化工原理課程設(shè)計(jì)苯氯苯篩板塔

1、沈陽(yáng)化工大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè) 班級(jí) 設(shè)計(jì)人 一、設(shè)計(jì)題目分離 苯-氯苯 混合液（混合氣）的 篩板 精餾塔二、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及條件生產(chǎn)能力：年處理 苯-氯苯 混合液（混合氣）： 10.0 萬(wàn)噸（開工率300天/年）；原 料： 苯 含量為 40 %（質(zhì)量百分率，下同）的常溫液體（氣體）；分離要求： 塔頂 苯 含量不低于（不高于） 95 %；塔底 苯 含量不高于（不低于） 3.0 %。建廠地址： 沈陽(yáng)三、設(shè)計(jì)要求（一）編制一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書，主要內(nèi)容包括：1、前言；2、流程的確定和說(shuō)明（附流程簡(jiǎn)圖）；3、生產(chǎn)條

2、件的確定和說(shuō)明；4、精餾（吸收）塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；5、附屬設(shè)備的選型和計(jì)算；6、設(shè)計(jì)結(jié)果列表；7、設(shè)計(jì)結(jié)果的討論與說(shuō)明；8、注明參考和使用的設(shè)計(jì)資料；9、結(jié)束語(yǔ)。（二）繪制一個(gè)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（2#圖）（三）繪制精餾（吸收）塔的工藝條件圖（坐標(biāo)紙）四、設(shè)計(jì)日期： 2013 年 03 月 04 日至 2013 年 05 月 31 日目 錄前 言1第一章 流程的確定和說(shuō)明3第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算5 2.1 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)5 2.1.1 操作壓力5 2.1.2 苯-氯苯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)5 2.1.3 操作條件62.2 全塔物料衡算6 2.2.1 基礎(chǔ)計(jì)算6 2.2.2 物料衡算7 2.2.3 求最小回流

3、比及操作回流比7 2.2.4 操作溫度計(jì)算8 2.2.5 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算82.3 塔板數(shù)的計(jì)算9 2.3.1 理論塔板數(shù)的確定9 2.3.2 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算102.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算11 2.4.1 操作壓力計(jì)算11 2.4.2 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算12 2.4.3 平均密度的計(jì)算12 2.4.4 液相平均表面張力計(jì)算13 2.4.5 液相平均粘度的計(jì)算142.5熱量衡算152.6 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算17 2.6.1 塔徑的計(jì)算17 2.6.2 精餾塔有效高度的計(jì)算192.7 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算19 2.7.1 溢流裝置計(jì)算19 2.7.2踏板布置212.8篩板

4、的流體力學(xué)驗(yàn)算22 2.8.1塔板壓降22 2.8.2液面落差24 2.8.3液沫夾帶25 2.8.4漏液25 2.8.5液泛262.9塔板負(fù)荷性能圖27 2.9.1漏液線27 2.9.2液沫夾帶線28 2.9.3液相負(fù)荷下限線30 2.9.4液相負(fù)荷上限線30 2.9.5液泛線31 2.9.6操作線33第三章 精餾塔的結(jié)構(gòu)附屬設(shè)備353.1 精餾塔的附屬設(shè)備35 3.1.1冷凝器35 3.1.3除沫器363.2各接管尺寸的確定37 3.2.1進(jìn)料管37 3.2.2回流液管37 3.2.3塔底出料管37 3.2.4塔頂蒸汽管38 3.2.5法蘭383.3塔高的設(shè)計(jì)38 3.3.1塔頂空間38

5、3.3.2塔底空間38 3.3.3人孔39 3.3.4裙座高度39 3.3.5封頭39 3.3.6塔高39第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)和討論404.1不同設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)結(jié)果比較404.2同組數(shù)據(jù)比較414.3設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)414.4結(jié)束語(yǔ)41附錄43 前 言本設(shè)計(jì)采用連續(xù)精餾分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續(xù)精餾塔在常壓下操作，被分離的苯-氯苯二元混合物由連續(xù)精餾塔中部進(jìn)入塔內(nèi)，以一定得回流比由連續(xù)精餾塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯。氯苯純度不低于97%，塔頂產(chǎn)品苯純度不低于95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。高徑比很大的設(shè)備稱為塔器。塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣（或汽）液或

