【正文】 工程系 2021 年 7 月 六盤水師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 班級(jí)：化學(xué)工程與工藝 10 本 姓名：王澤藝 學(xué)號(hào) :104371741034 ： 設(shè)計(jì)一分離苯 氯 苯混合物的連續(xù)精餾塔 ： ⑴ 原料液的處理量： 萬(wàn) t/a ⑵ 原料液組成： (苯質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) ⑶ 塔板形式：浮閥 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 R=()Rmin 單板壓降 ≦ 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) ： 塔頂餾出液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：≧ 塔底釜液組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：≦ ： 1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程、塔及塔板類型進(jìn)行簡(jiǎn)要論述； 2. 精餾塔塔徑、塔高及塔板主要工藝尺寸的計(jì)算； 3. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型； 4. 繪制精餾工藝流程圖（ 2 號(hào)）及精餾塔工藝條件圖 (2 號(hào) )； 5. 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述。為實(shí)現(xiàn)高純度 的分離已成為蒸餾方法能否廣泛應(yīng)用的核心問題，為此而提出了精餾過程。 具有代表性的浮閥塔有 F1型（ V1 型）浮閥塔板、 重盤式浮閥塔、盤式浮閥、條形浮閥及錐心形浮閥等。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝器冷卻后送至儲(chǔ)罐。 常壓操作。 塔頂選用全凝器。塔壓降由變送器測(cè)量，塔釜上升蒸汽量可通過采用釜液溫度或靈敏板進(jìn)行控制，塔壓可采用穩(wěn)壓閥控制，并可裝載自動(dòng)安全閥。而且浮閥與塔盤板之間的流通面積能隨氣體負(fù)荷的變動(dòng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而在較寬的氣體負(fù)荷范圍內(nèi)，均能保持穩(wěn)定操作。 根據(jù)苯 氯苯的相平衡數(shù)據(jù)，利用泡點(diǎn)方程和露點(diǎn)方程求取 yx~ 依據(jù) ? ? ? ???? BABt ppppx ??? /， tAxpy /?? ，將所得計(jì)算結(jié)果列表如下： 表 2 相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 130 140 ?ip 苯 760 1025 1350 1760 2250 2840 2900 氯苯 148 205 293 400 543 719 760 兩相摩爾分率 x 1 0 y 1 0 第 8 頁(yè) 相對(duì)揮發(fā)度 oAoBPP?? 35 5 09 46 93 89 表 3 苯 氯苯溫度粘度關(guān)系表 溫度 ℃ 20 40 60 80 100 120 140 苯 粘度mPa 第 11 頁(yè) 010 1xyy=xf(x) 圖 11 苯 — 氯苯混合液的 x— y圖 在 yx~ 圖上，因 1?q ，查得?ey，而?? Fe xx， ?Dx 。39。12121111101099887665544337??????????????????????????????wfxxyxyxyxyxyxxyxyxyxyxy據(jù)代入提餾段方程中。 s 的烴類物系，式中的 mμ 為全塔平均溫度下以進(jìn)料組成表示的平均粘度。 ? ? ? ? ????????? FBFAm xx ?? o g6 1 o g6 1 ????? mTE ? 實(shí)際塔板數(shù) pN （近似取兩段效率相同） 精餾段：?pN塊，取121?pN塊 提餾段：??p塊，取102塊 總塔板數(shù)2221 ??? ppp NN塊 第 14 頁(yè) 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 計(jì)算平均溫度 mt 利用表 11數(shù)據(jù)，由拉格朗日差值法可得 塔頂溫度 9080 ???? ? Dt , ℃?Dt 加料板 9080 ???? ? Ft ， ℃?Ft 塔底溫度 140130 ????? Wt，℃92135Wt 精餾段平均溫度 ? ? ???mT ℃ 提鎦段平均溫度 ? ? ℃39。 ?mT℃ 液相組成： 120210 2 ? ???? x， ?x 氣相組成： . 120210 2 ? ???? y， 所以 ? ? kmolkgM L /39。 ,39。39。 ?????mWmLs MLL ? 液相體積流量/39。 提鎦段堰上溢流強(qiáng)度? ? ? ?hm/m130~100hm/39。 ????? owLw hhh 驗(yàn)證： 39。 圖 44 液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間 精餾段：????? sTf LHA?（滿足要求） 提鎦段：39。39。由表 53 得，塔板分為 3塊。7 5 6 5t mm t mm??、 的等腰三角形叉排方式排列，則設(shè)計(jì)條件下的閥孔氣速為smNdV s /)( 39。所以這樣開孔是合理的。 (5)堰上液流高度 owh 前已求 出 mhow ? 這樣 mhhhhhH owdwfd 1 6 0 1 8 ??????????? 為了防止液泛，按式： )( wTd hHH ??? ，取校正系數(shù) ?? ，選定板間距 ?TH , mhw ? mhH wT 2 4 )0 4 ()( ?????? 從而可知 mhHmH wTd 2 4 )(1 2 ???? ?，符合防止液泛的要求。 計(jì)算霧沫夾帶量 Ve 判斷霧沫夾帶量 Ve 是否在小于 10%的合理范圍內(nèi)，是通過計(jì)算泛點(diǎn)率 1F 來(lái)完成的。從以上計(jì)算的結(jié)果可知，其泛點(diǎn)率都低于 80%，所以霧沫夾帶量能滿足 干氣）（液） /k g ( kgeV ?的要求。利用兩點(diǎn)確定一條直線，便可在負(fù)荷性能圖中得到霧沫夾帶的上限線。2 0 6。 330 ??????? NmkgmkgmhmH lvwT ????mlw ? ； mh ? ； 0 ? 代入上式。323。330 ??????? NmkgmkgmhmH LvwT ????mlw ? ； mh 39。 液相負(fù)荷上限線 為了使降液管中液體所夾帶的氣泡有足夠時(shí)間分離出，液體在降液管中停留時(shí)間不應(yīng)小于 3～ 5s。 提 鎦段： 539。 提鎦段：smFNdVvs/ 39。 3/2 ?????????wsl LE ?取 、代入 wl 的值則可求出 ? ?minsL和 ? ? 39。 按固定的液氣比，從負(fù)荷性能圖中可查得氣相負(fù)荷上限 smVs / 3m ax ? ,氣相負(fù)荷下限 smVs / 3m in ? ，所以可得 ??? ssVV操作彈性 提餾段負(fù)荷性能圖如下： 第 34 頁(yè) 在操作性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接 OA，即為操作線。 3m ax ? 所以可得 ??? ssVV操作彈性 第 35 頁(yè) 第二章 熱量衡算 相關(guān)介質(zhì)的選擇 加熱介質(zhì)的選擇 選用飽和水蒸氣，溫度 140℃, 工程大氣壓為 。 原因：冷卻水方便易得，清潔不易結(jié)垢，升溫線越高，用水量越小，但平均溫差小，傳熱面積大，綜合考慮選擇 15℃。 取進(jìn)口（冷卻水）溫度為 t1=20℃ (夏季 ) 冷卻水出口溫度一般不超過 40℃，否則易結(jié)垢，取出口溫度 t2=35℃。2139?？倐鳠嵯禂?shù)的裕度為 639 481 %639? ? 核算傳熱面積 按核算后所得的總傳熱系數(shù) K0值計(jì)算，則完成傳熱任務(wù)所需傳熱面積 0A 為 2003653926. 01 1000 3 9 . 7 74 8 1 5 3 . 0 6 3 6 0 0mQAmKt ?? ? ?? ? ? 而該型號(hào)換熱器的實(shí)際傳熱面積 A為 2021 8 19 8 3. 14 0. 02 5 3 46 .6 3A d l m?? ? ? ? ? ? 從傳熱面積的核算中也可知，所選的換熱器是可用的。 取管壁粗糙ε =,相對(duì)粗糙度 520id? ??，查λ Re 關(guān)聯(lián)圖可知摩檫因數(shù)λ =。 而 2010 ( 1) 2cB uP F f n N ?? ? ? 201 23 .5 2B uhPN D ???? ? ????? 式中 F─管子排列方法對(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正三角形排列 F=,對(duì)正方形斜轉(zhuǎn) 45176。 