年产25万吨苯乙烯工艺设计

1、毕业设计（论文）学生姓名 教学院系 专业年级 指导教师 单位 辅导教师 单位完成日期2011 年 06 月 10 日摘要本文设汁主要以年产25万吨苯乙烯为生产LI标，针对苯乙烯和乙苯的混合物的 分离。进料组成:60%；塔底产品组成9 8%;塔顶产品组成2%：常压，泡点进料， 筛板塔，冷却剂与蒸汽自选合适条件。操作条件:年工作300天，每天2 4小时，总工作时间为24X 3 0 0 =7200小时;设计 的基本内容和要求：（1）完成塔设备主体部分的物料衡算、热量衡算与主要设备设讣 计算；（2）画出塔设备装配图；（3）画出带控制点的下艺流程图。关键词:乙苯，苯乙烯，物料衡算，热量衡算，工艺设计。A

2、bs t ractThis pape r introduces t he d esig nmninlyw i th an n ua 1 capacity of2 5 0 0 0 0tonsof styren easp ro d u c tio ngoa 1 s, s t yrene and th em i xt u r eof et h yl b e nzenei ns e pa r a t ion. I n coming materi a 1comp o s itio n :6 0%; 98% ofth ebottomandthe pr o d u c ts; Toppr o d uct c

3、omp o nent C6/75CH3 + CH 4C6H5C2H5 + H2 C6/76 + CH、CH、C6H5C2H5C6H6 + CH2CH2高温裂解生碳：C6H5C2H5 8C + 5H2在水蒸汽存在下，发生水蒸汽的转化反应：C6H5C2/75 +2/7,0C6H5CHy+CO2+3H2此外还有高分子化合物的聚合反应，如聚苯乙烯、对称二苯乙烯的衍生物等。1. 4世界苯乙烯的生产与发展1. 4.1生产情况山于聚苯乙烯和ABS树脂等苯乙烯下游产品消费的强劲增长，近年来世界苯乙烯 的生产发展很快，,o 19 9 9年世界苯乙烯的生产能力为2 169 .8万t, 200 !年达到 2359.

4、8万t, 2 0 02年进一步增力到23 8 8.3万t, 2003年全球苯乙烯的总生产能力约为 2463.1万t,产量约为2 3 0 00万t,其中北美/南美地区的生产能力为742.7万t /a, 约占世界苯乙烯总生产能力的30.2%；欧洲地区的生产能力为6 40.1万t/a,约占世 界总生产能力的26.0%；中东地区的生产能力为119.5万t/a,约占世界总生产能力的 4.9%;亚洲地区的生产能力为960.8万t,约占世界总生产能力的3 9.0%。今后儿年， 随着中国和沙特阿拉伯等一大批新苯乙烯生产装置的建成投产，预汁到2006年世界 苯乙烯的总生产能力将达到约3 0 00万t / ao

5、2003年国外苯乙烯主要生产厂家悄况见 表1 2 o表2 003年国外苯乙烯主要生产厂家情况生产厂家生产能力/ （万吨/年）美国BP公司4 5.4美国雪佛龙.菲利普斯公司86.3美国Co s ,M ar公司9 0. 8美国陶氏化学公司68. 1美国Lyn den化学公司1 2 7. 1美国Nova化学公司5 9.9美国S t crling化学公司77.2美国W estlake苯乙烯公司1 8.2加拿大Nov a化学公司43. 0加拿大壳牌公司43.0墨西哥Premix公司15. 0巴西I n nov a公司25.0比利时巴斯夫公司5 0. 01.4.2发展前景世界苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯、A

6、BS/SAN树脂、SBR/SBR胶乳、不饱和 聚酯5树脂以及热塑性弹性体等,2003年的消费结构为：5 4%用于生产聚苯乙烯、I 2%用于生产发泡聚苯乙烯、16%用于生产ABS/SAN树脂、9%用于生产SBR橡胶 及胶乳、5%用于生产不饱和聚酯,4%用于生产其它产品。近年来世界苯乙烯消费现 状及需求预测惜况见表1-3。表13近年来世界苯乙烯消费现状及需求预测情况消费量/万t地区名称2000年200 1 年2002 年 20 03 年6年2 0 04年2005年 20 05 8 2.4540 . 25 6 9.6600.1620. 1635.7654.1北美/南美561.253 0.35 56.

