化工原理競賽

概述本設(shè)計是以年產(chǎn)8萬噸丁苯橡膠為目標(biāo)的設(shè)計、各種設(shè)備參數(shù)的計算及選型，此次設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，本小組是以汽提塔分離苯乙烯和膠乳為主、工藝流程為輔的設(shè)計。汽提塔簡介：它是利用蒸汽蒸儲去除廢水中的揮發(fā)物（如酚）的工藝叫汽提。汽提塔主要設(shè)備為汽提塔，液體由塔頂連續(xù)進(jìn)入，水平流過一塔板后，由溢流管流入下一塔板。蒸汽由塔底上升，頂開塔板上的浮閥，水平方向吹入液體層后，繼續(xù)上升進(jìn)入上一塔板。汽提塔的工作原理：汽提是通過惰性氣體來降低溶質(zhì)的氣相分壓。從而達(dá)到溶劑的再生目的。汽提用氣體用的是惰性氣體，一般有水蒸氣、氮氣。汽提塔的原理跟分儲塔原理一樣，通過塔盤上氣液兩相的接觸實現(xiàn)傳質(zhì)與傳熱，使不同揮發(fā)度的組分分離。塔設(shè)計及校核一.）汽提塔全塔物料衡算本次設(shè)計塔選擇的是汽提塔，已知數(shù)據(jù)：年產(chǎn)8萬噸丁苯橡膠

混合進(jìn)料「膠乳量kg/hL苯乙烯kg/h塔頂溫度40~60c(50C)塔底溫度50-7OC(60C)XX;操作壓力為13~26kpa加熱方式為直接蒸汽加熱;計算求得%/104計算求得%/104Xi=5%/104+%/3X10X2=%y2=0又因為MF=%104+%)3X105=…F113S8,49則L=亍―=KmOl/h苯乙烯Cp=KT/(kg-k)=%Q=ECpm\t=x+Cf)xx=KJQ=ECpm\t=x+Cf)xx=KJ2=CpM\t=xmx(100-95)=x5Xm=Q所以m=r-7=kgv=二=Kmol/hv(y1-y2)=L(x1-x2)所以m=r-7=kgv=二=Kmol/hv(y1-y2)=L(x1-x2)1=Vy=vylM(LFm=kg/kmolLFwn=X104+x3x105=kg/kmolLm=+/2=kg/kmolMvx18=(18+86y1Mvx18=(18+86y1)=<MvFm=y1X104+(1-y1)Fwm=y2X104+1x18=18kg/kmolMvm=(18+86y1Mvm=(18+86y1+18)/2=(18+43y1)kg/kmol二.）平均密度計算1）氣相平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即kg/m3123,bM(lS-F43y)

8.314X(55.2+273.15)kg/m3Pf=+18=kpaPw=+x12=kpaPm=+/2=kpaTm=+60)/2=2）液相平均溫度計算液相平均密度的計算公式，即—=E%i/piplm塔頂液相平均密度的計算由t=C,查手冊得苯乙烯p1=g/cm3膠孚Lp2=g/cm33PLFm==g/cm0.999/pl+0.0Dl/p2

三.）塔頂液相平均表面張力的計算由tD=50C查手冊得8a=30mN/m8b=mN/m6l_DnFX30+x=mN/m進(jìn)料板液相平均表面張力的計算由tf=60C查手冊得8a=35mN/m8b=8b=mN/m6lfr=x35+x=mN/m提儲段液相平均表面張力為8Lm=+/2=mN/m四.）汽提塔塔徑設(shè)計板式塔的塔徑依據(jù)流量公式計算，即塔徑：Vs=m3/sLs=kg/sLhpi(W)f)1/2二…XLhpi(W)f)1/2二…XCm本沌)1/2c=Uma戶A/"S79.1-0.S9?=m/su=x=m/sD=y3.14X1.146圓整Ar=D2=頭際u—二二m/sZ=m五.)溢流裝置計算為維持塔板上有一定高度的流動液層，必須設(shè)置溢流裝置。溢流裝置的設(shè)計包括堰長lw、堰高h(yuǎn)w堰上液層高度how、弓形降液管的寬度w。(1)溢流堰長lwlw=X=出口堰高：本設(shè)計采用平直堰(2)溢流堰上液層高度how對于平直堰，堰上液層高度how可用公式how=^-E(4)2/3計算1000Lw得:how=2.4IODOX(O.SGhow=2.4IODOX(O.SG(3)堰高h(yuǎn)whw=m(4)弓形降液管的寬度小因為(3)堰高h(yuǎn)whw=m(4)弓形降液管的寬度小因為wd/D=所以w=x=m六.)塔板設(shè)計(1)孔面積Aa=2(xVr2-xAa=2(xVr2-x2ISO--■)=x=7-(wd+ws)=^-wc=MS=4mn^專岡板do=20cmx=7-(wd+ws)=^-wc=MS=4mn^專岡板do=20cm(Af=x=(2)孔中心距t=xdo=1155AA_1.1553.633n=t21155AA_1.1553.633n=t20.072=856個(3)開孔率:=L)2=%氣體通過篩孔氣速為Vs4.424U0=—==m/sAq0.074X3,篩板的流體力學(xué)計算1.塔板壓降氣體通過篩板時，需克服篩板本身的干板阻力、板上充氣液層的阻力及液體表面張力造成的阻力，這些阻力即形成了篩板的壓降。氣體通過篩板的壓降△Pp可由下式計算△R)=hppLg式中的液柱高度hp可按下式計算，即hp=hc+hi+hff式中hc——與氣體通過篩板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱；hi----------與氣體通過板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m液柱;h,--------與克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺液柱。(1)干板阻力干板阻力hc可按以下經(jīng)驗公式估算，即hc=Cohc=Co（一）［1-Lt）2]式中uo——氣體通過篩孔的速度，m/s;0-流量系數(shù)0-流量系數(shù)通常，篩板的開孔率？<15%,故上式可簡化為c-I-c-I-CoUo)2v)L流量系數(shù)的求取方法很多，當(dāng)do<10mm其值可由干篩孔的流量系數(shù)圖直接查出。當(dāng)do>10mm寸，由干篩孔的流量系數(shù)圖查得C0后再乘以的校正系數(shù)。所以：hc=x(0.7732所以：hc=x(0.7732)2X(579.1尸m液柱C0=故校正后為C0=x=(2)氣體通過液層的阻力氣體通過液層的阻力hi與板上清液層的高度hL及氣泡的狀況等許多因素有關(guān)，其計算方法很多，設(shè)計中常采用下式估算hi=?hL=?(hw+how)式中？充氣系數(shù)，反映板上液層的充氣程度，其值從充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖查取，通?？扇?？=~。hc=B(hw+how)=B=查取Fo為氣相動能因子，其定義式為Fo=UoJ-Ua=-Vs-(單溢流板)AtAf

