苯乙烯設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、學(xué)號(hào)： 11401128常 州 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)題 目 50000t苯乙烯工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生 楊 鑫 學(xué) 院 石油化工學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 化工111 校內(nèi)指導(dǎo)教師 朱紅星 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 教 授 校外指導(dǎo)老師 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 二一四年十二月目 錄1 苯乙烯設(shè)計(jì)計(jì)算書11.1 設(shè)計(jì)題目11.2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容11.3 產(chǎn)品主要規(guī)格和參數(shù)11.4 原材料及輔助材料主要規(guī)格11.5 生產(chǎn)條件11.6 基礎(chǔ)條件12 工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù)13 物料及熱量衡算23.1 計(jì)算依據(jù)23.2 物料衡算33.3 熱量衡算84 乙苯塔計(jì)算144.1乙苯塔操作條件的確定144.2 理論板數(shù)的計(jì)算18 4.3 加料板位置

2、的確定194.4 塔徑及內(nèi)件的計(jì)算194.5 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算214.6 塔頂冷凝器負(fù)荷計(jì)算244.7 再沸器的計(jì)算275 設(shè)備選型275.1 罐的選取275.2 換熱器的選型305.3 泵的選取335.4 管徑的選取361 苯乙烯設(shè)計(jì)計(jì)算書1.1 設(shè)計(jì)題目50000t/a苯乙烯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 用苯乙烯為原料，采用絕熱式反應(yīng)器脫氫，通過(guò)精致獲得苯乙烯。1.3 產(chǎn)品主要規(guī)格和參數(shù)表1 產(chǎn)品主要規(guī)格參數(shù) 序號(hào)名稱規(guī)格國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)備注1苯乙烯99.92苯99.93甲苯99.91.4 原材料及輔助材料主要規(guī)格表2 原材料規(guī)格序號(hào)名稱規(guī)格國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)備注1乙苯99.9工業(yè)品2

3、1.5 生產(chǎn)條件連續(xù)生產(chǎn)，年產(chǎn)50000t，7600小時(shí)/年1.6 基礎(chǔ)條件1.6.1 建設(shè)地點(diǎn)常州化工開(kāi)發(fā)區(qū)1.6.2 公用工程參數(shù)蒸汽：0.8 MP電： 50KV2 工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù) 表3 工藝設(shè)計(jì)物性參數(shù) 項(xiàng)目單位苯甲苯乙苯苯乙烯液體密度(293K時(shí))kg/m879867867906正常熔點(diǎn)TmK278.7177.3178.2242.6正常沸點(diǎn)TbK353.3383.8409.3418.3臨界溫度TcK562.1591.7617.1647臨界壓力PcMPa4.8944.1143.6073.992臨界體積VcM3/mol259316374臨界壓縮因子Zc0.2710.2640.263偏心因

4、子0.2120.2570.3010.257恒壓熱容CpJ/molK216.3158.6Antoine蒸汽壓方程系數(shù)A15.900816.013716.019516.0193B2788.513096.523279.473328.57C-52.36-53.67-59.95-63.72生成熱 °kJ/mol82.950.0029.79103.9燃燒熱°kJ/mol-3268-3910-4395熔化熱°kJ/mol9.8326.61125時(shí)汽化熱°kJ/mol33.8537.99沸點(diǎn)時(shí)汽化熱°kJ/mol30.7533.4735.5636.44標(biāo)準(zhǔn)生成

5、自由焓°kJ/mol30.9929.1632.2151.1020時(shí)粘度MPas0.7370.6750.7220時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)Kcal/(m.h. )0.1270.119時(shí)體積膨脹系數(shù)10×-1/12.410.9表面張力10-3N/m28.627.93 物料及熱量衡算3.1 計(jì)算依據(jù) 乙苯脫氫制苯乙烯裝置包括脫氫和精餾兩個(gè)單元，是具有循環(huán)物流的復(fù)雜化工過(guò)程 。乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的列管反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程式為： 主反應(yīng) C6H5C2H5      C6H5CHCH2 + H2   

6、      (a) 副反應(yīng)    C6H5C2H5      C6H6 +CH2CH2              (b)   C6H5C2H5 + H2     C6H5CH3 + CH4        

