【導讀】題目：年產(chǎn)100000tDMC項目產(chǎn)品精餾塔的設計。kmol/h，以及極少量的甲醇，溫度℃；、生產(chǎn)能力：年產(chǎn)DMC100000t；、冷卻介質(zhì)：10℃冷卻水。、作出塔的操作性能圖，計算塔的操作彈性；、確定與塔身相連的各種管路的直徑；之所以選擇浮閥塔，是因為它比泡罩塔和篩板塔具有更為優(yōu)越的特點：。板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大20%～40%，與篩板塔接近。常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。降及液面落差比泡罩塔小。80%，但是比篩板塔高20%～30%。因被加熱到泡點，混合物為飽和液體，在提餾段下降，和上升的氣相接觸、為產(chǎn)品流進入產(chǎn)品冷卻器被冷卻至規(guī)定溫度，另一部分回流到精餾塔。最終，完成DMC和鄰二甲苯的分離。DMC-鄰二甲苯為一般物料，在常壓下便有較大的相對揮發(fā)度，可滿足分離要求，回流狀態(tài)有泡點回流和冷液回流，本設計采用泡點回流。以塔頂DMC產(chǎn)品的摩爾流量為因變量，理論進料級數(shù)為自變量。

　　

【正文】 卻水及蒸汽用量 根據(jù)工藝，全凝器、產(chǎn)品冷卻器用 25℃ 的水作為冷卻介質(zhì)，再沸器用絕對壓力 1Mpa，溫度為 180℃ 的飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。 前面已經(jīng)算得全凝器的用水量為 10? Kg/h，產(chǎn)品冷卻器用水量為 Kg/h，再沸器的蒸汽用量為 15441570Kg/h。 所以冷卻水的總用量為 56 . 8 5 1 7 1 0 3 6 3 9 8 . 5 7 2 1 5 6 8 . 8 /W K g h? ? ? ?水 飽和水蒸汽的用量為 15441570 K g/ hW ?水 蒸 汽 產(chǎn)品的產(chǎn)量為 g/ h= ? 每噸產(chǎn)品消耗的冷卻水量為 39。D7 2 1 5 6 8 . 8 5 1 7 8 1 . 0 K gW 1 3 . 9 3 5WW ? ? ?水水 每噸產(chǎn)品消耗的水蒸氣量為 39。 W 15441570W 1 1 0 8 1 1 41 3 . 9 3 5D KgW? ? ?水 蒸 汽水 蒸 汽 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 第八部分 主要管道尺寸計算及塔總體結(jié)構(gòu) 主要管道的尺寸計算 （ 1）進料管 進料質(zhì)量流量為 ? ，進料溫度為 ℃ ， 根據(jù) Aspen 模擬的進料的平均密度為： /F Kg m? ? 進口管道流速在 ～ ，取 u=，則進料管內(nèi)徑為： 4 4 1 3 7 9 6 6 . 8 4 0 . 1 7 53 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 2 . 0 7 9 9 . 5 1 1FF Wdmu?? ?? ? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB16387），規(guī)格為 Φ 183X6mm 管內(nèi)實際流速為224 4 1 3 7 9 6 6 . 8 4 1 . 9 9 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 7 9 9 . 5 1 1 0 . 1 7 5F FWu m sd?? ?? ? ?? ? ?，符合要求。 （ 2）釜液出料管 釜液質(zhì)量流量為 12 40 30 .9 82 Kg/ hBW ? 釜液溫度為 ℃ ，根據(jù) Aspen 模擬的釜液的平均密度為： /B Kg m? ? 取管內(nèi)流速為 u=，則 釜液出料管內(nèi)徑 4 4 1 2 4 0 3 0 . 9 8 2 0 . 2 3 93 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 1 7 7 1 . 1 2 8BB Wdmu?? ?? ? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB16387），規(guī)格為 Φ 247X8mm 管內(nèi)實際流速為224 4 1 2 4 0 3 0 . 9 8 2 0 . 9 9 6 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 7 7 1 . 1 2 8 0 . 2 3 9B BWu m sd?? ?? ? ?? ? ?， 符合要求。 （ 3） 回流管 回流液質(zhì)量流量為 1 5 4 . 7 1 4 . 5 9 0 . 0 1 6 2 6 6 4 . 5 K /LW D R M g h? ? ? ? ?平 均 回流溫度為泡點溫度 ℃ ，該 溫度下 DMC 和碳酸乙烯酯的密度分別為?