7、35 64.2583605.26 2欧洲3. 7中东34.83 5. 136.83 7.43 &33 9.4亚洲40.39 20.8955. 31028. 210 6 4. 2110 9. 11 1 60.6 1218.71.5我国苯乙烯的发展前景与现状1. 5 .1生产现状我国苯乙烯的工业生产始于2 0世纪50年代中期，自兰州石油化工公司合成橡胶 厂采用传统的三氯化铝液相烷基化工艺，建成一套5000t / a苯乙烯生产装置以来，我 国苯乙烯的生产得到了飞速发展旷9】。20 0 3年我国苯乙烯的生产厂家有12家总生产 能力达到105万t,其中有8套为引进生产装置，生产能力合计为72. 9万t/

8、a,约占 国内苯乙烯总生产能力的69.4%。扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司的14. 5万”a装置 是目前国内最大的苯乙烯生产装置，生产能力约占国内苯乙烯总生产能力的13.8%； 其次是吉林石化公司，生产能力为14. 0万t,约占国内总生产能力的13.3%。随着我国苯乙烯生产能力的不断增加，产量也不断增加。1995年我国苯乙烯的产 量只有25 5 8万t, 1 998年增加到56.30万t, 2000年增加到76. 3 8万t, 1995-20 0 0 年产量的年均增长率达到24.5%。2 0 0 2年我国苯乙烯的产量进一步增加到8 9. 56万t,比200 1年增长13.8%, 199 72 0

9、02年产量的年均增长率为18. 5%。2003 年我国苯乙烯产量达到94. 82万t,比2 002年增长5.87%,其中中国石化集团公司的产 量为45.20万（，约占总产量的47.67%；中国石油天然气集团公司的产量为37.8 9万t,约 占总产量的39. 96%。中国石油吉林石化公司的产量最大，达到15. 98万t,约占 我国苯乙烯总产量的16.8 5%，位居全国第一；其次是扬予巴斯夫苯乙烯系列有限公 司，产量达到12. 34万t,约占国内总产量的13.01 %；再次是中石化茂名石化公司， 产量到10.40万t,约占国内总产量的10.9 7%。1.5.2发展前景我国苯乙烯主要用于生产聚苯乙烯

10、、ABS树脂、AS树脂、不饱和聚酯树脂、 丁苯橡胶、丁苯胶乳以及苯乙烯系热塑性弹性体等。2003年我国苯乙烯的消费结构为: 5 4.1%用于生产聚苯乙烯;16. 4 %用于生产ABS / SAN树脂;3. 1%用于生产丁苯橡胶 /丁苯胶乳；6.9%用于生产不饱和聚酯树脂；2. 8%用于生产苯乙烯系热塑性弹性体; 16. 7%用于生产农药、医药和离子交换树脂等其它产品（川。2苯乙烯主要生产工艺说明2.1产品及原料性能2.1.1苯乙烯(1)生产规模本装置以苯和乙烯为原料，通过液相烷基化反应生产乙苯，然后，乙苯直接催化脱氢 生产苯乙烯生产规模：年产苯乙烯25万吨(2)苯乙烯产品化学名称:苯乙烯别名：

11、乙烯基苯分子式：C6H5C2H3分子量:1045(3)物理，化学性质a.物理性质外观：无色透明芳香性液体沸点：1 45. 15C (0. 101 3 MPa)凝固点3 0-63 *0(0.10 3 MPa)闪点：31C自燃点(ASTM法)：在空气中4 90C,在氧气中450C临界温度:3 7 4C临界压力：3.94MPa液体比重:0.9060黏度：0. 7 3 hnPcfS (25C)热容:0.169 5KJ/mo 1 C比热：0. 0O174KJ/g.C(2 5C)燃烧热:4 2.15 9 5 KJ/g折光指数：1.546 9与空气混合的爆炸极限：1. 1 -6.190(v)聚合热：6 97

12、2.2KJ / mo 1 (25C)熔解热:0. I 062KJ / g汽化潜热：3 7.03MJ / mo 1溶于乙醇和乙醛，不溶与水b.化学性质：还原反应：CbH5CH = CH. + H2CbH5CH2CHy部分还原：CHCH = CH2 +4仏 昭、CbH、CHCH完全还原：C6H5CH = CH2 + O2 Cl2 HCHO + C(、H,COOH氧化反应：C(,H、CH = CH2 + C/2 cl,ch C6H5CHCICH2Cl加成反应：C6H5CH = CH2 + HCl2 j CbH5CHC - CH3(4)用途苯乙烯是重要的有机化工原料.苯乙烯聚合生产通用级聚苯乙烯(GP

13、PS),经处理 能生成高抗冲聚苯乙烯(H I PS)与丁二烯，丙烯睛三聚生成ABS;与丙烯睛共聚声称 SAN,与丁二烯共聚生成丁苯橡胶(SBR)o其次在纺织,印染，涂料，农药和医药等 方面也有广泛的用途少】。苯乙烯系列树脂的产量在世界三大合成材料的产量中排名第三，仅次于聚乙烯， 聚氯乙烯树脂。因此随着对苯乙烯系列树脂需求量的日益增加，苯乙烯应用将会更加 广泛【心。2.1.2乙苯分子量:1 0 6.1 7分子式:6H5C2H5(1)物理性质：比重：0.8 8 2(C)闪点：1 5C (蒸汽)临界温度:3 64.1 C液体热容量039 5 k c al / kg C终沸点:v= 1 85 C低沸物

