第15組(浮閥式連續(xù)精餾塔及其主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì))

1、hunan city university200x級(jí)化曇工程鳥工藝專池化工原理課程設(shè)計(jì)說明書題 目：浮閥式連續(xù)精館塔及其主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)姓 名：班級(jí)學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：2012年5月11日同組學(xué)生姓名：完成時(shí)間：化工原理課程設(shè)計(jì)評(píng)分細(xì)則說明:成績(jī)優(yōu)秀評(píng)審 單元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵評(píng)審等級(jí)檢查 方法指導(dǎo) 老師 評(píng)分檢閱 老師 評(píng)分設(shè)計(jì) 說明書35%格式規(guī)范是否符合規(guī)定的格式要求5-44-33-22-1格式標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容完整設(shè)計(jì)任務(wù)書、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、 主要設(shè)備計(jì)算、作圖、后記、 參考文獻(xiàn)、小組成員及 承擔(dān)任務(wù)10-88-66-44-1設(shè)計(jì) 任務(wù)書設(shè)計(jì)方案方案是否合理及 是否有創(chuàng)新10-88-66-44-1計(jì)算記錄工

2、藝計(jì)算 過程計(jì)算過程是否正確、 完整和規(guī)范10-88-66-44-1計(jì)算記錄設(shè)計(jì) 圖紙 30%圖面布置圖紙幅面、比例、標(biāo)題欄、 明細(xì)欄是否規(guī)范10-88-66-44-1圖面布 置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注文字、符號(hào)、代號(hào)標(biāo)注 是否清晰、匸確10-88-66-44-1標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì) 吻合圖紙?jiān)O(shè)備規(guī)格 與計(jì)算結(jié)果是否吻合10-88-66-44-1比較圖紙 與說明書平時(shí) 成績(jī) 20%出勤計(jì)算、上機(jī)、手工制圖10-88-66-44-1現(xiàn)場(chǎng) 考察衛(wèi)牛 與紀(jì)律設(shè)計(jì)室是否整潔、 衛(wèi)生、文明10-88-66-44-1答辯 成績(jī)15%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚5-44-33-22-1現(xiàn)場(chǎng) 考察內(nèi)容是否全面5-44-33-22-1回

3、答問題回答問題是否正確5-44-33-22-1總分綜合成績(jī)成績(jī)等級(jí)指導(dǎo)老師（簽名）評(píng)閱老師（簽名）(90-100),良好(80-89),中等(70-79),及格(60-69)和不及格(60)評(píng)定分為設(shè)計(jì)目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)題目41.2t藝條件41.3設(shè)計(jì)內(nèi)容42、全塔設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1工藝流程42. 2全塔物料衡算52. 3塔板數(shù)的確定63、精憾段設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)條件63. 2精懈段的汽液負(fù)荷計(jì)算73. 3精f留段塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算83. 4精憎段塔板流動(dòng)性能校核93. 5精懈段塔板負(fù)荷性能圖114、提餡段設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)條件144. 2提憎段的汽液負(fù)荷計(jì)算164. 3提憎段塔和塔板

4、主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算164.4提憎段的塔高z?184. 5提f留段塔板流動(dòng)性能校核184. 6提懈段塔板負(fù)荷性能圖195、主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型215.1確定流體流動(dòng)空間5.2計(jì)算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù)215.3計(jì)算熱負(fù)荷215.4計(jì)算有效平均溫度差225.5選取經(jīng)驗(yàn)傳熱系數(shù)k值225.6估算換熱面積225.7初選換熱器規(guī)格226、參考文獻(xiàn)237、后記241、設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 1 設(shè)計(jì)題目:浮閥式連續(xù)精徭塔及其主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)工藝條件生產(chǎn)能力：60000噸/年（料液）年工作日：300天原料組成：45. 87%苯，54. 13氯苯（質(zhì)量分率，下同）產(chǎn)品組成：溜出液97%

5、苯。釜液2%苯操作壓力：塔頂壓強(qiáng)為3kpa （表壓）進(jìn)料溫度：泡點(diǎn)單板壓降：0. 7kpa進(jìn)料狀況：泡點(diǎn)加熱方式：間接蒸汽加熱回流比：自選1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容2、全塔設(shè)計(jì)內(nèi)容2. 1工藝流程苯-氯苯混合液原料經(jīng)預(yù)熱器加熱到泡點(diǎn)溫度后送入精館塔進(jìn)料板，在進(jìn)料板上與自塔上 部下降的的冋流液體匯合后，逐板溢流，最后流入塔底。在每層板上，冋流液體與上升蒸汽 互相接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞過程。操作吋，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品， 部分液體氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，一起通過各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被冷凝，并將部 分冷凝液送冋塔頂作為冋流液，其余部分經(jīng)冷凝器冷凝后送出作為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷凝器冷卻2. 2全

