苯- 甲苯二元物系浮閥精餾塔的設(shè)計(jì)論文

1、吉林化工學(xué)院作者:日期:吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)題目 苯-甲苯二元物系浮閥精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)教學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院專業(yè)班級安全工程0 9 01班學(xué)生姓名 藺歡歡學(xué)生學(xué)號 09360125指導(dǎo)教師王衛(wèi)東老師2 0 1 1年6月27日目錄化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 ？昔誤！未定義書簽。摘 要 錯(cuò)誤！未定義書簽。緒論？昔誤！未定義書簽。第一章精儲(chǔ)塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算？昔誤！未定義書簽。1. 1精微塔全塔物料衡算 ？昔誤！未定義書簽。1.1.1已知條件 錯(cuò)誤！未定義書簽。1. 1 .2物料衡算？昔誤！未定義書簽。1.2板數(shù)的確定？音誤！未定義書簽。1 .2. 1溫度？昔誤！未定義書簽。1 .2.2相對揮發(fā)度的計(jì)算

2、？音誤！未定義書簽。1.2.3 最小回流比的確定 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2.4 求精微塔氣液相負(fù)荷？昔誤！未定義書簽。1.2. 5操作線方程的確定 錯(cuò)誤！未定義書簽。1. 2. 6精儲(chǔ)塔理論塔板數(shù)及理論加料位置 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2. 7實(shí)際板數(shù)的計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。1. 3工藝條件的計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.3 . 1操作壓強(qiáng) p12?1.4 物性數(shù)據(jù)計(jì)算？音誤！未定義書簽。1.4.1 4. 1平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 ？昔誤！未定義書簽。1. 4 .2平均密度 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.4.3 液體表面張力？昔誤！未定義書簽。1.4.4 液體粘度？音誤！未定義書簽。第二章精福段塔和塔板主要工

3、藝尺寸計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。2. 1.氣液負(fù)荷和塔徑 d的計(jì)算？昔誤！未定義書簽。2.4 1精微段氣液負(fù)荷計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1 .2提微段氣液負(fù)荷計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.2 . 3 空塔氣速 錯(cuò)誤！未定義書簽。2. 1 .4精儲(chǔ)塔有效高度的計(jì)算 ？音誤！未定義書簽。2 . 2溢流裝置？音誤！未定義書簽。2.1.1 計(jì)算出口堰（外堰）高、 182.1.2 降液管底隙高度h0的確定 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1.3 浮閥數(shù)目、浮閥排列及塔板布置？音誤！未定義書簽。第三章塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 ？昔誤！未定義書簽。3.1氣相通過浮閥塔板的靜壓頭降h f 21?2.1.4 . 1計(jì)算干板靜壓頭降

4、hc 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.1.5 降液管中清夜層高度 hd 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 1.3計(jì)算霧沫夾帶量 ev 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 2.塔板負(fù)荷性能圖24?錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2 . 1霧沫夾帶線3 .2 . 2液泛線 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.3 液相負(fù)荷上限線 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.4 漏液線 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.5 液相負(fù)荷下限線 錯(cuò)誤！未定義書簽。3 .2 . 6塔板負(fù)荷性能圖？昔誤！未定義書簽。3.2.7小結(jié) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 3相關(guān)介質(zhì)選擇及熱量衡算 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 3 .1加熱介質(zhì)的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。4. 3. 2冷凝劑？昔誤！未定義書簽。5

5、. 3 .3熱量衡算？音誤！未定義書簽。3. 4 .輔助設(shè)備？昔誤！未定義書簽。3 .4 . 1冷凝器的選型？昔誤！未定義書簽。3.4.2再沸器的選型 錯(cuò)誤！未定義書簽。3. 5.塔附件設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.5 .1接管？音誤！未定義書簽。3.5 . 2筒體與封頭？昔誤！未定義書簽。3.5. 3塔總體高度的設(shè)計(jì) ？昔誤！未定義書簽。第四章主要計(jì)算結(jié)果列表36?4 .1浮閥塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表 錯(cuò)誤！未定義書簽。4. 2浮閥塔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表 ？昔誤！未定義書簽。4. 3主要符號說明 錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)？昔誤！未定義書簽。致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)任務(wù)書一 設(shè)計(jì)題目：苯

