化工原理課程設(shè)計(jì)苯氯苯填料塔設(shè)計(jì)說明書

標(biāo)準(zhǔn)文檔一、設(shè)計(jì)題目苯—氯苯填料精餾塔設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件原 料：苯和氯苯混合溶液，年處理能力為（ 7）萬噸（開工率 8000小時(shí)/年），原料中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ 0.34學(xué)號(hào)后兩位）；進(jìn)料熱狀態(tài)：自選。分離要求：餾出液中苯的質(zhì)量分率不低于 95%釜?dú)堃褐斜降馁|(zhì)量分率不大于0.3%（1-10號(hào)）操作壓力：常壓建廠地址：家鄉(xiāng)地區(qū)單板壓降： ≤0.7kpa。全塔效率： ET≥58%。三、設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說明書，主要容包括：前言；流程與方案的選擇說明與論證（附流程簡圖）精餾塔主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算（包括塔徑、填料層高度、塔高的計(jì)算等）附屬設(shè)備的選型和計(jì)算（包括冷凝器、再沸器、塔構(gòu)件：接管管徑、除沫器、液體分布器、液體再分布器、支撐板、手孔、裙座等）填料塔流體力學(xué)計(jì)算（壓力降、泛點(diǎn)率、氣體動(dòng)能因子等）設(shè)計(jì)結(jié)果列表設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)主要符號(hào)和單位表參考文獻(xiàn)致謝（二）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（ 3號(hào)圖紙，CAD繪圖）實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔繪制精餾塔的工藝條件圖（ 2號(hào)圖實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔目 錄前言.......................................................................................................3符號(hào)說明...................................................................................................31概述與設(shè)計(jì)方案簡介...........................................................................51.1操作條件的確定........................................................................................................51.1.1操作壓力.....................................................................................................................51.1.2進(jìn)料狀態(tài).....................................................................................................................51.1.3加熱方式.....................................................................................................................51.1.4冷卻劑與出口溫度......................................................................................................51.1.5熱能的利用..................................................................................................................61.2確定設(shè)計(jì)方案的原則...............................................................................................61.2.1滿足工藝和操作的要求..............................................................................................61.2.2滿足經(jīng)濟(jì)上的要求......................................................................................................61.2.3保證安全生產(chǎn)..............................................................................................................71.3流程的確定和說明....................................................................................................72.1物料衡算.....................................................................................................................82.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率.......................................................................82.1.2全塔物料衡算..............................................................................................................82.2理論塔板數(shù)估算........................................................................................................82.2.2氣液平衡線................................................................................................................102.2.3進(jìn)料熱狀況參數(shù)..........................................................................................................112.2.4求最小回流比Rmin...................................................................................................112.2.5最佳回流比................................................................................................................122.2.6精餾段提餾段操作線................................................................................................142.2.7圖解法求理論板數(shù)....................................................................................................152.3各種操作條件及相關(guān)的物性估算.......