6、塔物料衡算2. 2. 1料液及塔頂、底產(chǎn)品中苯的摩爾分率苯和氯苯的相對(duì)摩爾質(zhì)量分別為78. 11和112. 56kg/kmoloxp = 0.55045.87/78.1145.87/78.11 + 54.13/112.5697/78.1197/78.11 + 3/112.56= 0.9792/78.112/78.11 + 98/112.56= 0.0292. 2. 2平均摩爾質(zhì)量a/卜. =78.1 lx0.55+(l -0.55)xl 1256=93.6125kg/kmolmd =0.979x78.1 14-(1-0.979)x1 1256=78.8335kg/kmolmw =78.11x0

7、.029+(1-0.029)x11256=111.56kg/kmol2. 2. 3料液及塔頂?shù)桩a(chǎn)品的摩爾流率一年以7200h / a計(jì)，有：z）, = 6xlo4t/a = 6xlo7 kg/7200h = 8333.33kg （97%c6h6）/h根據(jù)苯-氯苯物系的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用低壓蒸汽直接加熱，加熱蒸汽質(zhì)量流率設(shè)為, kg/h,摩爾流率設(shè)為g kmol/h,全塔物料衡算：r = 1804573 kg/hd=833333kg/h"=971240kg/h0.4557 = 0.97+0.02 卩=>f = 1804573/93.612= 192.77 kmof hd = 833

8、333/ 78.833= 10571 kmov h"=97124)111.561= 87.05 kmovh2. 3、塔板數(shù)的確2. 3.1理論塔板數(shù)“丁的求?。?）.苯-氯苯相平衡數(shù)據(jù)表2-1相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算溫度，（°c）8090100110120130131.8pf x a.133"1 即生苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760兩相摩爾分率x10. 6770. 4420. 2650. 1270. 0190y10.9130. 7850.6140. 3760. 0710本設(shè)計(jì)中，塔內(nèi)壓力接近常壓(實(shí)際上略高

9、于常壓)，而表中所給為常壓下的相平衡數(shù)據(jù), 因?yàn)椴僮鲏毫ζx常壓很小，所以其對(duì)x尹平衡關(guān)系的影響完全可以忽略。(2) .確定操作的回流比7?將表屮數(shù)據(jù)2-1作圖得xy曲線及/-兀丁曲線，見下圖 確定最小回流比化。在圖上，因q=l,查得ye =0.85,xe=xr =0.55固有：心=d-ye/ye-xe=0a3 操作回流比爪 取操作的回流比為最小回流比的2倍，即：/? = 2心=2x0.43 = 0.86m圖2-1苯、氯苯的y-x圖及圖解理論板圖2-2苯、氯苯的/-x夕圖(3) .求取理論塔板數(shù) 精憾段操作線= 0.46x + 0.530.860.979x0.86 + 1 0.86 + 1圖解

10、得：精憾段理論塔板數(shù)為3塊提憾段理論塔板數(shù)為6塊第四塊板為加料版nt二10-1二9 塊2. 3.2實(shí)際塔板數(shù)弘(1) .全塔效率兩 選用£t=51-32.5臨(“衛(wèi))公式計(jì)算。塔的平均溫度為(80+131.8) / 2=106°c(取塔頂、底的算術(shù)平均值)，在此平均溫度下查 化工原理附錄得：“a = 0.24mpa s , /b = 0.34mpa spi = “八兀卩 + 13(1一兀卜)=0.132x0.153 = 0.285 mpa -s£t=51-32.51g(/la) = 50.56%(2) .實(shí)際塔板數(shù)弘(近似取兩段效率相同)精惘段：弘=3/0.505

11、6 = 5.93塊，取7vpl=6塊提館段：2 =6/0.5056 = 11.87塊，取?/p2 =12塊總塔板數(shù)np =+必2 = 18塊(不包括塔釜)o3. 精憾段設(shè)計(jì)3. 1設(shè)計(jì)條件3. 1. 1平均壓強(qiáng)pm取每層塔板壓降為0. 7kpa計(jì)算。塔頂：101.3 + 3 = 104.3kpa加料板： = 104.3 + 0.7x6 = 108.5 kpa平均壓強(qiáng) pg =(104.3 + 108.5)/2 = 106.5 kpa3. 12平均溫度幾查苯-氯苯溫度組成圖2-2得：塔頂為80°c,加料板為95°cotm =(80+95)/2 = 87.5 °c3.