6、-甲苯連續(xù)浮閥式精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)二任務(wù)要求設(shè)計(jì)一連續(xù)篩板浮閥式精儲(chǔ)塔以分離苯和甲苯，具體工藝參數(shù)如下： 嫄料加料量 f= 1 0 0kmol/h砧料組成xf 0.45儲(chǔ)出液組成xd 0.97釜液組成xw 0.03?塔頂壓力p 101.325kpa單板壓降0.7kpa進(jìn)料狀態(tài) q 0.972 工藝操作條件：常壓精儲(chǔ)，塔頂全凝器，塔底間接加熱，泡點(diǎn)回流。三主要設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說明2、工藝計(jì)算3、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計(jì)(1 )塔徑及塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定(2)塔板的流體力學(xué)校核(3 )塔板的負(fù)荷性能圖(4 )總塔高4、輔助設(shè)備選型與計(jì)算設(shè)計(jì)結(jié)果匯總5、工藝流程圖及精儲(chǔ)塔設(shè)備條件圖本次的設(shè)計(jì)采用

7、的精儲(chǔ)塔是浮閥塔， 浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。 化工生 產(chǎn)常需進(jìn)行液體混合物的分離以達(dá)到提純或回收有用組分的目的，精儲(chǔ)是一種最常用的分離方法，它依據(jù)多次部分汽化、多次部分冷凝的原理來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度分離。本次 設(shè)計(jì)針對苯甲苯二元物系的精儲(chǔ)問題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的精儲(chǔ)設(shè) 計(jì)過程。在本次化工原理課程設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)出了苯一甲苯的分離設(shè)備精儲(chǔ)塔。進(jìn)料摩爾 分?jǐn)?shù)為0 .4 5的苯一甲苯溶液，使塔頂產(chǎn)品苯的摩爾含量達(dá)到 97%塔底釜液摩爾分?jǐn)?shù)為 3%采用浮閥式精儲(chǔ)塔，塔高18.39米，塔徑1.4米，按圖解法計(jì)算理論板數(shù)為14塊。 算得全塔效率為0.542。塔頂使用全凝器，泡點(diǎn)回流。

8、精儲(chǔ)段實(shí)際板數(shù)為12塊，提儲(chǔ)段 實(shí)際板數(shù)為15塊，實(shí)際加料位置在第13塊板（從上往下數(shù)），精微段操作彈性為3. 4 9,提儲(chǔ)段操作彈性為3. 24。通過板壓降、漏液、液泛、霧沫夾帶的流體力學(xué)驗(yàn)算，均 在安全操作范圍內(nèi)。塔的附屬設(shè)備中，所有管線均采用無縫鋼管。冷凝器采用浮頭式換熱器。加熱介質(zhì)采 用1 40 c飽和蒸汽。關(guān)鍵字：苯一甲苯；浮閥；負(fù)荷性能圖緒論1.精儲(chǔ)原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，其中大部分是均相混合物。生產(chǎn)中為滿足要求，需將混合物分離成較純的物質(zhì)。精儲(chǔ)是分離液體混合物(含可液化的氣體混合物)最常用的一種單元操作，在化工、 煉油、

9、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。它是連續(xù)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過程， 是可以讓混合液體得到較為充分分離的連續(xù)操作。精儲(chǔ)有不同的分類方法，如：按操作 壓力可分為常壓、加壓和減壓精儲(chǔ)，按分離混合液體中的組分的數(shù)目可分為雙組分和多 組分精儲(chǔ)。工業(yè)生產(chǎn)中以多組分精儲(chǔ)較常見 ，但多組分精儲(chǔ)與雙組分精儲(chǔ)的基本原理、 計(jì)算方法等無本質(zhì)區(qū)別。本次設(shè)計(jì)的是雙組分常壓精儲(chǔ)。2精儲(chǔ)操作對塔設(shè)備的要求精儲(chǔ)所進(jìn)行的是氣(汽)、液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)、液兩相傳質(zhì)所用的塔 設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)、液兩相得到充分的接觸，以達(dá)到較高的傳質(zhì)效率。但是， 為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求

10、：(1 )氣(汽)、液處理量大，即生產(chǎn)能力大時(shí)，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。(2)操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)、液負(fù)荷有較大范圍的變動(dòng)時(shí)，仍能 在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。(3)流體流動(dòng)的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗， 從而降低操作費(fèi)用。對于減壓精儲(chǔ)操作，過大的壓力降還將使整個(gè)系統(tǒng)無法維持必要的 真空度，最終破壞物系的操作。(4)結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。(6)塔內(nèi)的滯留量要小。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要

