化工原理苯氯苯課程設(shè)計(jì)

化工原理苯氯苯課程設(shè)計(jì)化工原理課程設(shè)計(jì)題目：苯一氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)組員：陳姣燕、陳曉俊、楊艷枚、戴怡煉、黃紅日組長(zhǎng)： 戴怡煉 班級(jí)： 09制藥班學(xué)院： 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)： 制藥工程指導(dǎo)老師： 黃燕2021年5月30日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"苯-氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 2引言 3\o"CurrentDocument"一、 設(shè)計(jì)方案的確定 4\o"CurrentDocument"二、 精餾塔的物料衡算 7\o"CurrentDocument"三、 塔板數(shù)的確定 7\o"CurrentDocument"四、 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算 9\o"CurrentDocument"五、 精餾塔的工藝尺寸運(yùn)算 13六、 精餾塔的工藝尺寸運(yùn)算 14\o"CurrentDocument"七、 塔板要緊工藝尺寸的運(yùn)算 16\o"CurrentDocument"八、 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 19\o"CurrentDocument"九、 塔板負(fù)荷性能圖 21\o"CurrentDocument"十、各接管尺寸的確定 25\o"CurrentDocument"十-一、塔體設(shè)計(jì)總表 27十二、苯一氯苯精餾生產(chǎn)工藝流程圖 29\o"CurrentDocument"十三、對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論 30結(jié)論 31苯-氯苯分離過(guò)程板式精餾塔設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)對(duì)苯一氯苯分離過(guò)程篩板精餡塔裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，要緊進(jìn)行了以下工作：1、對(duì)要緊生產(chǎn)工藝流程和方案進(jìn)行了選擇和確定。2、對(duì)生產(chǎn)的要緊設(shè)備一篩板塔進(jìn)行了工藝運(yùn)算設(shè)計(jì)，其中包括：①精餡塔的物料衡算；②塔板數(shù)的確定；③精餡塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算；④精餡塔的塔體工藝尺寸運(yùn)算；⑤精餡塔塔板的要緊工藝尺寸的運(yùn)算。3、繪制了生產(chǎn)工藝流程圖和精餡塔設(shè)計(jì)條件圖。4、對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了討論和評(píng)述。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明、合理，能滿足初步生產(chǎn)工藝的需要，有一定的實(shí)踐指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：苯一氯苯；分離過(guò)程；精餡塔TheDesignofsieveplate-distillationTowerabout

theSeparatingProcessofBenzene-chlorobenzeneAbstract:AsuitofequipmentofsievedistillationcolumndeviceswhichmakeBenzeneseparatefromchlorobenzenehasbeendesigned.Themainworkcomprising:Themainprocessesandprogrammesoftheproductionhavebeenselectedanddetermined.2.Themaincontainerfillertowerhasbeendesigned,including①thebalancereckonofthesieveplatetower②thenumberofthetowerplankhasbeendeterminated③thecalculationofpropertiesofmatterdate④thesizeoftheDistillationtowerhasbeencomputed⑤Themaintraysizeofthedistillationtower.hasbeenreckoned3.Productioncraftworkflowchartanddesignconditionchartofthedistillationtowerhavebeendrawn.4.Thequestionsofthedesignprocesshavebeendiscussedandreviewed.Thedesignissimpleandreasonable,andcanmeettheneedsoftheinitialproductionprocess,acertainroleinguidingthepractice.