苯乙烯生產(chǎn)工藝的設(shè)備計(jì)算與選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31144苯乙烯生產(chǎn)工藝的設(shè)備計(jì)算與選型分析案例 1276621.1塔板數(shù)的確定 1151141.2精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 363321.3塔徑及塔高的計(jì)算 8102721.4塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 11100401.5篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 14通過(guò)計(jì)算我們知道D=145.6kmol/h，，設(shè)可知原料液的處理量為F=146.5kmol/h，由于每小時(shí)處理量很小，所以先儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐里，等100小時(shí)后再精餾。故D=145.6kmol/h，F(xiàn)=146.5kmol/h組分為XF=0.99，要求塔頂餾出液的組成為XD=0.996，塔底釜液的組成為1.1塔板數(shù)的確定理論板層數(shù)的求取可采用圖解法求理論板層數(shù)。①我們由物性手冊(cè)查得物系的氣，液平衡數(shù)據(jù)，繪出x—y圖，見(jiàn)下圖1.1。圖1.1圖解法求理論板層數(shù)②求最小回流比及操作回流比。在這里我們采用作圖法求最小回流比。在圖中對(duì)角線上，自點(diǎn)e（0.45，0.45）作垂線ef即為進(jìn)料線（q線），該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)yq=0.667 故最小回流比為：取操作回流比為：R=2③圖解法求理論板層數(shù)在這里我們要采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖1.1。求解結(jié)果為總理論板層數(shù)=12（包括再沸器）進(jìn)料板位置實(shí)際板層數(shù)的求取通過(guò)計(jì)算實(shí)際塔板層數(shù)，查圖1.1我們得知，全塔板效率約為0.52，總理論板層數(shù)NT=12,精餾段理論板層數(shù)是5，提餾段理論板層數(shù)是7；精餾段實(shí)際板層數(shù)：E0=NNe,;代入公式提餾段實(shí)際板層數(shù)：E0=NNe代入公式1.2精餾塔的工藝尺寸及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算1.精餾段物性衡算（1）操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力kPa每層塔板壓降進(jìn)料板壓力精餾段平均壓力（2）操作溫度計(jì)算依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)試差法計(jì)算出泡點(diǎn)溫度，其中乙苯，苯乙烯的飽和蒸氣壓由安托尼方程計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果是：塔頂溫度℃進(jìn)料板溫度℃塔底溫度tW=105.2℃因此在此這里的過(guò)程中精餾段平均溫（3）精餾段精餾塔的氣液相負(fù)平均溫度為：平均壓力求精餾塔的氣、液相負(fù)荷,過(guò)程如下：因?yàn)閂=L+D,V=（R+1）L=RD=V=(4)操作線方程精餾段操作線方程為（5）平均密度的計(jì)算∕m3液相的平均密度的計(jì)算,液相的平均密度依下式的計(jì)算，即:塔頂?shù)囊合嗟钠骄芏鹊挠?jì)算,由=82.1℃，查手冊(cè)得=812.7kg∕m3 807.9kg∕m3kg∕m3進(jìn)料板的液相的平均密度的計(jì)算,由=793.1kg∕m3，790.8kg∕m3進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率：kg∕m3精餾段的液相的平均密度為：（812.5+791.6(6)平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量,由查平衡曲線得:=0.9160.9×106.16+（1-0.9）×101.14=105.958kg∕koml0.916×106.16+（1-0.916）×101.14=105.99kg∕koml進(jìn)料板的平均摩爾質(zhì)量計(jì)算,由圖解理論板得:0.604查平衡曲線得:0.3880.604×106.16+（1-0.604）×101.14=105.360kg∕koml0.388×106.16+（1-0.388）×101.14=101.923kg∕koml精餾段平均摩爾質(zhì)量：（105.360+101.923）/2=105.1415kg∕koml(7)液體平均表面張力計(jì)算液體的平均表面張力我們塔頂?shù)囊合嗥骄砻鎻埩Φ挠?jì)算，過(guò)程如下：由=82.1℃，查手冊(cè)得21.24mN∕m，21.42mN∕m0.9×21.24+0.1×21.42=21.25mN∕m進(jìn)料板的液相平均表面張力的計(jì)算,由99.5℃，18.90mN∕m，20.0mN∕m0.388×18.90+0.612×20.0=19.57mN∕m精餾段液相平均表面張力為:（21.25+19.57）÷2=20.41mN∕m(8)液體平均粘度計(jì)算液體的平均的粘度依下式計(jì)算塔頂?shù)囊合嗟钠骄扯鹊挠?jì)算,由=0.302mPa·s，0.306mPa·sLg0.9lg（0.302）+0.1lg（0.306）解出0.302mPa·s進(jìn)料板的液相的平均粘度的計(jì)算,0.256mPa·s0.265mPa·sLg0.388lg（0.256）+0.612lg（0.265）解出0.261mPa·s精餾段的液相的2.