年产1.0万吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书

1 年产 吨苯乙烯的乙苯脱氢工艺及乙苯苯乙烯减压精馏塔设计书 题目：年产 设计条件：常压反应，水蒸气稀释，副反应忽略。 粗产品组成（脱水后的油相）摩尔分率：乙苯 ：苯乙烯 = 塔压力 6对挥发度按 塔顶乙苯含量 釜乙苯含量 设计要求： 计算转化率，按其为平衡转化率的 90%计，求得平衡组成，选定水蒸气的用量，求出平衡常数及反应 温度。 列出物料进出反应器的平衡表。 根据进料组成，黏度估算全塔效率。 根据条件及分离要求计算最小回流比，确定实际回流比，计算理论及实际塔板数，并确定加料板的位置。 根据塔顶第一块的汽液条件设计塔径，塔板结构，并进行水力学性能校核。 做负荷性能图。 塔高的确定及接管尺寸。 塔设计列表。 画出塔的结构图。 2 相关物性参数收集 分子量1（ g/ 密度 1（ kg/ 黏度 1（ 20）s 表 面 张力 1（ mN/m ） 汽化热 3（ kJ/ )(3)(3乙苯 106 867 乙烯 104 911（ 气 2 0 0 3 反应计算机物料进出反应器的平衡表 设计条件，粗产物中乙苯苯乙烯 ,以苯乙烯计算转化率为x=衡转化率 1乙烯反应系统，平衡转化率为 平衡时系统组成为： 主反应 = 平衡时： 1 5 下 ， 反 应 的 ),(2 + ),(256 C ),( 5256 = = )( ,2 + ),( 3256 ),( 3256 = = K 298K,解得 K （ 1） =)1()2( （11T 21T ） 假设系统中的水蒸气的物质的量为 1 （ 2） =2 (81 1x)=( )= 解得 选择反应温度为 争取与乙苯的物 质的量之比 1： 10。 物料平衡表 以 1h 为基准 组成 输入 输出 物质的量/料组成/摩尔分数 质量 /质的量/料组成/摩尔分数 质量 /苯 乙烯 0 0 0 387 4 水蒸气 气 0 0 0 计 塔板数的计算及加料板位置 理论塔板计算 W=243600 苯乙烯n =h； 易挥发组分为苯乙烯 = 平衡线方程： y= 当 解得 R=馏段操作线方程： y1n=1 F=D+W; F D W 解得 F=h,D=h; L=h , 提留段操作线方程： y1m =LW 利用逐板计算法计算理论板数 y 1 =x D = 由平衡关系解得 x 1 =精馏段操作线方程解得同理得： = 5 ; 精馏段所用理论板数为 11 块 ,第 12 块为加料板。 = 由提留段操作线方程解得 y2 =; 由平衡关系解得 x2 =同理得： y3= x3=y4 = x4 =y5= x5=y6= x6=y7= x7=y8= x8=y9= x9=y10= x10=y11 = x11 =y12 = x12 = y13= x13=y14 = x14 =y15= x15=y16= x16= 6 y17= x17=x17= 于再沸器相当一块理论板，所以提留段理论板数为16 块，全塔理论板数为 11+16=27； 实际塔板数计算 全塔效率 L =（苯乙烯）（ 1 x F ） + (乙苯 ) x F = = = L ) =5; 2，所以实际板数为 49 块，其中第 23 块为加料板。 塔径及塔板结构的设计 气相摩尔流量 V= 液相摩尔流量 L= 气相质量流量 9 2 51 0 1 ， 液相质量流量 塔顶压强为 6安托因方程 P=t=,由 PV=v =73=得： 气相密度， 液相密度； 所以，气相体积流量 : 液相体积流量sL mL 34 00 ；， 7 1塔径 D=由于适宜的空塔气速 =（ 因此 ,需先计算出最大允许气速 取板间距 取清夜层高度 是得 7=P= = 误 !未找到引用源。 图得气相负荷因子 2 = 根据公式 C= /20)气速 = =s 取 = s D = 错误 !未找到引用源。 =标准塔径圆整为 2m. 