60kta 尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计_毕业论文

1、60kta 尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计_毕业论文 四川理工学院毕业论文60kt/a尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计专 业：化学工程与工艺四川理工学院材料与化学工程学院60kt/a尿素生产水溶液全循环法工艺初步设计摘要本设计采用的是比较传统的水溶液全循环法生产尿素，将NH3、CO2在合成塔反应后，再将未转化为尿素的NH3和CO2回收并送回合成塔。再通过中压分解（一段分解器）、中压吸收塔后进入低压分解（二段分解塔）、低压吸收塔，再通过蒸发器，造粒工序，最后制得成品尿素。水溶液全循环法利于未反应物的循环，流程简单，能耗节省较大。本次设计主要对合成塔、一段分解器，二段分解塔等进行的物料衡算、

2、热量衡算,完成设备计算和选型等。绘制了带主要控制点的流程图和二段分解塔装置图。关键词：尿素、合成、分解、水溶液全循环60kt/a Urea Production Full-circulation With Water Solution Process Preliminary DesignAbstractThis design USES the more traditional full-circulation with watersolution, NH3, production of urea in synthesis tower after CO2 reaction, then not i

3、nto urea NH3 and CO2 recovery and back to synthesis tower. Again through medium-voltage decomposition period of decomposition tower , medium voltage absorption tower into two sections of low-pressure decomposition tower , low decompose absorption tower, again through the evaporator, granulation proc

4、ess, finally made finished product urea. Full-circulation with water solution not conducive to the cycle of reactant and simpleness, energy saving can greatly. This design mainly to the synthesis tower, a segment of decomposition tower, two sections of the material such as decomposing tower, heat ba

5、lance the numerical calculation, complete equipment calculation and selection, etc. The main points with mapped the flow chart and major equipment device figure。Key words: urea, synthesis, decomposition, aqueous solution total recycle目录第一章 绪 论11.1尿素产品的用途11.2尿素的性质11.3尿素生产的原料和工艺原理121.4设计流程21.4.1工艺流程简图

6、21.4.2全溶液水循环法生产尿素流程叙述31.5计算依据341.5.1尿素合成塔41.5.2一段分解分离器41.5.3二段分解塔41.5.4成品尿素含量4第二章 物料衡算52.1物料流程简图52.2合成塔52.2.1已知数据及反应框图52.2.2物料计算62.2.3合成塔物料平衡数据表72.3一段分解分离器72.3.1反应框图与已知数据72.3.2物料计算882.4二段分解塔92.4.1反应框图与已知数据92.4.2物料计算102.4.3二段分解塔物料平衡数据表11第三章 热量衡算123.1合成塔123.1.1设计条件4123.1.2尿素合成塔热平衡计算项目123.1.3合成塔热量计算123

7、.1.4合成塔热量平衡数据表153.2一段分解分离器153.2.1计算依据6153.2.2一段分解分离器热量计算153.2.3一段分解分离器热量平衡数据表173.3二段分解塔173.3.1计算依据173.3.2二段分解塔热量计算173.3.3二段分解塔热量平衡数据表18第四章 设备设计及选型204.1合成塔特性204.1.1合成塔设计条件8204.1.2合成塔的有效容积204.2一段分解加热器204.2.1一段分解加热器设计条件204.2.2一段分解加热器传热面积S1214.3一段分解分离器的作用214.3.1设计条件214.3.2计算过程214.4二段分解加热器的作用234.4.1设计条件2

8、34.4.2二段分解加热器传热面积S2234.5二段分解塔的作用234.5.1全塔的理论板数及其他参数244.5.2计算浮阀塔塔高和塔径264.5.3溢流装置284.5.4塔板流体力学的验算304.5.5塔板负荷性能图334.6 辅助设备及附属设备的选择384.6.1裙座384.6.2人孔384.6.3除沫器384.6.4基础环384.6.5引出通道管384.6.6接管384.6.7附接管和法兰的结构简图41第五章 设备一览表43设 计 综 述44参 考 文 献45附图纸46致谢47第一章 绪 论尿素是一种重要的化工产品,主要用于化学肥料的生产,它在农业和工业上有着广泛的用途。工业上,主要用途