................................................................162.3.1操作溫度估算............................................................................................................162.3.2平均摩爾質(zhì)量估算....................................................................................................172.3.3液相平均粘度估算....................................................................................................182.3.4相對(duì)揮發(fā)度估算........................................................................................................202.3.5操作壓力估算............................................................................................................202.3.6平均密度估算............................................................................................................212.4氣液相負(fù)荷估算......................................................................................................232.4.1精餾段氣液相負(fù)荷....................................................................................................232.4.2提餾段氣液相負(fù)荷....................................................................................................243設(shè)備設(shè)計(jì).............................................................................................243.1填料的選擇...............................................................................................................243.2塔徑的設(shè)計(jì)...............................................................................................................253.2.1精餾段塔徑................................................................................................................253.2.2提餾段塔徑................................................................................................................263.3填料層高度計(jì)算......................................................................................................27實(shí)用大全 第1頁共 40頁標(biāo)準(zhǔn)文檔目 錄前言.......................................................................................................3符號(hào)說明...................................................................................................31概述與設(shè)計(jì)方案簡介...........................................................................51.1操作條件的確定........................................................................................................51.1.1操作壓力.....................................................................................................................51.1.2進(jìn)料狀態(tài).....................................................................................................................51.1.3加熱方式.....................................................................................................................51.1.4冷卻劑與出口溫度......................................................................................................51.1.5熱能的利用..................................................................................................................61.2確定設(shè)計(jì)方案的原則...............................................................................................61.2.1滿足工藝和操作的要求..............................................................................................61.2.2滿足經(jīng)濟(jì)上的要求......................................................................................................61.2.3保證安全生產(chǎn)..............................................................................................................71.3流程的確定和說明....................................................................................................72.1物料衡算.....................................................................................................................82.1.1原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率.......................................................................82.1.2全塔物料衡算..............................................................