化工設(shè)計(jì)方案苯甲苯精餾塔

目錄:目錄ＴＯＣ＼o”１—3”\ｈ＼z\uHYPERＬＩNＫ\l＂＿Toｃ３6０0６2256”１?概論 ３6006２2５６\h3ＨYPERLＩNK＼l＂_Ｔoc360０６22５7”１。1?精餾塔?PＡGＥREF_Toc3600６2２5７＼h３HYPERLＩＮK\ｌ"_Ｔoc360０622５８"1.1。１。 精餾原理?PAGEＲEF_Toｃ3600６225８\ｈ３HＹPEＲLＩＮＫ\l”＿Toc3600６2259”1.2 精餾塔選擇 PＡGEＲＥF_Toc３６00６2259＼h3HYPEＲＬINＫ＼l"_Toc36006２260”1。３?苯 PAＧＥREＦ_Ｔoc３60０62２6０＼h4HYPＥＲLINK＼l＂_Tｏc360０６２261"１。4 甲苯 PＡGEＲEＦ_Tｏc３600６２2６１\h４HＹＰERLINK\ｌ"＿Toc36006２２62＂２?操作數(shù)據(jù)的計(jì)算 PAGＥREF_Ｔoｃ36006226２\h4HYPEＲＬＩNＫ\l”_Toｃ36006２２63"2.1 設(shè)計(jì)要求?PＡＧEREＦ_Toc3６0０６2263＼h４ＨＹPERLIＮK＼ｌ"_Toc3６00６2２6４"２。2 主要基本數(shù)據(jù) ＰAＧEREF＿Ｔoc３６0062264＼ｈ5HＹＰＥRLINK\l＂_Toｃ360062２65＂２．2．１ 苯和甲苯的物理性質(zhì)?PAGＥREF_Toc3600622６５\h5HYPＥRLＩNＫ2.2.4 液體粘度μL PAGERＥF＿Toc3６006２2６8\h5HYPERＬINK\ｌ”_Tｏc３6０06２269＂２。3?平衡線數(shù)據(jù)?PAGEREＦ＿Tｏｃ3600６226９＼h5HYPERLＩNK\l＂_Toc3600622７0"2.４ 操作參數(shù)設(shè)計(jì)?PAGEＲEF_Toc3600622７０\h6HYPERLINK\l＂_Toc360０6２271”2。４.１ 進(jìn)料熱狀態(tài) ＰAGEREF_Toｃ360062２7１\h6HＹPＥRLINK＼l"_Toc３６0０６227２"2.４.2?加熱方式 ＰAGERＥF_Toｃ3600６22７2\h６HＹPEＲLＩNＫ２.4。3 塔頂冷凝水的選擇 PAＧＥREF＿Toc3６０062273\h７HＹＰERLINＫ\l”_Toc３600６22７４"２。5 操作流程及流程圖 PＡＧEREF_Tｏc３６０062274\h7HＹPEＲＬＩNK\ｌ"_Toc360０６2275＂２。5.1 流程簡(jiǎn)介 PAGＥＲＥF＿Toc３60０6227５\ｈ7HＹPEＲＬIＮK＼l"_Toc３60０6２276"2.5。2?流程圖?PAGＥREF_Toc360062２76\h7ＨYPＥRＬIＮK\l＂＿Ｔｏc360062277"２.6 理論塔板數(shù)的計(jì)算與回流比的確定 PAGEREＦ＿Toc3６0０6２277\h8ＨＹPERLＩNK\l＂_Toc360０６22７8”2.６.1?物料衡算 PAＧEＲEF＿Toｃ36００622７8\ｈ8２．6.4?由Ｅxcｅl理論塔板數(shù)計(jì)算程序計(jì)算理論板數(shù)?ＰAGＥREF_Toｃ3600６2２8１＼ｈ9HYPEＲLINK＼ｌ”_Toc3６006２2８2"２．６。5?由作圖法算出理論板數(shù)NT PAＧERＥＦ_Toc３6006２28２\h１０ＨYＰERＬINＫ＼l＂＿Tｏc360062２83"３ 塔體計(jì)算?PAＧEＲEF_Ｔoc360０６2283＼h１1HYPERLINＫ\ｌ"_Ｔoｃ3600６２284＂3．1 塔體物性計(jì)算?PAＧEＲEF_Toｃ３600６228４＼h11HYPERLIＮK3.1.2 液、氣相平均密度 PAGEREＦ＿Toc３６00６2286＼h12HＹPＥRLＩNK\l＂_Toｃ3６0０６2287”３。２ 塔徑與塔高計(jì)算?PAＧEREF_Toｃ36006２28７\h1３HYPERLＩNK\l＂_Toc３6006２２88"3.2.１ 精餾段塔徑 ＰAGＥＲEF_Toc３6０06228８＼ｈ１3HＹPＥＲLIＮK\l"_Toc36006２28９＂3。２．2 提餾段塔徑 ＰＡＧERＥF_Toc３6００62２８9\h13ＨYＰERLINＫ\l”_Ｔｏc３６0062290”3.2.3 圓整后塔徑?PＡＧEREＦ_Toｃ36０062２９０\h1４HYPERＬＩNK＼ｌ＂_Tｏc3600622９1"3。2。４?填料層高度計(jì)算 PＡGERＥF_Ｔoｃ３60062291＼h14ＨYPERLINK３．3?填料塔的流體力學(xué)性能 PＡＧＥＲEF_Ｔｏc36０0６2２９２\h１４HYPEＲＬＩNK\l"_Ｔoc３60062２9３"3．３。1 壓降?PAＧEREＦ_Toc360０622９3\ｈ14ＨＹPERＬINＫ3.３。３ 精餾段噴淋密度核算?PＡＧＥREＦ_Ｔoc3６0062２９5\ｈ１5HYPERLIＮK\l”_Tｏｃ3600６22９6"3。３。4?提餾段噴淋密度核算?