9、是生产合成高聚物、塑料、漆料，以及粘合剂。另外，尿素在医药、化纤、炸药、制革等生产中也有应用。目前，尿素工业的发展状况己成为衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志。农业上, 因为尿素含氮量高达46.65% 质量 ，超过任何其它固体氮肥，是一种高效氮肥。尿素属于中性速效肥料，不含酸根，施于土壤中以后不会残留使土壤恶化的酸根，长期使用不会引起土质变硬、板结，而且分解出来的二氧化碳也可为植物吸收。尿素的施用及贮藏性能好，不分解，不吸潮，不结块，流动性好，无爆炸性。还可以与其它化肥进行物理混配或均质造粒，以配成多营养成分的混合肥料和复合肥料以满足不同土质、不同作物的需要。世界尿素主要消费地区包括西欧

10、、北美、中东、南亚、东南亚、东亚及其他地区。2010年,全球尿素需求量约1.564亿吨,比2009年增长1.07和回收并送回合成塔。为此,合成塔排出液 含有尿素,氨和二氧化碳的水溶液 要先进行组分分离,使成为多少较纯净的尿素水溶液和未反应的、和的混合物。前者通过蒸发,浓缩,结晶或造粒而制成颗粒状尿素产品。其中水溶液全循环法是指合成反应未转化成尿素的氨和二氧化碳,经几次减压和加热分解,从尿素溶液中分离出来,然后又全部返回高压合成塔,从而提高原料氨和二氧化碳的利用率的方法1。尿素,又称脲,分子式,相对分子质量,结构式或，别名：碳酰二胺。纯净的尿素是无色、无味的针状或棱柱状结晶，密度（20-40，含

11、氮46.65%。工业尿素是白色或者淡黄色斜方棱柱针状结晶2。尿素易溶于水，20时饱和水溶液含CO NH2 2 51.83%,120含95%。在碱性、酸性或中性溶液中，60以下时，尿素不发生水解作用，随着温度的升高水解速度加快，在大气压下加热高于80，尿素溶液水解作用转化为氨基甲酸胺。氨基甲酸铵溶于水时部分水解而生成碳酸铵，接着转化为碳酸氢铵，后者则分解为氨和二氧化碳。尿素易溶于酒精及液氨中，与氨生成络合物CO NH2 2?NH3，尿素不溶于乙醚、氯仿。尿素呈微碱性，可以与酸作用生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐，但不能使一般指示剂变色，与各种酸反应生成盐类化合物。1.3尿素生产

12、的原料和工艺原理1由氨和二氧化碳气体直接合成尿素的反应过程可分为二步进行： 液氨与气体二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵:总的反应式为:第一步是放热反应,反应速度极快，而且反应相当完全，反应为强放热的反应。;第二步是弱吸热的化学反应,反应速度缓慢,且达到化学平衡时也不能使氨基甲酸铵全部脱水转化为尿素（平衡转化率不高，一般不超过50%-75%）,则1-1:已脱硫的在压缩之前在总管内加人，加入量约为总量的0.5%（体积），目的是防止合成，循环系统的设备腐蚀，然后通过液滴分滴以保护压缩机，经压缩至20Mpa（表压）。物料在塔内停留时间约为1h左右，的转换率为62-64%。合成塔顶部物料出口温度为188-

13、190，此反应物熔融内有尿素、氨基甲酸铵、氨和水等。经减压到1.7Mpa（表压）和和再次气化，在中压分解器内汽液两相分开，溶液送低压分离器，气体可送一段蒸发器加热室加热尿素溶液回收热量后，与与分离器出口的气体一起进中压吸收塔底部的鼓泡段（如果不回收热量可直接送中压吸收塔）。在此用低压吸收塔来的稀甲胺溶液进行吸收。约为95的气态和蒸汽被吸收生成甲基甲酸铵，未被吸收的气体上升到填料层，与塔顶喷淋的回流氨接触（由液氨缓冲槽回流室供给），气体中的几乎全部从系统中除去。因此，中压吸收塔塔顶都是纯的气氨（包括，惰性气体及此温度下压力的饱和水蒸气）其温度为47。气氨进入氨冷凝器冷凝为液氨后流入氨缓冲槽回流室

