《化工原理》課程設(shè)計(jì)-甲苯乙苯精餾塔(浮閥)

個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考六盤水師范學(xué)院《化工原理》課程設(shè)計(jì)甲苯乙苯精餾塔（浮閥）學(xué) 院 六盤水師范學(xué)院專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝-1-/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考56777788888910101111111212131415161617(1818182021()21()22()22()2425()2525-2-/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考 25 262627()28293030(31353738d——,mAa—,m2d0——,mAf—,m2D——,mA0—,m2ev—,kg/kgAT—,m2E——,c0—,ET—,C——umax,m/sF—,kg1/2/(sm1/2·CS—,m/sF0—kg1/2/(sm1/2)·-3-/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考g——重力加速度,9.81m/s2；h——填料層分段高度 ,m；h1—進(jìn)口堰與降液管間地水平距離 ,m；hc—與干板壓降相當(dāng)?shù)匾褐叨?,m液柱；hd—與液體流過降液管地壓降相當(dāng)?shù)匾褐鵫f—塔板上鼓泡層高度 ,m；h1—與板上液層阻力相當(dāng)?shù)匾褐叨?,m；hL—板上清液層高度 ,m；h0—降液管地底隙高度 ,m；hOW—堰上液層高度 ,m；hW—出口堰高度,m；h,W—進(jìn)口堰高度,m；hб——與阻力表面張力地壓降相當(dāng)?shù)匾褐叨?m液柱；H——板式塔高度,m；Hd——降液管內(nèi)清液層高度 ,m；HD——塔頂空間高度,m；HF——進(jìn)料板處塔板間距 ,m；HP——人孔處塔板間距 ,m；HT——塔板間距,m；K—— 穩(wěn)定系數(shù),無因次；LW—堰長,m；Lh—液體體積流量 ,m3/h；Ls—液體體積流量 ,m3/s；Lw—潤濕速率,m3/(m·s)；m—— 相平衡系數(shù),無因次；n——篩孔數(shù)目；NT——理論板層數(shù)；P—— 操作壓力,Pa；△P—壓力降,Pa；△PP氣體通過每層篩板地降壓,Pa；t——篩孔地中心距,m；u——空塔氣速,m/s；uF—泛點(diǎn)氣速,m/s；u0—?dú)怏w通過篩孔地速度 ,m/s；u0,min—漏液點(diǎn)氣速,m/s；u′0—液體通過降液管底隙地速度,m/s；Vh——?dú)怏w體積流量,m3/h；Vs——?dú)怏w體積流量,m3/s；wL——液體質(zhì)量流量 ,kg/s；wV—?dú)怏w質(zhì)量流量 ,kg/s；Wc——邊緣無效區(qū)寬度 ,m；Wd——弓形降液管寬度 ,m；

Ws——泡沫區(qū)寬度,m；x— 液相摩爾分?jǐn)?shù)；X——液相摩爾比；y——?dú)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)；Y——?dú)庀嗄柗直龋籞——板式塔地有效高度 ,m；填料層高度,m.max—最大地；min—最小地；L—— 液相地；V——?dú)庀嗟卅取后w在降液管內(nèi)停留時(shí)間,s；μ——粘度,mPa·s；Φ—開孔率或孔流系數(shù)，無因次；σ——表面張力,N/m；ρ——密度,kg/m-4-/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考二、參考資料：董大勤.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.全國化工設(shè)備技術(shù)中心站.《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》2000版[S]．GB150.1~4-2011.壓力容器[S]．鄭曉梅.化工工程制圖化工制圖[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.JB/T4710-2005.鋼制塔式容器[S]．天津大學(xué)化工原理教研組，化工原理課程設(shè)計(jì)，天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994[7]《化學(xué)工程手冊》 編輯委員會(huì)，化學(xué)工程手冊（第13篇）汽液傳質(zhì)設(shè)備 .化學(xué)工業(yè)出版社，1987路秀林，王者相等.塔設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004陳敏恒，叢德茲等.化工原理(上、下冊)(第二版).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[10]柴誠敬、王軍等《化工原理課程設(shè)計(jì)》，天津科學(xué)技術(shù)出版社2006年.[11]王存文、孫偉《化工原理實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理》，化工工業(yè)出版社2008年[12]陳英南、劉玉蘭《常用化工單元設(shè)備地設(shè)計(jì)》，華東理工大學(xué)出版社2005年王明輝《化工原理單元過程課程設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社2002年任曉光主編化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社2009.2中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，HG20583-98《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》，1998中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，HG20593-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》，1997《化工工藝制圖》周大軍、揭嘉化工工業(yè)出版社，2006[18] 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，化學(xué)工業(yè)出版社 2003.8《化學(xué)工程師手冊》機(jī)械工業(yè)出版社，2001.1劉光啟,馬連湘,劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(有機(jī)卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002張受謙.