11、求，不同的塔型各有某些獨(dú) 特的優(yōu)點(diǎn)。因此我們要根據(jù)不同的因素選擇不同的塔型。3常用板式塔類型與本設(shè)計(jì)的選型及其優(yōu)點(diǎn)氣-液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精儲(chǔ)操作既可采用板式塔，也可采 用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣-液傳質(zhì)設(shè)備，具種類繁多，根據(jù)塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮 動(dòng)噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔。 其后,特別是在二十世紀(jì)五十年代以后，隨著 石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如s型板、浮閥塔板、多 降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動(dòng)噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外 實(shí)際

12、使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。 本設(shè)計(jì)選取的是浮閥式精儲(chǔ)塔。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進(jìn)是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動(dòng)的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn) 定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造 價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精儲(chǔ)、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從 200 m m到64 0 0 mm，使用效果均 較好。國外浮閥塔徑，大者可達(dá)10 m,塔高可達(dá)80m,板數(shù)有的多達(dá)數(shù)百塊。浮閥塔之所 以這樣廣泛地

13、被采用，是因?yàn)樗哂邢铝刑攸c(diǎn)：(1 )處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加204 0 %,而接近于篩板塔。(2)操作彈性大，一般約為59,比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。(3)塔板效率高，比泡罩塔高15批右。(4)壓強(qiáng)小，在常壓塔中每塊板的壓強(qiáng)降一般為400660n/m2(5)液面梯度小。(6 )使用周期長。粘度稍大以及有一股聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。(7)結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費(fèi)為泡罩塔板的60%80%為篩板塔的1 2 0%13 0%4本設(shè)計(jì)所選塔的特性本設(shè)計(jì)處理能力大，每小時(shí)可處理混合物 75 kmol;結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制 造和安裝容易；操作穩(wěn)定，彈性較大；而且液泛線較

14、高可有效減小液泛對操作的影響；流 體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動(dòng)力消耗，從而降低操作費(fèi)用；氣體在塔盤板上 以水平方向吹出，氣液接觸時(shí)間長，霧沫夾帶量少，液面落差也較小等一系列優(yōu)點(diǎn)。第一章精儲(chǔ)塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯-甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精儲(chǔ)流程。 設(shè)計(jì)中采用過冷液進(jìn)料，將原料也通過預(yù)熱器加熱至溫度后送入精儲(chǔ)塔內(nèi)。塔頂上升蒸 氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)鏟平冷卻后送至儲(chǔ) 罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的 2倍。塔釜 采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。斌*1 ；.用圖1 1精微流程圖

15、1.1 精儲(chǔ)塔全塔物料衡算1.1.1 已知條件苯的摩爾質(zhì)量 ma= 7 8.1 1 kg/kmol;甲苯的摩爾質(zhì)量m b =9 2.13kg/ kmo l進(jìn)料組成xf =0. 4 5分離要求:塔頂儲(chǔ)出液xd =0.97塔底儲(chǔ)出液xw =0.031.1.2 物料衡算 f =d+wfxf = dxd +wwd+w= 100100 0.45 d 0.97 w 0.03=d=44.6 8kmo 1 / h飛=55.32km o 1 /h1. 2板數(shù)的確定1 .2 . 1溫度表1 -1 苯一甲苯(101. 3kpa)的t-x-y 相平衡數(shù)據(jù)1苯摩爾分?jǐn)?shù)溫度c苯摩爾分?jǐn)?shù)溫度c液相氣相液相氣相0.00.01

16、10.60.5920.78989. 40 . 0 880.2121 0 6.10 .7000 .8 5 38 6 .80. 2 000.3 7 0102. 20.8030.91484.40 .3000.5009 8.60. 9 030 . 95 78 2.30 . 3 970 .6 1 895. 20. 9 500. 9 798 1.20 .48 90. 71 09 2. 11.0 01 . 0080.2由表可知xw 0.03對應(yīng)的溫度tw = 1 09co同理 tf =93.4c柒,c1211本：log pa6.031由它們的安托因方程2t 220.8甲苯：logp； 6.08- 1345t

