苯-甲苯混合液篩板精餾塔設(shè)計分析

1、河西學院HexiUniversity化工原理課程設(shè)計題目:苯-甲苯混合液篩板精微塔設(shè)計學院:化學化工學院專業(yè):化學工程與工藝學號:學14210023姓名:譚靖芳指導教師：魏玉娟2016年12月3日化工原理課程設(shè)計任務書、設(shè)計題目苯-甲苯混合液篩板精儲塔設(shè)計二、設(shè)計任務及操作條件.設(shè)計任務生產(chǎn)能力（進料量）90000噸/年操作周期7200小時/年（年工作330天檢修一月）進料組成46%（苯的質(zhì)量分率，下同）塔頂產(chǎn)品組成98.5%（苯）塔底產(chǎn)品組成_2%（苯）.操作條件操作壓力塔頂4kPa（表壓）進料熱狀況自選（料液初溫20C）加熱蒸汽0.25MPa（表壓）.設(shè)備型式篩板或浮閥塔板.廠址山東地區(qū)三

2、、設(shè)計內(nèi)容.設(shè)計方案的選擇及流程說明.塔的工藝計算.主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計（1）塔徑、塔高及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定（2）塔板的流體力學校核（3）塔板的負荷性能圖（4）總塔高、總壓降及接管尺寸的確定.輔助設(shè)備選型與計算.設(shè)計結(jié)果匯總.工藝流程圖及精儲工藝條件圖.設(shè)計評述化工原理課程設(shè)計任務書 TOC o 1-5 h z 摘要1.概述1.精餾原理及其在化工生產(chǎn)中的應用1.精餾塔對塔設(shè)備的要求1.本次設(shè)計中所選塔的特性2.本設(shè)計中精餾方式的選定及其特點2.塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇2.加料狀態(tài)及回流比的選取3.精餾塔工藝設(shè)計3.精餾塔的物料衡算3.理論塔板數(shù)的確定3.全塔效率5.精餾塔的工藝條件

3、及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算8.有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算8.餾塔的塔體工藝尺寸計算1.0塔板主要工藝尺寸計算1.3.篩板的流體力學驗算1.6.塔板負荷性能圖2.0.熱量衡算2.5.塔的輔助設(shè)備及附件的計算與選型2.9全凝器2.9.再沸器3.0.接管管徑計算與選型3.1.裙座3.2.封頭3.3.吊柱3.3.塔總體高度的設(shè)計3.3.精餾塔設(shè)計結(jié)果匯總表3.3.設(shè)計總結(jié)3.5.參考文獻3.5.致謝3.7.苯-甲苯混合液篩板精儲塔設(shè)計譚靖芳摘要：本設(shè)計采用篩板塔分離苯和甲苯，通過逐板計算法計算得出理論塔板數(shù)為15塊，回流比為2.085,算出全塔效率48%,實際塔板數(shù)為31塊，進料位置為第15塊，在篩板塔主要工藝尺寸

4、的設(shè)計計算中得出塔徑為1.8米，總塔高12.4米，通過篩板塔的流體力學驗算，證明各指標數(shù)據(jù)均符合標準，同時還對精儲塔的輔助設(shè)備進行了選型計算。關(guān)鍵詞：苯-甲苯連續(xù)精微篩板塔泡點進料1概述精儲原理及其在化工生產(chǎn)中的應用化工生產(chǎn)中常需進行液體混合物的分離以達到提純或回收有用組分的目的，精儲就是常用的分離方法之一，是組成化工生產(chǎn)過程的主要單元操作，為實現(xiàn)高純度的分離已成為蒸儲方法能否廣泛應用的核心問題，為此提出了精儲過程。精微的核心是回流，精儲操作的實質(zhì)是塔底供熱產(chǎn)生蒸汽回流，塔頂冷凝造成液體回流。本次設(shè)計中,我們進行的是苯和甲苯二元物系的精儲分離，簡單蒸儲和平衡蒸儲只能達到組分的部分增濃，如何利用

5、兩組分的揮發(fā)度的差異實現(xiàn)高純度分離，是精儲塔的基本原理。實際上，蒸儲裝置包括精儲塔、原料預熱器、蒸儲釜、冷凝器、釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)備。蒸儲過程按操作方式不同，分連續(xù)蒸儲和間歇蒸儲，我們這次所用的就是篩板式連續(xù)精儲塔。蒸儲是物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝所實現(xiàn)分離的。熱量自塔釜輸入，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過程中，熱能利用率很低，有時后可以考慮將余熱再利用。要保持塔的穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料。精儲塔對塔設(shè)備的要求塔設(shè)備選定是指確定整個精儲裝置的流程。主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式和主要操作條件。所以塔設(shè)備的選定必須滿足一下條件：生產(chǎn)能力大：即單位塔截面大的氣液相