7、60;  (c) 水蒸汽作稀釋劑，水蒸汽和乙苯質(zhì)量比為2.6：1反應(yīng)壓力為150000Pa(絕)，反應(yīng)溫度為580，反應(yīng)器進(jìn)口溫度600。水蒸汽為惰性組分，不發(fā)生水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且無(wú)結(jié)焦反應(yīng)。該設(shè)計(jì)中，各物質(zhì)轉(zhuǎn)化率如下：苯乙烯：54%苯：1.7%甲苯：1.5%焦油：0.5%3.2 物料衡算 3.2.1 反應(yīng)器進(jìn)料假設(shè)以100 kg/h原料進(jìn)料為基準(zhǔn)，乙苯  ：100 kg/h 100/106=0.94 kmol/h； 3.2.2 進(jìn)反應(yīng)器的蒸汽量 100×2.6=260 kg/h 260/18=14.44 kmol/h 3.2.3 反應(yīng)器的出

8、料 (1) 一段反應(yīng)器的出料 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(a) C8H10-C8H8+H2 生成的苯乙烯：   54×104/106=52.98 kg/h 生成的量：   54×2/106=1.02 kg/h副反應(yīng)： 據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(b) C8H10-C6H6+C2H4 生成的苯：      1.7×78/106=1.25 kg/h生成的乙烯：    1.7×28/106=0.45 kg/h據(jù)化學(xué)反應(yīng)式(c) C8H10+H2-C7H8+CH4

9、60; 消耗H2量：       1.5×2/106=0.03 kg/h生成的甲苯量：    1.5×92/106=1.30 kg/h生成的甲烷量：    1.5×16/106=0.23 kg/h則反應(yīng)器出口的物料組成 乙苯：     42.30 kg/h苯乙烯 ：  52.98 kg/h 甲苯：     1.3 kg/h 苯 ：

10、0;    1.25 kg/h 乙稀 ：   0.45 kg/h 甲烷 ：   0.23 kg/h 氫氣     1.02-0.03=0.99 kg/h (2) 反應(yīng)器出口的有機(jī)混合物質(zhì)量組成 乙苯：42.30 kg/h甲苯：52.98 kg/h苯：1.25 kg/h焦油：0.50 kg/h3.2.4 冷凝器頂物料   氫氣 ：        0.

11、99 kg/h 甲烷：         0.23 kg/h 乙?。?#160;        0.45 kg/h3.2.5 冷凝器底物料 乙苯  ：         42.3 kg/h 苯乙烯 ：       52.98 kg/h甲苯  ： 

12、0;      1.3 kg/h 苯 ：        1.25 kg/h 焦油 ：          0.50 kg/h 水 ：         260 kg/h 經(jīng)油水分離器除去水分，為方便計(jì)算，焦油含量不計(jì)入計(jì)算范疇。3.2.6 阻聚劑加入量 因?yàn)樽杈蹌┘尤肓繛橛袡C(jī)混合物的

13、0.03W% 阻聚劑加入量：0.03%×97.83=0.0293 kg/h3.2.7 乙苯塔物料計(jì)算 (1) 乙苯塔的進(jìn)料乙苯：42.30 kg/h苯乙烯：52.98kg/h甲苯：1.3kg/h苯：1.25 kg/h其中乙苯為輕關(guān)鍵組分，苯乙烯為重關(guān)鍵組分，由設(shè)計(jì)任務(wù)書得產(chǎn)品規(guī)格苯乙烯99.9%,則乙苯塔塔頂苯乙烯含量必小于0.1%(即0.05 kg/h),設(shè)其含量為0.05% (2) 乙苯塔塔頂?shù)奈锪?=1.25+1.30+42.26+0.03=44.84 kg/h苯：1.25 kg/h 甲苯；1.30 kg/h乙苯：42.3×99.9%=42.26 kg/h苯乙烯：0.

