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1、天库大挈化工原理德福微料微奸敢目/笨一鼠呆器榴过程板式塔殁豺姓 名：学 号：.学 院：专 业：应用化学取每层塔板压降：Ap = 0.6kPa塔顶操作压力：=101.08+ 5 = 106.08kPa进料板压力：0r =106.08+ 0.6x3 = 107.88kPa塔底操作压力：=106.08 + 0.6xl6 = 115.68H%精微段平均压力：pm = (106.08 +107.88)/2 = 10698以口提储段平均压力：pm2 = (107.88 +115.68)/2 = 111.78 2、平均温度与采用图解法，分别绘出塔顶、进料板、塔底苯氯苯系统T-x-y图；由/ =。9930,
2、xF =0.6837,七二00043渣相应图根据与泡点线的交点可得：塔顶温度tD=84.2进料板温度tf=94.3塔釜温度tw=137.1精微段平均温度：?nil =Qd+/f)/2 = (84.2 + 94.3)/2 = 89.25提储段平均温度:= (%+%)/2 = (137.1 + 94.3)/2 = 115.7全塔平均温度：tm = % +3)/2 = (84.2 + 137.1)/2 = 110.65 C平均摩尔质量M塔顶： 乂=犬。=0.993, % =0.908 (查相平衡图)MVDm = 0.993 x 78.11 + (1-0.993)x 112.56 = 78.35kg/
3、kmolMLDttl = 0.908 x 78.11 + (1-0.908)x 112.56 = 81.28kg/kmol进料板：由图解理论板得上=0.867,4=0.570 (查相平衡图)MVFm = 0.867 x 78.11 + (1-0.867)xl 12.56 = 82.69kg/kmolMLFm = 0.570 x 78.11 +(1 - 0.570)x 112.56 = 92.92kg/kmol塔底：由 =0.0043,查平衡曲线得y= 0.0105M =0.0105x78.11 + (1-0.0105)x112.56 = 112.20kg / kmolMLWm = 0.0043
4、 x 78.11 + (1-0.0043) x 112.56 = 112.41kg / kmol精储段平均摩尔质量Mwi = (78.35 + 81.28)/ 2 = 79.82kg / kmolMLtnX = (81.28 + 92.92)/2 = 87.1 Okg / kmol提偏段平均摩尔质量MVfn2 = (112.20 + 82.69)/ 2 = 97.45kg / kmolMLm2 =(112.41 + 92.92) / 2 = 102.67kg / kmol4、平均密度化（1）汽相平均密度由理想气体状态方程计算，即精馈段：即=勺方=8,314x(X7+89.25)= 834提储段
5、：p3,提储段：p3,8.314x(273.15 + 115.7)= 3.369kg/m3（2）液相平均密度液相平均密度依下式计算，即=令/ “（ q为质量分率）Am利用表1.4中数据，采用线性内插法得:4=84.2。时,(夕八=812kg/m3, pB = 1034kg/m3) tP =94.3。时，(Pa =799kg/m3,/?B =1025kg/m3)=137.1时，(Pa =747kg/mpB = 974kg/m3)塔顶液相平均密度Qld、-0.993/812 + 0.007/1034= 813.2kg/m3进料板液相平均密度_% 1_% 1二 0.449塔底液相平均密度Qld0.4
6、49/799 + 0.551/10251=909.5kg/m3m 0.9957/974 + 0.0043/747精微段液相平均密度pLml =(815.6 + 909.5)/ 2 = 862.55kg/m3提储段液相平均密度夕=(909.5 + 982)/ 2 = 945.75kg/m35、液体的平均表面张力%,液相平均表面张力依下式计算：为小工工0塔顶，由功=83.1,查表1.6,用线性插值法查的该温度下组分表面张力为：an 八=20.83mN/m； an R = 25.85mN/m Z-x, /ALJy lj(yLDm = 0.993 x 20.83 + 0.007 x 25.85 = 2
