畢業(yè)設(shè)計(jì)--橡膠車(chē)間丁烯氧化脫氫工段解析塔和再生塔的工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　橡膠車(chē)間丁烯氧化脫氫工段解析塔和再生塔的工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精餾塔是化工生產(chǎn)中普遍使用的單元操作裝置，它的操作性能的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的能耗。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹了丁烯氧化脫氫制丁二烯的工藝方法及其原理，橡膠工業(yè)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，主要是對(duì)橡膠車(chē)間丁烯氧化脫氫工段的解吸塔（精餾塔）

2、進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。本次設(shè)計(jì)的基本方案：①精餾塔的工藝計(jì)算：重點(diǎn)是物料衡算和能量衡算。②精餾塔塔徑及塔板結(jié)構(gòu)的計(jì)算：對(duì)其各個(gè)部分進(jìn)行了選型、尺寸、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)結(jié)果的分析討論和優(yōu)化處理。并繪制了帶控制點(diǎn)的流程圖和主要設(shè)備工藝圖。</p&

3、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：丁二烯 泡點(diǎn) 精餾塔 解吸塔</p><p>　　Section oxidative dehydrogenation of butene rubber plant tower and the regeneration tower analytical process design</p><p><b>　　Abstract</

4、b></p><p>　　Distillation is commonly used in chemical production unit operations unit, the operating performance of its direct impact on product quality and production process energy consumption. The desi

5、gn brief introduction to the oxidative dehydrogenation of butene butadiene methods and principles of the process, the rubber industry development status at home and abroad, mainly for rubber plant section in oxidative de

6、hydrogenation of butene desorption column (distillation column) design .</p><p>　　This design uses the bubble point feed, the feed solution through the preheater is heated to the bubble point into the distil

7、lation column. Up top all-condenser condensing steam, condensate return in the next part of the bubble point to the tower, the rest of the cooler by the product into the tank after cooling. The design of the basic progra

8、m: ① calculated distillation process: focus on material balance and energy balance. ② Drive and tray distillation tower structure calculation: the selectio</p><p>　　Key words: butadiene desorption tower di

9、stillation column bubble point</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第1章 丁二烯的簡(jiǎn)述2</p><p>　　第1.1節(jié) 丁二烯的生產(chǎn)方法2</p><p&g

10、t;　　第1.2節(jié) 反應(yīng)過(guò)程的影響因素3</p><p>　　第1.3節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和消費(fèi)狀況3</p><p>　　第2章 解吸塔和再生塔的物料衡算5</p><p>　　第2.1節(jié) 解析塔的物料衡算5</p><p>　　第2.2節(jié) 再生塔的物料衡算9</p><p>　　第3章 解吸塔和再生塔

11、的熱量衡算12</p><p>　　第3.1節(jié) 解吸塔的能量衡算12</p><p>　　第3.2節(jié) 再生塔的熱量衡算16</p><p>　　第4章 解吸塔的設(shè)計(jì)18</p><p>　　第4.1節(jié) 解析塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)18</p><p>　　第4.2節(jié) 弓形降液管的計(jì)算21</p>

12、<p>　　第4.3節(jié) 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列22</p><p>　　第4.4節(jié) 塔體總高及輔助裝置27</p><p><b>　　結(jié) 論29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　符號(hào)說(shuō)明31</b>

13、;</p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　丁烯氧化脫氫制丁二烯是我國(guó)丁二烯來(lái)源的重要途徑，丁烯氧化脫氫是以丁烯為原料，通過(guò)在貧氧條件下的選擇性催化氧化，獲得所需產(chǎn)品丁二烯 [1]。丁二烯是石油化工基本原料和生產(chǎn)高分子合成材料的重要單體。

14、隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)和輪胎生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，制取丁二烯技術(shù)開(kāi)發(fā)工作進(jìn)展較快，特別是我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的乙睛法抽提丁二烯和丁烯氧化脫氫新型鐵系催化劑，構(gòu)成了具有一定特色的我國(guó)丁二烯生產(chǎn)工藝[2]。</p><p>　　在丁烯氧化脫氫法制備丁二烯工段中，其工藝流程和解吸塔等主要設(shè)備的設(shè)計(jì)是使生產(chǎn)順利進(jìn)行、制備高質(zhì)量丁二烯的重要條件。本設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)、計(jì)算并繪制了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主要設(shè)備工藝條件圖。</p>

15、<p>　　第1章 丁二烯的簡(jiǎn)述</p><p>　　第1.1節(jié) 丁二烯的生產(chǎn)方法</p><p>　　丁二烯的來(lái)源主要是從乙烯裂解裝置副產(chǎn)的混合C4餾分中抽提得到，這種方法價(jià)格低廉,經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)勢(shì)，是目前世界上丁二烯的主要來(lái)源。根據(jù)所用溶劑的不同，該生產(chǎn)方法又可分為乙腈法(ACN法)、二甲基甲酰胺法(DMF法)和N-甲基吡咯烷酮法(NMP法)3種。</p>&

