化工原理竞赛 (2)

一、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：它是利用蒸汽蒸馏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。

汽提塔的原理跟分馏塔原理一样，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8万吨丁苯橡胶混合进料 胶乳量 kg/h苯乙烯 kg/h塔顶温度 40~60℃（50℃） 塔底温度50~70℃（60℃） X w ≤; 操作压力为13~26 kpa 加热方式为直接蒸汽加热；计算求得X 1=——————————————— =%X 2=% y 2=0又因为M F =%104+%)×3×105=则 L=== Kmol/h苯乙烯Cp= KT/(kg ·k)Q=ΕCpm △t=×+Cp ’××= KJ2=Cpm △t=×m ×(100-95)=×5×m=Q 1L X 1 y 1%/104 %/104+%/3×105 x 2 y 2V所以 m== kgv== Kmol/hv(y1-y2)=L(x1-x2)y1==y=M LFm= kg/ kmolM LFwm=×104+×3×105= kg/kmolM Lm=+/2= kg/kmolMv Fm= y1×104+(1- y1) x18=(18+86y1)=Mv Fwm = y2×104+1×18=18 kg/kmolMvm =(18+86y1+18)/2=(18+43 y1) 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ρvm === kg/m³ P F=+18= kpaP w=+×12= kpaP m=+/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=∑αi/pi塔顶液相平均密度的计算由t=℃，查手册得苯乙烯ρ1= g/ cm3胶乳ρ2= g/cm3ρLFm== g/cm3三.)塔顶液相平均表面张力的计算由t D=50℃查手册得δA=30 mN/m δB= mN/m6LDm=×30+×= mN/m进料板液相平均表面张力的计算由 t F=60℃查手册得δA=35 mN/m δB=δB= mN/m6LFm=×35+×= mN/m提馏段液相平均表面张力为δLm=+/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/s Ls= kg/s()×()1/2=×() 1/2=C20= C=U max=√= m/su=×= m/sD=√=圆整实际u== m/sZ提= Z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l w、堰高hw、堰上液层高度how、弓形降液管的宽度w d。

(1) 溢流堰长l wlw=×=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= 2.41000E(hwLL)2/3计算得：how=×()2/3= m （3）堰高hw（4）弓形降液管的宽度w d因为w d /D=所以w d =×= m六.)塔板设计（1）孔面积Aa= 2(x √r 2-x 2 +)= x=-(wd+ws)=-wc=取δ=4mm 碳钢板do=20cm(Af=×=（2）孔中心距 t=×do= n=a 21.155A t =21.155 3.6330.07 =856个 （3）开孔率 :=()2=%气体通过筛孔气速为u 0=== m/s 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，这些阻力即形成了筛板的压降。

气体通过筛板的压降△P p 可由下式计算△P p =h p ρL g式中的液柱高度h p 可按下式计算，即h p =h c +h l +h σ式中h c---------与气体通过筛板的干板压降相当的液柱高度，m 液柱； h l----------与气体通过板上液层的压降相当的液柱高度，m 液柱； h σ--------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h c 可按以下经验公式估算，即h c =（00u c ）2（v L ρρ）[1-（0aA A ）2] 式中 u 0-------------气体通过筛孔的速度，m/s;C 0--------------流量系数。

通常，筛板的开孔率ϕ≤15％，故上式可简化为h c =（00u c ）2（v Lρρ）流量系数的求取方法很多，当d 0<10 mm,其值可由干筛孔的流量系数图直接查出。

当d 0≥10 mm 时，由干筛孔的流量系数图查得c 0后再乘以的校正系数。

所以：h c =×()2×()= m 液柱 c 0=故校正后为 c 0= ×=（2）气体通过液层的阻力气体通过液层的阻力h l 与板上清液层的高度h L 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 h l =ϐh L = ϐ（h w +h ow ）式中 ϐ---------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ϐ=~。

hc=β(hw+how)= β=查取F 0为气相动能因子，其定义式为F 0=u v ρu a =s T fV A A -(单溢流板) 式中F 0------------气相动能因子，kg 1/2(s ﹒m 1/2 );u a ---------------通过有效传质区的气速，m/s;A T ---------------塔截面积，m 2。

计算得 u a == m/s h L = m 液柱（3）液体表面张力的阻力 液体表面张力的阻力h δ可由下式估算： h δ=L L 04gd σρ 式中 σL ---------液体的表面张力，N/m 。

综上 h δ= 液柱故 h p =hc+h L + h δ= Pa ﹤ 故 塔板压降C 0=h L =(16.4560.773)2(0.899879.1)= m 液柱 h l =ϐh L =×= m 液柱h ϭ=04L l gd δρ=3448.12108799.810.005-⨯⨯⨯⨯= m 液柱 h P = H L + H l + H ϭ=++=液柱压降△P= H P ρL g=×879×=＜2.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D ≤1600mm 的筛板，液面落差可忽略不计。

对于液体流量很大及D ≥2000mm 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：液合率f 1ρ=40[()0.5L gh u (g Lρρ)]+1 =40[0.5l 1.146(9.81h )⨯(0.899879)]+1 = h l =3ψ1/3=ψ=L V nw Al 28.196607.09h f =Lf h ρ=0.081.266= m 液柱e v =635.71048.1210--⨯⨯( 1.020.80.302-)=<液/kg 气 4.漏液u 0,min= =s实际筛孔气速 u 0=s>u 0,min稳定系数K=16.45610.39=> 故无明显漏液 5.液泛H d <<ϕ(H T +h w )ϕ(H T +h w )=+=h d =×(u 0’)2=×=液柱u 0’=sH d = h d +h p +h L =++=H d << ϕ(H T +h w )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φ=（双面对接焊，局部无损探伤）钢铁厚度负偏差C 1= 腐蚀余量C 2=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 i =8m（1） 下部筒体的计算厚度计算δ= c i t cP D 2[]P σφ- ==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δ===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δn =16mm（3）上部筒体厚度计算 δ===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δn =10mm（4） 上部设备封头厚度计算选用标准椭圆形封头，其厚度为δ=C i t c P D 2[]0.5P σφ-⨯==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δn =10mmR301~309聚合釜 C301~303置换塔 V-330 缓冲罐V-408回液罐 V-401压力闪蒸槽E-404真空冷凝器 V-409增压吸入罐 B-403增压喷射泵 E-406增压冷凝器 V-410增压排放罐 V-414、415胶乳粗滤器。