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求一、 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.8%的氯苯9.36萬(wàn)噸，塔頂溜出液中含氯苯不得高于2%，原料液中含氯苯38%〔以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕。每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。二、 操作條件：〔1〕塔頂壓強(qiáng)4kPa〔表壓〕；〔2〕進(jìn)料熱狀況：自選〔3〕回流比：自選〔4〕塔底加熱蒸汽壓力0.5MPa〔表壓〕；〔5〕單板壓降<0.7kPa。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容〔1〕精餾塔的物料衡算；〔2〕塔板數(shù)的確定；〔3〕精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算；〔4〕精餾塔的塔體工藝尺寸運(yùn)算；〔5〕塔板要緊工藝尺寸的運(yùn)算；〔6〕塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；〔7〕塔板負(fù)荷性能圖；〔8〕精餾塔接管尺寸的運(yùn)算；〔9〕電腦繪制生產(chǎn)工藝流程圖；〔10〕手工繪制精餾塔設(shè)計(jì)條件圖；〔11〕對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。四、 設(shè)計(jì)要求〔1〕設(shè)計(jì)運(yùn)算說(shuō)明書撰寫規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)，條理清晰；〔2〕數(shù)據(jù)可靠，論證合理，有設(shè)計(jì)價(jià)值；〔3〕圖紙繪制應(yīng)符合化工制圖的標(biāo)準(zhǔn)。1、塔設(shè)備設(shè)計(jì)概述塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，他能夠使氣(或汽)或液液兩相緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設(shè)備的性能關(guān)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境愛(ài)護(hù)等各方面都有重大阻礙。塔設(shè)備中常見(jiàn)的單元操作有：精餾、吸取、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻和回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕和減濕等。最常見(jiàn)的塔設(shè)備為板式塔和填料塔兩大類。作為要緊用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備，第一必須使氣〔汽〕液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質(zhì)效率。此外，為滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求：1、生產(chǎn)能力大；2、操作穩(wěn)固，彈性大；3、流體流淌阻力??；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量少，制造和安裝容易；5、耐腐蝕和不易堵塞，操作方便，調(diào)劑和檢修容易。2、板式精餡塔設(shè)備選型及設(shè)計(jì)因?yàn)榘迨剿幚砹看?、效率高、清洗檢修方便且造價(jià)低，故工業(yè)上多采納板式塔。因而本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)板式塔。(1)、工業(yè)上常見(jiàn)的幾種的板式塔及其優(yōu)缺點(diǎn)I、 浮閥塔。在塔板開孔上方，安裝可浮動(dòng)的閥片，浮閥可隨氣體流量的變化自動(dòng)調(diào)劑開度，可幸免漏液，操作彈性大，造價(jià)低，且安裝檢修方便，但對(duì)材料的抗腐蝕性能要求高。II、 篩孔塔。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、篩板塔壓降小、液面落差也較小、生產(chǎn)能力及塔板效率都較泡罩塔高，故應(yīng)用廣泛。III、 泡罩塔。其氣體通道是升氣管和泡罩，由于升氣管高出塔板，即使在氣體負(fù)荷專門低時(shí)也可不能發(fā)生嚴(yán)峻漏液，操作彈性大，升氣管為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。但泡罩塔板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，安裝檢修不便，生產(chǎn)能力小。綜合考慮最終選擇篩孔式精餾塔。⑵、設(shè)計(jì)板式塔的要求及簡(jiǎn)易流程第一應(yīng)依照已給定的操作條件，由圖解法或解析法求得理論塔板數(shù)、選定或估算塔板效率，從而測(cè)得實(shí)際塔板數(shù)，然后對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)或運(yùn)算：I、 塔高的運(yùn)算。