6、液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到傳質(zhì)及傳熱的目的。常見(jiàn)的、可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳質(zhì)和傳熱的增濕、減濕等。在化工或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面都有重大的影響。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備投資費(fèi)用的較大比例。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，受到化工煉油等行業(yè)的極大重視。作為主要用于傳質(zhì)過(guò)程的塔設(shè)備，首先必須使氣（汽）液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質(zhì)效率。此外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)傳質(zhì)效率。此

7、外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還得考慮下列各項(xiàng)要求：生產(chǎn)能力大在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。操作穩(wěn)定、彈性大。當(dāng)塔設(shè)備的氣（汽）液負(fù)荷量有較大的波動(dòng)時(shí)，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。并且塔設(shè)備應(yīng)保證能長(zhǎng)期連續(xù)操作。流體流動(dòng)的阻力小。即流體通過(guò)塔設(shè)備的壓力降小。這將大大節(jié)省生產(chǎn)中的動(dòng)力消耗，以及降低經(jīng)常操作費(fèi)用。對(duì)于減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統(tǒng)無(wú)法維持必要的真空度。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小、制造和安裝容易。這可以減少基建過(guò)程中的投資費(fèi)用。耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上

8、述所有要求，僅是在某些方面具有獨(dú)到之處根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，此設(shè)計(jì)的塔型為篩板塔。篩板塔是很早出現(xiàn)的一種板式塔。五十年代起對(duì)篩板塔進(jìn)行了大量工業(yè)規(guī)模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，并形成了較完善的設(shè)計(jì)方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大2040%，塔板效率高1015%，壓力降低3050%，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔盤造價(jià)減少40%左右，安裝、維修都較容易。從而一反長(zhǎng)期的冷落狀況，獲得了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)對(duì)篩板塔盤的研究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達(dá)2025mm），導(dǎo)向篩板等多種形式。篩板塔盤上分為篩孔區(qū)、無(wú)孔區(qū)、溢流堰及降液管等幾部分工業(yè)塔常用的篩孔孔徑為38mm，按正三角形排列空間距與孔徑

9、的比為2.55近年來(lái)有大孔徑（1025mm）篩板的，它具有制造容易，不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，只是漏液點(diǎn)低，操作彈性小。篩板塔的特點(diǎn)如下：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造維修方便。生產(chǎn)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(shè)計(jì)的篩板塔可是具有較高的操作彈性，僅稍低與泡罩塔。小孔徑篩板易堵塞，故不宜處理臟的、粘性大的和帶有固體粒子的料液。 第一章 流程的確定和說(shuō)明精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷凝器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分氣化與部分冷凝器進(jìn)行精餾分離，由冷凝器和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為

10、此，在確定流程裝置時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波動(dòng)的影響。原料液由高位槽經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱后送入精餾塔內(nèi)。操作時(shí)連續(xù)的從再沸器中取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃?，再沸器中原料液部分氣化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后進(jìn)入貯槽再經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻。并將冷凝液借助重力作用送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)過(guò)冷凝器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。為了使精餾塔連續(xù)的穩(wěn)定的進(jìn)行，流程中還要考慮設(shè)置原料槽。產(chǎn)品槽和相應(yīng)的泵，有時(shí)還要設(shè)置高位槽。且在適當(dāng)位置設(shè)置必要的儀表（流量計(jì)、溫度計(jì)和

11、壓力表）。測(cè)量物流各項(xiàng)參數(shù)。塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)狀況決定采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用全分凝器。總而言之，確定流程時(shí)要全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費(fèi)用操作控制及安全因素。流程簡(jiǎn)圖如下：圖1-1 流程簡(jiǎn)圖原料流量，； 餾出液流量，；釜液流量，； 原料中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； 餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。第二章 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 操作條件與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.1 操作壓力精餾操作按操作壓力可分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操作中壓力影響非常大，當(dāng)壓力增大時(shí)，混合液的相對(duì)揮發(fā)度將減小，對(duì)分離不利；當(dāng)壓力減小時(shí)，對(duì)分離有利。但當(dāng)壓力太低時(shí)，

