化工原理课程设计苯-氯苯混合液的板式精馏塔的设计

1、荆楚理工学院课程设计成果 学院:_ 荆楚理工学院_班 级: 学生姓名: 学 号: 设计地点（单位） 荆楚理工学院_设计题目: 苯氯苯混合液的板式精馏塔的设计 完成日期：2013 年 12 月 6 日 指导教师评语: _ _ _ _ 成绩(五级记分制):_ _ _ 教师签名:_ _ 化工原理课程设计任务书设计题目：苯氯苯混合液的板式精馏塔的设计学生姓名课程名称化工原理课程设计地 点学生平时上课对应的教室起止时间设计内容及要求一、设计内容（一）工艺设计1、选择工艺流程2、精馏塔工艺计算（1）物料衡算确定各物料流量和组成；（2）经济核算确定适宜的回流比；（3）精馏塔实际塔板数。（二）精馏塔设备设计1

2、、塔和塔板主要工艺结构的设计计算；2、塔内流体力学性能的设计计算；3、绘制塔板负荷性能图。画出精馏段和提馏段某块的负荷性能图；说明：负责精馏段、负责提馏段4、附属设备设计和选用；说明：负责冷凝器的设计、负责再沸器的设计；其他附属设备共同完成。5、绘制带控制点的工艺流程图、精馏塔的工艺条件图；说明：负责绘制带控制点的工艺流程图；负责绘制精馏塔的工艺条件图。（三）编写设计说明书（1、目录2、设计题目3、流程示意图4、流程和方案的说明及论证5、设计结果概要（主要设备尺寸，各种物料量和操作状态，能耗指标，设计时规定的主要操作参数及附属设备的规格型号及数量）6、设计计算与说明7、对设计的评述及有关问题的

3、分析讨论8、参考文献目录二、设计要求1、写出详细计算步骤，并注明选用数据的来源；2、每项设计结束后，列出计算结果明细表；3、对图、表分别按顺序编号；4、选用的物性数据、引用的经验公式及图表应注明来历，符号和单位要统一；5、按规定的时间进行设计，并按时完成任务.设计参数1、生产能力：年处理量1万吨（开工率300天/年）2、原 料：苯的含量为45%（质量分数，下同）进料热状况由设计者自选3、分离要求：塔顶馏出液中苯含量不低于99%塔底釜液中苯含量不高于2%4、操作压力：常压101.325Kpa操作 塔顶表压4Kpa 5、回流比： R=(1.12.0)Rmin ，由设计者自选6、塔顶采用全凝器，泡点

4、回流7、塔釜采用间接水蒸气加热9、公用工程自选进度要求1、资料查阅、收集和整理、设计方案确定及设计计算参数的获取（2天）2、工艺计算与设备主要工艺结构计算 （5天）3、绘制设计图纸及编写设计说明书 （4天）4、课程设计资料装订及答辩 （1天）参考资料1、马江权，冷一欣.化工原理课程设计（第二版）【M】.北京.中国石化出版社.2011年2、谭天恩等.化工原理（上、下）（第四版）【M】.北京.化学工业出版社.2012年。3、化工设计手册（见图书馆书库）其它说明1.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，教研室审批后交学院院备案，一份由负责教师留用。2.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共

5、用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。教研室主任： 指导教师：2013目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc374051755 绪论 PAGEREF _Toc374051755 h 1 HYPERLINK l _Toc374051756 1设计方案的思考 PAGEREF _Toc374051756 h 1 HYPERLINK l _Toc374051757 2.设计方案的特点 PAGEREF _Toc374051757 h 1 HYPERLINK l _Toc374051758 3工艺流程的确定 PAGEREF _Toc374051758 h 1 HY

6、PERLINK l _Toc374051759 一设备工艺条件的计算 PAGEREF _Toc374051759 h 1 HYPERLINK l _Toc374051760 设计方案的确定及工艺流程的说明 PAGEREF _Toc374051760 h 2 HYPERLINK l _Toc374051761 全塔的物料衡算 PAGEREF _Toc374051761 h 2 HYPERLINK l _Toc374051762 1.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 PAGEREF _Toc374051762 h 2 HYPERLINK l _Toc374051763 1.2.2 平均摩尔质

7、量 PAGEREF _Toc374051763 h 3 HYPERLINK l _Toc374051764 1.2.3 料液及塔顶 PAGEREF _Toc374051764 h 3 HYPERLINK l _Toc374051765 底产品的摩尔流率 PAGEREF _Toc374051765 h 3 HYPERLINK l _Toc374051766 塔板数的确定 PAGEREF _Toc374051766 h 3 HYPERLINK l _Toc374051767 理论塔板数的求取 PAGEREF _Toc374051767 h 3 HYPERLINK l _Toc374051768 1