17、 219.50又 x_p_pb 0 97乂 xd po- po 0.97假設(shè)一個(gè)泡點(diǎn)t,代入上式檢驗(yàn)，可知只有t=8 0 .6 3 c時(shí)，算出的xd0. 97,所以塔頂?shù)臏囟萾d =80.63 co則精儲(chǔ)段平均溫度：tm193.4 80.6387.02則提儲(chǔ)段平均溫度：t m2tf tw293.4 1092101 .2 c1.2 . 2相對揮發(fā)度的計(jì)算*苯-甲苯的飽和蒸汽壓可用anto 1log pne方程求算，即：求得數(shù)據(jù)列于表2 -1表1- 2t (c)8051 1 0一*一 、papa)1 01 .172.546169136. 3 338157 .14281 80.3277206. 0

18、61234.5188* ,、pbpa)39 . 742 .54616955.4 9 8486 5 .0 68457 5.9097188.137721 0 1 .8 7 27pa/pb2.54616 92. 500 1872.4565322.4150392 .375 5552. 3379432.3 0 20 78注：表中苯以a表示；甲苯以b表示。參見文獻(xiàn)（4）中5 3頁相對揮發(fā)度的計(jì)算方法，結(jié)合表2 1數(shù)據(jù)，在全塔溫度操作范圍內(nèi)，求出塔頂和塔底的平均相對揮發(fā)度7 =7 2.552.50 2.462.302 .420.450.03聯(lián)立得ye0.660.44則平均相對揮發(fā)度為：2.42 .1.2.3

19、最小回流比的確定氣液相平衡方程為ynxn1)42.42 xn1 1.42xnq 0.97則q線方程為yeqvxfq 10.97xe0.03取操作回流比為1 .2.4求精儲(chǔ)塔氣液相負(fù)荷精微段：l rd2.82 44.68提儲(chǔ)段：l lvrmin2rminxd yeye xe2 1.41126.00kmol/h0.97 0.66 1.410.66 0.442.82(r 1)d 3.82 44.68 170.68kmol/hq f 126.00v (q 1)*f1. 2.5操作線方程的確定0.97 100 223kmol /h170.68 0.03* 100 167.68kmol/h精微段操作線方程

20、：xdr 1yn1 0.7382xn 0.2539提儲(chǔ)段操作線方程：ynlwxnxwvv得:yn1.33xn 0.0099.(4)解(3) (4)得：yf0.56xf 0.4121.2. 6精儲(chǔ)塔理論塔板數(shù)及理論加料位置由圖可知，該精儲(chǔ)塔共十四塊板，精儲(chǔ)六塊，提留八塊，從第七塊板加料1.2 . 7實(shí)際板數(shù)的計(jì)算由于 tw =109 c, td =80. 6 3c則定性溫度 t=td tw 109 80.63 94.82 c 22表1-3 苯、甲苯的粘度3溫度c01 2 0聚m pas0.6380 .4 8 50. 3810.3080 .2550.215甲苯mpas0. 7 580. 5 80.

21、4 5 90.3730.3 1 10. 2 640.228查得 a 0.269mpa s b 0.276mpa s aabaxf a (1 xf) b 0.45 0.269 (1 0.45) 0.276 0.273mpa s由經(jīng)驗(yàn)式 et0.49(然獷0.245_0 245_et0.49 (2.42 0.273) .0.542(3 )實(shí)際板數(shù)nt的求取精儲(chǔ)段實(shí)際板數(shù)6nt 11.07 120.542提儲(chǔ)段實(shí)際板數(shù)nt8 14.76 15 (包括塔釜)0.5421 .3 工藝條件的計(jì)算1. 3.1操作壓強(qiáng)p取每層塔板壓降為p=0.7kpa,則塔頂壓強(qiáng)pd101.3kpa進(jìn)料板壓強(qiáng)101.3 12

22、0.7 109.7kpa塔底壓強(qiáng)pw101.3 270.7 120.2kpa精微段平均操作壓強(qiáng)：pm1 (101.3 109.7) 105.5kpa2提儲(chǔ)段平均操作壓強(qiáng)：pm2(109.7儂.7) 114.95kpa21.4物性數(shù)據(jù)計(jì)算1.4.1 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算(1)塔頂y1 xd0.97, x1 0.9301mvd 0.97 78.11 (1 0.97) 92.13 78.53kg mol 1mld 0.903 78.11 (1 0.903) 92.13 79.47kg mol(2)進(jìn)料板y7 0.581 x7 0.3641mvd0.581 78.11 (1 0.581) 92.13 83