12、對(duì)設(shè)備要求太高，設(shè)備費(fèi)用增加。因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用常壓蒸餾苯-氯苯系統(tǒng)在常壓下?lián)]發(fā)度相差較大，較易分離，故本設(shè)計(jì)采用常壓精餾。2.1.2 苯-氯苯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表2-1 苯-氯苯的物理性質(zhì)項(xiàng)目分子式相對(duì)分子質(zhì)量沸點(diǎn)/臨界溫度/臨界壓力/苯78.1180.1288.56833氯苯112.56131.8359.24520表2-2 苯-氯苯液體粘度溫度()6080100120140苯0.3810.3080.2550.2150.184氯苯0.5150.4280.3630.3130.274表2-3 苯-氯苯純組分飽和蒸汽壓P（)溫度()8090100110120130131.8苯760102513501760

13、225028402900氯苯148205293400543719760表2-4 苯-氯苯液相密度（kg/m3）溫度（）8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985表2-6苯-氯苯液體表面張力溫度()8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4表2-5 苯-氯苯氣液平衡組成與溫度的關(guān)系溫度（）液相氣相801.0001.000900.6670.9131000.4420.7851100.2650.6131200.1270.3761300.

14、0190.072131.80.0000.0002.1.3 操作條件1.塔頂壓強(qiáng)4KPa(表壓)；2.回流比；3.塔底加熱蒸汽壓力 0.5MPa(表壓)；4.單板壓降 0.7KPa;5.冷卻水溫度202.2 全塔物料衡算2.2.1 基礎(chǔ)計(jì)算已知：原料液 ，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，原料液中單位時(shí)間質(zhì)量 取 進(jìn)料液、餾出液、塔釜液摩爾組成進(jìn)料液摩爾組成= 餾出液摩爾組成=塔釜液摩爾組成= 平均摩爾質(zhì)量 2.2.2 物料衡算進(jìn)料液摩爾流量總物料衡算 易揮發(fā)組分物料衡算 聯(lián)立 兩式得 物料衡算圖如圖2-1所示 圖2-1 物料衡算圖2.2.3 求最小回流比及操作回流比因?yàn)閝=1，所以=0.4898，由表2-3求即 得=

15、0.811所以得出=0.6242.2.4 操作溫度計(jì)算根據(jù)表2-5，用內(nèi)插法算得進(jìn)料 塔頂 塔底 精餾段平均溫度提餾段平均溫度2.2.5 相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算 精餾段已知：液相組成： 氣相組成： 精餾段相對(duì)揮發(fā)度 =精餾段相平衡方程為 提餾段已知：液相組成：氣相組成：提餾段相對(duì)揮發(fā)度提餾段相平衡方程為 2.3 塔板數(shù)的計(jì)算2.3.1 理論塔板數(shù)的確定采用圖解法計(jì)算理論塔板數(shù)精餾段操作線方程為 提餾段操作線方程為 所以操作線方程為：而，所以q線方程為 圖2-2 圖解法計(jì)算理論塔板數(shù)由圖2-2可知精餾塔內(nèi)理論塔板數(shù)為9-1=8塊（不包括再沸器），其中精餾段理論塔板數(shù)為3塊，提餾段理論塔板數(shù)為5塊逐板計(jì)

16、算法計(jì)算理論塔板數(shù)：已知精餾段相平衡方程為提餾段相平衡方程為由逐板計(jì)算法算得各層塔板上的氣液組成，如表2-7所示 表2-7 各層踏板上的氣液組成表yx10.9650.8520.9130.68630.8510.54340.7960.44850.7110.37360.5880.25670.3950.13680.1970.05690.0650.017精餾塔內(nèi)理論塔板數(shù)為9-1=8塊，其中精餾段3塊，第4塊為進(jìn)料板2.3.2 實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算 全塔效率塔內(nèi)平均溫度板效率可由奧康奈爾公式其中：塔頂和塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度； 塔頂和塔底平均溫度下的液相粘度 精餾段已知該溫度下的各組分粘度為：0.247