8、.3.2 确定操作的回流比R PAGEREF _Toc374051768 h 4 HYPERLINK l _Toc374051769 求理论塔板数 PAGEREF _Toc374051769 h 5 HYPERLINK l _Toc374051770 1.3.4 实际塔板数（近似取两段效率相同） PAGEREF _Toc374051770 h 7 HYPERLINK l _Toc374051771 操作工艺条件及相关物性数据的计算 PAGEREF _Toc374051771 h 8 HYPERLINK l _Toc374051772 平均压强 PAGEREF _Toc374051772 h 8

9、 HYPERLINK l _Toc374051773 1.4.2 平均温度 PAGEREF _Toc374051773 h 8 HYPERLINK l _Toc374051774 平均分子量 PAGEREF _Toc374051774 h 8 HYPERLINK l _Toc374051775 平均密度 PAGEREF _Toc374051775 h 9 HYPERLINK l _Toc374051776 1.4.4.1 液相平均密度 PAGEREF _Toc374051776 h 9 HYPERLINK l _Toc374051777 汽相平均密度 PAGEREF _Toc374051777

10、 h 10 HYPERLINK l _Toc374051778 1.4.5 液体的平均表面张力 PAGEREF _Toc374051778 h 10 HYPERLINK l _Toc374051779 1.4.6 液体的平均粘度 PAGEREF _Toc374051779 h 12 HYPERLINK l _Toc374051780 1.4.6.1 塔顶液相平均粘度 PAGEREF _Toc374051780 h 12 HYPERLINK l _Toc374051781 1.4.6.2 进料板液相平均粘度 PAGEREF _Toc374051781 h 12 HYPERLINK l _Toc3

11、74051782 1.4.6.3 塔底液相平均粘度 PAGEREF _Toc374051782 h 13 HYPERLINK l _Toc374051783 1.4.7 气液相体积流量 PAGEREF _Toc374051783 h 13 HYPERLINK l _Toc374051784 1.5 主要设备工艺尺寸设计 PAGEREF _Toc374051784 h 14 HYPERLINK l _Toc374051785 1.5.1 塔径 PAGEREF _Toc374051785 h 14 HYPERLINK l _Toc374051786 1.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 PAGER

12、EF _Toc374051786 h 15 HYPERLINK l _Toc374051787 1.6.1 溢流装置 PAGEREF _Toc374051787 h 15 HYPERLINK l _Toc374051788 1.6.1.1 溢流堰长（出口堰长） PAGEREF _Toc374051788 h 16 HYPERLINK l _Toc374051789 出口堰高 PAGEREF _Toc374051789 h 16 HYPERLINK l _Toc374051790 1.6.1.3 降液管的宽度和降液管的面积 PAGEREF _Toc374051790 h 17 HYPERLINK

13、 l _Toc374051791 1.6.1.4 降液管的底隙高度 PAGEREF _Toc374051791 h 18 HYPERLINK l _Toc374051792 1.6.2 塔板布置 PAGEREF _Toc374051792 h 19 HYPERLINK l _Toc374051793 1.6.2.1 塔板的分块 PAGEREF _Toc374051793 h 19 HYPERLINK l _Toc374051794 1.6.2.2 边缘区宽度确定 PAGEREF _Toc374051794 h 19 HYPERLINK l _Toc374051795 1.6.2.3 开孔区面积

14、计算 PAGEREF _Toc374051795 h 19 HYPERLINK l _Toc374051796 1.6.2.4 浮阀数计算及其排列 PAGEREF _Toc374051796 h 20 HYPERLINK l _Toc374051797 二 塔板的流体力学计算 PAGEREF _Toc374051797 h 22 HYPERLINK l _Toc374051798 2.1 塔板压降 PAGEREF _Toc374051798 h 22 HYPERLINK l _Toc374051799 2.2 液泛计算 PAGEREF _Toc374051799 h 24 HYPERLINK

15、l _Toc374051800 雾沫夹带的计算 PAGEREF _Toc374051800 h 25 HYPERLINK l _Toc374051801 塔板负荷性能图 PAGEREF _Toc374051801 h 27 HYPERLINK l _Toc374051802 2.4.1 雾沫夹带上限线 PAGEREF _Toc374051802 h 27 HYPERLINK l _Toc374051803 2.4.2 液泛线 PAGEREF _Toc374051803 h 28 HYPERLINK l _Toc374051804 2.4.3 液相负荷上限线 PAGEREF _Toc374051