23、.98kg mol 1m ld0.364 78.11 (1 0.364) 92.13 87.03kg mol(3)塔底yi40.062xl40.03m vd0.062 78.11(110.062) 92.13 91.26kg mol 1mld0.03 78.11(110.03) 92.13 97.71kg mol 1(4)精儲(chǔ)段平均分子量:氣相：mv1 ml1 液相：78.53 83.9881.267947 80.03 79.752(5)提儲(chǔ)段平均分子量氣相：mv283.98 91.26287.62液相：m l287.03 97.7192.371 .4.2平均密度(1 )氣相密度 vm精微段平

24、均液相密度:mv1pm1 mv1r tm1提儲(chǔ)段平均液相密度：pm2 mv2mv2r tm2lm105.5 81.262.868.314 (273.15 87.02)114.95 87.623.248.314 (273.15 101.02)(2)液相密度表1 -4 苯、甲苯的密度3溫度c0120苯 k g /m 3-87 7 . 48 5 7.3836.6815 .0792.5767.9甲苯kg/m885.6867.0848 .28 29.381 0 . 079 0 . 37 70 .0由式.lmla lb可求相應(yīng)的液相密度。塔頂：td 80.63 c由文獻(xiàn)查得la 814.3kg m3 lb

25、 809.4 kg m 3質(zhì)量分率0.97 78.11a da0.97 78.11 0.03 92.130.965db 1 0.965 0.03513814.1kg/m (0.965/814.3 0.035/809.4)進(jìn)料板：tf93.4 c由文獻(xiàn)查得la 799.9kg m 3 lb 796.8kg質(zhì)量分率為：afa0.45 旭11 0.4100.45 78.11 0.55 92.13fb 1 0.410 0.59013f 798.1kg/m3(0.410/799.9 0.590/796.8)對于塔底：tw109 c 由文獻(xiàn)查得 la_3781.4 kg mlb781.2 kg質(zhì)量分率為:

26、awa0.030.03 78.1178.11 0.97 92.130.032精微段平均液相密度:wb 10.032 0.968(0.032/781.43781.2 kg/m 0.968/781.2)l1814.1 798.1806.1kg m提儲(chǔ)段平均液相密度：l2781.2 798.1 789.7 kg21.4. 3液體表面張力溫度c01 20苯 mn/m31.6028.802 6.2523.7421.271 8. 816. 49-5苯、甲苯的表面張力3 表15甲苯m n/m30.8 928.5426.2223.9 421.6919.4917.3 4nrxm人iii 1db 21.62mn

27、m(1)塔頂：td 80.63 c由文獻(xiàn)查得da 21.19mn m0.97 21.19 0.0321.6221.20mn m 1(2)進(jìn)料板：tf93.4 c 由文獻(xiàn)查得 fa 19.65mn mfb 20.22mn mf 0.45 19.65 0.55 20.22 19.96mn m(3)塔底：tw 109 c由文獻(xiàn)查得wa 17.79mn mwb 18.52mn m 10.03 17.79 0.97 18.5218.50mn(4)精儲(chǔ)段平均表面張力:l121.20 19.96220.58mn m提儲(chǔ)段平均表面張力:l218.52 19.96219.24mn m1.4.4液體粘度nlg l

28、m x lg ii 1表1 6 苯、甲苯的粘度溫度c0120聚 m pa s-0. 6 3 80 .4850.3810 .3080.25 50 . 215甲苯mpas0. 7 580.580 .4 5 90.3 7 30.3110. 2640 . 228(1 )塔頂 td 80.63 c 由文獻(xiàn)查得 da 0.306mpa s db 0.310mpa slg d0.97 lg 0.306 0.03 lg 0.3100.306mpa s(2)進(jìn)料板：tf93.4 c由文獻(xiàn)查得fa 0.272mpa sfb o280mpa slg f 0.45 lg 0.2720.55 1g 0.280f 0.2

29、76mpa s塔底：tw 109c 由文獻(xiàn)查得 wa0.237mpa s wb0.248mpa slg w0.031g 0.2370.97 1g 0.248w 0.248mpa s(4 )精儲(chǔ)段平均液相粘度l10.306 0.2760.291mpa s 1提儲(chǔ)段平均液相粘度:l20.248 0.27610.262mpa s第二章精微段塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算2. 1.氣液負(fù)荷和塔徑d的計(jì)算之前計(jì)算的數(shù)值可直接代用2.1.1 精微段氣液負(fù)荷計(jì)算v=170.68 kmol/h,l=1 2 6 kmol/hv mvi3600v1170.68 81.263600 2.861.347m2 3/sl ml