16、lt;p><b>　　1.1.1乙腈法</b></p><p>　　該方法是以含水10%的乙腈(ACN)為溶劑，由萃取、閃蒸、壓縮、高壓解吸、低壓解吸和溶劑回收等工藝單元組成。1977年Shell公司在改造中增加了冷凝器和水洗塔，并將閃蒸和低壓解吸的氣相合并壓縮，其中約8% 經(jīng)冷凝送往水洗塔洗去溶劑，塔頂氣相返回原料蒸餾塔，這樣就除去了C4烴中的C5烴。其余氣體一部分送往高壓解吸塔，另

17、一部分作為再沸氣體送往萃取蒸餾塔塔底以提供熱能，從而省去了一臺(tái)再沸器，降低了蒸汽用量。對(duì)炔烴含量較高的原料需要進(jìn)行加氫處理或采用精密精餾、兩段萃取才能得到純度較高的丁二烯[3]。</p><p>　　1.1.2二甲基甲酰胺法</p><p>　　二甲基甲酰胺法(DMF法)又名GPB法。該生產(chǎn)工藝包括四個(gè)工序，即第一萃取蒸餾工序、第二萃取蒸餾工序、精餾工序和溶劑回收工序。原料C4汽化后進(jìn)入第

18、一萃取精餾塔，溶劑DMF由塔的上部加入。溶解度小的丁烷、丁烯、C3使丁二烯的相對(duì)揮發(fā)度增大，并從塔頂分出，而丁二烯、炔烴等和溶劑一起從塔底導(dǎo)出，進(jìn)入第一解吸塔被完全解吸出來(lái)，冷卻并經(jīng)螺桿壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入第二萃取精餾塔進(jìn)一步分離。脫重塔頂可以得到純度在99.5%以上的聚合級(jí)丁二烯[4]。</p><p>　　1.1.3 N-甲基吡咯烷酮法</p><p>　　N-甲基吡咯烷酮法(NMP法)，

19、 其生產(chǎn)工藝主要包括萃取蒸餾、 脫氣和蒸餾以及溶劑再生工序。粗C4餾分氣化后進(jìn)入主洗滌塔底部，含有8%水的N-甲基吡咯烷酮萃取劑由塔頂進(jìn)入，丁二烯和更易溶解的組分及部分丁烷和丁烯被吸收，同時(shí)不含丁二烯的丁烷和丁烯從塔頂排出。主洗塔底部的富溶劑進(jìn)入精餾塔，在此溶劑吸收的丁烷和丁烯被更易溶的丁二烯、丙二烯和乙炔置換出來(lái)，含有乙炔和丙二烯的丁二烯從精餾塔側(cè)線(xiàn)以氣態(tài)采出進(jìn)入后洗塔。</p><p>　　精餾塔釜的富溶劑先

20、進(jìn)入閃蒸罐中部分脫氣，再進(jìn)人脫氣塔脫烴，從后洗塔出來(lái)的粗丁二烯在第一蒸餾塔脫除甲基乙炔，在第二蒸餾塔中脫除1，2-丁二烯和C5烴，由第二蒸餾塔頂?shù)玫蕉《┊a(chǎn)品 [5]。</p><p>　　第1.2節(jié) 反應(yīng)過(guò)程的影響因素</p><p>　　1.2.1原料組成的影響</p><p>　　原料丁烯的主要異構(gòu)體為1-丁烯、順-2-丁烯和反-2-丁烯等。以順-2-丁烯和

21、1-丁烯為原料時(shí)，可得到較高的丁二烯收率和選擇性。丁烯轉(zhuǎn)化率順序?yàn)椋喉?2-丁烯〉1-丁烯〉反-2-丁烯。在高轉(zhuǎn)化率下，1-丁烯可相當(dāng)于或大于順-2-丁烯的轉(zhuǎn)化速度，但選擇性有所下降[6]。</p><p>　　1.2.2氧烯比的影響</p><p>　　氧烯比可以直接影響丁二烯的收率和選擇性。氧烯比小時(shí)，不能充分發(fā)揮催化劑的活性，甚至?xí)斐纱矊訙囟确植疾痪鶆?。隨著氧烯比的增大，反應(yīng)區(qū)加長(zhǎng)

22、，丁烯轉(zhuǎn)化率升高，丁二烯單程收率提高。氧烯比太大會(huì)使副反應(yīng)明顯增加，造成選擇性大幅度下降。為此，應(yīng)保證生成氣中有一定量的氧稱(chēng)作殘氧。氧烯比的大小根據(jù)殘氧量的多少來(lái)調(diào)節(jié) [7]。</p><p>　　1.2.3反應(yīng)溫度的影響</p><p>　　反應(yīng)溫度低時(shí)反應(yīng)不能進(jìn)行或進(jìn)行緩慢，隨著溫度的上升，反應(yīng)逐漸加劇。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，副反應(yīng)增多，使丁二烯的選擇性和收率下降。反應(yīng)溫度過(guò)高，加速催化劑