7、0.86mN / m进料板，由% =94.3C,查表 L6 得：bQ=19.37mN/m； crFB = 24.58mN/m(yFni = 0.6837 x 19.37 + 0.3163 x 24.58 = 21.02mN / m塔底，由 3=137.1C,查表 L6 得：bw.=14.44mN/m；=19.90mN/m r rF F , LJ(yLWm = 0.0043 x 14.44 + 0.9957 x 19.90 = 19.88mN / m精储段液体平均张力为：5川=(20.86+21.02)/ 2 = 21.94mN/m提偏段液体平均张力为：q2 =(19.88 + 2L02)/2
8、= 20.45mN/m6、液体的平均粘度.液体的平均粘度依下式计算：1g%=z%，1g M塔顶,由J=83.l,查表15用线性插值法查的该温度下：DA=0.299mPa-s；Ndb =0.303/7iPaslg= 0.993 lg(0.299) + 0.007 lg(0.303) = piLDm = 0.299进料板,由% =94.3C,查表 L5 得：jLtFA=Q.269mPa-s； jllfb =0.277mPa-slg 44=0.68371g(0.269)+ 0.31631g(0.277) = 46 = 0.272塔底,由5=136.78C,查表 1.5 得：A = 0.185mPa-
9、s ；B = 0.1 S4mPa-s1g 4恤=0.0043 lg(0.185) + 0.9957 lg(0.184)= 皿=0.1841g 4恤=0.0043 lg(0.185) + 0.9957 lg(0.184)= 皿=0.184精一段液体平均粘度为:入山=(0.299 + 0.272)/2 = 0.286mPa.s提一段液体平均粘度为:-2 =(0184 + 0.272)/2 = 0.228mPa -s五精福塔主要工艺尺寸计算1.塔径的计算精储段的气、液相体积流率为VM y _ V1V1 VmlS 3600pVmlL = Mml3600皿7.506x79.82 八.0- 3/ = 0.
10、0587m3/s3600x2.834提馆段的气、液相体积流率为Mm23600pVm27.506x97.45 =0Q6Q3m3/s 3600x3.369Ls =3600pLm29.543x102.67 八“八 3, =0.000288 Im3 Av3600x945.75由冰二。区工V PvC的计算要用到Qo,需要从史密斯关联图查取精循段横坐标4包 % PnY2 0.0000849 862.55 A提储段横坐标A a K Pn、1/20.05872.8341/2=0.02520.000288 5sLh 0.0000849x3600旬/而匚几八 3600A 八”） 匚提偏段 0 =H_l = 9.4
11、44s 5sLh 0.000288x3600故降液管设计合理（4）降液管底隙高度依精馄段取 =- 0-006 = 0.07699 - 0.006 = 0.07099m提得段取 为 =%0.006 = 0.07320 0.006 = 0.06720m选用凹形受液盘，深度hj =0.05m2、塔板布置 一(1) D800mm,故采用整块式。(2)边缘区宽度确定精储段和提储段均取叱=Ws = -07m%=-05m(3)开孔区面积4的计算按此式计算：A = 2(xVr2-x2+ sin-1 -) 180 rx = (w.+Ws) = - (0.0456 + 0.07) = 0.0844m其中 22r
12、= 2-Wc =% 0.05 = 0.15m2 c 22故 A】=2(0.0844j0.152 0.08442 + 兀, sin7 0，0844) = 0.0478m2a1800.15(4)筛孔计算及其排列由于所处理的物系无腐蚀性，可选用3 = 3mm碳钢板，取筛孔直径d. = 0.003m筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为t 3do = 0.。9祇kr 好口 41.155A1.155x0.0276 /人筛孔数目n为= 394个t20.0092(d ( 0 005 Y开孔率为。=0.907=0.907 - =10.08%t )0.015 JV精储段气体通过阀孔的气速为人=广0.0587= 12