6、流率，不會產(chǎn)生液泛等不正常流動。效率高：氣液兩相在塔內(nèi)保持充分的密切接觸，具有較高的塔板效率或傳質(zhì)效率。流體阻力小：流體通過塔設(shè)備時阻力降小，可以節(jié)省動力費用，在減壓操作是時，易于達到所要求的真空度。有一定的操作彈性：當氣液相流率有一定波動時，兩相均能維持正常流動，而且不會使效率發(fā)生較大的變化。結(jié)構(gòu)簡單，造價低，安裝檢修方便。能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。本次設(shè)計中所選塔的特性2塔板的類型為篩板塔精儲，篩板塔塔板上開有許多均布的篩孔，孔徑一般為38mm,篩孔在塔板上作正三角形排列。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備,它的主要優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的6

7、0%,為浮閥塔的80%左右。處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加1015%。塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。本設(shè)計中精儲方式的選定及其特點本設(shè)計采用常壓精儲，一般除了熱敏性物料以外，凡通過常壓操作不難實現(xiàn)分離要求，其主要優(yōu)點有：氣、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。操作穩(wěn)定，彈性大，當塔設(shè)備的氣，液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應保證長期連續(xù)操作所必須具備的可靠性。流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精儲操作，過大的壓

8、降還使整個系統(tǒng)無法維持必要地真空度，最終破壞物系的操作。結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)和檢修。塔內(nèi)的滯留量要小。塔頂冷凝器的冷凝方式與冷卻介質(zhì)的選擇塔頂選用全凝器，因為后繼工段產(chǎn)品以液相出料，但所得產(chǎn)品的純度低于分凝器，因為分凝器的第一個分凝器相當于一塊理論板。塔頂冷卻介質(zhì)采用自來水，方便、實惠、經(jīng)濟。加料狀態(tài)及回流比的選取1.6本設(shè)計采用泡點進料的方式，加熱蒸汽為間接蒸汽，回流比為最小回流比的倍。2精儲塔工藝設(shè)計精儲塔的物料衡算原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量：MA=78.11kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量：MB=92.13kg/kmolX

9、f=0.501xD=0.987xW=0.023原料液及塔頂塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量M F xFM A (1 xF)MBMd XdM a 1 Xd MbM W XWM A 1 XW M B0.501 78.1110.5010.987 78.1110.9870.023 78.1110.02392.13 85.11kg/ kmol92.13 78.29kg/ kmol92.13 91.81kg/ kmol物料衡算原料液處理量：F=146.87kmol/h總物料衡算F=D+WFxf=Dxd+Wxw聯(lián)立以上兩式解得D=72.82kmol/hW=74.05kmol/h理論塔板數(shù)的確定理論板數(shù)的求取苯的沸點為

10、80.10C,甲苯白沸點是110.63C相對揮發(fā)度的計算表1苯與甲苯的Antoine常數(shù)取值1物質(zhì)ABC苯6.0231206.35220.246.0781343.94219.58甲苯lg p0 =6.023-lg p0 =6.087-1206.35t 220.241343.94t 219.58用Antoine方程lgp=AB一計算飽和蒸氣壓可得:tC101.481 , =2.58839.212110.63C 時,a二、：1 2 =2.460得相平衡方程2.46xnyn=1 (2.46 1)XntC聚kPa甲苯kPa80.10C101.4839.212110.63C238.235101.8698

11、0.10C時,表2苯與甲苯的飽和蒸氣壓1238.235,=2.339101.869求最小回流比以及操作回流比xq = xF =0.501貝U yq =0.712故最小回流比:Xdyqyqxq0.987 0.712 / 1.3030.712 0.501取最小回流比為操作回流比的1.6倍,R=1 .6Rmin=1.6 .303=2.085精儲塔的氣、液相負荷精微段:R D 2.08572.82 151.83kmol/h(R1)D(2.0851)72.82224.65kmol/h提儲段:RDqF151.83146.87298.10kmol/hVV224.65kmol/h求操作線方程精微段操作線方程：

12、yn1Xn士0.676xn0.320R1R1提儲段操作線方程：ymi，F(xiàn)XmWXW1.329xm0.0076LqFWLqFW由逐板計算法求理論板層數(shù)表3逐板計算法求解理論板層數(shù)yn1精福段：yn0.676xn0.3202.46xn11.46xnym11.329xm0.0076提福段：yn12.46xn1.46xny1XD=0.987X1=0.968y9=0.652X9=0.432y2=0.974x2=0.983y10=0.567X10=0.347y=0.954X3=0.894y11=0.454X11=0.253y4=0.924x4=0.852y12=0.329X12=0.166y5=0.882

13、X5=0.752y13=0.213X13=0.099y=0.828X6=0.662y14=0.124Xi4=0.054y7=0.768X7=0.574y15=0.064X15=0.027y8=0.708X8=0.496Xf=0.501y16=0.028X16=0.0178.11+(1-0.311) 923=87.77氣相組成97.13 95.5896.792 97.130.5070.566 y2 0.507y20.520M Vm20.520 X78.11+(1-0.520) 923=84.84Lm2nxii 10.263 0.311 0.271 (1 0.311) 0.2692.3.2實際塔板