23、結(jié)炭，也使其小孔收縮和比表面積減小，大大降低了催化劑活性。因此，操作時(shí)應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間超溫。反應(yīng)溫度的選擇，可根據(jù)催化劑的新舊程度壽命的長(zhǎng)短及反應(yīng)速度等來(lái)決定活性較高的新催化劑，宜選用較低的反應(yīng)速度，以免反應(yīng)器底部超溫及初期反應(yīng)激烈造成局部缺氧[8]。</p><p>　　第1.3節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和消費(fèi)情況</p><p>　　2000年，全球丁二烯的總生產(chǎn)能力為960萬(wàn)噸，2003年的總消費(fèi)

24、量為867萬(wàn)噸。其中聚丁二烯橡膠的消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的33.2%，丁苯橡膠約占19.2%，丁苯膠乳約占13.5%，己二腈約占12.8%，熱塑性彈性體約占6.3%，其他方面約占15%[9]。</p><p>　　2003年我國(guó)丁二烯的消費(fèi)量為98.21萬(wàn)噸，其中產(chǎn)量為85.5萬(wàn)噸，進(jìn)口量為13.59萬(wàn)噸，出口量為1.18萬(wàn)噸，消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：順丁橡膠對(duì)丁二烯的需求量約占總消費(fèi)量的38.4%，丁苯橡膠約占34.1%，SB

25、S彈性體約占12.9%，ABS樹(shù)脂約占10.5%，其它方面約占4.1%。合成橡膠仍將是我國(guó)丁二烯最主要的消費(fèi)領(lǐng)域，ABS樹(shù)脂的消費(fèi)比例大幅度增加[10]。</p><p>　　第2章 解吸塔和再生塔的物料衡算</p><p>　　第2.1節(jié) 解吸塔的物料衡算</p><p>　　2.1.1解析塔處理依據(jù)</p><p>　　進(jìn)入解析塔的物

26、料處理量：8000kg/h</p><p>　　表 2-1 解吸塔物料處理量</p><p>　　2.1.2解析塔進(jìn)料組成</p><p>　　原料液的平均摩爾質(zhì)量:</p><p>　　=86.18 0.2772+0.2772 100.21+58.21 0.0128+(0.0724+0.0596+</p><p&g

27、t;　　0.01) 56.11+0.2828 54.01+0.0082 44.01+0.00035 68.07=76.0387g/mol</p><p>　　進(jìn)入解析塔的物料處理量 </p><p>　　表2-2 解吸塔進(jìn)料組成表</p><p>　　2.1.3側(cè)線(xiàn)出料組成計(jì)算</p><p>　　側(cè)線(xiàn)各種組分出料量：</p>

28、<p>　　丁烷： 1.35 kmol/h 呋喃： 0.04kmol/h</p><p>　　正丁烯： 1.05 99.5%=1.045 kmol/h</p><p>　　順丁烯： 7.62 kmol/h 反丁烯： 6.27 kmol/h</p><p>　　丁二烯： 29.75 (1-2.5%) 99

29、.8%=28.948 kmol/h</p><p>　　側(cè)線(xiàn)出料量為D= 45.273 kmol/h</p><p>　　其中：正丁烯含量為99.5%；新產(chǎn)生聚合物為2.5%；丁二烯含量為99.8%；以上其他物質(zhì)為100%</p><p>　　側(cè)線(xiàn)組成平均摩爾質(zhì)量M=54.84 g/mol</p><p>　　側(cè)線(xiàn)出料量為54.84 <

30、/p><p>　　表2-3 解吸塔側(cè)線(xiàn)出料組成</p><p>　　2.1.4側(cè)線(xiàn)出料溫度</p><p>　　假設(shè)溫度t=40℃,P=0.4Mpa（絕壓）；查表[11]得Ki值</p><p>　　表2-4 在40℃下解吸塔側(cè)線(xiàn)氣液兩相平衡組成</p><p>　　因?yàn)閗i= ; 所以yi=ki </p>

31、<p>　　=1.0064，可見(jiàn) 1，符合條件，因此假設(shè)t=40℃成立。</p><p>　　2.1.5循環(huán)部分組成計(jì)算</p><p>　　循環(huán)量V=0.5 側(cè)線(xiàn)出料量=0.5 45.273 =22.637 kmol/h</p><p>　　取回流比R= =2 （回流比范圍2~4）</p><p>　　則回流量L=2D=2 9

32、0.546 kmol/h</p><p>　　假設(shè)循環(huán)部分組成，計(jì)算可得循環(huán)部分組成的平均摩爾質(zhì)量M=54.705 g/mol</p><p>　　循環(huán)處理量為54.705 1238.357kg/h</p><p>　　表2-5 解吸塔循環(huán)部分物料組成</p><p>　　2.1.6循環(huán)部分的溫度</p><p>　

33、　假設(shè)t=40℃，P=0.4Mpa（絕壓），查表[11]得ki值</p><p>　　表2-6 在40℃ 解吸塔循環(huán)部分氣液兩相平衡組成</p><p>　　1.0085；則 ，符合條件，因此假設(shè)t=40℃成立。</p><p>　　2.1.7回流部分組成計(jì)算</p><p>　　已求得回流量L=90.546 kmol/h；</p&

