【異丙苯法生產(chǎn)苯酚的工藝設(shè)計(jì)18000字（論文）】

異丙苯法生產(chǎn)苯酚的工藝設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1概述 11.2苯酚的性質(zhì) 11.2.1苯酚的物理性質(zhì) 11.2.2化學(xué)性質(zhì) 21.3產(chǎn)品的用途 2第二章工藝方法 32.1苯酚生產(chǎn)方法的比較 32.2本設(shè)計(jì)工藝流程介紹 3第三章物料與能量衡算 53.1概述 53.1.1物料衡算總論 53.1.2物料衡算目的 53.1.3物料衡算任務(wù) 63.1.4能量衡算概述 63.1.5熱量衡算原理 63.1.6熱量衡算任務(wù) 63.21B9 73.2.1流程模擬 73.2.2物料衡算 73.2.3能量衡算 83.3E101 83.3.1流程模擬 83.3.2物料衡算 83.3.3能量衡算 93.4R0201 103.4.1流程模擬 103.4.2物料衡算 103.4.3能量衡算 113.5T101 113.5.1流程模擬 113.5.2物料衡算 123.5.3能量衡算 133.6T0102 133.6.1流程模擬 133.6.2物料衡算 133.6.3能量衡算 143.7T0201 153.7.1流程模擬 153.7.2物料衡算 153.7.3能量衡算 163.8T0202 163.8.1流程模擬 163.8.2物料衡算 173.9能量衡算 183.10V104 183.10.1流程模擬 183.10.2物料衡算 183.11能量衡算 19第四章塔設(shè)備設(shè)計(jì) 214.1設(shè)計(jì)概述 214.2塔設(shè)備選型 214.2.1概述 214.2.2塔設(shè)計(jì)要求 214.2.3塔的類型 224.2.4填料塔 234.2.5填料塔和板式塔的比較 244.2.6塔型的結(jié)構(gòu)與選擇 254.3塔設(shè)計(jì)計(jì)算 264.3.1水力學(xué)參數(shù) 264.3.2塔徑的計(jì)算 264.3.3工藝尺寸的計(jì)算 284.4流體力學(xué)驗(yàn)算 324.4.1降液管液泛 324.4.2停留時(shí)間 344.4.3霧沫夾帶量校核 344.4.4嚴(yán)重漏液校核 354.5精餾段塔板負(fù)荷性能圖 354.5.1漏液線 354.5.2過(guò)量霧沫夾帶線 354.5.3液相負(fù)荷下限線 354.5.4液相負(fù)荷上限線 354.5.5液泛線 364.5.6負(fù)荷性能圖 364.6提餾段塔板負(fù)荷性能圖 374.6.1漏液線 374.6.2過(guò)量霧沫夾帶線 374.6.3液相負(fù)荷下限線 384.6.4液相負(fù)荷上限線 384.6.5液泛線 384.6.6負(fù)荷性能圖 39第五章?lián)Q熱器設(shè)備設(shè)計(jì) 405.1概述 405.2選型依據(jù) 405.2.1選型原則 405.2.2換熱器類型 415.2.3換熱管規(guī)格選擇 435.2.4換熱面積 445.2.5折流板 445.3流股條件 445.4計(jì)算傳熱面積 455.5換熱管選取 455.5.1換熱管規(guī)格及流速選定 455.5.2管程流通截面積 465.5.3單程管數(shù) 465.5.4管程數(shù) 465.5.5換熱管排列方式 475.6再沸器殼體內(nèi)徑計(jì)算 475.7再沸器進(jìn)口管徑選取 485.8直流板的選取 485.9總傳熱系數(shù)校核 49第六章泵和管道的計(jì)算 516.1概述 516.1.1泵的選型要求 516.1.2選型原則 526.2T101出料泵計(jì)算 526.3T102出料泵計(jì)算 546.4管道計(jì)算 566.4.1T101進(jìn)料管 566.4.2E102進(jìn)料管 576.4.3T101塔頂出料管 576.4.4T101塔底出料管 58總結(jié) 59致謝 60參考文獻(xiàn) 61摘要苯酚是一種重要的有機(jī)化工原料，被廣泛地應(yīng)用于樹脂、醫(yī)藥、染料以及農(nóng)藥等行業(yè)。現(xiàn)如今，生產(chǎn)工藝方法有多種：磺化法、氯化法、拉西法、環(huán)己烷法、苯直接氧化法、甲苯氧化法以及異丙苯法。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，采用異丙苯法，年產(chǎn)15萬(wàn)噸苯酚，采用異丙苯、氧氣原料生產(chǎn)苯酚，項(xiàng)目中首先進(jìn)行了工藝流程的設(shè)計(jì)，得出了生產(chǎn)苯酚的反應(yīng)工段和分離工段，然后，為了模擬，使用AspenPlus軟件，獲取每個(gè)設(shè)備的能量衡算結(jié)果，并以能量衡算結(jié)果進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)的計(jì)算，主要對(duì)精餾塔T201進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。得出了其尺寸和負(fù)荷性能圖。還對(duì)換熱器、泵和部分管道進(jìn)行詳細(xì)的選型計(jì)算。最后采用CAD軟件進(jìn)行了流程圖的繪制。關(guān)鍵詞：苯酚；畢業(yè)設(shè)計(jì)；異丙苯；精餾塔；換熱器第一章緒論概述苯酚是重要的化工原料。在我國(guó)，苯酚的市場(chǎng)非常好。苯酚作為重要的有機(jī)原料，被廣泛使用。它主要用于酚醛樹脂、雙酚A以及環(huán)氧樹脂、苯胺膠和烷基酚等的制造，還廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥、合成洗滌劑等行業(yè)。近些年，由于中國(guó)電子汽車工業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，中國(guó)苯酚、丙酮市場(chǎng)前景相當(dāng)好。苯酚丙酮產(chǎn)品也是廣泛需要的。當(dāng)今，在世界上最重要的苯酚、丙酮生產(chǎn)方法就是異苯丙法。由此法生產(chǎn)出來(lái)的苯酚丙酮的生產(chǎn)總量占到了世界總產(chǎn)量的90%以上。苯酚的性質(zhì)苯酚的物理性質(zhì)表1苯酚的物理性質(zhì)中文名苯酚外文名Phenol別名石灰酸化學(xué)式C6H5OH分子量94.11CAS登入號(hào)108-95-2熔點(diǎn)℃43沸點(diǎn)℃181.9閃點(diǎn)℃85密度(g/ml)1.071折射率1.54飽和蒸氣壓(kPa)0.13(40.1℃)燃燒熱(kJ/mol)3050.6臨界壓力（MPa）6.13臨界溫度(℃)419.2辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值1.46爆炸上限%（V/V）8.6爆炸下限%（V/V）1..7引燃溫度（℃）715溶解性混溶于醚、甘油、乙醇等物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)（1）苯酚苯酚具有特殊的臭味，但其稀溶液有甜味，而且很容易吸收空氣中的水分。非常具有腐蝕性。強(qiáng)大的化學(xué)反應(yīng)能力?？膳c醛、酮、水楊酸相互作用。與醛和酮的反應(yīng)可以產(chǎn)生樹脂醛，BPA和醋酐，與水楊酸的反應(yīng)可以產(chǎn)生醋酸苯酯和水楊酸酯。鹵化、氫化、氧化、烷基化、羧基化、酯化、醚化等反應(yīng)也可以進(jìn)行。苯酚在常溫下為固體，加熱后為液體。常溫下，苯酚與鈉不能發(fā)生完全反應(yīng)，將加熱后的苯酚與鈉反應(yīng)，苯酚會(huì)被還原，且隨著苯酚加熱溫度的不同，其衍射也不一樣，這會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的有效性。產(chǎn)品的用途重要的有機(jī)化工原料中苯酚就是其中之一，這可以用它來(lái)生產(chǎn)己二酸，水楊酸，五氯酚，酚醛樹脂以及2,4-D，己內(nèi)酰胺和苦味酸還有酚n-乙酰乙氧基苯胺等化工產(chǎn)品和中間體，在化工原料、合成纖維、合成橡膠、醫(yī)藥、印染、涂裝和煉油等工業(yè)具有重要的用途。此外，苯酚的水溶液將植物細(xì)胞染色體中的蛋白質(zhì)與DNA分離。人們利用這個(gè)特點(diǎn)現(xiàn)將植物用苯酚肉業(yè)浸泡，后對(duì)DNA進(jìn)行染色。

