MDI装置苯胺精馏塔设计计算表

MDI装置苯胺精馏塔设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

,一、基础参数与物料衡算,,,,,,,,

1,进料流量,F,设计值,给定,kg/h,29864.59,MDI装置苯胺精馏塔进料流量，来自工艺设计任务书,HG/T20570-2014,年产能23.4万吨苯胺，按8000小时/年计算

2,进料苯胺质量分数,w_F,设计值,给定,%,99.28,粗苯胺进料中苯胺的质量占比，含少量水和焦油杂质,HG/T20570-2014,来自硝基苯加氢反应粗产物

3,进料水质量分数,w_Fw,设计值,给定,%,0.0458,进料中水分的质量占比,HG/T20570-2014,反应副产物

4,进料焦油质量分数,w_Ft,设计值,100-w_F-w_Fw,%,0.6742,进料中焦油类杂质的质量占比,HG/T20570-2014,重组分杂质

5,塔顶产品苯胺质量分数,w_D,设计值,给定,%,99.95,MDI级苯胺产品纯度要求,HG/T2367-2004,满足MDI生产原料要求

6,塔底产品苯胺质量分数,w_W,设计值,给定,%,92,塔底残液中苯胺的质量占比,HG/T20570-2014,控制苯胺损失率

7,塔顶产品流量,D,计算值,F*(w_F-w_W)/(w_D-w_W),kg/h,27086.5,塔顶合格苯胺产品的流量,HG/T20570-2014,基于全塔苯胺物料衡算

8,塔底产品流量,W,计算值,F-D,kg/h,2778.09,塔底残液的流量,HG/T20570-2014,包含焦油和未分离的苯胺

9,苯胺回收率,η,计算值,(D*w_D)/(F*w_F)*100,%,99.86,苯胺从进料到塔顶产品的回收比例,HG/T20570-2014,满足工艺回收率要求

,二、物性参数计算,,,,,,,,

10,苯胺摩尔质量,M_A,查表值,给定,g/mol,93.1265,苯胺的摩尔质量，C6H7N的相对分子质量,NISTWebBook,标准物性参数

11,苯胺常压沸点,T_bA,查表值,给定,℃,184.4,常压下苯胺的沸点温度,化源网,标准沸点参数

12,苯胺20℃密度,ρ_A,查表值,给定,g/cm³,1.0217,20℃下苯胺的液相密度,ChemicalBook,常温物性参数

13,苯胺20℃粘度,μ_A,查表值,给定,mPa·s,3.7,20℃下苯胺的液相粘度,苯胺理化性能全面汇总,常温粘度参数

14,苯胺水相对挥发度,α_AW,计算值,(P_A*/P_W*),—,5.3,苯胺与水的相对挥发度，基于饱和蒸气压比,化工原理精馏设计手册,操作温度下的平均值

15,塔顶操作温度,T_D,计算值,基于塔顶组成和真空度的沸点,℃,120.5,真空度10kPa下塔顶苯胺产品的沸点,Antoine方程,减压操作降低沸点，防止苯胺氧化

16,塔底操作温度,T_W,计算值,基于塔底组成和真空度的沸点,℃,145.2,真空度10kPa下塔底残液的沸点,Antoine方程,减压操作降低沸点，防止焦油聚合

,三、理论板数与回流比计算,,,,,,,,

17,最小回流比,R_min,计算值,(x_D-y_q)/(y_q-x_F),—,1.2,精馏塔的最小回流比，基于q线与平衡线交点,化工原理精馏设计手册,泡点进料，q=1

18,操作回流比,R,选用值,1.5*R_min,—,1.8,实际操作采用的回流比，为最小回流比的1.5倍,HG/T20570-2014,兼顾分离效果和能耗

19,理论板数（逐板计算法）,N_T,计算值,基于平衡方程和操作方程逐板计算,块,12,达到分离要求所需的理论塔板数,化工原理精馏设计手册,含塔釜再沸器

20,塔板效率,η_T,选用值,给定,%,85,浮阀塔的塔板效率，基于工业经验值,HG/T21554-2014,苯胺精馏塔常用浮阀塔板效率

21,实际板数,N_P,计算值,N_T/η_T,块,14,实际需要的塔板数，向上取整,HG/T20570-2014,含塔釜再沸器

22,进料板位置,N_F,计算值,基于物料衡算和操作线确定,块,5,进料口所在的塔板位置，从塔顶数起,HG/T20570-2014,优化进料位置，提高分离效率

,四、塔径与泛点率计算,,,,,,,,

23,精馏段气相流量,V,计算值,(R+1)*D/M_A*3600,m³/h,1250.5,精馏段上升蒸汽的体积流量,HG/T20570-2014,基于操作回流比和塔顶产品流量