12、 13平均分子量?jī)?cè)皿塔頂：r =心=0.979 , x, = 0.930mvd” = 0.979x 78.11 + (1-0.979) xl 12.56 = 78.83 kg/kmolmldm = 0.930x 78.11 + (1-0.979) xl 12.56 = 80.52 kg/kmol加料板：yf = 0.85 , xf=0.55旳仆=0.85x78.1 l+(l0.84)xll2.56 = 83.63kg/kmol 陸葉=0.55x78.11+(l-0.55)xl 12.56 = 93.63 kg/kmol精館段：mv m = (78.83 + 83.63)/ 2 = 81.23

13、kg/kmol= (80.52 + 93.63)/2 = 87.075 kg/kmol3.1.4平均密度幾(1) .液相平均密度為方便計(jì)算，將查閱得到的苯和氯苯的密度與表面張力列于表3-1, 3-2表3-1組分的液相密度"(kg/m3)溫度，(°c)8090100110120130p苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985溫度,（°c）8085110115120131(7苯21.220.617.316.816. 315.3氯苯26. 125. 722.722.221.620.43-2組分的表面張力/ （mn/m）塔頂:

14、查80°c下苯和氯苯的密度分別為817. okg / n?和1039. 1 kg /1_ a、心 _ 0.9790.021pld.mpld.apld.b *171039.1=> pld.m =820.68 kg/m3進(jìn)料板:查95°c下苯和氯苯的密度分別為799. 213 kg /代和1023. 159 kg /1_ a、_ 0.550.45plf】 plf,a plf.b 799.213 1023.159=>plf<m= 886.53 kg/m3精館段：pl ni = (820.68 + 886.53.0)/ 2 = 853.605 k0n?（2）.汽相

15、平均密度pgp“、m s106.5x81.238.314x(273 + 87.5)= 2.886kg/m33. 1. 5液體的平均表面張力crm塔頂：查表 3-2 彳丁6) = 21.08 mn/m ; f = 26.02 mn/m (95 °c)o.s/gx+xe)嚴(yán) 25.43mn/m進(jìn)料板:才=19 25mn / mof b = 24.4m7v/ m21.27 mn/m 精館段:om = (21.27 + 25.43)/2 = 23.35 mn/m3.1.6液體的平均黏度“l(fā).m查得在80°c和95°c下苯和氯苯的黏度分別為：“d.a = 0.315mpa

16、-s , ,z/db = 0.445 mpa -s (80°c ) “f.a = 0.2615mpa -s , /fb = 0.31 mpa -s (95°c ) 按加權(quán)求取平均黏度 塔頂：/ldm = (aaxa)d +(abxb)d = 0.979 xo.315 + 0.021 x0.445 = 0.318mpa -s 加料板：“l(fā)fm =0.55x0.2615+0.33x0.45 = 0.283 mpa s 精憎段：;/l ni =(0.318 + 0.283) / 2 = 0.3005 mpa-s 3.2、精館段的汽液負(fù)荷計(jì)算汽相摩爾流率 k = (/? + !)&

17、#163;) = (0.86 + 1)x105.71 = 196.62 kmol/h汽相體積流量= "w畑=196.62曲1.23 =】55川/s3600pvin 3600x2.886汽相體積流量人=1.55m.操作氣速取u = 0.7 叫址=0.7x1.59 = 1.638 m/s .精館段的塔徑/s = 5580m3/h液相回流摩爾疵率 l = rd = 0.86x105.71 = 90.91 kmol/h液相體積流量厶= 皿“ =90.91x87.075 =00025川/s6 3600plni 3600x853.605液相體積流量厶=0.0025 n?/s = 9.27 n?/

18、h冷凝器的熱負(fù)荷：查80°c下苯和氯苯的汽化潛熱分別為393. 9kj/kg和325kj/kg。平均 汽化潛熱按質(zhì)量分率加權(quán)有總=0.97x393.9 + 0.03x325 = 391.83kj/kgq = vr = （470.41x78.833）x383.058/3600 = 3946kw3.3、精憾段塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算3. 3. 1塔徑則:（1）.初選塔板間距ht = 500 mm及板上液層高度hl = 60 mmht-hl =0.5-0.06 = 0.44 m（2）.按smith法求取允許的空塔氣速亦（即泛點(diǎn)氣速知）0.0025 丫 853.605、1.55 丿i

19、2.886 丿0.5= 0.027查smith通用關(guān)聯(lián)圖（化工原理課程設(shè)計(jì)5-40）得c20 = 0.09負(fù)荷因子2 =(720 7、0.2= 0.09"23.35< 200.2=0.093泛點(diǎn)氣速:%ax、0.5pi - pv= 0.093x853.605-2.8862.8860.5二 1.59 m/s考慮到浮閥布置和檢修方便，圓整取d.r = 1600mm ,此時(shí)的操作氣速= 0.771 m/s 0采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。(1) 溢流堰長(zhǎng)(出口堰長(zhǎng))g 取厶、.=0.7d=0.7x1.6 = 1.12 m堰上溢流強(qiáng)度厶/厶,.=