14、03 kg/h(<0.05 kg/h)塔頂產(chǎn)物進(jìn)入苯塔(3) 乙苯塔塔底的物料 =52.95+0.04=52.99 kg/h苯乙烯：52.98-0.03=52.95kg/h乙苯：42.3-42.26=0.04 kg/h塔底產(chǎn)物進(jìn)入苯乙烯塔3.2.8 苯乙烯精餾塔物料計(jì)算(1) 苯乙烯精餾塔進(jìn)料苯乙烯：52.95 kg/h乙苯： 0.04 kg/h (2) 苯乙烯精餾塔塔頂?shù)奈锪?D2=99.9%×52.95+0.04= 52.94kg/h苯乙烯：52.95×99.9%=52.90 kg/h乙苯： 0.04 kg/h (3) 苯乙烯精餾塔塔底的物料W2=0.50 kg/

15、h苯乙烯：0.05 kg/h 苯塔 3.2.9 苯塔物料計(jì)算(1) 苯塔進(jìn)料苯： 1.25 kg/h甲苯： 1.30 kg/h乙苯： 42.26 kg/h苯乙烯：0.03 kg/h (2) 苯塔塔頂?shù)奈锪螪3=99.9%×1.25+0.1%×1.30=1.25 kg/h甲苯：0.0013 kg/h苯： 1.249 kg/h (3) 苯塔塔底的物料 W3=0.001+1.2987+42.26+0.03=43.59 kg/h苯： 0.001 kg/h乙苯： 42.26 kg/h甲苯： 1.2987 kg/h苯乙烯：0.03 kg/h 3.2.10 甲苯塔物料計(jì)算 (1) 甲苯塔

16、進(jìn)料苯：0.001kg/h乙苯：42.26 kg/h甲苯：1.2987 kg/h苯乙烯：0.03kg/h (2) 甲苯塔塔頂?shù)奈锪?=1.2987×99.9%+0.001+0.01=1.31 kg/h甲苯：1.2987×99.9%=1.2974 kg/h苯：0.001 kg/h乙苯：0.01 kg/h (3) 甲苯塔塔底的物料 =42.25+0.03+0.0013=42.28 kg/h乙苯：42.25 kg/h苯乙烯：0.03 kg/h甲苯：0.0013 kg/h3.2.11 物料衡算表 平衡后,計(jì)算結(jié)果列表如下:水蒸氣的量表4 水蒸氣用量序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW

17、%mol%1水蒸氣14.4260100100進(jìn)料組成 表5 進(jìn)料組成序號(hào)物料名稱kmol/hkg/hW%mol%1乙苯0.94100100100出反應(yīng)器物料組成表6 反應(yīng)器出料(為計(jì)算方便，省略焦油和水蒸氣)序號(hào)物料名稱kg/hkmol/h1乙苯43.020.3992苯乙烯52.980.5093甲苯1.300.0144苯1.250.0165氫氣0.990.56甲烷0.230.0037乙烯0.450.016冷凝器頂物料組成 表7 冷凝器頂物料序號(hào)物料名稱kg/hkmol/h1氫氣0.990.52甲烷0.450.0033乙烯0.230.016冷凝器底物料組成 表8 冷凝器底物料序號(hào)物料名稱kg/h

18、kmol/h1乙苯42.300.3992苯乙烯52.980.5093甲苯1.300.0144苯1.250.016加入阻聚劑 表9 加入阻聚劑序號(hào)物料名稱kg/hW%mol%1阻聚劑0.0293100100乙苯塔表10 乙苯塔物料序號(hào)物料名稱塔進(jìn)料(kg/h)塔頂(kg/h)塔釜(kg/h)1乙苯42.3042.260.042苯乙烯52.980.0352.953甲苯1.31.30.004苯1.251.250.00苯乙烯精餾塔表11 苯乙烯精餾塔物料序號(hào)物料名稱塔進(jìn)料(kg/h)塔頂(kg/h)塔釜(kg/h)1乙苯0.040.040.002苯乙烯52.9552.900.05苯塔表12 苯塔物料序

19、號(hào)物料名稱塔進(jìn)料(kg/h)塔頂(kg/h)塔釜(kg/h)1乙苯42.260.0042.262苯乙烯0.030.000.033甲苯1.30.00131.29874苯1.251.2490.001甲苯塔表13 甲苯塔物料序號(hào)物料名稱塔進(jìn)料(kg/h)塔頂(kg/h)塔釜(kg/h)1乙苯42.260.0142.252苯乙烯0.030.000.033甲苯1.29871.29740.00134苯0.0010.0010.00由上述物料平衡表中可知：100Kg/h的新鮮物料可生產(chǎn)出苯乙烯52.90Kg。年產(chǎn)5.00萬(wàn)噸苯乙烯，連續(xù)生產(chǎn)7600小時(shí)。5290×7600=402.04t/a5000