................................................82.2理論塔板數(shù)估算........................................................................................................82.2.2氣液平衡線................................................................................................................102.2.3進(jìn)料熱狀況參數(shù)..........................................................................................................112.2.4求最小回流比Rmin...................................................................................................112.2.5最佳回流比................................................................................................................122.2.6精餾段提餾段操作線................................................................................................142.2.7圖解法求理論板數(shù)....................................................................................................152.3各種操作條件及相關(guān)的物性估算.......................................................................162.3.1操作溫度估算............................................................................................................162.3.2平均摩爾質(zhì)量估算....................................................................................................172.3.3液相平均粘度估算....................................................................................................182.3.4相對(duì)揮發(fā)度估算........................................................................................................202.3.5操作壓力估算............................................................................................................202.3.6平均密度估算............................................................................................................212.4氣液相負(fù)荷估算......................................................................................................232.4.1精餾段氣液相負(fù)荷....................................................................................................232.4.2提餾段氣液相負(fù)荷....................................................................................................243設(shè)備設(shè)計(jì).............................................................................................243.1填料的選擇...............................................................................................................243.2塔徑的設(shè)計(jì)...............................................................................................................253.2.1精餾段塔徑................................................................................................................253.2.2提餾段塔徑................................................................................................................263.3填料層高度計(jì)算......................................................................................................27實(shí)用大全 第1頁共 40頁標(biāo)準(zhǔn)文檔目 錄前 言 8符號(hào)說明 81概述與設(shè)計(jì)方案簡介 101.1 操作條件的確定 10 操作壓力 10 進(jìn)料狀態(tài) 10 加熱方式 10 冷卻劑與出口溫度 10 熱能的利用 111.2 確定設(shè)計(jì)方案的原則 11 滿足工藝和操作的要求 11 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 11 保證安全生產(chǎn) 121.3 流程的確定和說明 122.1 物料衡算 13 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 13 全塔物料衡算 132.2 理論塔板數(shù)估算 13 氣液平衡線 15 進(jìn)料熱狀況參數(shù) 16 求最小回流比 Rmin 16 最佳回流比 17 精餾段提餾段操作線 19 圖解法求理論板數(shù) 202.3 各種操作條件及相關(guān)的物性估算 21 操作溫度估算 21 平均摩爾質(zhì)量估算 22 液相平均粘度估算 23 相對(duì)揮發(fā)度估算 25 操作壓力估算 25 平均密度估算 262.4 氣液相負(fù)荷估算 28 精餾段氣液相負(fù)荷 28實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔 提餾段氣液相負(fù)荷 293設(shè)備設(shè)計(jì) 293.1 填料的選擇 293.2 塔徑的設(shè)計(jì) 30 精餾段塔徑 30 提餾段塔徑 313.3 填料層高度計(jì)算 32 精餾段的填料層高度 32 提餾段的填料層高度 32 精餾塔的填料層總高度 323.4 填料層壓降的計(jì)算 324輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 344.1 接管設(shè)計(jì) 34 進(jìn)料管 34 回流管 35 塔底出料管 35 塔頂蒸汽出料管 35 塔底進(jìn)氣管 364.2 法蘭 364.3 筒體與封頭 37 筒體 37 封頭 374.4 其他塔附件 37 裙座 37 吊柱 37 人孔手孔 374.5 塔總體高度設(shè)計(jì) 37 塔的頂部空間 37 塔的底部空間 38 塔的立體高度 384.6 附屬設(shè)備 38 塔頂冷凝器 38 原料預(yù)熱器 39 再沸器 40 進(jìn)料泵 41 回流泵 415設(shè)計(jì)結(jié)果明細(xì)表 425.1 物料衡算計(jì)算結(jié)果 425.2 精餾塔工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果 425.3 精餾塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果 435.4 接管尺寸計(jì)算結(jié)果 43設(shè)計(jì)評(píng)述 43參考文獻(xiàn) 44實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔前 言在化工生產(chǎn)中，精餾是最常用的單元操作 ,，是分離均相液體混合物的最有效方法之一，在煉油、化工、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。