u0─按殼程流通截面積 A0計(jì)算的流速，而 A0=h(DnCd0)。管子為正方形斜轉(zhuǎn) 45176。本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管，管徑計(jì)算如下： 4 SFVD u?? 取 Fu ? ， /SV m s? 4 0 .0 0 3 5 7 5 3 .33 .1 4 1 6 1 .6D m m???? 回流管 采用直管回流管，取 Ru ? 。 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。 0 .1 0 7LVVu k k??????且 8 0 2 . 0 8 2 . 8 40 . 1 0 7 1 . 7 9 5 /2 . 8 4 ms?? ? ? 除沫器 直徑 4 4 1 . 3 4 1 0 . 9 5 13 . 1 4 1 6 1 . 7 9 5SVDmu? ?? ? ?? 選取不銹鋼除沫器 類型：標(biāo)準(zhǔn)型；規(guī)格： 40100；材料：不銹鋼絲網(wǎng)（ 1Cr18Ni19Ti） ；絲網(wǎng)尺寸：圓絲 。 人孔 人孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于人進(jìn) 出任何一層塔板。 B s v TH ( tL 39。而通過這次的設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們的思維能力、獨(dú)立工作的能力。找資料其實(shí)不難，關(guān)鍵是如何去辨別找到的資料是否有用，有時(shí)會(huì)找到兩套不同的數(shù)據(jù)，然后就得自己去辨別了。不能太粗心，做錯(cuò)了也得認(rèn)真的改過來(lái)，不發(fā)脾氣爭(zhēng)取不再出錯(cuò)。 在此特別感謝帶我們的王老師，通過他的指導(dǎo)讓我們圓滿完 成了這次的課程設(shè)計(jì)，在此非常的感謝。因?yàn)橐郧皼]有學(xué)習(xí)過 CAD 制圖，所以在制作塔設(shè)備圖大家都去學(xué)習(xí) CAD 的基本作圖知識(shí)，在大家的一起交流合作下才成功把圖做好。 二是計(jì)算。 對(duì)于設(shè)計(jì)過程我們通過查閱各種文獻(xiàn)得到數(shù)據(jù)，公式最后匯總，通過給出的設(shè)計(jì) 任務(wù) 書 進(jìn)行計(jì)算，使我們的自學(xué)能力，匯總能力都得到了提高 。 在精餾塔的設(shè)計(jì)過程中，需要查 閱大量的資料和非常多的計(jì)算。 塔總體高度的設(shè)計(jì) 塔的頂部空間高度 塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為 600mm，塔頂部空間高度為 1200mm。由于裙座內(nèi)徑800mm ,故裙座壁厚取 16mm。 設(shè)計(jì)氣速選?。? 39。 14 4 1 . 3 4 1 0 . 2 9 2 2 9 23 . 1 4 1 6 2 0VD m m mu? ?? ? ? ?? 塔底進(jìn)氣管 采用直管取氣速 23 /u m s? ，則 24VD u?? 24 4 1 . 2 9 0 . 2 6 7 2 6 73 . 1 4 1 6 2 3VD m m mu? ?? ? ? ?? 筒體與封頭 筒體 1 .0 5 6 1 4 0 0 0 .2 4 .1 22 1 2 5 0 0 .9 mm? ??? ? ??? 壁厚選 6mm，所用材質(zhì)為 A3 封頭 封頭分為橢圓形封頭、蝶形封頭等幾種，本樣封設(shè)計(jì)采用橢圓形封頭，由公稱直徑 D=，可查得曲面高mmh 1501?,直邊高度 0 40h mm? ，內(nèi)表面積 mmF，容積30396. mmV。 0 0( 1 ) ( 2 . 4 6 1 ) 3 4 . 0 2 7 9 . 2 3 0 . 1 2 1 /3 6 0 0 3 6 0 0 8 1 3 . 2 0 . 0 2 6 3LLR D Mu m sA??? ? ? ?? ? ??? 000 30 .0 2 5 0 .1 2 1 8 1 3 .2 80390 .3 0 6 1 0e duR ?? ???? ? ?? 0. 22 8005 .0 0 .6 4 4efR ??? 于是 21 8 1 3 . 2 0 . 1 2 10 . 4 0 . 6 4 4 1 7 ( 1 9 1 ) 5 2 12P ?? ? ? ? ? ? ? ?Pa 22 0 . 1 5 8 1 3 . 2 0 . 1 2 11 9 ( 3 . 5 ) 3