34、gt;<p>　　回流部分組成的平均摩爾質(zhì)量M=54.705 g/mol</p><p>　　則回流部分處理量為90.546 4953.319kg/h</p><p>　　回流部分物料組成與循環(huán)部分組成相同，只是處理量不同。</p><p>　　表2-7 解吸塔回流部分組成</p><p>　　2.1.8塔頂組成計(jì)算</

35、p><p>　?、貴=L+V (L為回流量，V為循環(huán)量)</p><p>　　②Fyi=Lxi+Vyi</p><p><b>　?、踄i=kixi</b></p><p>　　由上式聯(lián)立可得yFi=yi( )=yi ]=yi( )</p><p>　　假設(shè)t=40℃，P=0.4Mpa(絕壓)，查

36、表[11]得ki值</p><p>　　表2-8 在40℃下解吸塔塔頂氣液兩相平衡組成</p><p>　　1.0085； yFi%=1.0068，則 yFi% ，符合條件，假設(shè)t=40℃成立。</p><p>　　2.1.9塔底組成計(jì)算</p><p>　　解析塔進(jìn)料量=吸收塔底出料，即：F=0.5D+D+W</p><

37、;p>　　則塔底出料量W=F-1.5D=105.21-1.5 kmol/h </p><p>　　C8聚合物占新產(chǎn)生丁二烯的2.5%，則C8含量為28.948 </p><p>　　塔底組成的平均摩爾質(zhì)量M=93.340 g/mol</p><p>　　塔底出料量為93.340 </p><p>　　表2-9 解吸塔塔底組成<

38、;/p><p>　　第2.2節(jié) 再生塔的物料衡算</p><p>　　2.2.1再生塔設(shè)計(jì)依據(jù)</p><p>　　進(jìn)料為解析塔塔底出料的10%（kg）；</p><p>　　塔頂中C8占總C83%；</p><p>　　塔底中 占總 3%；</p><p><b>　　塔底中 為0&l

39、t;/b></p><p>　　2.2.2再生塔進(jìn)料組成</p><p>　　再生塔進(jìn)料為解析塔塔底出料的10%，即F=10% =348.168 </p><p>　　組成平均摩爾分?jǐn)?shù)M=93.340 g/mol</p><p>　　再生塔進(jìn)料量為348.168 3.730 kmol/h</p><p>　　表

40、2-10 再生塔的進(jìn)料組成</p><p>　　2.2.3再生塔塔頂組成</p><p>　　塔頂中C8占總C83%,則塔頂中C8=0.036 </p><p>　　塔底中 占總 3%，則塔頂中 =1.847 </p><p>　　塔底中 為0，則塔頂中 =1.847 </p><p>　　因此可得塔頂總量為0.00

41、11 +1.7848 +1.847 =3.6329kmol/h</p><p>　　摩爾分?jǐn)?shù)M=93.079g/mol</p><p>　　塔頂出料量為93.079 g/mol </p><p>　　表2-11 再生塔塔頂組成</p><p>　　2.2.4再生塔塔頂?shù)臏囟?lt;/p><p>　　設(shè)塔頂溫度為t=

42、95℃，P=0.1MPa(絕壓)=0.9869atm</p><p>　　表2-12 在95℃下再生塔塔頂氣液兩相平衡組成</p><p>　　0.9989 ，符合條件，假設(shè)t=95℃成立。</p><p>　　2.2.5再生塔塔底組成</p><p>　　塔頂中C8占總C83%,則塔底中C8=0.036 </p><p

43、>　　塔底中 占總 3%，則塔底中 =1.847 </p><p><b>　　塔底中 為0</b></p><p>　　因此可得塔頂總量為0.0349kmol/h+0.0554kmol/h=0.0903kmol/h</p><p>　　組成平均摩爾分?jǐn)?shù)M=105.087g/mol</p><p>　　塔頂出料量為

44、105.087 g/mol </p><p>　　表2-13 再生塔塔底組成</p><p>　　2.2.6再生塔塔底溫度</p><p>　　設(shè)塔底溫度為t=100℃，P=0.2MPa(絕壓)</p><p>　　因?yàn)?.1MPa=100KPa=0.9869atm,則0.2MPa=1.974atm</p><p>

45、　　表2-14 在100℃下再生塔塔底氣液兩相平衡組成</p><p>　　0.9994 ，符合條件，假設(shè)t=100℃成立。</p><p>　　第3章 解吸塔和再生塔的熱量衡算</p><p>　　第3.1節(jié) 解吸塔的能量衡算</p><p>　　3.1.1側(cè)線(xiàn)冷卻器熱量計(jì)算</p><p>　　假設(shè)側(cè)線(xiàn)冷卻

46、器出口溫度為32℃；水的進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為25℃</p><p>　　t平均= = ， t1=8 </p><p>　　由溫度，查側(cè)線(xiàn)組成的Cp值[11]，見(jiàn)表3-1</p><p>　　表3-1側(cè)線(xiàn)冷卻器熱量</p><p>　　其中：