14、，在中压吸收塔底部，由于进入的水蒸气冷凝，和生成氨基甲酸铵等，在此放出大量的热量，为保持塔底温度需从底部移出热量，因此有部分回流氨送到中压吸收塔底部。通常回流氨中90%进入塔顶，10%进入塔底。在塔底的稀甲胺溶液吸收了和后生成浓的氨基甲酸铵溶液，温度约为90-95%，近似组成为41%，34%，25% 百分量比 ，此浓甲铵溶液用高压泵送回高压混合器。由于中压循环器循环系统为1.7Mpa（表压），不可使尿素溶液中未反应的NH3和CO2全部分离出来，所以设置有低压循环分离系统，其压力为0.3Mpa（表压），从中压分离分离器出来的溶液减压到0.3Mpa（表压）后经两个低压分离器使剩下的氨和氨基甲酸铵分

15、解和逸出并进入低压吸收塔，在此用尿液蒸发的二段蒸发器和表面的冷凝器的冷凝吸收为稀的甲基甲酸铵溶液，送中压吸收塔继续吸收，未吸收的氨进入氨回收塔内用冷凝液循环吸收后放空。冷凝液吸氨达一定的浓度后送蒸氨塔，用蒸汽加热蒸出氨气回入吸收塔。从低压分离器分出的尿素溶液送人闪蒸罐，其压为59995pa（绝压）此时少量的NH3和CO2，水蒸汽自尿液中气化送入一段表压面冷凝器，同时泵液温度由150下降到105-110，尿液浓度大约为74%（重量），送入到尿液缓冲槽，槽内尿液温度大约在95左右，应设有加热蒸汽管以维持尿液温度，防止凝固。至此转入尿液加工工序（造粒工序）。1.5计算依据31.5.1尿素合成塔 操作

16、压力为： 操作温度为; 入塔物料分子比 二氧化碳转化率 操作压力为： 操作温度为; 操作压力为： 操作温度 塔底液相温度为： 塔顶气相温度为： 含氮量为： 折合尿素为 缩二脲为： 含水量为： 其他杂质为： 第二章 物料衡算 本次设计只做尿素合成分离工段的初步设计,不计算循环以及蒸发造粒工段,则物料流程简图如下: 图2-1物料流程简图查3有:产品中含N2量:46% 折含尿素98.7%,其中不包括缩二脲含N量 则一段分解塔出口溶液中尿素的质量百分比1为:二段分解塔出口溶液中尿素的质量百分比1为: 设一、二段分解塔出口的尿素溶液量分别为 , 104t /a由尿素质量守恒有:对一段分解塔: 对二段分解

17、塔: 查3知CO2转化率为64%, NH3/CO2 4.1, H2O/需由合成塔生成的尿素量为 忽略损失 转化为尿素的CO2的量为:CO2的量为:因此需进合成塔的CO2的总量为:NH3的进料量为:H2O的量为: 图2-2合成塔物料方框图计算基准:6万吨成品尿素由上有输入的各组分: 则输出的:由质量守恒定律: 又由合成塔反应为: （第二步） 那么生成的甲铵量消耗的液氨量则过量的氨量2-1合成塔的物料平衡表输 入输 出组 分 质量 物质的量 104t/a 105kmol/a组 分 质量 物质的量 CO2 6.78 15.42 H2O 1.94 10.79 NH3 7.39 CO2 2.44 5.5

18、5 H2O 3.72 20.67 CO NH2 2 5.92 9.87 总 计 1 89.43 总 计 19.47 79.57说明：进出物料差:,为合成反应因生成尿素而减少的摩尔数。因二氧化碳还以甲铵液形式出料则合成塔输出物料还可表示为: 单位: 104t/a CO NH2 2 : 5.92 CO NH2 2 : 5.92 30.4%CO2: 2.44 或 NH4COONH2: 4.33 22.2% NH3: 7.39 氨水: 9.22 47.4% H2O: 3.72 查3知一段分解塔出口溶液中各组分所占的百分数为: 图2-3一段分离器物料方框简图 计算基准:6万吨成品尿素由质量守恒定律有:A