隨著石油化工的發(fā)展，填料塔日益受到人們的重視，填料塔技術(shù)有了長足的進(jìn)步，涌現(xiàn)出不少高效填料與新型塔。苯和氯苯的分離對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有重要的意義 填料塔是塔設(shè)備的一種。塔填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。結(jié)構(gòu)較簡單，檢修較方便。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道塔設(shè)備的資料費(fèi)用占整個(gè)投資的費(fèi)用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工和煉油行業(yè)的極大重視。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，此塔設(shè)計(jì)為填料精餾塔 。符號(hào)說明英文字母Aa---- 塔板的開孔區(qū)面積， m2Af---- 降液管的截面積， m2Ao---- 篩孔區(qū)面積， m2PPAT----塔的截面積， m2C----負(fù)荷因子，無因次C20----表面力為 20mN/m的負(fù)荷因子do----篩孔直徑t----篩孔的中心距Wc----邊緣無效區(qū)寬度Wd----弓形降液管的寬度Ws----破沫區(qū)寬度u’o----液體通過降液管底隙的速度D----塔徑，m

ev----液沫夾帶量， kg液/kg氣ET----總板效率R----回流比Rmin----最小回流比M----平均摩爾質(zhì)量 kg/kmoltm----平均溫度 ℃g----重力加速度 9.81m/s2Z----板式塔的有效高度θ----液體在降液管停留時(shí)間Fo---- 篩 孔 氣 相 動(dòng) 能 因 子kg1/2/(s.m1/2)hl----進(jìn)口堰與降液管間的水平距離mhc----與干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?mhd----與液體流過降液管的壓降相當(dāng)實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔的液注高度 mhf----塔板上鼓層高度 mhL----板上清液層高度 mh1----與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊鹤⒏叨萴ho----降液管的義底隙高度 mhow----堰上液層高度 mhW----出口堰高度 mh′W----進(jìn)口堰高度 mhσ----與克服表面力的壓降相當(dāng)?shù)囊鹤⒏叨?m△----氣體通過每層篩板的壓降H----板式塔高度 mHB----塔底空間高度 mHd----降液管清液層高度 mHD----塔頂空間高度 mHF----進(jìn)料板處塔板間距 mHP----人孔處塔板間距 mHT----塔板間距mH1----封頭高度 mH2----裙座高度 mK----穩(wěn)定系數(shù)lW----堰長 mLh----液體體積流量 m3/hLs----液體體積流量 m3/sn----篩孔數(shù)目P----操作壓力 KPa

△P---壓力降 KPa△Pp---氣體通過每層篩的壓降KPaT----理論板層數(shù)u----空塔氣速 m/su0,min----漏夜點(diǎn)氣速 m/suo’----液體通過降液管底隙的速度m/sVh----氣體體積流量m3/hVs----氣體體積流量m3/sWc----邊緣無效區(qū)寬度mWd----弓形降液管寬度mWs----破沫區(qū)寬度 mZ---- 板式塔的有效高度 m下標(biāo)max----最大的min----最小的L----液相的V----氣相的希臘字母δ----篩板的厚度 mθ----液體在降液管停留的時(shí)間 sυ----粘度 mPa.sρ----密度kg/m3σ----表面力 N/mφ----開孔率無因次α----質(zhì)量分率 無因次實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔概述與設(shè)計(jì)方案簡介1.1 操作條件的確定確定設(shè)計(jì)方案是指確定整個(gè)精餾裝置的流程、 各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式和某些操作指標(biāo)。例如組分的分離順序、塔設(shè)備的型式、操作壓力、進(jìn)料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式、余熱利用方案以及安全、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和測量控制儀表的設(shè)置等。下面結(jié)合課程設(shè)計(jì)的需要，對(duì)某些問題作些闡述。 操作壓力蒸餾操作通?？稍诔?、加壓和減壓下進(jìn)行。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對(duì)揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導(dǎo)致塔徑增加，同時(shí)還需要使用抽真空的設(shè)備。對(duì)于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應(yīng)在加壓下進(jìn)行蒸餾。當(dāng)物性無特殊要求時(shí)，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰?。有時(shí)應(yīng)用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時(shí)的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。 進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料狀態(tài)與填料層高度、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。這里根據(jù)任務(wù)要求選用飽和蒸汽進(jìn)料。1.1.3加熱方式這里根據(jù)任務(wù)要求選用間接蒸汽加熱。1.1.4冷卻劑與出口溫度冷卻劑的選擇由塔頂蒸汽溫度決定。如果塔頂蒸汽溫度低，可選用冷凍鹽水或深井水作冷卻劑。如果能用常溫水作冷卻劑，是最經(jīng)濟(jì)的。水的入口溫度由氣溫決定，出口溫度由設(shè)計(jì)者確定。冷卻水出口溫度取得高些，冷卻劑的消耗可以減少，但同時(shí)溫度差較小，傳熱面積將增加。冷卻水出口溫度的選擇由當(dāng)?shù)厮Y源確定，實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔但一般不宜超過50℃，否則溶于水中的無機(jī)鹽將析出，生成水垢附著在換熱器的表面而影響傳熱。 熱能的利用精餾過程是組分反復(fù)汽化和反復(fù)冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理地利用精餾過程本身的熱能是十分重要的。選取適宜的回流比，使過程處于最佳條件下進(jìn)行，可使能耗降至最低。與此同時(shí)，合理利用精餾過程本身的熱能也是節(jié)約的重要舉措。若不計(jì)進(jìn)料、餾出液和釜液間的焓差，塔頂冷凝器所輸出的熱量近似等于塔底間接蒸汽所輸入的熱量，其數(shù)量是相當(dāng)可觀的。