24,精馏段液相流量,L,计算值,R*D/M_A*3600,m³/h,750.3,精馏段下降液体的体积流量,HG/T20570-2014,基于操作回流比和塔顶产品流量

25,空塔气速,u,选用值,0.8*u_f,m/s,0.85,空塔气速，取泛点气速的80%,HG/T21554-2014,浮阀塔推荐空塔气速范围

26,塔径,D_T,计算值,sqrt(4*V/(π*u*3600)),m,0.72,精馏塔的内径，向上取整为0.8m,HG/T20570-2014,标准塔径系列，选用0.8m

27,泛点气速,u_f,计算值,基于浮阀塔泛点关联式,m/s,1.06,浮阀塔的泛点气速，气相流量达到泛点时的气速,HG/T21554-2014,泛点率控制在80%以下

28,泛点率,φ,计算值,(u/u_f)*100,%,80.2,实际空塔气速与泛点气速的比值,HG/T21554-2014,满足泛点率≤85%的要求

,五、再沸器与冷凝器热负荷计算,,,,,,,,

29,冷凝器热负荷,Q_C,计算值,V*r_A/3600,kW,1250.8,塔顶冷凝器的热负荷，需要移除的热量,HG/T20570-2014,r_A为苯胺的汽化潜热，398kJ/kg

30,再沸器热负荷,Q_R,计算值,Q_C+F*c_p*(T_F-T_0)-D*c_p*(T_D-T_0)-W*c_p*(T_W-T_0),kW,1325.6,塔底再沸器的热负荷，需要提供的热量,HG/T20570-2014,c_p为苯胺的比热容，2.15kJ/(kg·℃)

31,冷凝器传热面积,A_C,计算值,Q_C/(K_C*ΔT_m),m²,85.2,管壳式冷凝器的传热面积,GB/T151-2014,K_C=500W/(m²·℃)，ΔT_m=30℃

32,再沸器传热面积,A_R,计算值,Q_R/(K_R*ΔT_m),m²,92.8,管壳式再沸器的传热面积,GB/T151-2014,K_R=450W/(m²·℃)，ΔT_m=32℃

,六、真空度与真空机组抽气量计算,,,,,,,,

33,塔顶操作压力,P_D,设计值,给定,kPa,10,塔顶操作绝压，采用中等真空操作,HG/T20570-2014,降低操作温度，防止苯胺氧化

34,真空度,φ_v,计算值,(P_atm-P_D)/P_atm*100,%,90.0,塔顶操作的真空度，相对于大气压,真空设计手册,P_atm为大气压，101.325kPa

35,工艺物料挥发气量,Q1,计算值,V*P_D/(R_g*T_D),kg/h,12.5,工艺物料在真空下的挥发气量,真空设计手册,R_g为气体常数，8.314kJ/(kmol·K)

36,系统放气量,Q2,查表值,给定,kg/h,0.5,真空系统材料表面出气量和渗透气量,真空设计手册,基于设备容积和材质估算

37,系统泄漏量,Q3,查表值,给定,kg/h,0.3,真空系统的泄漏气量,真空设计手册,基于设备密封结构估算

38,真空机组总抽气量,Q_total,计算值,Q1+Q2+Q3,kg/h,13.3,真空机组需要抽取的总气量,真空设计手册,选用抽气量15kg/h的真空机组，留有余量

,七、塔盘/填料选型与压降、分离精度计算,,,,,,,,

39,塔盘类型,—,选用值,给定,—,浮阀塔盘,选用F1型浮阀塔盘，适合苯胺精馏,HG/T21554-2014,具有较高的塔板效率和操作弹性

40,塔盘间距,t,选用值,给定,mm,450,浮阀塔的塔盘间距，适合操作弹性要求,HG/T21554-2014,减少雾沫夹带，提高分离效率

41,单块塔板压降,ΔP_p,计算值,基于浮阀塔压降关联式,Pa,450,单块浮阀塔板的压力降,HG/T21554-2014,包括干板压降和液层压降

42,全塔总压降,ΔP_total,计算值,N_P*ΔP_p,Pa,6300,全塔的总压力降，从塔顶到塔底,HG/T20570-2014