化工原理竞赛(二)

一、

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，普通有水蒸气、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。

二、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

混合进料「胶乳量kg/h

I苯乙烯kg/h

塔顶温度40〜60℃(50℃)塔底温度50〜70℃(60℃)

X<;操作压力为13-26kpa加热方式为直接蒸汽加热;

W

L[¥­

Xfl

I

V

I--------J

y

计算求得

%/104

X=-----------------------------------------------=%

%l(M+%/3xD

X=%y=O

22

又因为M=%104+%)x3xl0>=

F

则L=互巴丝Kmol/

MF402.Q

苯乙烯Cp二KT/(kg-k)

Q=ECpmAt=x+Cp，xx=KJ

二CpmAt=xmx(100-95)=x5xm=Q

所以m^—=kg

SX4.182

v==Kmol/h

v(y?)=L(x-x)

y=28.198x0.949

V

产由

L(xl-x2)

'MLFm=kg/kmol

M=xl04+x

LFwm

3xl(>=kg/kmol

M=+/2

Lin

=kg/kmol

f

MvFm=*x104+(1-y)

x18=(18+86*)=

Mv=yx104+1x18=18kg/kmol

Fwm2

Mvm=(18+86y+18)/2=(18+43y)

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

pvm=12?.“g"3y)=kg/m

RTm8.314X(55^4-27X15)

f

P=+18=kpa

P=+x12=kpa

w

、P=+/2=kpa

ni

Tm=+60)/2=℃

2)液相平均温度计算

液相平均密度的计算公式，即

工向pi

塔顶液相平均密度的计算

由t=℃,查手册得

苯乙烯p=g/ciw

1

胶乳p=g/ciw

2

P=--------------=g/cm?

LFm0.999/P14-0.001/P2

三.）塔顶液相平均表面张力的计算

由t=5（）℃查手册得

D

8=30mN/m8=mN/m

AB

6=x3（Hx=inN/m

LDm

进料板液相平均表面张力的计算

由t=60℃查手册得

F

8=35mN/m3=3=mN/m

ABB

6=x35+x=mN/m

LFm

提储段液相平均表面张力为

3Lm=+/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=m/sLs=kg/s

地（）X（）1/J=3600Xl.3g>x（吧）片

Vh2^00X4.424OfiQO

C=c=

20

u=q吟皿二m/s

maxgm

u=x=m/s

D=d4"皿二

3.14M1.146

圆整

A=D?=

T

实际u=^j4=4n/s

4.5216

Z=Z=

握人

Z=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1、堰高hw、堰上液层高度how、弓形降

W

液管的宽度W。

(1

(1)溢流堰长屋

lw=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

24

how=E(Ma计算

1000

w

得:

howNx(L一相普即

10000.56

(3)堰高hw

hw=m

(4)弓形降液管的宽度Wd

因为w/D二

d

所以w=x=m

d

六.)塔板设计

(1)孔面积

Aa=2(xW-X2+—arcsin-)=

180r

x=—(wd+ws)=5vc=MX8=4mm碳钢板do=20cm

22

(Af=x=

(2)孔中心距t=xdo=

n=3=L1553.633=856个

匕nn力

(3)开孔率:平卜哪

Aa0X7

气体通过筛孔气速为U叁一…士缔引

0Ao0X)74X2.633

七.)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，这些阻力即形成为了筛板

的

压降。气体通过筛板的压降4P可由下式计算

P

△P=hpg

PPL

式中的液柱高度h可按下式计算，即

P

h=h+h+h

pcIa

式中

h与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度，m液柱；

C..

h与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m液柱；

I-------

h与克服液体表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱。

0.

(1)干板阻力

干板阻力h可按以下经验公式估算，即

C

A

h=(aV)[I-LO)2]_

ccA

0La

式中u气体通过筛孔的速度，m/s;

o..................

C流量系数。

0--------------

通常，筛板的开孔率<15%,故上式可简化为

U

h=(Jb(v)_

cC

0L

流量系数的求取方法不少，当d<10mm,其值可由干筛孔的

0

流量系数图直接查出。当dN10mm时，由干筛孔的流量系数图查

0

得C后再乘以的校正系数。

0

所以：h=x(单笠尸m液型

C0.772B7Q.1

C=

()

故校正后为C=x=

o

(2)气体通过液层的阻力

气体通过液层的阻力h与板上清液层的高度h及气泡的状况等

IL

许多因素有关，其计算方法不少，设计中常采用下式估算

h=h=(h+h)

ILwow

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，通常可取二〜。

hc=P(hw+how尸p=

查取F为气相动能因子，其定义式为

0

F=uI—u_(单溢流板)

。。7aAA

式中F气相动能因子，kgizz(smi/2);

o----

u通过有效传质区的气速，m/s;

a.......

A塔截面积，m；

T-............•

计算得u=______丝还_____

a4.S216-0.0ai2M4.S216

h=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=4

L0

式中o-----液体的表面张力，N/m。

L

综上h=液柱

故h=hc+h+h=Pa

PL

故塔板压降

c=

0

h二(16456>(0.899)=m液柱L

0.773879.1

h=h=x=m液柱

1L

4

h=l_=448.12103=］力液柱

gd8799.810.005

10

h=H+H+H=++

PLI

二液柱

压降△P=Hpg=><879x=

PL

<

2.液面落差

当液体横向流过塔板时，为克服板上的磨擦阻力和板上构件

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D〈1600mm的筛板，液面落差可忽稍不计。对于

液体流量很大及D22000mm的筛板，需要考虑液面落差的影响。

3.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：

11

液合率।=40[(g)]+1

ghJ5一

=40[,J46_吗制

[9.81班的

h=31J/I.3=

28.1963.633

汇F607.090.562.4

h去/m液柱，

e=57106(102尸〈液/kg气v48.12

1030.80.302

4.漏液

实际筛孔气速u=s>u

0O.min

稳定系数K』6.456=>故无明显漏液

10.39

5.液泛

H«(H+h)

<1Tw

(H+h)=+=

Tw

h=x(u二液柱u-s

d00

H=h+h+h=++=

H«(H+h)

dTw

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60℃

设备材料为Q

235-B

焊接接头系数q>=（双面对接焊，局部无损探伤）

钢铁厚度负偏差C=腐蚀余量C=2mm

I2

厚度附加量C=+2=

下部液体存储空间容积普通以其所存储空间容积，普通以其所

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

（I）下部筒体的计算厚度计算

ePD

82［卜P

C

0-

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

(2)下部设备封头厚度计算

选用标准椭圆形封头，其厚度为

PcDi0.3xg________

2[alt<5>-0.5»Pc-2JC113x0.fl5-0.5x0.3-

考虑厚度附加余量并圆