17、，0.353 板效率為：精餾段實(shí)際塔板數(shù)為塊 取7塊 提餾段已知板效率為：提餾段實(shí)際塔板數(shù)為塊 取11塊實(shí)際塔板數(shù)為塊全塔效率加料板位置在第八塊塔板2.4 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算2.4.1 操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 每層塔板壓降 進(jìn)料板壓力 塔底操作壓力精餾段平均壓力提餾段平均壓力2.4.2 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由查表2-7，得 塔底平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 查表2-7，得 進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由表2-7知， 精餾段平均摩爾質(zhì)量：提餾段平均摩爾質(zhì)量：2.4.3 平均密度的計(jì)算 氣相平均密度的計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即精餾段氣相平均密度為提餾段氣相平均密度為 液相平均

18、密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算：塔頂液相平均密度的計(jì)算：由，根據(jù)表2-4，由內(nèi)插法得 ， 進(jìn)料板液相平均密度計(jì)算：由，根據(jù)表2-4，由內(nèi)插法得 ，進(jìn)料板液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算 塔底液相平均密度的計(jì)算：由，根據(jù)表2-4，由內(nèi)插法得 ， 精餾段液相平均密度為同理可得，提餾段液相平均密度為2.4.4 液相平均表面張力計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即塔頂液相平均表面張力的計(jì)算已知，根據(jù)表2-6，由內(nèi)插法算得 ， 進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算已知，根據(jù)表2-6，由內(nèi)插法算得， ， 塔底液相平均表面張力的計(jì)算已知，根據(jù)表2-6，由內(nèi)插法算得， ， 精餾段液相平均表面張力為提餾段液相平均表面張力為2.4.5

19、液相平均粘度的計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算：塔頂液相平均粘度的計(jì)算已知，根據(jù)表2-2，由內(nèi)插法算得，解出 進(jìn)料板液相平均粘度的計(jì)算已知，根據(jù)表2-2，由內(nèi)插法算得，解出塔底液相平均粘度的計(jì)算已知，根據(jù)表2-2，由內(nèi)插法算得，解出精餾段液相平均粘度為提餾段液相平均粘度為2.5熱量衡算冷凝器的熱負(fù)荷式中塔頂上升蒸汽的焓： 塔頂餾出液的焓。又式中苯的蒸發(fā)潛熱： 氯苯的蒸發(fā)潛熱查資料得在81.1時(shí)，所以冷卻水消耗量式中冷卻水消耗量， 冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱， ，冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，。而此溫度下冷卻水的比熱容所以再沸器熱負(fù)荷的計(jì)算：表2-8 苯-氯苯比熱容溫度/苯氯苯表2-9 苯-氯苯在不

20、同溫度下混合物的比熱容（單位：）塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段苯1.8812.0951.9521.9172.004氯苯1.3051.5551.4751.4501.502塔頂流出液的比熱容：塔釜餾出液的比熱容：為簡(jiǎn)化計(jì)算，現(xiàn)以進(jìn)料焓，即97.97時(shí)的焓值為基準(zhǔn)。已知：對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：其中所以由于塔釜熱損失為10，則所以式中 ； ； ； 表2-10熱量衡算結(jié)果表符號(hào)數(shù)值02.6 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算2.6.1 塔徑的計(jì)算精餾段的氣、液相體積流率為 由，式中由計(jì)算，其中，由圖2-3查取 圖2-3 史密斯關(guān)聯(lián)圖圖的橫坐標(biāo)為 取板間距，板上液層高度，則查圖2-3得，依式校正到物系表面張力21.6取安全

