【導(dǎo)讀】苯-氯苯分離精餾塔設(shè)計(jì)。蘭州大學(xué)2020級(jí)化學(xué)工程與工藝班周榮榮。蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì)

　　

【正文】 qdqcbqa ??????? 式中 ??????????LVcAa ??200 )( WT hHb )1( ????? ??? 20)( hlcW?? ? ?3/236001 ??????????? WlEd ? 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得 3600)(11000)()(951)(3/222???????????????????????????????????dcba 故 3/2 ,2 ,2 , 9 6 sLsLsV qqq ??? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) sLq, 值，由上式算出 sVq, ，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 8. 表 8 smq sL /, ， smq sV /, 漏液線 由 ? ?VLLOW hhcu ?????? 0 5 0 0min,Aqu sVOW ? 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 31 3/2, )(1 0 0 WsLOW lqEh （提）? 得)3600(1000)(10003/2,3/2,00m i n,????????????????? ??????????????????????? ???（精）（提）sLVLWsLWsVqlqEhAcq??整理得 3/2,m i n, sLsV qq ?? 在操作范圍內(nèi)，任取幾個(gè) sLq, 值，由上式算出 sVq, ，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 9。 表 9 smq sL /, ， smq sV /, 液相負(fù)荷下限線 對(duì)于平直堰，取堰上液層高度 mhOW ? 作為 最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。由下式得 3/2, )(1 0 0 WsLOW lqEh （提）? 當(dāng) 1?E 時(shí)，則 smq sL /0 0 04 6 1 0 32/3m i n, ??????? ?? 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 4。 液相負(fù)荷上限線 以 s4?? 作為液體在降液管停留時(shí)間的下限，由下式可得 4,??sLTfqHA? 故 smHAq TfsL / 3m a x, ???? 據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷 上 限線 5。 根據(jù)以上各線方程，可作出篩板塔提餾段的負(fù)荷性能圖，如下圖 8 所示 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 32 0 .0 0 0 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 1 0 0 .0 0 1 5 0 .0 0 2 0 0 .0 0 2 5 0 .0 0 3 0 0 .0 0 3 5 0 .0 0 4 00 .0 00 .0 50 .1 00 .1 50 .2 00 .2 50 .3 00 .3 50 .4 00 .4 50 .5 00 .5 50 .6 00 .6 5qV,s m3/sqL , s m3/s0 . 1 4 7A(2 )(1 )(3 )(4 )(5 ) 圖 8 在負(fù)荷性能圖上，作出操作點(diǎn) A，連接 OA，即作出操作線。由圖 8 可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液 控制。由上圖 8 可查得 smqsmqsVsV / /3mi n,3max,?? 故操作彈性為 m i n,m a x, ??sVsVqq 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 33 10 篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果總表 序號(hào) 項(xiàng)目 符號(hào) 單位 計(jì)算數(shù)據(jù) 精餾段數(shù)值 提餾段數(shù)值 1 平均溫度 tm ℃ 90． 71 2 平均壓力 Pm kpa 3 氣相流量 qV,s m3/s 4 液相流量 qL,s m3/s 5 實(shí)際塔板數(shù) N 塊 9 12 6 塔徑 D m 7 板間距 HT m 8 溢流形式 單溢流 單溢流 9 降液管形式 弓形 弓形 10 堰長(zhǎng) lW m 11 堰高 m hW m 12 板上液層高度 hL m 13 堰上液層高度 hOW m 14 降液管底隙高度 h0 m 15 安定區(qū)寬度 Ws m 16 邊緣區(qū)寬度 Wc m 17 開(kāi)孔區(qū)面積 Aa m2 18 篩孔直徑 d0 m 19 篩孔數(shù)目 n 個(gè) 1256 1256 20 孔中心距 t m 21 開(kāi)孔率 ％ ? 