包括塔的主體高度、頂部與底部空間的高度，以及裙座的高度。II、 塔徑的運(yùn)算。III、 塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)。要緊是塔盤的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此多此還包括，塔的進(jìn)出口、防沖檔板、防渦器、除沫器等的設(shè)計(jì)運(yùn)算。設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)略圖流程：裝置的有關(guān)操作條件-給定的塔板設(shè)計(jì)條件-確定塔徑-溢流區(qū)的設(shè)計(jì)-氣液接觸區(qū)的設(shè)計(jì)-各項(xiàng)核對(duì)運(yùn)算。一、設(shè)計(jì)方案的確定1、 操作壓力蒸餾操作可在常壓，加壓，減壓下進(jìn)行。應(yīng)該依照處理物料的性能和設(shè)計(jì)總原那么來(lái)確定操作壓力。例如關(guān)于熱敏銳物料，可采納減壓操作。本次設(shè)計(jì)為一樣物料因此，采納常壓操作。2、 進(jìn)料狀況進(jìn)料狀態(tài)有五種：過(guò)冷液，飽和液，氣液混合物，飽和氣，過(guò)熱氣。但在實(shí)際操作中一樣將物料預(yù)熱到泡點(diǎn)或近泡點(diǎn)，才送入塔內(nèi)。如此塔的操作比較容易操縱。不受季節(jié)氣溫的阻礙，此外泡點(diǎn)進(jìn)料精餾段與提餾段的塔徑相同，在設(shè)計(jì)和制造上也叫方便。本次設(shè)計(jì)采納泡點(diǎn)進(jìn)料即q=1。3、 加熱方式蒸餾釜的加熱方式一樣采納間接加熱方式，假設(shè)塔底產(chǎn)物差不多上確實(shí)是水，而且在濃度極稀時(shí)溶液的相對(duì)揮發(fā)度較大。便能夠直截了當(dāng)采納直截了當(dāng)加熱。直截了當(dāng)蒸汽加熱的優(yōu)點(diǎn)是：能夠利用壓力較低的蒸汽加熱，在釜內(nèi)只需安裝鼓泡管，不需安裝龐大的傳熱面，如此，操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用均可節(jié)約一些，然而，直截了當(dāng)蒸汽加熱，由于蒸汽的不斷涌入，對(duì)塔底溶液起了稀釋作用，在塔底易揮發(fā)物缺失量相同的情形下。塔釜中易于揮發(fā)組分的濃度應(yīng)較低，因而塔板數(shù)略微有增加。但對(duì)有些物系。當(dāng)殘液中易揮發(fā)組分濃度低時(shí)，溶液的相對(duì)揮發(fā)度大，容易分離故所增加的塔板數(shù)并不多，現(xiàn)在采納直截了當(dāng)蒸汽加熱是合適的。4、 冷卻方式塔頂?shù)睦鋮s方式通常水冷卻，應(yīng)盡量使用循環(huán)水。假如要求的冷卻溫度較低。可考慮使用冷卻鹽水來(lái)冷卻。5、 熱能利用蒸餾過(guò)程的特性是重復(fù)進(jìn)行氣化和冷凝。因此，熱效率專門低，可采納一些改進(jìn)措施來(lái)提高熱效率。因此，依照上敘設(shè)計(jì)方案的討論及設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本設(shè)計(jì)采納常壓操作，泡點(diǎn)進(jìn)料，間接蒸汽加熱以及水冷的冷卻方式，適當(dāng)考慮熱能利用。本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯一氯苯混合物。關(guān)于二元混合物的分離，應(yīng)采納連續(xù)精餾方法，設(shè)計(jì)中采納泡點(diǎn)進(jìn)料，將混合料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升器采納全凝器冷凝后，部分回流。其余部分作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲(chǔ)罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜部分采納間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲(chǔ)罐。工藝流程圖見(jiàn)附圖。查閱得知苯和氯苯的一些性質(zhì)如下：〔 ://wenku.baidu/view/7aae7929915f804d2b16c16b.html?from=related&hasrec=1〕1.苯和氯苯的物理性質(zhì)表1.1苯和氯苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式相對(duì)分子質(zhì)量沸點(diǎn)臨界溫度/M臨界壓力/kpa苯 〔A〕C6H678.1180.1288.56833.4氯苯〔B〕C6H5Cl112.5131.8359.245202.苯一氯苯的氣液相平穩(wěn)數(shù)據(jù)

