苯氯苯連續(xù)精餾塔設計HEBEIUNITEDUNIVERSITY畢業(yè)設計說明書摘要氯苯作為一種重要的基本有機合成原料，在生產上應用廣泛。本設計為一連續(xù)精餾塔，用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯。本設計選用了效率、經濟、安全等各個方面綜合性能較好的內件產品，采用了板式精餾塔，塔板選用篩板。篩板塔結構簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓強低，生產能力較大；氣體分散均勻，傳質效率較高。本設計主要完成了工藝計算和設備設計兩方面的內容。工藝計算確定塔徑為，塔總高度為。設備設計部分，確定筒體材料為16MnR，筒體名義厚 均符合要求。Abstractf第1章緒論精餾塔國內外發(fā)展狀況及現狀也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣－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、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813工板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。在化工、煉油、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門，塔設備是一種重要的單元材重量，在整個過程裝備中所占的比例都相當高，表所示為幾個典型的實例。[4]圖塔設備的投資及重量在過程設備中所占得比例塔設備投資的比例塔設備投資的比例%裝置名稱塔設備投資的比化工及石油化工油及煤化工工、煉油生產中最重要的設備之一。根據實際生產的需要,模擬了滿部某適當的位置連續(xù)地加入塔內，塔頂設有冷凝器液的一部分回入塔頂，稱為回流液，其余作為塔頂產品(餾出液)連續(xù)排出。在塔內上半部(加料位置以上)上升蒸汽和回流液體之間進行著逆流接觸和物質傳遞。塔底部裝有再沸器(蒸餾釜)以加熱液體產生蒸汽，逆流接觸并進行物質傳遞，塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產品。塔的上半部分(加料位置以上)稱為精餾段，塔的下半部分包括再沸器(蒸餾釜)稱為提餾段。，用普通的精餾不能分離的體系則可用特殊的精第三組分，改變被分離組分的活度系數，增大組分間工和煉油等生產中最重要的設備之一,他可以使氣(或汽)液或液液兩相緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。在化工廠、石油化工廠、煉油廠等中，塔設備的性能對于整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各方面都有重大影響。備，首先必須使氣(汽)液兩相能充分接觸，以獲得高的傳質效率。此外，為滿足工業(yè)生產的需要，塔設備還必須滿足以下要求：大的汽、液兩相流率，不會產生液泛等不正常的流動；效率或較大的傳質速率；小，可以節(jié)省動力費用，在減壓作時易于達到所要求的真空度；氯苯是無色透明易揮發(fā)的液體，有苦杏仁味。熔點C，沸點℃，相對密度 (20/4C)，折光率，閃點23C，自燃點C，易燃。在空氣中爆炸極限為~%(體積)。不溶于水，易溶于醇、醚、苯和氯仿等。有毒，毒性中等。氯苯是一種重要的基本有機合成原料，用作染料、醫(yī)藥、農藥、有機合成中間體。用于制造苯酚、硝基氯苯、二硝基氯苯、苯胺、硝基酚及殺蟲劑滴滴涕等，也用作乙基纖維素和許多樹脂的溶劑。氯苯的下游產品中，硝基氯化苯是氯苯的主要消費用戶，對硝基氯化苯是重要的染料、農藥、醫(yī)藥的中間體。以對硝基氯化苯為原料可以生產對硝基苯酚、對硝基苯胺、對氨基苯酚、對苯二胺、對氨基苯甲醚和對氨基苯乙醚等一系列有機化工產品。但由于用苯氯化法制氯苯后，苯和氯苯互溶，因此需設計一個精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的氯苯。(下游實際生產滿負荷開工前提下)，并沒出現產能過剩的現象。由于當前國內受宏觀經濟環(huán)境及行業(yè)環(huán)保治理等因素影響，市場反映出相對過?，F象，但是產品短期的相對過剩并不代表行業(yè)今后的發(fā)展趨勢。作為氯化苯的上游產品焦化苯在國際市各外貿企業(yè)反饋的信息顯示，氯苯出口也有進一步增長趨勢。因此，氯苯行業(yè)基礎連續(xù)精餾裝置流程如圖所示圖連續(xù)精餾裝置流程圖，又有液相混合而液相混合物在精混合物被降溫到泡然后進入苯的儲。液相混合物就從沸器中被加熱到泡，而進料口不斷有板式塔是一種逐級(板)接觸的氣液傳質設備。塔內以塔板作為基本構件，氣噴射的形式穿過塔板上的液層，使氣-液相密切接觸而進行傳料堆能穩(wěn)定、效率高、安裝檢修方便及錯單板壓降/mm(水柱)塔塔塔效率良優(yōu)優(yōu)性超超良優(yōu)良優(yōu)種塔優(yōu)，因此本設計選用篩板塔，其特點如下：結構簡單、制造維修方便；生產能力大，比浮閥塔還高；塔板壓力降較低，適宜于真空蒸餾；塔板效率較高，但比浮閥塔稍低；合理設計的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔；帶有固體粒子的料液。。