13、.182m/s提储段气体通过阀孔的气速为/ = 工=竺第一=12.514m/s 七精像塔塔板的流体力学验算1、塔板压降(1)干板阻力入计算( PvPl )干板阻力队由下式计算(2= 0.051 %0/由 4 = 3 = 1查干筛孔流量系数图得C。= 0.810 3 3故精储段h = 0.051h = 0.051“0 C()、2f Pv、Pl J二 0.051I 0.810 )1862.55 J= 0.0379m提得段提得段h = 0.051Vh = 0.051Vo o、PvPl,= 0.051勺 2.514、。821 3.369、 、945.75,=0.0434m（2）气体通过液层的阻力年计算
14、（2）气体通过液层的阻力年计算气体通过液层的阻力%由式4 =用上计算K 0.0587/=1.244m/s4 4 州=1.24472.834 = 2.094kg1/2/(s m1/2查充气系数关联图，得力=0.56故。=0.56x0.08 = 0.0448m提储段u d提储段u d竺型二 L278m/s4 1/2F =1.278,3.369 = 2.345kg-2/(sm查充气系数关联图，得，=0.55 故h=0.55x0.08 = 0.044m（3）液体表面张力的阻力儿计算液体表面张力产生的阻力力由下式计算，即 虫儿=急=WH6rO207m液柱= 94黑黑:2期二-00193m 液柱气体通过每
15、层塔板的液柱高度为可按下式计算，即精微段 4 =4 + 4 + % = 0.0379 + 0.0448 + 0.00207 = 0.0847m 液柱提储段优=九 + 九 + 久=0.0434 + 0.044 + 0.00193 = 0.0893m 液柱 I*V1O气体通过每层塔板的压降为精储段 Pp = /夕途=0.0847 x 862.55 x 9.81 = 716.70Pa 0.8kPa (设计允许值)提储段 = 4Ag = 0.0893x 945.75 x 9.81 = 797.91Pa 0.8kPa (设计允许值)2、液面落差对于筛板塔，页面落差很小，且本设计的塔径和流量均不大，故可忽
16、略液 面落差影响。3、液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高”d应服从下式关系：凡砥)苯一氯苯物系属一般物系，取0 = 0.5,则精微段 0(% + %) = 05 x (0.4 + 0.07699) = 0.2398m而“d =4+4+/2d板上不设进口堰，儿可由下式计算，即h=0A 53储02 = 0.153 x 0.252 = 0.00956m 液柱4 = 0.0847 + 0.06 + 0.00956 = 0.1543m 液柱此时，&。(%+每)提储段姒% + %) = 0.5 x (0.4 + 0.07320) = 0.2366m而“d =4+4+%板上不设进口堰，均可由下式计算，即
17、/zd=0.153 w(Kmin稳定系数为K 二二经生=1.994,在1.5-2范围内%,min6.108=4.4C(0.0056 + 0.13力初八提储段 JPvI945 75() = 6.264m/si3.369实际孔速 o =12.514m/s o,min稳定系数为K = 巴=1.995 ,在1.5-2范围内6.264故在本设计中无明显漏液。5、液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即5.7x10-61.二、3.2% =2.54=2.5x0.06 = 0.15m5.7乂10-6(1,244 V221.94x10-3 1o 40-0.15,=0.0441kg 液/kg 气 0.1kg 液/kg 气
18、提储段4 =5.7x10-6(1,278Y,220.45 xW3L 0.40-0.15,=0.0516kg 液/kg 气 vO. 1kg 液/kg 气在本设计中液沫夹带量外在允许范围内。八精储塔塔板的负荷性能图1、漏液线前已求得设计主要内容1一设计方案的确定及流程说明1二 精储塔的物料衡算4三精储塔板数的确定4四精储塔工艺条件及有关物性数据计算7五 精储塔主要工艺尺寸计算11六 精储塔塔板的工艺尺寸12七精微塔塔板的流体力学验算14八精储塔塔板的负荷性能图17九 精储塔辅助设备选型与计算20十、设计结果概要23设计总结和评述24参考文献25=4.4C0(0.0056 + 0.13% 九)a /