沸點(diǎn)溫度t°C苯的組成沸點(diǎn)溫度tC苯的組成液相XA氣相yA液相XA氣相yA80.02111200.1290.378900.690.9161300.01950.07231000.4470.785131.8001100.2670.613.組成飽和蒸氣壓poi表1.3苯一氯苯的組成飽和蒸氣壓溫度C8090100110120130131.8p0mmhg苯760102513501760225028402900pmmhg氯苯1482052934005437197604.液相密度p表1.4苯一氯苯的液相密度P溫度C8090100110120130p苯kg/m3817805793782770757p氯苯kg/m310391028101810089979855.液相粘度pl表1.5苯一氯苯液體粘度pl

溫度(°C)6080100120140本〔MP.S〕0.3810.3080.2550.2150.184氯本〔MP.S〕0.5150.4280.3630.3130.274、精餾塔的物料衡算1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量M苯=78.11kg/kmol氯苯的摩爾質(zhì)量1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量M苯=78.11kg/kmol氯苯的摩爾質(zhì)量M^j=112.61kg/kmol氯本0.62/78.110.62/78.11+0.38/112.610.98/78.11=0.7012、0.98/78.11+0.02/112.610.002/78.11=0.986Xw—0.002/78.11+0.998/112.61=訶3原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=0.701x78.11+(1-0.701)x112.61=88.426kg/mol=0.986x78.11+(1-0.986)x112.61=78.593kg/mol—0.003x78.11+(1-0.003)x112.61=112.507kg—0.003x3、3、物料衡算原料處理量E1.3原料處理量E1.3x1041.3x104W= — —115.548kg/molMw 112.507總物料衡算F=D+W〔總物料衡算F=D+W〔1〕易揮發(fā)組分物料衡算0.701F=0.986D+0.003W易揮發(fā)組分物料衡算0.701F=0.986D+0.003W聯(lián)立上式〔1〕、〔2〕得：D=283.069kmol/h F=398.617kmol/h三、塔板數(shù)的確定1、理論板層數(shù)N的求取

苯一氯苯屬理想物系，可采納圖解法求理論板層數(shù)依照苯一氯苯物系的氣液平穩(wěn)數(shù)據(jù)，繪出x-y，t-x-y圖1.000.950.900.850.800.750.700.650.600.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.050.000.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00圖3.1苯一氯苯的氣液平穩(wěn)x-y圖0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00〔1)、依照苯一氯苯的氣液平穩(wěn)數(shù)據(jù)作x-y圖及t-x-y圖通過(guò)氣液平穩(wěn)關(guān)系在t-x-y圖直角坐標(biāo)系中做出平穩(wěn)曲線，并在苯一氯苯的氣液平穩(wěn)x-y圖標(biāo)出c點(diǎn)M、x〕、e點(diǎn)M、x〕、a點(diǎn)M、x〕三點(diǎn)；ww FF DD〔2)、求最小回流比R.及操作回流比Rmin因飽和液體進(jìn)料，在圖中對(duì)角線上自點(diǎn)e〔0.701,0.701〕作垂線〔q線〕該線與平穩(wěn)線的交點(diǎn)坐標(biāo)為〔yq=0.918,xq=0.701〕，此即最小回流比時(shí)操作線與平穩(wěn)線的交點(diǎn)坐標(biāo)。Rmin=(xD-yd)/(yq-xq)=(0.986-0.918)/(0.918-0.701)=0.303取操作回流比：R=2Rmin=1.2x0.313=0.626〔3）、求操作線方程L=RD=0.626x283.069=177.201kmol/hV=L+D=177.201+283.069=460.270kmol/hL’=L+F=177.201+398.617=575.818kmol/hV’=V=460.270kmol/h精餾段操作線方程LD177.201 283.069,y3"vXD=E"7^x0.986y=0.385x+0.606提餾段操作線方程Lx,-匕=*1-空竺x0.003V'V'w460.27 460.270y'=1..25x'-7.53x10-4〔4)、圖解法求理論板層數(shù)采納圖解法求理論板層數(shù)，如圖3.1所示。求解結(jié)果為總理論板層數(shù)、=9.5〔包括再沸器〕進(jìn)料板位置"42、實(shí)際板層數(shù)的求取取全塔效率為45%精餡段3 一N= =6.6r7塊精0.45提餡段N提=045=14.44r15塊四、精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的運(yùn)算1、操作壓力運(yùn)算塔頂操作壓力 PD=4+101.3=105.3kpa每層塔板壓降 AP=0.7kpa進(jìn)料板壓力 PF=105.3+0.7x7=110.2kpa精餡段平均壓力 