ＰAＧEＲＥF＿Toc3600622９６\h15HYPＥRLINK\ｌ＂＿Toc36０062２97”3．4?塔內(nèi)附件選擇 PＡＧEREF_Toc３60062297\h15HYＰEＲLINK\l”＿Toc３6０062298＂３.４．１ 液體噴淋裝置選擇?PＡＧEREF_Tｏc3600６2２98\ｈ１5HＹＰERLINＫ\l＂＿Toc3６0０622９９＂3。4．２?分布點(diǎn)密度計(jì)算 PAGEＲEＦ_Toc３60０62299\h1５HYPERLINK＼l”＿Toc3６006２300＂3．4.3 液體再分布裝置選擇 PAGEＲEＦ_Tｏc３6０0６２300\h１６HYＰERLINＫ3．4．４ 填料支撐裝置選擇 PAＧＥRＥＦ_Ｔoc36006２３0１＼h16ＨYPEＲLＩNＫ\ｌ”＿Toc3600６2３０2”3．4。5?填料壓緊裝置?PAGＥＲEF＿Toc3６00６２302\h１6HＹPEＲLIＮK＼l＂_Ｔｏc3６006２30３"３。4。6 除沫器選擇?PAＧEＲEF_Toc36006２3０３\ｈ16ＨYPＥＲLINK＼l"_Toｃ3６0062304”３。5?管道設(shè)計(jì)與選擇?PＡGEREF_Ｔoc36００6２3０４\h１７HYＰERLIＮＫ\l”＿Toc３600623０5”3.5。1 塔頂回流管管徑?６0062305\h１7ＨＹＰEＲLINK\l＂＿Toｃ36０062３０6”3。5。2 進(jìn)料管管徑 PAGＥＲEＦ_Tｏc36０062306\h17HYPERLＩNK\l”_Toｃ３6006２３07＂３．５.３ 塔頂蒸汽出口管?PＡＧEREF_Toc３600623０7＼h17ＨYＰEＲLINK\l”＿Ｔｏｃ36006２308”3．5．4 塔頂產(chǎn)品出口管 PAＧEＲＥＦ_Toc36０062３０8\h18ＨYPＥRLINＫ＼ｌ"_Tｏc3６０062309"3.5．5?塔釜出料管管徑?PAＧＥＲＥF_Tｏc36０062309\h1８HＹPEＲLINK\ｌ”＿Ｔｏｃ36０06231０”3。5。６?塔釜回流管管徑?PAGEREF_Tｏc360０623１0\ｈ18HＹPERLINK3．６?其他附件及參數(shù)?PAGEREＦ_Tｏc3６０0６23１1＼h18ＨYPEＲLINK\ｌ”_Toｃ3６006２312”3.6．１ 筒體?PAＧＥＲEF＿Tｏc３600６２312\h1８HYPERLINK\ｌ"_Tｏｃ36００62313"３．6．2?封頭 PＡＧEREF_Ｔoc３６０062３13\h１9HYPＥRLINK\l＂_Toc３600623１4”３.6．3?法蘭?PAＧERＥF＿Toc３6０062３14\h２0HYPEＲLINK\ｌ"_Toc360０62３1５＂3.6。４ 支座選型?PAGEREＦ_Toc３６0062315＼h20ＨYPＥRLIＮＫ＼ｌ"_Toc3600６２316"3.6.5?塔總高度計(jì)算?PAGEＲEＦ＿Toc３60０６231６\h２0HＹPEＲLINＫ\l＂_Ｔoc3600623１7”4 輔助設(shè)備?PＡGERＥF_Tｏc36０062317＼h２1HYPＥRLINK4．1?輔助設(shè)備及零部件的選擇 PAＧEREＦ_Toc360０62318\h21HＹPERLINK＼l”＿Tｏc360０62319"4。2?預(yù)熱器的選擇 PAGEREＦ_Ｔｏｃ3600６2319\h21HYＰERLINK\ｌ＂_Toc36006232０"4．3 進(jìn)料泵 PAGEREＦ_Toc36006232０\h2２HＹPERLINＫ＼l＂_Ｔoc36006２３21”4.４ 回流泵?PＡGEREF＿Toc３60062３２1\h2３HYPERLIＮK＼ｌ”＿Tｏc360062322＂附錄 PＡGＥREF＿Ｔoc3６0062322＼h24?概論精餾塔精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸HＹPEＲLINＫ”httｐ：//baikｅ.ｂaidu.cｏm/viｅw/39310８。htm”＼t"＿blaｎk"裝置,又稱為蒸餾塔.有ＨＹＰERＬINＫ”hｔtp://baｉke.ｂ/vieｗ/9504１７.htm"＼t”_bｌａｎk＂板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。蒸氣由塔底進(jìn)入。蒸發(fā)出的氣相與下降液進(jìn)行逆流接觸,兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn)）組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)（高沸點(diǎn)）組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底,其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達(dá)到組分分離的目的.由塔頂上升的氣相進(jìn)入HYPERＬＩNK”http：//baikｅ。