提餾段物性衡算操作溫度已求得，，求出提餾段的操作溫度為：（2）平均密度前面已求出，，，提餾段液相組成：提餾段氣相組成：氣液相的平均摩爾質(zhì)量，過(guò)程如下：根據(jù)表4-1，即不同溫度下乙苯-苯乙烯的密度表格，求得了在、下的乙苯和苯乙烯的密度；知，。表4-1不同溫度下乙苯-苯乙烯的密度表格溫度℃乙苯的密度㎏/m3苯乙烯的密度㎏/m36083187380813856100795838120776820140756801160736781（3）提餾段精餾塔的氣液相負(fù)荷：提餾段平均溫度為:提餾段精餾塔的氣液相負(fù)荷：=L+F=439.712+146.5=586.212kmol/hkmol/h（4）操作線方程提餾段操作線方程為:（5）平均粘度由提餾段的平均溫度，我們查液體的粘度常數(shù)表以及粘度圖，知乙苯的粘度為，苯乙烯的粘度為。提餾段的粘度：（6）相對(duì)揮發(fā)度由塔底的氣相，液相組成和，我們按公式，求得其相對(duì)揮發(fā)度，可知，提餾段的平均相對(duì)的揮發(fā)度（7）平均表面張力,即不同溫度下乙苯?苯乙烯的表面張力表格，得塔底液相平均表面張力為:得得所以，又，則提餾段平均表面張力為：1.3塔徑及塔高的計(jì)算1.塔徑的計(jì)算（1）精餾段精餾段的氣、液相體積流率為0.690∕s式中C是由式計(jì)算，其中的由課本查取，=1.018取板間距，板上液層高度hL=0.06m，則hL=0.40-0.06=0.34m圖1.2史密斯圖查1.2圖得=0.072;我們U=0.70.7×1.196=0.837m∕sD=m按標(biāo)準(zhǔn)塔徑園整后為D精餾段塔的截面積為：實(shí)際空塔氣速為：（2）提餾段提餾段氣液相體積流量的計(jì)算質(zhì)量流量：體積流量：查1.2圖橫坐標(biāo)的確定：同樣取板間距為，上液層高度，則查1.2圖，得令安全系數(shù)為0.7則0.7我們按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整，則提餾段提餾段塔的截面積為：實(shí)際空塔氣速為：精餾段的塔徑為：D1=1.0m,提餾段的塔徑為：D2=2.5m,兩者雖然差距較大，取下塔徑一致2.精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為：（10-1）×0.4=3.6m提餾段有效高度為：（15-1）×0.4=5.6m在進(jìn)料板的上方開(kāi)一人孔故精餾塔的有效高度為：Z=3.6+5.6+0.8=10m1.4塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1.精餾段溢流裝置計(jì)算因塔徑為D=1.0m，可選單溢流弓形降液管，我們采用凹形受液盤(pán)。計(jì)算（1）堰長(zhǎng)，取=0.66D=0.66×1.0=0.66m（2）溢流堰高度，取我們選用平直堰，堰上的液層高度由下式計(jì)算即近似取E=1，則取板上的清液層高度為=60mm，故（3）弓形降液管寬度，由，查課本圖我們得故=0.0722=0.0722×0.785=0.0567m20.124×1.0=0.124m依下式驗(yàn)算停留時(shí)間大于5s故降液管設(shè)計(jì)合理。（4）降液管底隙高度h0取∕s則＞0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤(pán)，深度為2.提餾段溢流裝置計(jì)算(1)堰長(zhǎng)同樣取溢流堰高度我們選用平直堰，堰上的液層高度（近似?。┯?，取，所以(3)弓形降液管寬度取提餾段的堰長(zhǎng)與精餾段相同，則，。驗(yàn)算液體在降液管中提留時(shí)間大于5s故降液管設(shè)計(jì)合理。（4）降液管底隙高度h0我們?nèi)〗狄汗艿紫兜牧魉?，則精餾段，＞0.006m故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤(pán)，深度3..塔板布置（1）塔板的分塊因D≥800mm，故塔板我們采用分塊式。查（2）邊緣區(qū)寬度確定?。?）開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算開(kāi)孔區(qū)面積Aa按下式計(jì)算，即其中故=0.532m2（4）篩孔計(jì)算及其排列所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用=3mm碳鋼板，取篩孔直徑d=5mm。篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為t=3d=3×5=15mm篩孔數(shù)目n為開(kāi)孔率為氣體通過(guò)閥門(mén)的氣速為∕s1.5篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算1.塔板壓降（1）干板阻力計(jì)算干板阻力由下式計(jì)算，即由故（2）氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力h1由下式計(jì)算，即m∕s∕（s·）查圖得，故（3）液體的表面張力的阻力氣體從過(guò)每層塔板的液柱高度，0.0416+0.0366+0.0021=0.080液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為0.08×802.1×9.81=629Pa小于設(shè)計(jì)值2.液面落差對(duì)于