16、804 h 30 HYPERLINK l _Toc374051805 2.4.4 气体负荷下限线（漏液线） PAGEREF _Toc374051805 h 30 HYPERLINK l _Toc374051806 2.4.5 液相负荷下限线 PAGEREF _Toc374051806 h 31 HYPERLINK l _Toc374051807 三 板式塔的结构与附属设备 PAGEREF _Toc374051807 h 32 HYPERLINK l _Toc374051808 3.1 塔顶空间 PAGEREF _Toc374051808 h 33 HYPERLINK l _Toc3740518

17、09 3.2 塔底空间 PAGEREF _Toc374051809 h 33 HYPERLINK l _Toc374051810 3.3 人孔数目 PAGEREF _Toc374051810 h 33 HYPERLINK l _Toc374051811 3.4 塔高 PAGEREF _Toc374051811 h 33 HYPERLINK l _Toc374051812 接管 PAGEREF _Toc374051812 h 34 HYPERLINK l _Toc374051813 3.5.1 进料管 PAGEREF _Toc374051813 h 34 HYPERLINK l _Toc3740

18、51814 3.5.2 回流管 PAGEREF _Toc374051814 h 35 HYPERLINK l _Toc374051815 3.5.3 塔顶蒸汽接管 PAGEREF _Toc374051815 h 35 HYPERLINK l _Toc374051816 3.5.4 釜液排出管 PAGEREF _Toc374051816 h 36 HYPERLINK l _Toc374051817 3.5.5 塔釜进气管 PAGEREF _Toc374051817 h 36 HYPERLINK l _Toc374051818 法兰 PAGEREF _Toc374051818 h 37 HYPER

19、LINK l _Toc374051819 3.7 筒体与封头 PAGEREF _Toc374051819 h 37 HYPERLINK l _Toc374051820 3.7.1 筒体 PAGEREF _Toc374051820 h 37 HYPERLINK l _Toc374051821 3.7.2 封头 PAGEREF _Toc374051821 h 37 HYPERLINK l _Toc374051822 3.7.3 裙座 PAGEREF _Toc374051822 h 38 HYPERLINK l _Toc374051823 3.7.4 除沫器 PAGEREF _Toc37405182

20、3 h 38 HYPERLINK l _Toc374051824 3.8 附属设备设计 PAGEREF _Toc374051824 h 39 HYPERLINK l _Toc374051825 3.8.1 泵的计算及选型 PAGEREF _Toc374051825 h 39 HYPERLINK l _Toc374051826 3.8.2 冷凝器设计 PAGEREF _Toc374051826 h 40 HYPERLINK l _Toc374051827 3.8.2.1 设计任务和条件 PAGEREF _Toc374051827 h 40 HYPERLINK l _Toc374051828 3.

21、8.3 再沸器 PAGEREF _Toc374051828 h 45 HYPERLINK l _Toc374051829 3.8.4 预热器 PAGEREF _Toc374051829 h 46 HYPERLINK l _Toc374051830 3.8.5 塔顶冷却器 PAGEREF _Toc374051830 h 47 HYPERLINK l _Toc374051831 3.8.6 塔底冷却器 PAGEREF _Toc374051831 h 48 HYPERLINK l _Toc374051832 四 计算结果总汇 PAGEREF _Toc374051832 h 50 HYPERLINK

22、l _Toc374051833 五 结束语 PAGEREF _Toc374051833 h 51 HYPERLINK l _Toc374051834 六 符号说明： PAGEREF _Toc374051834 h 52 HYPERLINK l _Toc374051835 附录1浮阀精馏塔工艺条件图 PAGEREF _Toc374051835 h 53 HYPERLINK l _Toc374051836 附录2带控制点工艺流程图 PAGEREF _Toc374051836 h 53 HYPERLINK l _Toc374051837 参考文献： PAGEREF _Toc374051837 h 5

23、3绪论1设计方案的思考通体由不锈钢制造，塔节规格25100mm、高度0.51.5m，每段塔节可设置12个进料口/测温口，亦可结合客户具体要求进行设计制造各种非标产品。整个精馏塔包括：塔釜、塔节、进料罐、进料预热器、塔釜液储罐、塔顶冷凝器、回流比控制器、产品储罐等。塔压降由变送器测量，塔釜上升蒸汽量可通过采用釜液温度或灵敏板进行控制，塔压可采用稳压阀控制，并可装载自动安全阀。为使塔身保持绝热操作，采用现代化仪表控制温度条件，并可在室温300范围内任意设定。同时，为了满足用户的科研需要，每一段塔节内的温度、塔釜液相温度、塔顶气相温度、进料温度、回流温度、塔顶压力、塔釜压力、塔釜液位、进料量等参数均

24、可以数字显示。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料，浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，便于设计和对比，而且更可靠。浮阀塔更适合，塔径不是很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。3工艺流程的确定原料液由泵从原料储罐中引出，在预热器中预热后送入连续板式精馏塔F1型浮阀塔），塔顶上升蒸汽流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废