14、含量:=3%二乙苯含量：=9 9%蒸发潜热：8.57 k c al/kgC液体黏度：104 1 mPa.S燃烧101 kcal/克分子爆炸范围：（体积） 1.0-6.7沸点：1 36.21 mPa. S / 760mrnHg凝固点:-9 4 . 4 1 4C/ 7 60mmHg临界压力：38. I a t m（绝压）蒸汽热容量:0. 285kcal / kgC蒸汽压力:7.5mmhg（ 2 0C）在水中的溶解度:0. 0 1%（1 5 C）自燃点：5 53C厂房允许浓度：v0.05mg/l（2）化学性质1）脱氢:2C6H5C2H5 2C.H5C2H4 + H22 ）炷化：C6H5C2H5+C4

15、H2 C6/74（C2/75）23）用途：作为苯乙烯的原料（含水9 0 Oppin）外观:透明介质酸碱性:中型比重：0.87 5 -0.88（20C ）挥发度:无残渣沸程：79-80.6C凝固点：5.4C2. 1 . 3二乙苯外观：无色透明液体，无机械染质初沸点：=17 5 C 分子量：1 34.28 2 憎出物体积：=9 5 %高沸物含量：=2%2 .1.4三乙苯含二乙苯：v= 13.7 3,含三乙苯：=86.17,焦油:痕量其中苯含量：29.3%,甲苯:78.3%,乙苯：0. 4%外观：浅褐色液体含苯:5 5 -60%2 1 5炷化液含乙苯：=4 0%;含二乙苯:=10%(wt%);含多乙

16、苯：=98. 5%氧化铁： =0.1%；水中石容物：一0.1%；颗粒度：V5mm(2)对叔丁基邻苯二酚(TBC)外观:白色或浅褐色粉末；凝点:5 0C;灰粉:0. 25% (wt)C a 和 Mn: =95%;邻一TBC： =2%； 3 . 5-TBC： =3%对叔丁基苯酚:=0. 7%；其他:88%转化率：4 6 %；苯乙烯收率：4 9%(4)苛性钠NaOH 含量:2 0 % ； NaCO 3含量：1 %(wt)NaCl 含量:2% (w t );FeC 0 3 含量:=9 5%； M/O:=0. 5 ；H20： = 90% （w t ）含水:=l%（wt）;灰粉=1 80C热敏性物质，低于

17、50C存放；使用温度:C6/75CT2CT?副反应：C6H5CH2CH5+CH2 = CH2 a,c, CH3CH2ChHACH-,CH?烷基化反应：CH、CH &H 4 + C&H 6丄2（：山、CH ?CH 3水解反应：AlCl3+3H2OAl （OH ）3 + 3HCI中和反应：HCl + NaOHNaCl + H.OJ2.2. 2乙苯脱氢反应主反应：C6H5C/72CH3 520_6TK） C6H5CH = CH2 + H2副反应：C(H5CH2CH3 + H2C6H5CH3+CH4C6H5CH2CH3C6H6+CH2CH4C6H5CH2CH3 8C + 5H22.3苯乙烯生产流程评述

18、2 3 1坯化工段来自中间仓库的干苯和来自乙烯车间的乙烯和苯以0. 4-0. 5 : 1的配比，从塔底送 入反应器。同时，将配好的催化剂溶液经复合体加料泵加入反应器，在此反应器内进 行烷基化反应。反应产物自桂化反应器上部各自流至冷却器，冷却65C后进行绘化液 沉降槽沉降分离，分离出的AlCh络合物自槽底部返回桂化反应器底部，上层炷化液自 流至水解塔。没反应的乙烯气体和苯蒸汽等从炷化反应器顶部出来经冷却器用循环水 使大部分蒸汽冷凝后进入尾气吸收塔，用二乙苯吸收未凝蒸汽和HCI气后，未凝气放空, 二乙苯吸收液反炷化，桂化液自上部直接流至中间仓库桂化液罐中1,6371 o2. 3.2乙苯精馅工段(1

19、)干燥苯塔来自中间仓库原料苯罐经原料泵送来的含水9 0 Oppm的原料苯,进入回流罐油相区; 来自循环苯塔的含水量2 500 p pm的循环苯，与苯干燥塔顶蒸出的经过冷凝的苯冷却 后进入回流罐分相区.塔顶气相温度8 I C经预热器与进料换热器后，进入冷凝器用循 环水冷凝，冷凝后循环苯塔回流泵送来的循环苯一起进入冷却器用循环水冷却器用循 环水冷却后进入回流罐分层区，上层脱水苯溢流至油相区，下层水相从集水包间断排 入1 1号管线塔釜为干燥苯，采出送至中间仓库干燥苯罐，9,o(2)循环苯塔来自中间仓库的炷化液进入循环苯塔加料区,塔顶气相镭分冷凝回流后冷却进入 苯干燥塔回流罐分层区。塔釜液(主要是乙苯