；亓饕褐?DMC 的質(zhì)量分數(shù)為 %， 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 則回流液的平均密度為 31 9 7 3 .8 8 /0 .9 9 9 9 0 .0 0 0 19 7 3 .9 8 1 9 .9L Kg m? ??? 利用回流泵進行回流，則取管內(nèi)流速為 u=，則 管內(nèi)徑為 4 4 6 2 6 6 4 . 5 0 . 1 5 13 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 1 9 7 3 . 8 8LL Wdmu?? ?? ? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB16387），規(guī)格為 Φ 159X6mm 管內(nèi)實際流速為224 4 6 2 6 6 4 . 5 0 . 9 9 9 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 9 7 3 . 8 8 0 . 1 5 1L LWu m sd?? ?? ? ?? ? ?，符合要求。 （ 4）塔頂上升蒸汽管 塔頂上升蒸汽的質(zhì)量流量 為 ( 1 ) (4 . 5 1 ) 1 5 4 . 7 1 9 0 . 0 1 7 6 5 8 9 . 9 6 /VW R D M K g h? ? ? ? ? ? ?平 均 塔頂溫度為 ℃ ,平均分子量為 蒸汽密度為 3 31 0 1 3 2 5 9 0 . 0 1 1 0 3 . 0 1 9 /R T 8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 9 0 . 2 1 )pM K g m? ???? ? ???平 均 根據(jù)參考書的查閱，低壓蒸汽（絕對壓力小于 ）的管道流速為 15～ 25m/s，取 u=20m/s,則蒸汽管內(nèi)徑為 4 4 7 6 5 8 9 . 9 6 0 . 6 7 03 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 2 0 3 . 0 1 9VV Wdmu?? ?? ? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB16387），規(guī)格為 Φ 678X14mm 管內(nèi)實際流速為224 4 7 6 5 8 9 . 9 6 2 0 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 3 . 0 1 9 0 . 6 7 0V VWu m sd?? ?? ? ?? ? ?，符合要求。 （ 5）塔釜 蒸汽管 塔釜蒸汽管中的蒸汽溫度為 ℃ ，平均分子量為 M 平均 = 蒸汽流量密度為 3 31 0 1 3 2 5 1 0 5 . 7 9 1 0 3 . 0 9 /R T 8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 1 4 4 . 2 8 )pM K g m? ???? ? ???平 均 蒸汽的質(zhì)量流量為39。 ( 1 ) 5 . 5 1 5 4 . 7 1 1 0 5 . 7 9 9 0 0 1 7 . 2 K gVW R D M? ? ? ? ? ?平 均 根據(jù)參考書的查閱，低壓蒸汽（絕對壓力小于 ）的管道流速為 15～ 25m/s，取 u=20m/s,則蒸汽管內(nèi)徑為 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 39。39。4 4 9 0 0 1 7 .2 0 .7 1 83 6 0 0 3 6 0 0 3 .1 4 2 0 3 .0 9VVWdmu?? ?? ? ?? ? ? 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管（ GB16387），規(guī)格為 Φ 733X15mm 管內(nèi)實際流速為 39。39。 224 4 9 0 0 1 7 . 2 2 0 . 0 0 /3 6 0 0 3 6 0 0 3 . 1 4 3 . 0 9 0 . 7 1 8VVWu m sd?? ?? ? ????，符合要求。 塔的附件 塔的附件 （ 1）法蘭 由于都是在常壓下操作，故所有法蘭采用標準管法蘭。本設計采用平焊法蘭，根據(jù)不同的直徑，可選用相應的法蘭。 ① 進料管接管法蘭： 1 1 0 0 5 0 1 0 5 8P g D g H G ? ② 塔釜出液管接管法蘭： 1 1 4 0 5 0 1 0 5 8P g D g H G ? ③ 回流管接管法蘭： 1 9 0 5 0 1 0 5 8Pg D g H G ? ④ 塔頂蒸汽管接管法蘭： 1 3 9 0 5 0 1 0 5 8P g D g H G ? ⑤ 塔釜蒸汽管接管 法蘭： 1 3 9 0 5 0 1 0 5 8P g D g H G ? （ 2）筒體與封頭 ① 筒體 由于 DMC 和碳酸乙烯酯的腐蝕性很小，且均在常壓下操作，對用材的要求不高，本設計選用了碳鋼為筒體材料。