工藝方法苯酚生產(chǎn)方法的比較異丙苯法雖然異丙苯法發(fā)展時(shí)間比較晚，幾十年就得到了迅速的發(fā)展。這種方法的苯和丙烯以AlCl3或固體磷酸為催化劑，通過(guò)烷基化反應(yīng)（工業(yè)上也稱為烴化反應(yīng)）產(chǎn)生異丙苯，異丙苯在液相加熱，之后通入空氣、經(jīng)過(guò)催化氧化產(chǎn)生過(guò)氧化氫異丙苯，再用酸分解成苯酚和丙酮。具體反應(yīng)方程式如下：①烴化反應(yīng)②氧化反應(yīng)③酸分解此種方法腐蝕明顯減輕，污染也減輕，技術(shù)也相當(dāng)成熟。原材料可以來(lái)原十分豐富，可以來(lái)自于石油煉制的副產(chǎn)物?；腔ǎ捍朔▽?duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且副產(chǎn)物利用價(jià)值小，污染嚴(yán)重。氯化法：此法腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，能耗大，也未被采用。拉西法：此法雖操作條件溫和，但唯獨(dú)過(guò)高時(shí)，防腐材料仍不夠用。環(huán)己烷法：此法未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。苯直接氧化法：沒有合適的催化劑，仍未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。甲苯氧化法：能源利用不合理，且甲苯與苯價(jià)格相當(dāng)，使用較少。綜上所述，異丙苯法具有眾多優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)成熟，因此本設(shè)計(jì)采用異丙苯法。本設(shè)計(jì)工藝流程介紹本設(shè)計(jì)采用異丙苯法生產(chǎn)苯酚，以異丙苯和空氣（主要含氧氣和氮?dú)猓樵仙a(chǎn)苯酚。原料異丙苯用異丙苯原料泵P101增壓后，經(jīng)過(guò)E101產(chǎn)物原料換熱器，E102原料預(yù)熱器后與富氧空氣（O225%）通入氧化反應(yīng)器R101，發(fā)生氧化反應(yīng)生成過(guò)氧化氫異丙苯、二甲基芐醇等。反應(yīng)器設(shè)有氣液相兩個(gè)出口，反應(yīng)氣經(jīng)過(guò)E103反應(yīng)氣冷凝器水冷后去閃蒸罐V104氣液分離，氣相送往尾氣吸收工段，液相送往異丙苯回收工段，反應(yīng)液換熱后進(jìn)入異丙苯回收塔T101,塔頂回收異丙苯并排除不凝氣，塔底進(jìn)入T0102脫重塔，脫除副反應(yīng)產(chǎn)生的二甲基芐醇等重組分，塔頂過(guò)氧化氫異丙苯經(jīng)冷凝器E0201換熱后，由泵P0201送往反應(yīng)器R0201，反應(yīng)生成苯酚和副產(chǎn)物丙酮，反應(yīng)產(chǎn)物，送至分離塔T0201，塔底分離出苯酚產(chǎn)品，待冷卻后送至儲(chǔ)罐，塔頂餾出丙酮混合液并排除不凝氣，混合液送往精餾塔T0202,在塔頂?shù)玫奖碑a(chǎn)物，并排除不凝氣體，塔底餾出廢液送去廢水處理站。圖1工藝流程圖

物料與能量衡算概述物料衡算總論本項(xiàng)目擬建一套年產(chǎn)15萬(wàn)噸異丙苯法制苯酚氧化工段工藝設(shè)計(jì)。查找文獻(xiàn)得出工藝路徑，經(jīng)過(guò)化工軟件模擬得出工藝數(shù)據(jù)，由工藝設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為設(shè)備設(shè)計(jì)，根據(jù)工藝數(shù)據(jù)確定設(shè)備類型，再結(jié)合工藝數(shù)據(jù)和設(shè)備類型計(jì)算得出設(shè)備尺寸。首先對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中主要反應(yīng)器和換熱器尺寸計(jì)算，得出數(shù)據(jù)算出輸送物料所需泵的功率和管道的尺寸。通過(guò)工藝路線來(lái)確定主產(chǎn)品和副產(chǎn)品以及三廢的組成。通過(guò)工藝路線與原料性質(zhì)確定產(chǎn)品成分，廢水，廢液，廢氣成分。根據(jù)最終數(shù)據(jù)評(píng)估項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，工藝路線先進(jìn)性，生產(chǎn)方法合理性。物料衡算目的確定工藝流程后，進(jìn)行物料衡算，計(jì)算原材料總投入，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算產(chǎn)品和副產(chǎn)品的產(chǎn)量和產(chǎn)率，還有就是中間產(chǎn)物的量。物料衡算的結(jié)果也是能量和設(shè)備選型的基礎(chǔ)。物料衡算的過(guò)程是通過(guò)已知的物流產(chǎn)生的化學(xué)過(guò)程相對(duì)應(yīng)的平衡或物料分離過(guò)程的物料條件來(lái)確立其他未知的流量或者是物料組成。該過(guò)程的計(jì)算通式如下所示：累積在系統(tǒng)中=輸入輸出+總消耗在此公式中，所消耗物質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生或消耗的量，累計(jì)量可為正或負(fù)。當(dāng)系統(tǒng)中剩余的物料量不是零時(shí)，過(guò)程是不穩(wěn)定的。若停留量為零時(shí)，那該過(guò)程被認(rèn)定是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程：進(jìn)量=出量+消耗穩(wěn)定過(guò)程中無(wú)化學(xué)反應(yīng)：進(jìn)料量=出料量物料衡算的方式可以通過(guò)物料的總質(zhì)量、元素平衡或組分平衡來(lái)衡量。物料衡算的形式如下表所示：表2物料衡算形式類別衡算方式是否有化學(xué)反應(yīng)無(wú)有總式以總物料質(zhì)量為基準(zhǔn)符合符合以總物質(zhì)的量為基準(zhǔn)符合不符合組分式以組分質(zhì)量為基準(zhǔn)符合不符合以組分物質(zhì)的量為基準(zhǔn)符合不符合元素原子式以原子質(zhì)量為基準(zhǔn)符合符合以原子物質(zhì)的量為基準(zhǔn)符合符合物料衡算任務(wù)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的苯酚生產(chǎn)工藝的操作方式、操作時(shí)間、主要任務(wù)如下：（1）操作方式：連續(xù)性操作（2）操作時(shí)間：8000h（3）主要任務(wù)：以順推法計(jì)算原料到產(chǎn)品的物料投入量、轉(zhuǎn)化量、產(chǎn)品產(chǎn)量。能量衡算概述本項(xiàng)目擬建一套年產(chǎn)15萬(wàn)噸異丙苯法制苯酚和丙酮氧化工段工藝設(shè)計(jì)。工業(yè)操作過(guò)程中，物料的轉(zhuǎn)移也會(huì)帶動(dòng)能量的改變，轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，難免會(huì)在物料和能量上有所損失，一般物料損失和工藝的技術(shù)先進(jìn)程度有關(guān)，也和人員操作有關(guān)，損失一般比較小，能量的損失一般根據(jù)能量的大小而改變，過(guò)程中能量越大，損失越多。能量衡算的目的是確定生產(chǎn)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)移和損失，以及設(shè)備熱負(fù)荷。根據(jù)能量衡算的結(jié)果以及設(shè)備的計(jì)算數(shù)據(jù)選擇合適的設(shè)備。熱量衡算原理熱量衡算的總方程式：式（3-1)在此公式中，——是輸入設(shè)備熱量的總值；——表示輸出設(shè)備熱量的總值；——表示損失熱量的總值。連續(xù)性的系統(tǒng)：Q+W=Hout?Hin其中，Q——設(shè)備的熱負(fù)荷。W——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能?！艸out——離開設(shè)備的各物料焓之和?！艸in——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。熱量衡算的基準(zhǔn)是以單個(gè)設(shè)備計(jì)算。能量衡算的點(diǎn)主要是物理進(jìn)出的變化和過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)變換帶來(lái)的能量差異。計(jì)算出各個(gè)部分的能量變化或儲(chǔ)蓄的能量，再根據(jù)熱量衡算的總方程式做平衡計(jì)算。計(jì)算過(guò)程中，會(huì)了解各個(gè)部分的能量變化量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整設(shè)備能量輸入和輸出，做到節(jié)能減耗。熱量衡算任務(wù)本次苯酚的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝。需要進(jìn)行熱量衡算的有以下幾個(gè)任務(wù)：（1）在運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備方面，需要確定設(shè)備具體的運(yùn)轉(zhuǎn)功率等參數(shù)，為后面的設(shè)備選型提供參考依據(jù)。（2）圍繞單元操作計(jì)算的方面上，比如某個(gè)塔的熱量衡算，需要確定它的具體熱負(fù)荷數(shù)值，并以此來(lái)計(jì)算冷熱工程的用量。（3）在反應(yīng)器的反應(yīng)溫度設(shè)計(jì)上，需要計(jì)算額外的加熱量或者冷卻量，并以此來(lái)確定冷熱工程的工程用量數(shù)值。