20、和二乙苯)用釜液泵送至乙苯塔。(3)精乙苯塔山循环苯塔釜液泵送出的釜液，进入精乙苯塔加料层,塔顶气相憎分乙苯经冷凝回 流采出至精乙苯塔，塔釜液送至二乙苯塔。(4)二乙苯塔来自精乙苯塔釜液的料液根据不同组成进入二乙苯塔不同进料板.塔顶得N-乙苯,塔釜得到多乙苯。2. 3.3乙苯脱氢来自中间仓库乙苯泵送来的乙苯与管网来的蒸汽进入乙苯蒸发器，乙苯与蒸汽量 比为1： 1.4,经过过热器壳程与脱氢反应器出来的650C烟气过热至580C后，配料气进 入脱氢反应器进行脱氢反应.反应产物经空冷，水冷，盐冷后进入沉降槽，分离后加 入阻聚剂阻止聚合，然后进入粗苯乙烯塔t20-2, o2.3.4苯乙烯精憎工段(1)

21、粗苯乙烯塔炉油自中间仓库送来，进入粗苯乙烯塔山再沸器加热精憎，塔顶产物苯，中苯，乙苯 轻组分进入循环乙苯塔的底部产物苯乙烯和苯乙烯焦油。(2)精苯乙烯塔精苯乙烯塔加料为粗苯乙烯塔经过冷却后的釜液，山再沸器加热进行精镭。塔顶 产品苯乙烯，纯度996(重量)，塔釜苯乙烯焦油(三废之一)。(3)循环乙苯塔粗笨乙烯塔塔顶镭分由回流泵送出，经循环乙苯塔进料预热器，用循环乙苯塔釜 液进行预热后，进入循环乙苯塔，山再沸器用1.6MPa蒸汽加热精谓，塔顶苯，屮苯憎分, 送至中间仓库苯，屮苯罐。塔釜即循环乙苯，进入循环乙苯塔冷却器，送到中间仓库 循环乙苯罐【22】。3工艺计算3.1物料衡算3. 1. 1原始数据

22、各种物质基本原始数据见表3-1【2叭表3-1原始数据表基本量分子量常压沸点K ( x i)wt%ACB7 & 1153.36 1.3 315. 9 008278 8.51- 5 2. 3 6苯92.1 43 8 3.80. 2 116.01 3 7甲苯3096. 52-53. 67乙苯106. 17409. 329.991 6. 01933279. 4二乙苯7 一5 9.95二乙苯13 4.264 5 6 . 97. 1516. 1143657. 22-7 1 . 18焦油162.2 60.9 7乙烯1 89. 330.3 528. 17方程式：F = D + WFxi = Wxi + Dxi

23、操作条件：设年工作3 00天，每天24小时，总工作时间为24X3 0 0=72 0 0小时，生 产能力为：2 5万吨每年；进料组成：6 0 %;塔底产品组成9 8%;塔顶产品组成2%。 常压、泡点进料，筛板塔、冷却剂与蒸汽自选合适条件。3.1. 2精馅塔的物料衡算乙苯的摩尔质量MA= 1 06. 1 7 k g / k mol苯乙烯的摩尔质量MA=104.1 5kg/kmol（1）原料液、塔顶及塔底产品的摩尔分率XF、XD、Xv分别计算结果如下。0.4/_/l 067f 0.4/.0.6/106.17 + 7104.150.98/ .= 1067t 0.98/+ 0.02/106.177104

24、.150.02/v =_710617川0.02/丄 0.98/7106.17 *7104.15=0.396= 0.98= 0.02（2）原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量MF、MD Mw分别计算结果如下。M f =104.79kg/hno/M = 105.96kg/ kmolM w = 10404kg/ kmol（3）物料衡算根据无量守恒可知:F=：D+W。式中，F为进料质量（kmol/h）； D为塔顶出料量（kmoHh） ； W为塔釜出料量(kmol/ h ) o乂已知FXF=DXD+WXW.则当产量W = 2.5x10叹g,开工时间为330X24 = 7200/?O通过计算得：2 5x1

25、0 W = -=333.14kmol / h104.04x7200F = 54 864kmol/hD = 214.874/?3.2理论塔板数求解3. 2. 1进料泡点温度由试差法确定利用安托尼公式In P = A-T + C式中F为饱和蒸汽压（Pa）； A、B、C为安托尼常数;T为温度，Co假设T=414 K = 14 1 C,代入公式 得PA=888. 1 mmHg;PB=679.88mmHg；由 K = P /760,得 KA = 888.1/760 =1.17； Kl = 679.88/760 = 0.92 ；把 K八；代入公式 心心+心（1-心）= 1.0263,符合要求，所以进点泡料

