歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!感謝閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助!目錄苯-氯苯分離過程板式精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù) 3TOC\o"1-3"\h\u一．設(shè)計(jì)題目 3二．操作條件 3三．塔設(shè)備型式 3四．工作日 3五．廠址 3六．設(shè)計(jì)內(nèi)容 3設(shè)計(jì)方案 4一．工藝流程 4二．操作壓力 4三．進(jìn)料熱狀態(tài)...................................................4四．加熱方式.....................................................4精餾塔工藝計(jì)算書 5一．全塔的物料衡算 5二．理論塔板數(shù)的確定 5三．實(shí)際塔板數(shù)的確定 7四．精餾塔工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 8五．塔體工藝尺寸設(shè)計(jì) 10六．塔板工藝尺寸設(shè)計(jì) 12七．塔板流體力學(xué)檢驗(yàn) 14八．塔板負(fù)荷性能圖 17九．接管尺寸計(jì)算...............................................19十．附屬設(shè)備計(jì)算 21設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 24設(shè)計(jì)總結(jié) 26參考文獻(xiàn) 26苯-氯苯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)苯-氯苯分離過程精餾塔設(shè)計(jì)任務(wù)一．設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一座苯-氯苯連續(xù)精餾塔，要求年產(chǎn)純度為99.6%的氯苯140000t，塔頂餾出液中含氯苯不高于0.1%。原料液中含氯苯為22%（以上均為質(zhì)量%）。二．操作條件1.塔頂壓強(qiáng)自選；2.進(jìn)料熱狀況自選；3.回流比自選；4.塔底加熱蒸汽壓強(qiáng)自選；5.單板壓降不大于0.9kPa；三．塔板類型板式塔或填料塔。四．工作日每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。五．廠址廠址為天津地區(qū)。六．設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明2.精餾塔的物料衡算；3.塔板數(shù)的確定；4.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；5.精餾塔主要工藝尺寸；6.精餾塔塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算；7.精餾塔塔板負(fù)荷性能圖；8.精餾塔輔助設(shè)備選型與計(jì)算；9.設(shè)計(jì)結(jié)果概要或設(shè)計(jì)一覽表；10.帶控制點(diǎn)的生產(chǎn)工藝流程圖及精餾塔的工藝條件圖；11.設(shè)計(jì)總結(jié)和評述；設(shè)計(jì)方案的確定一、工藝流程苯和氯苯原料液經(jīng)換熱器由塔釜液預(yù)熱至泡點(diǎn)連續(xù)進(jìn)入精餾塔內(nèi)，塔頂蒸氣經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，一部分餾分回流，一部分餾分作為產(chǎn)物連續(xù)采出；塔底液的一部分經(jīng)塔釜再沸器氣化后回到塔底，另一部分連續(xù)采出。塔頂設(shè)置全凝器，塔釜設(shè)置再沸器，進(jìn)料及回流液的輸送采用離心泵。