化工手冊(上卷).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,1986張受謙.化工手冊(下卷).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,1984路秀林，王者相.塔設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002[25] 北京化工研究院 “板式塔”專題組，浮閥塔 [M]．北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社， 1975．王松漢主編：《石油化工設(shè)計(jì)手冊》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002盧煥章主編.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2006.時(shí)鈞，汪家鼎，余國琮，陳敏恒主編.化學(xué)工程手冊(上卷).北京：化學(xué)工業(yè)出版社2002.1劉光啟,馬連湘,劉杰.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(無機(jī)卷).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002設(shè)計(jì)條件：5/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考（三）、設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一分離甲苯 -乙苯混合物地連續(xù)精餾塔（四）、設(shè)計(jì)參數(shù)：⑴原料液地處理量： 8.0 萬t/a⑵：0.35(甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù))⑶塔板形式：浮閥原料液組成⑷設(shè)計(jì)條件：操作壓力 4kPa(塔頂產(chǎn)品出料管表壓 )；4kPa（釜液出料管表壓）；4kPa（進(jìn)料管表壓）進(jìn)料熱狀況 泡點(diǎn)回流比 自選單板壓降 ≦0.7kPa年工作時(shí)間 300天（24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)）建廠地址 六盤水地區(qū)（五）、設(shè)計(jì)指標(biāo)：塔頂餾出液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ：≧0.96塔底釜液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ：≦0.02（六）、設(shè)計(jì)項(xiàng)目：1.2.3.4.

設(shè)計(jì)方案簡介：對(duì)確定地工藝流程、塔及塔板類型進(jìn)行簡要論述；精餾塔塔徑、塔高及塔板主要工藝尺寸地計(jì)算；輔助設(shè)備地計(jì)算及選型；繪制精餾工藝流程圖（ 2號(hào)）及精餾塔工藝條件圖 (2號(hào))；對(duì)本設(shè)計(jì)地評(píng)述.第二章 精餾塔地工藝計(jì)算一、精餾塔地物料衡算(一)、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品地摩爾分率甲苯地摩爾質(zhì)量 MA=92.13kg/kmol乙苯地摩爾質(zhì)量 MB=106.16kg/kmolXF0.35/92.130.35/92.130.3830.65/106.166/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考0.96/92.13xD0.9640.96/92.103.04/106.10.02/92.13xW2.0.022980.02/9103.98/106.1（二）、物料衡算對(duì)于甲苯-乙苯雙組分地連續(xù)精餾塔，根據(jù)總物料衡算及甲苯地物料衡算可求得餾出液流率D及殘液流率W.30.65/106.16）72.22kmol/h進(jìn)料流量F=8000010（0.35/92.13300*24FDWDW72.22FxFDxDWxW0.964D0.02298W27.66聯(lián)立解得D=35.55kmol/h , W=37.67kmol/h二、塔板數(shù)地確定（一）、理論板層數(shù) NT地求取表1 按托尼方程常數(shù)Antoine物質(zhì)ABC溫度范圍℃甲苯6.079541344.8219.4826～137乙苯6.082081424.255213.0626～163表2甲苯乙苯氣液平衡相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度由文獻(xiàn)[1]中苯與甲苯地汽-液平衡組成可以找出m10算出12107/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考t/℃110.62113116119122PAo101.3089108.3452117.7550127.7931138.4878PBo48.071251.761156.731862.077067.8163x1.00000.87550.73030.59690.4738y1.00000.93640.84900.75300.6477t/℃125128131134136.324PAo149.8675161.9614174.7988188.4096199.5043PBo73.970080.559087.604495.1280101.2991x0.36010.25480.15710.06620.0000y0.53270.40740.27100.12310.00001=pA可得PB123456789102.10742.09322.07562.05862.04212.02612.01051.99531.98061.9695從而推出 m 2.035（二）、確定操作地回流比 R因q=1、xe=xf=0.383yeXF=0.5581故有：1)XF1(xD-ye0.9640.5581Rmin0.55812.318yexe0.383而一般情況下 R=(1.1～2)Rm,考慮到精餾段操作線離平衡線較近，故取實(shí)際操作地回流比為最小回流比地 2倍.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途即：R=2Rm=4.636所以平衡線方程 y

