化工原理竞赛

概述本设计是以年产8万吨丁苯橡胶为目标的设计、各种设备参数的计算及选型，此次设计内容复杂，本小组是以汽提塔分离苯乙烯和胶乳为主、工艺流程为辅的设计。汽提塔简介：它是利用蒸汽蒸储去除废水中的挥发物（如酚）的工艺叫汽提。汽提塔主要设备为汽提塔，液体由塔顶连续进入，水平流过一塔板后，由溢流管流入下一塔板。蒸汽由塔底上升，顶开塔板上的浮阀，水平方向吹入液体层后，继续上升进入上一塔板。汽提塔的工作原理：汽提是通过惰性气体来降低溶质的气相分压。从而达到溶剂的再生目的。汽提用气体用的是惰性气体，一般有水蒸气、氮气。汽提塔的原理跟分储塔原理一样，通过塔盘上气液两相的接触实现传质与传热，使不同挥发度的组分分离。塔设计及校核一.）汽提塔全塔物料衡算本次设计塔选择的是汽提塔，已知数据：年产8万吨丁苯橡胶

混合进料「胶乳量kg/hL苯乙烯kg/h塔顶温度40~60c(50C)塔底温度50-7OC(60C)XX;操作压力为13~26kpa加热方式为直接蒸汽加热;计算求得%/104计算求得%/104Xi=5%/104+%/3X10X2=%y2=0又因为MF=%104+%)3X105=…F113S8,49则L=亍―=KmOl/h苯乙烯Cp=KT/(kg-k)=%Q=ECpm\t=x+Cf)xx=KJQ=ECpm\t=x+Cf)xx=KJ2=CpM\t=xmx(100-95)=x5Xm=Q所以m=r-7=kgv=二=Kmol/hv(y1-y2)=L(x1-x2)所以m=r-7=kgv=二=Kmol/hv(y1-y2)=L(x1-x2)1=Vy=vylM(LFm=kg/kmolLFwn=X104+x3x105=kg/kmolLm=+/2=kg/kmolMvx18=(18+86y1Mvx18=(18+86y1)=<MvFm=y1X104+(1-y1)Fwm=y2X104+1x18=18kg/kmolMvm=(18+86y1Mvm=(18+86y1+18)/2=(18+43y1)kg/kmol二.）平均密度计算1）气相平均密度计算由理想气体状态方程计算，即kg/m3123,bM(lS-F43y)

8.314X(55.2+273.15)kg/m3Pf=+18=kpaPw=+x12=kpaPm=+/2=kpaTm=+60)/2=2）液相平均温度计算液相平均密度的计算公式，即—=E%i/piplm塔顶液相平均密度的计算由t=C,查手册得苯乙烯p1=g/cm3胶孚Lp2=g/cm33PLFm==g/cm0.999/pl+0.0Dl/p2

三.）塔顶液相平均表面张力的计算由tD=50C查手册得8a=30mN/m8b=mN/m6l_DnFX30+x=mN/m进料板液相平均表面张力的计算由tf=60C查手册得8a=35mN/m8b=8b=mN/m6lfr=x35+x=mN/m提储段液相平均表面张力为8Lm=+/2=mN/m四.）汽提塔塔径设计板式塔的塔径依据流量公式计算，即塔径：Vs=m3/sLs=kg/sLhpi(W)f)1/2二…XLhpi(W)f)1/2二…XCm本沌)1/2c=Uma户A/"S79.1-0.S9»=m/su=x=m/sD=y3.14X1.146圆整Ar=D2=头际u—二二m/sZ=m五.)溢流装置计算为维持塔板上有一定高度的流动液层，必须设置溢流装置。溢流装置的设计包括堰长lw、堰高hw堰上液层高度how、弓形降液管的宽度w。(1)溢流堰长lwlw=X=出口堰高：本设计采用平直堰(2)溢流堰上液层高度how对于平直堰，堰上液层高度how可用公式how=^-E(4)2/3计算1000Lw得:how=2.4IODOX(O.SGhow=2.4IODOX(O.SG(3)堰高hwhw=m(4)弓形降液管的宽度小因为(3)堰高hwhw=m(4)弓形降液管的宽度小因为wd/D=所以w=x=m六.)塔板设计(1)孔面积Aa=2(xVr2-xAa=2(xVr2-x2ISO--■)=x=7-(wd+ws)=^-wc=MS=4mn^专冈板do=20cmx=7-(wd+ws)=^-wc=MS=4mn^专冈板do=20cm(Af=x=(2)孔中心距t=xdo=1155AA_1.1553.633n=t21155AA_1.1553.633n=t20.072=856个(3)开孔率:=L)2=%气体通过筛孔气速为Vs4.424U0=—==m/sAq0.074X3,筛板的流体力学计算1.塔板压降气体通过筛板时，需克服筛板本身的干板阻力、板上充气液层的阻力及液体表面张力造成的阻力，这些阻力即形成了筛板的压降。气体通过筛板的压降△Pp可由下式计算△R)=hppLg式中的液柱高度hp可按下式计算，即hp=hc+hi+hff式中hc——与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度，m液柱；hi----------与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m液柱;h,--------与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱。(1)干板阻力干板阻力hc可按以下经验公式估算，即hc=Cohc=Co（一）［1-Lt）2]式中uo——气体通过筛孔的速度，m/s;0-流量系数0-流量系数通常，筛板的开孔率？<15%,故上式可简化为c-I-c-I-CoUo)2v)L流量系数的求取方法很多，当do<10mm其值可由干筛孔的流量系数图直接查出。当do>10mm寸，由干筛孔的流量系数图查得C0后再乘以的校正系数。所以：hc=x(0.7732所以：hc=x(0.7732)2X(579.1尸m液柱C0=故校正后为C0=x=(2)气体通过液层的阻力气体通过液层的阻力hi与板上清液层的高度hL及气泡的状况等许多因素有关，其计算方法很多，设计中常采用下式估算hi=?hL=?(hw+how)式中？充气系数，反映板上液层的充气程度，其值从充气系数关联图查取，通常可取？=~。hc=B(hw+how)=B=查取Fo为气相动能因子，其定义式为Fo=UoJ-Ua=-Vs-(单溢流板)AtAf