baiｄ／vｉｅw/23８1１7.htm＂\ｔ”_ｂlanｋ”冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體,其中的一部分送入HYPEＲLINK"hｔtp：／/ｂａｉke．baiｄｕ.coｍ/view／2566２11。htm"\ｔ＂_bｌａnｋ"再沸器，加熱蒸發(fā)成氣相返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕?。精餾原理蒸餾的基本原理是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對(duì)揮發(fā)度，α）的特性,實(shí)現(xiàn)分離目的的HＹPＥRLIＮＫ"ｈtｔｐ:/／baｉkｅ．bａidu.ｃom／ｖiew／9515２0。hｔｍ”＼ｔ”_ｂｌanｋ＂單元操作。蒸餾按照其操作方法可分為:簡(jiǎn)單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。精餾塔選擇塔設(shè)備是化工，制藥,環(huán)保等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔.板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作.工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：(1）生產(chǎn)能力大(2）分離效率高(3)操作彈性大(4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備取材面廣等.塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，其流體力學(xué)和傳質(zhì)模型比較成熟，數(shù)據(jù)可靠。盡管與填料塔相比效率較低、通量較小、壓降較高、持液量較大，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)，因而在７0年代以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，塔板的研究一直處于領(lǐng)先地位.然而，7０年代初期出現(xiàn)的世界能源危機(jī)迫使填料塔技術(shù)在近20年來取得了長(zhǎng)足進(jìn)展.由于性能優(yōu)良的新填料相繼問世,特別是規(guī)整填料和新型塔內(nèi)件的不斷開發(fā)應(yīng)用和基礎(chǔ)理論研究的不斷深入,使填料的放大技術(shù)有了新的突破，改變了以板式塔為主的局面.在我國(guó),隨著石油化工的不斷發(fā)展,傳質(zhì)分離工程學(xué)的研究不斷深入，使填料塔技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)期，其工業(yè)應(yīng)用與發(fā)達(dá)國(guó)家并駕齊驅(qū)，進(jìn)入世界先進(jìn)行列。評(píng)價(jià)塔設(shè)備的基本性能的指標(biāo)主要有：1、產(chǎn)量和通量:前者指單位時(shí)間處理物料量，而后者指單位塔截面上的單位時(shí)間的物料處理量.2、分離效率:對(duì)板式塔是指每層塔板所能達(dá)到的分離程度。填料塔則是單位填料層高度的分離能力。3、適應(yīng)能力及操作彈性：對(duì)各種物料性質(zhì)的適應(yīng)性及在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定而保持較高分離效率的能力。４、流體阻力：氣相通過每層塔板或單位高度填料層的壓降。除上述幾項(xiàng)主要性能外,塔的造價(jià)高低、安裝、維修的難易以及長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等因素，也是必須考慮的實(shí)際問題。填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內(nèi)件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等.與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。苯苯（C6H6)有機(jī)化合物，是組成結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的芳香烴，在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，其密度小于水，具有強(qiáng)烈的芳香氣味?？扇?有毒，為ＩARC第一類致癌物。苯不溶于水,易溶于有機(jī)溶劑,本身也可作為有機(jī)溶劑。其碳與碳之間的化學(xué)鍵介于單鍵與雙鍵之間，稱大π鍵［1]，因此同時(shí)具有飽和烴取代反應(yīng)的性質(zhì)和不飽和烴加成反應(yīng)的性質(zhì)。