1B9流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖2流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表3進(jìn)出料流股表單位111011121113質(zhì)量流量kg/hr89715.282869900.724919814.5579O2kg/hr309.0707309.07070.0000N2kg/hr1707.09441707.09440.0000YBBkg/hr67929.962367862.032367.9300GYHQYBBkg/hr18978.233118.978218959.2549BYTkg/hr13.64230.000013.6423EJJBCkg/hr773.73070.0000773.7307H2Okg/hr0.00000.00000.0000CH3OHkg/hr3.54933.54930.0000BFkg/hr0.00000.00000.0000ACETONEkg/hr0.00000.00000.0000A-JJBYXkg/hr0.00000.00000.0000質(zhì)量分率O20.00340.00440.0000N20.01900.02440.0000YBB0.75720.97080.0034GYHQYBB0.21150.00030.9568BYT0.00020.00000.0007EJJBC0.00860.00000.0390H2O0.00000.00000.0000CH3OH0.00000.00010.0000BF0.00000.00000.0000ACETONE0.00000.00000.0000A-JJBYX0.00000.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表4能量衡算表總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr766.3690766.36900.0000質(zhì)量kg/hr89715.282889715.28280.0000焓kW(8887.2253)(1700.7521)(0.8086)E101流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖3流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表5進(jìn)出料流股表單位1219110111質(zhì)量流量kg/hr155993.7119150242.8500155993.7119150242.8500O2kg/hr0.00030.00000.00030.0000N2kg/hr0.00170.00000.00170.0000YBBkg/hr122541.7802150242.8500122541.7802150242.8500GYHQYBBkg/hr32113.84040.000032113.84040.0000BYTkg/hr23.07410.000023.07410.0000EJJBCkg/hr1309.04330.00001309.04330.0000H2Okg/hr0.00000.00000.00000.0000CH3OHkg/hr5.97200.00005.97200.0000BFkg/hr0.00000.00000.00000.0000ACETONEkg/hr0.00000.00000.00000.0000A-JJBYXkg/hr0.00000.00000.00000.0000質(zhì)量分率O20.00000.00000.00000.0000N20.00000.00000.00000.0000YBB0.78561.00000.78561.0000GYHQYBB0.20590.00000.20590.0000BYT0.00010.00000.00010.0000EJJBC0.00840.00000.00840.0000H2O0.00000.00000.00000.0000CH3OH0.00000.00000.00000.0000BF0.00000.00000.00000.0000ACETONE0.00000.00000.00000.0000A-JJBYX0.00000.00000.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表6能量衡算表總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr2490.52822490.52820.0000質(zhì)量kg/hr306236.5620306236.56200.0000焓kW(28393.6240)(28393.6240)0.0000R0201流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖4流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表7進(jìn)出料流股表單位117118質(zhì)量流量kg/hr32181.909132181.9091O2kg/hr0.000033.7583N2kg/hr0.00000.0000YBBkg/hr61.318461.3184GYHQYBBkg/hr32112.3394160.5617BYTkg/hr2.12342.1234EJJBCkg/hr6.12806.1280H2Okg/hr0.000038.0118CH3OHkg/hr0.00000.0000BFkg/hr0.000019559.7398ACETONEkg/hr0.000012070.9146A-JJBYXkg/hr0.0000249.3533質(zhì)量分率O20.00000.0010N20.00000.0000YBB0.00190.0019GYHQYBB0.99780.0050BYT0.00010.0001EJJBC0.00020.0002H2O0.00000.0012CH3OH0.00000.0000BF0.00000.6078ACETONE0.00000.3751A-JJBYX0.00000.0077能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表8能量衡算表總計(jì)單位入出生成相對(duì)差摩爾kmol/hr211.5702422.5676210.99740.0000質(zhì)量kg/hr32181.909132181.90910.0000焓kW-8178.6111-23157.48990.6468T101流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖5流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表9進(jìn)出料流股表單位110112113114質(zhì)量流量kg/hr155993.7119122480.928633500.564112.2191O2kg/hr0.00030.00000.00000.0003N2kg/hr0.00170.00000.00000.0017YBBkg/hr122541.7802122468.254061.318412.2078GYHQYBBkg/hr32113.84040.725732113.11470.0000BYTkg/hr23.07412.188020.88600.0001EJJBCkg/hr1309.04333.79821305.24510.0001H2Okg/hr0.00000.00000.00000.0000CH3OHkg/hr5.97205.96280.00000.0092BFkg/hr0.00000.00000.00000.0000ACETONEkg/hr0.00000.00000.00000.0000A-JJBYXkg/hr0.00000.00000.00000.0000質(zhì)量分率O20.00000.00000.00000.0000N20.00000.00000.00000.0001YBB0.78560.99990.00180.9991GYHQYBB0.20590.00000.95860.0000BYT0.00010.00000.00060.0000EJJBC0.00840.00000.03900.0000H2O0.00000.00000.00000.0000CH3OH0.00000.00000.00000.0008BF0.00000.00000.00000.0000ACETONE0.00000.00000.00000.0000A-JJBYX0.00000.00000.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表10能量衡算表總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr1240.52821240.52820.0000質(zhì)量kg/hr155993.7120155993.71200.0000焓kW(15206.2559)(13741.9710)(0.0963)T0102流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖6流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表11進(jìn)出料流股表單位113115116質(zhì)量流量kg/hr33500.56411318.655032181.9091O2kg/hr0.00000.00000.0000N2kg/hr0.00000.00000.0000YBBkg/hr61.31840.000061.3184GYHQYBBkg/hr32113.11470.775232112.3394BYTkg/hr20.886018.76262.1234EJJBCkg/hr1305.24511299.11716.1280H2Okg/hr0.00000.00000.0000CH3OHkg/hr0.00000.00000.0000BFkg/hr0.00000.00000.0000ACETONEkg/hr0.00000.00000.0000A-JJBYXkg/hr0.00000.00000.0000質(zhì)量分率O20.00000.00000.0000N20.00000.00000.0000YBB0.00180.00000.0019GYHQYBB0.95860.00060.9978BYT0.00060.01420.0001EJJBC0.03900.98520.0002H2O0.00000.00000.0000CH3OH0.00000.00000.0000BF0.00000.00000.0000ACETONE0.00000.00000.0000A-JJBYX0.00000.