20、0/402.04=124.4擴(kuò)大124.4倍 即每小時(shí)需要新鮮物料12.44t。 3.3 熱量衡算3.3.1 預(yù)熱器的計(jì)算由于在冷、熱流體進(jìn)出口溫度相同的條件下，并流操作兩端推動(dòng)力相差較大，其對(duì)數(shù)平均值必然小于逆流操作。所以就增加傳熱過(guò)程推動(dòng)力而言，逆流操作總是大于并流，因此我們選擇逆流操作。換熱器熱量平衡示意圖(1) 第一預(yù)熱器E-101反應(yīng)器出料蒸汽與乙苯進(jìn)料換熱,設(shè)計(jì)換熱器冷熱端溫度如下:反應(yīng)器出料蒸汽進(jìn)口溫度 =560 =440乙苯蒸汽進(jìn)口溫度 =380 =550表14 E-101換熱器進(jìn)出口溫度換熱器熱端()換熱器冷端()熱流體560440冷流體(乙苯)550380t1060由物性參

21、數(shù)可知，E-101換熱器中冷熱流體溫度均在沸點(diǎn)之上，即為兩氣相換熱，無(wú)相變化?，F(xiàn)換熱器選型如下：類型 ： 固定管板式換熱器流動(dòng)型式： 逆流操作 反應(yīng)器出料蒸汽走殼程 乙苯物料走管程流速： 管程 殼程 查化工原理課程設(shè)計(jì)：表15 換熱器常用流速范圍循環(huán)水一般液體低粘度油高粘度由氣體管程流速m/s1 20.5 30.8 1.80.5 1.55 30殼程m/s0.5 1.50.2 1.50.4 1.00.3 0.82 15表16 列管式換熱器易燃、易爆液體和氣體允許安全流速流體乙醚、苯、甲醇、乙醇、汽油丙酮?dú)錃饬魉賛/s< 1< 2 3< 10 8 熱容的計(jì)算定性溫度，取流體進(jìn)出口

22、溫度的平均值則：殼程出料蒸汽定性溫度 ：管程流體定性溫度： 查化學(xué)工程手冊(cè)，得相關(guān)的數(shù)據(jù)和公式: Cp=A+BT+CT2+DT3表17 某些低壓氣態(tài)（理想）有機(jī)化合物恒壓熱容系數(shù)組分編號(hào)ABCD J/(mol.k)500k 1000k乙苯1-43.087706.761-481.035130.114206.48312.84苯乙烯2-36.914665.256-485.051140.879192.21284.18甲苯3-43.647603.542-399.451104.382171.46264.93苯4-43.781523.293-376.267106.613137.24209.87注：將參數(shù)帶入

23、公式計(jì)算得乙苯 = -43.087+546.3-287.4+60.10 = 275.91 = 65.913 苯乙烯 = = 252.567 = 60.336甲苯 = = 232,436 = 55.527苯 = = 184.914 = 44.174平均恒壓摩爾熱容: = 62.36平均摩爾質(zhì)量 = 104.5故=62.36÷104.5×4.186=2.49 tm的求取 tm= 求熱負(fù)荷 = （100+260）×124.4×2.49×（580440） = 蒸汽用量 查化學(xué)工程手冊(cè)18公斤整齊的汽化潛熱為489kcal/kg 換熱面積Q=KAt查化工

24、原理得470（定性溫度）甲苯，苯蒸汽粘度由相識(shí)結(jié)果推測(cè)，查化工原理課程設(shè)計(jì)，P64 表2-6，選取總傳熱系數(shù)換熱面積 考慮15%的換熱裕度，則實(shí)際換熱面積 第二預(yù)熱器E-102設(shè)熱物料的進(jìn)口溫度T1=440, 出口溫度T2=300乙苯的進(jìn)口溫度T1=200 , 出口溫度T2=380表18 E-102換熱器進(jìn)出口溫度換熱器熱端()換熱器冷端()熱流體440300冷流體(乙苯)380200t60100 熱容的計(jì)算定性溫度，取流體進(jìn)出口溫度的平均值則：殼程出料蒸汽定性溫度 ：管程流體定性溫度： 由E-101到E-102均為兩蒸汽換熱，可視流體物性數(shù)據(jù)基本保持不變則 tm的求取 tm= 求熱負(fù)荷 Ms