苯的性質(zhì)是易取代，難氧化，難加成。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志之一甲苯一種芳烴，分子式C６H5CH3.存在于煤焦油和某些石油中.無色易燃液體。熔點(diǎn)-95℃,沸點(diǎn)110。6℃,相對(duì)密度０.８669(20／4℃）.不溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。膨脹系數(shù)大，凝固點(diǎn)低,可用來制造低溫溫度計(jì)。甲苯比苯更容易發(fā)生取代反應(yīng)。甲苯硝化時(shí)生成鄰和對(duì)硝基甲苯，繼續(xù)硝化生成２，4，6—三硝基甲苯(ＴNT），是一種重要的炸藥。甲苯在加熱時(shí)氯化,生成氯化芐Ｃ６H5CＨ2Ｃl,但在三氯化鐵存在下,氯化反應(yīng)在苯環(huán)上進(jìn)行，生成鄰和對(duì)氯甲苯。甲苯在催化劑存在下用空氣氧化，生成苯甲酸C6Ｈ5ＣOOＨ。在甲苯過剩的國(guó)家中,則利用甲苯的加氫去甲基生產(chǎn)苯。操作數(shù)據(jù)的計(jì)算設(shè)計(jì)要求體系：苯-甲苯精餾塔產(chǎn)量要求：14０噸/天原料液:含苯56%(w％)操作環(huán)境溫度：25℃生產(chǎn)要求:①苯塔頂濃度為98％②苯塔底濃度≤１% 主要基本數(shù)據(jù)苯和甲苯的物理性質(zhì)表格STYＬＥREF３＼s2.２。1?SEQ表格\＊AＲAＢIC\ｓ31苯和甲苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式分子量M沸點(diǎn),℃臨界溫度t0,℃比熱容苯AＣ6Ｈ678．1180.1289.21．97kJ/（kｇ·℃）甲苯BＣ６H5CH３9２．13110.6321.０１.70kJ/（kｇ·℃）苯和甲苯的密度表格STYLERＥF3\s2.2。２STＹLEREF3\ｓ２.２.2。SEQ表格\*ＡRAＢIC＼s31苯和甲苯的液相濃度溫度℃80９01001１0120苯ｋｇ/m３815。０8０3．9792。5７80．3768。９甲苯ｋg/m3810．0８０0.２790．３７80。３770。0液體表面張力σ表格SＴYＬEREF3\ｓ2.2．3.SＴYLEREF3\s２.２．3SEＱ表格＼*ARAＢＩＣ\s31液體表面張力溫度℃60801０0１２014０苯ｍN/m23.７421．2７18。8５16.4９１４．17甲苯mN/m23。9421.691９.941７。３41５．32液體粘度μL表格STYLEＲEF3\ｓ２。2。4.STYLEREＦ3\ｓ２。２。4SEQ表格\*ARAＢＩC\ｓ3１液體粘度溫度℃60８01０012014０苯ｍPas0.３８10。3０８0。2550。２150。1８4甲苯0．3730。3１10.26４0.２28０.200平衡線數(shù)據(jù)表格SＴＹLEＲEＦ3\s２．3．SＴＹＬEREF3\s2．2。4SＥQ表格\＊ARABIC\s31平衡線數(shù)據(jù)溫度℃ｘy1１0。40．00。01０8．06.013。8１06.0１0。82３．2104．0１５。8３1.9102.021．03９.9100。026．44７。39８。032.254．394。０44.6６6。8８8.066.082.984。082。492。182。091．596.480。2100。0100。0STYLEＲＥＦ３\s2.３。２苯－甲苯平衡體系操作參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，塔的操作易于控制，不受環(huán)境影響。飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動(dòng)的影響,塔的操作比較容易控制。此外,泡點(diǎn)進(jìn)料，提餾段和精餾段塔徑大致相同,在設(shè)備制造上比較方便。冷液進(jìn)塔雖可減少理論板數(shù)，使塔高降低,但精餾釜及提餾段塔徑增大，有不利之處.所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，泡點(diǎn)進(jìn)料，ｑ=１。加熱方式精餾塔的設(shè)計(jì)中多在塔底加一個(gè)再沸器以采用間接蒸汽加熱以保證塔內(nèi)有足夠的熱量供應(yīng)；由于苯—甲苯體系中，苯是輕組分由塔頂冷凝器冷凝得到，甲苯為重組分由塔底排出.所以本設(shè)計(jì)應(yīng)采用再沸器提供熱量,采用(溫度13０℃)間接水蒸汽加熱.塔頂冷凝水的選擇采用深井水，溫度t=12℃操作流程及流程圖流程簡(jiǎn)介含苯５6％（質(zhì)量分?jǐn)?shù))的苯－甲苯混合液經(jīng)過預(yù)熱器，預(yù)熱到泡點(diǎn)進(jìn)料。