47、 </p><p><b>　　3.1.2水的用量</b></p><p>　　水的進(jìn)口溫度為15℃，出口溫度為25℃，則 t平均= = ， t2=10 查表[12]得Cp水=4.179 kJ/kg. k</p><p>　　由上式計(jì)算：m= = =720.169kg/h</p><p>　　3.1.3塔頂冷凝器

48、熱量計(jì)算</p><p>　　潛熱值查表[12]可得</p><p>　　表3-2 塔頂冷凝器熱量</p><p><b>　　由于 </b></p><p>　　所以m= = =11920.04kg/h=11.9t/h</p><p>　　3.1.4再沸器的熱量計(jì)算</p>&l

49、t;p>　　假設(shè)進(jìn)塔溫度為135℃，以25℃為基準(zhǔn)</p><p>　　表3-3 再沸器的熱量</p><p>　　3.1.5側(cè)線(xiàn)熱量計(jì)算</p><p>　　側(cè)線(xiàn)t=40℃ ，查表[11]得Cp 值</p><p>　　表3-4 解吸塔側(cè)線(xiàn)的熱量</p><p>　　3.1.6塔底的熱量計(jì)算</p&

50、gt;<p>　　假設(shè)塔底溫度t=135℃，查表[11]得Cp 值</p><p>　　表3-5 解吸塔塔底的熱量</p><p><b>　　3.1.7循環(huán)熱量</b></p><p>　　P=0.4Mpa（絕），t=40℃=313.15K ，查表[11]可得Cp值</p><p>　　表3-6 解吸

51、塔循環(huán)熱量</p><p>　　3.1.9貧富油換熱器熱量計(jì)算</p><p>　　假設(shè)進(jìn)塔溫度t=62℃ </p><p>　　表3-7 貧富油換熱器的熱量</p><p>　　第3.2節(jié) 再生塔的熱量衡算</p><p>　　3.2.1塔頂冷凝器熱量計(jì)算</p><p>　　設(shè)泡點(diǎn)為85

52、℃，分別查得Ki [11]和Hi [12]</p><p>　　表3-8 再生塔塔頂冷凝器熱量</p><p>　　其中：水t平均= = ， t2=10 </p><p>　　查表[12]得Cp水=4.179 kJ/kg. k </p><p>　　因?yàn)?，所以m= =971.811kg/h</p><p>　　

53、3.2.2再沸器熱量計(jì)算</p><p>　　已求得解吸塔塔底熱量Q底=832607.16kJ/h</p><p>　　Q入=10%Q解吸塔塔底=10%×832607.16kJ/h=83260.716kJ/h</p><p>　　再生塔塔底102℃，查表[11]可得Cp值</p><p>　　表3-9 再生塔再沸器熱量</p

54、><p>　　3.2.3塔頂熱量計(jì)算</p><p>　　塔頂溫度t=95℃ ，查表[11]可得Cp值</p><p>　　表3-10 再生塔塔頂組分熱量</p><p><b>　　3.2.4汽化計(jì)算</b></p><p>　　全塔平均溫度為t平均= = ,</p><p&g

55、t;　　查表[11]得各組分的汽化熱 kJ/kg</p><p>　　表3-11再生塔各組分汽化熱</p><p>　　3.2.5 蒸汽用量</p><p>　　Q蒸汽=Q底+Q汽化+Q頂-Q入=1508.014 ×103kJ/h +110.156×103kJ/h+47.888×103kJ/h-83260.716kJ/h = 15

56、82797.284kJ/h </p><p>　　G蒸汽= = =17.850kmol/h </p><p>　　第4章 解吸塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　第4.1節(jié) 解析塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 塔徑的計(jì)算</p><p>　?。?）側(cè)線(xiàn)出料溫度為40℃</p><p&

57、gt;　　表4.1 側(cè)線(xiàn)出料組成</p><p>　　總物料處理量為45.273 kmol/h</p><p>　　原料液的平均摩爾質(zhì)量: = 54.84 g/mol</p><p><b>　　(2) 進(jìn)料62℃</b></p><p>　　表4.2 解吸塔進(jìn)料及密度</p><p>　　平

58、均摩爾質(zhì)量M=76.0387g/mol</p><p>　　密度的平均值 L1 631.67kg/m3</p><p>　　(3 ) 塔頂出料為40℃</p><p>　　表4.3 塔頂出料組成</p><p>　　平均摩爾質(zhì)量M =53.65g/mol</p><p>　　(4)塔底出料135℃</p>

59、<p>　　表4.4 塔底出料組成及密度</p><p>　　塔底組成的平均摩爾質(zhì)量M=93.340 g/mol</p><p>　　塔底出料量37.301kmol/h </p><p>　　密度的平均值ρL2=582.33kg/m3</p><p>　　化工生產(chǎn)中常用板間距[13]為：200，250，300，350，400，

60、450，500，600，700，800mm。</p><p>　　取板間距HT=500mm，通常板上液層高度hL=0.05~0.08m，取hL=0.06m</p><p>　　可得HT-hL=0.44m，查表[14]得，得 ：</p><p><b>　　平均摩爾質(zhì)量M= </b></p><p><b>　　