25、Q = （100+260）×124.4×2.49×（580440） = 蒸汽用量 查化學(xué)工程手冊(cè)18公斤整齊的汽化潛熱為489kcal/kg 換熱面積Q=KAt查化工原理課程設(shè)計(jì)，P64 表2-6，選取總傳熱系數(shù)A=Q/ Kt=135.5m2 考慮15%的換熱裕度，則實(shí)際換熱面積3.3.2 反應(yīng)器的能量衡算(1) 各物質(zhì)  查化工熱力學(xué)，計(jì)算公式：   () 表19序號(hào)物質(zhì)名稱AB×103C×1061甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6

26、624苯0.20639.064-13.3105甲苯0.29047.052-15.716查化工計(jì)算， () 表20序號(hào)物質(zhì)名稱abcd1乙苯-8.39815.935-10.00323.952氫氣6.953-0.0460.096-0.21查汽化潛熱表 表21 汽化潛熱名稱甲苯乙苯苯苯乙烯數(shù)值37.9942.2633.8540.830各物質(zhì)( KJ/mol) 表22 各物質(zhì) ( KJ/mol) 名稱甲烷乙烯苯乙烯苯甲苯乙苯氫氣-74.8552.26103.982.950.0025.790(2) 反應(yīng)器的能量衡算帶入反應(yīng)器的熱量(以25為基準(zhǔn)) 蒸汽帶入 反應(yīng)物帶入由設(shè)計(jì)要求知：T1=560，故取T=

27、(T1+T2)/2+273.15=600.65K，根據(jù)物質(zhì)Cp表可計(jì)算：乙苯： () 苯乙烯： () 甲苯： () () 帶出反應(yīng)器熱量 反應(yīng)吸收熱量：乙苯脫氫反應(yīng)在裝有鐵系催化劑的固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，反應(yīng)方程為： 主反應(yīng)方程式： (a) 副反應(yīng)方程：(b)(c)由各物質(zhì)Hf列表可得： 對(duì)于(a)反應(yīng)： 對(duì)于(b)反應(yīng)： 對(duì)于(c)反應(yīng)： 由物料衡算可得：(a) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：44.07kmol /h；(b) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：1.469kmol /h；(c) 反應(yīng)中轉(zhuǎn)化乙苯：3.428 kmol /h； 反應(yīng)物帶出熱量： 根據(jù)Cp列表，累加得表23 計(jì)算結(jié)果序號(hào)名稱AB×10-3C

28、×10-6D×10-91甲烷1.7029.081-2.1642乙烯1.42414.394-4.3923苯乙烯2.05050.192-16.6624苯-0.20639.06-13.3015甲苯0.29047.05-15.7166乙苯-8.398159.35-100.0323.957氫氣6.953-0.0460.096-0.21合計(jì)3.815319.081152.16923.74 蒸汽帶出熱量：Q4=m×(h2-h0) 利用：帶入反應(yīng)器=帶出反應(yīng)器熱量，進(jìn)行試差計(jì)算求得反應(yīng)器出口溫度T2。經(jīng)試差計(jì)算求得反應(yīng)器出口溫度t2=560。4 乙苯塔計(jì)算 4.1乙苯塔操作條件的

29、確定進(jìn)料量 進(jìn)料組成 乙苯 苯乙烯 甲苯 苯總物料橫算 F=D+W輕關(guān)鍵組分 重關(guān)鍵組分 計(jì)算結(jié)果列表如下：表24 計(jì)算結(jié)果組分進(jìn)料F餾出液D釜液W乙苯0.42549.60.92949.550.0010.05苯乙烯0.54363.370.0010.070.99963.3甲苯0.0151.750.331.7500苯0.0171.980.0371.98001.000F=116.71.000D=53.351.000W=63.354.1.1 塔頂溫度的確定 已知乙苯苯乙烯塔為減壓蒸餾，取塔頂壓力為0.015MPa，即112.5mmHg，具體步驟如下：假設(shè)溫度，查或計(jì)算苯、甲苯、乙苯、苯乙烯飽和蒸汽壓。

30、由Ki=Pi/PD計(jì)算出KiÞ由計(jì)算出yi是否等于1，若是，則假設(shè)成立，否則重新假設(shè)溫度，重復(fù)上述計(jì)算。 飽和蒸汽壓計(jì)算公式(安托因方程)：  mmHg 苯：A=15.9008  B=2788.51  C=52.36 甲苯：A=16.0137  B=3096.52  C=53.67 乙苯：A=16.0195  B=3279.47  C=59.95 苯乙烯：A=16.0193  B=3328.57  C=63.72 設(shè)塔頂溫度為71.3，即T=71.3+273.15。代入計(jì)算式：乙苯： 苯乙烯：甲