30、13600 l1126 79.753600 806.1333.46 10 m /sel.v.1livi0.5l1v13.46 10 31.3470.5806.12.860.0432.1.2 提儲(chǔ)段氣液負(fù)荷計(jì)算v2v mv2167.68 87.6231.260m /s3600 v23600 3.24l2l ml2223 92.377.25 10 初選所設(shè)計(jì)的精儲(chǔ)塔為中型塔，采用單流型塔板.板間距ht= 4 50m m取板上液層高度h l=0. 0 6m則：ht-h l = 0. 39 mm3/s3600 l23600 789.7v 167.68kmol/hl 223.0kmol/h查c 20=0

31、. 0 84依式1-47校正物系表面張力l 20.77mn/m校正表面張力c 精儲(chǔ)段c20(岔產(chǎn) 0.084 (智產(chǎn) 0.0846最大孔塔氣速u maxl - v806.1 -2.86c 1 0.0846 * 1.418m/s v2.86取安全系數(shù)為0. 7,則空塔速度 u 0.7umax 0.7 1.418 0.99m/s則 塔徑：d =4v1, 3.14u1.32m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓正整后為1.4m同理，提留段塔涇d=1.4matd2塔截面積為41.42精儲(chǔ)段實(shí)際空塔氣速為提儲(chǔ)段實(shí)際空塔氣速為2 . 1. 4精儲(chǔ)塔有效高度的計(jì)算精福段有效高度為z精（n精-1 ）提福段有效高度為z提（n提-1

32、 ）21.54m1.26/1.54 0.82m/s1.347/1.540.87m/s在進(jìn)料板上方開一個(gè)小孔，其高度為htht故精福塔的有效高度為z z精z提2. 2溢流裝置(12(150.8m0.81)1)0.45 4.95m0.45 6.3m4.95 6.3 0.8 12.05m因塔徑d=1 . 4m ,可選用單溢流弓形降液管,不設(shè)進(jìn)口堰。2 .2 . 1計(jì)算出口堰（外堰）高h(yuǎn)w堰長 lw=0. 8 d = 0 . 8 1.4=1.12 m 2 84米用平直堰，堰上液層高度可由式 限 *4e1000l .3- 計(jì)算出，近似取e=1 o lw前已取板上液層高度h l= 0 . 0 6m卜 2.

33、84 d /how 1 (精微段:液相流量 10003600 0.00346 x23)1.120.0140m故出口堰高度hwhlhow 0.06 0.0140 0.046 mhow提儲(chǔ)段：液相流量2.8410003600 0.007251.12)23 0.0232 m故出口堰高度hlhow0.060.0232 0.037 m0.15wd d0.2計(jì)算方形降液管寬度w和面積afl 1 12-0.8a因?yàn)閐 1.4 查文獻(xiàn)以由圖得afat一，2 _已知 af1. 5 4 m,d=1.4m2降液管面積 af 0.15 1.54 0.231m降液管寬度wd0.2 1.4 0.28m精儲(chǔ)段液體在降液管中

34、停留時(shí)間為提儲(chǔ)段液體在降液管中停留時(shí)間為af htl20.231 0.4514.34s0.00725af ht 0.231 0.45西30.04sl10.00346停留時(shí)間r5 s合乎要求。故降液管尺寸合理,可用2 .2 . 2降液管底隙高度h0的確定由公式h0l s /日一行:l w u 0hi精福段l10.00346lw u01.12 0.140.022m hw n0.0460.022 0.024m 0.006mhh提留段l20.00725lw u01.12 0.140.046m hw hh0.0460.037 0.009m 0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。2.2.3浮閥數(shù)目、浮閥排

35、列及塔板布置因d 800mm所以塔板采用分塊式，分為4塊。查自文獻(xiàn)9。選取閥孔動(dòng)能因子f=12，由fo=u0v可求閥孔氣速u。f 012c cr ，u0 - - - - 7.10m/suo6.67m/s精儲(chǔ)v2.86提儲(chǔ).精儲(chǔ)每層塔板浮閥數(shù)目douo41.347z20.250.0397.10150提儲(chǔ)每層塔板浮閥數(shù)目:vsd0u040.251.262 一 -0.039 6.67158現(xiàn)取邊緣區(qū)寬度wc=0. 0 5m安定區(qū)寬度ws=0. 0 85m按式 ap 2 x r2 x2r2sin 1x可算塔板上鼓跑區(qū)（有效區(qū)）面積 180 rd ,、 1.4 ,x y -(wd ws) - (0.24