本設(shè)計(jì)采用篩板塔，因其結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、造價(jià)低廉，且具有處理能力大、塔板效率高、壓降較低、適用于黏度不大的物系的分離等優(yōu)點(diǎn)。二、操作壓力精餾過程按操作壓力可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。確定操作壓力時(shí)，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性的綜合考慮。一般優(yōu)先使用常壓精餾，對熱敏性物料或混合物泡點(diǎn)過高的物系，宜采用減壓精餾。對于沸點(diǎn)低、在常壓下為氣態(tài)的物料，應(yīng)在加壓下進(jìn)行精餾在本方案所涉及的濃度范圍內(nèi)，苯和氯苯的相對揮發(fā)度相差較大，易于分離，而且苯和氯苯在操作條件下均非熱敏性物質(zhì)，因此選用普通的常壓精餾，并采取連續(xù)操作的方式。三、進(jìn)料熱狀態(tài)進(jìn)料熱狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流量及塔的熱負(fù)荷都有密切的關(guān)系。q值增加，則冷凝器負(fù)荷降低，再沸器負(fù)荷增加。對于低溫精餾，采用較高q值更經(jīng)濟(jì)；對于高溫精餾，當(dāng)D/F值較大時(shí)，宜采用較小的q值；當(dāng)D/F值較大時(shí)，宜采用q值較大的氣液混合物。本方案采用泡點(diǎn)進(jìn)料。四、加熱方式塔釜的加熱方式通常分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。當(dāng)塔底產(chǎn)物近于純水且在濃度很低時(shí)溶液的相對揮發(fā)度仍較大時(shí)，可采用直接蒸汽加熱。本方案采用間接蒸汽加熱，塔釜設(shè)置再沸器。飽和水蒸汽的冷凝潛熱較大，價(jià)格較低廉，因此本方案采用飽和水蒸氣作為加熱劑。精餾塔工藝計(jì)算書一、全塔的物料衡算苯的摩爾質(zhì)量M氯苯的摩爾質(zhì)量M進(jìn)料及塔頂、塔底產(chǎn)品中苯的摩爾分?jǐn)?shù)xxx進(jìn)料及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MMM塔底產(chǎn)品量W根據(jù)總物料衡算式F及苯的物料衡算式F聯(lián)立求得DF二、理論塔板數(shù)的確定苯-氯苯屬理想體系，采用圖解法求理論板數(shù)。由手冊查得不同溫度下苯和氯苯的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)，根據(jù)xy查閱氣象資料可知天津地區(qū)年平均氣壓為101.6kPa。計(jì)算塔頂壓力p對應(yīng)的汽液平衡數(shù)據(jù)，繪制x-y圖。圖1圖解法求理論板數(shù)本工藝采用泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料熱狀況q=1。q線與平衡曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)為xq=0.836，yq=0.961。最小回流比R取操作回流比R=2精餾段氣相及液相負(fù)荷L=RD=V=提餾段氣相及液相負(fù)荷LV精餾段操作線方程y=提餾段操作線方程y=采用圖解法求理論板數(shù)。求解結(jié)果為總理論板數(shù)NT=16，其中精餾段理論板數(shù)NT,精=9，提餾段理論板數(shù)NT,提=6（不含再沸器），進(jìn)料板位置NF=10。設(shè)全塔效率ET=0.5，則精餾段實(shí)際板數(shù)N精=9/0.5=18，提餾段實(shí)際板數(shù)N提=6/0.5=12，總板數(shù)N=18（不含再沸器）。三、實(shí)際塔板數(shù)的確定前已得出，塔頂壓力p則塔底壓力p由Antoine方程lg及泡點(diǎn)方程x通過試差法分別計(jì)算塔頂和塔底的溫度（泡點(diǎn)）。