化工原理競賽

一、概述本設(shè)計是以年產(chǎn)8萬噸丁苯橡膠為目標(biāo)的設(shè)計、各種設(shè)備參數(shù)的計算及選型，此次設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，本小組是以汽提塔分離苯乙烯和膠乳為主、工藝流程為輔的設(shè)計。汽提塔簡介：它是利用蒸汽蒸餾去除廢水中的揮發(fā)物（如酚）的工藝叫汽提。汽提塔主要設(shè)備為汽提塔，液體由塔頂連續(xù)進(jìn)入，水平流過一塔板后，由溢流管流入下一塔板。蒸汽由塔底上升，頂開塔板上的浮閥，水平方向吹入液體層后，繼續(xù)上升進(jìn)入上一塔板。汽提塔的工作原理：汽提是通過惰性氣體來降低溶質(zhì)的氣相分壓。從而達(dá)到溶劑的再生目的。汽提用氣體用的是惰性氣體，一般有水蒸氣、氮氣。汽提塔的原理跟分餾塔原理一樣，通過塔盤上氣液兩相的接觸實現(xiàn)傳質(zhì)與傳熱，使不同揮發(fā)度的組分分離。二、塔設(shè)計及校核一.）汽提塔全塔物料衡算本次設(shè)計塔選擇的是汽提塔，已知數(shù)據(jù)：年產(chǎn)8萬噸丁苯橡膠

膠乳量kg/h膠乳量kg/hj 苯乙烯kg/h塔頂溫度40~60℃(50℃) 塔底溫度50~70℃(60℃)XwW;操作壓力為13~26kpa加熱方式為直接蒸汽加熱;計算求得%/104X= =%1 %/104+%/3X105X2=%y2=0又因為M=%104+%)X3X105=F則L=FL”"二 Kmol/hMF403.9苯乙烯Cp=KT/(kg?k)Q=ECpmAt=X+CpJXX=KJ=CpmAt=XmX(100-95)=X5Xm=Q所以 m=—2_=kg5X4.193KmoI/h10V(y-y)=L(x-x)TOC\o"1-5"\h\z1 2 1 2_28,196xo.549_y- -1 VV=L(x1-k2)「 MLFm=kg/kmoIM=X104+XLFwm3X105=kg/kmoIM=+/2Lm=kg/kmoIMvFm=yj104+(1-y)x18=(18+86y)=1Mv=yX104+1X18=18kg/kmoI、 Fwm 2Mvm=(18+86y+18)/2=(18+43y)1 1kg/kmoI二.)平均密度計算1)氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即pvm二PmM一二1","口"回由二kg/m

RTm3.314X(55.2+-273i.l5)JP=+18=kpaF| P=+X12=kpawP=+/2=kpamTm=+60)/2=℃2)液相平均溫度計算液相平均密度的計算公式，即—=Zai/piplm塔頂液相平均密度的計算由1°C,查手冊得苯乙烯p=g/cm31膠乳P=g/cm32p= =g/cm3LFm0,993/pl-l-0.0&l/f>2

三.)塔頂液相平均表面張力的計算由t『50℃查手冊得5A=30mN/m 5B=mN/m6LD=X30+X=mN/m進(jìn)料板液相平均表面張力的計算由tF=60℃查手冊得5A=35mN/m 5^=5^=mN/m6lf=X35+X=mN/m提餾段液相平均表面張力為5Lm=+/2=mN/m四.)汽提塔塔徑設(shè)計板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算，即塔徑：Vs=m/s Ls=kg/s1(—)X(三)1/2=；二hX(^)1/2=C=Vh嚴(yán) 3600X4,4Z4 0.999C=C=

20U=max87?.l-0,S^U=max87?.l-0,S^=m/su=X二m/sID=J4—:3.14X1.146圓整A=-D2=T二Z提二Z人二Z=m五.)溢流裝置計算為維持塔板上有一定高度的流動液層，必須設(shè)置溢流裝置。溢流裝置的設(shè)計包括堰長l「堰高h(yuǎn)w、堰上液層高度卜皿、弓形降液管的寬度Wj⑴溢流堰長lWlw二X二出口堰高：本設(shè)計采用平直堰(2)溢流堰上液層高度how對于平直堰，堰上液層高度how可用公式how=104)E(r)2/3計算