14、數(shù)由奧康奈爾方程Et0.490.245求精儲塔的效率:精儲段Et =0.49-0.245*2.588X0.30D=0.520NpEt13.460.520故Np=14塊提儲段Et =0.49-0.245*2.339X0.269=0.546NpNt916.480.546故Np=17塊2.3.3全塔效率的計算Mli0.894X78.11+(1-0.894)EtNf 3145%3精儲塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算操作壓力計算塔頂操作壓力PD 101,3 4 105.3kPa塔斧操作壓力PF =115.8+17 0.7=127.7kPa每層塔板壓降P 0.7kPa進料板壓力PF105

15、.3 0.7 15115.8kPa精微段平均壓力Pm (105,3 115.8)2 110.55kPa平均摩爾質(zhì)量計算塔頂?shù)钠骄栙|(zhì)量計算:由Xdy10.987,由逐板計算法，得“0.968M VDm0.987 78.11 (1 0.987) 92.1378.29(kg/kmol )MLDm0.968 78.11 (1 0.968) 92.1378.56(kg/kmol )進料板平均摩爾質(zhì)量計算:由逐板計算理論板，得yF 0.708xF 0.496MvFm 0.708 78.11 (1 0.708)92.1382.20( kg/kmol )M LFm 0.496 78.11 (1 0.496

16、)92.1385.18( kg/kmol )塔底平均摩爾質(zhì)量計算:由逐板計算法得 Xw 0.116yw 0.02892.13 91.74(kg/kmol )92.13 90.50(kg/kmol )MVWm0.02878.11(10.028)MLFm0.11678.11(10.116)精微段平均摩爾質(zhì)量計算：Mvm(78.2982,20)/282.25(kg/kmol)MLm(78.5685.18)/281.87(kg/kmol)提溜段平均摩爾質(zhì)量計算：MVm (91.74 82.20)/286.97(kg/kmol )M Lm (90.50 85.18)/287.84( kg/kmol )平

17、均密度計算氣相平均密度計算：由理想氣體狀態(tài)方程計算，即:精儲段VmPmMVmRTm110.55 80.258.314 (82.399 273.15)3.001(kg/m3)提儲段PmMVm110.55 86.97Vm8.314 (96.792 273.15)3.443(kg/m3)液相平均密度計算:液相平均密度依下式計算,即:LDm LALB塔頂液相平均密度的計算:由tD 80.278C,查手冊4得:814.3kg/m3809.2kg/m塔頂?shù)囊合嗟馁|(zhì)量分率aA0.987 78.110.987 78.11 (1 0.987)0.98592.1310.985 0.015LDm814.3 809.

18、23LDm 814.2kg/m塔低液相平均密度的計算：B 801.0kg/m3tW=109.065C,查手冊得：A802.8kg/m3塔低的液相的質(zhì)量分率：aA0.100“0.1000.9003LWm1/()801.2kg/m802.8801.0進料板液相平均密度的計算：B 812.6kg/m3由tF84.519C,查手冊4得：A818.1kg/m3進料板液相的質(zhì)量分率:aA0.49678104550.49678.11(10.496)92.1310.4550.545LFm818.1812.63LFm815.1kg/m精儲段液相平均密度為：LFm(LDmLFm)/2(814.2815.1)/28

19、14.7kg/m3提儲段液相平均密度為：LFm(LDmLFm)/2(815.1801.2)/2808.2kg/m3液體表面張力計算n液相平均表面張力依下式計算，即：LmXii1塔頂表面張力的計算：由tD80.278C查手冊得：A21.23mN/mB21.73mN/mLDm0.98721.23(10.987)21.7321.24mN/m進料板表面張力的計算:由tF84.519C查手冊得：A21.74mN/mB22.20mN/mLm0.49621.74(10.496)22.2021.97mN/m塔底表面張力的計算:B 20.50mN/m由tW109.065C查手冊得：A19.98mN/mLWm0.

20、11619.98(10.116)20.5020.44mN/m精儲段平均表面張力：Lm121.2421.9721.61mN/m2提儲段平均表面張力：Lm221.9720.4421.21mN/m2儲塔的塔體工藝尺寸計算塔徑的計算精儲段塔徑依據(jù)流量公式計算，即：D4Vsu設(shè)計時先求得最大空塔氣速Umax，然后根據(jù)物料性質(zhì)乘以一定的安全系數(shù),即：U(060.8)Umax精儲段的氣、液相體積流率為:VsV Mvm _ 224.65 80.253600 VM 3600 3.0011.6687 m3/sLsL Mlm _ 151.83 81.873600 lm 3600 814.70.0042m3/s由Um

21、axC負荷因子C值與氣液相負荷、物性及塔結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般由試驗確定。0.2C由式CC20計算:20圖1史密斯關(guān)聯(lián)圖11/21/2由圖1查得其橫坐標為：耳，0.00423600必0.0415VhV1.66936003.001取板間Ht0.40m,板上上液層高度hL0.06m(由圖1查得)HT-hL0.400.060.34(m)C2o=0.0740.20.22164C0.0740.0740.07522020u max Cl v 0.0752 814.7 3-0013.0011.237(m/s)取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為:u 0.7 umax 0.7 1.237 0.866( m/s)D4 1.