19、Pv = (6.108 + 6.264)/2 = 6.186m/5山 Kmin=-x0.0032 X394X6.186 = 0.0172m3 /5芭s,min 4 U U,min .据此可作出与液体流量无关的水平漏液线。2、液沫夹带线以为=0.1依液/小气为限，求匕一人关系如下：zX 3.25.7x10-61ev =U = 21.1867a Ar - Afhf = 2.5hL = 2.5(hw + how)4 V = 0.0572.84 E)、S在负荷性能图上，作出操作点A,连接0A,即即作出操作线。由上图可看出，该筛板的操作上线为液沫夹带控制，下限为漏液控制。由上图查得Kmax=0.75rn
20、3/5Vvmin=0.12rn3/5故操作弹性为V= 6.25Kmin九精用塔辅助设备选型与计算1.预热器(E-103)F=6.518m3/h ti=-5ti=40苯:Cp=3L65 kcal/(kmol)10Cp= 35.77 kcal/(kmol)氯苯：Cp=35.42 kcal/(kmol)90Cp=38.99kcal/(kmol)进口：苯二31.65 + 35.7733 71= /(”)Cp氯苯二35.42 + 38.9937 205=31.205kcal/(kmob ) = 1.384k/(奴 )7Q = Whcph(T1-T2) =()1-0.05(89 + 5)=4419107
21、左，/z = 122.8%卬QQ 2 + 5Atm =159.0-() = 111.92K = 455 - 1020 w/(m2 )5=Q=122,8xl000 = 2 47 m2 Ktm455 xlll.9取固定管板式换热器。2.再沸器（E-105立式虹吸式两只）蒸发量 V =7.506kmol/h 在 130 左右，氯苯汽化热8469r = 8469左kmol= = 35450kJ/kmol0.2389Q =热损失按5%计算Vfr 7.506x35450 0T / 7=2.801 x l(y kJ / h = 77.803Znv1-5%0.95Atm =158. 7-131. 5=27.
22、2 总传热系数 k 取 600W/m277.803x1000)= 4.767m-600x27.2S=l. 5S=7. 15m2 S 取58加2查化工设计手册,，得型号6 200X20003 .氯苯冷却器（E-106）冷却量 W = 2.039 kmol / h8469大约 131C下，氯苯的汽化热 r = S469kcal/kmol= 35450kJ/kmoI0.2389热损失5%, Q =Lr 2.039x354501-5%0.95= 7.609x104V/z = 21.135w总传热系数K = 600 w/(m2 .)Atm =131 -90 = 41S = = 21.135x1000 =
23、 0 859m2取s p5m2KMm 600x41故可选择规格为5M2 (6273X2000)的单程固定管板列管式冷却器。4 .全冷凝器(E-109)冷凝量 V = 1506kmol I h7353r = 7353左 cq kmol= 3m18kJ I kmol大约80C下，苯的汽化热2389八 Vr 7.506x30778 个所,T / 7皿Q = 2.43 x 10 kJ I h 67.550/34/热损失 5%,15%0.95总传热系数 K = 1000 w/(m2 )刃=82-50 = 32q Q 67.550x1000 011 2的 c 6 2S = 2.1 Im取 S p 5mKb
24、J 1000x32故可选择规格为5M 2 ( 0 273 X 2000)的双程固定管板列管式冷却器。5 .苯冷却器(E-111)冷却量。=4m9kmol / hr 7353%。 kmol-r 7353%。 kmol-7353大约80C下，苯的汽化热0.2389=30778ZJ7 kmolDr 4.479x30778 t .n5 7 7 . z onozQ = 1.451x10 VI h = 40.308w热损失 5%,15%0.95总传热系数K = 1000 w/(m2 )总传热系数K = 1000 w/(m2 )酊=50 10 = 40c Q 40.308x1000 2S =上=1.008K