20、9.27/1.12 = 8.036 m7(m h) < 100130n?/(mh),滿足篩板塔的堰上溢 流強(qiáng)度要求。(2) 出口堰高饑饑=hl /?ow對(duì)平直堰久w = 0.00284 e(lh /zw)2/3由lw/dt =0.7及厶/厶子=9.27/1.14" =6.75,查圖(化工原理課程設(shè)計(jì)5-30)得£ = 1.01 , 于是：aow =0.00284 xl.01x(9.27/l.14)2z3 = 0.012m>0.006m (滿足要求)hw =hl - aow =0.06-0.0107 =0.048 m(3) 降液管的寬度化和降液管的面積4由厶35=

21、0.7,查弓形降液管幾何關(guān)系圖(化工原理課程設(shè)計(jì)表5-8)得ptd/z)t=0.14,名/名=0.09wd = 0.227m ,= 0.785= 2.01m2, ar =0.18m2。液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間r = ./7t/ls =0.18x0.15/0.0025 =36 s> 5 s (滿足要求)(4) 降液管的底隙高度力。液體通過降液管底隙的流速一般為0.070. 25m/s,取液體通過降液管底隙的流速 uq = 0.08 m/s ,貝u有：ao = 0 0025 = 0.027 9m (力。不宜小于0. 020. 025m,本結(jié)果滿足要求)° 厶x 1.12x0.082

22、 塔板布置(1) 塔板分塊，因a= 1600mm,將塔板分作4塊安裝。(2) 邊緣區(qū)寬度吧與安定區(qū)寬度化邊緣區(qū)寬度化：一-般為5075mm, a>2m吋，化可達(dá)100mm。安定區(qū)寬度化：規(guī)定z)t <1.5m吋圧=75mm； z)t >1.5m吋£=75mm； 本設(shè)計(jì)取化=60 mm,圧=75 mm。(3) 開孔區(qū)面積厶x = q / 2 -(化 + 吧)=°$0 -(0 227 + 0.075 ) = 0.498 m7? = £)t /2 -化=0.8 - 0.060 = 0.740m& = 2 xjr2 -x2 + - r2 sin-

23、1 a l1807?=2 0.498a/0.7402 -0.4982 + x 0.7402 sin"蘭蘭 _1800.74=1.35 m23. 浮閥個(gè)數(shù)巾及排列取fl型浮閥，其閥孔直徑t/0=39mm,初取閥孔動(dòng)能因子頁(yè)",故閥孔的孔 速如=,=6.475 m / sj2.88647浮閥個(gè)數(shù)心忒t9246= 193擬定塔板采用碳鋼且按等腰三角形叉排，塔板厚度s = 3mm ,且wq = 60mm,足=75mm。 作等腰三角形叉排吋，h ='64= 0.093 m ,按推薦尺寸，此處取方= 110 mm。0.075/70.075x193根據(jù)初步估算提供的孔心距r=75

24、mm、孔數(shù)/?=193個(gè)和叉排高度/?= 100mm在塔板上布置 浮閥，實(shí)得浮閥個(gè)數(shù)為184個(gè).根據(jù)在塔板上布置得到的浮閥個(gè)數(shù)重新計(jì)算塔板的各參數(shù)。閥孔氣速如= =14x155=7.055m/stindl 0.785x184x0.0392動(dòng)能因子=7.05572.886 =11.98 （在經(jīng)驗(yàn)值范圍之內(nèi)）3. 3.3精餡段的塔高zz嚴(yán)（2vpl-l）/t = （6-l）x0.5 = 2.5 m3.4、精餛段塔板流動(dòng)性能校核3.4.1塔板壓降校核af = ac + ae1. 氣體通過干板的壓降久臨界孔速(2.886 丿731/1.825=5.87 m/s <因知,故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)下計(jì)算干

25、板壓降。hc =5.34- = 5.34x 2,886 x 7,0552 =0.0458mpl 2g853.6052x9.812. 氣體通過板上液層的壓降九hc = 0（饑 + 心=叭=0.5x0.060 = 0.030 m3. 克服表面張力的壓降你（一般情況下可不考慮）（顯然此項(xiàng)很小可忽略）竺吐=4xex23.35xex1000 = q 0()()29 mplgdo 85360.5x9.81x0.0394. 氣體通過篩板的壓降（單板壓降）久和妙f% 二久 + 久 + ha = 0.0458 + 0.030 + 0.0029 = 0.0761 mp, = plgh( = 853.605x9.8

26、1x0.0761 = 637.25pa < 0.7kpa (滿足設(shè)計(jì)要求)板上液流長(zhǎng)度zz = z)t-2 =1.6-2x0.227 = 1.146 m根據(jù)/?v=2.886kg/m0.135x1.35x0.85= 60.79% 泛點(diǎn)率小于80%,故不會(huì)產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。 4. 3漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因子尺小于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故漏液點(diǎn)的孔速可按a>=5計(jì)算及同=0. 50m查圖(化工原理課程設(shè)計(jì)5-37),得cf = 0.135 o再根據(jù)表(化 工原理課程設(shè)計(jì)5-13)取 仁0.85。().5/ 衛(wèi)lpv丿100k100x1.55( 2.886<853.605-2.8

