苯-甲苯二元蒸餾課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)-資料下載頁(yè)
2025-08-20 08:02本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】如圖1，塔頂設(shè)全凝器，輕組分經(jīng)全凝器冷凝后，部分作為回流返回塔內(nèi)；塔底設(shè)有再沸器。由塔頂、塔底產(chǎn)品組成，也可分別求得苯、甲苯的摩爾流量和質(zhì)量流量。冷卻劑的溫度為30℃，為保證一定的傳熱溫差，通常產(chǎn)品冷卻后的溫度比冷卻劑高10-20℃，取△t=15℃，則冷凝罐的溫度為45℃。考慮到低壓時(shí)，安托因方程。查飽和蒸汽壓圖[2]，可得45℃時(shí)，，，得，與安托因方程的計(jì)算結(jié)果一致。綜合考慮，采用常壓蒸餾，此時(shí)，冷凝罐的壓力為1atm，溫度為45℃。另取塔頂溫度為84℃，則KA=，KB=，此時(shí)，，，滿足誤差要求，，塔頂溫度為84℃。塔頂、塔底的平均壓力為，與常壓相差不大，可近似用常壓下的相平衡數(shù)據(jù)，得相平衡曲線如圖3.進(jìn)料為飽和液體進(jìn)料，進(jìn)入塔內(nèi)后，將達(dá)到氣液兩相平衡。提餾段液相平均粘度。精餾段的平均相對(duì)揮發(fā)度；全塔實(shí)際板數(shù)，其中，由塔頂向下數(shù)，第14塊板為進(jìn)料板。
【正文】 般可取塔底產(chǎn)品的停留時(shí)間為1015min，塔底空間的高度一般為，本塔取塔底空間為。（3）進(jìn)料空間高度進(jìn)料如果是液相，則應(yīng)稍大于一般的板間距，并滿足人孔的安裝需要即可。如果是兩相進(jìn)料，則要取得大一些，以利于進(jìn)料兩相的分離。一般取，本塔取下限，即。（4）筒體的總高度筒體的總高度可通過(guò)下式計(jì)算取開(kāi)有人孔的塔板高度為800mm，其他一般塔板的高度為450mm，可得塔的總高為。（5）筒體的材料及厚度筒體材料為Q235鋼板；，小于3MPa，塔徑為1600mm，由化工原理課程設(shè)計(jì)表31，可查得筒體厚度為5mm，考慮到體系的腐蝕性，可取筒體厚度為10mm。封頭的設(shè)計(jì)封頭的常用形式有橢圓形、碟形、球形及錐形等，其中，橢圓形封頭在石油化工中應(yīng)用最廣，它由曲面部分及直邊部分組成。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的長(zhǎng)短軸之比為2，常用材料有碳鋼、低合金鋼等，與筒體可直接焊接，也可以分別焊上法蘭，用螺栓等緊固。由化工原理課程設(shè)計(jì)表32，可查得，塔徑1600mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高度為400mm，直邊高度為40mm，封頭厚度為10mm。人孔和手孔的選用對(duì)于直徑大于800mm的大塔，應(yīng)安裝人孔。在處理清潔的物料時(shí)，每隔68塊塔板設(shè)一個(gè)人孔；當(dāng)物料很臟時(shí)，每隔35塊塔板設(shè)一個(gè)人孔。設(shè)計(jì)結(jié)果如下人孔位置塔頂714（進(jìn)料）21塔底塔板間距mm100080010008002600裙座的設(shè)計(jì)塔設(shè)備的裙座可分為圓筒形和圓錐形兩種，當(dāng)塔的高徑比大于30時(shí)，風(fēng)力穩(wěn)定性差，應(yīng)采用圓錐形裙座，其余情況一般采用圓筒形裙座。