進(jìn)入精餾塔后分離,塔頂蒸汽冷凝后有一部分作為產(chǎn)品（含苯大于98％)，一部分回流再進(jìn)入塔中,塔底殘留液給再沸器加熱后，部分進(jìn)入塔中，部分液體作為產(chǎn)品排出塔體。流程圖ＳＴYＬEＲEF3＼s２.５。2。ＳＴYＬEＲEF3＼s２.５。2。SEQFigurｅ\＊AＲＡBＩＣ＼s31操作流程圖原料精餾塔冷凝器塔頂產(chǎn)品進(jìn)料泵預(yù)熱器塔底產(chǎn)品再沸器2理論塔板數(shù)的計(jì)算與回流比的確定物料衡算已知：進(jìn)料量組成含苯56％，處理量14０噸/天，進(jìn)料q=1設(shè)計(jì)要求：XD=98%,ｘw≤1%首先將質(zhì)量分率轉(zhuǎn)化為摩爾分率:xF＝eq＼ｆ（５6／78．11，56/7８。11+4４/９2。１3)=0.６0ＭF＝0.６０78．１1+(1—0。６０）92.13=83.72kg/kmoｌF=eｑ\ｆ（14010０0,24MF）＝6９.68kmol/hXD=ｅｑ\ｆ(０。98/7８.1１,0.9８／78.１1＋0．０2/92。1３）=0.９8Xｗ＝eｑ\f(0.0１/７8.１1,０．０1/78.11+0。99／92。13）=0．01列出下列方程：Ｆ＝D+WxFF=ｘDD+xWW即69。68=Ｄ+W６9.68×0．60=０。9８Ｄ＋0．0１W按最低要求計(jì)算匯總得:xW=0。0１W=27。3０kmol/ｈxD＝0.98D=42．３8ｋmｏl/ｈxF=0．６0F=６9.68kmol／hq線方程XＦ=0。60q=１，ｑ線方程為：X＝0．60Rｍin的確定由氣液平衡數(shù)據(jù)繪制出氣液平衡曲線圖.采用作圖法解Rmiｎ:ＳＴＹLERＥF3＼s2。６。3SＥQＦigure\＊ＡRＡＢIＣ\ｓ31Rmｉｎ的確定STYLＥREF3＼s2.6.3.SEQFｉgure\＊ARABIC\s32隨著回流比R的減小，操作線逐漸靠近平衡線,以點(diǎn)（xe,ｙｅ）表示平衡線與ｑ線的交點(diǎn)，如圖ＳTYLEREF3＼ｓ２。6.３。ＳＥQFiｇuｒe\*ARＡＢIＣ\s3２所示，回流比R降到一定程度時(shí)，兩操作線會(huì)在點(diǎn)(ｘe,yｅ)與平衡線首次相交，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比為最小回流比Rmin圖中點(diǎn)D的坐標(biāo)為(0.6０，0。7９)，點(diǎn)a的坐標(biāo)為（0．９8，０。98）,精餾段操作線斜率為ｅq\f(Rmin，Ｒmｉn＋１）=eq\ｆ(ｘD-ye,xＤ—xｅ），則Rmin＝eq\f（0．９８-０．79,0。79-0．60)＝1由Exceｌ理論塔板數(shù)計(jì)算程序計(jì)算理論板數(shù)選取回流比R＝1.1~4，由Ｅｘcel理論板數(shù)計(jì)算程序得對(duì)應(yīng)的理論板數(shù)做出圖如下：STYLEREＦ3\s2。６。4SEQＦiguｒe\＊ARAＢIＣ\ｓ3１Ｒ－N圖R的增大，理論板數(shù)減小,塔設(shè)備投資少，但氣化量大，能耗高，操作費(fèi)用大。Ｒ減小,理論板數(shù)增多,塔設(shè)備投資大,氣化量小,能耗低,操作費(fèi)用小。從理論板數(shù)與回流比的關(guān)系曲線圖中可看出,隨著回流比增大，理論板數(shù)一開始減小較快，然后逐漸趨于緩和.當(dāng)Ｒ=（1。7~2．５）時(shí),理論板數(shù)減小趨于平緩,當(dāng)Ｒ＝1．7時(shí)，ＮT＝15，R=2。5時(shí)，NT=13,綜合考慮成本及生產(chǎn)要求等取如下值:R=1。7由作圖法算出理論板數(shù)ＮT由圖可得出理論板數(shù)為ＮT＝1５

進(jìn)料板為第七塊，精餾段六塊理論板，提餾段八塊理論板（不包括再沸器)。塔體計(jì)算塔體物性計(jì)算平均分子量計(jì)算塔頂平均分子量：將XＤ=0.98帶入平衡線得到塔頂液相易揮發(fā)組成X1＝0．9５進(jìn)料板的平均分子量：塔底平均分子量:Xｗ=0。０１，帶入平衡線得Ｙｗ=0．0２精餾段平均分子量：提餾段平均分子量：液、氣相平均密度根據(jù)塔頂組成查苯—甲苯平衡體系t-x－y圖1，得塔頂溫度TD=80。5℃根據(jù)進(jìn)料板組成查苯－甲苯平衡體系t—x－ｙ圖1,得進(jìn)料板溫度TF=89℃根據(jù)塔底組成查苯-甲苯平衡體系t－x—y圖１,得塔底溫度TＷ=１10．0℃塔頂進(jìn)料塔底80.５℃89.0℃１1０．0℃苯ρ1=8１３ｋｇ/m3Ρ1=８06ｋg/m３Ρ1=７7８kg/m3甲苯ρ2=808kg／m3ρ２=８02kg/m3ρ２=780kg/ｍ3｀液相平均密度塔頂(苯）質(zhì)量百分比a1=0．9８(將X1換算成質(zhì)量分率）進(jìn)料(苯）質(zhì)量百分比a2=0.60（將Xｎ換算成質(zhì)量分率)塔底（苯）質(zhì)量百分比a3=0.01(將Xｗ換算成質(zhì)量分率）塔頂液相密度：ρLＤ=1/［ａ1/ρ１＋（1－ａ1)／ρ2］=81２。