22 空塔氣速 u m/s 23 篩孔氣速 u0 m/s 11． 36 24 穩(wěn)定系數(shù) K 25 每層塔板壓降 hf kPa 632 699 26 液體在降液管停留時(shí)間 ? s 27 降液管內(nèi)清液層高度 Hd m 28 負(fù)荷上限 液沫夾帶控制 液泛控制 29 負(fù)荷下限 液相負(fù)荷下限控制 漏液控制 30 液沫夾帶 ev ( 液 /kg 氣 ) 31 氣相負(fù)荷上限 qV,smax m3/s 32 氣相負(fù)荷下限 qV,smin m3/s 33 操作彈性 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 34 其他設(shè)備的選型 11 塔頂冷凝器的選擇 塔頂組分以苯為主，近似以苯作為計(jì)算對(duì)象 苯的定性溫度 Ctd ?? 設(shè)水的進(jìn)口溫度為 t1=25℃ 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，選擇冷 水的溫升為 10℃，則水的出口溫度為 3510252 ???t ℃ 則水的定性溫度 302 3525 ???t ℃ 查得苯在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 密度 ： 3/ mkg?? 飽和蒸汽氣化熱 ： kgkJr /? 查得水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 密度： 3/ mkg?? 定壓比熱容： )/(17 CkgkJc p ??? 黏度： sPa ?? ?? 熱負(fù)荷計(jì)算 : WrqQhm 5, ???????? 則冷卻水的用量： ? ? skgttc Qq pm / ( 3512?? ??? ）水 該設(shè)計(jì)任務(wù)的熱流體為苯，冷流體為水，為使苯能通過(guò)殼壁面向空氣中散熱，提高冷卻效果，令苯走殼程，水走管程 。 計(jì)算平均溫度 :暫按單殼程、雙管程考慮，先求逆流時(shí)平均溫度差 所以 Ctttttm ???????????? ln2121 修正系數(shù)根據(jù) 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 35 2535,0 11 1212 21 ??????????? tT ttPtt TTR 查得 1?? ， 則 Ctt mm ?????? ? 選擇換熱器型號(hào) 由于兩流體溫差≈ 50℃ ,殼選用固定管板式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)（ JB/T471592） 選擇主要參數(shù)如下： 公稱直徑 DN 325mm 公稱壓力 NP 管程數(shù) pN 2 管子尺寸 ?? 管子根數(shù) n 56 管長(zhǎng) 6000mm 管中心距 32mm 中心排管數(shù) 9 管子排列方式 正三角形 管程流通面積 實(shí)際換熱面積 200 ) ???????? ）（（）（ LS ? 選 K 值，估算傳熱面積 初選 )/(3 0 0 2 CmWK ??? 則傳熱面積 25 mtK QS m ?????? 該換熱器的面積裕度為 % ????? S SSH ,傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 采用此換熱面積的換熱器，則要求過(guò)程的總傳熱系數(shù)為： )/( 25m00 CmWS QK ???????? 驗(yàn)算， 1653000 ???KK,符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn) 。 總結(jié) 感想 本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單實(shí)用的篩板進(jìn)行精餾塔的設(shè)計(jì)，因篩板塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，相對(duì)起來(lái)維修也容易。在設(shè)計(jì)過(guò)程中由于缺少設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，所采用的回流比 R 值過(guò)小， 由于本身最小回蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 36 流比值較小，應(yīng)該采用最小回流比的 2 倍才是比較合適的。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際采用的是最小回流比的 倍，導(dǎo)致精餾段的液相體積流量 過(guò)小。這直接導(dǎo)致降液管底隙高度過(guò)小，最后作塔板負(fù)荷性能圖直接使操作點(diǎn)過(guò)于接近液相負(fù)荷下限線。 這是設(shè)計(jì)最大的缺點(diǎn)。同時(shí)由于精餾塔的設(shè)計(jì)中 在選材設(shè)計(jì)上參考了大量資料、手冊(cè)等 ，不同的資料數(shù)據(jù)略有不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)可能不夠準(zhǔn)確?