（1）塔底引出管已知塔底出料的體積流量為，可求得塔底引出管線的直徑為由化工原理課程設(shè)計(jì)表38可查得，塔底引出管的公稱直徑為125mm，結(jié)果規(guī)格（外徑X厚度）：133X6，結(jié)果射出長(zhǎng)度為200mm，補(bǔ)強(qiáng)圈外徑為250mm，內(nèi)徑為137mm。（2）基礎(chǔ)環(huán)裙座底部的螺栓座包括基礎(chǔ)環(huán)和壓板，有時(shí)二者之間用筋板加強(qiáng)?；A(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑為；基礎(chǔ)環(huán)的外徑為?？蓳?jù)此求得基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑為1400mm，外徑為2000mm。接管的設(shè)計(jì)（1）塔頂蒸汽出口管從塔頂至冷凝器的蒸汽導(dǎo)管的尺寸必須適當(dāng)，以避免過(guò)大的壓力降。由表35查得，對(duì)常壓塔，管內(nèi)的蒸汽流速一般為1220m./s，取，又塔頂蒸汽的體積流量為可得，蒸汽導(dǎo)管的直徑為，查化工設(shè)備課本，可得蒸汽導(dǎo)管的公稱直徑為400mm，外徑為426mm，厚度為9mm。（2）回流管回流管管徑計(jì)算有兩種情況：當(dāng)塔頂冷凝器安裝在塔頂平臺(tái)時(shí)，重力自流，；當(dāng)回流用泵輸送時(shí)。由前面的工藝計(jì)算已經(jīng)求得回流量為，體積流量為，塔頂回流管為重力自流，可得回流管的管徑為，由化工裝備課本可查得回流管的公稱直徑為133mm，厚度為4mm。（3）進(jìn)料管進(jìn)料為飽和液相，采用泵輸送料液，，進(jìn)料的體積流量為，可得進(jìn)料管的管徑為。由化工裝備課本可查得進(jìn)料管的公稱直徑為80mm，外徑為89mm，厚度為4mm。（4）塔底出料管見(jiàn)裙座設(shè)計(jì)。（5）塔底至再沸器的接管循環(huán)式再沸器管內(nèi)的液相流量與塔底循環(huán)比有關(guān)，所謂循環(huán)比即塔底液體的循環(huán)量與再沸器的氣化量之比，對(duì)于熱虹吸式再沸器，循環(huán)比應(yīng)大于或等于5。取循環(huán)比為5，可得管內(nèi)的流量為，可得接管的直徑為查化工設(shè)備課本，可得接管的公稱直徑為100mm，外徑為108mm，厚度為4mm。（6）再沸器返塔接管對(duì)于熱虹吸式再沸器和泵強(qiáng)制輸送的再沸器，返塔的為氣液兩相。取氣相流速為12m/s，當(dāng)循環(huán)比為5時(shí)，可得氣液混相在管內(nèi)的流速為管內(nèi)的氣相流量為，可得管徑為查化工裝備課本，可得連接管的公稱直徑為350mm，外徑為377mm，厚度為9mm。五、輔助設(shè)備的選取需要選取的輔助設(shè)備有塔頂冷凝器、冷卻器，塔底再沸器及泵。塔頂冷凝器蒸汽冷凝時(shí)，一般蒸汽走殼程，便于冷凝液的排出；冷流體走管程。（1）初選冷凝器①冷凝器冷負(fù)荷冷凝器中只有相變而無(wú)溫度變化，冷凝器的冷負(fù)荷為，其中為塔頂體系的汽化潛熱。查苯甲苯的汽化潛熱，可得，故；塔頂蒸汽的質(zhì)量流量為，故。②逆流平均溫差有機(jī)蒸汽的溫度為84℃，冷卻水的進(jìn)口溫度為30℃，冷卻水的進(jìn)出口溫差一般為1015℃，取為15℃，則冷卻水的出口溫度為45℃，可得，故。③初估換熱面積查化工原理課程設(shè)計(jì)表15，可得熱流體為有機(jī)蒸汽，冷流體為水時(shí)，冷凝器的總傳熱系數(shù)為，可初步假設(shè)，則可得換熱面積，取30%的裕度，可得。