21、系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為提餾段的氣、液相體積流率為 由，式中由計(jì)算，其中，由圖2-3查取圖的橫坐標(biāo)為 取板間距，板上液層高度，則查圖2-3得，依式校正到物系表面張力取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為故塔徑取 表2-11 篩板塔的塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑塔板間距300500200300500800300500800160035045016002000450600200024006008002.4800注：摘自化工原理課程設(shè)計(jì)P75表5-1塔截面積為精餾段實(shí)際空塔氣速為提餾段實(shí)際空塔氣速為2.6.2 精餾塔有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為提餾段有效高度為在進(jìn)料板上

22、方開一人孔，提餾段中開一人孔，其高度為0.6m，故精餾塔的有效高度為2.7 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算2.7.1 溢流裝置計(jì)算篩板式塔的溢流裝置包括溢流堰，降液管和受液盤等幾部分。其尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)塔的性能有著重要的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合其他影響因素，因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，采用凹形受液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng)取 溢流堰高度由，選用平直堰，堰上液層高度近似取，則精餾段提餾段取板上清液層高度，故精餾段提餾段 弓形降液管寬度和截面積由，查圖2-4，得，圖2-4 弓形降液管的參數(shù)故用下式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即精餾段提餾段故降液管設(shè)計(jì)合理。 降液管底隙高度精餾段降液管底隙高度的計(jì)算提

23、餾段降液管底隙高度的計(jì)算故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。選用凹形受液盤，深度。2.7.2踏板布置 踏板的分塊因，故塔板用分塊式，查表2-9，塔板分為4塊。 表2-12 塔板分塊數(shù)塔徑/mm塔板分塊數(shù)80012003140016004180020005220024006 邊緣區(qū)寬度確定取安定區(qū)寬度為，邊緣區(qū)寬度為 開孔區(qū)面積計(jì)算開孔區(qū)面積按下式計(jì)算故 篩孔計(jì)算及其排列本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距篩孔數(shù)目開孔率為精餾段氣體通過(guò)篩孔的氣速為提餾段氣體通過(guò)篩孔的氣速為2.8篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算2.8.1塔板壓降 干板阻力計(jì)算干板阻力由，查圖2-5 圖2-5

24、 干篩孔的流量系數(shù)由圖知，故精餾段液柱提餾段液柱 氣體通過(guò)液層的阻力計(jì)算氣體通過(guò)液層的阻力精餾段查圖2-6圖2-6 充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖由圖知，所以液柱提餾段查圖2-6，由圖知，所以液柱 液體表面張力阻力的計(jì)算精餾段：液柱氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為（設(shè)計(jì)允許值）提餾段：液柱氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度液柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降為（設(shè)計(jì)允許值）2.8.2液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和流量均不大，故可忽略液面落差的影響。2.8.3液沫夾帶液沫夾帶量由下式計(jì)算精餾段故故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。提餾段故故在本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。2.8.4漏液精

25、餾段：對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式計(jì)算實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為提餾段：對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速可由下式計(jì)算實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。2.8.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式關(guān)系即，苯-氯苯物系屬一般物系，取，則精餾段：而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算提餾段：而板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計(jì)算故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。2.9塔板負(fù)荷性能圖2.9.1漏液線精餾段：由，得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。表2-13 精餾段漏液線計(jì)算數(shù)值0.00060.5850.00100.5920.00150.5990.0030.6160.0050.635由此表

26、數(shù)據(jù)即可做出漏液線1。提餾段：由，得整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。表2-14 提餾段漏液線計(jì)算數(shù)值0.00060.5070.00100.5140.00150.5220.0030.5390.0050.558由此表數(shù)據(jù)即可做出漏液線1。2.9.2液沫夾帶線精餾段：當(dāng)氣相負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，液沫夾帶量過(guò)大，使塔板效率大為降低。對(duì)于精餾，一般控制。以為限，求關(guān)系如下由，得出：整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。表2-15 精餾段液沫夾帶線計(jì)算數(shù)值0.00061.8630.00101.8200.00151.7730.0031.6560.00