26、温度T=4 I 4 K=141Co同理，得塔顶温度 T= 4 0 8.5 K： PA=7 6 3. 9mmH g ； PB=6 0 0.2 8 mmHgo同理，得塔釜温度T=4 18K;PA=9 8 1 . 92mmHg： PB=774. 9 5mmHgo=肚&%7988=763%0.28= 1.272=981%4.95= 1.267平均相对挥发度”aF +aD+ aw= 1.281 + (am 一 1)亠=0.456322最小回流比及操作回流比计算把乙苯一苯乙烯视为理想溶液。原料液、塔顶及塔底产品的挥发度a八巾八匕丫分别讣算结果如下。因泡点进料，故进料方程q=l。 xq = xF = 0.3

27、96最小回流比Rmi“= &4片-Xq实际回流比 /? = 1.5/?min=12.63.2.3求精馅塔的气液相负荷L = /? D = 2707.412kmol/hV = (R + )D = 2922.286kmol/hLr = L + F = 3256.026如?oVf = V = 2922.2S6kmollh上述式中厶.C分别为精佛段、提溜段上升蒸汽流量;V、V分别为精憎段、提溜段下降液体的虽3 24求操作线方程精憾段:尸存+况“926X + 0.0721T n提溜 a：/ = X+-Xlv =1.114x + 0.0015V3.2- 5图解法求理论板数釆用图解法求理论板数，如图31所示

28、求解结果为:N=52;进料板位置NF=3 1。3.2.6全塔效率求解根据公式“ =式中A、B、C、D、E均为系数，求得在塔顶、塔底温度下的粘度如下表32。表32塔底温度下的产品粘度粘度/cp产口口名称塔顶 /40 8 . 5 K塔顶/418K乙苯0. 2 40.2苯乙烯0 .24 20.2 2 7“ = 0.24 x 0.98 + 0.02 x 0.242 = 0.24“w =0.21x 0.98 + 0.02 x 0.227 = 0.21=(0.24 + 0.02) = 0.225式中,心、如,、“射分别为混合液体在塔顶、塔底粘度及平均粘度。由此得全塔效 率 ET = 0.49(“严=0.6

29、6 o3.2.7实际塔板数求取精谓段得实际塔板层数N沪3%66 = 47块;提溜段实际探班层数“捉亠% “ = 32块。3 .3精馅塔工艺条件及有关物性数据计算3.3.1以精憎段为例进行操作压力的计算由塔顶操作压力PD二1 01.3kpa,取每层塔板压降 = 0.75g,得进料板压力P, = 101.3 + 0.75 x 47 = 136.55k几;精憎段平均压力 Pm =山)1 -、+ )= 118.925切“。2依据操作压力，由泡点方程通过试差法计算出泡点温度，其中乙苯-苯乙烯的饱和 蒸汽压由安托尼方程可算，计算的塔瑋温度=135.5叱；进料板温度.=143.8叱； 精憾段平均温度切=(门

30、55 +143.% = 139.65C。3. 3.2平均摩尔质量的计算(1)塔顶平均摩尔质量计算山儿=0.9& ”、+(：；：“得以下结果。x, = 0.975MVDM =0.98X106.17 + 0.02X104.15=106. 5kg/kmolMWM = 0.975 xl06.17 + (1-0.975) X104.15=106.12kg/ kmol(2)进料板平均摩尔计算山图解理论版得丹=0.439 ,查平衡曲线得心=0.379。MVFM = 0.439 xl06.17 + (l-0.439) X104.15=105.04kg/ kmolM “M = 0.379 x 106.17 +

31、(1 - 0.379) xl04.15=104.92kg/kmol(3)精懈段的平均摩尔质量J% =(1612 + 104.9% = 105 52焙/加。/3.3.3平均密度的计算(1)气相平均密度计算由理想气态方程计算，即；C - PH,MVM _118.925x105.585PVM RTilt 8.314x(139.65 + 273)=3.55kg/m（2）液态平均密度计算液相平均密度依下式计算，即;由=1355叱査手册得:p侏=760Rg/；/?笨乙烯=790红/甘,计算塔顶液相 平均密度Qsm，结果如下：由tF = 1438C ,查手册得乙笨=755g/F ； pg = 790匕/亦。

32、计算进料 板液相的质量分率6,结果如下。2 _-379x106-17_0.379 xl06.17 + (l-0.379)104.15=0.384则进料板得平均密度计算如下。弘F鉴5.7心。=716.5kg/m山以上计算结果，得精懈段液相平均密度为P =（7606 +776.呀=768.55kg/加。3. 3 .4液相平均表面张力计算液相平均表面张力依下式讣算。B|J： b如=为X0。iill tD = 135.5C ,查手册得：b乙苯=16mA/ /m ； b苯乙烯=20mA/ /m，得塔顶液相平 均表面张力 cr口加=0.98 x 16 + 0.02 x 20 = 16.08nW/m。由tF