31、苯：苯：=0.9900 試差的塔頂溫度為71.5具體結(jié)果列表如下： 表25 計(jì)算結(jié)果組成塔頂組成xiD mol%飽和蒸汽壓(mmHg)Ki=Pi/PDaij苯3.7574.825.18.95甲苯3.3213.721.903.33乙苯92.989.330.791.39苯乙烯0.164.230.571合計(jì)100.00   4.1.2 塔釜溫度的確定 預(yù)計(jì)使用65塊塔板，設(shè)每快板壓降為1mmHg，則塔釜壓力為177.5mmHg，設(shè)塔釜溫度為95，則：乙苯： 苯乙烯：=0.9110 試差得塔釜溫度為98具體結(jié)果列表如下： 表26 計(jì)算結(jié)果組成塔釜組成xDi mol%飽和蒸

32、汽壓(mmHg)Ki=Pi/PDaij乙苯0.1216.761.1871.3苯乙烯99.9161.660.911合計(jì)100.00    4.1.3 進(jìn)料溫度的確定 設(shè)進(jìn)料為飽和液體，具體步驟同前，設(shè)進(jìn)料溫度為85乙苯： 苯乙烯： 甲苯： 苯： =1.004 故可認(rèn)為進(jìn)料溫度為85計(jì)算結(jié)果列表如下：表27 計(jì)算結(jié)果組成塔頂組成xDi mol%飽和蒸汽壓(mmHg)Ki=Pi/PDaij苯1.70881.66.087.87甲苯1.53542.443.08乙苯42.50151.71.051.36苯乙烯54.3111.50.771合計(jì)100.00  &

33、#160; 4.2 理論板數(shù)的計(jì)算 以重關(guān)鍵組分為基準(zhǔn)，得輕重關(guān)鍵組分相對(duì)揮發(fā)度 塔頂 塔釜 平均 最小理論板數(shù)   實(shí)際回流比下的理論板數(shù) 因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以q=1 1- q=0 根據(jù)恩特伍德公式根據(jù)恩特伍德公式: =1-q=0在1.001.36之間，試差求的=1.1731代入 =Rm+1得取R=1.5Rm  =1.5×5.85=8.78根據(jù)公式: 由以上數(shù)據(jù)查吉利蘭圖得：N=60.7461所以乙苯塔的塔板數(shù)為N-1=60塊 4.3 加料板位置的確定解得 N精餾=29.19 N提餾=31.81所以加料板從頂部數(shù)起的第32塊板4.4

34、塔徑及內(nèi)件的計(jì)算 V=L+D  R=L/D ，；查的進(jìn)料溫度下 近似取 4.4.1 氣體流量 =0.9961m3/s4.4.2 液體流量 液氣流動(dòng)參數(shù)： 選塔板間距：HT=500mm 板上液層高度hL=70mm查圖化工原理課程設(shè)計(jì)史密斯關(guān)聯(lián)圖得：取實(shí)際氣速為空塔氣速的60%D=1.92m圓整至標(biāo)準(zhǔn)取D=2.2m則：塔的橫截面積AT為： 4.4.3 堰的計(jì)算取堰長(zhǎng)為塔徑的0.8倍，得堰長(zhǎng)出口堰高本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上液層高度how近似取E=1則how=0.03m故因?yàn)?，滿足要求 查圖得 驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：停留時(shí)間大于5s所以降液設(shè)計(jì)合理4.4.4 塔板布置(1) 塔的分塊D=2.2

35、m 采用分塊式查得分為6塊(2) 非開(kāi)孔區(qū)取溢流堰前安定區(qū)寬度Ws=65mm進(jìn)口堰后安定區(qū)寬度WS=65mm邊緣區(qū)寬度Wc=0.035m(3) 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算 (4) 篩孔計(jì)算及排列物料無(wú)腐蝕，選用=3mm碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm。篩孔按正三角排列，取孔心距t： t=3d0=3×5=15mm開(kāi)孔數(shù)目開(kāi)孔率=A0/Aa=10.1%篩孔氣速U0=Vs/A0=0.996/(0.101×2.95)=3.34m/s4.5 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.5.1 塔板壓降(1) 干板阻力(2) 氣體通過(guò)液層的阻力hl計(jì)算(3) 液體表面張力阻力h的計(jì)算氣體通過(guò)每層塔板的液柱高度hp可按下式