27、51.528由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。提餾段：當(dāng)氣相負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，液沫夾帶量過(guò)大，使塔板效率大為降低。對(duì)于精餾，一般控制。以為限，求關(guān)系如下由，得出：整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表。表2-16 提餾段液沫夾帶線計(jì)算數(shù)值0.00062.9290.00102.8860.00152.8390.0032.7230.0052.596由此表數(shù)據(jù)即可作出液沫夾帶線2。2.9.3液相負(fù)荷下限線液相負(fù)荷低于此線，就不能保證塔板上液流的均勻分布，將導(dǎo)致塔板效率下降。對(duì)于平直堰，取堰上液層高度作為最小液體符合標(biāo)準(zhǔn)。精餾段：取，則據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線

28、3。同理得，提餾段液相負(fù)荷下限線為2.9.4液相負(fù)荷上限線該線又稱降液管超負(fù)荷線。液體流量超過(guò)此線，表明液體流量過(guò)大，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過(guò)短，進(jìn)入降液管的氣泡來(lái)不及與液相分離而被帶入下層踏板，造成氣相返混，降低踏板效率。精餾段：以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式得，據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。提餾段：以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，由下式得，據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線4。2.9.5液泛線若操作的氣液負(fù)荷超過(guò)此線時(shí)，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。液泛可分為降液管液泛和液沫夾帶液泛兩種情況，為使液體能由上層塔板順利的流入下層塔板，降液管

29、內(nèi)須維持一定的液層高度。精餾段：令，聯(lián)立得忽略，將與，與的關(guān)系式帶入上式，并整理得式中，將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表： 表2-17 精餾段液泛線計(jì)算數(shù)值0.00101.8310.00151.8000.00251.7440.00401.6670.00601.566由此表數(shù)據(jù)即可做出液泛線5。提餾段：令，聯(lián)立得忽略，將與，與的關(guān)系式帶入上式，并整理得式中，將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入，得在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè)值，依上式計(jì)算出值，計(jì)算結(jié)果列于下表： 表2-18 提餾段液泛線計(jì)算數(shù)值0.00101.8400.00151.8120.00251.7610.00401.68

30、80.00601.588由此表數(shù)據(jù)即可做出液泛線5。2.9.6操作線根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔的負(fù)荷性能圖精餾段：圖2-7 精餾段負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，做出操作點(diǎn)A，連接OA，即做出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為液沫夾帶控制。由圖查得，故操作彈性為提餾段：圖2-8提餾段負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，做出操作點(diǎn)A，連接OA，即做出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。由圖查得，故操作彈性為第三章 精餾塔的結(jié)構(gòu)附屬設(shè)備3.1 精餾塔的附屬設(shè)備精餾塔的附屬設(shè)備包括蒸汽冷凝器，產(chǎn)品冷卻器，再沸器，原料預(yù)熱器等。3.1.1冷凝器本次設(shè)計(jì)冷凝器選用管殼

31、式冷凝器。對(duì)于精餾塔的冷凝器，一般選用列管式、空氣冷凝螺旋板式換熱器。因本設(shè)計(jì)冷熱流體溫差不大，所以選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液。冷凝水循環(huán)與氣體方向相反，即逆流式。當(dāng)氣體流入冷凝器時(shí)，使其液膜厚度減薄，傳熱系數(shù)增大，利于節(jié)省面積，減少材料費(fèi)用。取冷凝器傳熱系數(shù)沈陽(yáng)地區(qū)夏季最高平均水溫為20，冷卻水出口溫度一般不超過(guò)40，否則易結(jié)垢，取。對(duì)于逆流操作 80.7881.94 2035所以 所以冷凝器冷凝面積查有關(guān)數(shù)據(jù)如下 表3-1 冷凝器尺寸公稱直徑管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)換熱面積公稱壓力450137300030.364冷卻水消耗量式中冷卻水消耗量， 冷卻介質(zhì)在平均溫度下的比熱

