苯-甲苯精馏塔设计课程设计(编辑修改稿)

苯-甲苯精馏塔设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

用假设的塔板间距符 合计算得到的塔径所对应的塔板间距的取值范围，即假设成立。 塔截面积： 222 mDAT   堰及降液管的设计 : 溢流装置设计 : （ 1）降液管类型与溢流方式 ① 降液管的类型 降液管是塔板间液体流动的通道也是溢流液中夹带的气体得以分离的场所。 降液管有圆形与弓形两类。 弓形降液管的堰于壁之间的全部界面区域均为降液空间，塔板面积利用率最高。 因此，本设计使用弓形降液管。 ② 溢流方式 液体在塔板上的流动形式分为单溢流，双溢流和多溢流。 当塔径小于 2m时，通常采用单溢流，塔径在 2~4m 时采用双溢流，塔径大于 4m 时，一般应考虑采用多溢流。 单溢流方式中液体自受液盘横向流过塔径至溢流堰。 液体流径较长，踏板效率较高，塔板结构简单，加工方便。 在直径小于 的塔中被广泛使用。 因此，本设计也是用单溢流的方式。 （ 2） 精馏段溢流装置的设计计算 21 21 各量间的相对 关系示意图 ① 堰长 Wl 对于单溢流，溢流长度通常为（ ~） D，对于双溢流（或多溢流）两侧的降液管，堰长取塔径 D的 ~ 倍。 中间降液管的堰长通常为 左右，塔板上的总堰长为该板上各堰的长度之和。 取 mDlW  ② 溢流 堰高度 Wh 堰高与板上清液层高度及堰上液层高度的关系为 OWLW hhh  选用平直堰，堰上液层高度 OWh 用弗兰西斯公式计算，即 32100  WhOW lLEh 3 6 0 00 0 4 6 0 0 WsWh l Ll L 22 22 图 281 液流收缩系数计算图 查图 281 得： E   mlLEhWhOW 0 1 8 0 0 0 0 3232  对于平直堰板上液层高度 Lh 一般在 50～ 100mm，由以上假定这里取mmhL 55 ，故 mhW 。 在工业塔中堰高 Wh 一般为 ～ ，即假设的板上液层高度符合要求 . ③ 弓形降液管宽度 dW 和截面积 fA 由于 DlW ，查图 282得：  DWAA dTf，故 mA f  mW d  降液管的截面积应保证液体在降液管内有足够的停留时间，使溢流液体中夹带的气泡能来的及分离，为此液体在降液管内的停留时间不应小于 3~5s，对于高压下操作的塔极易起泡沫的系统，停留时间应更长些。 因此，在求得降液管截面积 Af后，应按下式验算降液管内液体的停留时 间 依式hTfL HA3600 验算液体在降液管中停留时间，即 sL HAh Tf   ＞ 5s 23 23 故降液管设计合理。 图 282弓形降液管的参数 ④ 降液管底隙高度 0h 降液管底隙 高度 h0 即为降液管底缘与塔板的距离。 确定降液管底隙高度 h0的原则是：保证液体流经此处时的局部阻力不太大，以防止沉淀物在此堆积而堵塞降液管，同时又要有良好的液封，防止气体通过降液管造成短路。 降液管底隙高度一般不宜小于 20~25mm，否则易于堵塞，或因安装偏差而使液流不畅，造成液泛。 由公式 39。 00 3600 ulLh Wh 1 计算。 式中 0u 为液体通过降液管底隙时的流速，根据经验，一般取 0u =～。 为简便起见，有时用下式确定 h0，即 h0= 2 此式表明，使降液管底隙高度比堰流液高度低 6mm，以保证降液管底部的液封； 以下计算用 1 式计算， 2 式验算； 设计中取 smu /  ，则 mulLh Wh 0 2 6 0 0 3 6 0 00 0 4 6 0 0 39。 00   24 24 mhh W  ＞ 故降液管底隙高度设计合理。 ⑤ 受液盘 凹形受液盘可在深度 mmhW 5039。  低液量时形成良好的液封，又有改变流体流向的缓冲作用，并便于液体从侧线抽出。 对于塔径 600mm 以上的塔，多采用凹形受液盘。 本设计中的塔径为 ，且流体中无悬浮固体，故可采用凹形受液盘，深度 mmhW 5039。 。 （ 3） 提馏段溢流装置的设计计算 ① 堰长 Wl 取 mDlW  ② 溢流堰高度 Wh 堰高与板上清液层高度及堰上液层高度的关系为 39。 39。 OWLW hhh  选用平直堰，堰上液层高度 39。 OWh 用弗兰西斯公式计算，即 3239。 39。 39。 39。  WhOW lLEh 3 6 0 00 0 8 8 6 0 0 39。 39。 39。 WsWh l Ll L 查图 281 得： 39。 E   mlLEhWhOW 323239。 39。 39。 39。  对于平直堰板上液层 高度 Lh 一般在 50～ 100mm，这里取 , mmhL 80 ，故 mhW 0 4 3 39。  ③ 弓形降液管宽度 39。 dW 和截面积 39。 fA 由 39。 DlW,查图 282 得： 15 39。 39。 39。 DWAA dTf ,故 25 25 mWmA df 39。 239。  依式子hTfL HA3600 验算液体在降液管中停留时间，即 sL HAhTf 0000 88 0036 00 39。 39。 39。   ＞ 5s 故降液管设计合理。 ○ 4 降液管底隙高 度 39。 