19、 19.47-9.64 104 t/a一段分解塔出口溶液中各组分含量为:则一段分塔出口气体中各组分含量为:由质量守恒有: 与CO2形成甲铵消耗的液氨量: 生成的甲铵量 溶于水的氨量表2-2一段分离器物料平衡表输入输出组 分 104t/a 105kmol/a 组分 物质的量 CO2 2.44 5.55 H2O 3.72 20.67 H2O CO NH2 2 5.92 9.87总计 1 79.57 总 计 19.47 79.55一段分离器出口液体物料组成可表示如下: 单位 104t/a CO NH2 2 : 5.92 CO NH2 2 : 5.92 61.4%CO2: 0.31 或 NH4COON

20、H2: 0.55 5.7% NH3: 0.79 氨水: 3.17 32.9% H2O: 2.62 其中: NH3 0.55 H2O 2.62 二段分解塔物料方框图,如图2-4:图2-4 二段分解塔物料方框简图查3得二段分解塔出口溶液中各组分的质量百分数为: CO2: 0.0055 5万吨成品尿素二段分解塔出口液中各组分的质量为:则二段分塔出口气体中各组分质量为:由质量守恒有: 生成的甲铵量: 消耗的液氨量过量的液氨量表二段分解塔物料平衡输入输出组 分 物质的量 104t/a 105kmol/a 组分 104t/a 105kmol/a NHCO一段分解出口液体 8.42 缩二脲: 0.0354

21、0.034总 计 29.78总 计 9.64 29.77 注:表中忽略该反应生成的氨气量 二段分解塔出口液体物料组成可表示为: 单位: 104t/a CO NH2 2 : 5.911 CO NH2 2 : 5.911 70.3%CO2: 0.0463 或 NH4COONH2: 0.0819 0.9% NH3: 0.0699 氨水: 2.4271 28.8% 缩二脲: 0.0354 缩二脲: 0.0354 总计 8.42 总计 8.42 第三章 热量衡算3.1.1设计条件41.原料NH3 l 进入塔压力为： 221 , 温度设为t。2.原料CO2 g 进入塔压力为： 221 , 温度125。3.

22、原料中H2O l 进入塔压力为： 221 , 温度100。4.尿素合成塔排出反应物压力为： 221 , 温度190。图3-1合成塔热量平衡衡算结构简图计算以25为基准:1求CO2气体降温降压吸热由CO2 T-S图4查得: 221,温度125时 166 1, 温度25时 174 求得:2 .求当量NH3降温降压及汽化吸热由NH3图1查得: 221 ,温度t时 1,温度25时 260 求得:3. 求-固体甲铵生成时的反应热查5氮肥工艺设计手册 理化数据 有:1atm下,温度25 时,固体甲铵的生成热为:求得:查5得固体甲铵由25升温至150 时的热焓差值为5260 求得:固体甲铵在150时的熔融热

23、1为:求得:尿素在150时的生成热为5220 求得:7. 反应熔融物升温吸热混合物比热查3得:取59.8%氨水的比热为:0.54 .尿素的比热为:0.476 甲铵的比热为:0.527 求得:定性温度为:查3得125时, 0.997 定性温度为查3得170时, 1.022 94查3有: 221, 温度t时 时 268 得:NH3在临界温度下汽化,其热效应为0, 求得: 268 221 ,温度 150 298 求得:反应熔融物中氨溶于水形成氨水浓度为:59.8%最终状态氨水浓度为:59.8%,混合热为95 NH3最初状态氨水浓度为:100%,混合热为0 NH3求得:查3得年产11万吨的尿素生产设计