90kg/ｍ３進(jìn)料液相密度：ρLF=1/[a2/ρ1+(１－a２）/ρ2]＝８04.24kg/m３塔底液相密度：ρLW＝1/［a3／ρ1+（1－a3)/ρ2]=７７9.９8ｋg／m3精餾段的平均液相密度：ρLM＝(ρLD+ρLF）/2=80８。57kg/m3提餾段的平均液相密度:ρ’LM＝（ρLF+ρLW）/2=7９２。１1ｋg/ｍ3氣相平均密度精餾段：TvＭ＝84。７5℃mv１=PMv/RＴvM=2。7２Kg/m3提餾段:TｖM’=99。５℃mｖ2=PMｖ’/RTｖＭ’＝２．8３Kg/ｍ３塔徑與塔高計(jì)算精餾段塔徑最近規(guī)整填料得到較快，使用規(guī)整填料塔性能穩(wěn)定，氣液體再分布性能均勻,塔的分離效能高，壓力降低,能適應(yīng)較高的氣速和較低的回流比，彈性大,由于本精餾塔理論級(jí)較高，需要效率較高的填料，選５0０X塑料孔板波紋填料。.表格STYLＥREF３\s3.2．１ＳEQ表格\＊ＡRABＩC\ｓ31500X波紋板填料參數(shù)填料類型理論板數(shù)△N，１/m比表面積ａt(yī),1/ｍ空隙率ε％△P/Z,Mｐa／ｍAK5０0Ｘ塑料孔板波紋填料３500931。81０-４0.291１.563在塔頂溫度＝８0.5℃下苯的粘度為０.305ｍPas,甲苯的粘度為0。3０８mＰas在進(jìn)料溫度=8９℃下苯的粘度為0．２８2mPas，甲苯的粘度為0．2８8mPａｓlｇ(μL，D）=ＸＤ×lｇ(μＬ，苯)+（1－XD)×lｇ(μL，甲苯）μL,D=0。3０5mPａslｇ（μL,F）＝Xn×ｌg（μL，苯)+（1－Xn）×ｌｇ(μL,甲苯）μＬ，F(xiàn)=0．2８４mPas(Xn:加料板上的液相組成）液體粘度μＬ＝(μL,D+μL，Ｆ)／２＝0。295mPas計(jì)算:液相質(zhì)量流量WL=L＝RDMLＭ=1。７X４2.３8Ｘ８1.7６=５890．48kg/h氣相質(zhì)量流量WG=Ｖ＝(R+1)ＤＭVM＝2。7X42.38X７9。９3＝9146.０７ｋｇ/h帶入數(shù)據(jù)得：計(jì)算得泛點(diǎn)氣速uf=1．55ｍ／s?。酰剑?8ｕfｕ=1．24ｍ/ｓV(m3／ｈ)=eq\ｆ(D2,4)u=eｑ\f（W。Ｇ，VM)=eq\ｆ(91４6。０７，2.72Ｘ3600)(統(tǒng)一單位）D＝0。9８m提餾段塔徑在塔底溫度’=１10℃下苯的粘度為0。23３mPas，甲苯粘度為0。2５４ｍPas在進(jìn)料溫度=８9℃下苯的粘度為0.28２ｍPas，甲苯的粘度為０.2８8mPas?ｌg（μL，Ｆ）=Xn×lｇ(μL,苯)+（1-Xn)×lg(μL，甲苯）μL,F=０。2８4mPaｓ（Xn:加料板上的液相摩爾分率)lg（μＬ，Ｗ）=XW×ｌg（μL，苯）＋（1-XW）×lg（μL,甲苯)μL,W＝０.25４mPas液體粘度μL=(μL,W+μL，F(xiàn)）/２＝０．269mPas計(jì)算：液相質(zhì)量流量WＬ=L’=（Ｌ＋qF）MLM'=1２521．４9kg/h氣相質(zhì)量流量ＷG=V'=［V－（１-q)F]=９916。16kg/h計(jì)算得泛點(diǎn)氣速uf=1。3０ｍ／s一般取u＝0.8uf·ｕ=1。0４m/sV（ｍ3/ｈ）=eq＼f（D2，4）u＝ｅｑ\f(ＷG,ＶM＇）=eq＼f(9916。１6,２.83X3600）（統(tǒng)一單位）D=1.09ｍ圓整后塔徑園整后精餾段D=１.０m提餾段D=1。１m為方便計(jì)算，整體塔徑取1．2m填料層高度計(jì)算對(duì)于所選填料，每米理論塔板數(shù)為3，則ＨETP=1／3精餾段的高度Ｚ1=NTXHETP=6X1/3=2m提餾段的高度Z2=ＮTXＨETP=8X1/3＝2。6７ｍ（N提餾段包括加料板）設(shè)計(jì)精餾層高度為２．0m，提餾層高度為3.0m取填料層分段高度h=1６x1/３=5。3m故填料層無需分段。填料塔的流體力學(xué)性能壓降精餾段△P＝Ｚ精餾段×△P/Z=2。０X1。8X１0-4MPa＝3。６X１0—4MPa提餾段△P'＝Z提餾段×△P/Z=3。0X1．8X１０-４ＭＰa＝5.4Ｘ１0－４ＭPa（N提餾段包括加料板）填料層總壓降=（３.6＋5。4）ｘ１０－4MＰa=9。0x1０—４MPa△P/Z見上表泛點(diǎn)率校核由圓整好的塔徑,代入式：V（m3/ｈ）=eq\f(D２，4)u=eq\f(W?G，VM'）得?精餾段u＝0.8３m/s又uf=1．55m/ｓ泛點(diǎn)率＝ｕ／uｆ＝０.5（在合理范圍內(nèi))提餾段ｕ'=０.86m/ｓ又uf=1.3０m／s泛點(diǎn)率=u/uf=0.7(在合理范圍內(nèi)）精餾段噴淋密度核算液體噴淋量Ｌh＝eq\f（WL，。ＬM)=58９0。48/８08．5７=７。285m3/h(將L換成m3／ｈ噴淋密度:Ｕ＝eq＼f（Lh,0.785D2)=6。４4ｍ３/m2h對(duì)于５00Ｘ塑料孔板波紋填料最小噴淋密度：Uｍin＝０。2ｍ３/m2ｈ要求液體噴淋量＞最小噴淋量（若噴淋密度過小，可增加回流比，或在許可范圍內(nèi)減小塔徑,或適當(dāng)增加填料層高度予以補(bǔ)償。）