0h 降液管底隙高度应低于出口堰高度，才能保证降液管底端有良好的液封，由公式 39。 039。 39。 0 3600 ulLh Wh 取 139。 0  smu ,则 mulLh Wh 39。 039。 39。 0   mhhW 0 0 4 39。 039。  ＞ 故降液管底隙高度设计合理。 ○ 5 受液盘 同精馏段采用凹形受液盘，深度 mmhW 5039。 39。 。 板式精馏塔的结构设计 由于筛板塔的结构简单易于加工、气体压降小、塔板效率高，且本设计中处理的物料粘性不大且清洁性较好，从生产需要和经济合理的角度出发故使用筛板塔。 塔板布置 ① 塔板的分块 塔板有整块式与分块式两种， 直径在 800mm 以内的小塔采用整块式塔板，直径在 900mm 以上的大塔，通常都采用分块式塔板，以便通过人孔装拆塔板。 因 D=1600mm，故塔板采用整分块式。 ② 安定区 开孔区与溢流区之间的不开孔区称安定区，也称破沫区。 此区域内不装浮阀，在液体进入降液管之前，设置这段不鼓泡的安全地带，以免液体大量夹带泡沫进入降液管。 其宽度为 Ws。 可按下述范围选取，即： 当 D 时， Ws=60~75mm。 26 26 当 D 时， Ws=80~110mm。 直径小于 1m 的塔， Ws 可适当减小。 这里取 sW。 ③ 无效区 在靠近塔壁的一圈边缘区域供支撑塔板的边梁之用，也称边缘区。 小塔一般为 30～ 50mm，大塔可达 50~75mm。 这里取 mWc 。 ④ 开孔区面积计算 开孔区是布置筛孔 的有效传质区，也称鼓泡区，其面积 aA 按式   rxrxrxA a a r s in1 8 0π2 222 计算，其中   mWWDx sd )(2  mWDr c  故 2222 r s i n180 mA a    筛孔计算及其排列 ○ 1 筛孔直径 筛孔直径的大小对塔板压降及塔板效率无显著影响；但随着孔径的增大，操作弹性减小（在开孔率，空塔气速及液流强度一定的情况下，若孔径增大，则漏液量和液沫夹带量都随之增大，因此，孔径增大，操作下限上升，操作上限下降，导致操作弹性减少）。 此外，孔径大，不易堵塞，且孔径大，制造费用低。 工业生产中一般用 3~10mm 的孔径。 推荐用 4~5mm 的孔径。 本设计中物系的表面张力为正，可采用 0d 为 4～ 5mm 的小孔径塔板。 这里取筛孔直径 mmd 40。 ○ 2 筛板厚度 通常使用的碳钢塔板的板厚  为 3～ 4mm。 而筛孔加工一般使用冲压法，在这里考虑加工的可能性应使  小于孔径 0d。 这里取 mm3。 ○ 3 孔中心距 相邻两筛孔中间的距离称为孔中心距，设计推荐值为 4~2/ 0 dt。 这里取 27 27 2/ 0dt ，即 mmt 8。 ○ 4 筛孔的排列与筛孔数 筛孔按正三角形排列，筛孔的数目 n可按下式计算 个1 0 2 8 70 0 5 5 22  t An a ○ 5 开孔率 开孔率φ为 %6 7 849 0 %1 0 02200  tdAA a 流体力学的计算： 精馏段筛板的流体力学验算 （ 1）阀孔气速 气体通过阀孔的气速为 精馏段 smAVu s / 2 6 7  提馏段： smAVu s / 39。 39。 0  （ 2）塔板压降 ① 平 板阻力 ch 计算 在筛板的开孔率 %15 时，干板阻力 ch 可由式 LVc cuh 20005 计算。 且 mmd 100  时，流量系数可由下图直接查出。 由 d ，得 c。 故 mh c 00 31 2  28 28 图 2101 干筛孔的流量系数 ② 气体通过液层的阻力 1h 计算 气体通过液层的阻力 1h 常由下式估算 )(h 1 OWWL hhββh  其中β为充气系数，可由下图查得。 图 2102 充气系数关联图 其中 0F 为气相动能因子，定义式为 VauF 0 其中 smAA Vu fT sa /  29 29 则 F 查图 2102得 。 故 mhhh OWWL 0 3 1 )0 1 3 ()(h 1   ③ 液体表面张力的阻力计算 液体表面张力的阻力 h 由式 04gdhLL  计算。 其中 mNmmNL W mL F mL D mL /0 1   则 m0 0 2 0 0 7 0 1  ④ 塔板压降 气体通过每层塔板的液柱高度 Ph 由式 hhhh cP  1 计算，即 m0 6 0 0 2 5 2 0 P  气体通过每层塔板的压降为 . 0 6 0 20gh PP LPP   ≯ 7kPa（设计允许值） （ 3）液面落差 对于本设计中的筛板塔，由于 D 远小于 1600mm，故液面落差很小，且塔径和液流量均不大，可忽略液面落差的影响。 （ 4） 液沫夹带 液沫夹带量由式 fTaLV hHue 计算。 由于 . 1 3 7 5 m00 5  Lf hh 故 气液 kg/. 13 kge V    ＜ 气液 kgkg. /10 故在本设计中液沫夹带量 Ve 在允许范围内。 （ 5）漏液 对筛板塔，漏液点气速 min,0u 可由式 30 30   VLL hhCu  0 5 0m i n,0 计算，即   smu / i n,0  实际孔速 smu /  ＞ min,0u ，则稳定系数为 in,0 0  u。