；?設(shè)計(jì)是大學(xué)畢業(yè)前綜合性和實(shí)踐 性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋 梁，是對(duì)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) 解決本專業(yè)實(shí)際問(wèn)題能力的考核，是從大學(xué)邁向工廠的重要一步。設(shè)計(jì) 中 要求我們自己做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選 擇最理想的方案和合理的設(shè)計(jì) 。 設(shè)計(jì) 過(guò)程中不斷的選擇數(shù)據(jù)和核算，雖然辛苦但卻收獲很多，也讓我理解到一個(gè)數(shù)據(jù)的粗心算錯(cuò)，將導(dǎo)致其結(jié)果的 天差地別。這更是讓我明白實(shí)際生產(chǎn)生活中需嚴(yán)謹(jǐn)謹(jǐn)慎的重要性，結(jié)果在實(shí)際工廠中出現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算錯(cuò)誤，不僅關(guān)乎自己前途，更可能帶來(lái)嚴(yán)重的事故。 同時(shí)， 了解 化工工業(yè)的技術(shù)前沿，學(xué)到了更多專業(yè)方面的實(shí)際生產(chǎn)知識(shí)，同時(shí)也彌補(bǔ)了自己在專業(yè)方面的缺陷。這次設(shè)計(jì)，使我對(duì) 苯和氯苯 工業(yè)的發(fā)展前景有了更深的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)其整個(gè)生產(chǎn)流程有了更加全面的了解。 通過(guò)與他人設(shè)計(jì)的比較也感到自己本身的不足，自己還有很多要學(xué)習(xí)，最后感謝啊，終于完成了設(shè)計(jì)。 蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 37 符號(hào)說(shuō)明 fA —— 降液管面積， 2m ； TA —— 塔截面積， 2m ； C — 計(jì)算 maxV 時(shí)負(fù)荷系數(shù)，量綱為一； TN —— 理論塔板數(shù)； 20C —— 液體表面張力為 mmN/20 時(shí) n —— 篩孔數(shù)，個(gè)； 的負(fù)荷因子，量綱為一； nFq —— 進(jìn)料處理量， hkmol/ ； nDq —— 塔頂餾出液流量， hkmol/ ； nWq —— 塔底采出液流量， hkmol/ ； ? —— 進(jìn)料熱狀況參數(shù)； D —— 塔徑， m ； R —— 回流比； 0d —— 篩孔直徑， mm ； —— 篩板中心距， mm ； E —— 液流收縮系數(shù)，量綱為一； —— 空塔氣速， ； —— 降液管底隙處液體流速， ； — 按開(kāi)孔流通面積計(jì)算氣速， ； g —— 重力加速度， 2/sm ； H —— 塔高， m 或 mm ； —— 篩板氣速， ； —— 漏液點(diǎn)氣速， ； Th —— 板間距， m ； dh — 與干板壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)囊合喔叨? lh — 與氣相穿過(guò)板上液層高度壓強(qiáng)降 相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； Lh —— 板上液層高度， m ； 0h —— 降液管底隙高度， m ； owh —— 堰上液層高度， m ； fh — 與單板壓強(qiáng)降相當(dāng)液層高度， m ； wh —— 溢流堰高度， m ； ?h —— 與克服液體表面張力的壓強(qiáng)降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m ； nLq —— 塔內(nèi)精餾下降液體的流量， hkmol/ ； nVq —— 塔內(nèi)精餾上升蒸氣流量， ； nLq? —— 塔內(nèi)提餾下降液體的流量， hkmol/ ； nVq? —— 塔內(nèi)提餾下降液體的流量， hkmol/ —— 無(wú)效區(qū)邊緣寬度， m ； —— 弓形降液管寬度， m ； —— 安定區(qū)寬度， m ； wl —— 溢流堰長(zhǎng)度， m ； tu sm/ 39。0u sm/au sm/0u sm/owu sm/hkmol/cW dWsW蘭州大學(xué)化學(xué)化工精餾塔設(shè)計(jì) 38 —— 塔有效高度， m ； —— 液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； —— 氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)； ? —— 相對(duì)揮發(fā)度，量綱為一； ? —— 篩孔流量系數(shù)的修正系數(shù) ? —— 篩板厚度， mm ；