擇料液組成(含氯苯)：42％產品組成(氯苯純度)：98％塔頂產品組成(含氯苯)：≤％進料熱狀況和回流比自選塔底加熱蒸氣壓力：(表壓)小時連續(xù)運行)常小修及事故處理5天)，所以整個車間的單位時間處理能力為：塔的物料衡算gkmolAB表苯-氯苯的氣液平衡數據100采用作圖法求最小回流比。在圖中對角線上，自點e(，)作垂線ef即為進料線(q線)，該線與平衡線的交點坐標為：qq故最小回流比為：qq取操作回流比為：min3、求精餾塔的氣、液相負荷4、求操作線方程精餾段操作線方程為：y=x+x=x+0.983=0.456x+提餾段操作線方程為：xxx采用圖解法求理論板層數，如圖所示。求解結果為：總理論板層數N=10T進料板位置N=5FTm由表所示及內插知該溫度下苯和氯苯的粘度為：苯該溫度下進料液相平均粘度為：苯氯苯mTm精0.51提0.51精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算進料板壓力DFW提餾段平均壓力m精2安托尼系數安托尼系數ABC苯安托因方程可得ttDttFttWm精22m提22由x=y=0.983，查平衡曲線，見圖所示，得：x=D11得：FF11W (式) (式) (式) (式)液相平均密度依式計算，即：Lmii ) (1)塔頂液相平均密度的計算DAB (2)進料板液相平均密度的計算FAB (3)塔底液相平均密度的計算WAB=x(式)LmiiDABFABWABLmiiDABFABWAB精餾段液相平均表面張力為：提餾段液相平均表面張力為：精餾塔的塔體工藝尺寸的計算體積流率為：Vs=VMLs=LM (式) (式)LLVVTLT最大空塔氣速sV可取安全系數為(~)，則空塔氣速為max故D=S=塔徑圓整為：塔截面積為：T44實際空塔氣速為：V0.15精餾段氣、液相體積流率為： (式) (式) (式) (式)TLLLVV最大空塔氣速：可取安全系數為(~)，則空塔氣速為：D=S==D=S==0.598m查《壓力容器公稱直徑[S]》,塔徑圓整為：塔截面積為：精精T提提T (式) BH=W103MBt=5.09112.565=0.05m(式)BTB其高度應大于板間距，設計中通常取塔頂間距為(~)HT。若需要安裝除沫器，要定塔頂間距。本設計中因有除沫器，按其要求取塔頂空間高度H=。D塔板主要工藝尺寸的計算 (1)溢流堰長l對于單溢流l=(0.6~0.8)D,l為，即：Www (2)出口堰高h出口堰高h由式計算Wh=hh(式)WLOWh=Eh=E(h)2/3(式)WLW (3)進口堰高hWWW (4)降液管的寬度W與降液管的面積AdfwdfTd更長一些。為此，在確定降液管尺寸后，應按式驗算降液管內液體的停留時間9。9=(式)h (5)降液管底隙高度h降液管底隙高度h由式計算oL (式)h= (式)03600luW000 (1)溢流堰長lww (2)出口堰高h出口堰高h由式計算WLw (3)進口堰高hWWW (4)降液管的寬度W與降液管的面積AdfwdfT (5)降液管底隙高度h降液管底隙高度h由式計算o00采用定距管式塔盤，公稱直徑DN=600-700mm的塔，塔節(jié)高度L=1200- (1)邊緣區(qū)寬度確定sscSSc (2)開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積A按式計算，即：a2ds2 有腐蝕性，故取6=4mm的碳鋼板，取篩孔直徑0塔板上開孔區(qū)的開孔率為：d5d5 (式)氣體通過篩孔的氣速為：10 (1)邊緣區(qū)寬度確定SSc (2)開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積A按式計算a2ds2a(1800.265)a(1800.265) 0孔區(qū)的開孔率為：d5d5t0.015氣體通過篩孔的氣速為：流體力學驗算 (1)干板阻力h計算cccpVoL0o (2)氣體通過液層的阻力h計算11LWOWTf (式) LWOW (3)液體表面張力的阻力h計算裝裝L0L0ppc1裝pppL (1)干板阻力hc計算c00 (2)氣體通過液層的阻力h計算11LWOW 裝L0L0p即pppLe=5.7人10_6(ua)3.2(式)V裝H_hLTffLVfL對于篩板塔，漏液點氣速u0,min可由式計算L裝LV (式)0,min0L(LV實際孔速u=s>u0,min穩(wěn)定系數為：故在本設計中有一定漏液。對于篩板塔，漏液點氣速u可由式計算0,min0L(LV穩(wěn)定系數為：故在本設計中無明顯漏液。為防止塔內發(fā)生液泛，降液管內液層高度H應服從式的關系ddTWTWdpLdd0d0ddTWddpLdd即d0ddTW能圖uVsmin(式)0,minA0 (式)s,mins在操作范圍內，任取幾個LS值，依上式計算出V值，計算結果列于表所示。sVSuSuSS3.808VTWVHh由e5.7106(ua)VHhLTfVVTfh2.5h2.5(hh)(式)fLWOWfSSSmsS,min44據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線4。