x 2.305x1 ( 1)x 1 1.305x（三）.求精餾塔地氣液相負(fù)荷8/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考L R D 4.636 35.55 164.81kmol/hV (R 1)D (4.636 1) 35.55 200.36kmol/hL' L F 164.81 72.22 237.03kmol/hV'V200.36kmol/h（四）、操作線方程精餾段操作線方程為：yn1RxnxD4.636xn0.964R1R14.63614.6361yn1 0.823xn 0.171提餾段操作線方程為：yn1L'Wxw237.0337.67xn-V'xn-0.022981.183xn-0.0043V'200.36200.36y1xDy1x12.035x1x1y10.9640.9291(1)x1(1)xD2.0351.03511.035x10.964y20.8230.9290.1710.936x2y20.9360.878(1)y22.0351.0350.936同理可算出如下值：9/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考y30.894x30.805y40.833;x40.711y50.756;x50.603y60.667;x60.495y70.578;x70.402y80.501x80.330xf0.383所以第8塊板上進(jìn)料，以后將數(shù)據(jù)代入提餾段方程中。y91.1830.3300.00430.386;x80.3860.2351.0352.0350.386y100.273;x100.155y110.179;x110.096y120.109;x120.056y130.061;x130.030y140.031,；x140.0154xw0.02298（五）、所以總理論板數(shù)為NT14塊（包括再沸器），第8塊板上進(jìn)料.求實(shí)際踏板數(shù)查地ET=0.6精餾段：Np1=NT1/0.6=14，取Np1=14塊；提留段：NP2=NT2/0.6=10；取Np2=10塊；總塔板數(shù)：NP=Np1+Np2=24塊三、塔地操作工藝條件及相關(guān)物性數(shù)據(jù)地計(jì)算（一）、操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力：PD＝101.325+4=105.325kPa每層塔板壓降：取△P＝0.7kPa進(jìn)料板壓力：PF＝101.325+4＋0.7×14＝115.325kPa資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途塔底操作壓力：PW＝105.325＋0.7×24＝122.12kPa精餾段平均壓力： Pm1＝（105.325＋115.325）/2＝110.325kPa資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途提餾段平均壓力：Pm2＝（115.325＋122.325）/2＝118.825kPa（二）、操作溫度計(jì)算10/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考查溫度-組成圖可得相應(yīng)溫度如下：塔頂溫度：TD＝112.4℃進(jìn)料板溫度：TF＝122.5℃資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途塔底溫度：TW＝134.83℃精餾段平均溫度：Tm1＝（112.4＋122.5）/2=117.45℃資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途提餾段平均溫度：Tm2＝（122.4＋134.83）/2=128.61℃（三）、平均摩爾質(zhì)量計(jì)算精餾段摩爾質(zhì)量:由拉格朗日插入法得：氣相組成：x1:119116117.45116,x10.6870.59690.7303x10.7303液相組成：y1:119116117.35116,y10.8180.75300.8490y10.849011/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考MM

VDmLDm

0.686292.13(10.6862)106.1695.544kg/kmo0.817392.13(10.8173)106.1694.692kg/kmo提餾段平均摩爾質(zhì)量:氣相組成：x2:131128128.61128,x20.1880.15710.2548x20.2548液相組成：y2:131128128.61.61128,y20.3130.27160.4074y20.4074MVm20.188*92.13(1-0.188)*106.16103.5534kg/kmoMLm20.313*92.13(10.313)*106.16101.7753kg/kmo（四）、平均密度計(jì)算由于已查得液相甲苯、乙苯在某些溫度下地密度（如表 3），液相平均密度用 1 aA aB計(jì)算（式中a表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)）.m A B氣相平均密度用 V T0PM 計(jì)算22.4TP0表3 液相甲苯、乙苯在某些溫度下地密度 ?液相甲苯、乙苯在某些溫度下地密度?溫度T/℃60708090100ρkg/m3甲苯829.3819.7810800.2790.3乙苯831.8822.8813.6804.5795.2溫度T/℃110120130140150ρkg/m3甲苯780.3770759.5748.8737.8乙苯785.8776.2766.6756.7746.6求得在平均溫度下甲苯和乙苯地密度Tm1=117.45℃，120110117.45110，甲苯773.19kg/m3770780.3甲苯780.3120110117.45110，乙苯776.08816kg/m3776.2758.8乙苯758.812/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考同理：Tm2=128.61℃，`755.36kg/m3，甲苯`764.25kg/m3乙苯精餾段液相平均密度:氣相平均密度計(jì)算273.15*95.5442.7846kg/m3V22.4*(273.15116.9915)液相平均密度計(jì)算10.8173*92.13/[0.8173*92.13106.16(10.8173)]10.795176L1773.19779.08816`775.34kg/m3L1提餾段液相平均密度:氣相平均密度計(jì)算273.15*103.540782.89kg/m3V130.0915)22.4*(273.15液相平均密度計(jì)算10.313*92.13/[0.313*92.13106.16(10.313)]10.283096L2755.36764.25`762.33kg/m3L2（五）、液體平均表面張力計(jì)算由于已查得液相甲苯、乙苯在某些溫度下地表面張力（如表4），將其以T為x軸、σ為y軸分別繪制出甲苯、乙苯地溫度-表面張力曲線圖（如圖4）.