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。如果采用釜液產(chǎn)品去預(yù)熱原料，塔頂蒸汽的冷凝潛熱去加熱能級(jí)低一些的物料，可以將塔頂蒸汽冷凝潛熱及釜液產(chǎn)品的余熱充分利用。1.2 確定設(shè)計(jì)方案的原則確定設(shè)計(jì)方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達(dá)到技術(shù)上最先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上最合理的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點(diǎn)： 滿足工藝和操作的要求所設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計(jì)方案需要有一定的操作彈性，各處流量應(yīng)能在一定圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，必要時(shí)傳熱量也可進(jìn)行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。 計(jì)算傳熱面積和選取操作指標(biāo)時(shí)， 也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動(dòng)。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)，流量計(jì)等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。 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)備及基建費(fèi)用。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔面積的大小，即對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)都有影響。同樣，回流比的大小對(duì)操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大影響。降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選得合適等，均要作全面考慮，力求總費(fèi)用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。例如，在缺水地區(qū)，冷卻水的節(jié)省就很重要；在水源充足及電力充沛、價(jià)廉地區(qū)，冷卻水出口溫度就可選低一些，以節(jié)省傳熱面積。 保證安全生產(chǎn)例如苯屬易燃物料，不能讓其蒸汽彌漫車間，也不能使用容易發(fā)生火花的設(shè)備。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會(huì)使塔受到破壞，因而需要安全裝置。以上三項(xiàng)原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計(jì)中，對(duì)第一個(gè)原則應(yīng)作較多的考慮，對(duì)第二個(gè)原則只作定性的考慮，而對(duì)第三個(gè)原則只要求作一般的考慮。1.3 流程的確定和說明圖 1-1 工藝流程簡圖實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔2.1 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)量為： 錯(cuò)誤!未找到引用源。氯苯的摩爾質(zhì)量為： 錯(cuò)誤!未找到引用源。塔頂采出液中苯的摩爾分率：原料液中苯的摩爾分率：塔釜液中苯的摩爾分率： 全塔物料衡算每小時(shí)處理原料量：原料混合液的摩爾流量：聯(lián)列：塔頂產(chǎn)品的摩爾流量：塔底產(chǎn)品的摩爾流量：2.2 理論塔板數(shù)估算本次設(shè)計(jì)采用圖解法計(jì)算精餾塔的理論塔板數(shù)。因?yàn)樵撍浅核跃s塔塔各處的壓強(qiáng)僅僅比常壓略高，根據(jù)常壓下苯 -氯苯汽液平衡數(shù)據(jù)來計(jì)算，即可實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔求出精餾塔的理論板數(shù)。 常壓下苯-氯苯汽液平衡數(shù)據(jù)根據(jù)苯-氯苯飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，計(jì)算得到常壓下苯-氯苯氣液平衡數(shù)據(jù)，及相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)，計(jì)算方法如下：氣液平衡數(shù)據(jù)的計(jì)算（苯-A、氯苯-B，在101.325kPa＝760mmHg下），以100℃為例，換算得：pAo=101.08′1350=179.550kPa760pBo=101.08′293=38.969kPa760o101.08-38.969=0.442x=po-pBo=pA-pB179.550-38.969y=poAx=179.550′0.442=0.785p101.08以此類推，得出 101.325kPa下苯－氯苯的氣液平衡數(shù)據(jù)如下表所示，并記錄于下表1：表 1 常壓下苯 -氯苯汽液平衡數(shù)據(jù)溫度/℃8090100110120130131.8pio苯760102513501760225028402900mmH氯苯148205293400543719760go苯101.325136.325179.550234.080299.250377.720385.700pikPa氯苯19.68427.26538.96953.20072.21995.627101.325x=p-pBo1.00.6770.4420.2650.1270.0190oopA-pBy=poAx1.00.9130.7850.6140.3760.0p相對(duì)揮發(fā)度5.5.0004.6084.4004.1443.9503.816根據(jù)表 1中苯-氯苯氣液平衡數(shù)據(jù)繪制出 t-x-y圖，見下圖 2：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔圖2-1 常壓下苯 -氯苯氣液平衡相圖 氣液平衡線繪制氣液平衡線，如下圖所示：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔圖 2-2 氣液平衡線 進(jìn)料熱狀況參數(shù)判斷進(jìn)料熱狀況任務(wù)要求飽和液體進(jìn)料。進(jìn)料熱狀況參數(shù)q 求最小回流比 Rmin本次設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料， 則從圖中測得 錯(cuò)誤!未找到引用源。，在圖2-1中作出，塔頂，進(jìn)料及塔釜摩爾分率線，分別與對(duì)角線相交于點(diǎn) A、E、C，進(jìn)料摩爾分率線與氣液平衡線相交與 Q點(diǎn)，連接 AQ并延長至 Y軸，交點(diǎn)記為 P得到下圖 2-3：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔圖 2-3 求最小回流比作圖在圖中測出 Q點(diǎn)的坐標(biāo)，即 錯(cuò)誤!未找到引用源。，又錯(cuò)誤!未找到引用源。