得:|how=-X(二二二三”二)2/3=m1000 0.56(3)堰高h(yuǎn)whw=m(4)弓形降液管的寬度wd因為wd/D=所以wd=X=m六.)塔板設(shè)計(1)孔面積Aa= 2(xVr2-x2+—="；^-L：-)=ISO rx=-—(wd+ws)——wc=^5=4mm碳鋼板do=20cm2 2(Af=X=(2)孔中心距t=Xdo=n=1.155Aa-=tn=1.155Aa-=t21.1553.6330.072=856個(3)開孔率三二(三)2二%Aa0.07氣體通過篩孔氣速為u生二二m/s02；:二?。欢逼?)篩板的流體力學(xué)計算.塔板壓降氣體通過篩板時，需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力即形成了篩板的壓降。氣體通過篩板的壓降△「可由下式計算p△P=hpLg式中的液柱高度hp可按下式計算，即h=h+hl+h式中hc 與氣體通過篩板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱；hl 與氣體通過板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱；h。 與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱。(1)干板阻力干板阻力hc可按以下經(jīng)驗公式估算，即h=(%)2(2)[1-(A)2]cc p A式中u0 氣體通過篩孔的速度，m/s;C0 流量系數(shù)。通常，篩板的開孔率?W15%,故上式可簡化為h=（%）2（匕）c c0 p流量系數(shù)的求取方法很多，當(dāng)d0<10mm,其值可由干篩孔的流量系數(shù)圖直接查出。當(dāng)d°210mm時，由干篩孔的流量系數(shù)圖查得c。后再乘以的校正系數(shù)。所以：h=X（二三）2義（三）二m液柱cc=

0故校正后為c0=*工（2）氣體通過液層的阻力氣體通過液層的阻力hl與板上清液層的高度hL及氣泡的狀況等許多因素有關(guān)，其計算方法很多，設(shè)計中常采用下式估算hl=6hL=6（h+h）式中6 充氣系數(shù)，反映板上液層的充氣程度，其值從充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖查取，通常可取6二?。hc=B（hw+how）=B二查取F0為氣相動能因子，其定義式為F=uu=V （單溢流板）00"v aA-A式中F0氣相動能因子，kgi/2（s?mi/2）;ua通過有效傳質(zhì)區(qū)的氣速，m/s;AT 塔截面積，m2計算得u= - = m/sa:三二二一—二r,三二二hL=m液柱（3）液體表面張力的阻力液體表面張力的阻力h5可由下式估算：5 L-PLgd0式中aL 液體的表面張力，射印。綜上h5=液柱故h=hc+hL+h5=Pa<故塔板壓降C=

0h=(3)2(蟹)=m液柱L0.773 879.1hl=6hL=X=m液柱h=2=4x4812*10-3=m液柱6Pgdo879x9.81x0.005hP=HL+Hi+H=++二液柱壓降△「二HpPLg=X879X=V.液面落差當(dāng)液體橫向流過塔板時，為克服板上的摩擦阻力和板上構(gòu)件位差，此即液面落差。篩板上由于沒有突起的氣體接觸構(gòu)件，故液流量范圍內(nèi)，對于DW1600mm的篩板，液面落差可忽略不計。對于液體流量很大及D22000mm的篩板，需要考慮液面落差的影響。.液沫夾帶類型：錯澆式(降液管式)鼓泡法：形成氣泡液層，氣相以分散相通過鼓泡層液相為連續(xù)相。鼓泡高度校核：液合率X=40[u(匕)]+1Pf (g\W也=40[ 1.146 (0.899)]+i(9.81義h)0.5 879lhi=3^1/3=TOC\o"1-5"\h\z由二LAip二28.196 3.633 :—二叩n1—g 義 .:879Vlp607.09 0.56x2.4,0.899w Lh=1^=0.08=m液柱fp1.266fe=5.7x10~6(—W—)=<液/kg氣v48.12x10-30.8—0.3024.漏液u0min='(0.0056+0.%-hj/p—義.(0.0056+0.13x0.08-0.0045)x8790.899=s實際篩孔氣速uo=s>uomin穩(wěn)定系數(shù)K=16456=>故無明顯漏液10.39泛Hd<<①(HT+hw)平(HT+hw)=+=hd=義(u;)2=義二液柱uo)=sHd=hd+h+hL=++=Hd<<①(HT+hw)本設(shè)計中不會發(fā)生明顯液泛。八.）吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計由于該吸收塔的總高度在10m以上，因此在設(shè)計中按照GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算設(shè)計壓力Pc=設(shè)計溫度取最高工作溫度即60℃設(shè)備材料為Q235-B焊接接頭系數(shù)Q=（雙面對接焊，局部無損探傷）鋼鐵厚度負(fù)偏差C1=腐蝕余量C2=2mm厚度附加量C=+2=下部液體存儲空間容積一般以其所存儲空間容積，一般以其所存儲的液體相當(dāng)于該塔5-15min的處理量考慮，選取下部同體體內(nèi)直徑D=8mi下部筒體的計算厚度計算6二—PD—2[o]t-PcO.3.X82X113X0.95-0.3.考慮厚度附加余量并圓整至鋼板厚度系列，取材料名義厚度Sn=16mm下部設(shè)備封頭厚度計算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其厚度為5=~~—~~= =2-仃]t牛一0.5』Pc2X113X0.95-0.5X0.2考慮厚度附加余量并圓整至鋼板厚度系列，取封頭名義厚度與同體厚度相同5n=16mm上部筒體厚度計算5=F：E- =~~__=2[（j]t（&-Pc2X113X0.95-0.3.考慮厚度附加余量以及最小厚度要求并圓整至鋼板厚度系列，取上部同名義厚