Pm=〔105.3+110.2〕/2=107.75kpa2、操作溫度運(yùn)算依照?qǐng)D可得：七=0.986,%=0.0072,「=0.684查圖可得:塔頂溫度tD=80.10C進(jìn)料板溫度：tF=89.250Ct=(tD+tF)/2=84.683、平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算塔頂平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算由xD=y1=0.986查平穩(wěn)曲線圖3.1可得x1=0.86MVDm=0.986x78.11+0.004x112.55=78.59kg/kmolMLDm=0.86x78.11+0.14x112.55=82.93kg/kmol進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算由圖解理論板yF=0.88查平穩(wěn)曲線圖3.1可得xF=0.60MVF=0.88x78.11+0.12x112.55=82.24kg/kmolMLF=0.60x78.11+0.40x112.55=91.89kg/kmol塔底平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算精餡段平均摩爾質(zhì)量MV精=〔78.59+82.24〕/2=80.42kg/kmolMl精=(82.93+91.89)/2=87.41kg/kmol4平均密度運(yùn)算〔1）、氣相平均密度運(yùn)算由理想氣體狀態(tài)方程運(yùn)算，即精餾段氣體密度：p=^^Vr=——X8°?59——=2.9kg/m3VRT8.314x(85.05+273.15)m〔2）、液相平均密度運(yùn)算 … 一1一液相平均密度依下式運(yùn)算，即一L=z號(hào)piLm查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)_有機(jī)卷P307-P308能夠得表4.1由苯-氯苯溫度密度關(guān)系表〔如下〕，可做出其液相密度圖。表4.1苯-氯苯溫度密度關(guān)系表溫度。C8090100110120130苯Pkg/m-3817805773782770757氯苯Pkg/m-31039102810181008997985做出其液相密度圖如下:11001050750700苯-氯苯的液相密度圖80100溫度°C120140圖4.1苯-氯苯溫度密度關(guān)系圖由上圖可查得；tD=80.10C時(shí)p=817kg/m3,p=1039kg/m3t=89.25。C,p=802kg/m3,p=1028kg/m3拍頂pLDm=0.98/817+0.02/1039=833?3kg'm30.60x0.60x78.11以= =0.51a0.60x78.11+0.40x112.55p= =p= =898.82kg/m3LFm0.51/802+0.49/1028因此精餾段液相的平均密度:pl=(833.3+898.82)/2=866.06kg/m35、液體平均比表面張力運(yùn)算i=1

查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)_有機(jī)卷P313-P314能夠得下表:表4.2苯-氯苯溫度表面張力關(guān)系表溫度。c020406080100120140氯苯表面張力mN/m32.830.4928.2125.9623.7521.5719.4217.32本表面張力mN/m31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.4914.17tD=80.10C,tf=900C得：ba頂=22.4,。^頂二26.9，ba進(jìn)=20.0，b^進(jìn)=22.5。q頂=0.986x22.4+(1-0.986)x26.9=22.463mN/mb=0.6x20.0+0.4x22.5=21.0mN/mm進(jìn)精餾段平均表面張力：b精餾段平均表面張力：b22.463+22.52 啟/ =22.49mN/m6、液體粘度.質(zhì)igpLm=wxjg巴i=1查化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)_有機(jī)卷P310-P311表4.3苯-氯苯溫度粘度關(guān)系表溫度c20406080100120140苯粘度mPa-s0.6380.4850.3810.3080.2550.2150.184氯苯粘度mPa-s0.750.560.440.350.280.24tD=80-10C，tf=900C，得：七頂=0.32mPa?s,上頂二。.42mPa?s，^4進(jìn)=0.30mPa-s,MB進(jìn)=0.39mPa-s，ig匕頂=0.986ig0.32+(1-0.986)xlg0.42=0.3172m尸as所以，m=0.3212m尸aslg七進(jìn)=0.601g0.3+(1-0.4)xlg0.39所以，m進(jìn)=Q.3332mPa.s精餾段平均液相粘度M?Lm精0.3212+0.33322=0.3272mPa.s五、提餾段的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)運(yùn)算1、 操作壓力運(yùn)算：進(jìn)料壓力：％=110.2KPa每層塔板壓降：AP=0.7KPa塔底操作壓力：匕=110.2+0.7x7=111.6KPa提餾段平均壓力：P=(110.2+111.6)/2=110.9KPa2、 操作溫度運(yùn)算：依據(jù)操作壓力，由苯-氯苯物系的溫度圖得：進(jìn)料板溫度：tF=89.25。