27、86；0.5+ 136x0.0025x1.146+136lz二 2.94 m/s穩(wěn)定性系數(shù)k4om= = 2.49,1.5-2.0(不會(huì)產(chǎn)生過量液漏)3. 4. 4降液管液泛校核為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度h山hd =hf+hl+hd九=0.1532= 0.1532r 0.0025ji 2x0.027丿0.001 mhd = 0.0761 + 0.060 + 0.001 = 0.1371 mo(ht +hw) = 0.5(0.5 + 0.048 ) = 0.274mh. < 0(7/t + aw)成立，故不會(huì)產(chǎn)生降液管液泛。通過流體力學(xué)驗(yàn)算，可認(rèn)為精鐳段塔徑及塔板各工藝

28、結(jié)構(gòu)尺寸合適，若要做出更合理的 設(shè)計(jì)，還需重選丹丁及心，重復(fù)上述計(jì)算步驟進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。35、精館段塔板負(fù)荷性能圖3. 5. 1過量霧沫夾帶線令泛點(diǎn)率f = 0.80,將相關(guān)數(shù)據(jù)代入得2.886853.605-2.886+ 1.36x1.146&1.35x0.135x1.0= 0.80整理得到=2.505 - 26.78l,在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)乓值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列下表。人， m3/s0. 00250. 0009540. 0020. 0040. 0060. 0080. 009690.010.0110.0120.0130.0140.015k, m3/s1.552. 47942. 451

29、42. 39782. 34432. 29082. 24552. 23722.21042. 18362. 15692. 132. 1033依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖3-1作出霧沫夾帶線。3. 5. 2降液管液泛線（氣相負(fù)荷上限線）降液管發(fā)生液泛的條件為：- hw） = af + hw + how + hdz、2/3z、2/3%、v=0.00284e（36°° 厶0.00284xlf3600l=0.619 厶丁 厶 w 丿 1.12 ）jr4 =-nd = 0.785xl84x0.0392 = 0.2198 m2040a=5.34x- = 5.34xpl 2gpl 2g= 5.34x2.

30、886if853.605 2x9.81x0.21982= 0.019k2k =0（九 +/u） = 0.5（0.048+0.619 厶歲）= 0.024+0.3095厶歲af=ac+/ic= 0.0191 v; +0.3095厶歲 +0.024（l.2（l）=0.153s丿<1.12x0.027j2= 0.153= 167.31 公（0.0191 + 0.3095 硏 + 0.024） + 0.048 + 0.619 瓚 +167.31疋=0.5 （0.5 + 0.048）j2 =10.576-48.613-8759.69l/在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)厶值，依式算出對(duì)應(yīng)的值列于下表。厶，m3

31、/s0. 00250. 0009540. 0020. 0040. 0060. 0080. 009690.010.0110.0120.0130.0140.015k,3. 2613. 25083. 24673. 23013. 2033. 16-153. 122823. 11423.0843. 0523.0152. 97592.886m /s11依據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖3-1中作出液泛線。3. 5. 3漏液線（氣相負(fù)荷下限線）當(dāng)動(dòng)能因子佗5時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液，故取f.=5計(jì)算漏液點(diǎn)氣速，前已算出 % = 2.94m/s ,故叭二uom = 0.785 x 184x 0.0392 x 2.94 = 0.6458

32、 m3 /s取平堰堰上液層高度aow = 0.006 m, e-1.0oc3600厶力=0.00284x 1 -=0.619 a;7'. = 0.006 11上丿j = 0-000954 m3/s依式在圖3-1中作出液相負(fù)荷下限線。3. 5. 5液相負(fù)荷上限線?。?= 5 s得液相最大負(fù)荷流量厶 max =a=°-5x0-18=0.018m3/ssillda亡t5依式在圖3-1中作岀液相負(fù)荷上限線。3. 5. 6操作線及操作彈性操作氣液比 ks/ls =1.55/0.0025 =620從該圖中可以看出，設(shè)計(jì)點(diǎn)p處于正常工作區(qū)域。操作線的上端首先與霧沫夾帶線相交, 因此其上限應(yīng)