塔的截面积 2 实际空塔气速 u=s 流装置：选用单溢流弓形降液管，不设进口堰： 长 出口堰高 hW hw=未找到引用源。 计算，近似取 E=1, ,01253 所以 hw=253=弓形降液管宽度 面积 =图 3 查得 d 错误 !未找到引用源。 8 f 未找到引用源。 =验算 :液体在精馏段降液管内的停留时间 错误 !未找到引用源。 =（ （ 5s 故降液管可用 降液管底隙高度 底隙内液体流速为 = s/lW = 错误 !未找到引用源。 , 板布置与浮阀数排列 取阀孔动能因子 0 气体通过阀孔时的速度 （V） 1/2 阀数目 N=4 0 7 错误 !未找到引用源。=622个 取边缘区宽度 沫区宽度 =D/2=D/2a 2 =2 222 s 0=采用等腰三角形叉排。若同一横排的阀孔中心距 t=75么相邻两排间阀孔中心距 t为 t2塔板的 流体力学验算 9 气体通过浮阀塔板的压力降（单板压降 ） 2 =hc+误 !未找到引用源。 干板阻力 浮阀由部分全开转为全开临界速度 误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =s 因 按 上充气液层阻力 板上液层充气程度因素 = 表面张力引起的阻力h（此阻力很小可忽略） 则 柱 ) 单板压降 pp =629 淹塔验算 溢流管内的清液层高度 Hd=hp+hd+ 与气体通过塔板的压强降所相当的业主高度 s/= 液柱柱 为防止液泛，通常 HT+ 取校正系数 = 则有（ HT+= =不会产生液泛，符合防止淹塔要求。 3雾沫夹带验算 泛点率 F1= 其中 K= Z=b=F 2 = 2 . 6 8 7 2*5 0 0 3 7 2 3 未找到引用源。 10 80 泛点率 = 14* 80%可见雾沫夹带在允许范围内 塔板操作负荷性能 1雾沫夹带上限 取泛点率为 80代入泛点率计算公式 F1= 得雾沫夹带上限方程为 取几个 上式计算出 表 s 液泛线 由于存在 hw+ +hd+ (HT+ 取 =略 ，代入各相应值化简后得105 同样列表 未找到引用源。 液体负荷上限线 : t 停 液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于 3 5s,以 t=5计算，则=s 4漏液线 11 对于 F2 =v=5估算 v 及 s 0204 所以 5液体负荷下限线 : 取堰上液层高 10E(!未找到引用源。 /s 作性能图如下：051015202530350 任务规定的汽液负荷下的操作点 p(设计点 )处在适宜的操作区内的适中位置。 塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。 按照固定的汽液比，有附图可查出塔板的气相负荷上限 错误 !未找到引用源。 /s 错误 !未找到引用源。 /s 故操作弹性为 错误 !未找到引用源。 =将计算结果汇总于下表 浮阀塔工艺设计计算结果 项目 数值与说明 备注 塔径 D,m 板间距 HT,m 塔板型式 单溢流弓形降液管 分块式塔板 空塔气速 u， m/s 12 溢流堰长度 lW,m 板上液层高度 hl,m 浮阀数 N，个 622 等腰三角形叉排 阀孔气速 u0,m/s 阀孔动能因素 0 孔心距 t,m 一横排孔心距 排间距 t ,m 临界阀孔气速， m/s 降液管内的清夜高度 Hd,m 溢流堰高度 hw,m 气相负荷上限（ 沫夹带控制 气相负荷下限（ 液控制 泛点率 操作弹性 单降压板 /降液管底隙高度， m 液体在降液管中的停留时间 s 塔高及接管尺寸 进料管接管尺寸 设 m/s, 3600= ,圆整取 30选 u=s(重力回流 )， 所以， ，圆整取 5 13 取 18， ， 则 ，圆整取 m 4 塔釜出料管 =s, 取 u=s d=4 =圆整取 d=塔高的选择 取塔顶高度 底高度 坐 孔高度 10 块板间设一人孔，取 7, 则塔高 H