25、热锅炉。一设备工艺条件的计算1.1设计方案的确定及工艺流程的说明本设计任务为分离苯-氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料（q=1），将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。由此，可以初步确定工艺流程的简图：图1-1 苯氯苯分离的工艺流程简图1.2全塔的物料衡算1.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/

26、kmol和112.61kg/kmol。1.2.2 平均摩尔质量1.2.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以300天，一天以24小时计，,全塔物料衡算：总物料衡算 苯物料衡算 联立解得 ， 1.3塔板数的确定的求取苯-氯苯物系属于理想物系，可采用梯级图解法（MT法）求取，步骤如下：1.根据苯-氯苯的相平衡数据，利用泡点方程和露点方程求取依据，将所得计算结果列表如下：表1-1 苯氯苯在不同状态下的相平衡数值温度/8090100110120130140苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率x10y10本题中，塔内

27、压力接近常压（实际上略高于常压），而表中所给为常压下的相平衡数据，因为操作压力偏离常压很小，所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。1.3.2 确定操作的回流比R将表1-1中数据作图得曲线图1-2 苯氯苯混合液的xy相图在图上，因，查得，而，。故有：考虑到精馏段操作线离平衡线较近，故取实际操作的回流比为最小回流比的2倍，即：求精馏塔的汽、液相负荷 精馏段操作线：提馏段操作线：提馏段操作线为过和两点的直线。采用图解法求理论板层数,在x-y图上作平衡曲线和对角线，并依上述方法作精馏段操作线和提镏段。用autoCAD作图，即为下图：图1-3 苯-氯苯物系精馏分离理论塔板数的图解按上法图解得到：总理论板层

28、数 块（不包括再沸器）加料板位置 用Aspen plus 模拟时： 设回流比R=2Rmin ，如图1-4图1-4 用Aspen plus模拟取回流比则有图1-5：图1-5 用Aspen plus模拟理论板数结果显示可以看出模拟的结果和用AutoCAD画图所得的结果基本相符1.3.4 实际塔板数（近似取两段效率相同）精馏段：块，取块提馏段：块，取块总塔板数块1.4操作工艺条件及相关物性数据的计算取每层塔板压降为0.7kPa计算。塔顶：加料板：塔底： 精馏段平均压强提镏段平均压强1.4.2 平均温度利用表3-1数据，由拉格朗日差值法可得塔顶温度 ，加料板 ，塔底温度 ，精馏段平均温度 提镏段平均温

29、度 塔顶：液相组成：气相组成：所以， 加料版：液相组成：气相组成：所以， 塔底：液相组成: 气相组成: 1.4.4.1 液相平均密度表1-2 组分的液相密度（kg/m3）温度，（）8090100110120130140苯817805793782770757745氯苯1039102810181008997985975纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯 ：氯苯 ：式中的t为温度，塔顶：进料板： 塔底： 精馏段：提镏段：精馏段：提镏段：1.4.5 液体的平均表面张力表1-3 组分的表面张力温度8085110115120131A苯B氯苯液体平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算: ，

30、用内插法得， , 进料板液相平均表面张力的计算：由，用内插法得， , 塔底液相平均表面张力的计算由，用内插法得， , 精馏段液相平均表面张力为提镏段液相平均表面张力为1.4.6 液体的平均粘度表1-4 不同温度下苯氯苯的粘度温度t，6080100120140苯mPas氯苯mPas液相平均粘度可用 表示1.4.6.1 塔顶液相平均粘度， ，1.4.6.2 进料板液相平均粘度，1.4.6.3 塔底液相平均粘度， ，,1.4.7 气液相体积流量精馏段：汽相体积流量汽相体积流量液相体积流量液相体积流量提镏段：汽相体积流量汽相体积流量液相体积流量液相体积流量1.5 主要设备工艺尺寸设计1.5.1 塔径精

31、馏段：初选塔板间距及板上液层高度，则：按Smith法求取允许的空塔气速（即泛点气速）查Smith通用关联图得负荷因子泛点气速：m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为 精馏段的塔径 按标准塔径圆整取提镏段：初选塔板间距及板上液层高度，则：按Smith法求取允许的空塔气速（即泛点气速）查Smith通用关联图得图1-6 Smith通用关联图负荷因子泛点气速：m/s取安全系数为0.7，则空塔气速为精馏段的塔径按标准塔径圆整取1.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算1.6.1 溢流装置因塔径为0.6m，所以采用单溢流型的平顶弓形溢流堰、弓形降液管、凹形受液盘，且不设进口内堰。1.6.1.1 溢流堰长（出口堰