36、 0.085) 0.375md1.4 八ap2則0.375 . 0.652 0.3752180s65黑0.916m2r -wc-0.05 0.65m閥孔排列采用正三角形叉排方式，則，同一橫排間距精偏1.155aa0.082t提儲(chǔ)1.155aan0.084m取t=0. 08 m,正三角形叉排方式作圖，實(shí)排閥孔數(shù)1 6 6個(gè)，與預(yù)選動(dòng)能因子f0=1 2 計(jì)算出的閥孔數(shù)1 50、15 8相差甚小。按閥孔實(shí)排數(shù)n =166個(gè)。重新核算氣速及閥孔動(dòng)能因子:精儲(chǔ) f0u0d w6.80,2.86 11.50提儲(chǔ) u0 . l 6.36 3.24 11.45m/suo2 * *2 6.36m/s0.25 3

37、.14 (0.039)166由于閥孔實(shí)排數(shù)與原計(jì)算數(shù)相差不大，所以閥孔動(dòng)能因子變化不大，仍在9 1 3的合理范圍內(nèi)，故此閥孔實(shí)排數(shù)適用精福082 100% 12.01% u0 6.80提福迫 100% 13.68% u0 6.36此開孔率均在1 0%- 14%的范圍內(nèi)，所以這樣開孔是合理的第三章塔板流體力學(xué)驗(yàn)算3. 1氣相通過浮閥塔板的靜壓頭降h f每層塔板靜壓頭降可按式hf昆hl h計(jì)算：3. 1.1計(jì)算干板靜壓頭降h c(1)由式uoc 1.825 73/可計(jì)算臨界閥孔氣速uoc,即 pv73.1uoc 1.825-5.91m/s精儲(chǔ)：，2.86uoc1.825 73.15.52m/s提儲(chǔ)

38、：3.24因u0 u0c,查文獻(xiàn)7可用hc5.34hc 5.34 -vu0- 5.342.86 710.049m精儲(chǔ)：2 lg2 806.1 9.8122hc5.34 -vu0- 5.34 . 0.045m提儲(chǔ)：2 lg2 789.7 9.81(2)塔板上層靜壓頭降hi查文獻(xiàn)7由于所分離的苯和甲苯混合液為碳?xì)浠衔铮扇〕錃庀禂?shù)0 0.5已知板上液層高度 hl0.06m所以依式hl 0 hl 0.5 0.06 0.03m計(jì)算液體表面張力所造成的靜壓頭降上由于采用浮閥塔板，克服鼓泡時(shí)液體表面張力的阻力很小，所以可忽略不計(jì)。這樣，氣體 流徑一層，浮閥塔板的靜壓頭降hf為精儲(chǔ)：hf hc hl hf

39、f 0.049 0.03 0 0.079 m換算成單板壓降pf hf lg 0.079 806.1 9.81 624.72pa提儲(chǔ)：hfhch| hff 0.045 0.03 0 0.075m換算成單板壓降pfhf l g 0.075 789.7 9.81 581.02pa提儲(chǔ) ls 0.00725m3/s,lw 1.12m,h00.046mshd 0.15320.007251.12 0.0460.00303m由于浮閥塔板上液面落差 h很小,所以可忽略。則精謂hd hf hw hd h how 0.079 0.046 0.00254 0 0.014 0.142m提儲(chǔ)hd hfhwhdh how

40、0.075 0.037 0.00303 0 0.0232 0.138m為了防止液泛，按式：hd o(ht +hw),取校正系數(shù) =0. 5,板間距hi=0. 45m,精儲(chǔ) hw 0.046m(ht hw) 0.5 (0.45 0.046) 0.248m提儲(chǔ) hw =0. 037m(hthw ) 0.5 (0.45 0.037) 0.244m從而可知hd (hi+hw),符合防止液泛的要求。3.1.3計(jì)算霧沫夾帶量e v判斷霧沫夾帶量ev是否在小于10%勺合理范圍內(nèi)，是通過計(jì)算泛點(diǎn)率 f來完成的。泛點(diǎn) 率的計(jì)算可用式：1fvsj1.36lszlf；pl pv 100%kcfa塔板上液體流程長度z