36、計(jì)算，即氣體通過(guò)每層塔板的壓降為4.5.2 液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，可以忽略液面落差的影響。4.5.3 液沫夾帶 故在本設(shè)計(jì)中，液沫夾帶在允許范圍內(nèi)。4.5.4 漏液對(duì)篩板塔，漏點(diǎn)氣速實(shí)際孔速故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏夜4.5.5 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從取=0.65(HT+hw)=0.65×(0.5+0.04)=0.351而Hd=hp+hl+hd板上不設(shè)進(jìn)口堰Hd=0.0353+0.07+0.0641=0.169m液柱Hd(HT+hw)，故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。乙苯塔主要工藝條件一覽表 表27 乙苯塔主要工藝條件 項(xiàng)  

37、0;    目單  位數(shù)  量項(xiàng)      目單位精餾段進(jìn)料 F流量Kmol/h116.7塔板型式 篩板溫度t85流程數(shù)程單壓力mmHg145泛點(diǎn)氣速Ufm/s0.577狀態(tài)(q)液體分率1實(shí)際氣速Um/s0.346塔頂 D流量Kmol/h53.35塔橫截面ATm23.799溫度t71.5氣流通道截面Aam22.95壓力mmHg112.5降液管截面Afm20.6079塔底 W流量Kmol/h63.35堰高h(yuǎn)wm0.04溫度t98堰長(zhǎng)lwm1.76壓力mmHg177.5開(kāi)孔率%10.1塔

38、頂冷凝負(fù)荷Q冷kcal/h5.41×106篩孔直徑m0.005塔底再沸負(fù)荷Q再kcal/h5.7176×106氣體通過(guò)篩孔氣速U0m/s3.34最小回流比Rmin 5.85干板壓降hcm0.018實(shí)際回流比R 8.78氣體通過(guò)液層壓降hlm0.044實(shí)際塔板數(shù)NT塊60漏液點(diǎn)氣速Uo，minm/s2.77塔內(nèi)徑Dm2.2塔高H總m37.75精餾段塔板數(shù)塊32加料板位置塊第32塊提餾段塔板數(shù)塊28板間距HTm0.54.6 塔頂冷凝器負(fù)荷計(jì)算 塔頂冷凝器 P頂=112.5 mmHg T冷=48=48+273=321K 4.6.1 用下列公式試差計(jì)算e、xi、

39、yi xi=zi/(1-Ki)e+Ki     lnPio=A-B/(T+C)                            化學(xué)工程手冊(cè)上卷P1-109表5-3 y=Kixi          

40、60;                     Ki=Pio/P                表28 計(jì)算結(jié)果組分Vi(kmol/h)ziT=48設(shè)e=0.99(R+1)DPio(mmHg)KixiyiB22.6240.0374249.8101.41140.03720

41、.0525TB56.440.093383.9790.47450.09380.0445EB524.4770.86731.7180.17920.87420.1567Sty1.4520.002421.7970.12310.00240.0003604.9331.00001.00760.2535假設(shè)成立e=0.99 4.6.2 物料冷凝放熱 物料冷卻平均溫度T=(71.5+48)/2+273=332.75K 物料冷凝溫度 t=48 計(jì)算出各組分的Cpi(g)值： Cpi=A+BT+CT2+DT3 在查出各組分的H值，然后根據(jù)公式Cp=Cpizi     

42、           H=Hixi 計(jì)算結(jié)果列表 表29 計(jì)算結(jié)果 組成zixiCpi(kcal/kmolK)CpiziHi(kcal/kmolK)HixiB0.03740.037221.7060.81187781.897289.487TB0.09330.93827.4022.55668445.878788.000EB0.8670.874233.54429.08269825.7458589.666Sty0.00240.002431.7390.076210075.15924.181.00001.0