22、66873.14 0.866塔截面積為:AT -D2 0.785 1.82 42.54(m2)u VS/AT 1.6687/2.540.66(m/s)1.549(m)按標準塔徑圓整后D1.8(m)提儲段提儲段的氣、液相體積流率為:VsVM vm3600 vm224.653600 3.44386.973 .1.5763m / sLsL M3600LMLM298.70 87.843 .0.0090m /s3600 808.2由UmaxC負荷因子C值與氣液相負荷、物性及塔結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般由試驗確定。計算:0.2C由式CC2020其中C20由圖1查得,圖的橫坐標為：LVh1/2L 0.0875取板間Ht

23、 0.40m,板上上液層高度hL0.06m (由圖1查得)Ht -hL 0.400.06 0.34(m)查圖可得C20=0.082C 0.071 200.071 2 200.20.0718Umax CL V808.2 3.443LV0.0718.3.4431.098(m/s)取安全系數(shù)為0.7,則空塔氣速為：u0.7 umax 0.7 1.098 0.769( m/s)4Vs4 1.57633.14 0.7691.616(m)按標準塔徑圓整后D1.8(m)塔截面積為：A -D240.785 1.822.54(m2)uVs/At1.5763/2.540.62(m/s)精儲塔有效高度的計算精儲段有

24、效高度為：Z精Ht(141) 0.405.2(m)提儲段有效高度為：Z提Ht(171) 0.406.4(m)故精儲塔的有效高度為:5.26.4 30.8 14(m)塔板主要工藝尺寸計算溢流裝置計算精儲段因塔徑D1.8(m),可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤，計算如下:堰長lW取lW0.65D0.651.81.17(m)溢流堰高hW由hWhL-hcW,選用平直堰，堰上液層高度hOW由下式計算2/32.84E工10001w2.84 / 0.0042 36001 -10001.172/30.015 6m)取板上清液層高度 760mm故鼠 兒-hW0.06 0.0156 0.0444( m)弓形

25、降液管寬度Wd和截面積Af由lw/D0.66查圖1可得：Af-0.072W0.13ATD則：Af0.0722.540.1829m2Wd0.131.80.234(m)依式3600 0.1825 0.400.0042 36003600AfHT驗算液體在降液管中停留時間,即:Lh17.42(s)5(s),故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度ho取降液管底隙的流速Uo0.1m/s,則:hoLh3600lWUo0.0042 36003600 1.17 0.10.0359(m)hWho0.04440.03590.0085m0.006m故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度h50mm提儲段堰長lw取lW

26、0.65D0.651.81.17(m)堰高hw由hvhL-hOW,選用平直堰，堰上液層高度hOW由下式計算:2/3,2.84Lh TOC o 1-5 h z hOWE10001w2/3近似取E 1 ,則hOW2.840.0090_1uww0.0260m)10001.17取板上清液層高度hL 70mm,故hw一 _ _ _ _ _ _ _ _ 、hL -hOW 0.06 0.0260 0.034( m)弓形降液管寬度Wd和截面積Af由lw/D0.75查圖弓形降液管的參數(shù)1得：A0.12Wd0.17ATd則：Af0.122.540.3048m22 r , 1 xAS 2 x. r x sin 一1

27、80 r其中 x D/2 (Wd WS) 0.9 (0.234 0.065) 0.601mr D/2 Wc 0.9 0.035 0.865m222 3.14 0.865 . 1 0.6012故 AS 2 0.601.0.865 0.601sin1.89( m )1800.865,Wd0.171.81.35(m)依式3600AfHT驗算液體在降液管中停留時間，即:Lh3600 0.3048 0.400.0090 360013.55 s) 5(s),故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度ho取降液管底隙的流速Uo0.1m/s,則:0.009036003600lWuo0.0667(m)36001.550.

28、1hwho0.06670.0340.0327m0.006m故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度hv50mm3.3.2塔板布置精儲段塔板的分塊因D800mm,故塔板采用分塊式查表(化工原理課程設(shè)計107頁表得)塔極分為5塊。邊緣寬度確定取WsWs0.065mWc0.035m開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式AS2xJRx2R-sin1計算，即：180R篩板計算及其排列這次任務所處理的物系無腐蝕性，可選用3mm的鋼板，取篩孔直徑do5mmo篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為：t3do3515mm115500CAn11550001.89人、篩孔數(shù)目n為：n-n-29702(個)t15開孔率為：A

29、o/An0.907/1do 0.699 0.8652 0.69927.5%氣體通過篩孔的氣速為：uoVS.：Ao1.669/(0.0741.89)11.93m/s提儲段邊緣區(qū)域確定取 Ws Ws 0.065mWc 0.035m開孔區(qū)面積DxDWd2Dr萬WcWS1.8218180.1360.06520.0350.865(m)AS2xR2x2R2.sin1801_Xr0.699(m)3.140.865210.699sin1800.865_22.12(m)篩孔數(shù)及排列選用3mm的鋼板，取篩孔直徑do5mm,篩孔按正三角形排列取孔中心距t為：t2.5do3.5517.5mm篩孔數(shù)目n為：n1.155