C塔底溫度：t=13.100C提餾段平均溫度：t=(89.25+131.0)/2=110.1250C3、 平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算：塔底平均摩爾質(zhì)量運(yùn)算：x=0.003，得y=0.011M=0.011x78.11+(1-0.011)x112.55=112.17kg/kmolVWmM^=0.003x78.11+(1-0.003)x112.55=112.45kg/kmol提餾段平均摩爾質(zhì)量：M =(112.17+82.24)/2=97.21kg/kmolV'mM,=(112.45+91.89)/2=102.17kg/kmol4、 平均密度運(yùn)算：(1)氣相平均密度運(yùn)算由理想氣體狀態(tài)方程運(yùn)算，即pm=lio.9kpaPVmPMmPVmPMm=RT110.9x97.218.314x(110.125+273.15)=3.38kg/m3(2)液相平均密度運(yùn)算:液相平均密度按下式運(yùn)算pLmi=1由苯-氯苯溫度密度關(guān)系圖，可查得:t=89.250C時(shí)，p=802kg/m3,p=1028kg/m3t=131.00C時(shí)，p^=759kg/m3,p^=985kg/m30.002 +0.002 +0.998759+ 985=984.41kg/m3進(jìn)料板p =898.82kg/m3LFm提餾段液相的平均密度:p,=(984.41+898.82)/2=941.62kg/m3六、精餡塔的工藝尺寸運(yùn)算1、塔徑的運(yùn)算精餾塔的氣、液相體積流率為V=VMv=460.2"80.42=3命3/sS3600p 3600X2.9L=^M2=177.20皿=0.5550m3/sS3600p 3600X866.06L(p—nL(p—n(—L匕pv x( )12=0.0243.53x3600 2.911因?yàn)樗胶桶彘g距的關(guān)系如下表:表5.1塔徑和板間距關(guān)系表塔徑Dm0.3一0.50.5一0.80.8一1.61.6?2.02.0?2.4>2.4板間距ht200一300300-350350-450450?600600?800Z800圖5.1史密斯關(guān)聯(lián)圖假設(shè)取:Ht=0.5m,hL=0.06m(一樣hL0=0.050.08)Ht—hL=0.5-0.06=0.44m查上圖得:C20=0.074C=C20*(°1/20)0.2=0.075x(22.49/20)0.2=0.0758"ma廣C：R—Py=0.0758x：'866.06"ma廣C：P 2.91V取安全系數(shù)為0.7(一樣0.60.8),那么空塔氣速為：u=0.7x1.33=0.914m/sD=：4^='4X3.503=222m，在0.8m1.6m范疇，符合'普u\nx0.914 .經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)圓整后D=2.2m兀 A=—D2=3.801m2t4實(shí)際空塔氣速為H=^s=35=1.114m/sA3.801T2、精餾塔有效高度的運(yùn)算精餾段有效高度為Z=(N-1)H=(7-1)x0.5=3m精精 T提餾段有效高度為Z提=(N提-1Ht=(15-1)x0.5=7m在塔頂和塔底各開一人孔，其高度為0.8m故精餾塔的有效高度為Z=Z精+Z提+0.8=3+7+0.8=10.8m七、塔板要緊工藝尺寸的運(yùn)算1、溢流裝置的運(yùn)算因塔徑D=2.2m，可選用單溢流弓形降液管，采納凹形受液盤。各項(xiàng)運(yùn)算如下：⑴、堰長(zhǎng)lW取l=0.66D=0.66x2.2=1.69m⑵、溢流堰高度由hw=?-力郵選用平直堰，堰上液層高度,近似取E=1，那么7 2.84L： 2.84 0.005x3600 八?/h= E(-n)3= x1x( )3=0.014m-1000l1000 1.69取板上清液層高度hL=0.08m故h=0.08—0.014=0.066m⑶、弓形降液管寬度W,和截面積Af由D=0.766查以下圖得AA=0.121Wd=0.179A DT*爵*爵c>±圖6.1弓形降液管的寬度與面積A=0.121A=0.121X3.801=0.460m2W=0.179x2.2=0.394m驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)刻―3600AHt_3600x0.460x。.5_46$>*=L 0.005x3600 ' 'h故降液管設(shè)計(jì)合理〔4）、降液管底隙高度h=—L—0 3600、",0那么h= 0.005X3600=0.037mo3600X1.69X0.08h-h=0.068-0.037=0.031m>0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。.一一一、...、,選用凹形受液盤，深度hw=0.07m2、塔板布置〔1）、塔板的分塊因D=2.2m，故塔板采納分塊式。查下表得，塔板分為6塊。塔徑mm800-12001400~16001800-20002200?2400塔板分塊數(shù)3456〔2）、邊緣區(qū)寬度確定取w=w\=0.085m,w=0.050m〔3）、開孔區(qū)面積的運(yùn)算開孔區(qū)面積，即兀r2 尤、A=2(x^r2一x2+--—sin-1—)其中D 2.2 x=—-(W+W)=e一(0.394+0.085)=0.621mr=D一W=1.1-0.005=1.095m2c=2x(0.621x<0.0952-0.6212+"乂1.0952arcsin0621=2.566m180 1.095〔4）、篩孔運(yùn)算及其排列由于所處理的物系，可選用8=0.003m碳鋼板，取篩孔直徑d0=6mm，篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d=3x6=18mm篩孔數(shù)目n為^=1.155A=1.155x2.566=9147n tT^ 0.0182一… （d￥開孔率為4=0.907-0=10.1%ItJ氣體通過(guò)閥孔的氣速為u=-^= =13.62m/s04A 0.101x2.5660