61、dyn/cm</b></p><p><b>　　負(fù)荷系數(shù) </b></p><p><b>　　取 </b></p><p>　　注：（標(biāo)準(zhǔn)塔徑：0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.2，1.4，1.6，… 4.2m）</p><p><b>　　檢驗(yàn)：塔截面積 <

62、;/b></p><p>　　4.1.2 溢流裝置</p><p>　　D=0.9m,Ls=0.0022m3/s,選單型流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰</p><p><b>　?。?）出口堰</b></p><p>　?、傺唛L(zhǎng)Lw=(0.6~0.8)D，取堰長(zhǎng)[15]Lw=0.6D=0.84m</p>

63、<p>　?、谘呱蠈痈叨萮ow(c采用平自堰)</p><p>　　其中：Lh=LS×3600=7.92 </p><p>　　Lh/(lw)2.5=37.01 </p><p><b>　　lw/D=0.6 </b></p><p>　　查液流收縮系

64、數(shù)計(jì)算圖[13]得：E=1.02</p><p>　　一般情況下可取E值為1，所引起的誤差不大。</p><p>　　③堰高h(yuǎn)w [13]</p><p>　　hw=hL-how=0.06-0.017=0.043m</p><p>　　又 0.1- how=0.1-0.017=0.083m</p><p>　　0.05

65、- how=0.05-0.017=0.033m</p><p>　　因此0.05- how＜hw＜0.1- how</p><p>　　第4.2節(jié) 弓形降液管的計(jì)算</p><p>　　4.2.1弓形降液管的寬度和面積</p><p>　　由lw/D=0.7，查圖弓形降液管的寬度與面積[15]，得Wd/D=0.150，Af/AT=0.09

66、 (其中：Af—降液管面積、AT—塔橫截面積)</p><p>　　得弓形降液管的寬度Wd=0.15×0.9=0.135m</p><p>　　弓形降液管的面積Af=0.09AT=0.0572m2</p><p><b>　　檢驗(yàn)： </b></p><p><b>　　因此滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</

67、b></p><p>　　4.2.2降液管底隙高度h0 </p><p>　　一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)底隙流速</p><p>　　取 =0.08m/s</p><p>　　降液管底隙高度是指降液管底邊于塔板間的距離h0。確定h0的原則是：保證液體夾帶的懸浮固體通過(guò)底隙時(shí)不致沉降下來(lái)以堵塞通道；同時(shí)又要有良好的液封。要達(dá)到這兩個(gè)條件，底隙高度

68、h0可按下式[13]估算，即：</p><p><b>　　=50.926mm</b></p><p>　　降液管底隙高度一般不宜小于20~25mm,否則易于堵塞，或因安裝偏差而使液流不暢，造成液泛。在設(shè)計(jì)時(shí)，塔徑較小可取h0=25~30mm,塔徑較大時(shí)，可取40mm左右，最大時(shí)可取150mm。本塔塔徑較大，通過(guò)上述計(jì)算可知本塔降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理[16]。<

69、/p><p>　　第4.3節(jié) 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　4.3.1 塔板的布置</p><p>　　塔板有整塊式和分塊式兩種。本塔塔徑大于900mm，能在塔內(nèi)進(jìn)行裝拆，可采用分塊式塔板。</p><p>　　塔板板面可分為四個(gè)區(qū)域：</p><p>　?、殴呐輩^(qū) 塔板上氣液接觸的有效，Aa&l

70、t;/p><p>　?、埔缌鲄^(qū) 降液管及受液盤(pán)所占區(qū)域Af=Aa</p><p>　　⑶破沫區(qū) 前兩者之間的區(qū)域。此區(qū)內(nèi)不開(kāi)篩孔，主要在液體進(jìn)入降液管之前，有一段不鼓泡的安定地帶。以免液體大量夾帶氣泡進(jìn)入降液管。此區(qū)又稱(chēng)安定區(qū)，其寬度Ws可按下述范圍選取[17]：</p><p>　　當(dāng)D<1.5m時(shí)，Ws=60~75mm</p><

71、;p>　　當(dāng)D>1.5m時(shí)，Ws=80~110mm</p><p>　　當(dāng)D<1m時(shí)，Ws可以適當(dāng)減小一些</p><p>　　本塔塔徑小于1.5m故取寬度Ws=55mm</p><p>　　⑷無(wú)效區(qū) 即靠近塔壁的一圈邊緣區(qū)域，這個(gè)區(qū)域主要供支持塔板的邊梁之用。其寬度小塔為30~50mm，大塔為50~70mm。此處取寬度Wc=50mm</p&

72、gt;<p>　　4.3.2 浮閥數(shù)目與排列</p><p>　　動(dòng)能因數(shù)F0=9~12 取F0=9.87</p><p>　　閥孔氣速 與每層板上的閥孔的N的關(guān)系為</p><p>　　一般d0=0.039m</p><p><b>　　因此 </b></p><p>