24、中,损失为以一年工作330天计算, 求得:因故有:解得求得:合成塔热量平衡数据表见表3-1:表3-1合成塔热量平衡表 输 入 输 出 输入项目 热量 百分率 107kcal %输出项目 热量 百分率 液态水升温吸热 过量氨升温吸热 过量氨汽化热 0 0 热损失 80.79 2.01总 计 100 总 计 1003.2.1计算依据61.进口反应熔融物 18,温度为124 2.出口物料 液相18,温度为160;气相18,温度为160 以25为计算基准有：查6可知反应熔融物的比热为0.517 求得:取17.42%氨水的比热为:1.2 ，尿素的比热为:0.476 甲铵的比热为:36.3 求得:由CO2

25、 T-S图7查得:1.78 ,温度160时, 196 1, 温度25时, 174 求得:查NH3,I-图7得:14.05,温度160时, 485 1,温度 25时, 422 求得:5.气相中H2O带出的热量 包括蒸发潜热 查H2O图7得:2.17 ,温度160时, 624 1 ,温度 25时, 25 求得:气相带出的热量总和为:求得: 求得: 由文献6:取进热负荷的1.1%求得:求得:的饱和水蒸汽为加热介质，查3得,水的冷凝潜热为： 由可得，加热介质的量为：一段分离器热量平衡数据表见表3-2表3-2一段分解塔热量平衡表 热损失 0.56总 计 100 总 计 1001.进二段分解塔尿素溶液温度

26、 t 160 ,压力P 4。2.出二段分解塔尿素溶液温度为t 150 出二段分解塔气体温度为;t 120。3.二段分解塔气体各组分分压 求得: CO2:atm NH3:atm H2O: atm由一段分解塔的热量计算有: 由于尿素溶液中CO2、NH3、H2O 2.3576104 t/a 28.5%CO NH2 2 5.911104 t/a 71.5%104 t/a 100%查图1-793有: 71.5%的尿液的比热容为: 求得:3.分解的气体带出的热量 查文献6有:对 CO2: 0.39,温度120时, 190 1 ,温度25时, 174 求得:对 NH3: 2.70 ,温度120时, 473

27、1,温度25时, 423 求得:对H2O: 0.91 ,温度120时, 648 1 ,温度25时, 25 查6取热损失为进热负荷的1.6% 求得: 求得:的饱和水蒸汽为加热介质，查6得，水的冷凝潜热为：由可求得，加热介质的量为：表3-3二段分解塔热量平衡表 输 入输 出 输入项目 热量 百分数 107kcal % 输出项目 热量 百分数 107kcal % 尿素溶液带入 加热蒸汽供给 26.97尿素溶液带出 气相带出热 15.89 热损失 总 计 100总 计 1272.29 100第四章 设备计算及选型该塔是不锈钢衬里,空的高压容器。塔的外筒为多层卷焊受压容器,也可以整体锻造。内部衬有一层耐

28、腐蚀的不锈钢板,使筒体和尿素甲铵腐蚀介质隔离。外壳保温,防止热量外散,不设置内件,塔的高径比较大。在塔内,氨基甲酸铵脱水生成尿素。4.1.1合成塔设计条件8已知 1 CO2转化率: 2 生产能力: 以330天,24小时/天计 确定合成塔的生产强度 实际选取 则实际生产强度为: 选用的尿素合成塔为衬里的高压容器12.合成塔内流动的自始至终都是气液二相混合物.中小型厂的合成塔为空筒,不设置内件,其高径比在20左右,流体基本呈平推流.选取内径1000 mm ,H 25000 mm ,V 19.7 m3,材质:0Cr18Ni12Mo2对尿素液混合物进行加热分解,温度达到160,使溶液中的氨、二氧化碳和

29、水汽化。4. 1 操作压力为: P 18 绝 2 操作温度: 进加热器尿液温度为t1 124 出加热器尿液温度为： t2 160 3 加热蒸汽条件 r 475 4 蒸汽热负荷 5 物料浓度 进加热器尿液浓度为: 30.40% 出加热器尿液浓度为: 61.40% 6 有效平均温度 7 查3得：由已知条件得加入的蒸汽负荷量为：选用加热器有8:为浮头式单壳程换热器Dg 450 mm, Pg 40 ,管程数2 ,壳程数1 , 列管长度3m ,列管直径 19mm , 管束图型号 A ,规格型号 FB 450-31-40-2 , 材质:Cr18Ni12Mo2Ti。在一段分离器内气液二相分开,液相部分送至二