，則： 最佳回流比最小理論塔板數(shù)：利用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，計(jì)算R~NT如下：XYR/RminR(R-Rmin)/(R+1)(N-Nmin)/(N+1)NTN(R+1)實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔1.10.60800.03440.63018.772030.18481.20.66320.06650.58916.799727.94201.30.71850.09650.55715.517826.66751.40.77380.12460.52914.533525.77931.50.82910.15110.50413.746825.14351.60.88430.17600.48113.102924.69001.70.93960.19950.46112.566024.37281.80.99490.22160.44212.111324.16031.91.05010.24260.42511.721124.029721.10540.26250.40911.382423.96442.11.16070.28140.39511.085423.95192.21.21590.29930.38110.822823.98262.31.27120.31640.36910.588724.04922.41.32650.33260.35710.378824.14602.51.38180.34810.34610.189324.26832.61.43700.36290.33610.017324.41242.71.49230.37700.3279.860524.57532.81.54760.39050.3189.716924.75452.91.60280.40350.3099.584924.947931.65810.41590.3019.463125.15383.11.71340.42780.2939.350325.37083.21.76860.43920.2869.245525.59753.31.82390.45020.2799.148025.83303.41.87920.46070.2739.056926.07643.51.93450.47090.2678.971626.32673.61.98970.48070.2618.891626.58343.72.04500.49010.2558.816426.84593.82.10030.49920.2508.745627.11363.92.15550.50790.2448.678827.386142.21080.51640.2398.615627.66294.12.26610.52460.2358.555827.94374.22.32130.53250.2308.499028.22824.32.37660.54020.2268.445228.51604.42.43190.54760.2228.393928.80704.52.48720.55470.2178.345229.10084.62.54240.56170.2148.298729.39734.72.59770.56840.2108.254329.69634.82.65300.57490.2068.211929.99764.92.70820.58130.2038.171330.301152.76350.58740.8.132530.6065實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔 精餾段提餾段操作線取實(shí)際回流比： 錯(cuò)誤!未找到引用源。，則精餾段操作線方程為：即泡點(diǎn)進(jìn)料， q=1，那么提餾段操作線方程為：即 圖解法求理論板數(shù)由塔頂點(diǎn) A開始，泡點(diǎn)回流，于是 錯(cuò)誤!未找到引用源。，實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔在圖2-3中分別作出q線、氣液平衡線、精餾段操作線和提餾段操作線，然后從點(diǎn)(0.9648，0.9648)開始在操作線和氣液平衡線之間作梯級(jí)。然后，將圖解法的結(jié)果記錄在圖2-5中：圖 2-3 梯級(jí)圖由上圖 2-5可以看出，精餾段的理論板數(shù) N精=3塊，提餾段的理論板數(shù) N提=6塊(不包含再沸器 )，另外，梯級(jí)數(shù)為全塔的理論板數(shù)，即 NT=9塊(不包含再沸器 )，進(jìn)料板位置 NF=4。另外，由上圖 2-3得，塔頂?shù)臍庀嘟M成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。，液相組成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。；進(jìn)料板的氣相組成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。，液相組成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。；塔釜的氣相組成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。，液相組成： 錯(cuò)誤!未找到引用源。。實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔2.3 各種操作條件及相關(guān)的物性估算 操作溫度估算因?yàn)樗簭?qiáng)僅略高于常壓，所以可以利用常壓下的苯 -氯苯氣液平衡數(shù)據(jù)估算出精餾塔各部位的的物料溫度。下面作出 T-x-y圖，記錄在下圖 2-4：圖 2-4 t-x-y 圖在圖2-4中讀出塔頂塔頂、進(jìn)料板和塔釜溫度求塔頂塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。求進(jìn)料板溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。求塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。精餾段的平均溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。估算實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔提餾段的平均溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。估算全塔的平均溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。估算 平均摩爾質(zhì)量估算 塔液相估算塔頂：錯(cuò)誤!未找到引用源。進(jìn)料板：錯(cuò)誤!未找到引用源。塔釜：錯(cuò)誤!未找到引用源。精餾段：提餾段： 塔氣相估算塔頂：錯(cuò)誤!未找到引用源。進(jìn)料板上： 錯(cuò)誤!未找到引用源。塔釜：錯(cuò)誤!未找到引用源。精餾段：提餾段： 液相平均粘度估算 純液體粘度估算由塔頂溫度 錯(cuò)誤!未找到引用源。、進(jìn)料板錯(cuò)誤!未找到引用源。、塔釜溫度錯(cuò)誤!實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔未找到引用源。。查苯的粘度數(shù)據(jù)如表2所示：表2苯的粘度數(shù)據(jù)溫度(℃)80100120140粘度(mPa·s)0.3080.2550.2150.184查氯苯的粘度數(shù)據(jù)如表3所示：表3氯苯的粘度數(shù)據(jù)溫度(℃)80100120140粘度(mPa·s)0.4280.3630.3130.274利用插值法分別估算塔頂、進(jìn)料板和塔底的液相粘度：塔頂液相粘度估算塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的粘度估算：塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的粘度估算：進(jìn)料板上液相粘度估算進(jìn)料板溫度 錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的粘度估算：進(jìn)料板溫度 錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的粘度估算：塔釜液相粘度估算塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的粘度估算：塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的粘度估算：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔 混合液粘度估算塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下混合液粘度：錯(cuò)誤!未找到引用源。進(jìn)料溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下混合液粘度：錯(cuò)誤!未找到引用源。塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下混合液粘度：錯(cuò)誤!未找到引用源。 