30、22.127995(個)開孔率為：Ao/An0.907/t/do27.4%氣體通過篩孔的氣速為：uoVSAoD0.576/(0.0742.12)10.04m/s3.4篩板的流體力學驗算精儲段干板阻力hc的計算2由下式計算，即：hcc2gLCo由do/5/31.67,查干篩孔的流量系數(shù)圖得Co0.772故hc0.051300111.930.0449m液柱）814.70.772氣流穿過板上液層的阻力hl計算氣體通過液層的阻力hL由下式計算，即:hihLhWhOWUoVsAtAf1.6692.54 0.18290.71m/sFouoV0.710,3.0011.21Kg1/2/sm1/2查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)

31、圖1得0.62故h1hLhwhow0.62（0.04440.0156）0.0372（m液柱）液體表面張力h的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h由下式計算，即：3h士L420.61100.0022（m液柱）Lgdo814.79.810.005氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計算，即:hphc幾h0.04490.03720.00220.0843（m液柱）氣體通過每層塔板的壓降為：pDhD,g0.0843814.79.81673.74Pa0.7KPapplaa液面落差對于篩板塔液面落差很小，但本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略。提儲段干板阻力hc的計算2由下式計算，即：hcc2gLCo由do/

32、5/31.67,查干篩孔的流量系數(shù)圖得Co0.7723.44310.04故怛0.0510.0367（m敏柱）808.20.772氣流穿過板上液層的阻力卜計算氣體通過液層的阻力hL由下式計算，即:UaVsAtAf1.5762.54 0.30480.70m/sFaUaV0.71 3.443 1.321/2kg /1/2 s m查圖得0.62故hlhL 0.62 0.02600.0340.0372（ m 液柱）液面落差對于篩板塔液面落差很小,但本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略。液體表面張力h的阻力計算液體表面張力所產(chǎn)生的阻力h由下式計算，即：,3h-4-L-r421.21100.0021（m液柱）

33、gdL808.29.810.005氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計算，即：hphch1h0.03720.00210.03670.076（m液柱）氣體通過每層塔板的壓降為：PphpPcg0.076808.29.81602R0.7KPa3.4.2液沫夾帶精儲段液沫夾帶量由下式計算，即：3/20.0074（ Kg 液 /Kg 氣）5.7106uaLHt0.25hL此設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍之內(nèi)提儲段取hf2.5hc2.50.070.175(m)5.7 10 60.70e 3 21.21 10 3 0.40 2.5 0.063/20.0072（kg液 /kg氣）0.1（kg液 /kg氣）此設(shè)

34、計中液沫夾帶量在允許范圍之內(nèi)。3.4.3漏液精儲段對篩板塔，漏液點氣速限.max可由下式計算:Uo.max4.4Co0.00560.13hLhSLv4.40.7720.00560.130.060.0022814.73.0015.923(m/s)實際流速Uo11.93Uo.max,穩(wěn)定系數(shù)KUo/u.max11.93/5.9232.071.5故在本設(shè)計中無明顯漏液。提儲段同理可得Uo.min5.532(m/s),頭際流速Uo10.04Uo.min穩(wěn)定系數(shù)KUo/Uo.min10.045.5321.811.5,滿足設(shè)計要求。3.4.4液泛精儲段為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應服從以下關(guān)系，

35、即：Hd(HthW)苯-甲苯物系屬一般物系，取0.5,則：HdhphLha板上不設(shè)進口堰，hd可由下式計算，即：2hd，20.153 Uo0.154-0.00152(m液柱)1.170.0359Hd0.0449 0.03720.001520.084（m液柱）Hd(Ht hw)故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛。提儲段(Ht hW)0.5(0.400.034)0.217(m)hd 0.153 Uo0.15320.00900.00203(m 椒柱)1.17 0.0667Hd 0.002030.03670.0372 0.0759(m 液柱)則Hd(Ht故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛。3.5塔板負荷性能圖3.5.1漏

36、液線精儲段由 uo.minVs,/Ao4.4C。，0.0056 0.13(hwhow) h L vhOW2.84 E 10002/3Lhl W2/3 TOC o 1-5 h z 2.84LhVs0.min4.4CoAo0.00560.13hwEhhl/v1000lw得：4.40.7720.0761.892/30.00560.130.04442.8413600Lh0.0022814.7/3.00110000.65整理得VS.min8.039d0.009170.116L2/3提儲段2/3Vs0.min4.4CoAo0.00560.13hw2.84ELhhl/V1000lw4.40.7720.074

37、2.122/32.843600Lh0.00560.130.03410.0021808.2/3.44310000.75整理得Vs.min8.16v0.007920.105LS2/3/21.61 10 3 0.289 1.503LS/表5漏液線線的氣、液體積流量精福段Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)0.00060.8040.00150.8310.00300.8650.00450.8933LS/(m/s)0.00060.00150.00300.0045提福段VS/(m3/s)0.7600.7870.8200.847由上表可作出精儲段、提儲段中的漏液線3.5.2液沫夾帶線精儲段63/2以ev0.1