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表12能量衡算總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr221.2702221.2702(0.0000)質(zhì)量kg/hr33500.564133500.5641(0.0000)焓kW(7681.1434)(7675.7393)(0.0007)T0201流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖7流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表13進(jìn)出料流股表單位118121125BF質(zhì)量流量kg/hr32181.909173.648312542.501319565.7595O2kg/hr33.758331.79621.96210.0000N2kg/hr0.00000.00000.00000.0000YBBkg/hr61.31840.015261.30320.0000GYHQYBBkg/hr160.56170.0000159.62640.9353BYTkg/hr2.12340.00000.00002.1234EJJBCkg/hr6.12800.00000.00006.1280H2Okg/hr38.01180.096337.91550.0000CH3OHkg/hr0.00000.00000.00000.0000BFkg/hr19559.73980.00003.169719556.5701ACETONEkg/hr12070.914641.716212029.19840.0000A-JJBYXkg/hr249.35330.0244249.32610.0028質(zhì)量分率O20.00100.43170.00020.0000N20.00000.00000.00000.0000YBB0.00190.00020.00490.0000GYHQYBB0.00500.00000.01270.0000BYT0.00010.00000.00000.0001EJJBC0.00020.00000.00000.0003H2O0.00120.00130.00300.0000CH3OH0.00000.00000.00000.0000BF0.60780.00000.00030.9995ACETONE0.37510.56640.95910.0000A-JJBYX0.00770.00030.01990.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表14能量衡算總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr422.5676422.56760.0000質(zhì)量kg/hr32181.909132181.9091(0.0000)焓kW(23157.4899)(21202.1694)(0.0844)T0202流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖8流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表15進(jìn)出料流股表單位125124126ACETONE質(zhì)量流量kg/hr12542.5013544.537810.967511986.9961O2kg/hr1.96210.00001.27720.6849N2kg/hr0.00000.00000.00000.0000YBBkg/hr61.303261.30320.00000.0000GYHQYBBkg/hr159.6264159.62640.00000.0000BYTkg/hr0.00000.00000.00000.0000EJJBCkg/hr0.00000.00000.00000.0000H2Okg/hr37.915527.57100.006310.3382CH3OHkg/hr0.00000.00000.00000.0000BFkg/hr3.16973.16970.00000.0000ACETONEkg/hr12029.198443.54159.683911975.9729A-JJBYXkg/hr249.3261249.32610.00000.0000質(zhì)量分率O20.00020.00000.11650.0001N20.00000.00000.00000.0000YBB0.00490.11260.00000.0000GYHQYBB0.01270.29310.00000.0000BYT0.00000.00000.00000.0000EJJBC0.00000.00000.00000.0000H2O0.00300.05060.00060.0009CH3OH0.00000.00000.00000.0000BF0.00030.00580.00000.0000ACETONE0.95910.08000.88300.9991A-JJBYX0.01990.45790.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表16能量衡算總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr212.9824212.98240.0000質(zhì)量kg/hr12542.501312542.50130.0000焓kW(14260.0981)(14260.1427)0.0000V104流程模擬本次設(shè)計(jì)采用aspenV11.0進(jìn)行模擬，物料流程圖如下：圖9流程模擬圖物料衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的物料衡算結(jié)果：表17進(jìn)出料流股表單位161718質(zhì)量流量kg/hr26159.9312836.327425323.6037O2kg/hr1884.00930.00001884.0093N2kg/hr23111.12100.000023111.1210YBBkg/hr1145.9466817.6539328.2927GYHQYBBkg/hr16.782216.76520.0169BYTkg/hr0.05500.05090.0041EJJBCkg/hr1.82091.76720.0537H2Okg/hr0.00000.00000.0000CH3OHkg/hr0.19610.09020.1059BFkg/hr0.00000.00000.0000ACETONEkg/hr0.00000.00000.0000A-JJBYXkg/hr0.00000.00000.0000質(zhì)量分率O20.07200.00000.0744N20.88350.00000.9126YBB0.04380.97770.0130GYHQYBB0.00060.02000.0000BYT0.00000.00010.0000EJJBC0.00010.00210.0000H2O0.00000.00000.0000CH3OH0.00000.00010.0000BF0.00000.00000.0000ACETONE0.00000.00000.0000A-JJBYX0.00000.00000.0000能量衡算經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算后，得到如表所示的能量衡算結(jié)果：表18能量衡算總計(jì)單位入出相對(duì)差摩爾kmol/hr893.5418893.5418(0.0000)質(zhì)量kg/hr26159.931226159.93120.0000焓kW(161.9061)(161.9057)(0.0000)