33、 = 143.8C ,查手册得07苯=14.75mA/ /m ; b苯乙烯=16.9mM / m。得进料板液 相平均表面张力：(7Wm = 0.379 x 14.75 + 0.621 xl6.9 = 1609M /m ,山以上计算结果得精憎段液相平均表面张力：=(16,084-16.09) =16083/w23. 3 .5液体平均粘度计算液相平均粘度依下式计算，即:n “5 = 0i由O=135.5C,得“乙苯=0.24mPas;“苯乙烯=0.242 mPa* 5,解出塔顶液相平 均粘度 “/皿=0-98 x 0.24 + 0.02 x 0.242 = 0.24沪 s。由tF = 143.8C

34、 ,得“乙苯=0.225mPa s ； “苯乙坤=0.231 mPa s，解出进料板液相 平均粘度 “m = 0-379 x 0.225 + 0.621 x 0.231 = 0.229沪 s。以由上结果得精僻段液相平均粘度g = 2坦门29 = 0.234J“s。3.4精憎塔塔体工艺尺寸的计算3. 4.1塔径的计算精僻段的气液相体积流率如下。山maxCJ16.083 0.220 )lz VMVftl2922.286x105.5855 3600血3600X3.515=24.38m3/JTL _ LM _ 2707.412x105.52 -3600pb - 3600 x768.55=0.103加/

35、s式中C山下式计算，其中C20山下图32史密斯关联图查取，图的横坐标为:即吩”蠶x(|評。625取板间距HT=0. 5m,板上液层高度hL=QAm , WJHT-hL= 0.5-0.1 = 0.40wio查史密斯关联图得：C20=0. 0 85= 0.0814=0.085(图32史密斯关联图max=0.0814x768.55-3.5153.515= 1.201/77/5取安全系数为0.7,则空塔系数为：w= -7wmax = 0.7 X1.201m/s = 0.841/71/5D _ 14V. _ / 4x24.38 塔径 z _ V mt _ v 3.14x0.841=6.077m按标准塔径

36、元整后，塔径D = 6.077+ 0.2 a 6.3加 塔截面积 Ay = D = x6.3, =31.16?44实际空塔气速=土兰=0.782/5 o31.163.4.2精馆塔有效高度的计算精镭段有效高度Z樁=(N朴J =(47 - l)x0.5 = 23m提镭段有效高度乙芒=(N陆J=(32-l)x0.5 = 15.5m在进料板上开一人孔，其高度为0.8m进料板有效高度进料=1.5%第一块板上空间高度1.3m,最后一块高度为1. 5m,塔座高度h=2. 5 m。h 幷头=N D + 0.025 = 1.6m，/?卜封头=丿彳 D + 0.025 = 1.6/n。由以上计算结果，可得精憾塔的

37、有效高度：Z = 23+ 15.5+ 1.6+ 1.6+1.5+ 1.3 +2.5=47.0/7?3 .5塔板主要工艺尺寸的计算3.5.1溢流装置的计算(1 )堰长取人.=0.6x6.3 = 3.78 加(2)溢流液高度饥K =仏-h映选用平直堰，堰上液层高度心由式费兰西斯公式计算，即:0.103=0.06m取板上清液层高度hL = 100mm ,得hw = 0.04m (3)弓形降液管宽度Wd和截面积。由J空“6D 6.3查下图3-3弓形降液管的参数图，得仝= 0.058,巴= 0.125,故：ArDAt =0.085x316 = 1807Wd =025x6.3 = 0.788/7?依下式验

38、算液体在降液管中停留时间： 1.807x0.5=8.775 R 5s近似取E=I,则,J-=T5o6|77j 二而5一2.84 ( 3600 x0.103故降液管设讣合理。图33弓形降液管参数图OJ20.03O 02O O1心Q0 50.-40-70 80.9/0-00 06 0.05 0 04（4）降液管底隙高度仏h _ L, _0.103厶八如=3.78x0.25=0.109/?取 & = 0.25/71/5 札一儿=0.4 0.109 = 0.291 w特殊情况九Y屁,则应取hj A h。，选用凹形受液盘。3.5.2塔板布置因D = 6300mm,塔板采用分块式,查塔板溢流类型表得塔板分

39、1 2为块。塔径/ nun8001 2001400-1 6001800-20002200-2400开孔率牛-2L = O.9O7Xr 0.025 y塔板分块数3456边缘区宽度取 =% = 0.07m； Wc =0.03M。（1）开孔区面积人计算D6.3A =-（叱,+ WJ =（0.788 + 0.07）22=2.292/?/一牛罟 0.03 = 3.%=25.76/H2（2）筛孔计算及其排列本例所处理的物系有腐蚀性，可选用 Smi碳钢板，取筛孔直径d. = 25/7/ZH o筛孔按正三角行排列，取孔中心距f = 3。=3 x 25 = 75加，则筛孔数H= 5290 个。= 10.1%开孔