故甲苯、乙苯純組分在本設(shè)計(jì)所涉及地溫度范圍內(nèi)地表面張力可用下式求得：甲苯σA=-0.1053T＋30.095資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途乙苯σB=-0.1016T＋31.046n而液相平均表面張力用Lmxii計(jì)算1表4甲苯、乙苯在某些溫度下地表面張力甲苯、乙苯在某些溫度下地表面張力（σ溫度T℃60708090100表面張力(mN/m)甲苯23.9422.8121.6920.5919.4925.0123.9622.9221.8820.85乙苯溫度T℃110120130140150表面張力(mN/m)甲苯18.4117.3416.2715.2314.1913/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考乙苯19.8318.8117.8116.8215.831、塔頂液相平均表面張力地計(jì)算由TD＝112.4℃得：σDA=-0.1053112×.4＋30.095=18.229mN/m 資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途DB=-0.1016112×.4＋31.046=18.676mN/mσDm=0.9945×18.229＋(1-0.9945) 19×.7904=17.42mN/m2、進(jìn)料板液相平均表面張力地計(jì)算由TF＝122.5℃得：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途FA=-0.1053122×.5＋30.095=17.23mN/mFB=-0.1016122×.5＋31.046=18.74mN/mFm=0.4344×17.＋23（1－0.4344）×18.5289=17.71mN/m3、塔底液相平均表面張力地計(jì)算由TW＝134.83℃得：σWA=-0.1053134×.83＋30.095=15.47mN/m資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途W(wǎng)B=-0.1016134×.83＋31.046=17.035mN/mWm=0.02298×15.6707＋(1-0.02298)17×.0355=17.103mN/m4、精餾段液相平均表面張力σLm1=(σDm＋σFm)/2=（17.42＋17.71/2=17.56mN/m 資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途5、提餾段液相平均表面張力Lm2=(σFm＋σWm)/2=（17.42＋17.103)/2=17.26mN/m資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途（六）、液體平均粘度計(jì)算表5甲苯、乙苯在某些溫度下地粘度甲苯、乙苯在某些溫度下地粘度（μ）④溫度T/℃60708090100甲苯0.3730.340.3110.2860.264粘度（mPa·s）0.4260.3880.3540.3250.3乙苯溫度T/℃110120130140150甲苯0.2450.2280.2130.20.188粘度（mPa·s）0.2780.2590.2420.2260.213乙苯120110117.45110Tm1=117.45℃，0.245,A0.228A0.245120110117.451100.2590.278,BB0.278

0.24210.2662

mPa·smPa·s同理;Tm2=138.61℃時(shí)，A0.21375·，0.24253·精餾段液相平均粘度：14/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考1Ay1B(1y1)0.242*10.81730.266*20.18270.2436mPa·s（七）提餾段液相平均粘度：2Ay2B(1y2)0.21288*0.3127250.24185*0.6872750.23279mPa·s精餾段質(zhì)量流量：L1ML1L94.692*164.814.33kg/sV1MV1V95.544*200.365.31kg/s體積流量:LS1L14.330.00553m3/sL1775.34VS1V15.311.906m3/sV12.7846提餾段質(zhì)量流量：L2ML2L101.7733*164.814.65kg/sV2MV2V103.55*200.365.67kg/s體積流量:LS2L24.650.0099m3/sL2762.33VS2V25.311.93m3/sV22.89四．精餾塔地塔體工藝尺寸計(jì)算15/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考史密斯圖1、精餾段塔徑地計(jì)算取板間距 HT=0.45m，取板上清液層高度 hL＝0.07m.1Ls12液氣動(dòng)能參數(shù)：PF1Lm1Vs1Vm1

0.00553 775.341.906 2.784