塔設(shè)備設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)概述設(shè)備選型在項(xiàng)目建設(shè)中具有極其重要的地位。從工藝設(shè)備上來(lái)看，化工設(shè)備具體可分為兩大類，其一是標(biāo)準(zhǔn)型設(shè)備，其二就是非標(biāo)準(zhǔn)性設(shè)備。本項(xiàng)目擬建一套年產(chǎn)15萬(wàn)噸異丙苯法制苯酚和丙酮氧化工段工藝設(shè)計(jì)。本次設(shè)備設(shè)計(jì)對(duì)部分的主要設(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，過(guò)程中主要確定設(shè)備的直徑、高度等基本尺寸，部分設(shè)備的制造材料、接口尺寸。為設(shè)備的制圖做基礎(chǔ)。塔設(shè)備選型概述精餾塔以氣液或液液等形式來(lái)進(jìn)行質(zhì)量交換，從而達(dá)到物質(zhì)分離的的目的。塔器是化學(xué)、制藥和其他工業(yè)分離的常見和關(guān)鍵設(shè)備。塔設(shè)計(jì)要求(1)確定具體的分離效率，并核算出與之對(duì)應(yīng)的塔高。(2)從設(shè)計(jì)選型中選出兼顧生產(chǎn)能力和單位塔截面積處理量的設(shè)計(jì)。(3)實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)分離的效果與操作彈性系數(shù)有著息息相關(guān)的聯(lián)系。對(duì)于實(shí)際的氣液負(fù)荷曲線來(lái)說(shuō)，把分離效率最高的點(diǎn)所處的位置下調(diào)15%的，與之對(duì)應(yīng)的最大負(fù)荷和最小負(fù)荷，它們的比值稱為操作彈性。通常，在這一區(qū)間，操作趨于平穩(wěn)。(4)從流體力學(xué)的角度來(lái)看，通過(guò)的氣體阻力越小，它的輸送功率就越低。(5)造型簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)低廉，設(shè)備的原材料來(lái)源豐富，在加工、維修和制造上方便快捷，能應(yīng)對(duì)多種場(chǎng)景。塔的類型（1）板式塔常見的板式塔如下。通常，把塔內(nèi)有多層塔板的塔稱為板式塔。每一層塔板上都能進(jìn)行熱量傳遞和物質(zhì)傳遞，再通過(guò)辨別塔板的形狀、塔板的結(jié)構(gòu)或者氣液兩相在塔板上的表現(xiàn)，就能大致確定這個(gè)塔的類型。例如篩板塔、波紋型板塔、噴射塔等。=1\*GB3①浮閥塔浮閥塔的具有效率高、產(chǎn)量大的特點(diǎn)。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它的傳遞物質(zhì)的效率也優(yōu)于其他塔，也具有霧沫夾帶量少、液面梯度較為平緩、塔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。=2\*GB3②泡罩塔泡罩塔由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，氣相與液相能充分接觸，有較大的操作彈性，但這也導(dǎo)致了它的分離效率較低，而且，需要使用較多的金屬來(lái)保證塔體的強(qiáng)度，加工相對(duì)復(fù)雜，在應(yīng)用層面處于劣勢(shì)地位。=3\*GB3③篩板塔篩板塔是板式塔最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，它有一個(gè)降液管，孔徑取4至8毫米。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，具有強(qiáng)大的加工能力，塔體清潔方便，結(jié)構(gòu)部件的維修，更換方便。但是，操作范圍相對(duì)較小，僅適用于粘度較低的物料，以防止堵塞。④波紋穿流板塔波紋流板塔是近年來(lái)開發(fā)的一種新型板式塔，從氣液兩相流經(jīng)路徑來(lái)看，它們從塔板上穿流通過(guò)，不具有降液管，具有制造方便、生產(chǎn)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，由于霧沫夾帶量較小，塔內(nèi)壓強(qiáng)小，塔體內(nèi)方便清潔，不容易堵塞。目前來(lái)看，中國(guó)使用最廣泛的浮閥塔類型是F1、V-4和T型，其中F1型浮閥塔結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛。表19三種閥主要尺寸閥的類型F1型（重閥）V-4型T型篩孔直徑/mm393939閥片直徑/mm484850閥片厚度/mm21.52最大開度/mm8.58.58靜止開度/mm2.52.51.0-2.0閥片質(zhì)量/mm32-3435-2630-32填料塔填料塔的外形呈圓筒狀，能填充一層或者多層填料。氣相從塔底進(jìn)，液相從塔頂進(jìn)，熱量傳遞和物質(zhì)傳遞主要在填充物料的表層進(jìn)行，因此，選擇正確的填料是填料塔的關(guān)鍵地方。填料塔有很多類型，從裝填類型，可以分為標(biāo)準(zhǔn)散裝填料和規(guī)整填料，其原則有以下幾方面：（1）對(duì)比表面積、通量、傳質(zhì)效率有相當(dāng)高的要求：（2）填料塔壓降較?。海?）操作性能高，流動(dòng)流體的再分布性能較好：（4）塔體機(jī)械強(qiáng)度適宜，成本低：要從類型、填料規(guī)格、填料材料多方面考慮填料的選擇。填料的主要幾種類型有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)以及階梯環(huán)等。包裝形式又有波紋、網(wǎng)格以及纏繞等方式。九種常用填料的性能評(píng)價(jià)見表20:表20九種常用填料性能對(duì)比排序填料名稱評(píng)價(jià)評(píng)估值1絲網(wǎng)波紋填料效果很好0.862孔板波紋填料效果非常好0.613金屬Intalox效果非常好0.594金屬鞍形環(huán)效果非常好0.575金屬階梯環(huán)效果不錯(cuò)0.536金屬鮑爾環(huán)效果不錯(cuò)0.517瓷Intalox效果還行0.418瓷鞍形環(huán)效果差0.389瓷拉西環(huán)效果差0.36填料的選擇既要滿足工藝條件，也要滿足生產(chǎn)條件，還要節(jié)約成本，使設(shè)備等投資費(fèi)用達(dá)到最低。填料塔和板式塔的比較表21精餾塔的主要類型及特點(diǎn)類型板式塔填料塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同類型的氣液接觸元件或者特殊結(jié)構(gòu)被安裝在每一層板上有鮑爾環(huán)、鞍型填料、拉西環(huán)等亂堆的散裝填料，以及波紋板、格柵等整砌的規(guī)整填料在塔內(nèi)設(shè)置操作特點(diǎn)氣液逆向流動(dòng)，并且一層一層接觸微分式接觸，可以使用并流操作，也可以使用逆流操作設(shè)備性能空塔速度（亦即生產(chǎn)能力）高，效率高而且穩(wěn)定；塔壓降大，液體量大，可操作范圍大。塔徑高則空塔氣速低，反之亦然，液相的噴淋密度要大，但持液量不宜過(guò)大，可操作范圍大，效率低制造與維修安裝直徑在600mm以下的塔比較困難，消耗金屬材料數(shù)量大制做新型填料比較復(fù)雜，檢查修理困難，制造價(jià)格昂貴，因此可以使用非金屬材料制做，但會(huì)造成安裝艱難麻煩適用場(chǎng)合處理數(shù)量大，可操作范圍大，帶有污垢的物料處理液氣比值較大，腐蝕性強(qiáng)，真空操作要求壓力降小的物料確定塔的參數(shù)選型需要綜合各種因素，例如操作物質(zhì)的物性，操作的條件，塔的適應(yīng)性，同時(shí)還要為塔的制造，安裝以及維修的難度，還有塔體的材料和成本。在精餾段，若是真空精餾或常壓精餾，由于填料塔的塔內(nèi)空間利用充分，能提供更大的傳質(zhì)面積，導(dǎo)致氣相與液相能充分接觸，因此，填料塔的效率比板式塔的效率更高，這時(shí)能優(yōu)先考慮填料塔。當(dāng)考慮加壓精餾的場(chǎng)景時(shí)，由于填料塔的投資大，且耐波動(dòng)能力較弱，此時(shí)便不推薦填料塔。總的來(lái)說(shuō)，具體選型應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：（1）物性因素物料容易起泡，處理的量又比較小時(shí)，選擇填料塔比較好，若選擇板式塔容易出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。對(duì)于腐蝕性較強(qiáng)的物系，最好選擇填充塔，但當(dāng)必須選擇板塔時(shí)，可以考慮篩板塔，篩板塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，結(jié)構(gòu)件更換更方便。對(duì)于熱敏材料，應(yīng)選擇壓降較小的塔類型。對(duì)于較大的粘性材料系統(tǒng)，可以選擇更大的填料塔。對(duì)于含有懸浮物質(zhì)的材料，應(yīng)選擇液相流通道大的塔類型，優(yōu)先選擇板式塔。對(duì)于在運(yùn)行過(guò)程中具有較大熱效應(yīng)的系統(tǒng)，優(yōu)先考慮板式塔。（2）操作條件因素當(dāng)液體負(fù)荷較大時(shí)，可以選擇使用填料塔。當(dāng)氣相傳質(zhì)阻力較大時(shí)，適合使用填料塔。（3）其他因素通常，當(dāng)塔體直徑大于800mm時(shí)，優(yōu)先考慮板式塔最優(yōu)，否則選擇填料塔。填料塔采用吸收和解吸，能達(dá)到良好的傳質(zhì)效果，因?yàn)樗哂型看?、阻力小、傳輸效率高等性能。因此，在?shí)踐中，大部分過(guò)程的吸收，解吸和氣體清洗多使用填料塔。塔型的結(jié)構(gòu)與選擇主要有這幾個(gè)塔設(shè)備結(jié)構(gòu)：塔體，附件，支座，及內(nèi)件。塔體的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，主要是由筒節(jié)和封頭組成的。多節(jié)塔體會(huì)焊接成為一個(gè)整體當(dāng)塔體的直徑大于800毫米時(shí)；反之則塔體會(huì)分成多個(gè)被制造，之后再用法蘭將它連接在一起，成為一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)；板式塔的塔內(nèi)件主要是塔盤，填料塔的內(nèi)件主要是填料制支承，同時(shí)也是物料經(jīng)過(guò)的區(qū)域；（3）裙式支座則是平常比較多為使用的支座；（4）附件則包含各種扶梯、手孔、接管、吊柱、人孔、平臺(tái)等。