④初估管、殼程流通面積由化工原理課程設(shè)計(jì)表1，冷卻水的質(zhì)量流量為，體積流量為，可得管程的換熱面積為；采用同樣的方法可求得殼程的換熱面積。⑤初選換熱器由初步求得的換熱面積，可初步選擇換熱器，查化工原理上冊(cè)附錄26，可初步選擇冷凝的型號(hào)為，單臺(tái)冷凝器，管子選用正三角形排列，可得其結(jié)構(gòu)尺寸如下表：表 初選冷凝器結(jié)構(gòu)尺寸型號(hào)公稱傳熱面積 殼體內(nèi)徑 800mm管子總數(shù) 324有效管長(zhǎng) 管子規(guī)格 ф19mmX2mm管程數(shù) 2管程流通面積 管心距 32mm殼中心管排管子根數(shù) 14管子排列方式 正三角形（2）總傳熱系數(shù)①管程對(duì)流傳熱系數(shù)查化工原理下冊(cè)水的物性表附錄7，可得水的粘度，導(dǎo)熱系數(shù)。判斷流動(dòng)狀態(tài)：大于10000，故管內(nèi)冷卻水的流動(dòng)狀態(tài)為湍流，粘度，且流體被冷卻，故其中，故②殼層對(duì)流傳熱系數(shù)假設(shè)壁溫為67℃，可得膜溫為，求得定性溫度下，苯甲苯體系的密度為，粘度為，氣化潛熱為，導(dǎo)熱系數(shù)為。有機(jī)蒸汽在水平管束外冷卻，殼程對(duì)流傳熱系數(shù)為管子為正三角形錯(cuò)列，可得，則③確定污垢熱阻由化工原理課程設(shè)計(jì)表120。④總傳熱系數(shù)%1%，可認(rèn)為總傳熱系數(shù)假定合理。（3）壁溫為準(zhǔn)確地計(jì)算傳熱膜系數(shù)，有時(shí)需先知道壁溫，但壁溫的數(shù)值又取決于傳熱膜系數(shù)，所以是一個(gè)試差過(guò)程。當(dāng)流體粘度隨溫度變化不大時(shí)，可用下面的方法對(duì)壁溫估算。代入數(shù)據(jù)，得與假設(shè)值很接近，故認(rèn)為壁溫為67℃。（4）裕度實(shí)際所需換熱面積為，換熱面積的裕度為。（5）壓降a、管程管程壓降包括直管阻力、局部阻力及流體通過(guò)進(jìn)出口接管時(shí)的阻力，其中，一般很小，可以忽略，故管程壓降為。①直管阻力直管阻力為，由，查化工原理上冊(cè)表69，故管程摩擦因數(shù)為，從而直管阻力。②局部阻力局部阻力為，其中，對(duì)多管程，局部阻力系數(shù)，取，可得局部阻力。由上述計(jì)算，可得管程壓降，即管程壓降符合要求。b、殼程塔頂冷卻器（1）冷卻器的冷負(fù)荷由工藝計(jì)算及冷凝器的計(jì)算，可得冷卻器的冷負(fù)荷為（2）逆流平均溫差苯甲苯的入口溫度為84℃，出口溫度為45℃；冷卻水的入口溫度為30℃，出口溫度為45℃。有，故（3）換熱面積、冷卻水用量由化工原理課程設(shè)計(jì)表15可查得當(dāng)熱流體為有機(jī)溶劑，冷流體為水時(shí)的總傳熱系數(shù)，取，可求得換熱面積為冷卻水的用量。再沸器再沸器有釜式再沸器和熱虹吸式再沸器，其中，釜式再沸器的氣化空間大，氣化率高，操作彈性大，但金屬耗量大，占地面積也大；熱虹吸式再沸器內(nèi)無(wú)氣化空間，占地面積及金屬耗量均較釜式小，使用也較為廣泛，本塔選用熱虹吸式再沸器。（1）再沸器的熱負(fù)荷由工藝計(jì)算部分可得再沸器的熱負(fù)荷為，氣化量近似為。（2）計(jì)算平均溫差采用水蒸氣加熱，假定水蒸氣的溫度為140℃，苯甲苯的溫度為120℃，兩側(cè)均為恒溫相變，則平均溫差為。（3）換熱面積假定傳熱系數(shù)，可得換熱面積為
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