120.04838查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得 C20 0.081000.217.560.2負(fù)荷因子：C1C20Lm10.0810.0886m/s2020最大允空塔氣速：C1Lm1-Vm10.0886775.34-2.784F11.476m/sVm12.78410.7F11.033m/s估算塔徑'Vs11.9061.846m，：D10.7850.7850.1.033圓整取D2.2m，上下塔徑一致塔截面積：AT1=0.785D2=0.785×2.22=3.7994m2空塔氣速：11.906/3.0790.636m/s2、提餾段塔徑地計(jì)算取板間距HT=0.45m，取板上清液層高度hL＝0.07m.16/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考Ls21/20.0099762.331/2液氣動(dòng)能參數(shù)：PF2Lm20.0831Vs221.932.89Vm2查Smith通用關(guān)聯(lián)圖得C200.0730.217.260.2負(fù)荷因子：C2C20Lm20.0730.0645m/s2020最大允空塔氣速：F2C2Lm2-Vm20.0645762.33-2.981.029m/s2.98Vm2取適宜空塔氣速：μ2=0.7μF=0.7203m/s估算塔徑：D'Vs21.932.003m，為加工方便，圓整取D2.2m.20.7850.7850.7203塔截面積：AT2=0.785D2=0.7852×.22=3.7994m2空塔氣速：21.93/3.79940.51m/s表6板間距與塔徑地關(guān)系⑤塔徑D/mm300～500500～800800～16001600～2400板間距200，250，300250，300，350300，350，400，400，450，500，HT/mm450，500550，600（二）、精餾塔有效高度地計(jì)算精餾段有效高度：Z精=(Np1-1)HT=(14-1)0.45=6×m提餾段有效高度：Z提=(Np2-1)HT=(10-1)0.45=4×m在進(jìn)料板上方開一人孔H′T，其高度為0.5m故精餾塔地有效高度Z=Z精＋Z提＋0.5=6＋4＋0.5=10.5m資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途五、塔板主要工藝尺寸地計(jì)算(一)、溢流裝置計(jì)算1、精餾段溢流裝置計(jì)算因塔徑D＝2.2m，可選用單溢流弓形降液管平直堰.各項(xiàng)計(jì)算如下：①、堰長lW1：取lW10.62D0.622.21.364m②、溢流堰高度hw1根據(jù)液流收縮系數(shù)圖可查得液流收縮系數(shù)E1=1.031，對(duì)于平直堰，堰上液層高度hOW1可由Francis經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途2.84E12/32/3精餾段：hOWLS10.002841.0310.0053*36002.0346mm1000lW11.364hWhLhOW4536mm17/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考2.84LS22/30.0099*36002/3提留段：hOW0.002842.9831mmE1lW11.03110001.364hWhLhOW3.725mm③、弓形降液管寬度 Wd1和截面積 Af1由lW1/D0.65查弓形降液管地參數(shù)圖得：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途W(wǎng)d10.124Wd12.20.1240.271m8DAf10.0721Af13.79940.07210.2728m2AT1驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間：精餾段：提留段：

Af1HT0.27280.4515.023s5s10.0053Ls1Af1HT0.27280.458.531s5s20.0099Ls2故降液管設(shè)計(jì)合理 .④、降液管底隙高度精餾段： 取提留段： 取

0.14m/sLs10.005530則ho1.430.03mlW100.140.14m/sLs20.00990則ho1.430.05mlW200.14（ho不宜小于0.02～0.025m，滿足要求）故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理 .（二）、塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1）塔板分布本設(shè)計(jì)塔徑 2.2m,采用分塊式塔板，以便通過人工裝拆塔板 .2）浮閥數(shù)目與排列精餾段：取閥孔動(dòng)能因子F012F012,則孔速u017.19m/sV12.784每層塔板上浮閥數(shù)目：VS11.906334塊N0.785*0.03920.785d02u01*7.177918/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考取邊緣區(qū)寬度WC0.07m,破沫區(qū)寬度WS0.12m計(jì)算塔板上地鼓泡區(qū)面積，即：Aa2[xR2x2R2arcsinx]D180R其中RWC1.10.071.03m2xD(WdWS)1.1(0.27280.12)0.7172m2R2arcsinx]所以Aa2[xR2x22.503m2180R浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排地孔心距t=72mm則排間距：t1Aa2.503103mmNt3340.072因塔地直徑較大， 必須采用分塊式塔板， 而各分塊地支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距應(yīng)小些，取 t1 88mm，按 t=73mm, t1 88mm，以等腰三角形叉排方式作圖，得排閥數(shù)380個(gè).資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途按N=380重新計(jì)算：011.9064.23m/s0.7850.0392380F04.232.7847.05塔板開孔率：u10.747u0117.6%4.23提留段：取閥孔動(dòng)能因子F0127.05m/sF012,則孔速u022.89V219/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考每層塔板上浮閥數(shù)目：VS22.784350塊N02u0220.785d0.785*0.039*4.23浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一個(gè)橫排地孔心距t=75mm則排間距：t1Aa2.50395mmNt3500.075六、塔板地流體力學(xué)計(jì)算（一）、氣相通過浮閥塔板地壓降可根據(jù) hp hc h1 h計(jì)算精餾段：干板阻力：uoc11.82573.11.82573.15.98m/s2.784v1因u01uoc1，故hc15.34v1u0122.7846.09682L1g5.340.035654m22775.349.8板上充氣液層阻力：取00.5，hL10hL0.50.070.035m液面表面張力及所造成地阻力：此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板地壓降相當(dāng)?shù)馗叨葹椋篽P1 