33、由霧沫夾帶線（而不是氣相負(fù)荷上限線）所控制，操作線的下端與漏液線 和液相負(fù)荷下限線的交點(diǎn)相交，說明其下限由二者z所控制。即當(dāng)液相流量增大（或是氣 相流量減?。r(shí)，操作氣液比減小，操作線斜率下降，其下端首先與漏液線相交，下限由漏液 線控制；反z,當(dāng)液相流量減?。ɑ蚴菤庀嘭?fù)荷增大）時(shí)，操作線斜率上升，操作線下端首 先與液相負(fù)荷下限線相交，其下限改由液相負(fù)荷下限線控制）o本設(shè)計(jì)屮塔的操作彈性為操作彈性=金s,min2.400.6548= 3.66(s、e)、s>圖3-1精餡段塔板負(fù)荷性能圖4、提憾段設(shè)計(jì)4. 1設(shè)計(jì)條件4. 1. 1平均壓強(qiáng)入 取每層塔板壓降為0. 7kpa計(jì)算。加料板：pf

34、= 104.3 + 0.7x6 = 10&5 kpa塔底:pu=104. 3+18x0. 7=116. 2kpa平均壓強(qiáng) pm =(116.2 + 108.5)/2 = 112.35 kpa4. 12平均溫度入查苯-氯苯溫度組成圖2-2得：塔底為128°c,加料板為95°c。 g =(128 + 95)/2 = 111.5 °c4. 1.3平均分子量?jī)铡?加料板：幾=°&，xf=0.55mvfj11 =0.85x78.1 l+(l-0.85)xll2.56 = 83.63kg/kmol;uldjn =0.55x78.1 l + (l0.5

35、5)xl 12.56 = 93.63 kg/kmol塔底：y“二0. 07xu=0. 029m佔(zhàn)0. 07x78. ll+(l-0. 07) 112. 56=110. 195k§/kmo1m陰=0. 029x78. ll+(l-0. 029) x 112. 56=111. 6095k§/kmo1提館段：m v m = (110.995 + 83.63) / 2 = 96.91 kg/kmolmlm =(111.6095 +93.63)/2 = 102.62 kg/kmol4. 14平均密度幾1. 液相平均密度仇m塔底：查128°c下苯'和氯苯的密度分別為7

36、59. 980kg / n?和987. 99kg /=pkw.m =979.47kg/m31_ ak 師 _ 0.0291 0.029“l(fā)w,mplw,aplw.b 759.98987.99進(jìn)料板:查95°c下苯和氯苯的密度分別為799. 213 kg / nf和1023. 159 kg / m30plf,m= 886.53 kg/m31 _ a、qb _ 0.550.45axm plf,a plf,b 799.213 1023.159提憾段：pl m = (979.47 + 886.53.0)/2 = 933.00 kg/m3 112.35x96.918.314x(273 + 11

37、1.5)2. 汽相平均密度pg=3.406kg/m34. 1. 5液體的平均表面張力crm塔底：(rw a =15.8 mn/m : gw b = 21mn/m+兀巧）廠20.80mn/m進(jìn)料板:嘰=+畑尸21.27 mn/m 提憾段：(ym = (21.27 + 20.80)/2 = 21.035mn/m4.1.6液體的平均黏度“5按加權(quán)求取平均黏度 塔底：“l(fā)d.m = (aaxa)d + (zzbxb)d = 0.24x0.029 + 0.34x(1 -0.029) = 0.3371 mpa -s 加料板：“l(fā)f,m = 0.55 x 0.2615 + 0.33 x 0.45 = 0.2

38、83 mpa s 提館段：/lm = (0.3371 +0.283)/2 = 0.310mpas4.2、提餡段的汽液負(fù)荷計(jì)算汽相摩爾流率 k = (/? + l) = (0.86 +1)x87.05 = 161.913 kmol/h汽相體積流量 k = % = 161.913x96.91 = 278 亦/ss 3600pvm3600x3.406汽相體積流量人=1.278x3600n?/s = 4600.8 m3/h 液相回流摩爾流率厶二 r(w + f) = 0.86x279.82 = 240.6452 kmol/h 液相體積流量厶=厶=74863x102.62 = 0 007352%s 36

39、00/?“3600x933液相體積流量厶、=0.007352m7s = 26.4672 m3/h4.3、提館段塔和塔板主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算4. 3. 1塔徑1. 初選塔板間距h1 = 500 mm及板上液層高度hl = 60 mm ,貝lj：h -hl = 0.5 0.06 = 0.44 m2. 按smith法求取允許的空塔氣速心ax （即泛點(diǎn)氣速知）/ 、pl0.5了 0.007352)(933 )"v丿< 1.278 )(3.406 丿=0.0952s smith通用關(guān)聯(lián)圖（化工原理課程設(shè)計(jì)5-40）得go =0.095負(fù)荷因子（7 =0.095，21.035匸、20 ）

