【正文】 上鉆有均布的篩孔，呈正三角形排列。在板式塔中，氣液兩相逐級接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化，在正常的操作下，液相為連續(xù)相，氣相為分散相 [2]。填料塔內(nèi)有一定高度的填料，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件，屬微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)，氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng)，并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱，兩相的組份深度或溫度沿塔高連續(xù)變化 [1]。甲苯的熔點(diǎn) 為 95 ℃，沸點(diǎn)為 111 ℃。 苯有減輕爆震的作用而能作為汽油添加劑。為了體現(xiàn)精餾塔 設(shè)計(jì) 的完整性，本文又根據(jù)現(xiàn)階段國內(nèi)外的有關(guān)精餾塔的有關(guān)工藝尺寸的規(guī)定，設(shè)計(jì)了塔體的其他結(jié)構(gòu)和相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)。 附 錄 .............................................................................................................. 28 本科畢業(yè)論文 25 萬噸 /年苯 甲苯分離裝置 工藝設(shè)計(jì) 摘 要： 苯精餾是苯生產(chǎn)的重要后處理工序， 本文主要研究的是 25 萬噸 /年 苯 甲苯的分離工藝設(shè)計(jì) 。 process design 本科畢業(yè)論文 第一章 綜 述 緒論 概述 苯的沸點(diǎn)為 ℃，熔點(diǎn)為 ℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。由于苯對人體有不利影響，對地下水質(zhì)也有污染，歐美國家限定汽油中苯的含量不得超過 1%。甲苯的黏度為 smpa? ，也就是說它的粘稠性弱于水。它是由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件組成的。 圖 11 板式塔結(jié)構(gòu)示意圖 本科畢業(yè)論文 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書本設(shè)計(jì)的塔型為篩板塔。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差較小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。 精餾 過程是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程。 設(shè)計(jì)任務(wù) 及操作條件 設(shè)計(jì)任務(wù) 表 11 設(shè)計(jì)任務(wù)表 生產(chǎn)能力（進(jìn)料量） 25 萬噸 /年 操 作周期 330 天 進(jìn)料組成 苯： 55%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） 甲苯： 45% 塔頂產(chǎn)品組成 苯： ? 98% 塔底產(chǎn)品組成 苯： %2? 操作條件 表 12 操作條件表 操作溫度 常壓 操作壓力 常壓 進(jìn)料熱狀態(tài) 泡點(diǎn)進(jìn)料 主要型式 篩板 式 全塔的熱損失取塔釜熱負(fù)荷的 7% 本科畢業(yè)論文 設(shè)計(jì)方案 工藝流程示意圖 圖 13 工藝流程圖 設(shè)計(jì)方案簡介 苯和甲苯混合液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔。 因?yàn)樗斎? ?? Dxy 1x 由相平衡方程計(jì)算，得 1x = 2y 由精餾段操作線方程求得，即 ???y = 繼續(xù)用相平衡方程和精餾段操作線方程逐板計(jì)算 ，當(dāng) 5 9 0 0 7 ??x（加料板），改用提餾段操作線方程，當(dāng) 0 2 3 1 8 ??? wxx 時(shí)， 第 13 平衡級為再沸器，即塔內(nèi)安裝 12 層理論板即可滿足分離要求。 ? 。 漏液 對篩板塔，取漏液量 10%時(shí)的氣相動(dòng)能因子 ?F =10，則 smFu v 874 10m in, ???? ?? 實(shí)際孔速： m i / usmu ?? 穩(wěn)定系數(shù)為： 6 0 7 4 ???? uuK 故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。39。 ??????????? wT hHb ??? )( )( 39。