30、段分解塔,气相部分送去中压吸收系统。操作压力为：P 18 操作温度为：t 1601.气相重度 查文献3知:表4-1 NH3 ,CO2 ,H2O的临界温度,临界压力值组 分NH3CO2H2O临界温度 132.331.0374.2临界压力PC 111.372.9218.3混合气体的假临界温度混合气体的假临界压力对比温度 对比压力 查气体的通用压缩系数图8,得压缩系数为 Z 0.95， 由 代入数据有: 气相重度为将液相视为尿素溶液 ,查尿素溶液的蒸汽压力和比重图10,可得浓度为61.4%的尿素溶液重度为 1110。考虑到负荷变化及压力波动,选取一段分离器直径为那么 , , 材质:Cr18Ni12M

31、o2Ti对一段分解分离器出来的液相部分 尿素液、氨、水等 进行加热分解, 使各组分汽化,温度达到150。 1 操作压力: P 4 2 操作温度:进加热器尿液温度为：t1 124 出加热器尿液温度为：t2 150 3 加热蒸汽条件 冷凝潜热: r 475 4 加热蒸汽供给的热量 5 尿液浓度 进加热器尿液浓度: 61.40% 出加热器尿液浓度: 70.30% 6 有效平均温度 7 查9得 1 由已知条件得加入的蒸汽负荷量为选用加热器查7有:为浮头式单壳程换热器Dg 450 mm, Pg 40 ,管程数2 ,壳程数1 , 列管长度3m ,列管直径 19mm , 管束图型号A ,规格型号 FB 45

32、0-31-40-2 , 材质:Cr18Ni12Mo2Ti。二段分解塔用来进一步除去一段分离器未完全除去的和,其操作压力为,进料温度为160,塔顶操作温度为,塔底操作温度为150,这个分解的过程可以看成是精馏的过程,在塔内同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程,可使混合液得到几乎完全的分离。 1 按挥发度降低的顺序查得为:CO2 、NH3 、H2O 、CO NH2 2 NH3、H2O在一段分解塔出口溶液中占的比重最多,为关键主份 :规定NH3为轻组分,H2O为重组分 假定二段分解塔出口溶液中不含CO2 塔顶的轻组分组成: 塔底的轻组分组成: 由 那么: 2 平均相对挥发度查文献2 10有: 120

33、时:NH3的饱和蒸汽压为 : H2O的饱和蒸汽压为 : 150时:NH3的饱和蒸汽压为 : H2O的饱和蒸汽压为: 塔顶平均相对挥发度为： 塔底平均相对挥发度为： 全塔平均相对挥发度为: 3 由芬斯克方程式求最小理论塔板数Nmin 不含再沸器 计算最小回流比 此处进料为气液混合物进料,则0 1 取 ,则线方程为: 所以有: -又因为在最小回流比下,操作线与线的交点坐标位于平衡线上则有: 所以有:-联立式解得 , 那么有：取操作回流比 则 查吉利兰图11, 有：即：（其中） 解得： 4 塔板效率求平均相对挥发度与平均黏度的积塔顶、塔底的平均温差为：查11得 140时,氨的粘度水的粘度：则 那么:

34、 代入数据有: 5 实际塔板数 约为9块 但在实际生产中选取精馏塔板数为19块。因为: 1 此处的精馏过程不是简单的氨与水二元组分,其中还存在其它组分。 2 操作变量如蒸汽流速、回流比、温度、压力等对产品质量影响较大。 3 设备投资和操作费用是构成产品成本的二大组成部分，增加塔板数可以减少回流比，对降低经常操作费有利。 6 求加料板数查5 11有: 120时: NH3的饱和蒸汽压 : H2O的饱和蒸汽压 : 160时: NH3的饱和蒸汽压 : H2O的饱和蒸汽压 : 塔顶平均相对挥发度为： 塔底平均相对挥发度为：:全塔平均相对挥发度为: 则有：前已查出，即 解得：实际板数为：故加料板为塔顶往下