并且同一時(shí)刻，要考慮經(jīng)濟(jì)成本、物料的特殊物性以及操作壓力的具體范圍等因素。塔設(shè)計(jì)計(jì)算本次計(jì)算以塔T201為例，塔頂溫度41.245℃，塔底溫度194.127℃，塔板數(shù)50塊，操作壓力為0.15MPa，計(jì)算過(guò)程具體如下。水力學(xué)參數(shù)選取塔板上氣液相負(fù)荷最大的第1塊塔板進(jìn)行校核和手工計(jì)算，提取Aspenplus各塔板上的物性參數(shù)，然后再用Aspenplus進(jìn)行塔的校核和設(shè)計(jì)，確保計(jì)算的正確性可以經(jīng)過(guò)對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)。表22塔板物性數(shù)據(jù)物性參數(shù)符號(hào)液體L氣體V溫度/℃T41.245102.085質(zhì)量流率/（kg/h）-31508.00031581.600體積流率/（m3/h）-40.59511669.400密度/（kg/m3）ρ776.1472.706表面張力/（dyne/cm）σ21.631—塔徑的計(jì)算物性性質(zhì)、操作彈性、塔高、分離效率、塔的安裝、檢修以及塔徑等因素與塔板間距HT的選取有關(guān)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候可以根據(jù)塔徑的大小，由表23列出的塔板間距的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值中進(jìn)行選擇。表23塔板間距和塔徑的關(guān)系塔徑Di/m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.02.0～2.4>2.4板間距HT/mm200～300300～350350～600450～600500～800≥800初選塔板間距HT=500mm板上液層高度hL=60mmHT-hL=440mm氣液兩相流動(dòng)參數(shù)：L圖10史密斯關(guān)聯(lián)圖查圖10得C20矯正到表面張力為21.631mN/m時(shí)C=u取安全系數(shù)為0.600，則空塔氣速為u=0.600D=按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為：D=2.400m塔截面積為：A實(shí)際空塔氣速為：u=安全系數(shù)u在0.5~0.8 范圍間，合適。工藝尺寸的計(jì)算以精餾段計(jì)算為例。（1）溢流裝置計(jì)算當(dāng)塔徑D=2.400m，單溢流弓形降液管可以被選擇，使用凹形受液盤。計(jì)算具體如下：①降液管尺寸取堰長(zhǎng)：l弓形降液管的幾何關(guān)系圖如下所示：結(jié)構(gòu)參數(shù)圖查得：圖11弓形降液管的幾何關(guān)系圖結(jié)構(gòu)參數(shù)查圖得：A由此得弓形降液管所占面積：A弓形降液管寬度：W驗(yàn)算：液體在降液管的停留時(shí)間：τ=合適。②溢流堰尺寸因?yàn)槭芤罕P為凹形受液盤，所以沒有內(nèi)堰。L圖12液流收縮系數(shù)由《化工原理》（夏清、賈紹義編制）圖液流收縮系數(shù)計(jì)算圖查得：E=1.02由弗朗西斯公式，堰上液層高度?溢流堰高：hw=hL-③降液管底隙高度h計(jì)算公式：h一般u0'=（0.06-0.25）m/s，本設(shè)計(jì)取u0選用凹形受液盤，深度hw（2）閥孔數(shù)選用F1型重閥，閥孔直徑d0=39mm，氣體動(dòng)能因數(shù)F0的數(shù)值一般在8～最開始可以取動(dòng)能因數(shù)F0u每層塔板上閥孔個(gè)數(shù)n=（3）閥孔排列塔板可以被分為四個(gè)區(qū)域，如下：①溢流區(qū)受液盤及降液管所占的區(qū)域：W②安定區(qū)鼓泡區(qū)與溢流區(qū)之間的面積安定區(qū)寬度一般在60-70mm，此次設(shè)計(jì)可以選取WS③無(wú)效邊緣區(qū)環(huán)繞塔壁邊緣區(qū)域，主要支撐塔板邊緣。無(wú)效邊緣區(qū)寬度一般在50-60mm，取WC④鼓泡區(qū)塔板上氣液接觸的有效面積開孔區(qū)面積AaAx=r=所以A采用等腰三角形錯(cuò)列，底邊長(zhǎng)L0=75mm，排間距t=取t=180mm閥孔排數(shù)：n閥孔氣速u動(dòng)能因數(shù)F0=u（4）開孔率φ=Aφ=開孔率在10-15%之間，滿足要求。流體力學(xué)驗(yàn)算降液管液泛降液管內(nèi)清液層高度：H（1）降液管阻力?（2）塔板壓降?①干板阻力臨界孔速:u閥全開前（u0?閥全開后（u0?所以?②板上充氣液層阻力取充氣系數(shù)ε0hl=ε所以：hP=hc+計(jì)算H當(dāng)選取降液管中泡沫層相對(duì)密度?=0.5時(shí)，則φ（HT可見，Hd＜?（HT+hw停留時(shí)間有必要確保液體在管中停留超過(guò)5s，以便允許液體中所含氣體的排放。τ=可見，所夾帶氣體可以釋出。霧沫夾帶量校核泛點(diǎn)率計(jì)算公式：F=板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度：ZL=D-2W板上液流經(jīng)面積：Ab=AT-2A泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)CF由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖查得CF=0.130圖13泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)并取物性系數(shù)K=1.5，將以上數(shù)據(jù)代入得到F=0.346及F=0.398可見兩者均低于80%，因此霧沫夾帶量可滿足<0.1千克（液體）<0.1千克（氣體）的要求。嚴(yán)重漏液校核閥門孔的動(dòng)能系數(shù)<5時(shí)，嚴(yán)重泄漏將會(huì)發(fā)生，而先前計(jì)算得到F0=u精餾段塔板負(fù)荷性能圖漏液線對(duì)于F1重型閥門，由于動(dòng)能因子F0＜5時(shí)，嚴(yán)重漏液將會(huì)發(fā)生，所以采用F0=5V過(guò)量霧沫夾帶線根據(jù)霧沫夾帶校核可知，對(duì)于本塔，取泛點(diǎn)率F=0.8，那么0.8=化簡(jiǎn)得：VV液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰，其堰上液層高度how必須要大于0.006m。取howh取E=1.00，代入lw，求得（液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)該保證停留在不少于3s在降液管中，并選擇液體在降液管中的停留時(shí)間的下限為τ=5s，則（液泛線液泛線計(jì)算公式aV其中，a=1.91×b=?c=d=(1+ε（取?=0.5，整理得V負(fù)荷性能圖將以上五條線標(biāo)繪在同一VS?LS直角坐標(biāo)系中，塔板的操作負(fù)荷性能圖如圖所示。將設(shè)計(jì)點(diǎn)（LV圖14負(fù)荷性能圖提餾段塔板負(fù)荷性能圖漏液線對(duì)于F1重閥，因動(dòng)能因數(shù)F0＜5時(shí)，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液，故取FV過(guò)量霧沫夾帶線根據(jù)霧沫夾帶校核可知，對(duì)于本塔，取泛點(diǎn)率F=0.8，那么0.8=化簡(jiǎn)得：VV液相負(fù)荷下限線對(duì)于平直堰來(lái)說(shuō)，其堰上液層高度how必須要大于0.006m。取hh取E=1.00，代入lw，求得（液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證停留時(shí)間不低于3s在降液管中，液體在降液管中的停留時(shí)間的下限可以選擇τ=5s，則（液泛線液泛線計(jì)算公式aV其中，a=1.91×b=?c=d=(1+ε（取?=0.5，整理得V負(fù)荷性能圖將上述五條線描繪在同一VS?LS直角坐標(biāo)系中，塔板的操作負(fù)荷性能圖如圖所示。將設(shè)計(jì)點(diǎn)（LS，VS）如p點(diǎn)所示標(biāo)繪在圖中，根據(jù)V圖15提餾段負(fù)荷性能圖