38、（ kg液 / kg氣）為限，ev5.7106UaLHT0.25hLhOW2.84 d110002/33600LS1.170.601LS/3hf2.5hL2.5(hWhOW)2.5(0.04440.601LS/3)0.1111.503LS/3HThf0.40(0.1111.503LS/3)0.2891.503LS/31060.397Vs0.1整理得Vs4.6624.21LS/3提儲段提儲段液沫夾帶線方程:hOW2.84 i1000,2/33600LS1.35,2/30.546LS2/3hf2.5(hWhOW)0.0851.365LS2/3Hthf0.3151.365LsVsAt2Af0.427

39、VeV5.7 1060.427VST Z*3, 2 /321.21 100.315 1.365Ls0.1 整理得 VS 4.69 20.33LS2/30.253.141.8220.10表6液沫夾帶線的氣、液體積流量精福段Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)0.00064.4870.00154.3430.00304.1560.00453.328提福段LS/(m3/s)0.00060.00150.00300.0045V/(m3/s)s4.5454.4234.2674.136由上表可作出精儲段、提儲段的液沫夾帶線。液相負荷下限線精儲段對于平直堰，取上液層高度hOW0.006m作為最小液體負荷標準，由

40、下式得:2/318413600Ls0.601LS/30.006Lsmin9.975104m3/s TOC o 1-5 h z 10001.17由此可作出精儲段與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線。提儲段對于平直堰，取上液層高度hOW0.006m作為最小液體負荷標準，由下式得:2/32繼13600Ls0.546Ls30.006Lsmin1.152103m3/s10001.35.由此可作出提儲段與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷下限線。液相負荷上限線精儲段4s作為液體在降液管中停留時間的下限，即:A14sLs故 Lsmin 0.1829 04 0.01829(m3/s) 4由此可作出精儲段與氣體流量無關(guān)的

41、垂直液相負荷上限線。提儲段以4s作為液體在降液管中停留時間的下限，即:AH- 4sLs一，0.43故 Lsmin 0.3048 -0.03048(m3 / s)4由此可作出提儲段與氣體流量無關(guān)的垂直液相負荷上限線。3.5.5液泛線精儲段令 Hd (Hthw),由 E=1,2/31亞=1.17得兒亞=0.601 Lshc0.051 % c00.0510.772 0.0743.001814.70.0576Vs2hi =(hw+how)=0.652(0.0444+0.601 ls3 )=0.029+0.3910.0022mhphchi h220.0576Vs0.391Ls3+0.0312hdLs 0

42、.153-l whw56.69Ls2Hw0.40 (m),hw0.0444 (m),0.5代入(Ht hw)22hp hi hd整理得：Vs2.81 13.58Ls32984.2Ls提儲段令Hd(Ht2/3hw),由 E=1 , Lw =0.75 得 how =0.546 Lshc 0.0512U0C0-0.051 iVs0.772 0.0743.443808.220.0665Vshl=0.75X(0.034+0.546Ls)=0.0255+0.4095Ls3h0,0021m22hphchlh0.0665Vs0.4095Ls30.02762hd0.153-L72.62Ls2whwHw0.40m

43、hw0.0444m0.5m2代入(Hthw)hphlhd整理得：Vs22.4612.32Ls31092.03Ls2由此可作出精儲段、提留段的液泛線。表7液泛線上的氣、液體積流量精福段Ls/(m3/s)Vs/(m3/s)0.00062.7130.00152.6300.00302.5190.00452.420提福段LS/(m3/s)0.00060.00150.00300.0045V/(m3/s)s2.3722.2962.1942.102圖2精微段負荷性能圖精微段:由塔板負荷性能圖可以看出：任務規(guī)定的氣、液負荷下的操作點A,處在適宜操操作下限由漏液線控制；按2.316m3/s,氣相負荷下限作區(qū)內(nèi)的適

44、中位置；塔板的氣相負荷上限由液泛線控制,照固定的液氣比由圖2查出塔板的氣相負荷上限VsmaxVsmin0.751m3/s,所以，操作彈性=23163.0830.7510.05.04.5 _4.0 _3.5 _3.0 _Vs2.5 _VS,MAX2.0 -1.5 -1.0S,MIN0.5 -液泛線漏液線液相負荷上限線液相負荷下限線 液沫夾帶線 您操作線0.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030Ls圖3提儲段負荷性能圖提儲段:由塔板負荷性能圖可以看出：任務規(guī)定的氣、液負荷下的操作點A,處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置；塔板的氣相負荷上限由液泛線控制，操作下限由漏液線控制；按照

45、固定的液氣比，由圖3查出塔板的氣相負荷上限Vsmax2.192m3/s,氣相負荷下限V0.761m3/s,所以，操作彈性二21922.880Smin0.7613.6熱量衡算塔頂熱量圖物質(zhì)沸點0c蒸發(fā)潛熱KJ/Kg臨界溫度Tc/K苯80.1394288.5一110.63363318.57Hva (1 Xd) Hvb表8苯一甲苯的蒸發(fā)潛熱與臨界溫度4Qc (R 1) D(I VD I LD ),其中 I VD I LD X DH V2V1則：tD82.4 0C時,本:Tr1Tr2蒸發(fā)潛熱:甲苯:蒸發(fā)潛熱:0.38r2ri(80.278 273.15)/561.65 0.630 (80.1 273.