噴淋量為6.44m3/ｍ2h，比最小噴淋密度大，符合工藝要求。提餾段噴淋密度核算液體噴淋量L'ｈ=125２1.4９/792．11=20。925ｍ３/h(將L’換成m3/h，Ｌ’h=WL/ρ'LＭ）噴淋密度:U’=L’h/0.７85D’2=18．５１ｍ３/ｍ2h最小噴淋密度同上:Umin=0.2m３/ｍ2h要求液體噴淋量〉最小噴淋量噴淋量為1８.51m3／ｍ2ｈ，符合工藝要求.塔內(nèi)附件選擇液體噴淋裝置選擇填料塔操作要求液體沿同一塔截面均勻分布。為使液流分布均勻,液體在塔頂?shù)某跏挤植急仨毦鶆颉Ｒ蛩綖?.２mm，在此選取直管噴孔式分布器.分布點(diǎn)密度計(jì)算該精餾塔塔徑較大，且500Ｘ塑料孔板波紋填料比表面積較大，設(shè)計(jì)中取分布點(diǎn)密度為15０點(diǎn)/ｍ２。布液點(diǎn)數(shù)為ｎ=０．78５X1。20２X1５０=１６9.5６點(diǎn)≈170點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。布液計(jì)算由L=(π/４)Ｘd02nφ（2ｇΔH）1/2取φ=0.６0,ΔH=160mm又L=WＬ/ρLM=7。２85m3／h=2.０236X10－３m3/h解得ｄ0＝３。78Ｘ10－3m設(shè)計(jì)取d0=3.8mm即管上開孔直徑為3．8ｍm液體再分布器形式與液體分布器相同，設(shè)計(jì)原則也相同。液體再分布裝置選擇液體再分布對(duì)應(yīng)填料高度H０則＝４．8mZ精=2.0ｍ,Ｚ提=3。０m因此不需要再分布器填料支撐裝置選擇散裝填料支撐裝置結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的是柵板，由豎立的扁鋼焊在鋼圈上制得.為防止在柵板處積液導(dǎo)致液泛，柵板的自由截面率應(yīng)大于50%。此外，效果較好的是具有圓形或條形升氣管的篩板式支承板,液體從板上篩孔流下,氣體通過升氣管由管壁的小孔流出,氣液分布較均勻，又因在支承裝置處逆流的氣液相各有通道，可避免因支承裝置而引起的積液現(xiàn)象.選用不銹鋼波紋板網(wǎng)支承板塔徑D/mm外板徑D1/mm板高/mm1200１1８0100填料壓緊裝置又稱填料壓板,自由放置于填料層上端,靠自身重量將填料壓緊,適用與散裝填料。壓板應(yīng)具有高的自由截面，空隙率應(yīng)大于7０％.根據(jù)塔徑，選擇絲網(wǎng)壓板，其直徑為1１80ｍm,高10０mｍ。除沫器選擇氣體從塔頂流出時(shí)，總會(huì)帶少量液滴出塔。為使氣體夾帶的液滴能重新返回塔內(nèi)，一般在塔內(nèi)液體噴淋裝置上方裝置除沫器。常用的除沫器有折流板式和填料層式。折流板式除沫器:氣體流過曲折通道時(shí),氣流中夾帶的液滴因慣性附于折流板壁,然后流回塔內(nèi)。填料層式除沫器：氣體流過填料層時(shí)，氣流中夾帶的液滴附于填料表面流回塔內(nèi)。在此選用填料層式除沫器根據(jù)塔徑選擇除沫器尺寸由表查的參數(shù):公稱直徑ＤN主要外形尺寸質(zhì)量（kg）HH1D絲網(wǎng)格柵及定距桿支承件1200１0０21012０0１。832。2７０。19１5０２60２.75２．3２0。19管道設(shè)計(jì)與選擇為減少氣液進(jìn)出塔對(duì)塔內(nèi)操作的沖擊，管徑選取按下述條件：液體流速ｕL<1m/s氣體流速ｕG<10m/s蒸汽:u=1０～30m/ｓ公式：u=V/（π／4)di2塔頂回流管管徑選用HＧ２０592-9７PN1．６ＤN１00壁厚4．０ｍm的管子由回流管管徑：,將d=100mm代入式中 解得UL=0.８m/s符合設(shè)計(jì)條件。進(jìn)料管管徑選用HG2059２—97PN1.6ＤＮ150壁厚4。5mｍ的管子由進(jìn)料管管徑:將d=150mm代入上式，解得UL＝０。1１m/ｓ，符合設(shè)計(jì)要求。塔頂蒸汽出口管選用HG2059２—９7ＰN1。6DN300壁厚８mm的管子由蒸汽出口管管徑:將d=300mm代入上式，解得u=１3。2m/s，符合設(shè)計(jì)要求。塔頂產(chǎn)品出口管選用HG2０5９２-９7PN1．6DN20壁厚3mm的管子由產(chǎn)品出口管管徑：將d=０.０２m代入上式,解得ＵL=3．6m/s，符合設(shè)計(jì)要求.塔釜出料管管徑選用HG２0５９２-９7PN1。６DN50壁厚3．5mm的管子由出料管管徑:將d=0。05m，代入上式，解得uL＝0。46m/s，符合生產(chǎn)要求。塔釜回流管管徑選用HG20５92－97PN1.6DN250壁厚8ｍm的管子則產(chǎn)品出口管管徑:將d＝０．２５0m,代入上式，解得uＬ=１９。８m／s,符合設(shè)計(jì)要求其他附件及參數(shù)筒體圓筒計(jì)算厚度,考慮到介質(zhì)對(duì)筒壁的腐蝕作用，在設(shè)計(jì)筒體所需厚度時(shí)，還應(yīng)在計(jì)算厚度的基礎(chǔ)上，增加腐蝕裕度C2。