32、长）取精馏段堰上溢流强度:,满足强度要求。提镏段堰上溢流强度:,满足强度要求。对平直堰精馏段：由及，查化工原理课程设计图3-6，即为下图1-7得 图1-7 液流收缩系数计算图于是：（需采用齿形堰）由化工原理课程设计手册可 ： 验证： (设计合理)提镏段：由及，查化工原理课程设计图3-6得.05，于是：（满足要求）验证： (设计合理)1.6.1.3 降液管的宽度和降液管的面积由，查化工原理课程设计P108图3-10得，即：，。图1-8 弓形降液管的参数液体在降液管内的停留时间精馏段：（满足要求）提镏段：（满足要求）1.6.1.4 降液管的底隙高度精馏段：取液体通过降液管底隙的流速，则有： 故合理

33、提镏段：取液体通过降液管底隙的流速，则有：（不宜小于0.020.025m，本结果满足要求）。， 故合理。选用凹形受液盘，深度精馏段：塔板的详细结构如下图1-7：图1-9 精馏段塔板的结构参数提馏段：塔板的详细结构如下图1-8：图1-10 提馏段塔板结构参数1.6.2 塔板布置1.6.2.1 塔板的分块本设计塔径为，故塔板采用整块式。1.6.2.2 边缘区宽度确定 取 1.6.2.3 开孔区面积计算 其中： 故 1.6.2.4 浮阀数计算及其排列精馏段：预先选取阀孔动能因子,由F0=可求阀孔气速，即F-1型浮阀的孔径为39mm，故每层塔板上浮阀个数为浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔

34、心则排间距考虑到塔径比较小，而且采用塔板整块，按，以等腰三角叉排方式作图得阀孔数实际孔速 阀孔动能因数为所以阀孔动能因子变化不大，仍在914的合理范围内，故此阀孔实排数适用。此开孔率在5%15%范围内，符合要求。所以这样开孔是合理的。精馏段浮阀孔的排列如下图1-9：图1-11 精馏段浮阀孔的排列提镏段：预先选取阀孔动能因子,由F0=可求阀孔气速即F-1型浮阀的孔径为39mm，故每层塔板上浮阀个数为浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心则排间距 考虑到塔径比较小，而且采用塔板整块，按，以等腰三角叉排方式作图得阀孔数实际孔速： 阀孔动能因数为：所以阀孔动能因子变化不大，仍在914的合理范

35、围内，故此阀孔实排数适用。此开孔率在5%15%范围内，符合要求。所以这样开孔是合理的。提馏段浮阀孔的排列如下图1-10：图1-12 提馏段浮阀孔的排列二 塔板的流体力学计算2.1 塔板压降精馏段：（1）计算干板静压头降由式可计算临界阀孔气速，即，可用算干板静压头降，即（2） 计算塔板上含气液层静压头降由于所分离的苯和甲苯混合液为碳氢化合物，可取充气系数，已知板上液层高度： 所以依式（3）计算液体表面张力所造成的静压头降由于采用浮阀塔板，克服鼓泡时液体表面张力的阻力很小，所以可忽略不计这样，气流经一层，浮阀塔板的静压头降为提镏段：(1)计算干板静压头降由式可计算临界阀孔气速，即，可用算干板静压头

36、降，即(2)计算塔板上含气液层静压头降由于所分离的苯和甲苯混合液为碳氢化合物，可取充气系数， 已知板上液层高度， 所以依式(3)计算液体表面张力所造成的静压头降由于采用浮阀塔板，克服鼓泡时液体表面张力的阻力很小，所以可忽略不计。这样，气流经一层，浮阀塔板的静压头降为：2.2 液泛计算式精馏段(1)计算气相通过一层塔板的静压头降前已计算(2)液体通过降液管的静压头降因不设进口堰，所以可用式式中(3)板上液层高度：则 ， 为了防止液泛，按式：，取安全系数，选定板间距,从而可知，符合防止液泛的要求(4) 液体在降液管内停留时间校核应保证液体早降液管内的停留时间大于35 s,才能使得液体所夹带气体释出

37、。本设计可见，所夹带气体可以释出。提镏段(1)计算气相通过一层塔板的静压头降前已计算(2)液体通过降液管的静压头降因不设进口堰，所以可用式式中(3)板上液层高度：，则为了防止液泛，按式：，取安全系数，选定板间距,从而可知，符合防止液泛的要求(4) 液体在降液管内停留时间校核应保证液体早降液管内的停留时间大于35 s,才能使得液体所夹带气体释出。本设计可见，所夹带气体可以释出。是否在小于10%的合理范围内，是通过计算泛点率来完成的。泛点率的计算时间可用式：和塔板上液体流程长度塔板上液流面积 图2-1 泛点负荷因数精馏段：苯和氯苯混合液可按正常物系处理，取物性系数K值，,在从泛点负荷因数图中查得负