40、=0.0959泛點(diǎn)氣速:wmax0.5仇一 pvpv )= 0.0959x97947 3.4063.406 丿0.5= 1.623 m/s3. 操作氣速wfw = 0.7wimx =0.7x1.623 = 1.1361 m/sitlax4. 提惚段的塔徑考慮到浮閥布置和檢修方便，圓整取ot = 1600mm,此時(shí)的操作氣速u =0.6359 m/s。 兀哄4. 3. 2提憾段塔板工藝結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算1 溢流裝置采用單溢流型的平頂弓形溢流堰、弓形降液管、平形受液盤，且不設(shè)進(jìn)口內(nèi)堰。(1) 溢流堰長(zhǎng)(出口堰長(zhǎng))厶v取厶v =0.7z)t =0.7xl.6 = 1.12m堰上溢流強(qiáng)度厶/厶、，=

41、26.4672/1.12 = 23.63 m3/(m h)< 100130m'/(mh)，滿足篩板塔的堰 上溢流強(qiáng)度要求。(2) 出口堰高饑久v =hl /7ow對(duì)平直堰 how = 0.00284 e(lh /lj2/3由lw/z)t =0.7及厶/厶亍=26.4672/1.122, = 19.9376,查圖(化工原理課程設(shè)計(jì)5-30)得£ = 1.03,aow = 0.00284 xl.03x(26.4672/l. 12嚴(yán)=0.024m>0.006m (滿足要求)hw = hl - /70w = 0.06 一 0.024 = 0.036 m(3) 降液管的寬度

42、w.和降液管的面積由lw/dt=0.7,查弓形降液管幾何關(guān)系圖得wd /pt =0.14, af/at=0.09即：wd = 0.227m ,外=0.785冴=2.0in? , 4 =0.18m2。液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間t = aih1 /ls = 0.18x0.15/0.007352 = 12.24 s> 5s (滿足要求)(4) 降液管的底隙高度饑液體通過降液管底隙的流速一般為0.070. 25m/s,取液體通過降液管底隙的流速0.08m/s,貝i有：7s不宜小于。心。嘰本結(jié)果滿足要求)2. 塔板布置(2) 邊緣區(qū)寬度化與安定區(qū)寬度化邊緣區(qū)寬度化：一般為507mnb 2>2m

43、時(shí)，化可達(dá)100mm。安定區(qū)寬度化：規(guī)定z)t <1.5m時(shí)吧=75mm； z)t >1.5m時(shí)足=75mm；本設(shè)計(jì)取wc =60 mm,化=75 mm。(3) 開孔區(qū)面積心x = z)t/2-(fkd+s) = 0.80-(0.227 + 0.075 ) = 0.498 mr = dy / 2 -叭=0.8 - 0.060 = 0.740m4 = 2xr2-x2 + /?2sin_1-l180r_=2 0.498>/0.7402 -0.4982 + x 0.7402 sin-1_1800.74 _= 1.35m23. 浮閥個(gè)數(shù)n及排列取fl型浮閥，其閥孔直徑初取閥孔動(dòng)能因子

44、化=“厲 = 11,故閥孔的孔 速w) = / h = 5.9603m/sj3.40647浮閥個(gè)數(shù)“如擬定塔板采用碳鋼且按等腰三角形叉排，塔板厚度s = 3mm ,且wc = 60min, ws =75mmo 作等腰三角形叉排時(shí)，h = =164=0.1m,按推薦尺寸，此處取a = 0.1mo0.075/?0.075x180根據(jù)初步估算提供的孔心距f=75mm、孔數(shù)刀=180個(gè)和叉排高度力=0. im在塔板上布置 浮閥，實(shí)得浮閥個(gè)數(shù)為184個(gè)。根據(jù)在塔板上布置得到的浮閥個(gè)數(shù)重新計(jì)算塔板的各參數(shù)。閥孔氣速 = = 5.82111/8° 7rnd；動(dòng)能因子耳）=5.823.406 =10

45、.74 （在經(jīng)驗(yàn)值范圍之內(nèi)）4.4提館段的塔高z?乙=（嶺 一 1）心=（12-1）x05 = 5.5 m4. 5、提憎段塔板流動(dòng)性能校核4. 5. 1塔板壓降校核hf =hc+he1. 氣體通過干板的壓降人( 1/1.825/ 73 y/l825,3406 丿=5.3616 m/s v "o因坳>%,故應(yīng)在浮閥全開狀態(tài)下計(jì)算干板壓降。心嘖4咖鬻x鵝皿5簡(jiǎn)2. 氣體通過板上液層的壓降代久=0（饑 + /?ow） = 0久=0.5x0.060 = 0.030 m3. 克服表面張力的壓降/（一般情況下可不考慮）（顯然此項(xiàng)很小可忽略）竺吐=4xex21.0?5x101000 =mp、