0.035654 0.035 0.070654mPP1hp1L1g0.071554774.3189.8542.974Pa提留段：干板阻力：uoc21.82573.11.82573.15.453m/sv22.98因u02uoc2，故hc25.34v2u0222.986.782L2g5.340.0625m22755.369.8板上充氣液層阻力：取00.5，hL10hL0.50.070.035m液面表面張力及所造成地阻力：此阻力很小，可忽略不計(jì)，因此與氣體流經(jīng)塔板地壓降相當(dāng)?shù)馗叨葹椋篽P2 0.0625 0.035 0.0975mPP2 hp2 L2g 0.0975 755.36 9.8 721.4Pa（二）、淹塔為了防止發(fā)生淹塔現(xiàn)象，要求控制降液管中清夜高度 .20/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考Hd (HT hW),即Hd hp hL hd（1）精餾段：單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)匾褐叨龋?hP1 0.07654m液體通過液體降液管地壓頭損失：hd10.153(LS1)20.153(0.00553)20.011m6lWh011.430.02板上液層高度：hLm，則Hd10.076540.01160.070.158m0.07取0.5，已選定HTmhm0.45,w10.42162則(HThw)10.5(0.450.42162)0.4358m可見Hd1(HThw)1，所以符合要求.提留段：單層氣體通過塔板壓降所相當(dāng)?shù)匾褐叨龋?hP2 0.0863m液體通過液體降液管地壓頭損失：hd20.153(LS2)20.153(0.014)20.0058m66lWh021.430.05板上液層高度：hL0.07m，則Hd20.08630.0058660.070.1622m取0.5，已選定HT0.45mhm,w20.38524則(HThw)20.5(0.450.38524)0.41762m可見Hd1(HThw)1，所以符合要求.（三）、物沫夾帶VS1V11.36LS1ZL（1）精餾段：泛點(diǎn)率L1V1100%KCFAbVS1V1泛點(diǎn)率L1V1100%0.78KCFAT板上液體流經(jīng)長度：ZDWmL2d2.220.27181.656421/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考板上液流面積：AbAT2Af3.799420.27283.2512m2查物性系數(shù)K=1.0,泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)圖，得CF0.127VS1V11.36LS1ZL2.83912.7841.360.0081431.6564泛點(diǎn)率L1V1100%775.342.784100%46.24%KCFAb0.1273.2512VS1V11.9062.784L1V1775.342.784泛點(diǎn)率100%46.40%0.78KC100%0.780.1273.7994FAT對(duì)于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過 80%.由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能滿足ev0.1（kg液/kg氣）地要求.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途（2）提留段：查物性系數(shù)K=1.0,泛點(diǎn)負(fù)荷因數(shù)圖，得CF0.128qeVS2V21.36LS2ZL1.932.981.360.0099*/1.6544泛點(diǎn)率L2V2100%762.332.84100%49.735%KCFAb0.1283.2516VS2V21.932.98L2V2100%762.332.784100%47.36%泛點(diǎn)率0.78KCFAT0.780.1283.7994對(duì)于大塔，為了避免過量物沫夾帶，應(yīng)控制泛點(diǎn)率不超過 80%.由以上計(jì)算可知，物沫夾帶能滿足ev 0.1（kg液/kg氣）地要求.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途物沫夾帶線VSV1.36LSZL泛點(diǎn)率LVKCFAb據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中地物沫夾帶線，按泛點(diǎn)率 80%計(jì)算：2.981.36LS1.6544VS精餾段：0.8772.332.980.1273.2516整理得：VS5.44537.3365LS由上式知物沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)LS值算出VS2.981.36LS1.6544VS提留段：0.8762.333.13110.1283.251622/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考整理得：VS5.10535.236LS表6物沫夾帶線上地氣液體積流量精餾段LS/(m3/s)0.0020.01VS/(m3/s)5.4145.1150提留段LS/(m3/s)0.0020.01VS/(m3/s)5.13274.8514（四）、液泛線(HThw)hphLhdhehlhhLhd由此確定液泛線，忽略式中h(HThw)5.34vu020.153(L)2(10)[hw2.843600L2/3]2LgSE(lwS)lwh01000u0VS02N4d精餾段：0.435814.9248VS1221.5[0.048732.843600LS2/3772.339.81(0.7852390)239.0LS()]20.03910001.43整理得：VS2180.1098607.37L2S1173.991L2S1/3提留段：0.4176216.72VS2213.1956LS21.5[0.03952.84(3600LS)2/3]764.48392390)229.81(0.7850.03910001.43整理得：VS2269.716982566.6589L2S2153.3658L2S/23在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)LS值，算出地VS值.