年产40000吨苯酐生产车间工艺设计说明书(6)

5. 精馏塔的工艺设计及选型

本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用F1浮阀塔，进料为两组分进料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为顺酐塔。

5.1 确定操作条件

顺酐为挥发组分，所以根据第3章物料衡算得摩尔份率： 进料： xF? 塔顶：

2.9536?0.0794

37.2161xD=0.8502

塔底： xw=0.002

该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比R=2（R=1.3Rmin），及以下操作条件：

塔顶压力：10.0kPa； 塔底压力：30.0kPa； 塔顶温度：117.02℃； 塔底温度：237.02℃； 进料温度：225℃； 塔板效率：ET=0.5

5.2 基础数据整理

（1）精馏段：

V , y1 1 2 n x1 y2 x2 y L,xD D,x F, xF

图5-1 精馏段物流图

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平均温度：

1?117.02?225??171.01℃ 21?75.19? 平均压力：?30.0?103?10.0?103??10.0?103??15.03?103pa

2?75???根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下：

表5-1 精馏段物料流率

物料 内回流 质量流量 kg/h 1704.6120 分子量kg/kmol 98 摩尔流量kmol/h 17.3940 标准状况下的体积： V0=17.3940?22.4?389.6256Nm3/h 操作状况下的体积：

273?171.010.101?106?V1=389.6256? 3627315.03?10?0.101?10 =551.6056 Nm3/h 气体负荷： Vn=

551.6056?0.1532 m3/s

36001704.6120?3.0903

551.6056 气体密度： ?n? 液体负荷： Ln=

1704.6120?0.4735

3600 171.01℃时 苯酐的密度为1455kg/m3

（2）提馏段：

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F , xF L’ x’m m m+1 N V’ ’m+1 y xxn 蒸气 W ,xW 图5-2 提馏段物料图

平均温度：

1?237.02?225??231.01℃ 275?19?14.9kPa 75 入料压力：?30?10?? 平均压力：

1?14.9?30.0?? 22.5kPa 2根据第3章物料衡算列出提馏段内回流如下图：

表5-2 提馏段内回流

物料 内回流 质量流量kg/h 4394.2710 分子量kg/kmol 98 摩尔流量kmol/h 44.8395 ??11.1028?22.4?248.7027Nm3/h 标准状况下的体积：V0273?231.010.101?106?操作状态下的体积：V1??248.7027?

27322.5?103?0.101?106 =375.5081 气体负荷：Vm=气体密度 ?m=

375.5081?0.1043m3/s

36004394.2710?11.7022kg/m3

375.5081查得进料状态顺酐与苯酐混合物在温度225℃下，含顺酐5.41(wt)%,密度1546kg/m3。塔底含顺酐很少，可近似为纯苯酐，在塔顶的温度及压力状态下苯

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酐的密度为1530kg/m3。液体的平均密度：??负荷Lm?4394.2710?0.80?10?3m3/s

1538?36001530?1546?1538kg/m3，液体25.3 塔板数的确定

由于进料中顺酐的摩尔分率很小，无法用常规的作图法求解塔板数。所以这里采用假设全回流计算理论最少塔板数Nmin，下面应用芬斯克方程[14]式有: 查得全塔平均相对挥发度am=3.7，及精馏段平均响度挥发度4.5

所以全塔的最少理论板层数：

??0.8502??1?0.002??lg??????1?0.85020.002???? Nmin????1lg3.7 =5.1

??xD??1?xF??lg??????1?xDxF?????精馏段最少理论板层数： N1???1

lga??0.8502??1?0.0794??lg??????1?0.85020.0794????? ???1

lg4.5 =1.7 由：

R?Rmin2?1.5=0.17 ?R?12?1N?Nmin=0.48 N?2对应吉利兰图查得： 所以对全塔：

N?NminN?5.1=?0.48 N?2N?2解得全塔理论板数： N= 11.7 对精馏段：

N2?1.7 ?0.4 8N2?2解得精馏段理论塔板数： N2=5.1 所以提馏段理论塔板数： N3=6.6 所以得到实际板层数：

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精馏段：N精=5.1/0.5=10.2?11 提馏段：N提=6.6/0.5=13.2?14 全塔实际板层数： N总=25 实际进料板： NT=12

5.4 塔径的计算及板间距离的确定

由于浮阀塔塔板效率高，生产能力大，且结构简单，塔的造价低，所以本次设计采用的是F1型浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距HT=0.35m，且因为该顺酐塔为减压塔，所以设计溢流堰高hc=0.025m 5.4.1 精馏段

(1)精馏段功能参数：

Ln?l1()2 =0.217 Vn?v塔板间的有效高度H0=HT-hC=0.325m 由史密斯图[13]查得：C20?0.041，

(2)塔顶温度117.02℃下?顺=20.14mN/m，?苯酐=20.21mN/m， 所以?1=20.14×0.79+20.210.21=20.15mN/m

进料层温度225℃下?顺=17.12mN/m，?苯酐=19.33mN/m 所以?2=17.12×0.054+19.33×0.946=19.21mN/m 所以精馏段液相平均表面张力??20.15?19.21?19.6mN/m

20.2????19.6?(3)计算出操作物系的负荷因子C=C20?L?=0.041???20???20?所以最大空塔气速Umax?C0.2?0.040

?L??V1455?3.0903?0.040?0.86m/s ?V3.0903设计气速：取安全系数为0.7，则U=0.7?Umax?0.7?0.86=0.607m/s (4)塔径D=5.4.2 提馏段

(1)精馏段功能参数为：

Vn0.1532??0.587m

0.785U0.785?0.6071Lm?（l）2 =0.088 ?vVm塔板间有效高度：H0=0.30m

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