25、以1000x40故可选择规格为5M2 ( 6 273义2000)的单程固定管板列管式冷却器。十、设计结果概要表10.1筛板塔设计计算结果序号项目精微段数值提储段数值1平均温度tm,89.25115.72平均压力Pm,kPa106.98111.783气相流量Vs, (m3/s)0.05870.06034液相流量Ls, (m3/s)0.00008490.0002885实际塔板数166有效段高度乙m67塔径,m0.40.48板间距,m0.80.89降液管形式弓形弓形10堰长,m0.320.3211堰冒j,m0.076990.0732012板上液层高度,m0.08470.089313堰上液层高度,m0
26、.009560.0095614降液管底隙高度,m0.070990.0672015安定区宽度,m20.0716边缘区宽度,m0.0517开孔区面积,m20.047818筛孔直径,m0.00319筛孔数目39420孔中心距,m0.00921开孔率%10.0822空塔气速,m/s0.46623筛孔气速,m/s12.18212.51424稳定系数1.9941.99525每层塔板压降，Pa716.70797.9126负荷上限液沫夹带控制液沫夹带控制27负荷下限漏液控制漏液控制28气相负荷上限,n?/s0.750.7529气相负荷下限,m3/s0.120.1230操作弹性6.256.25设计总结和评述1、
27、通过这次课程设计，我有了很多收获。首先，通过这一次的课程设计， 我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析 和解决与本课程有关的具体原理所涉及的实际问题的能力。对化工原理设计有了 更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，通过这次课程设 计使我充分认识到化工原理课程的重要性和实用性，也让我明白了书本上学习到 的知识冰山一角，有更多的实际生产问题是书本上的理论解决不了的。2、其次通过这次课程设计，对板式塔的工作原理有了初步详细精确话的了 解，加深了对设计中所涉及到的一些力学问题和一些有关应力分析、强度设计基 本理论的了解。使我们重新复习了所学的专业课，学
28、习了新知识并深入理解，使 之应用于实践，将理论知识灵活化,这都将为我以后参加工作实践有很大的帮助。 非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。3、再者，这次设计让我明白了，各设计过程和结果是相互关联，相互影响 的。对某一设计值若取的不好，就很有可能影响到后边乃至全设计的结果。因此， 在作设计时一定要统筹全局，不能顾此失彼。作图和读数会有人为误差，计算时 保留小数位数不同，采用近似计算等都会造成一定误差，但作为工程上的初步计 算，可认为基本准确合理。4、由于理论知识不够，在选材设计上参考了大量资料、手册等，不同的资 料给出的数据，公式等等存在一定的不同，不同的选取也给我们的计算带来了误 差。本设计中对
29、一些数据的选取均选了经验值或参考值，这使计算不够精确。实 际工作中应尽量查取精确值。参考文献贾绍义，柴诚敬.2马沛生，李永红.刘光启，马连湘,化工原理课程设计M.天津：天津大学出版社，2009.104-133.化工热力学M.北京：化学工业出版社，2009.295-297.刘杰.化学化工物性数据手册有机卷M.北京：化学工业出版社,2002. 89-138.柴诚敬，张国亮.化工流体流动与传热M.北京：化学工业出版社，2008.354.江体乾化学工艺手册M.上海：上海科学技术出版社，2001.4-216董大勤.化工设备机械基础M.北京：化学工业出版社，1993.25-30设计主要内容设计方案的确定及
30、流程说明1、操作压力蒸馆操作可在常压，加压，减压下进行。应该根据处理物料的性能和 设计总原则来确定操作压力。例如对于热敏感物料，可采用减压操作。本 次设计为一般物料因此，采用常压操作。2、进料状况进料状态有五种：过冷液，饱和液，气液混合物，饱和气，过热气。 但在实际操作中一般将物料预热到泡点或近泡点，才送入塔内。这样塔的 操作比较容易控制。不受季节气温的影响，此外泡点进料精储段与提福段 的塔径相同，在设计和制造上也叫方便。本次设计采用泡点进料即q=l。3加热方式蒸储釜的加热方式一般采用间接加热方式，若塔底产物基本上就是水, 而且在浓度极稀时溶液的相对挥发度较大。便可以直接采用直接加热。直 接蒸