八、篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1、塔板壓降〔1〕、干板阻力h運(yùn)算c干板阻力h由式IPL(u、h=IPLCkC0d0<10mm，由dj5=6/3=2查圖得C0=0.757故h=0.051x(13.62)2x(2.91)=0.0555m液柱c 0.757 866.06〔2〕、氣體通過(guò)液層的阻力h運(yùn)算l氣體通過(guò)液層的阻力h由式h廣phL運(yùn)算u=————= =1.057m/saAt-Af 3.801—0.460F0=1.057J須=1.80kgz2/(s.m』；)查圖得p=0.55故h]=PhL=Px(h+h)=0.55x(0.068+0.014)=0.0451m液柱〔3〕、液體表面張力的阻力h。運(yùn)算液體表面張力產(chǎn)生的阻力hb由下式運(yùn)算得7 4b 4x22.49x10-3b—pgd—866.06x9.81x0.006—' *l0氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度h可按下式運(yùn)算Ph=h+h+h=0.0555+0.0451+0.0018=0.102m液柱pc1b氣體通過(guò)每層塔板的壓降為：△Pp=hppLg=0.102X866.06X981=867Pa<1.1kPa〔設(shè)計(jì)承諾值〕2、液面落差關(guān)于篩板塔，液面落差專門小，且本設(shè)計(jì)的塔徑和流量均不大，故可忽略頁(yè)面落差阻礙。3、液沫夾帶液沫夾帶量由下式運(yùn)算5.7x10-6eV/U a—H-h,'T"、3.2而且hf=2.5七=2.5x0.06=0.15m5.7x10-6( u)^1bLlH-hfJ5.7x10-6(1.057I3。22.49x10-310.5—0.15j=0.004kg液/kg氣v0.1kg液/kg氣故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量ev在承諾范疇內(nèi)。4、漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速u0min可由下式運(yùn)算u.=4.4C(0.0056+0.13h-h)匕' 「V=4.4x0.757：(0.0056+0.13x0.06-0.018)866.06=6.189m/s2.91實(shí)際孔速u=13.62m/s>u.穩(wěn)固系數(shù)為K=-u^=13.62/6.189=2.2>1.5u0min故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。5、液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高H』應(yīng)服從下式關(guān)系:Hd割%+hw)苯一氯苯物系屬一樣物系，取9=0.5，那么9(Ht+hw)=0.5X(0.5+0.068)=0.284m而Hd=h+、+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰，hd可由下式運(yùn)算七=0.153〃'02=0.153x(0.08)2=0.001m液柱%=h+、+七=0.112+0.082+0.001=0.195m液柱H<^>^Ht+hw)故在本設(shè)計(jì)中可不能發(fā)生液泛現(xiàn)象。九、塔板負(fù)荷性能圖1、漏液線由%-七=0.28-1.79L2/3u =4.4C(0.0056+0.13h-h)p/p0min 0 LbLVVU=―smin

0minA0hOWVU=―smin

0minA0hOW2.841000CL、2/3E/V1 7'W'得:Vsmin=4.4C0A00.0056+0.132.84+ 1000=4.4x0.757x0.101x2.566x-0.0018^x866.062.91<0.0056+0.13x0.068+284x1xf3600-0.0018^x866.062.911000V1.69J=14.892x疽0.0142+0.061Ls；在操作范疇內(nèi)，任取幾個(gè)L值，依上式運(yùn)算出Vs，運(yùn)算結(jié)果列于表表8.1L,m3/s0.0010.00390.00480.00630.00780.02300.0575V,m3/s1.8121.8671.8801.9001.9192.0602.273由上表數(shù)據(jù)即可作漏液線12、液沫夾帶線ev—0.Mg液/炫氣為限，求V-L關(guān)系如下:5.7x10-6

e