由此得到筒體的設(shè)計(jì)厚為式中ｄ—圓筒設(shè)計(jì)厚度,mm；Di－圓筒內(nèi)徑，ｍm；p-容器設(shè)計(jì)壓力，MPa；—焊接頭系數(shù)。由于p與［δ］ｔφ比很小,采用簡(jiǎn)寫式:：根據(jù)表8—6[２]，設(shè)計(jì)溫度為90℃≈1１0℃，采用碳素鋼鋼板，查得鋼號(hào)為Ｑ２35-Ｂ，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB912,在此設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為１13ＭPａ,計(jì)算壓力圓筒內(nèi)徑焊接頭系數(shù)則〈3.00mm=δminδ取3mm,則δｄ＝3＋2=5mm，在鋼號(hào)為Ａ3，鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB３274的厚度4。5~１6ｍm范圍內(nèi)。碳素鋼鋼板型號(hào)表格ＳＴYLＥREＦ3\ｓ3。6.1SＥQ表格＼＊ARＡBIC\s３１鋼號(hào)鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)厚度mm常溫強(qiáng)度指標(biāo)１５0℃下的許用應(yīng)力MPaδbMPａδsMPａQ—２35BGＢ３2７4熱軋４.5~16mm３752351１3封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭這種封頭是由半個(gè)橢圓球和一段高度為h0的圓柱形筒節(jié)構(gòu)成。公稱直徑曲面深度根據(jù)表8—１2［5],封頭直邊高度由標(biāo)表8-２7［6］選用JB/Ｔ4746—200２的封頭,類型代號(hào)EHＡ表格STYLＥREF3＼s3。6。2SEQ表格\*ARABＩC\s31公稱直徑ＤＮ(mm）總深度H(mm）內(nèi)表面積A（m２)容積V(m3)12003251.6６50．255封頭高度：法蘭由于在常壓下操作,所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭—平焊法蘭。根據(jù)表10-2［5］,由公稱壓力ＰN=0．25MPa，選擇如下參數(shù)：表格SＴYLＥＲEF3＼ｓ3.6。３.SEＱ表格\*ARABＩC\s31公稱直徑DＮmm法蘭/mm螺柱連接尺寸法蘭厚度質(zhì)量Ｋｇ規(guī)格數(shù)量DD１D2D３D４d甲型120０133０12901255124112382３４485．３Ｍ2036支座選型立式容器選耳式支座,較為經(jīng)濟(jì)。根據(jù)表1３—5[5］，耳座參數(shù):表格ＳＴYＬＥＲＥF3\s3.６。4.SEQ表格\＊ＡRABIC\s31耳座支座號(hào)支座本體允許載荷［Ｑ］/(kN）適用容器公稱直徑ＤN高度H底板筋板螺栓（孔)支座質(zhì)量/kgl1b1δ1s1l2ｂ2δ2d螺紋4６01００0~２00０2502００1４0１4７01601６0830M2411。1塔總高度計(jì)算塔的有效高度Ｚ＝Z精餾＋Z提餾+0。8=5．8m式中：Hd——塔頂空間高度（不包括封頭)，m。取1．5m。Hf——液體再分布器的空間高度，ｍ。取0。8ｍ。Ｈb——塔底空間高度，ｍ。取1.5m。n-—填料層分層數(shù)，因填料無分層,ｎ=1。Z管=0。１0ｍX2?設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表表格ＳTYLＥREＦ3＼s3。６.5SEQ表格\＊AＲABIC\ｓ31項(xiàng)目符號(hào)單位??計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段塔頂塔底進(jìn)料平均壓強(qiáng)PmkＰａ101.3101。31０１.3１01。３1０1.３平均流量氣相WLｋg／h９146．07991６.16-——液相WGkｇ/h5８90。4８1２5２1.４９5890.４8251１。3３5833。6塔板數(shù)N塊６8(不包括再沸器)——塔的有效高度ｚm2.03．０塔徑Dm1．21.２空塔氣速um/s1．２41．04塔內(nèi)壓降△pPa360５４0輔助設(shè)備輔助設(shè)備及零部件的選擇換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)：表格ＳTYＬEＲＥF３\s３.６.5?SEＱ表格\＊AＲABIC\s31換熱器名稱介質(zhì)溫度,℃進(jìn)出塔頂冷凝器殼程８０。564。5管程循環(huán)冷凝水２0.040。0塔底再沸器管程９9。211０.０殼程蒸汽1６8．0168。0預(yù)熱器管程25。０8９.0殼程蒸汽１00。０100。0預(yù)熱器的選擇Q=FMＦｃp（tｂ—tＦ)進(jìn)料溫度：tF=25℃泡點(diǎn)溫度：ｔｂ＝89.0℃F=6９.６8kmol/h查液體的比熱容圖得：cp,苯=１．97kJ/(