苯-甲苯浮阀连续精馏塔课程设计(5)

第 5 章 塔附属设备的计算

5.1 筒体与封头

筒体 ??1.05?6?3002?1250?0.9?0.2?1.04mm

壁厚选4mm，所选材质为A3。

封头 选取椭圆形封头，由公称直径300mm，查得曲面高度h1?400mm，直边高度h0?30mm，故选用封头Dg300?2,JB1120?72 5.2 除沫器

空塔气速较大，塔顶带液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。

这里选用丝网除沫器，其具有比表面积大，质量轻，空隙大及实用方便等优点。

设计气速选取：u?k?u?0.107804.55?2.822.824VS?L??V?V,系数k??0.107

?1.80m/s ?4?0.0463.14?1.80?0.18m

除沫器直径：D??u故选取不锈钢除沫器，类型：标准型，规格40-100，材料：不锈钢丝网（1Cr18Ni9Ti），丝网尺寸，圆丝?0.23 5.3 裙座

塔底常用裙座支撑，裙座的结垢性能好，连接处产生的局部阻力小，所以它是设备的主要支座形式，为了制作方便，一般采用圆筒形。裙座内径为300mm,取裙座壁厚16mm，则基础环内径：

3Dbi?(300?2?16)?(0.2~0.4)?10?132mm

基础环外径：Dbo?(300?2?16)?(0.2~0.4)?103?532mm

圆整：Dbi?200mm,Db0?600mm，基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm，考虑到再沸器裙座高取2m，地角螺栓直径去M30。 5.4 手孔

由于本次设计的塔径较小，所以应设置手孔。手孔的设置应便于人的手臂可以伸入塔内，一般每隔4—5m才设一个手孔，本塔中共34块板，须设5个手孔，每个孔直径为100mm。

5.5 塔总体高度的设计

5.4.1塔顶部空间高度是指塔顶第一层到塔顶封头的直线距离，取除沫器到第一块板的距离为600mm，塔顶部空间高度为1200mm。 5.4.2塔的底部空间高度

塔的底部空间高度是指塔底最末一层塔盘到塔底下封头切线的距离，釜液停留时间取10min。

??3HB?(tLS?60?RV)/AT?(0.5~0.7)?(10?0.269?10?60?0.142)/0.071?0.6?0.87m

5.4.3 塔总体高度

?Hl?HTN精?HTN提?450?(34?1)?150?15000mm?15.0m

H?Hl?HB?H群?H封?H顶?15.0?0.87?2?0.43?1.2?19.5m5.6 换热器（进料预热器或产品冷却器）的设计计算

5.5.1 冷却器

选取管壳式冷凝器，冷凝水循环与气体方向相反，即逆流式。当气体流入冷凝器时，使其液膜厚度减薄，传热系数增大，利于节省面积，减少材料费用。

取冷凝器传热系数：K?550Kcal/(m2?h??C)，又吉林地区平均温度25?C，10?C 对于逆流：

T 81.06?C?82.25?C t 25?C?35?C

?tm??t2??t1ln?t2?t1?(81.06?25)?(82.25?35)ln(81.06?25)(82.25?35)?51.52?C

故冷凝器冷凝面积：

A?QCK?tm?44.91?36002302??tm?44.91?36002302?51.52?1.36m

2公称直径/mm 159

表5.1 选取的冷凝器参数表[7] 换热面积管程数 管数 管长/mm

/m2 1

13

2000

21.94公称压力/MPa

25

注：摘自《金属设备》上册P118表2-2-5和P135表2-2-8 标准图号：JB1145-71-2-38 设备型号G273I-25-5

5.5.2 加热器

选用U型管加热器，经处理后，放在塔釜内。蒸汽选择133.3?C饱和水蒸气，传热系数：

22K?1000Kcal/(m?h??C)?4186kg/(m?h??C) ?t?133.3?100?33.3?C

由热量衡算知QS?44.91?3600?179676kJ/h 换热面积A?QS??1796764186?33.3k?t?1.29m

2?

表5.2 所选加热器参数表[7]

公称直径/mm 159

管程数 1

管数 13

管长/mm 2000

换热面积/m2

21.94公称压力/MPa

25

注：摘自《金属设备》上册P118表2-2-5和P135表2-2-8 标准图号：JB1145-71-2-39 设备型号：G273Ⅱ-25-4

5.7 进料管的设计

本次加料选择高位槽加料，所以WF可取0.4-0.8m/s。本次取WF?0.6m/s。 tLD?81.06?C，查化学化工物性数据手册得

?苯?813.81kg/m,?甲苯?808.96kg/m

33则

1?LD?X?D?苯4F?（1?X??甲苯?）D?0.95813.15?3?0.05809.96?1.23?10?3??LD?813.01kg/m

3dF??WF?LD?4?1.36?10?86.403.14?0.6?813.01?0.018m

式中F?——进料液质量流量，kg/s

3?L——进料条件下的液体密度，kg/m，圆整后dF?18mm

表5.3 所选进料管参数表[8]