換熱器設(shè)備設(shè)計(jì)概述兩個(gè)或多個(gè)溫度不同的物體溫度趨向于相同溫度的裝置叫做換熱器。換熱器的本質(zhì)是把熱量相對(duì)較高的物體溫度轉(zhuǎn)移到溫度較低的物體身上。換熱器是作為不同溫度物體之間的橋梁。換熱器是日常生活中都會(huì)接觸到的事物，在各個(gè)領(lǐng)域中占有重要地位。選型依據(jù)表24換熱器選型依據(jù)名稱標(biāo)準(zhǔn)號(hào)《U形管式換熱器型式與基本參數(shù)》JB/T4717—92《固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)》JB/T4715-92《立式熱虹吸式重沸器型式與基本參數(shù)》JB/T4716-92《浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù)》JB/T4714-92《管殼式換熱器》GB151-1999《管殼式換熱器用纏繞墊片》JB/T4719—92選型原則在換熱器的實(shí)際選型上，需要綜合考慮各種因素，如：物料的壓力、溫度等因素，還有允許的物料壓力下降范圍、設(shè)備的清洗便捷性、制造成本和使用壽命等。不同的工藝條件和操作條件，根據(jù)實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)需求，因地制宜，選擇最適合的換熱器類型，就能有效降低能耗。實(shí)際選型過(guò)程，要符合一下幾個(gè)要求：（1）在工藝和操作上首先要保證的是設(shè)計(jì)出來(lái)的換熱器和工藝要求上一致，質(zhì)量必須達(dá)標(biāo)，并且操作穩(wěn)定。還需配備閥門和計(jì)量相關(guān)的儀表，并能對(duì)實(shí)時(shí)變化的流體的流量、壓力、溫度等參數(shù)做出反應(yīng)，以控制換熱器處于穩(wěn)定狀態(tài)。其次，當(dāng)換熱器發(fā)生故障時(shí)，還需及時(shí)檢修。（2）在經(jīng)濟(jì)上達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，還需考慮一定的經(jīng)濟(jì)因素。比如結(jié)構(gòu)件安裝簡(jiǎn)單，材料獲取途徑豐富、成本低廉實(shí)惠等。同時(shí)，盡量做到節(jié)能環(huán)保，充分利用已有的資源，比如利用廢熱等。（3）在安全上考慮極端的生產(chǎn)狀況，若生產(chǎn)流程或操作不當(dāng)引起的爆炸、毒害氣體時(shí)，要及時(shí)采取安全措施。例如在設(shè)備的材料強(qiáng)度驗(yàn)算上，除了規(guī)定一定的安全系數(shù)外，還需考慮因故障導(dǎo)致的壓力極端變化造成的超高壓或者真空，因此，還需加裝安全閥來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況。換熱器類型換熱器類型多，根據(jù)傳熱方式的不同，主要有三種類型：壁間型、蓄熱型以及混合型。其中，間壁型換熱器又有板式、夾套式和管式之分。管殼式交換器的可靠性很高，與其他種類繁多的換熱器相比，適應(yīng)性強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。（1）管殼式換熱器擋板、換熱器、殼體、封頭和管板是管殼式換熱器的主要組成部分。當(dāng)中，普通碳鋼、不銹鋼或銅這些材料在工業(yè)上被廣泛地運(yùn)用到換熱器的材料上。管程的流體一般從封頭連接管進(jìn)入，充分換熱后，從另一頭流出；而殼程流體從殼程直接進(jìn)入接管，充分換熱后流出。（2）固定管板式換熱器這類型的換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型緊湊，成本低廉。由于結(jié)構(gòu)限制，換熱管的外側(cè)的清洗方式比較特殊，不能直接進(jìn)行機(jī)械清洗。對(duì)于此換熱器出現(xiàn)的問(wèn)題，解決辦法是合理地利用溫差補(bǔ)償裝置，盡量減小溫度差的影響。通常情況，管壁和外殼之間的溫差在50℃以內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生危害，若超出50℃，就必須使用溫差補(bǔ)償裝置。若外殼的壓力大于0.6MP，裝置的補(bǔ)償環(huán)可能會(huì)特別厚，導(dǎo)致擴(kuò)張或收縮困難。（3）浮頭式換熱器當(dāng)管板的一端固定，而另一端能自由膨脹或收縮的換熱器，稱之為浮頭式換熱器。它的管束能直接被拉出，從而方便清潔，并且，由于兩側(cè)溫差存在，浮頭能自由膨脹，溫差應(yīng)力大大減小，結(jié)構(gòu)不容易損壞。但是，它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)制造成本也相對(duì)較高。（4）填料函熱交換器和浮頭式類似，它的一端也能自由膨脹，但結(jié)構(gòu)沒有浮頭式復(fù)雜，相應(yīng)的成本也比浮頭式的成本低廉。但是，殼程的流體存在泄漏的可能，這導(dǎo)致它的使用壓力和使用溫度受到限制。（5）U型管式換熱器U型式的管束兩端固定在同一塊板，但中間段能自由膨脹收縮。它的管程至少是二，由于自由段較長(zhǎng)，管束能直接拉出清洗。但是內(nèi)壁不容易清洗到，容易凝結(jié)水垢。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕的特點(diǎn)，比較適合工作在高溫高壓的條件。換熱管規(guī)格選擇（1）管子的規(guī)格一般來(lái)說(shuō)，換熱器的直徑越小，換熱器的結(jié)構(gòu)越密集，相應(yīng)的價(jià)格越便宜。熱交換器的直徑與熱交換器的壓降參數(shù)之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。為了滿足適當(dāng)?shù)膲航捣秶?，通常使用外徑?9mm的換熱管。當(dāng)流經(jīng)的流體容易結(jié)構(gòu)，為了方便清洗，應(yīng)當(dāng)使用25mm外徑的換熱管。（2）換熱管的外形換熱器形式主要有一個(gè)光滑的管子和一個(gè)螺紋的管子。平滑管是常用的。如果殼膜系數(shù)較低，通常采取的措施影響不大的時(shí)候，可以試試螺紋管。由于螺紋管具有較大的表面積，因此傳熱效果優(yōu)于光滑管。（3）管子的排列方式殼徑相同時(shí)，正三角形的排列方式的容積率最大，能排布更多的換熱管，從而單位傳熱面積，消耗金屬的質(zhì)量較低。當(dāng)流體不易結(jié)垢或者能方便進(jìn)行化學(xué)清洗的情況下，優(yōu)先采用正三角形排列。若需要較頻繁機(jī)械清洗，則應(yīng)當(dāng)采用正方形排列。（4）管長(zhǎng)管長(zhǎng)的選取，主要從管子的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)以及清洗難度來(lái)考慮。同時(shí)，按照我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長(zhǎng)6m，一般能取9m，6m，3m，2m，1.5m五種規(guī)格。（5）管間距的確定管間距是指相鄰兩根管子中心的距離。當(dāng)管間距較小時(shí)，有利于提高傳熱系數(shù)，導(dǎo)致設(shè)備的結(jié)構(gòu)更為緊湊。常見的管間距取值見下表：表25常用的d0與t的對(duì)比關(guān)系換熱管外徑do/mm1014192532384557換熱管中心距t/mm1419253240485772（6）管程數(shù)的確定當(dāng)換熱器核算的換熱面積較大時(shí)，且管長(zhǎng)有限，這時(shí)需要布置更多的換熱管來(lái)滿足換熱面積?？紤]到管中流體的流速，則管束被分割成多個(gè)區(qū)域。管程數(shù)在管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)一般取1,2,4和6。管程數(shù)有如下公式計(jì)算：式中，L總——換熱管的總長(zhǎng)度，m；L——單程換熱管長(zhǎng)度，m。（7）殼程數(shù)的確定如果??t小于0.8時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮使用多程殼程。安裝平行的擋板可以實(shí)現(xiàn)殼側(cè)數(shù)量，那么，流體通過(guò)管的次數(shù)就稱為殼程數(shù)。但是，在安裝和維護(hù)方面，它不適合外殼側(cè)隔板。通常使用該系列中的幾個(gè)熱交換器串聯(lián)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。換熱面積當(dāng)換熱面積較大時(shí)，為避免流經(jīng)壓力過(guò)大，影響傳熱系數(shù)，一般能采用多個(gè)換熱器并聯(lián)的方式來(lái)分?jǐn)倱Q熱面積。折流板安裝擋板時(shí)，能增加殼側(cè)流體的流速，同時(shí)也能增加湍流的程度，用以改善殼側(cè)對(duì)流熱的傳遞系數(shù)。通常，兩個(gè)相鄰隔板間距是殼體內(nèi)徑的0.2到1倍。當(dāng)板間距比較小，對(duì)制造和修理造成巨大的困擾，因此，應(yīng)當(dāng)取合適的板間距。其次，當(dāng)板間距過(guò)大時(shí)，難以對(duì)流經(jīng)的流體加以管束，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)流熱傳遞系數(shù)垂直流動(dòng)。以上可以看出，擋板的設(shè)置對(duì)管外的供熱系數(shù)有著增幅的作用。綜上所述，必須按照實(shí)際情況，參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，合理選擇最合適的參數(shù)。流股條件本次再沸器的熱流股為T0201塔的塔底液相出料，塔底餾出流率F餾出=207.868kg/h，質(zhì)量再沸比R=2.815，再沸器的進(jìn)口質(zhì)量流率F液=793.016kg/h，出口包含585.148kg/h的回流氣和207.868kg/h塔底餾出物的。