計(jì)算得塔頂溫度t塔底溫度t則全塔平均溫度t由手冊查得此溫度下苯的黏度μ氯苯的黏度μC進(jìn)料液的黏度μ=相對揮發(fā)度α通過O’connell法估算全塔效率E該數(shù)值低于假設(shè)值，故通過迭代重新計(jì)算。最終得到滿足精度要求的全塔效率值E按此值計(jì)算得精餾段實(shí)際板數(shù)N精=19，提餾段實(shí)際板數(shù)N提=13，總板數(shù)N=32（不含再沸器）。四、精餾塔的工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1操作壓力根據(jù)塔頂壓力pD=105.6kPa及單板壓降?p=0.9kPa，可計(jì)算p及塔底壓力p精餾段平均壓力p=提餾段平均壓力p2操作溫度前已求得塔頂溫度

t通過前文所述的泡點(diǎn)溫度計(jì)算方法求取pF=122.7kPa下，t以及pW=134.4kPa下，t精餾段平均溫度t=提餾段平均溫度t3平均摩爾質(zhì)量塔頂y查平衡曲線得x氣相平均摩爾質(zhì)量M液相平均摩爾質(zhì)量M進(jìn)料板由圖解法已知第10塊理論板為進(jìn)料板。查平衡曲線得對應(yīng)的氣液相組成為yx氣相平均摩爾質(zhì)量M液相平均摩爾質(zhì)量M塔底x查平衡曲線得y氣相平均摩爾質(zhì)量M液相平均摩爾質(zhì)量M精餾段平均摩爾質(zhì)量MM提餾段平均摩爾質(zhì)量MM4密度精餾段氣相平均密度ρ提餾段氣相平均密度ρ由手冊查得塔頂（tDρDB=810kgm3ρDC=1032kgm3則ρ進(jìn)料板（tFρFB=801kgm3ρFC=1022kgm3苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω則ρ塔底（tWρWB=734kgm3ρWC=966kgm3則ρ精餾段液相平均密度ρ提餾段液相平均密度ρ5表面張力塔頂（tDσDB=21.2mNmσDC=25.8mN/m則σ進(jìn)料板（tFσFB=20.1mNmσFC=24.9mN/m則σ塔底（tWσWB=14.6mNmσWC=19.8mN/m則σ精餾段平均表面張力σ=(21.2+21.29)/2=21.24(mN/m)提餾段平均表面張力σ五、塔體工藝尺寸設(shè)計(jì)1塔徑精餾段氣液相流量分別為VVLLL取塔板間距HT=0.80m，板上液層高度H查Smith關(guān)聯(lián)圖得C20=0.146m負(fù)荷因子C=最大允許氣速u取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速u=0.6D=提餾段氣液相流量分別為VVLLL取塔板間距HT'=0.80mH查Smith關(guān)聯(lián)圖得C20'負(fù)荷因子C最大允許氣速u取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速uD按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整，取D=3.2m。塔截面積為A精餾段實(shí)際空塔氣速u=提餾段實(shí)際空塔氣速u2塔高塔板間距HT取0.80m。塔頂空間高度HD取2倍塔板間距，即1.60m。塔底空間高度HB按下式計(jì)算。H塔釜儲液高度h其中，塔釜料液停留時(shí)間θ取30min，查手冊可知DN3200mm的封頭容積為0.635m3。塔底頁面至最下層塔板間距h2取2.065m，則H全塔開6個(gè)人孔，分別位于塔頂、第7塊板、第13塊板、進(jìn)料板、第26塊板和塔釜，塔板間距HT=0.80m塔的有效高度H=(N-2)六、塔板工藝尺寸設(shè)計(jì)1溢流裝置塔徑為3.2m，故選用單溢流弓形降液管及凹形受液盤。精餾段取lW/D=0.65，則l選用平直堰，F(xiàn)rancis公式中液流收縮系數(shù)近似取E=1。