内管d2?s2 外管d1?s2

18?3

76?4半径R

H1 H2

75 120 150

注：摘自《浮阀塔》P197表5-3

内管重/(kg/m) 1.63

5.8 泵的选型

为确定泵输送一定流量所需的扬程H，应对输送系统进行机械能衡算，这里选择原料罐内的液面与进料口处的管截面建立机械能衡算式：

H??Z??P?g??u22g??hf1??hf2??hf3

式中：Z——两截面处位头差

?P??u2——两截面处静压头差 ——两截面处动压头差

2g ?hf1——直管阻力

?hf2——管件、阀门局部阻力 ?hf3——流体流经设备的阻力 对进料管uF可取1.5-2.5m/s 取uF?2m/s，?LD?813.01kg/m3

VS?34000003600?8000?813.01VS?1.45?100.000145?4m/s?1.28m/s3进管流速uF??4??2

D0.785?0.0122提升压头h?uF2g?1.282?9.8?0.065m

设料液表面至加料空位置为10m，管长为20m，有两个90?弯头，??0.75，

Le/dF?35,Le?35?0.01?0.35m,料液?F??LD?813.01kg/m3?F?0.269mPa?s?0.269?10Re??dFuF?F??0.25?3Pa?s?38685.98?10为湍流?0.2540.01?1.28?813.010.269?10?3?F

??0.3164Re?0.3164?(38685.98)?0.023?P?PF?PD?107.825?101.325?6.5kPa在原料液内的液面与进料口建立机械能衡算：

HF?(?L?LedF?uF2g???)2uF?22g?P?(0.023?20?0.350.011.282?9.8??0.75)?6.5?101.2822?9.8?3?3.975m

He??Z???Fg?HF?10?813.01?9.8?3.975?14.87表8-3泵的参数表[7]

流量/m3/h

6.0

设备型号：112扬程/H/m 15.7

转数/r/min 3400

叶轮直径/mm

125

允许吸上真空度/m

7.5

效率/% 53

?BA?7A

5.9 贮罐的计算

以回流罐为例，回流罐通过的物流量

Lh?(R?1)D?(1.78?1)?0.5713?10?3?1.59?10?3kmol/s?1.59?103?3?86.04?0.137kg/s设凝液在回流罐中停留的时间为10min，罐的填充系数?为0.7，则该罐的容积V计算如下

V?Lh?/?L??0.137?20?60/805.08?0.7?0.29m

故回流罐容积可取V=0.3m3

第 6 章 结论

6.1 结论

我们的课程设计任务：苯-甲苯浮阀式连续精馏塔的设计在历时进5个星期后，终于完成了。这次对苯-甲苯浮阀式连续精馏塔的设计，我们了解任务设计的基本内容，掌握了它的主要程序和方法，培养了分析和解决工程实际问题的能力，更重要的是树立正确的设计思想，加强了 个人的独立完成任务的能力。

根据4个多星期的数据计算处理，得出了一些主要的基本数据，由所选参数在进行校核可知： 冷却水消耗量Wc=4.6?103Kg/h ，塔顶馏出液带出热量QD=-2617.96KJ/h ，塔底馏出液带出热量QW=5188.40KJ/h ，加热蒸汽消耗量Wh = 101.47Kg/h。由精馏塔的附属设备的计算可知：塔顶冷凝器的型号为G159I-25-2，塔底再沸器的型号为G273II-25-3。

本次设计计算结果均符合设计要求，故本次设计是合理的。

6.2 主要数据结果总汇

项目 表6.1 设计浮阀塔板的主要结果汇总表 符号 单位 计 算 数 据 精馏段 0.3 0.45 0.648 0.24 0.056 0.06 0.0055 9 7.15 7.19 6.0 0.075 621.31 0.1398 54.73 0.068 0.032 1.48 塔板类型

单溢流弓形降液管 提馏段 0.3 0.45 0.618 0.24 0.0528 0.06 0.014 9 6.74 7.27 5.58 0.075 616.15 0.1407 58.11 0.0625 0.030 1.42 塔径 板间距 空塔气速 堰长 堰高 板上清液层高度 降液管底隙高 浮阀数 阀孔气速 浮阀动能因子 临界阀孔气速 孔心距 单板压降 降液管内液层高度 泛点率 气相负荷上限 气相负荷下限 操作弹性 D HT u lwhWhL m m m/s m m m m m/s h0 N F0 ?0Cm/s m Pa m % m/s m/s 33t ?PpHdF (VS)max(VS)min

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