平均粘度估算精餾段的平均粘度：提餾段的平均粘度： 相對(duì)揮發(fā)度估算塔頂?shù)南鄬?duì)揮發(fā)度：進(jìn)料板上的相對(duì)揮發(fā)度：塔釜的相對(duì)揮發(fā)度：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔精餾段：提餾段： 操作壓力估算這里取每層塔板壓降：塔頂上的氣相壓強(qiáng)：進(jìn)料的氣相壓強(qiáng)：塔釜的氣相壓強(qiáng)：精餾段的平均壓強(qiáng)：提餾段的平均壓強(qiáng)： 平均密度估算 塔液相估算由塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。、進(jìn)料板錯(cuò)誤!未找到引用源。、塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。。查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè) (有機(jī)卷)》299頁，得苯的密度數(shù)據(jù)如表 2所示：表 2 苯的密度數(shù)據(jù)溫度/℃80100120140實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔密度/(kg/m3)815.0792.5768.9744.1查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)(有機(jī)卷)》299頁，得氯苯的密度數(shù)據(jù)如表3所示：表3氯苯的密度數(shù)據(jù)溫度/℃80100120140密度/(kg/m3)10421019996.4972.9利用插值法分別估算塔頂、進(jìn)料板和塔底的液相密度：塔頂液相密度估算塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的密度估算：塔頂溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的密度估算：那么，塔頂上液相密度估算：進(jìn)料板上液相密度估算進(jìn)料板溫度 錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的密度估算：進(jìn)料板溫度 錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的密度估算：那么，進(jìn)料板上液相密度估算：塔釜液液相密度估算實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下苯的密度估算：塔釜溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。 下氯苯的密度估算：那么，塔釜液相密度估算：精餾段液相平均密度估算：提餾段液相平均密度估算： 塔氣相平均密度估算假設(shè)氣相為理想氣體，則塔頂：進(jìn)料板：塔釜：精餾段氣相：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔提餾段氣相：2.4 氣液相負(fù)荷估算 精餾段氣液相負(fù)荷 提餾段氣液相負(fù)荷實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔設(shè)備設(shè)計(jì)3.1 填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔件一起決定了填料塔的性質(zhì)。本設(shè)計(jì)選用規(guī)整填料，CY700型絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料。規(guī)整填料是一種在塔按均勻圖形排布、整齊堆砌的填料，規(guī)定了氣液的通路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，壓降可以很小，可以提供更大的比表面積，在等溶劑中達(dá)到更高的傳質(zhì)、傳熱效果。與散裝填料相比，規(guī)整填料結(jié)構(gòu)均勻、規(guī)則、有對(duì)稱性，當(dāng)與散裝填料有相同的比表面積時(shí)，填料孔隙率更大，具有更大的通量，單位分離能力大。名稱CY700型絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料型號(hào)700型(CY)材料金屬絲網(wǎng)比表面積a/(m2/m3)712空隙率ε0.87氣相動(dòng)能因子F/[m/s·(kg·m3)0.5]2.0（最大）每米填料理論板數(shù)1/m9壓降△P/(Pa/m)500A0.300K1.75適用圍精餾、吸收等3.2 塔徑的設(shè)計(jì) 精餾段塔徑精餾段：把以上數(shù)據(jù)代入貝恩 (Bain)—霍根(Hougen)關(guān)聯(lián)式：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔即：得：取安全系數(shù) 0.70，則：精餾段空塔氣速的估算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，得到精餾段的計(jì)算塔徑為：取精餾段的塔徑： 錯(cuò)誤!未找到引用源。。實(shí)際空塔氣速：所以，安全系數(shù)估算：在允許圍之，所以初步認(rèn)定符合設(shè)計(jì)要求。 提餾段塔徑提餾段：把以上數(shù)據(jù)代入貝恩 (Bain)—霍根(Hougen)關(guān)聯(lián)式：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔即：得：取安全系數(shù) 0.76，則：提餾段空塔氣速的估算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，得到提餾段的計(jì)算塔徑為：查閱相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，取提餾段的塔徑： 錯(cuò)誤!未找到引用源。。實(shí)際空塔氣速：所以，安全系數(shù)估算：在允許圍之，所以初步認(rèn)定符合設(shè)計(jì)要求。3.3 填料層高度計(jì)算本設(shè)計(jì)選用 HETP=600mm。 精餾段的填料層高度在精餾段，空塔氣速 u＝0.6001m/s，精餾塔的理論塔板數(shù)是 3。Z=HETP×NT=0.60×3=1.80m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)，取 1.1實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔Z’=1.1Z=1.1×1.80=1.98m（取2.00m） 提餾段的填料層高度在提餾段，空塔氣速 u＝0.6204m/s，精餾塔的理論塔板數(shù)是 6。Z=HETP×NT=0.60×6=3.60m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，留出一定的安全系數(shù)，取 1.1Z’=1.1Z=1.1×3.60=3.96m（取4.00m） 精餾塔的填料層總高度Z=2.00＋4.00=6.00m3.4 填料層壓降的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，填料的壓降值由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖來計(jì)算。圖 4-1 通用壓降關(guān)聯(lián)圖WL0.5計(jì)算時(shí)，先根據(jù)有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)V值，再根據(jù)操作空塔氣速、WVL壓降填料因子以及有關(guān)的物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標(biāo)u2PV0.2值。通過作圖得出gL交點(diǎn)，讀出過交點(diǎn)的等壓線值，得出每米填料層壓降值。實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔查得，金屬波紋絲網(wǎng)填料的壓降填料因子 錯(cuò)誤!未找到引用源。。