堰上層液高度h堰高度h由lW/D=0.65查手冊得到降液管寬度與塔徑之比Wd/D=0.128則Wd=0.410液體在降液管中的停留時(shí)間τ=3600故降液管設(shè)計(jì)合理取液體通過降液板底隙的流速uc=0.2m/s，h提餾段取lW'/D=0.68，l選用平直堰，F(xiàn)rancis公式中液流收縮系數(shù)近似取E=1。堰上層液高度h堰高度h由lW'Wd'則Wd'停留時(shí)間τ故降液管設(shè)計(jì)合理取液體通過降液板底隙的流速uc'=0.3m/sh2板面組成因塔徑較大，采用分塊式塔板，塔板分為7塊。安定區(qū)寬度取Ws=100mm，邊緣區(qū)寬度取開孔區(qū)面積Aa用下式計(jì)算精餾段x=r=A同理，可算得提餾段xrA3篩孔設(shè)計(jì)選取厚度δ=4mm的碳鋼塔板，篩孔直徑d0=5mm。精餾段和提餾段的篩孔均按正三角形排列，取篩孔中心距精餾段篩孔數(shù)目n=開孔率φ=0.907氣體通過閥孔的氣速u同理可得提餾段nφu七、塔板流體力學(xué)檢驗(yàn)1塔板壓降塔板壓降包括干板阻力、板上液層的有效阻力及液體表面張力引起的阻力。干板阻力由d0/δ=1.25查得流量系數(shù)C0h同理，提餾段干板阻力h氣體通過液層的阻力精餾段以塔截面面積與降液區(qū)面積之差為基準(zhǔn)計(jì)算的氣體速度u氣相動能因子F查手冊得，充氣系數(shù)β=0.55，則板上液層的有效阻力h提餾段uFβh液體表面張力引起的阻力精餾段h提餾段h由以上各項(xiàng)分別計(jì)算得精餾段和提餾段的塔板壓降精餾段h?p=0.0892×835.5×9.81=731(Pa)<0.9kPa提餾段h?均滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的要求2漏液精餾段漏液點(diǎn)氣速實(shí)際孔速u穩(wěn)定系數(shù)K=11.27/7.13=1.58>1.5提餾段漏液點(diǎn)氣速u實(shí)際孔速u穩(wěn)定系數(shù)K3液沫夾帶精餾段鼓泡層高度h根據(jù)Hunt關(guān)聯(lián)式算得液沫夾帶量e提餾段鼓泡層高度h液沫夾帶量e精餾段和提餾段液沫夾帶量均位于允許范圍內(nèi)。4液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度Hd應(yīng)服從關(guān)系式Hd≤φ(H精餾段φ(hH滿足H提餾段φhH滿足H故精餾段和提餾段均不會發(fā)生液泛。八、塔的負(fù)荷性能圖1漏液線V帶入數(shù)據(jù)得，精餾段漏液線方程V提餾段漏液線方程V液沫夾帶線以eV=0.1為ehh以上各式聯(lián)立求得精餾段液沫夾帶線方程V提餾段液沫夾帶線方程V3液泛線由HHhhh以上各式聯(lián)立，得精餾段液泛線方程V提餾段液泛線方程V4液相負(fù)荷下線對于平直堰，取堰上液層高度howh精餾段L提餾段L圖2精餾段負(fù)荷性能圖5液相負(fù)荷上線精餾段和提餾段液體在降液管中停留時(shí)間τ的下限分別取10s和8s，由L可得，精餾段L提餾段L由上述五條線可分別作出精餾段和提餾段的負(fù)荷性能圖。圖3提餾段負(fù)荷性能圖接管尺寸計(jì)算1進(jìn)料管道進(jìn)料體積流量q利用泵輸送料液，取液體流速u=2m/s則管徑d=選用?133mm×4mm的無縫鋼管，實(shí)際流速u=塔頂回流液管道塔頂回流液體積流量q利用泵輸送回流液，取液體流速u=1.8m/s則管徑d=選用?108mm×4mm的無縫鋼管，實(shí)際流速u=3塔底料液排出管道塔底產(chǎn)品體積流量q取液體流速u=0.8m/s則管徑d=選用?325mm×8mm的無縫鋼管，實(shí)際流速u=4塔頂蒸氣出口管道塔頂蒸氣體積流量q取氣體流速u=30m/s則管徑d=選用?630mm×9mm的無縫鋼管，實(shí)際流速u=5塔底蒸氣進(jìn)口管道塔底蒸氣體積流量q取氣體流速u=30m/s則管徑d=選用?630mm×9mm的無縫鋼管，實(shí)際流速u=十、輔助設(shè)備計(jì)算1原料預(yù)熱器將20℃的原料液預(yù)熱至泡點(diǎn)溫度（91.2℃），加熱介質(zhì)采用113℃飽和水蒸汽（0.16MPa），冷凝液在飽和溫度下流出。選定原料液走管程，加熱蒸汽走殼程。