32、， ，冷卻介質(zhì)在冷凝器進(jìn)出口處的溫度，。而此溫度下冷卻水的比熱容所以3.1.2再沸器選用160飽和水蒸氣加熱，傳熱系數(shù)取進(jìn)料溫度，水蒸氣溫度逆流操作：，其中再沸器換熱面積： 表3-4 再沸器尺寸公稱直徑管程數(shù)管數(shù)管長(zhǎng)換熱面積公稱壓力600234250035253.1.3除沫器在空塔氣速較大，塔頂帶液現(xiàn)象嚴(yán)重，以及工藝過(guò)程中不許出塔氣速夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，以減少液體夾帶損失，確保氣體純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器，其具有比表面積大，質(zhì)量輕，空隙大及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)氣速選?。?系數(shù)除沫器直徑：選取不銹鋼除沫器 類型：標(biāo)準(zhǔn)型；規(guī)格：40-100；材料：不銹鋼絲網(wǎng)；絲

33、網(wǎng)尺寸：圓絲。（摘自塔設(shè)備設(shè)計(jì)P453表8-3）3.2各接管尺寸的確定3.2.1進(jìn)料管進(jìn)料體積流量取適宜的輸送速度圓整后規(guī)格。3.2.2回流液管冷凝器安裝在塔頂時(shí)，回流液在管道中的流速一般不能過(guò)高，否則冷凝器高度也要相應(yīng)的提高，對(duì)于重力回流，一般取速度為，本設(shè)計(jì)取?；亓饕后w積流量圓整后規(guī)格。3.2.3塔底出料管塔底流出液體的速度一般可取，本設(shè)計(jì)取。釜?dú)堃旱捏w積流量圓整后規(guī)格。3.2.4塔頂蒸汽管操作壓力為常壓，蒸汽速度一般為，本設(shè)計(jì)取。圓整后規(guī)格塔體結(jié)構(gòu)3.2.5法蘭由于為常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭。塔頂蒸汽出料法蘭： 480 回流管接管法蘭： 50 進(jìn)料管接管法蘭： 60

34、塔釜出料管接口法蘭： 45 注：摘自化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P637表5-3843.3塔高的設(shè)計(jì)3.3.1塔頂空間塔的頂部空間高度是指第一層塔盤到塔頂封頭的直線距離。取除沫器到第一塊板的距離為,塔頂部空間高度為。3.3.2塔底空間塔底空間指塔內(nèi)最下層塔板到塔底間距。其值由如下因素決定：塔底儲(chǔ)液空間依儲(chǔ)存液量停留（易結(jié)焦物料可縮短停留時(shí)間）而定；再沸器的安裝方式及安裝高度；塔底液面至最下層塔板之間要留有的間距。所以，3.3.3人孔對(duì)于的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔層塔板設(shè)一人孔。人孔直徑一般為，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)為，人孔中心距操作平臺(tái)。設(shè)人孔處的板間距應(yīng)等于或大于。本設(shè)計(jì)中每六層塔板設(shè)一人孔，人

35、孔直徑取600，其伸出塔體的筒體長(zhǎng)取。3.3.4裙座高度塔底常用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設(shè)備的主要支座形式，為了制作方便，一般采用圓筒形。高度取。3.3.5封頭封頭高度3.3.6塔高板式塔的塔高可按下式計(jì)算：式中 塔高，； 實(shí)際塔板數(shù)； 進(jìn)料板數(shù)； 進(jìn)料板處板間距，； 人孔數(shù)； 塔底空間高度，； 設(shè)人孔處的板間距，； 塔頂空間高度，； 封頭高度，； 裙座高度，。其中：，所以第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總結(jié)和討論4.1不同設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)結(jié)果比較表4-1 精餾塔主要工藝尺寸與主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表序號(hào)項(xiàng)目精餾段提餾段1平均溫度，891132平均壓力，107.8114.1

36、3氣相流量，0.8950.8444液相流量0.00130.005935實(shí)際塔板數(shù)186有效段高度7.57塔徑，1.48板間距,0.350.49溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長(zhǎng),0.9812堰高,0.05190.03813板上液層高度,0.060.0614堰上液層高度,0.00810.02215降液管底隙高度,0.02116安定區(qū)寬度,0.08517邊緣區(qū)寬度,0.0618開孔區(qū)面積,0.9619篩孔直徑,0.00520篩孔數(shù)目492821孔中心距,0.01522開孔率,10.123空塔氣速,0.720.62324篩孔氣速,9.258.2725穩(wěn)定系數(shù)1.5041.51226每層塔板壓降