40、面积人）=0.101 x 25.76 = 2.6m2v 74 3只 气体通过阀孔的气速“（）= =9.736?/$。A（） 2.63.6筛板的流体学验算hc = 0.051Pv1 PL= 0.05 lx9.37692)3.5150.624176&55匕Af A24,3831.16-1.8073. 6. 1塔板压降(1)干板阻力九计算由“% = 2沟= 8.33,查图3-4干筛孔的流量系数图得Co = 0.624 ,得=OO33i0246103图3 -4干筛孔的流量系数(2)气体通过液层得阻力血计算=0.831/?/5Fo = ua Q pv = 0-831 x J3.515 = 1.558査图

41、3-5充气系数关联图得戸=0.605故勺=phL = J3(hw + how) = 0.605 x(0.M + 0.06)= 0.0605 m 液柱。LO（3）液体表面张力所产生的阻力你计算h _ 4trL _ 4 x 16.083 xlO3* p風768.55x9.8x0.025 = 3.42xl04气体通过每层塔板的液柱高度 知=九+ hL+ha =0.033+ 0.0605 +3.42 xIO-4=0.09384 加气体通过每层塔板压降P = hppLg = 0.093842x 768.55 x 9.8=706.798P Y Q.lSkPa3 6.2液面落差对于筛板塔液面落差很小。且本例

42、的塔径液流量均不大，故可不考虑液面落差 的影响。3.6.3液沫夹带hf = 2.5hL = 0.08 x 2.5 = 0.2m图35充气系数关联图液沫夹带量匕计算如下。5.7x10/ 、325.7x10 0.831 )evcr16.083 xlO3 八 0.5 0.2)3.2=9.24 x 1 O3 kg液 /心 Y 0.驱液 / kg%故本设计中液沫夹带量“在允许范圉内。3. 6 .4漏液对筛板塔漏液点气速 = 44C J(0.0056 + 0.13hL_ha)%,=5.496/77/5实际孔速叫=9.3769 m/5 A %稳定系数=上=冬竺=1.71 A1.5 %5.496故在本设计负荷

43、下不会产生过量漏液。3.6.5液泛为防止塔内降液管发生液乏，降液管内液层高巧应服从下式的关系，即: 巧(+九)乙苯苯乙烯物系属一般物系，取0 = 0.5,则 (p(HT + hw ) = 0.5 x(0.5 + 0.040 ) = 0.27m。板上不设进口堰，则hd =O153(； =0.153x0.252 =0.0096m 液柱。Hd =叽 + hL + hd = 0.093842 + 0.08 + 0.0096 = 0.1834 m由上述计算可.Hd0.1 =57xlO&16083xl(THT-E)hf = 2.5(hw + how)=01 + 06875厶已知o- = 16.083xl0

44、/m, HT =0.5mVs =171.52(0.4-0.0.68751,)=6&61 -117.92 厶 在操作范围内，任取儿个厶值以上式计算叫值，结果见表34。表3 -4精憎段液沫夹带线数据表Ls / nr 0. 020.0 80.040.06Vs/msl5 9.9246.7254.8250.5 4山上表数据即可作出液潔夹带线2。3.7.3液相负荷下限对于平直堰，取堰上层高度.最为最小液体负荷标准山式得:0.03 化,05-0 1-0.6875厶2.843600紀%looor-=0.006取 E = l,2.84 3600厶.，加 %1000,3.78=0.0065 min =0.0032

45、2/5根据此可作岀与气体流量无关的垂直液相负荷下限线了。3 7 4液相负荷上限以& = 4$作为液体在降液管中停留时间的下限。山式得:Ls竺070.5 =0226卄4根据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线。3 7 5液泛线依式：2.84x10-33600L.3.78J.27 沙hc = 0.051Pv=0.051PvPL0（也+久）=曾,+力+仏.+打=& 86X105VS2h, = p(liw + how) = 0.065(0.04 + 0.275厶 )= 0.0242 + 0.16644/?a =3.42x10-4hp =8.86x10-5 Vs.2 + 0.0242 + 0664

46、厶 + 3.42 x 10-4=0.0245 + 8.86xlO5Vs2 +0.1664厶 %通过整理数据可知：匕 2 =2319.413-10158L/ -4981.94LS在操作范围内，任取儿个厶值以上式计算匕值，结果见表3 5。表35精憎段液泛线数据表Ls / nr0.020.080 . 040.06Vs/ms-144.1436.464 1.4838.98山以上数据表可作出液泛线5。综合以上数据，可作出塔板的年负荷性能图见下图36。0.153（Ls）2= 0.153r Ls 13.78x0.109；= 0.9L 251 1图36精馆段塔板的年负荷性能图在负荷性能图上，作出操作点A,链接0