殼程加熱蒸汽定性溫度T管程流體定性溫度t根據(jù)定性溫度查取有關(guān)物性數(shù)據(jù)。水的汽化潛熱r水蒸氣的密度ρ=0.83kg/苯及氯苯的恒壓熱容CC則原料液的恒壓熱容C原料液的質(zhì)量流量q則熱流量為Q平均傳熱溫差?加熱蒸汽用量q設(shè)總傳熱系數(shù)K=1000W/(傳熱面積A考慮15%面積裕度，則A=68.7選用?25mm×u單管程換熱管數(shù)n所需換熱管長度為L=圓整為6m。可按單管程設(shè)計(jì)，換熱管數(shù)N=2回流冷凝器塔頂蒸氣為81.5℃的飽和蒸汽，冷卻水進(jìn)出口溫度分別設(shè)為20℃和30℃。冷卻水走管程，塔頂蒸氣走殼程。殼程蒸汽定性溫度T管程流體定性溫度t根據(jù)定性溫度查取有關(guān)物性數(shù)據(jù)。冷卻水的比熱C苯及氯苯的蒸發(fā)潛熱rr則塔頂蒸氣的蒸發(fā)潛熱r蒸氣的質(zhì)量流量q則熱流量為Q平均傳熱溫差?冷卻水用量q設(shè)總傳熱系數(shù)K=800W/(傳熱面積A考慮15%面積裕度，則A=2928.1選用?25mm×u單管程換熱管數(shù)n所需換熱管長度為L=圓整為4.5m。采用單管程結(jié)構(gòu)，換熱管數(shù)N=9383塔釜再沸器塔釜液溫度141.8℃，采用158.7℃的飽和蒸汽加熱（0.6MPa）。根據(jù)溫度查取有關(guān)物化性質(zhì)。水的汽化潛熱r水蒸氣的密度ρ=3.1686kg/苯及氯苯的蒸發(fā)潛熱rr則塔頂蒸氣的蒸發(fā)潛熱r釜液質(zhì)量流量q熱流量Q設(shè)總傳熱系數(shù)K=900W/(傳熱面積A=擬用?25mm×2.5mm碳鋼換熱管，管長L=6mN=設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目符號單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段精餾塔平均溫度t℃86.3116.5平均壓力pkPa114.2128.5氣相流量Vsm3/s9.9849.611液相流量Lsm3/s0.014320.04662實(shí)際塔板數(shù)N1913（不含再沸器）塔板間距HTm0.80.8塔高Hm30塔徑Dm1.8空塔氣速um/s1.241.20塔板溢流類型單溢流單溢流降液管類型弓形降液管凹形受液盤弓形降液管凹形受液盤溢流堰長度lwm2.0802.176溢流堰高度hwm0.0660.049溢流堰寬度Wdm0.4100.454堰上液層高度howm0.0240.051續(xù)表項(xiàng)目符號單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提餾段降液管底隙高度hom0.0340.071板上液層高度hLm0.090.10篩孔直徑d0mm55孔中心距tmm12.512.5篩孔數(shù)n4511543645開孔率φ%14.5114.51開孔區(qū)面積Aam26.1035.904篩孔氣速u0m/s11.2711.22單板壓降?kPa0.7310.893降液管中停留時(shí)間τs32.811.6液沫夾帶量eVkg液/kg氣0.005220.00599穩(wěn)定系數(shù)K1.581.61液相負(fù)荷上限Lsmaxm3/s0.046960.06760液相負(fù)荷下限Ls,minm3/s0.001770.00186氣相最大負(fù)荷Vs,maxm3/s21.5213.94氣相最小負(fù)荷Vs,minm3/s5.695.81操作彈性3.782.40輔助設(shè)備預(yù)熱器熱負(fù)荷MW2.93預(yù)熱器換熱面積m268.7預(yù)熱器換熱管徑mm?25mm預(yù)熱器換熱管長m6預(yù)熱器換熱管數(shù)146冷凝器熱負(fù)荷MW11.68冷凝器換熱面積m2298.1冷凝器換熱管徑mm?25mm冷凝器換熱管長m4.5冷凝器換熱管數(shù)938再沸器熱負(fù)荷MW11.26再沸器換熱面積m2744.1再沸器換熱管徑mm?25mm續(xù)表項(xiàng)目符號單位計(jì)算數(shù)據(jù)再沸器