令HHh(式)dTW聯立得H1h1hhhh(式)TWOWcdOWSdScsOWSdScsaV2bcL2dL2/3sSS (式) (式) (式)W0 (lW)將有關的數據代入，得： (式) 故SSS或SSS 根據以上各線方程，可作出精餾段篩板負荷性能圖，如圖所示AOA圖看出，該篩板的操作液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得：故操作彈性為：。整理得V=0.0562.79+43.98L23S,minS在操作范圍內，任取幾個LS值，依上式計算出 (式)sVSfSSSS S,min44據此可作出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線4。由式、式、式、式、式，將有關數據代入，得：故SSS或SSS SS性能圖，如圖所示。故操作彈性為：提餾段1平均溫度tm℃234586789孔中心距m制現裂高鋼材的純凈度，可提高能、抗中子輻照脆化能力和耐腐蝕性材料的力學行為——由于載荷(如載荷種類、作用方式等)和應力狀態(tài)的不鋼材的力學行為，不僅與鋼材的化學成分、組織結構有關，而且與材料所處的環(huán)境有密切的關系。韌性和塑性變形能 (1)壓力容器設計中，常用的強度判據：包括抗拉強度，屈服點，持久bs極限，蠕變極限，疲勞極限6。1 (2)壓力容器設計中，常用的塑性判據：斷后伸長率65，斷面收縮率。 (3)壓力容器設計中，常用的韌性判據：沖擊吸收功Akv，韌脆轉變溫度,斷裂好的冷程單層式筒體的筒壁在厚度方向是由一整體材料所構成，也就是器壁只有一層 (為防止內部介質腐蝕，襯上的防腐層不包括在內)。單層筒體按制造方式又可分要用于高壓和超高壓容器中。22ii得 (式)cc (式)0.113 (式)d2nn封頭形式選擇[2]KPDcc1設計厚度6=+5=，鋼板負偏差C=0n1en[P]=26[G]t0e(式)NKD+0.56ie8bbbb表手孔尺寸(mm)公公稱壓力8柱D5D10H10H298b總質量(kg)密封面形式突面型(RF)螺柱數量d12管徑(圓管)的內徑大小可以按式進行計算：DQ(式)算 Q=FMF (式)DMQ=D0pD 數Q=WMW (式)m (式) (式)3600p3600數 (RF)型，材料為16Mn。墊片選非金屬軟墊片，材料為石棉橡膠板。標準為HG/T公公稱直徑法蘭外徑螺栓孔中心螺栓孔直徑格44888構的選擇壓力容器補強結構通常采用局部補強結構，主要有補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式。補強圈補強是中低壓容器應用最多的補強結構，補強圈貼焊在殼體與接管連接處。它結構簡單，制造方便，使用經驗豐富但補強圈與殼體金屬不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強局部產生較大的熱應力；另外，補強圈與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。一般用于靜載、常溫、中低壓、材料的標準抗拉強nn殼體或接管厚度的方法將應力集中系數減小寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能保安全。因此本設計用等面積補強[7]。距(對曲面以弧長計算)大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于由前面計算已知開孔處封頭計算厚度6=1(h(h=d6etr (式)ttt (1)外側有效高度h按式計算，取二者中較小值1nt(式)nt(式)取二者較小值 (2)內側有效高度按式計算，取二者中較小值〈(h2=d6nt(式)2lh=接管實際內伸高度22 (1)殼體多余金屬面積11eeter1 (2)接管多余金屬面積接管多余金屬面積A按式計算：2AhfhCf(式)21ettr2et2r2 (3)接管區(qū)焊縫面積 (4)有效補強面積me123所需另行補強面積：絲網除沫器是由多層絲網及夾持絲網用的上、下兩層柵板組成，它可以分離大pfpGfLGK—氣液過濾網常數；則sf2.86gfD=D=(式1uggg1要設置梯子，材料為不銹鋼。子平臺寬，材料Q235-AF，單對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對補充和更換填料，安裝和的塔，內件的拆卸往往在塔體拆開后進行，故不必設置吊柱。除材料本身的缺陷外，容器在制造(特別是焊接過程)和適用中會產生各種缺陷，為考核缺陷對壓力容器安全性的影響，壓力容器制造完畢后或定期檢驗時，都對于內壓容器，耐壓試驗的目的是：在超設計壓力下，考核缺陷是否會產生快速擴展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗密封結構的密封性能。耐壓試驗是指在超設計壓力下進行的液壓(或氣壓)試驗。試驗壓力計算式： (式) (式)T[]t校核試驗時圓筒的薄膜應力校核試驗時圓筒的薄膜應力t =0.90 T26sessTs筒體圓筒、封頭、裙座質量m01123說明：(1)塔體圓筒的總高度為H=6.9m0 mkgm (4)裙座高度為1000mm02 0304pFF05wfaa01ww4iwwfww偏心質量me全全塔操作質量(kg)全塔最小質量(kg) 面1-1面1-1 (1)計算壓力引起的軸向拉應力en sessbises面1-10sm0ie 面1-1sm