43、07632.52729691.333冷凝液量B=Ve=521.8×0.99=516.6kmol/h 未凝氣量=V-B=521.8-516.6=5.2 kmol/h Q放=VCpT+BH =521.8×32.527×(71.5-48)+516.6×9691.333 =5.41×106kcal/h 4.6.3 冷卻水用量 CpH2O(l)=1kcal/kgK GH2O(l)= Q放/ CpH2O(l)(t出-t入)= 5.41×106/(45-30) =3.6×105kg/h 4.6.4 換熱面積 tm=(71.5-30)-(4

44、8-45)/ln(71.5-30)/(48-45)=14.65 K取400kcal/m2h        (化學(xué)工程手冊(cè)P6-117 表9-2) A=Q放/Ktm=3.6×105/(400×14.65)=1122.23 m2 4.6.5 冷凝器熱量衡算 Q冷=（R+1）V（HVD-HLD） 由化工設(shè)計(jì)手冊(cè)P16-30及P16-206查得：以0為計(jì)算基準(zhǔn)查得0100下的各組分的平均熱容Cpi 及0的汽化熱列表如下：表30 汽化潛熱組分0100的平均熱容Cpi0的汽化熱©氣體（a）kcal/kmol

45、K液體（b）kcal/kmolKKcal/kgKcal/kmolB21.2334.4761078346TB26.9239.8361029384EB33.2244.4389710282Sty31.4743.9929910296(a)已知t頂=71.5     求HVD 表31 計(jì)算結(jié)果組分yiHvi(kcal/kmol)HVD(kcal/kmol)a(t頂-0)+cHviyiB0.037410252.4543834.418TB0.093311801.4161101.072EB0.86713265.15611500.890Sty0.002413122.006

46、31.4931.000016467.873(b)求HLD HLi =b(t頂-0)     HLD=HLixDi 表32 計(jì)算結(jié)果組分xDiHLi(kcal/kmol)HLD(kcal/kmol)b(t頂-0)HLi×xDiB0.03743095.945115.788TB0.09333577.273333.760EB0.8673990.5323459.792Sty0.00243950.4829.4811.00003918.821Q冷=（R+1）D(HVD-HLD)       

47、0;  =(8.78+1)×53.35×(16467.873-3918.821)          =6.55×106kcal/h 進(jìn)料液帶入的熱量QF 已知：tf=85    Hf=hfixfi         Hfi=(tf-0)b     QF=FHf 表33 計(jì)算結(jié)果組分xfiHfi（kcal/kmol）Hfi×xfi(tf-0)

48、bkcal/kmolTB0.00923963.68236.466EB0.98814421.5814368.964Sty0.00274370.23911.8001.000004417.230QF=FHf=116.7×4417.230=5.15×105kcal/h 塔釜液帶出的熱量Qw t釜=98     QW=WHLW HLWi=( t釜-0)b        HLw=HLWixWi 表34 計(jì)算結(jié)果組分xWiHLwi（kcal/kmol）HLw（kcal/kmol）

49、( t釜-0)bHLWi×xWiEB0.00274794.86012.946Sty0.99694746.7374732.022Tar0.000354746.7371.6611.0004746.629QW=W HLw=63.35×4746.629=3.0×105kcal/h 再沸器的熱量Q再 假設(shè)熱損失率為4% Q再=QW+Q冷-QF+DHLD =3.0×105+6.55×106-5.15×105+53.35×3918.821 =6.54×106kcal/h Q再=1.04 Q再=6.80×106kcal/

50、h 4.7 再沸器的計(jì)算 4.7.1 加熱蒸汽消耗量 在3kg/cm2和125 下HH2O=512.1kcal/kg GH2O=Q再/HH2O=6.80×106/512.1=13161.54kg/h 4.7.2 換熱面積 取K=400kcal/m2h tm=(125-98)×2/2=27 A= Q再/Ktm=6.80×106/(400×27) =629.6m2 5 設(shè)備選型5.1 罐的選取 5.1.1 原料儲(chǔ)罐(V-101)屬于全廠性儲(chǔ)罐，按一個(gè)月考慮，但實(shí)際情況生產(chǎn)量太大，所以按一天計(jì)算，已知：體積大小為： V，=(100×124.4/805.5)×24=370.6m3 充裝系數(shù)為0.8V=370.6/0.8=463.3 m3選取500 m3 的臥式儲(chǔ)罐1個(gè)公稱容積：500m3 內(nèi)徑：8920mm拱頂高度：972mm罐壁高度：8920mm總高：9892 m