式中F0气相动能因子，kg1/2(s.d2);Ua通过有效传质区的气速，m/s;A计算得uht——塔截面积，m2。A计算得uh:=m/s4.521S-0.04H2X4.52L6l=m液柱(3)液体表面张力的阻力液体表面张力的阻力h可由下式估算：h=^~Lgd0式中(TL式中(TL液体的表面张力，N/mb综上h=液柱故hp=hc+hL+h=Pav故塔板压降C0=hL=(16456)2(竺99)=m液柱0.773879.1hl=?hL=x=m液柱___3h?=A^=448.1210=m液柱lgd08799.810.005hp=Hl+Hi+H?=++=液柱压降△P=HpPLg=x879x=<.液面落差当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上构件位差，此即液面落差。筛板上由于没有突起的气体接触构件，故液流量范围内，对于X1600mm勺筛板，液面落差可忽略不计。对于液体流量很大及D>2000mm勺筛板，需要考虑液面落差的影响。.液沫夹带类型：错浇式(降液管式)鼓泡法：形成气泡液层，气相以分散相通过鼓泡层液相为连续相。鼓泡高度校核：液合率—=40[(3)]+1fghLl=40[^^(空)]+1(9.81hl)879

31/3L~g二丝里Vw\L607.093.6330.562.431/3L~g二丝里Vw\L607.093.6330.562.4hL0.08.f———―-f1.266m液柱5.7106(v-3(48.12101.020.80.302)=<液/kg气4.漏液u0,min=,(0.0056—0.13hL—h)厂v_乂(0.00560.130.080.0045)879一以:0.899=s实际筛孔气速u0=S>U0,min稳定系数K=3型=>故无明显漏液10.395.液泛Hd<<(田+hw)(Hr+hw)=+=hd=X(u0)2=X=液柱U0=sHd=hd+hp+hL=++=Hd<<(HT+hw)本设计中不会发生明显液泛。八.）吸收塔结构设计由于该吸收塔的总高度在10m以上，因此在设计中按照GB150-1998《钢制压力容器》进行结构设计计算设计压力Pc=设计温度取最高工作温度即60C设备材料为Q35-B焊接接头系数。=（双面对接焊，局部无损探伤）钢铁厚度负偏差C=腐蚀余量C2=2mm厚度附加量C=+2=下部液体存储空间容积一般以其所存储空间容积，一般以其所存储的液体相当于该塔5-15min的处理量考虑，选取下部同体体内直径D=8m下部筒体的计算厚度计算3=2[]Pc03X8=2x113X0.85-0.1=考虑厚度附加余量并圆整至钢板厚度系列，取材料名义厚度Sn=16mm下部设备封头厚度计算选用标准椭圆形封头，其厚度为»啊口曰近_0—―-2X113x0.35-0.5X0.2考虑厚度附加余量并圆整至钢板厚度系列，取封头名义厚度与同体厚度相同Sn—16mm上部筒体厚度计算〜PcDi0-3X2x4s—-—2[ff]t4>-Pc2X113x0.95-0.2考虑厚度附加余量以及最小厚度要求并圆整至钢板厚度系列，取上部同名义厚度8n—10mm上部设备封