38、荷因数,将以上数值分别代入上式及提镏段：苯和氯苯混合液可按正常物系处理，取物性系数K值，,在从泛点负荷因数图中查得负荷因数,将以上数值分别代入上式及为避免雾沫夹带过量，对于小塔，泛点需控制在65%以下。从以上计算的结果可知，其泛点率都低于65%，所以雾沫夹带量能满足的。2.4.1 雾沫夹带上限线对于苯氯苯物系和已设计出塔板结构，雾沫夹带线可根据雾沫夹带量的上限值所对应的泛点率 (亦为上限值),利用式和便可作出此线。由于塔径较小，所以取泛点率，依上式有精馏段：整理后得即 即为负荷性能图中的线()此式便为雾沫夹带的上限线方程，对应一条直线。所以在操作范围内任取两个值便可依式算出相应的。利用两点确定

39、一条直线，便可在负荷性能图中得到雾沫夹带的上限线。 00 02 004 0.0006 0.0008 0.0010 0.27 0.2678 0.2657 0.2636 0.2614 0.2593 提镏段：整理后得即 即为负荷性能图中的线() 00 02004 0.0006 0.0008 0.0010 0.25 0.2481 0.2461 0.2442 0.2423 0.2403 2.4.2 液泛线由式， 联立。即式中， ，板上液层静压头降 从式知，表示板上液层高度，。所以板上液体表面张力所造成的静压头和液面落差可忽略液体经过降液管的静压头降可用式则 式中阀孔气速与体积流量有如下关系 精馏段：式中

40、各参数已知或已计算出，即；代入上式。整理后便可得与的关系，即此式即为液泛线的方程表达式。在操作范围内任取若干值，依 0.0000 02 004 0.0006 0.0008 0.0010 0.1579 0.1515 0.1461 0.1396 0.1318 0.1221 用上述坐标点便可在负荷性能图中绘出液泛线，图中的()。提镏段：；代入上式整理后便可得与的关系，即 00 02 0.0004 0.0006 0.0008 0.0010 0.1650 0.1613 0.1580 0.1549 0.1519 用上述坐标点便可在负荷性能图中绘出液泛线，图中的()。2.4.3 液相负荷上限线为了使降液管中

41、液体所夹带的气泡有足够时间分离出，液体在降液管中停留时间不应小于35s。所以对液体的流量须有一个限制，其最大流量必须保证满足上述条件。由式可知，液体在降液管内最短停留时间为35秒。取为液体在降液管中停留时间的下限，所对应的则为液体的最大流量,即液相负荷上限，于是可得精馏段：所得到的液相上限线是一条与气相负荷性能无关的竖直线，即负荷性能图中的线()。提镏段：所得到的液相上限线是一条与气相负荷性能无关的竖直线，即负荷性能图中的线()。2.4.4 气体负荷下限线（漏液线）对于F1型重阀，因5时，会发生严重漏液，故取计算相应的气相流量。精馏段：,即负荷性能图中的线()。提镏段：,即负荷性能图中的线()

42、。2.4.5 液相负荷下限线取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。 、代入的值则可求出和精馏段：因用的是齿形堰，所以由查化工原理课程设计手册可得:按上式作出的液相负荷下限线是一条与气相流量无关的竖直线，见图中的线().提镏段：按上式作出的液相负荷下限线是一条与气相流量无关的竖直线，见图中的线().精馏段负荷性能图如图2-2：图2-2 精馏段负荷性能图在操作性能图上，作出操作点A，连接OA，即为操作线。由图8-1可知，液泛线在雾沫夹带线的上方，所以塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液线控制。按固定的液气比，从负荷性能图中可查得气相负荷上

43、限,气相负荷下限，所以可得 提馏段负荷性能图如图2-3：图2-3 提馏段负荷性能图在操作性能图上，作出操作点A，连接OA，即为操作线。由图8-2可知，液泛线在雾沫夹带线的上方，所以塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液线控制。按固定的液气比，从负荷性能图中可查得气相负荷上限,气相负荷下限所以可得三 板式塔的结构与附属设备3.1 塔顶空间塔的顶部空间指塔内最上层塔板与塔顶空间的距离。为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度HD是指塔顶第一层塔盘到塔顶封头的直线距离，通常取HD2.0）HT。取除沫器到第一块板的距离为。故取塔顶空间为：3.2 塔底空间塔底空间是指塔内最下层塔板到塔底间距。塔底