46、15)/561.65 0.629H V2V1Tr1(80.278Tr1(110.63H V2V1MdI VD0.381 Tr21393.9-0.380.6301 0.629393.50KJ / Kg273.15)/591.72273.15)/591.720.38121TM78.29kg/molMdI LD0.5970.6480.381 0.5973631 0.648382.12KJ / KgD 78.29 72.82 5701.08kJ/hXd Hv1 (1 Xd) Hv20.987393.50(10.987)382.12383.42KJ/KgQc(R1) D (Ivd Ild)(2.0851

47、)5701.08383.426.74106KJ/Kg3.6.2塔底熱量Qc (R 1) D(I VD I LD ),其中 I VD I LD X D H VA(1 Xd) Hvb0.38H V2V11211則tw109.0650C什Tr2(109.065273.15)/561.650.681Tr1(80.1273.15)/561.650.6481Tr2、0.38-10.6810.38烝發(fā)潛熱：Hv2Hv1(一)393.9()379.44KJ/Kg1Tr110.648甲苯:Tr2(119.065273.15)/591.720.646TM(110.63273.15)/591.720.648蒸發(fā)潛熱

48、：Hv2Hv1(lr2)0.38363(10.646)0.38363.78KJ/Kg1Tr110.648MW91.81kg/mol_._.DMWXW91.8174.056798.53kJ/kgILWIVW(1XW)HvbXWHVA(10.023)379.440.023363.78362.35KJ/KgQc(R1)W(IvwIlw)(2.0851)6798.53362.357.60106KJ/Kg3.6.3始值衡算塔頂溫度tD82.4C,塔底溫度tW116.015C,進料溫度tF97.8C表9苯與甲苯白比熱容4溫度C050100150苯kJ/(kmolgk)72.789.7104.8118.1甲

49、苯kJ/(kmolgk)93.3113.3131.0146.6由內(nèi)插法計算比熱容CP2 124.77KJ/(Kmol K)tD82.4C下：CP199.48KJ/(KmolK)cpCP1 XdCp2 (1Xd)99.48 0.987 124.77 0.01399.81KJ (Kmol K)tW 109.065 C下：CP1 109.06KJ /(Kmol K) Cp2 136KJ /(Kmol K)cpcpiXwCp2 (1 Xw)109.060.0231360.977135.38KJ(KmolK)tD80.278C下：1393.609(KJ/Kg)2380.125(KJ/Kg)一1Xd(1X

50、d)2393.6090.9870.013380.125393.43KJKgtW109.065C下：1379.587(KJ/Kg)2361.052(KJ/Kg)一1XD(1XD)2379.5870.023361.0520.977361.48KJKg0c時塔頂氣體上升的始Qv塔頂以0c為基準：QvVCptDVMo224.6599.8180.278224.65393.4378.298.72106KJh回流液的始QR回流液組成與塔頂組成QRLCptD151.8399.8180.2781.22106KJ.h塔頂儲出液的始QDQdDCdtD72.8299.8180.27855.8310KJh冷凝器消耗的始

51、QcQcQvQdQr_6_658.72101.22105.83106.92106KJ.h進料口的始QFtF84.519C下：Cp1104.14KJ/(KmolK)Cp2130.22KJ/(KmolK)CpCP1 XFCP2 (1 XF)104.140.501130.220.499117.15KJ(KmolK)QvFCftF146.87117.1584.5191.45106KJ.h塔底殘液的始QwQwFCwtw74.05135.38109.0651.09105KJ.h再沸器QbQBFMw224.6591.81393.438.11106KJh4塔的輔助設(shè)備及附件的計算與選型全凝器且塔板數(shù)較塔頂回流

52、全凝器通常采用管殼式換熱器，因為所選精儲塔處理量大，多，為了避免給安裝和檢修帶來不便，選擇強制循環(huán)式，塔頂蒸汽溫度tD80.278C,按需冷卻到td30C,取冷卻水進口溫度ti20C,出口溫度t230C,查表1有，在此溫度范圍內(nèi)水的比熱容cp,H2O4.147kJkg1K1故tm(tD t2)(td t1)ln tD t2 (tdt1)(80.278 30) (80.278 20)In 80.278 30 (80.278 20)55.13 C查資料1,K取為600W/m2K由r苯33.46kJmol1r甲苯37.78kJmol得rxiri0.98733.46(10.987)37.7833.52