46、gd<,933x9.81x0.0394. 氣體通過篩板的壓降（單板壓降）和h（ = hc + hc +ho = 0.03505 + 0.030 + 0.000236 = 0.06529 mg = pm = 933x9.81x0.06529 = 597.58pa < 0.7kpa （滿足設(shè)計(jì)要求）4. 5. 2霧沫夾帶量校核板上液流長(zhǎng)度zz = dt-2wd =1.6-2x0.227 = 1.146 m根據(jù)pv=3.406kg/m3及同=0. 50m查圖（化工原理課程設(shè)計(jì)5-37），得cf =0.135 o再根 據(jù)表（化工原理課程設(shè)計(jì)5-13）取=085o/0.5100k pv +1

47、36£ -z_ ack（3 406 屮5100x 1.278 +136x 0.007352x 1.146=（933-3.406丿0.135x1.35x0.85= 10.42%泛點(diǎn)率小于80%,故不會(huì)產(chǎn)生過量的霧沫夾帶。4. 5. 3漏液校核當(dāng)閥孔的動(dòng)能因子尤小于5時(shí)將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故漏液點(diǎn)的孔速可按無(wú)=5計(jì)算55%礦- .- 2.709 m/sj3.406穩(wěn)定性系數(shù)k亠=竺 =2.148 »1.52.0 （不會(huì)產(chǎn)生過量液漏） %2.7094. 5. 4降液管液泛校核為防止降液管發(fā)生液泛，應(yīng)使降液管中的清液層高度/d<0（/t+aw）匕=久+力l +力dad =0.1

48、53a= 0.153"0.007352<1.12x0.082、2丿= 0.001 mh& = 0.06529 + 0.060 + 0.001 = 0.12629 m0(ht + /7w) = 0.5(0.5 + 0.036 ) = 0.268mhd < 0(/t + hw)成立，故不會(huì)產(chǎn)生降液管液泛。46、提憾段塔板負(fù)荷性能圖4. 6. 1過量霧沫夾帶線令泛點(diǎn)率f = 0.80，得3.406933.0-3.406+ 1.36x2 厶1.35x0.135x0.85= 0.80整理得到=2.049-257686 &4. 6. 2降液管液泛線(氣相負(fù)荷上限線)降

49、液管發(fā)生液泛的條件為：+ 心=hf +hw +a0w +hd瓜=0.00284£3600£、2/3= 0.00284x1"3600厶i 1.122/3= 0.6152 曙=<=0.785x184x0.0390.2196"5.34x 色尤= 5.34xd 巳仝pl 2gpl 2g= 5 34x 遜 x933.0 2x9.81x0.21962= 0.0206k2$hc =0(瓦 +/u) = 0.5(0.036+0.6152厶鋁) =0.018+0.3076厶鋁hf =hc + hc = 0.0206 <2 + 0.3076厶丁 +0.018(t

50、 y力d= 0.153_0153u.12x0.082,= 1&14 厶;(0.02062 + 0.3076厶j + 0.018) + 0.036 + 0.6152 厶尹 +18.14 = 0.5 (0.5 + 0.036)<2 = 10.388 - 44.80 厶丁 - 880.581/4. 6. 3漏液線(氣相負(fù)荷下限線)當(dāng)動(dòng)能因子佗<5時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重漏液，故取化=5計(jì)算漏液點(diǎn)氣速，前已算出%=2.94m/s，故k.in.n =二彳加： =0.785xl84x0.0392><2.94 = 0.6458n?/s4. 6. 4液相負(fù)荷下限線取平堰堰上液層高度。w =

51、 0.006 m, e « 1.01 oaow =0.00284x13600z .s,min、2/3l12丿= 0.619 聲sjiiin= 0.0064,min = 0.00094m3/s依式在圖4-1中作出液相負(fù)荷下限線。4. 6. 5液相負(fù)荷上限線取廠=5 s得液相最大負(fù)荷流量"s.maxt= 0.5x0.18=()()18m3/s5依式在圖4-1屮作出液相負(fù)荷上限線。4. 6. 6操作線及操作彈性操作氣液比f(wàn)；/£s =1.278/0.007352 =173.8圖4-1提憾段塔板負(fù)荷性能圖操作彈性一 'ws,min=2-10 =3.200.6548

52、5、主要附屬設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算與選型塔頂冷凝器5. 1確定流體流動(dòng)空間冷卻水走管程，苯走殼程，有利于苯的散熱和冷凝。52計(jì)算流體的定性溫度，確定流體的物性數(shù)據(jù) 冷卻水的定性溫度：入口溫度為/, = 25°c ,出口溫度為t2 = 30°c 故選固定管板式換熱器兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如下物性流體溫度 °c密度 kg/m3粘度 mpa s比熱容 kj/(kg e°c)導(dǎo)熱系數(shù) w/(m °c)苯806770.311.9420. 127井水27.5993.70. 7174. 1740. 6275. 3.計(jì)算熱負(fù)荷0 = “ = 470.41x78.833x383.058