再沸器的進(jìn)口熱流股壓力規(guī)定為0.14MPa，進(jìn)料溫度為194.127℃，熱負(fù)荷為7278.270kW。出料溫度也為194.127℃。熱公用工程采用熱介質(zhì)為1.7MPa蒸汽，溫度為230.000℃。計(jì)算傳熱面積假設(shè)總傳熱系數(shù)為2100.000W/(m2℃)。熱公用工程的熱量利用完后變?yōu)轱柡鸵合?。逆流換熱，熱工程走管程，冷流股走殼程，計(jì)算平均換熱溫差?再沸器的熱負(fù)荷為7278.270kW，計(jì)算換熱面積S=計(jì)算熱公用工程的用量：查得飽和水蒸氣在溫度230.000℃下的焓值，液體為990.120kJ/kg，氣體為2804.000kJ/kg，則熱蒸汽的用量為：G=換熱管選取換熱管規(guī)格及流速選定換熱管構(gòu)成了換熱器的傳熱面，按照實(shí)際環(huán)境的流體腐蝕性、毒性、工作壓力、流體對(duì)材料的脆化作用、溫度等因素，選取相應(yīng)的材料以能承受相應(yīng)的工況。通常選取的材料有石墨、銅、合金鋼以及碳鋼等。管壁相同時(shí)，管徑較小的換熱管能承受較大的工作壓力；同時(shí)，當(dāng)殼徑一定時(shí)，換熱管徑小能排列更多的換熱管，因此，具有更大的單位體積的傳熱面積，那么，單位傳熱面積所消耗的金屬也更少?？偠灾?，在外部條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用直徑較小的換熱管。表26換熱管的規(guī)格及排列方式換熱管外徑×壁厚排列形式mm管心距mm碳素鋼，低合金鋼mm不銹耐酸鋼mm25×2.525×2正三角形3219×219×225所以，可以選擇碳鋼管的規(guī)格為?19×2，它使用的工藝是無(wú)縫焊接?？梢赃x擇管程內(nèi)的流體流速為ω2=25.000m/s。管程流通截面積由以上計(jì)算結(jié)果可以算出管程所需流通截面:At=這個(gè)公式中：At——表示管程流通面積；G——表示蒸汽量；ρ汽——表示蒸汽的密度；ω2——表示管程內(nèi)水流速。單程管數(shù)根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和管程所需流通截面積，求單程管數(shù)：n=4式中：At——表示管程所需流通面積；di——表示傳熱管的內(nèi)徑。管程數(shù)如果按照單程管來(lái)計(jì)算則所需換熱管長(zhǎng)度為：L=Sπ如果按照單管程計(jì)算，傳熱管會(huì)出現(xiàn)過(guò)長(zhǎng)的情況,適合使用多管程結(jié)構(gòu)。工程上常用的有：9m，6m，4.5m，3m，2m，1.5m，選擇管束長(zhǎng)度為：l=9.000m。如下為換熱管程數(shù)：24.914則傳熱管總根數(shù)為nt則換熱器的傳熱面積為：S換熱管排列方式下圖是換熱管常見的四種排列方式。當(dāng)管程數(shù)較多時(shí)，可以考慮采用組合排列的方式。圖16管子的排列方式此次設(shè)計(jì)的換熱器的管程數(shù)為3，根據(jù)圖16選取正三角形排列為換熱管的排列方式。表27換熱管中心距換熱管外徑19202225303235s25262832384044l38404244505256選取管中心距s=25mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距l(xiāng)E=38mm。再沸器殼體內(nèi)徑計(jì)算以下公式可以大概估計(jì)殼體內(nèi)徑：可以使用上述公式計(jì)算當(dāng)管子的排列形式為正三角形時(shí)：DD上述公式中：Ds——?dú)んw內(nèi)徑；nt——傳熱管根數(shù)；s——管中心距；η——管板利用效率，一般取0.6-0.8，此次設(shè)計(jì)可以選擇0.8。計(jì)算得到的內(nèi)徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸，按照鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)可確定：殼體內(nèi)徑=500.00mm。再沸器進(jìn)口管徑選取確定連接管直徑的基本公式仍可用于連續(xù)性方程，簡(jiǎn)化之后可用以下公式：d2將結(jié)果圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑，取?131mm×3。折流板的選取常見的折流板主要有兩大類：盤環(huán)形折流板和弓形折流板。對(duì)于弓形折流板，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流體流動(dòng)死角小等特點(diǎn)，因此場(chǎng)景應(yīng)用最廣。相對(duì)而言，盤環(huán)形的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且不容易清洗干凈，一般來(lái)說(shuō)物料比較干凈、工作壓力較高的場(chǎng)合比較適合使用?？紤]到本次設(shè)計(jì)，熱換器折流板的類型選擇弓形折流板。折流板的板間距以及缺口高度會(huì)嚴(yán)重影響到弓形折流板的壓降和傳熱效果，選擇缺口高度時(shí)，應(yīng)該確保流體通過(guò)缺口時(shí)與管束時(shí)的流速相對(duì)接近，缺口高度一般取殼體內(nèi)徑的0.25倍。折流板必須得有一定厚度是為了防振而且能夠承受拆管子時(shí)的扭拉作用，該值在GB-1999中具體規(guī)定見表5-5。表28折流板和支持板的最小厚度公稱直徑DN換熱管無(wú)支撐跨距㎜≤300>300～600>600～900折流板或支撐板最小厚度㎜<400400～≤700344556折流板厚度可以選擇4mm。材料可選用14Cr1MoR。折流板缺口弦高度：?=0.25折流板間距的選擇：表29折流板間距公稱直徑mm管長(zhǎng)mm折流板間距mm≤500≤30001002003004506004500～6000—600～8001500～6000150200300450600折流板間距取ls=0.6m折流板數(shù)目：Nb式中：Nb——表示折流板數(shù)目?？倐鳠嵯禂?shù)校核根據(jù)實(shí)際換熱面積，求傳熱系數(shù)。則選定K值為KK滿足設(shè)計(jì)的1.05~1.25的范圍要求。經(jīng)上計(jì)算，得到的再沸器如下表：表30再沸器參數(shù)表?yè)Q熱面積/m2104.703管長(zhǎng)L/m9管程數(shù)5管子直徑Φ19mm×2mm殼徑/mm500管數(shù)N65流通面積A/m20.018管子排列方式正三角形排列

泵和管道的計(jì)算概述泵在化工液體輸送中是常見的設(shè)備，被使用的很早。泵屬于通用機(jī)械，在全國(guó)各個(gè)部門用于運(yùn)輸?shù)囊后w泵類型多種多樣，實(shí)際用途也特別廣泛，各個(gè)領(lǐng)域都能看到泵的影子，下至采礦、石油，上至航天，泵在這些領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，其中，化工行業(yè)對(duì)泵的需求量最高。涉及的種類也十分的多，一些介質(zhì)具有腐蝕性，或是介質(zhì)溫度高，壓力大，因此對(duì)泵的要求往往會(huì)比普通泵要求高。常用的泵是離心泵，其型號(hào)種類多，流量和揚(yáng)程的適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，穩(wěn)定性高。泵的選型要求從以下三點(diǎn)選擇泵的型號(hào)：（1）選擇的泵的流量、揚(yáng)程等參數(shù)必須能應(yīng)對(duì)實(shí)際場(chǎng)所。（2）對(duì)于特殊物性的介質(zhì)必須選擇相對(duì)應(yīng)特殊的泵：（3）根據(jù)實(shí)際的安裝場(chǎng)所選擇合適的泵：選型原則泵的選擇依據(jù)主要看五個(gè)方面，分別是：輸送能力、液體性質(zhì)、揚(yáng)程、運(yùn)行條件和管道布置。（1）流量對(duì)整體的產(chǎn)能和輸送能力都有決定性的作用，是確定泵的型號(hào)的重要參數(shù)之一。（2）泵輸送液體的化學(xué)性質(zhì)一般有一定的腐蝕性和毒性。（3）揚(yáng)程也是泵的主要選型參數(shù)，一般根據(jù)當(dāng)時(shí)的需求揚(yáng)程，對(duì)其進(jìn)行放大，取一定的裕量，一般以5%-10%計(jì)。（4）運(yùn)行條件主要看各項(xiàng)溫度、壓力、液位高度、泵的安裝形式等。（5）管道布置主要看說(shuō)是輸送的高度與距離、進(jìn)料和出料的最低和最高的液位高度、管道的規(guī)格等。T101出料泵計(jì)算揚(yáng)程計(jì)算公式：式中：H—揚(yáng)程，m；—兩截面位頭差，m；Δpρｇ?f1?f2?f3QUOTE—密度，kg/m3。泵位于地面，把流體輸送初始位置到目標(biāo)位置的高度設(shè)為11.000m，根據(jù)Aspen模擬參數(shù)的結(jié)果，如下表所示。進(jìn)料管的流速取為1.900m/s。表31泵的流體參數(shù)流量/m3/h密度/kg/m3粘度/Pa·s流速/m/s37.138902.0600.0009951.900則進(jìn)口管的管徑為：d=根據(jù)計(jì)算的管道直徑，圓整至標(biāo)準(zhǔn)的管徑取DN=100，相應(yīng)的管道壁厚為DE=4.0mm，鋼管型