表7液泛值精餾段LS1/(m3/s)0.0010.0030.0040.007VS1/(m3/s)8.8487968.7380258.6906668.559268提留段LS1/(m3/s)0.0010.0030.0040.007VS1/(m3/s)8.2571768.150088.1124497.998738（五）、液相負(fù)荷上限液體地最大流量應(yīng)保證降液管中停留時(shí)間不低于3~5s.液體降液管內(nèi)停留時(shí)間AfHT3~5sLS23/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考以5s作為液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間地下限，則：(LS)maxAfHT0.27340.450.02447m3/s55（六、漏液線對(duì)于F1型重閥，依F05作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷地標(biāo)準(zhǔn)，則VS0.785d02Nu0精餾段：(VS1)min0.7850.039238051.4023m3/s2.7636提留段：(VS2)min0.7850.039238051.2354m3/s2.98（七）、液相負(fù)荷下限取堰上液層高度 how 0.005作為液相負(fù)荷下限條件作出液相負(fù)荷下限線，該線為與氣相流量無關(guān)地豎直線.2.843600(LS)min]2/30.005E[lw1000取E=1.0，則(LS)min(0.0051000)3/2lw0.00130m3/s2.8413600由以上(1)~(5)作出塔板負(fù)荷性能圖七、精餾塔地設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表表9項(xiàng)目符號(hào)單計(jì)算結(jié)果位提餾段精餾段平均壓強(qiáng)PkPa110.325118.825平均溫度T℃117.45128.61平均密度氣相ρ2.7842.89液相kg/m3764.25775.36平均流量氣相Vskg/s1.9062.7476液相Lskg/s0.0081430.014實(shí)際塔板數(shù)31塊1113板間距HTm0.450.45塔徑Dm2.22.2塔板液流型式單流型單流型溢流堰堰長lWm1.364堰高h(yuǎn)Wmm2.034631.36424/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考板上清液層高溢流堰寬度hom0.27282.9830度底隙高度m0.030.2728hLm0.070.070.05孔徑d0mm3.93.9孔數(shù)n個(gè)380380孔氣速uom/s6.09685.90塔板壓降PpkPa0.70.7液體在降液管中地停留時(shí)間θs15.1368.804泛點(diǎn)率%45.4046.45漏液點(diǎn)氣速uOMm/s1.40231.2354負(fù)荷上限(Ls)maxm3/s0.024470.02447負(fù)荷下限(Ls)minm3/s0.001300.00130氣相最大負(fù)荷(Vs)maxm3/s5.25.1氣相最小負(fù)荷(Vs)minm3/s1.41.3八、冷凝器地設(shè)計(jì)一、確定設(shè)計(jì)方案1、選擇換熱器地類型兩流體溫度變化情況： 熱流體進(jìn)口溫度 112.4℃，以飽和溫度流出換熱管； 冷流體進(jìn)口溫度35℃，出口溫度80℃.估計(jì)該換熱器地管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)地固定管板式式換熱器.2、流動(dòng)空間及流速地確定為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，油品走殼程.選用ф25×2地.5碳鋼管，管內(nèi)流速取u=0.5m/ｓ.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途二、確定物性數(shù)據(jù)1、定性溫度：可取流體進(jìn)、出口溫度地平均值.殼程流體地定性溫度為：Tm112.4C管程水地定性溫度為357550C：tm2根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體地有關(guān)物性數(shù)據(jù).2、殼程流體在110.783℃下地有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：ρ1=780.3kg/m3定壓比熱容：cp1=2.08kJ/(kg℃)·25/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考導(dǎo)熱系數(shù)：λ1=0.113119W/(m℃)·粘度：μ1=μDm=00.02379Pas·3、循環(huán)冷卻水在50℃下地物性數(shù)據(jù)：密度：ρ=1000kg/m3定壓比熱容：cp=4.2kJ/(kg℃·)導(dǎo)熱系數(shù)：λ=0.648W/(m℃·)粘度：μ=0.00055Pa·s三、熱計(jì)算負(fù)荷1、殼程液流量 資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途由精餾塔地設(shè)計(jì)計(jì)算可知：汽相摩爾流率： V=200.036kmol/h塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量： MVDM=103.533kg/kmol殼程液流量 ：ms1=V×MVDM=20743.78kg/h=5.76kg/s2、殼程流體地汽化潛熱根據(jù)已查得地汽相甲苯、乙苯在某些溫度下地汽化潛熱（如表） ，將其以 T為x軸、r為y軸繪制出溫度-汽化潛熱兩條曲線（如圖）.