即： (10) 4 s v d 式中 ： 塔徑， m；d vs塔內(nèi)氣體流量， m3/s； 空塔氣速，即空塔計(jì)算的氣體線速度，m/s。 塔徑的計(jì)算關(guān)鍵在于確定適宜的空塔汽速 u， 有： (11) max lv v uc 式中 ： 極限空塔汽速，m/s； max u 負(fù)荷系數(shù)；c 液相密度， kg/m3； l 汽相密度，kg/m3。 v 負(fù)荷系數(shù)的值取決于阻力系數(shù)及液滴直徑，可以由使密斯負(fù)荷關(guān)

53、聯(lián)圖查得。首先， 取塔板液上層高度 hl為 0.1 m，則 ht-hl=500 mm 精餾段操作壓力 ： 常壓 p=35 mmhg 操作溫度 ： t=333 k 物質(zhì)的物性： 氣態(tài)密度： 3 0.186/ v pm kg m rt 液體密度： 3 744/ l kg m 表面張力：24.3/mn m 液相負(fù)荷： 3 32.11/lmh 氣相負(fù)荷 3 5635.609/vmh 由化工手冊(cè)查得粘度：l=0.08平均相對(duì)揮發(fā)度：=1.75 l=0.14 利用公式： (12) 0.5 ()() l v v l l v 代入數(shù)值： 0.5 32.11744 ()()0.36 5635.6090.186

54、v l 由圖查得： 20 0.15c 又利用公式 (13) 3 20 20 10 () c c 代入數(shù)值，得： 3 20 20 10c c 0.18c 塔板允許有效空塔氣相速度(以截面積扣除降液管面積計(jì)算的速度) (14) max lv v uc 代入數(shù)值： max 7440.186 0.1811.38/ 0.186 m su 表觀空塔氣相速度(按全塔截面計(jì))： max 0.80.8 11.389.1/uum s 初估塔徑： (15) 4492.02 3.59 3.149.1 s v d u 圓整得： d=3600 mm (3) 溢流裝置 采用 u 形流、弓形降液管、平形受液盤及平形流堰，計(jì)算

55、如下。 .溢流堰長(zhǎng) lw 取堰長(zhǎng) lw 為 0.60d，即： 0.63.62.16 w lm .出口堰高 hw (16) wlow hhh 由，查圖得：e 為 0.38/0.6 w ld /24.54 hw ll 所以， 2 2 3 3 2.842.84168.3 0.380.195 100010002.16 h ow w l hemm l 則， 168.30.195168.105 w hmm .降液管寬度 wd降液管面積 af 由，查圖得：wd/d=0.124， af/at=0.075/0.6 w ld 故， 0.1240.1243.60.45 d wdm 222 3.14 0.0750.0

56、753.60.76 44 f adm 液體在降液管中停留的時(shí)間： m(大于 5，符合要求) 0.760.6 51.12 32.11 3600 ft s a h l . 降液管底隙高度 h0 取液體通過(guò)降液管底隙的流速 uo為 0.08 m/s 依公式： 計(jì)算降液管底隙高度 ho 0 0 0.0089 0.052 2.160.08 s w l hm l u (17) (4)塔板布置 .取邊緣區(qū)寬度 wc=0.065 m、安定區(qū)寬度 ws=0.1 m .開(kāi)孔區(qū)面積 (18) 2221 20.465 sin 180 a x ax rx r 其中： () 2 3.6 (0.450.1) 2 1.25

57、ds d xww m 3.6 0.0651.735 22 c d rwm 代入數(shù)值得： 2 3.4 a am (5)篩孔數(shù) n 與開(kāi)孔率 取篩孔的孔徑 d 為 20 mm，正三角形排列，不銹鋼的板厚為 4 mm，取 t/d=4.0， 故，孔中心距 ： 20480tmm 塔板上開(kāi)孔區(qū)開(kāi)孔率，即 0 5.7% a a 每層塔板上的開(kāi)孔面積為a 2 0.0573.40.1938 a aam 氣體通過(guò)篩孔的汽速 0 0 724.88 3600 0.96 0.210 s v u a 3.1.7 塔板負(fù)荷性能方程 (1) 霧沫夾帶線 1 根據(jù) hunt 的經(jīng)驗(yàn)式 (19) 3.2 6 5.7 10 a v

58、 tf u e hh 式中 af =4.8m2 (a) 4.8 0.36 ss a tf vv u aa 2.52.5 flwow hhhh 2/3 3 3600 2.84 10 s ow w l he l 近似取 e1.0，hw=0.168 m， lw=2.16 m 故 (b) 2/3 3 3600 2.5 0.1682.84 100.38 2.16 s f l h 2/3 0.420.409 s l 取霧沫夾帶極限值 ev 為 0.1kg 液/kg 氣，已知， 3 24.3 10/n m ，并將(a)、(b)代入 hunt 經(jīng)驗(yàn)式，得 ：0.5 t hm 6 32 3 5.7 10 4.8

59、0.76 0.1 24.3 10 0.50.420.409 s s v l 整理得 ： 2 5 3 137.97.1 10 ss vl (2)液泛線 為防止液泛，降液管內(nèi)的清夜層高度 hd應(yīng)為 ： dtw hhh 式中 ： dpld hhhh 故： (a) twpwowd hhhhhh 近似取， 則 ：1.0,1.5 w elm 2/3 3 3600 2.84 10 2.16 s ow l h (b) 2/3 0.41 ows hl 因?yàn)橛傻脼?0.7， 其中 ： pcl hhhh 2.5dc 2 2 0.186 0.0510.051 0.70.1938744 svs c l vv h c a

60、 2 0.0000023 cs hv 2 3 0 2 3 ()6(0.1680.41) 0.10080.246 lwows s hhhl l 3 4424.3 10 0.0027 7449.81 0.005 l hm gd 22/3 22/3 0.00000230.10080.2460.0027 0.10350.00000230.246 pss ss hvl vl (c) 2 2 2 0.1530.1530.131 2.160.5 ss ds w ll hl lh (d) 將 ht為 0.5 m， hw為 0.057 m，為 0.057 及(b)、(c)、(d)代入(a) 得： 22 1474