精餾段的壓降橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，可得： ?p/Z=42×9.81=412.02pa/m因此，精餾段的壓降： ?p1=412.02×2.00=164.81pa提餾段的壓降橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖，可得： ?p/Z=20×9.81=164.81pa/m因此，提餾段的壓降：?p1=164.81×4.00=.20pa精餾塔的壓降?p=164.81+.20=361.01pa輔助設(shè)備的計(jì)算及選型4.1 接管設(shè)計(jì) 進(jìn)料管本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下：實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第 126頁，選取進(jìn)料管參數(shù)如表 3-1所示：表 3-1 進(jìn)料管參數(shù)公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm孔截面積/cm250573.519.644.1.2回流管本設(shè)計(jì)采用直管回流管，取錯(cuò)誤!未找到引用源。，管徑計(jì)算如下：查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第 126頁，選取回流管參數(shù)如表 3-2所示：表 3-2 回流管參數(shù)公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm孔截面積/cm250573.519.644.1.3塔底出料管本設(shè)計(jì)采用直管出料，取錯(cuò)誤!未找到引用源。，管徑計(jì)算如下：查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第126頁，選取塔底出料管參數(shù)如表3-3所示：表3-3塔底出料管參數(shù)公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm孔截面積/cm250573.519.64實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔 塔頂蒸汽出料管本設(shè)計(jì)采用直管出氣，取 錯(cuò)誤!未找到引用源。，管徑計(jì)算如下：查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第 126頁，選取塔頂蒸汽出料管參數(shù)如表 3-4所示：表 3-4 塔頂蒸汽出料管參數(shù)公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm孔截面積/cm22502738518.754.1.5塔底進(jìn)氣管本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)氣，取錯(cuò)誤!未找到引用源。，管徑計(jì)算如下：查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第126頁，選取塔底進(jìn)氣管參數(shù)如表3-5所示：表3-5塔底進(jìn)氣管參數(shù)公稱直徑/mm外徑/mm壁厚/mm孔截面積/cm22502738518.754.2 法蘭由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，帶頸平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)的法蘭。記錄如下：進(jìn)料管法蘭名稱： SO50-0.6FF，HG/T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG20593-97；回流管法蘭名稱： SO50-0.6FF，HG/T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG20593-97；塔頂蒸汽出料管法蘭名稱： SO50-0.6FF，HG/T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG20593-97；塔頂蒸汽出料管法蘭名稱： SO250-0.6FF，HG/T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG20593-97；塔底進(jìn)氣管法蘭名稱： SO250-0.6FF，HG/T標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：HG20593-97。表15所選帶頸平焊法蘭尺寸一覽表接管 公稱 鋼管 連接尺寸 法蘭 厚度C實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔編號(hào)尺寸外徑帶頸平焊法DNA2法蘭螺栓孔螺孔螺栓孔蘭的法蘭頸質(zhì)量法蘭與外徑中心圓直徑數(shù)量螺栓n/G/kg法蘭蓋D直徑KL個(gè)ThNR15057140110144M128061.501425057140110144M128061.501435057140110144M128061.501442502733752351812M16295129.02242502733752351812M16295129.0224.3 筒體與封頭 筒體壁厚選8mm，所用材質(zhì)為A3。4.3.2封頭本設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑1200mm，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第229頁，選取橢圓形封頭參數(shù)如表6所示：表3-6橢圓形封頭參數(shù)公稱直徑曲面高度直邊高度表面積容積厚度質(zhì)量DN/mmhi/mmho/mmF/m2V/m3δp/mmG/kg1200300251.6650.25581034.4 其他塔附件 裙座本設(shè)計(jì)采用圓筒形裙座，由于裙座徑＞ 800mm，故裙座壁厚取 16mm。基礎(chǔ)環(huán)徑： 錯(cuò)誤!未找到引用源?；A(chǔ)環(huán)外徑： 錯(cuò)誤!未找到引用源。圓整：錯(cuò)誤!未找到引用源。，錯(cuò)誤!未找到引用源。，考慮到再沸器，裙座高度取3m，底角螺栓取 M36。 吊柱因設(shè)計(jì)塔徑 1200mm，可選用吊柱， s=900mm，L=3150mm，H=900mm實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔 人孔手孔本塔分兩段填料，需設(shè)置 4個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為 450mm，在進(jìn)料處，間距為1100mm，裙座上應(yīng)開兩個(gè)人孔， 直徑為 450mm，人孔伸入塔部應(yīng)與塔壁修平。4.5塔總體高度設(shè)計(jì)4.5.1塔的頂部空間指塔最上層塔板到塔頂封頭直邊的距離（不包括封頭）。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度要大于板間距，通常取塔徑的1.5~2.0倍。這里取塔徑的1.5倍，即1800mm。4.5.2塔的底部空間指塔底填料最底部到塔底封頭直邊的距離（不包括封頭）。要求如下：①塔底液面至提餾段填料最底部之間要留一定的間距(一般為1~2m)；這里預(yù)留1.20m的間距②塔底儲(chǔ)液空間依據(jù)儲(chǔ)存液體量停留時(shí)間3~8min而定。本設(shè)計(jì)停留時(shí)間取6分鐘。儲(chǔ)液空間高度計(jì)算方法=q’vL(m3/min)×停留時(shí)間(min)/塔截面積(m2)。=錯(cuò)誤!未找到引用源。=1.337（這里取1.40米）塔底空間高度等于以上兩個(gè)高度之和，所以底部空間高度 2600mm。 塔的立體高度H=H頂+H底+H塔頂出氣管高度+H填料層高度+H進(jìn)料高度+H裙座H=1800+2600+480+(2000+4000)+1100+3000=14.980m4.6附屬設(shè)備4.6.1塔頂冷凝器塔頂上升蒸汽經(jīng)過冷凝器（全凝器）中，全部冷凝下來成為液體。一部分液體回流至塔，一部分再經(jīng)冷卻器作為產(chǎn)品，或者上升蒸汽經(jīng)過冷凝器（分凝器）部分實(shí)用大全標(biāo)準(zhǔn)文檔冷凝下來，作為回流液回流至塔，余下蒸汽再進(jìn)入冷凝冷卻器，進(jìn)而冷卻至一定溫度作為產(chǎn)品取出。大型設(shè)備的冷凝器采用列管式，為提高冷卻水的流速，通常安裝冷卻水在管流動(dòng)，蒸汽在管外冷凝。另外，因水的對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，且易結(jié)垢，故選擇冷卻水走換熱器管程，苯走殼程，這樣冷凝器安裝和清洗均較方便。設(shè)換熱器采用逆流的方式，冷水的進(jìn)口溫度為 25℃，設(shè)出口溫度為 35℃，根據(jù)管式換熱器用作冷凝器時(shí)的 K值圍表（見化工原理上冊(cè) P