式中F0氣相動能因子，kg1/2(s.d2);Ua通過有效傳質(zhì)區(qū)的氣速，m/s;A計算得uht——塔截面積，m2。A計算得uh:=m/s4.521S-0.04H2X4.52L6l=m液柱(3)液體表面張力的阻力液體表面張力的阻力h可由下式估算：h=^~Lgd0式中(TL式中(TL液體的表面張力，N/mb綜上h=液柱故hp=hc+hL+h=Pav故塔板壓降C0=hL=(16456)2(竺99)=m液柱0.773879.1hl=?hL=x=m液柱___3h?=A^=448.1210=m液柱lgd08799.810.005hp=Hl+Hi+H?=++=液柱壓降△P=HpPLg=x879x=<.液面落差當(dāng)液體橫向流過塔板時，為克服板上的摩擦阻力和板上構(gòu)件位差，此即液面落差。篩板上由于沒有突起的氣體接觸構(gòu)件，故液流量范圍內(nèi)，對于X1600mm勺篩板，液面落差可忽略不計。對于液體流量很大及D>2000mm勺篩板，需要考慮液面落差的影響。.液沫夾帶類型：錯澆式(降液管式)鼓泡法：形成氣泡液層，氣相以分散相通過鼓泡層液相為連續(xù)相。鼓泡高度校核：液合率—=40[(3)]+1fghLl=40[^^(空)]+1(9.81hl)879

31/3L~g二絲里Vw\L607.093.6330.562.431/3L~g二絲里Vw\L607.093.6330.562.4hL0.08.f———―-f1.266m液柱5.7106(v-3(48.12101.020.80.302)=<液/kg氣4.漏液u0,min=,(0.0056—0.13hL—h)廠v_乂(0.00560.130.080.0045)879一以:0.899=s實際篩孔氣速u0=S>U0,min穩(wěn)定系數(shù)K=3型=>故無明顯漏液10.395.液泛Hd<<(田+hw)(Hr+hw)=+=hd=X(u0)2=X=液柱U0=sHd=hd+hp+hL=++=Hd<<(HT+hw)本設(shè)計中不會發(fā)生明顯液泛。八.）吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計由于該吸收塔的總高度在10m以上，因此在設(shè)計中按照GB150-1998《鋼制壓力容器》進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算設(shè)計壓力Pc=設(shè)計溫度取最高工作溫度即60C設(shè)備材料為Q35-B焊接接頭系數(shù)。=（雙面對接焊，局部無損探傷）鋼鐵厚度負(fù)偏差C=腐蝕余量C2=2mm厚度附加量C=+2=下部液體存儲空間容積一般以其所存儲空間容積，一般以其所存儲的液體相當(dāng)于該塔5-15min的處理量考慮，選取下部同體體內(nèi)直徑D=8m下部筒體的計算厚度計算3=2[]Pc03X8=2x113X0.85-0.1=考慮厚度附加余量并圓整至鋼板厚度系列，取材料名義厚度Sn=16mm下部設(shè)備封頭厚度計算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其厚度為?啊口曰近_0—―-2X113x0.35-0.5X0.2考慮厚度附加余量并圓整至鋼板厚度系列，取封頭名義厚度與同體厚度相同Sn—16mm上部筒體厚度計算?PcDi0-3X2x4s—-—2[ff]t4>-Pc2X113x0.95-0.2考慮厚度附加余量以及最小厚度要求并圓整至鋼板厚度系列，取上部同名義厚度8n—10mm上部設(shè)備封