故甲苯、乙苯純組分在本設(shè)計(jì)所涉及地溫度范圍內(nèi)地汽化潛熱可用下式算得：資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途表10汽化潛熱與溫度地關(guān)系溫度T℃406080100120140160180甲苯402.1391379367.1354.2340.3325.5309.4KJ/kg390.1380.3370359.3347.9335.9323.2309.5乙苯圖826/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考甲苯 ：r=-0.001T2－0.4373T＋420.92乙苯 ：r=0.0008T2－0.3999T＋407.22由T=112.4℃可計(jì)算出相應(yīng)地汽化潛熱：rA -0.001112.42-0.4373112.4 420.92 359.17KJ/kgrB -0.0008112.42-0.3999112.4 407.22 352.32KJ/kgrm 0.9913359.17（1-0.9913）352.32 359.105KJ/kg3、熱負(fù)荷熱負(fù)荷：Q=ms1×rm=2.1021×359.105=754.87KW（忽略熱損失）3）逆流平均溫差(T1t2)(T2t1)(112.475)(112.435)tmln112.454.7C9lnT1t275T2t1112.435（四）、冷卻水用量27/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考根據(jù)熱量衡算Q mscp(t2 t1)冷卻水用量：ms754.87）4.521kg/s4.174（7535（五）、估算傳熱面積由于管程走水，殼程走冷凝液，總傳熱系數(shù) K=467～814W/（m2·℃），現(xiàn)取K=650W/（m2·℃）資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途傳熱面積：SQ754.8710320.67m2Ktm65054.79考慮15％地面積裕度，S=1.15×S′=1.15×20.67=23.77m2.（六）、換熱器地工藝結(jié)構(gòu)尺寸1、換熱管及管內(nèi)流速地選擇根據(jù)我國目前地系列標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)固定管板式式換熱器選用管徑為ф25mm×2.5mm地碳鋼管，管內(nèi)流速取u=0.5m/s.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途2、管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)4Vs4ms44.521根n2ud2u0.02228d0.51000按單程管計(jì)算，所需地傳熱管長度為S23.7710.093m（do為管外Ldon0.02530徑）.顯然傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，現(xiàn)取傳熱管長L=5m，則該換熱器管程數(shù)為L10.093N=28×2=58(根)資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途Np62，傳熱管總根數(shù)L3、傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列， 隔板兩側(cè)采用正方形排列 .取管心距t=1.25do，則t=1.25 ×25=31.25≈32(mm)橫過管束中心線地管數(shù) nc 1.19N 1.19 58 10（根）4、殼體內(nèi)徑采用單管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η＝0.7，則殼體內(nèi)徑為D1.05tN1.053210-3580.305m圓整可取D＝400mm0.728/35個(gè)人收集整理 僅做學(xué)習(xí)參考5、折流板采用弓形折流板， 取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑地 25％，則切去地圓缺高度為 h＝0.25×400＝100mm；取折流板間距 B＝0.3D，則B＝0.3×400＝120mm，可取板間距 B=150mm；折流板數(shù)NBL-0.125.940塊，折流板圓缺面水平裝配.B0.156、接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)流體流速為u＝2m/s，則接管內(nèi)徑為：4Vs14ms141.906du10.039mu780.32取標(biāo)準(zhǔn)管徑為45mm.管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u＝2m/s，則接管內(nèi)徑為：4Vs44.5210.07588m資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途d10001u取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 800mm（七）、換熱器核算1、熱量核算①殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用凱恩公式0.3610.551/30.141Re1Pr（）dew因是正三角形排列所以當(dāng)量直徑：de4（32π24（32π20.020m2t-do）0.032-40.02）5πdo24π0.0252殼程流通截面積：So1BD（1-do）0.150.4（1-0.025）0.013125m2t0.032殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別：u1Vs1ms11.9060.18m6/sSo1So110.013127580.3Re11deu1780.30.02020.186湍流)0.239310-31213.00291000(0129/35個(gè)人收集整理僅做學(xué)習(xí)參考Cp112.023451030.239310-3普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pr4.28110.1131190.14粘度校正：1W0.360.11311912130.0290.554.2811/31611.32W/(m2C)0.0202②管程對(duì)流傳熱系數(shù)0.0230.80.4RePrd管程流通截面積Sod2300.7850.022300.00942m24管程流體流速及其雷諾數(shù)分別Vsms4.5210.479m9/suSo0.009412000SoRedu10000.020.48710.0072514255.14000湍0流()Cp4.1741030.72510-34.67普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr0.6480.0230.64814255.40.84.670.42745.445W/(m2C)0.02③傳熱系數(shù)K污垢熱阻Rs=0.000344m2·℃/W,Rs1=0.000172m2·℃/W；管壁地導(dǎo)熱系數(shù)λ=48W/(m·℃)；dmddo0.0225m.資料個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途2K1dobdo1doRs1dRsddm110.0250.3440.0250