31、汽加热的优点是：可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只需安装鼓 泡管,不需安装庞大的传热面,这样，操作费用和设备费用均可节省一些， 然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断涌入，对塔底溶液起了稀释作用， 在塔底易挥发物损失量相同的情况下。塔釜中易于挥发组分的浓度应较低, 因而塔板数稍微有增加。但对有些物系。当残液中易挥发组分浓度低时， 溶液的相对挥发度大，容易分离故所增加的塔板数并不多，此时采用直接 蒸汽加热是合适的。4、冷却方式塔顶的冷却方式通常水冷却，应尽量使用循环水。只有要求的冷却温 度较低，考虑使用冷却盐水来冷却。本实验用循环水。因此，根据上叙设计方案的讨论及设计任务书的要求，本设计采用常 压
32、操作，泡点进料，间接蒸汽加热以及水冷的冷却方式。本设计任务为分离苯一氯苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用 连续精储方法，设计中采用泡点进料，将混合料液经预热器加热至泡点后 送入精储塔内。塔顶上升器采用全凝器冷凝后，部分回流。其余部分作为 塔顶产品经冷却后送入储罐。该物系属于易分离物系，最小回流比较小, 故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜部分采用间接蒸汽加热，塔底产 品经冷却后送入储罐。工艺流程图见附图。查阅有关资料得知苯和氯苯的 一些性质如下：1 .苯和氯苯的物理性质表1.1苯和氯苯的物理性质项目分子式相对分子质量沸点临界温度，c临界压力/kpa苯 (A)C6H678.1180.1288
33、. 56833. 4氯苯(B)C6H5 cl112.56131.8359.24520.苯一氯苯的气液相平衡数据表1.2苯一氯苯的气液相平衡数据沸点温度t/0苯的组成沸点温度t/团苯的组成液相乙气相力液相乙气相力80.02111200.1290.378900.690.9161300.01950.07231000.4470.785131.8001100.2670.612 .组成饱和蒸气压.。表1.3苯一氯苯的组成饱和蒸气压温度/团8090100110120130131.8。/mmhg（苯）I 1760102513501760225028402900“mmhg（氯苯）1482052934005437
34、197604 .液相密度p表1.4苯一氯苯的液相密度p温度回 美80901001101201301 苯Zg/3817805793782770757。氯苯Zg/机351039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算:苯夕 =912-1.187 r氯苯2 8 =11271.111其中：t温度，5 ,液相粘度%表L5苯一氯苯液体粘度乙6.组分的表面张力温度（回）6080100120140苯(MP.S)0.3810.3080.2550.2150.184氯苯（MP0.S）0.5150.4280.3630.3130.274表L 6苯-氯苯液体表面张力b温度/80851101
35、15120131CTdyn/cm苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4二精饵塔的物料衡算1、原料液及塔底产品含苯的摩尔分率苯的摩尔质量M产78. llkg/kmol氯苯的摩尔质量Mb=112. 56kg/kmolxF=0.68370.60/78.110.40/112.56 + 0.60/78.110.99/78.110.99/78.11XD0.01/112.56 + 0.99/78.11= 0.99300.003/78J1Av0.997/112.56 + 0.003/78.11=0.00432、平均摩尔质量Mf = 0.6837 * 78.11 + (1 0.6837 )*112.56 = 89Md = 0.9930 * 78.11 + (1-0.9930)*112.56 = 78.35kg/kmolMw = 0.0CM3 *78.11 + (1-0.0043)*112.56 = 112.41/kmol3、物料衡算依题意：以300天计，一天