V/u 住—H-h,'T"A3.2u— s—= s =0.299Va At-A^ 3.801-0.460s七=2.5七=2.5（、+嘰）hw—0.068hOW2.841 xlx1000(3600xLV/3=0.47L2/3氣—0.165+1.375L2/3Ht-氣—0.4-(0.17+1.175L2/3)—0.33-1.175賢5.7x10-6(°.299V 122.49x10-3"0.33-1.175L2/3)整理得V—7.15-25.45L2/33.2—0.1在操作范疇內(nèi)，任取幾個(gè)L值，依上式運(yùn)算出V值，運(yùn)算結(jié)果列于下表L，m3/s0.0010.00390.00480.00630.00780.02300.0575V，m3/s6.8966.5196.4266.2826.1295.0923.359表8.2由上表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線23、液相負(fù)荷下限線關(guān)于平直堰，取堰上液層高度 h =0.006m作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由01Wh=h=竺4Eow10002/3=0.006取E=1,那么據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線34、液相負(fù)荷上限線以。=4s作為液體在降液管中停留時(shí)刻的下限，由式9=AfH代入數(shù)據(jù)得l =AfHr=0.46*0.5=0.0575m3/sL smax Ls4s據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線45、液泛線h=§hLhL=hw+how由H=h+hh=§hLhL=hw+how聯(lián)立得吧+(p-P-1)hw=(P+1)h°w+h忽略h，將h與L,h與L,h與V的關(guān)系代入上式，并整理得C OWsdscsaV2=b—L2-d'L2/3s s s十①t0.051fp)"=EIfJb'=?H+(平一。一1)hT wc'=0.1531/(、h"d'=2.84x10-3EG+"迎°「3IlwJ0.051將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得0.051x(2.91)=0.004(0.101x2.566x0.757)2866.06

b，=0.5x0.5+(0.5-0.55-1)x0.068=0.179一0.153(1.69x0.037)2 ., — 36002d'=2.84x10-3xlx(1+0.55)x( )3=0.2701.69故V2=44.75—9783L—67.5京在操作范疇內(nèi)。任取幾個(gè)L值，依上式運(yùn)算出V值，運(yùn)算結(jié)果列于下表表8.3L，m3/s0.0010.00390.00480.00630.00780.02300.0575V,m3/s6.6386.5526.5276.4856.4425.8414.847由上表數(shù)據(jù)即可作出液泛線5依照以上各線方程，可作出篩板的負(fù)荷性能圖，如以下圖：圖8.1篩板的負(fù)荷性能圖依照以上各線方程，可作出篩板的負(fù)荷性能圖，如以下圖：圖8.1篩板的負(fù)荷性能圖V巖專>Y1=1.84277+0.0078*XY2=6.71103-0.06017*XY3=6.67021-0.03221*X在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn)A,連接OA,即即作出操作線。由上圖可看出，該篩板的操作上線為液泛操縱，下限為漏液操縱。由上圖查得V=1.815m3/s故操作彈性為V―smaxVsmin耍=3.4121.815十、各接管尺寸的確定1、進(jìn)料管進(jìn)料體積流量866.06V=獸=況61"8&426=0.0113m3/s866.06SFplmF取適宜的輸送速度Uf=2.0m/s，故:旬U=0.085m經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8163-87)，〔化工原理上冊(cè)P357)規(guī)格^95x5mm實(shí)際管內(nèi)流速：u=4x0.0113=1.99m/sf兀x00.08522、釜?dú)堃撼隽瞎芨獨(dú)堃旱捏w積流量:941.62V="=115.48x112.507=0.0038m3/hSWpM941.62取適宜的輸送速度u^=1m/s，那么d=.諭計(jì) 兀：4x0.0038 =0.070m經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8163-87),規(guī)格：^76x3mm實(shí)際管內(nèi)流速：u=~=1.0m/sw兀x0.0723、回流液管回流液體積流量V=LMldmSLpLm精1770.201x82.92 =16.966m3/h=0.0047m3/s866.06利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度匕=0.5m/s，那么，4x0.0047sc=0.109m0.5兀經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：^121x6mm實(shí)際管內(nèi)流速：u=4x°.W=0.5m/s

w兀x0.10924、塔頂上升蒸汽管塔頂上升蒸汽的體積流量:V=VMvdm=460.27x82.93=13116.9m3/h=3.64m3/ssvpVm精2.91取適宜速度u=20m/s，那么V,'4x3.64八…=0.418m經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(GB8163-87)，規(guī)格：^500x9.5mm實(shí)際管內(nèi)流速：u=—-~'.。^_=