去加熱蒸汽的溫度為 125℃，汽化熱為 2193kJ/kg，冷凝水在飽和溫度下排出。全凝器的熱負(fù)荷為hkJVrIIVQ mLDVDc /)( 7???????? 冷卻水的消耗量為 hkgttc QW p cc /)2035( ( 57)12??????? 應(yīng)予指出，上述的計(jì)算是在恒摩爾流簡化 假設(shè)條件下進(jìn)行的。 回流管內(nèi)實(shí)際流速 smdLLu / 14 22 ???? ??? ?? 塔底出料管 塔底 摩爾流量 : hkmo lW /? 平均密度 : mkg 3/?? 平均摩爾質(zhì)量 : kmo lkgM /8 4 ? 本科畢業(yè)論文 質(zhì)量流量： hkgMWW / 2 6 0 39?！胶鉅顟B(tài)；—純態(tài)；上標(biāo)釜?dú)堃?。下冊（修訂版?. 天津：天津大學(xué)出版社， 2020. [8] 姜維鈞等 . 化工原理本設(shè)計(jì)采用直管進(jìn)料管。39。漏液線 5。 ???? ??? )( 39。 液相負(fù)荷上限線 以 s4?? 作為液體在降液管中停留時(shí)間的下 限 4??sTfLHA? 故得 : smL s / 3m in, ??? 據(jù)此可作出體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷上限線 3。 篩板厚度： 本科畢業(yè)論文 選用 mm4?? 的碳鋼板 孔中心距： mmdot ?? 篩孔排列 : 篩孔排列按正三角形排列 篩孔數(shù)： 59 22 22 ???? t Aan 開孔率 : %% 2 2 ??? tdo? ⑤氣體通過篩孔的速度 smAVu s / ???? 精餾塔的有效高度計(jì)算 板式塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度。 ④ 降液管底隙的流速 smu /39。 T 是物質(zhì)的溫度，℃。 精餾是目前應(yīng)用最廣、占總能耗 最大的化工分離過程。 經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，精餾技術(shù)日漸成熟。從而一反長期冷落的狀況，獲得了廣泛的應(yīng)用，近年來對篩板塔盤的研 究還在發(fā)展，出現(xiàn)了大孔徑篩板（孔徑可達(dá) 20~25mm） ,導(dǎo)向篩板等多種形式。在塔板上，氣液兩相密切接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。屬逐級 (板 )接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備，氣體自 本科畢業(yè)論文 塔底向皮鼓泡或噴射的形式穿不定過塔板上的液層 ,使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱 ,兩相的組份濃度呈階梯變化。在空氣中，甲苯只能不完全燃燒，火焰呈黃色。由于苯有毒，人體能直接接觸溶 劑的生產(chǎn)過程現(xiàn)已不用苯作溶劑 。在做好以上的計(jì)算后，還需對所設(shè)計(jì)的精餾塔進(jìn)行流體力學(xué)校核，繪制出塔板的負(fù)荷性能圖，然后做能量衡算。本文采用了常壓精餾的方法分離苯 甲苯。苯比水密度低，密度為 ，但其分子質(zhì)量比水重。 苯在工業(yè)上最重要的用途 有： ? 做化工原料。 塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。操作時(shí)，塔內(nèi)液體依靠重力作用，由上層塔板的降液管流至下一層塔板。篩板塔是很早出現(xiàn)的一種板式塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘性大的、臟的和帶固體粒子的料液。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，化工過程中 本科畢業(yè)論文 40%70%的能耗用于分離，而精餾能耗又占其中的 95%[4] 。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品，經(jīng)冷卻器冷卻后送至貯槽。計(jì)算結(jié)果列于下 24： 表 24 理論板層數(shù)計(jì)算表 序號 y x 備注 序號 y x 備注 1 8 改用提餾段操作線方程 2 3 9 4 10 5 11 6 12 7 進(jìn)料板 13 本科畢業(yè)論文 全塔效率： )( 2 5 ?? ?LE t ?? 實(shí)際塔板數(shù) 的求取 精餾段實(shí)際塔板數(shù) : 13 7 ???? TETNN 精精 精餾段實(shí)際塔板數(shù) : 10 5 ??? TTENN 提提 全塔實(shí)際塔板數(shù) : 23 ??? TTENN 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 塔徑的計(jì)算 由VVLCu ? ?? ???m ax ，式中 C 由 )20( LCC ?? 