73、　　鼓泡區(qū)內(nèi)浮閥的排列：按等邊三角形排列</p><p><b>　　其中：鼓泡區(qū)面積 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　又 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><

74、;p><b>　　檢驗(yàn)： </b></p><p>　　，在9~12之間滿(mǎn)足條件。</p><p>　　4.3.3 流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　氣相通過(guò)浮閥塔板的壓降 </p><p><b>　　a:干板阻力</b></p><p><b>　　見(jiàn)《

75、化工原理》</b></p><p>　　b:板上充氣液層阻力</p><p>　　=0.2~0.35 取 =0.3</p><p>　　C:液體表面張力所造成的阻力，忽略不計(jì)</p><p>　　因此hp=0.128m</p><p><b>　　4.3.4 淹塔</b></p

76、><p>　?、贋榱朔乐寡退F(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降壓管中清液層</p><p>　　Hd≤Φ﹙HT+hw﹚,Hd=hp+hl+hd</p><p>　　氣體通過(guò)塔板的壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮p：hp=0.128m</p><p>　　②液體通過(guò)降壓管的壓頭損失hd，因不設(shè)進(jìn)口堰，故用下式計(jì)算：</p><p>　　Hd=0.

77、153×﹙ ﹚2=0.153×﹙0.0022／0.54×0.05﹚2=0.0009m</p><p><b>　　③板上液層高度：</b></p><p><b>　　HL=0.06m</b></p><p>　　∴Hd=0.128+0.0009+0.06=0.1889m</p>

78、<p>　　對(duì)一把物系φ=0.3~0.4，取φ=0.4</p><p>　　∴Φ﹙HT+hw﹚=0.4×﹙0.5+0.043﹚=0.2172</p><p>　　可見(jiàn)Hd≤φ﹙HT+hw﹚符合防止淹塔的要求。</p><p>　　4.3.5 霧沫夾帶[18]</p><p><b>　　單溢流塔板：</b

79、></p><p>　?、賈L=D-2Wd=0.9-2×0.135=0.63m</p><p>　　②Ab=AT-2Af=0.636-2×0.0572=0.522m2</p><p>　?、塾?kg/m2，HT=0.50m，CF=0.11</p><p>　?、苡臀账衚=0.85</p><p

80、><b>　　泛點(diǎn)率= </b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率= </b></p><p>　　取兩者之間較大者，則泛點(diǎn)率為67.32％</p><p>　　泛點(diǎn)率＜80％，故可知霧沫夾帶量能夠滿(mǎn)足ev＜0.1kg﹙液﹚／kg﹙氣﹚的要求。</p><p>　　4.3.6 操作線(xiàn)﹙塔板

81、負(fù)荷性能圖﹚</p><p><b>　?、凫F沫夾帶線(xiàn)</b></p><p><b>　　泛點(diǎn)率= </b></p><p>　　對(duì)一定物系及一定的塔板結(jié)構(gòu)，將已知數(shù)帶入上式，便得出Vs ~Ls關(guān)系，據(jù)此可作出負(fù)荷性能圖中的霧沫夾帶線(xiàn)。</p><p>　　按泛點(diǎn)率為80％計(jì)算如下：</p&

82、gt;<p><b>　　=80％</b></p><p>　　整理：0.131Vs+0.857Ls=0.039</p><p>　　或Vs=0.72-10.15Ls</p><p><b>　?、谝悍壕€(xiàn)：</b></p><p>　　φ﹙HT+hw﹚=hp+hl+hσ+hL+hd&l

83、t;/p><p>　　hσ很小，可以忽略，因此：</p><p>　　因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則HT，hw，h0，lw，ρv，ρL ，ξ0 及 為定值，且U0 = 式中閥孔數(shù)N和d0 為定值。</p><p>　　∴可將上式化簡(jiǎn)或Vs與Ls關(guān)系式：</p><p>　　0.4×﹙0.5+0.043) = + </

84、p><p>　　+﹙1+0.3﹚[ 0.044 + ×Ls2／3 ]</p><p>　　0.1688=254.89Ls2 +1.142Ls2／3 +0.0572+7Vs2</p><p>　　或Vs2 =0.0159-36.41Ls2 -0.163Ls2／3</p><p><b>　?、垡合嘭?fù)荷上限線(xiàn)：</b&g

85、t;</p><p>　　液體的最大流量應(yīng)保證在降壓管中停留時(shí)間不低于3~5秒。</p><p>　　Q=AfHT =3~5秒</p><p>　　以Q=4秒作為液體壓降管中停留時(shí)間的下限，則</p><p><b>　?、苈┮壕€(xiàn)：</b></p><p>　　對(duì)F1 型重閥，依 計(jì)算</p

86、><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　又知： </b></p><p>　　則：Vs﹙min﹚= m3 </p><p>　　∴漏液線(xiàn)為Vs﹙min﹚ m3 </p><p><b>　?、菀合嘭?fù)荷下限線(xiàn)</b></p>