44、储液空间是依储存液量停留1015min而定的，塔底液面至最下层塔板之间保留12m。以保证塔底料液不致流空。塔的底部空间高度HB是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离：取3.3 人孔数目人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于进入任何一层塔板，由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求， 对于D=600mm的板式塔， 每隔3块塔板设置一个手孔；且裙座处取2个手孔。本塔中共15块塔板，因此，在精馏段设置三个手孔，在提留段设置二个手孔。每个孔直径为。在设置手孔处，板间距为300mm，裙座上应开个手孔，直径为 ，手孔伸入塔内部应与塔内壁修平，其边缘需倒

45、棱和磨圆，手孔法兰的密封面形及垫片用材，一般与塔的接管法兰相同，本设计也是如此。3.4 塔高板式塔的塔高如图9-1所示，塔体总高度由下式决定： HD塔顶空间，m； HB塔底空间，m；HT塔板间距，m；Np实际塔板数； H1封头高度；mH2裙座高度；m塔体总高度：3.5.1 进料管进料管的结构类型很多，有直管进料管、T型进料管、弯管进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下：, ,则体积流量 取管内流速则管径查无隙钢管标准，取进料管规格253 则管内径d=19mm进料管实际流速3.5.2 回流管采用直管回流管， 回流管的回流量,平均密度，塔顶液相平均摩尔质量则液体流量取管内流速，则回流管直径查无

46、隙钢管标准，取回流管规格203 则管内直径d=14mm回流管内实际流速3.5.3 塔顶蒸汽接管塔顶汽相平均摩尔质： 塔顶汽相平均密度：则蒸汽体积流量：取管内蒸汽流速则查无隙钢管标准，取回流管规格954 则实际管径d=87mm塔顶蒸汽接管实际流速3.5.4 釜液排出管塔底 ，塔釜液相平均摩尔质量 平均密度体积流量：取管内流速则查无隙钢管标准，取回流管规格则实际管径d=14mm釜液排出管实际流速3.5.5 塔釜进气管，塔釜汽相平均摩尔质量 塔釜蒸汽密度：则塔釜蒸汽体积流量：取管内蒸汽流速则可取回流管规格1027 则实际管径d=88mm塔釜进气管实际流速根据HG5010-58标准，均选择标准管法兰，

47、平焊法兰，结果如下：进料管接管法兰：PN0.6DN20 HG 5010回流管接管法兰：PN0.6DN15 HG 5010塔釜出料管接法兰：PN0.6DN15 HG 5010塔顶蒸汽管法兰：PN0.6DN90 HG 5010塔釜蒸汽进气管法兰：PN0.6DN90 HG 50103.7 筒体与封头3.7.1 筒体 精馏段D=600mm，取壁厚， 材质：Q235提馏段D=600mm，取壁厚， 材质：Q2353.7.2 封头 封头采用椭圆形封头。塔顶：由公称直径DN=600mm, 查板式塔曲面高度表得曲面高度 hi=175mm，直边高度h02 3选用封头 DN6008，JB/T 4746-2002塔釜

48、：由公称直径DN=600mm, 查板式塔曲面高度表得曲面高度 hi=175mm，直边高度h02 3选用封头 DN6008，JB/T 4746-20023.7.3 裙座由于裙座内径800mm，故裙座壁厚取16mm基础环内径：基础环外径：圆整 基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm 考虑到再沸器，裙座高度取2m， 地角螺栓直径取M303.7.4 除沫器当空塔气速较大，塔顶带液现象严重，以及工艺过程中不许出塔气速夹带雾滴的情况下，设置除沫器，以减少液体夹带损失，确保气体纯度，保证后续设备的正常操作。常用除沫器有折流板除沫器、丝网除沫器以及程流除沫器。本设计采用丝网除沫器，其具有比表面积大、质量轻、空隙

49、大及使用方便等优点。 设计气速选取： 除沫器直径：3.8 附属设备设计3.8.1 泵的计算及选型进料温度 已知进料量： 取管内流速，则则管径故可采用故可采用253的离心泵。则内径d=19mm，得：取绝对粗糙度为：； 则相对粗糙度为：摩擦系数 由 =0.0318进料口位置高度：h=（7-1）扬程：可选择泵为IS50-32-2503.8.2 冷凝器设计3.8.2.1 设计任务和条件（1）设计任务设备形式：立式列管式冷凝器。（2）操作条件苯：冷凝温度80.217，冷凝液于饱和温度下离开冷凝器；冷却介质:为井水，流量30000kg/h,入口温度t1=25，出口温度 t2=30允许压降：不大于；每年按3

50、00天，每天按24h连续运行。（3）设计要求选择适宜的列管式换热器并进行核算。3.8.2.2 设计计算此为一侧流体为恒温的列管式换热器的设计。（1）确定流体流动空间冷却水走管程，苯走壳程，有利于苯的散热和冷凝。（2）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据苯液体在定性温度（）下的物性数据（查化工原理附录）：井水的定性温度：两流体的温差，故选固定管板式换热器。两流体在定性温度下的物性数据见表3-1：表3-1 两流体在定性温度下的物性数据物性名称温度密度黏度比热容导热系数苯井水(3)计算热负荷（4）计算有效平均温度差（5）选取经验传热系数K值根据管程走井水，壳程走苯，总传热系数,现暂取。(6)估算换