37、,0.550.62327負(fù)荷上限液泛控制液泛控制28負(fù)荷下限液沫夾帶控制漏液控制29液沫夾帶0.10.130氣相符合上限，1.711.2531氣象負(fù)荷下限，1.660.52532操作彈性1.032.3833實(shí)際塔高/m11.884.2同組數(shù)據(jù)比較表4-2 同組數(shù)據(jù)比較姓名塔高/塔徑/左瑾瑜10.01.3195%40%3.0%811.881.4劉澤清10.01.4195%40%3.0%812.41.4徐祥斌10.01.6195%40%3.0%811.21.4張麗10.01.7195%40%3.0%711.631.4張建福10.01.8195%40%3.0%711.631.44.3設(shè)計(jì)結(jié)果的自我總

38、結(jié)本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一套年產(chǎn)產(chǎn)純度為97%的氯苯10萬(wàn)噸的的苯氯苯混合料液分離過(guò)程板式精餾塔工藝。為了滿足生產(chǎn)工藝的要求，對(duì)精餾塔進(jìn)行物料衡算、對(duì)塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)和塔體、塔板工藝尺寸進(jìn)行了計(jì)算，還繪制了工藝流程圖, 并對(duì)塔的主要接管的尺寸進(jìn)行了計(jì)算。本次設(shè)計(jì)總體比較合理，各項(xiàng)設(shè)計(jì)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。由于該塔操作溫度下苯氯苯的一些物性參數(shù)均非化工手冊(cè)中未能查到的確切數(shù)據(jù)，給計(jì)算到來(lái)了一定的誤差。本設(shè)計(jì)過(guò)程中理論板梯級(jí)圖以及精餾塔篩板負(fù)荷性能圖均為電腦繪圖，誤差較小，計(jì)算較為精確。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，本人從中獲益頗多，不僅學(xué)會(huì)了對(duì)精餾塔的物料衡算，工藝流程圖的繪制及對(duì)參考文獻(xiàn)的查閱，而且鞏固了以學(xué)的

39、化工原理及相關(guān)課程知識(shí)。 4.4結(jié)束語(yǔ)課程設(shè)計(jì)使我們對(duì)化工原理課程所學(xué)知識(shí)有了更深的理解，讓我們認(rèn)識(shí)到了理論知識(shí)對(duì)工作實(shí)踐的重要的知道意義，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際。課程設(shè)計(jì)要求我們完全依靠自己的能力去學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，而不是像以往課程那樣一切又教材和教師安排。因此，課程設(shè)計(jì)給了我們更大的發(fā)揮空間。讓我們發(fā)揮主觀能動(dòng)性獨(dú)立的查資料，找數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)也讓我們認(rèn)識(shí)到了工業(yè)上計(jì)算機(jī)的廣泛用途。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)提高了我們的認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。更重要的是，該課程設(shè)計(jì)需要我們充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神，組員之間必須緊密合作，相互配合，才可能在有限的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)既是對(duì)我們課程知識(shí)的考核，又是對(duì)我們思考問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的考核，更是對(duì)我們?nèi)烁衿返碌目简?yàn)，課程設(shè)計(jì)讓我們受益匪淺；在本次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多知識(shí)，同時(shí)使我認(rèn)識(shí)到理論于實(shí)踐的結(jié)合有多重要，也使我在潛意識(shí)中慢慢形成了一種模式：純理論主義與純經(jīng)驗(yàn)主義都是不可取的，只有聯(lián)系實(shí)際、活學(xué)活用才是對(duì)自己、對(duì)社會(huì)有用的。這次課程設(shè)計(jì)我投入了不少時(shí)間和精力，我覺(jué)得這是完全值得的。我獨(dú)立思考，勇于創(chuàng)新的能力得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。由于時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)等方面的原因，該設(shè)計(jì)中還存在很多不足、如對(duì)原理的了解