求取， 其中 20C 由篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖查取，圖橫坐標(biāo)為 ) () ()( 2121 ?????? VLhhVL ?? 取板間距 mHT ? ，板上液層高度 mhL ? ，則 mhH LT ???? 查篩板塔汽液負(fù)荷因子曲線圖得 ?C )2023 ()20( ????? LC ? smCuVVL / a x ??????? ? ?? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為： smuu /3 2 2 8 9 m a x ????? muVD S ????? ? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為： mD ? 。 2） 塔板布置 ① 塔板的分塊 表 35 塔板分塊數(shù)表 塔徑 /mm 塔板分塊數(shù) 800～ 1200 3 1400～ 1600 4 1800～ 2020 5 2200～ 2400 6 因 mmD 2200? ，故塔板采用分塊式，由上表查得塔板分為 6 塊 ② 邊緣區(qū)寬度確定 溢流堰前的安定區(qū)域?qū)挾龋? mWs ? 溢流堰后的安定區(qū)域?qū)挾龋? mWs 39。 本科畢業(yè)論文 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液 管內(nèi)液層高 dH 應(yīng)服從下式所表示的關(guān)系，即： )( wTd hHH ??? 苯 — 甲苯物系屬一般物系，取 ?? ，則： 液柱mhH wT )()( ?????? 而 dLpd hhhH ??? 板上不設(shè)進(jìn)口堰， dh 按下式計(jì)算： 液柱mhl Lh ow sd ) ( 22 ??????????? 液柱mH d ???? )( wTd hHH ?? ? ，故本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。39。 22 ???? lw hoc )()1(39。冷卻器進(jìn)出全凝器的溫度分別為 20℃和 35℃，其平均比熱容 )/(1 ckgkJc p ??? ，全塔的熱損失是塔釜熱負(fù)荷的 7%。 第三章 板式塔結(jié)構(gòu) 塔體結(jié)構(gòu) 塔頂空間 取 mHH TD ???? 塔釜空間 取 mHB ? 群座 由于裙座內(nèi)徑大于 800mm，故裙座壁厚取 16mm，基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到腐蝕余量取 18mm 考慮到再沸器，故裙座高度?。?H2=。 ???? 塔釜流出液體的速度 WW 一般為 ～ ,本次設(shè)計(jì)取 WW=mmmLWWd WW 4 39。—?dú)庀?；—理論的；—秒；—線與平衡線的交點(diǎn)；—實(shí)際的；—精餾段或塔板序號；—最小或最少；—最大的；—平均；—液相；—輕關(guān)鍵組分；—基準(zhǔn)組分；—組分序號；—加熱；—原料液；—最終；—39。 進(jìn)料管接管法蘭： PN6DN90 HG 5010 塔頂蒸氣管法蘭： PN6DN600 HG 5010 回流管接管法蘭： PN6DN200 HG 5010 塔 釜出 料管法蘭： PN6DN80 HG 5010 表 39 篩板塔的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 序號 項(xiàng) 目 數(shù) 值 序號 項(xiàng)目 數(shù)值 1 塔徑 D/m 13 安定區(qū)寬度 mWs/ 2 板間距 mHT/ 14 邊緣區(qū)寬度 mWc/ 3 溢流型式 單溢流 15 鼓泡區(qū)面積 2/mAa 4 降液管型式 弓形 16 開孔率 ? % 5 堰長 mlw/ 17 空塔氣速 )//( smu 6 堰高 mhw/ 18 篩孔氣速 )//( smu? 7 板上夜層高度 mhL/ 19 穩(wěn)定系數(shù) K 2 8 堰上液層高度 mhow/ 20 每層塔板壓降ap pp /? 9 降液管底隙高度 mh/? 21 汽相負(fù)荷上限)//( 3max, smVs 10 篩孔直徑 md/? 22 汽相負(fù)荷下限)//( 3min, smVs 11 篩孔數(shù)目 5952 23 操作彈性 12 孔心距 mt/ 本科畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn) [1] 石油化學(xué)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 . 塔的工藝計(jì)算 [M]. 北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社， 1997. 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