53、kJmol1故QVr224.6510333.521032.09106Js136006所以，換熱面積AQ一2.091017.55m2Ktm36000.655.13再沸器因精微塔的直徑較大，故選用罐式再沸器，將再沸器置于塔外采用間接蒸汽加熱,塔底溫度tW109065C,取加熱蒸汽溫度為136.03C,取K600W/m2K熱負荷Qb V224.65 361.48 92.1336002078.209KJ / Kg4.2.2加熱蒸汽用量選用0.25MPa （表壓）的飽和蒸7加熱，溫度為 136.03C,334.2KJ/Kg 。qmQb2078.209334.26.218Kg /s考慮到10%的熱損失,q

54、m 1.1 6.218 6.84Kg /s4.2.3平均溫差tm 136.03 109.065 26.97 C 查得換熱系數(shù) K600W/(m2 C)Qb(K tm)2078.209 103600 26.972128.43m2考慮到10%的熱損失，S1.1128.43141.27m2接管管徑計算與選型進料管尺寸計算1料減質(zhì)量流速：GFFMF146.8785.113.47kgs13600體積流速：VFL殳4.26103m3s1LF800.6取管內(nèi)流速為：Uf2.0ms1所以，進料管管徑為：Df亞J44.2610352.1mmUf3.142.0由上，原料進口管管徑選取為573.5的標準管1。法蘭選

55、取公稱壓力為4.0MPa,公稱直徑為50mm的帶頸平焊鋼制管法蘭(HG20594)6。塔頂回流管管徑計算同上，取管內(nèi)流速為Ud1.5ms11回流放質(zhì)量流速：GDDMd72.8278.291.584kgs13600體積流速：VDl-GD-1.5841.945103m3s1ld814.24Vdl41.945103所以，回流官官徑：Dd.-40.64mm:Ud.1.5由上，塔頂回流管選453的標準管。法蘭選取公稱壓力為4.0MPa,公稱直徑為45mm的帶頸平焊鋼制管法蘭(HG20594)。塔頂蒸氣出口管徑計算蒸氣出口管的允許氣速Uv應不產(chǎn)生過大的壓降，其值可查下表表10蒸氣出口管中允許氣速參照表4操

56、作壓力(絕壓)常壓14006000Pa6000Pa蒸汽速度，ms1122030505070HP。101.3kPa,故取出口氣速Ud20msVMVD224.6578.29/4qV41.628qvVD-1.628D，V-，322mm3600VM36003.001uD:20由上，塔頂蒸氣出口管選35610的標準管。法蘭選取公稱壓力為4.0MPa,公稱直徑為356mm的帶頸平焊鋼制管法蘭(HG20594)。塔釜出料管徑計算取uW2.0ms111出料減質(zhì)量流速：GWWMW74.0591.891.890kgs13600體積流速：VWL-GW18902.32103m所以，塔釜出料管管徑：Dw4VwL . 4

57、 2.32 1038.4mm；Uw.2.0由上，塔釜出料管選 45 3的標準管。法蘭選取公稱壓力為4.0MPa ,公稱直徑為45mm的帶頸平焊鋼制管法蘭 (HG20594)。4.4裙座6塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔 設(shè)備的主要支座形式。為了制作簡便，一般采用圓筒形，由于裙座內(nèi)徑 800mm,故裙 座壁厚取16mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dbi(180021 6)(0.31 03)1532mm基礎(chǔ)環(huán)外徑：Dbo(180021 6)(0.31 03 )2132mms1lw815.1基礎(chǔ)環(huán)厚度考慮到腐蝕余量18mm,考慮到再沸器裙座高度取D=3000mm,一般每隔10

58、20層塔板設(shè)一人孔（安裝，檢修用），本塔中共31塊板，需設(shè)置3個人孔，人孔直徑為800mm0封頭6封頭分為橢圓形封頭，碟形封頭等幾種，本設(shè)計采用橢圓形封頭，由公稱直徑DN=1800mm,查的曲面高度hl450mm，直邊高度h040mm,內(nèi)表面積F封3.73m2,容積V封0.866m3。選用封頭DN1800X6,JB1154吊柱6對于較高的室內(nèi)無框架的整體塔，在塔頂設(shè)置吊柱，對于補充和更換填料、安裝和拆卸內(nèi)件，即經(jīng)濟又方便的一項設(shè)施，一般取15m以上的塔物設(shè)吊柱。本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱，因設(shè)計塔徑D=1800mm,可選吊柱500kg。s=1000mm,L=3400mm,H=1000mm。材料為A3。塔總體高度的設(shè)計取塔頂高度為1200mm，塔底高度為1400mm口HH有HbH裙H封H頂H人11.61.430.491.20.8320.09m5精儲塔設(shè)計結(jié)果匯總表表11篩板塔設(shè)計計算結(jié)果匯總參數(shù)符號參數(shù)名稱精福段提福段Tm(C)平均溫度82.39996.792Pokpa平均壓力110.55121.75MLMkg/kmol液相平均摩爾質(zhì)量81.8787.84MVMkg/kmol氣相平均摩爾質(zhì)量80.2586.97lm(kg/m3)液相平均密度814.7808.2MmN/m液體平