47、A,即作出操作线。乂从图中可以看出，该筛板得操作上限为液乏控制，下限为漏液控制。 匕 2 = 27.75,/sV“=145F/y故操作弹性为萍 = 1.914Vy.min所设计筛板的主要结果汇总见下表36。表36精馅段所设计筛板的主要结果序号项1丨数值1平均温度C1 39 652平均压力好么118.9 253气相流量m/ s24. 384液相流量m?/ s0. 1035实际塔板数476有效段高度m237塔径m6. 38板间距m0.59溢流形式双溢流10降液管弓形11堰长m3. 7 81 2板上液层高度m0. 113堰上液层高度m0. 0 614堰高m0. 0 41 5降液管底隙高度m0. 10

48、91 6安定区宽度m0. 071 7边缘区宽度m0. 0318开孔面积n?25. 7619筛孔数目52 9 020筛孔直径m0. 0 2521孔中心距m0. 07522开孔率1 0123空塔气速m/s0. 84124筛孔气速m/ s9. 3 76925稳定系数1. 7 126每层塔板压降p706. 79 827负荷上限液乏控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带（kg/kg ）（液/气）0 . 0 0 9 2430气相负荷上限27.7 53 1气相负荷下限14.532操作弹性1.9143.8提馆段工艺条件及有关物性数据的计算捉憎段与精懾段丄艺条件、相关的物性数据以及计算原理是相同的，可以得到如 下

49、结果（具体讣算过程不再叙述）。3 8 1漏液线%n=6.161J1.83 + 6.09 厶 在操作范圉内.任取儿个厶值以上式计算匕值，结果见表3 7。表37提馆段漏液线数据表Ls / nr 510.0 20.080. 0 40. 06Vs/my9.3010.6 09.82 210.24由上表数据即可作出漏液线1。3.8.2液沫夹带线Vs = 68.09 -101 84厶在操作范围内，任取儿个厶值以上式计算叫值，结果见表38。表3 -8提憎段液沫夹带线数据表Ls / nr0 .020 . 080.040. 0 6Vs/ms-160. 594 9. 1 856.1852. 48山上表数据即可作出液

50、沫夹带线2。3 & 3液相负荷下限对于平直堰，取堰上层高度/匕最为最小液体负荷标准山式得:2.843600紀%looor-=0.006取 E = l,2-84 r 3600Ls. min1000,3.66=0.006LsAR4l685x054= 0.204/n3/5根据此可作岀与气体流量无关的垂直液相负荷下限线了。3.8. 4液相负荷上限以0 = 4s作为液体在降液管中停留时间的下限。由式得:根据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线。3 8.5液泛线vs 2 =1159.71-3386厶 2 2274.86厶，在操作范围内，任取儿个厶值以上式计算人值，结果见表39。表39提馅段液泛线数据

51、表Ls / nr 510.020. 080.0 40. 0 631. 472 6 .752 9.802 8.26山上表数据即可作出液泛线5。根据以上各线方程，作出塔板的年负荷性能图见图37。图37提憎段塔板的年负荷性能图在负荷性能图上，作出操作点A,链接OA,即作出操作线。乂从图中可以看出，该筛板得操作上限为液乏控制，下限为漏液控制。 匕“ =20.26卅/$曲/SV故操作弹性为严= 1.897匕.mm所设计筛板的主要结果汇总见下表310。表310提馆段所设计輪板的主要结果序号项LI数值1平均温度C1432平均压力好么1 3 0 . 9253气相流量n?/s2 1 . 444液相流量m*/s0

52、. 1 1 545实际塔板数326有效段高度m15. 57塔径m6. 18板间距m0. 59溢流形式双溢流1 0降液管弓形1 1堰长m3. 6612板上液层高度m0. 113堰上液层高度m0. 061 4堰高m0. 0415降液管底隙高度m0. 1 2 216安定区宽度m0. 0 717边缘区宽度m0. 0 31 8开孔面积n?1 8. 3219筛孔数目376 220筛孔直径m0. 02521孔中心距m0. 07522开孔率1 0. 123空塔气速m/s9. 84124筛孔气速m/s11.5725稳定系数1.02 126每层塔板压降p702.65327负荷上限液乏控制28负荷下限漏液控制29液沫夹带（kg/kg）（液/气）0. 025530气相负荷上限2 0.263 1气相负荷下限1 0. 6832操作弹性1.89 73.9辅助设备Y 0.785=99mm查表选0 08 x 4mm管3.9.2进料泵根据伯努力方程/=AZ + + A + Y/Pg Pg J选取原料罐液面高度为11面，原料管入塔处为22截面。 AZ = $ - 力=力 0 = 6.1 m/?2 = h谜冲+ (