87、<p>　　取堰上液層高度how=0.017m作為液相負(fù)荷下限的條件，依how的計(jì)算公式：</p><p><b>　　E=1.0 2</b></p><p>　　∴Ls﹙min﹚=0.0019 m3 ／s</p><p><b>　　可見(jiàn)操作線(xiàn)方程為</b></p><p>　　Vs

88、= Ls=76.13Ls</p><p>　　第4.4節(jié) 塔體總高及輔助裝置</p><p>　　4.4.1 計(jì)算理論板數(shù)NT</p><p>　　理論塔板數(shù)計(jì)算主要有如下方法[13]：</p><p><b>　?。?）捷算法</b></p><p><b>　?。?）逐板計(jì)算法&

89、lt;/b></p><p><b>　?。?）作圖法</b></p><p>　　通常采用逐板計(jì)算法和作圖法確定精餾塔理論板數(shù)，由于本設(shè)計(jì)采用有側(cè)線(xiàn)出料的塔，雖然此算法較為繁瑣，但本設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)理論板數(shù)不會(huì)太多，且在設(shè)計(jì)側(cè)線(xiàn)出料口時(shí)需要得知相應(yīng)塔板上物料組成是否達(dá)到分離要求，可以減少以后的計(jì)算量，故采取逐板計(jì)算法，得到理論板數(shù)為6塊板，即NT=6</p>

90、;<p>　　4.4.2 計(jì)算實(shí)際板數(shù)NP</p><p><b>　?、趴偘逍蔈T</b></p><p>　　tm=（t頂+t釜）/2=(40+135)/2=87.5℃</p><p>　　查得：μ丁二烯=0.12mPa ?s</p><p>　　μ己烷=0.214mPa ?s</p>

91、<p>　　∴μm==0.12×0.998+0.214×0.002=0.120188 mPa ?s</p><p>　　μm-進(jìn)料液在塔頂、塔底平均溫度下的粘度，mPa ?s</p><p>　　xi-進(jìn)料液的摩爾分?jǐn)?shù)</p><p>　　查得：α頂=672.29</p><p><b>　　α釜=1

92、0.55</b></p><p><b>　　總板效率ET</b></p><p>　　O’comnell（奧康奈爾）法：ET′=0.49（μmα）-0.245 </p><p>　　對(duì)篩板塔：ET=1.1 ET′

93、 </p><p>　　a= </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=84.22</b></p><p>　　ET′=0.49（0.120

94、188×84.22）-0.245=0.278</p><p>　　ET=1.1×0.278=0.3058</p><p><b>　?、茖?shí)際板[9]</b></p><p>　　設(shè)塔釜為一塊理論板，則實(shí)際板 </p><p>　　N =

95、(NT-1)/ ET=(6-1)/0.3058=16.35塊 圓整得17 </p><p><b>　?、谴_定進(jìn)料位置</b></p><p>　　進(jìn)料板Nm=NR/ET+1=2/0.3058+1=7.54塊 圓整得8 </p><p>　　NR-精餾段理論板數(shù)&l

96、t;/p><p>　　有上述計(jì)算可知第八塊板為進(jìn)料板</p><p>　　4.4.3 塔體總高度</p><p>　　H計(jì)= ·HT=17／0.3058×0.5=27.8m</p><p>　　H總=1.5×2+0.8×2+0.29+27.8+3=35.69m</p><p>　　

97、H塔體=1.5×2+0.8×2+0.29+27.8+0.39=33.08m</p><p>　　H圓筒=15.56-0.29×2=14.98m</p><p>　　4.4.4 裙座設(shè)計(jì)</p><p><b>　　選材Q235-A</b></p><p><b>　　Sn=10mm

98、</b></p><p>　　裙座與塔體的連接采用對(duì)接焊</p><p>　　裙座直徑D=1000mm</p><p>　　裙座高度為5000mm。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是橡膠車(chē)間丁烯氧化脫氫工段解析塔和再生塔的工藝設(shè)計(jì)，其中主要是對(duì)

99、精餾塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算，本塔選用篩板塔，其優(yōu)點(diǎn)具體總結(jié)如下：</p><p>　?、牌湫?、生產(chǎn)能力大于或等于其他種類(lèi)的塔（如：泡罩塔、浮閥塔、舌形塔等），且較之于其他塔其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。</p><p>　?、票驹O(shè)計(jì)為多組分混合液體進(jìn)料，比之二組分進(jìn)料其分離難度較大，同時(shí)考慮到在設(shè)計(jì)要求中并只需要將關(guān)鍵組分（丁二烯）分離即可，因此本設(shè)計(jì)采用有側(cè)線(xiàn)出料的精餾塔。</p>&l

100、t;p>　?、潜舅棺捎脠A筒形設(shè)計(jì)。本塔塔高較小，圓筒形設(shè)計(jì)制造方便，經(jīng)濟(jì)上合理，既不影響設(shè)備的穩(wěn)定性又節(jié)省了成本及空間。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李親華.我國(guó)丁烯氧化脫氫制丁二烯技術(shù)展[J].石油化工,1990,19(3):183-190.</p><p>　　[2]J.J.Herman

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