35、的第5层理论板,实际生产过程为第10层塔板数。操作条件：塔顶压力为：4 , 塔顶温度为：120。塔底压力为：4， 塔底温度为：150。进料温度为：160 一 液体量：近似为理想气体，则其体积流量为：查得液体密度3 则液体流量为:假定板间距为 ,板上液层高度为,则:塔板的有效高度为：又动能参数为：查史密斯关联图11得：则最大允许速度为：取安全系数为0.7,则空塔气速为：塔径为: 按标准圆整为：查11得塔径时,满足标准系列。塔截面积实际空塔气速 二 液体量：近似为理想气体，则其体积流量为：查得液体密度3 则液体流量假定板间距为, 板上液层高度为,则:塔板的有效高度为：又动能参数为：查史密斯关联图1

36、1得：则最大允许速度为：取安全系数为0.7，则空塔气速为:塔径为:按标准圆整为：查10得：塔径时,满足标准系列。则塔高为: 塔截面积：实际空塔气速：4.5.3溢流装置 由于单溢流是液体自受液盘流向溢流堰。液体流径长，塔板效率高，塔板结构简单，广泛运用于直径2.2m一下的塔中。所以选用单溢流弓形降液管,不设进口堰.各项计算如下6: 1 精馏段堰长 ,弓形降液管宽度及面积查书5:塔径时 , ,管宽 ,塔截面积,则验算液体在降液管中的停留时间,即:停留时间 5s ,故降液管尺寸可用。采用平直堰 ,堰上液层高度 取,查得:则降液管底隙高度塔板布置及浮阀数目与排列取阀孔动能因子 ,则 则每层塔板上的浮阀

37、数为:按标准圆整后: ,开孔率为:14.7%。浮阀排列方式采用等腰三角形叉排,同一横排的孔心距，排间距,重新核算孔速及阀孔动能因数:阀孔数变化不大,仍在 9,12 的范围内,满足要求。 2 提馏段堰长 ,弓形降液管宽度及面积查书7得时 , , ,则验算液体在降液管中的停留时间,即:停留时间 5s,故降液管尺寸可用。采用平直堰 ,堰上液层高度 取,查得 ，则降液管底隙高度塔板布置及浮阀数目与排列取阀孔动能因子 ,则 则每层塔板上的浮阀数为:按标准圆整后: ,开孔率为:4.47% 。浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，同一横排的孔心距,排间距,重新核算孔速及阀孔动能因数:阀孔数变化不大,仍在 9,12

38、 的范围内,满足要求。 一 1 气体通过浮阀塔板的压强降干板阻力: 即因,故板上充气液层阻力 因液相为碳氢化合物,取充气系数为则液体表面张力所造成的阻力:此阻力很小,忽略不计。因此,与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为:则单板的压降 2 淹塔 为防止淹塔现象的发生,要求控制降液管中清液层度 ,其中 , , 液体通过降液管的压头损失:因不设进口堰,则:取,，则 可见,符合防止淹塔的要求。 3 雾沫夹带及 板上液体流径长度 板上液流面积 取物性系数 查图3-13得泛点系数,代入上两式有:及计算出的泛点率 70% ,故可知雾沫夹带量满足要求。 二 1 气体通过浮阀塔板的压强降干板阻力:即

39、因,故板上充气液层阻力因液相为碳氢化合物,取充气系数为则液体表面张力所造成的阻力:此阻力很小,忽略不计。因此,与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液柱高度为:则单板的压降 2 淹塔为防止淹塔现象的发生,要求控制降液管中清液层高度 ,其中, , 液体通过降液管的压头损失:因不设进口堰,则:取 ,则可见,符合防止淹塔的要求。 3 雾沫夹带及板上液体流径长度板上液流面积取物性系数,查图3-1311得泛点系数,代入上两式有:及直径0.9m以下的塔,泛点率 70% ,故可知雾沫夹带量满足要求。 一 精馏段 1 雾沫夹带线由计算,按泛点率为70%计算有: 整理得:-由式知雾沫夹带线为直线,则在操作范围内