根據(jù)塔徑，查《傳熱傳質(zhì)過程設備設計》總附表1 得精餾段和提餾段筒體壁厚均可去 4mm?? ② 封頭 本設計采用了橢圓形封頭，其厚度與相應筒體的壁厚相等，即精餾段的封頭為10mm，提留段的為 14mm。由精餾段公稱直徑 1700mm，查得塔的上封頭曲面高度 h1=425mm，直邊高度 h2=40mm，內(nèi)表面積 F=，封頭容積 V= m3；由提留段公稱直徑 2700mm，查得塔的下封頭曲面高度 h1=700mm，直邊高度h2=40mm，內(nèi)表面積 F=，容積 V=。 （ 3）裙座 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 因為裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，所以它是塔設備的主要支座形式。同時為了制作方便，本設計采用圓筒形裙座。本設計采用圓筒形裙座的材料為 Q235B，裙座高度可根據(jù)經(jīng)驗值進行選取，考慮到再沸器，本設計去裙座高度 Hs=3000mm。 （ 4） 吊柱 對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂安裝吊柱，杜宇 補充和更換填料、安裝和拆卸而言既經(jīng)濟又方便。一般取 15m 以上的塔物設吊柱。本設計因塔高度要求，故設計安裝吊柱。根據(jù)塔徑，可選用吊柱 1800Kg， s=1700mm， L=4000mm，H=1200mm，材料為 A3 （ 5） 人孔 對于塔設備，一般而言，塔徑小于 800mm 時設置手孔，而塔徑大于 800mm 時需要設置人孔，以便于設備的檢修。本設計中塔的直接大于 800mm，故要設置人孔。根據(jù)實際與本設計的條件相結(jié)合，本設計選用常壓人孔（ JB577— 79），取公稱直徑 Dg=45mm，高度 H1=160mm，規(guī)格：人孔 Dg450,JB57779 塔總體高度的設計 板式塔的高度由主體高度 Hz、頂部空間高度 Ha、底部空間高度 Hb 以及裙座高度 Hg 等部分組成。 （ 1） 主體高度 Hz 已知板間距 HT=，實際塔板數(shù) 為 42，則 Hz=（ 421） = （ 2） 塔的頂部空間高度 Ha 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。為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取 ～ ，取塔頂部空間高度Ha=。 （ 3） 塔的底部空間高度 Hb 塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離。釜液停留時間 取 3smin。 提餾段液體的體積流量為 /Lq m s? 則塔的底部空間高度b 224 4 0 . 0 7 5 4 3 6 0 1 . 2 63 . 1 4 3 . 7LqtHmD? ? ? ?? ? ?? (4) 裙座高度 Hs 考慮到再沸器，裙座高度取 Hs=3m 故塔體高度 1 8 .4 5 1 .5 1 .2 6 3 2 4 .2 1z a b sH H H H H m? ? ? ? ? ? ? ? ? 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 第九部分 設計結(jié)構(gòu)概要一覽表 設計結(jié)果一覽表 精餾塔結(jié)構(gòu)設計結(jié)果如表 91 所示 ： 表 91 精餾塔結(jié)構(gòu)設計結(jié)果 項目 精餾段 提餾段 備注 實際塔板數(shù) 18 24 板效率為 塔徑 D（ m) 塔高 H（ m) 塔板間距 HT(m) 回流比 R 操作壓強 常壓 空塔氣速 u（ m/s) 塔板類型 分塊式單溢流塔板 弓形降液管 出口堰類型 平直堰 堰長 lw(m) 堰高 hw(m) 板上液層高度 hL(m） 降液管底隙高度 h0（ m) 浮閥孔數(shù) N（個） 1084 1168 閥孔氣速 u0（ m/s) 閥 孔動能因數(shù) F0 10 孔心距 t(m) 等腰三角形叉 排 降液管內(nèi)清夜高度Hd(m) 單板壓降（ Pa) 液體停留時間 τ（ s) 泛點率（ %） 液相負荷下限（ m3/s) 液相負荷上限（ m3/s) 氣相負荷下限（ m3/s) 氣相負荷上限（ m3/s) 操作彈性 冷卻 水和水蒸汽消耗量 冷卻水用量（ Kg/h) 單位產(chǎn)品用水量（ Kg/t) 飽和水蒸汽用量（ Kg/h) 15441570 單位產(chǎn)品水蒸汽用量（ Kg/t) 1108114 年產(chǎn) 100000 噸 DMC 項目產(chǎn)品精餾塔的設計 附屬設備型號或規(guī)格的選取 全凝器型號 產(chǎn)品冷卻器型號 再沸器型號 進料管規(guī)格 183 4mm? ? 數(shù)量為 1 個 釜液出料管規(guī)格 247 4mm? ? 數(shù)量為 1 個 回流管 159 4mm? ? 數(shù)量為 1 個 塔頂上升蒸汽管 678 4mm? ? 數(shù)量為 1 個 塔釜蒸汽管 733 ? ? 數(shù)量為 1 個