41、l d 2wd 1.4 2 0.28 0.84m塔板上液流面積一 一2a at 2af 1.54 2 0.23 1.08m查文獻(xiàn)7苯和甲苯混合液可按正常物系處理，取物性系數(shù)k值,k= 1 . 0 ,在從泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)圖中查得負(fù)荷因數(shù)c f=0. 12 6，將以上數(shù)值分別代入上式，得泛點(diǎn)率f為1.347f 2.86，1.36 0.00346 0.84806.1 2.86 100% 61.9%1 0.126 1.081.26 .3.24 1.36 0.00725 0.84f 789.7 3.24 100% 65.5%1 0.126 1.08為避免霧沫夾帶過量，對于大塔，泛點(diǎn)需控制在8 0 煙下。從以

42、上計(jì)算的結(jié)果可知，其泛點(diǎn)率都低于8 0%所以霧沫夾帶量能滿足e v35秒可知，液體在降液管內(nèi)最短停留時(shí)間為35秒。取p =5秒為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，所對應(yīng)的則為液體的最大流量ls mas,即液相負(fù)荷上限，于是可得ls max af ht 0.231 0.45 0.0208m3/s,所得到的液相上限線是一 max 55條與氣相負(fù)荷性能無關(guān)的豎直線。3. 2 . 4漏液線此線亦為氣相負(fù)荷的下限線，依式 vs min- d；nf=m 4vpv, ,兀253有：vs min 0.039 166 0.586m /s4.2.86it95qvs min 0.0392 166 0.550m .2 .

43、 7小結(jié)1.從塔板負(fù)荷性能圖中可看出，按生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定的氣相和液相流量所得到的操作點(diǎn)p 在適宜操作區(qū)的適中位置，說明塔板設(shè)計(jì)合理。/ss min4.3.24由上式所得的漏液線是一條與流體無關(guān)的水平線3. 2.5液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度hw= 0.00 6 m,作為液相負(fù)荷下限值，依此便可作為液相負(fù)荷下限線已知 lw= 0.98m,e=1,整理 ls min30.006 1000 22.84 el w 7日行3600lsmin30.006 1000 2 lw2.84 e 36000.006 1000 %2.84 11.123 0.000955m3/s3600按上式作出的液相負(fù)荷下限線是一條與氣

44、相流量無關(guān)的豎直線3.2.6塔板負(fù)荷性能圖泯上箱2 .因?yàn)橐悍壕€在霧沫夾帶線的上方，所以塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液線控制。3 .按固定的液氣比，從負(fù)荷性能圖中可查得精儲(chǔ)段氣相負(fù)荷上限 vsmax 1.78m3/s,氣相負(fù) 荷下限vsmin o51m3/s,提儲(chǔ)段氣相負(fù)荷上限vsmax 1.62m3 / s ,氣相負(fù)荷下限 vsmin 0.50m3 /s ,所以可得精微段操作彈性vsmax 178 3.49提儲(chǔ)段操作彈性二162 3.24vsmin 0.510.50塔板的這一操作彈性在合理的范圍(35)之內(nèi)，由此可表明塔板設(shè)計(jì)是合理的。3.3相關(guān)介質(zhì)選擇及熱量衡算3.3.1

45、 加熱介質(zhì)的選擇選用飽和水蒸氣，溫度140c ,工程大氣壓為3 .69 atm原因:水蒸氣清潔易得，不易結(jié)垢，不腐蝕管道。飽和水蒸氣冷凝放熱值大，而水蒸氣壓力 越高，冷凝溫差越大，管程數(shù)相應(yīng)減少，但水蒸氣壓力不宜太高。3. 3.2冷凝劑選冷卻水，溫度2 0c,溫升15c。原因：冷卻水方便易得，清潔不易結(jié)垢，升溫線越高，用水量越小。但是水溫不適超過 40c,否則易結(jié)垢，由于以上原因綜合考慮選擇15c。3.3. 3熱量衡算表3 4苯一甲苯(101 . 3kpa)不同溫度下的比熱容數(shù)據(jù)1溫度c0501 0 0150苯72.78 9 .7104.8118. 193. 31 13. 31 31.01 4 6.6由前面的計(jì)算過程及結(jié)果可知：td=80. 6 3c, tw=109c, t f=93. 4ccp2=1 2 4. 1 4/ kj (kmol