40、任取二个值,可算出相应的列于如下表中,据此可做出雾沫夹带线 1 。Ls m3/s 0.0003 0.0035VS m3/s 0.775 0.719表4-2雾沫夹带线表 2 液泛线忽略,则有:因物系一定,塔板的结构尺寸一定,则、及等均为定值,又 ,均为定值,则上式可简化为: 即为:或在操作范围内任取若干个值,可得值列于如下表中,可做出液泛线 2 。表4-3液泛线表Ls m3/s 0.00045 0.0007 0.0012 0.00324VS m3/s 1.276 1.266 1.249 1.186 3 液相负荷上限线 参考文献11液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于35s以作为液体在降液

41、管中停留时间的下限,则:求出上限液体流量值 常数 ,在图上液相负荷上限线为与气体流量无关的竖直线 3 。 4 漏夜线对型重阀,进行计算,则,又知,得:以,作为规定气体的最小负荷的标准,则:据此可做出与液体流量无关的水平漏夜线 4 。 5 液相负荷下线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件.依如下公式可计算出的下限值,那么就可以作出液相负荷下限线.该线为与气体流量无关的竖直线 5 。 , E 1 有: 综上可作出 1 、 2 、 3 、 4 、 5 五条线,如下图 见下页 : 图4-1精馏段塔板负荷性能图由塔板负荷性能图可以看出:任务规定的气液负荷下的操作点P 0.001,0.486 设计点处在适宜

42、操作区的适中位置。塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制,操作下限由漏夜控制。按固定的液气比,由图可查得:气相负荷上限,气相负荷下限 ,则操作弹性。 二 1 雾沫夹带线由计算,按泛点率为70%计算有:整理得:-由式知雾沫夹带线为直线,则在操作范围内任取二个值,可算出相应的列于如下表中,据此可做出雾沫夹带线 1 。Ls m3/s 0.003 0.005VS m3/s 0.765 0.679表4-4雾沫夹带线表 2 液泛线忽略,则有:因物系一定,塔板的结构尺寸一定,则、及等均为定值,又 ,均为定值,则上式可简化为: 即为: 或 在操作范围内任取若干个值,可得值列于如下表中,可作液泛线 2 。表4-5液泛

43、线表Ls m3/s 0.00045 0.001 0.003 0.00452VS m3/s 0.438 0.431 0.410 0.395 3 液相负荷上限线 参考文献11液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于35s作为液体在降液管中停留时间的下限,则:在图上液相负荷上限线为与气体流量无关的竖直线 3 。 4 漏夜线对型重阀,进行计算,则 ,又有,得:以,作为规定气体的最小负荷的标准,则: 据此可做出与液体流量无关的水平漏夜线 4 。 5 液相负荷下线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件.依如下公式可计算出的下限值,那么就可以作出液相负荷下限线.该线为与气体流量无关的竖直线 5 。, E 1

44、 有: 综上可作出 1 、 2 、 3 、 4 、 5 五条线,如图4-2: 图4-2提馏段塔板负荷性能图由塔板负荷性能图可以看出:任务规定的气液负荷下的操作点P 0.0028,0.136 设计点 处在适宜操作区的适中位置。塔板的气相负荷上限由液泛控制,操作下限由液相负荷上限控制。按固定的液气比,由图可查得:气相负荷上限,气相负荷下限,所以操作弹性备注：其他设备如液氨缓冲槽、液氨泵等选型见设备一览表。4.6 辅助设备及附属设备的选择查12 13得:裙座高度为5m，裙座壁厚8mm。裙座直径D 800mm。裙座上的长圆人孔G 600mm，r0 225mm。排气管2个,尺寸。 根据精馏塔的设计温度，工作压力，材质，介质及使用要求选用人孔公称直径DN 450mm。人孔一般每隔6块板设置一个，此精馏塔共19块板，设置3个人孔。在塔顶、塔底、进料板处应该分别有一个。 在设置人孔处，塔板间距至少应比人孔直径大150mm，且不得小于600mm 15。选择