51、热面积（7）立式固定管板式换热器的规格如下：公称直径 公称换热面积A 管程数管数n 管长L 管子直径管子排列方式换热器的实际换热面积：该换热器所要求的总传热系数:(8)核算总传热系数计算管程对流传热系数 计算壳程对流传热系数因为立式管壳式换热器，壳程为苯饱和蒸汽冷凝为饱和液体后离开换热器，故可按蒸汽在垂直管外冷凝的计算公式计算 现假设管外壁温,则冷凝液膜的平均温度为：，这与其饱和温度很接近，故在平均膜温下的物性可沿用饱和温度下的数据，在层流下：确定污垢热阻。，总传热系数所选该换热器的安全系数为:表明该换热器的传热面积裕度符合要求。核算壁温与冷凝液流型。核算壁温时，一般忽略管壁热阻，按以下近似计

52、算公式计算：这与假设相符合，可以接受。核算流型：冷凝负荷（9）计算压强降取碳钢的管壁粗糙度为0.1mm,则而于是：对的管子有计算壳程压力降壳程为恒温恒压蒸汽冷凝，可忽略压降。由此可知，所选换热器是合适的。3.8.3 再沸器塔底温度tw= 用t0=150的蒸汽，釜液出口温度t1=142则 由tw= 查液体比汽化热共线图得则取传热系数 则传热面积查化工原理上册书附录十九选立式管板式换热器的规格如下：公称直径 公称换热面积A 管程数管数n 管长L 管子直径管子排列方式换热器的实际换热面积：该换热器要求的总换热系数：。3.8.4 预热器(1)热负荷进料板的温度: (2)加热蒸汽用量选用(表压)的饱和蒸

53、汽加热,温度为,考虑的热损失, （3）平均温差（4）换热系数查手册,取(5)换热面积考虑的热损失, 查化工原理上册书附录十九选立式管板式换热器的规格如下：公称直径 公称换热面积A 管程数管数n 管长L 管子直径管子排列方式换热器的实际换热面积：该换热器要求的总换热系数：。3.8.5 塔顶冷却器(1)热负荷塔顶的温度: (2)冷却水用量冷却介质:为井水，入口温度t1=25，出口温度 t2=30井水的定性温度：， （3）平均温差（4）换热系数查手册,取(5)换热面积查化工原理上册书附录十九选立式管板式换热器的规格如下：公称直径 公称换热面积A 管程数管数n 管长L 管子直径管子排列方式换热器的实际

54、换热面积：该换热器要求的总换热系数：。3.8.6 塔底冷却器(1)热负荷塔底的温度: (2)冷却水用量冷却介质:为井水，入口温度t1=30，出口温度 t2=45井水的定性温度：， （3）平均温差（4）换热系数查手册,取(5)换热面积查化工原理上册书附录十九选立式管板式换热器的规格如下：公称直径 公称换热面积A 管程数管数n 管长L 管子直径管子排列方式换热器的实际换热面积：该换热器要求的总换热系数：。四 计算结果总汇序号精馏段项目数值序号提馏段项目数值1平均温度tm/1平均温度tm/2平均压力pm/kPa2平均压力pm/kPa3气相流量Vs/(m3/s)3气相流量Vs/(m3/s)4液相流量L

55、s/(m3/s)4液相流量Ls/(m3/s)5汽相平均密度（kg/m3）5汽相平均密度（kg/m3）6实际总塔板数86实际塔板数77塔径/m7塔径/m8板间距/m8板间距/m9溢流形式单溢流9溢流形式单溢流10降液管形式弓形10降液管形式弓形11堰长/m11堰长/m12堰高/m12堰高/m13板上液层高度/m13板上液层高度/m14堰上液层高度/m14堰上液层高度/m15降液管底隙高度/m15降液管底隙高度/m16安定区宽度/m16安定区宽度/m17边缘区宽度/m17边缘区宽度/m18阀孔直径/m18阀孔直径/m19阀孔数目1319阀孔数目1520孔中心距/m20孔中心距/m21开孔率/%21开孔率/%22空塔气速/(m/s)22空塔气速/(m/s)23阀孔气速/(m/s)23阀孔气速/(m/s)24单板压降/KPa24单板压降/KPa25泛点率（%）25泛点率（%）26气相负荷上限/(m3/s)26气相负荷上限/(m3/s)27气相负荷下限/(m3/s)27气相负荷下限/(m3/