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年產(chǎn)1000噸鄰甲苯胺車間工藝設(shè)計 ——酒精回收塔的設(shè)計 摘 要：鄰甲苯胺是重要化工產(chǎn)品。本文簡單介紹了鄰甲苯胺的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、市場前景及發(fā)展趨勢，設(shè)計了年產(chǎn)1000噸鄰甲苯胺工藝生產(chǎn)。以甲苯、混酸為原料，經(jīng)硝化、水洗、連續(xù)精餾、加氫還原、精制后得鄰甲基苯胺。我主要負責酒精回收塔的設(shè)計，根據(jù)物料衡算和熱量衡算結(jié)果，確定了酒精回收塔的工藝參數(shù)、類型及特征尺寸。并對酒精回收塔進行了流力學(xué)和熱力學(xué)的核算，結(jié)果表明所設(shè)計的多酒精回收塔符合要求。 關(guān)鍵詞：酒精；回收塔；精餾；鄰甲苯胺 Process Design of workshop with an annual Output of 1000 tons of o-toluidine ___The design of the alcohol recovery tower Abstract: O-toluidine is an important product of chemical industry. Its natures, uses, main production methods, market prospect and the trend of development were introduced in this paper. The process design of industrial grade o-toluidine of 1,000 tons per year was explored. Toluene and mixed acid as raw materials, by nitrification, washing, continuous distillation, hydrogenation reduction, then o-toluidine was got. I was mainly responsible for the design of alcohol recovery tower. According to the material and heat balance calculations, technological parameters, type and characteristic dimension of alcohol recovery tower were determined. At the same time, the flow resistance and energetics of each alcohol recovery tower were checked. The result showed that the alcohol recovery tower designed could meet requirements. Keywords: Alcohol; Recovery tower; Distillation; O-toluidine 目錄 摘 要 1 ABSTRACT 1 1. 概述 2 1.1 性質(zhì) 2 1.2 用途 2 1.3 鄰甲基苯胺的生產(chǎn)方法 2 1.3.1 鄰硝基甲苯還原法 3 1.3.2 苯胺甲基化法 3 1.4 市場需求及發(fā)展前景 3 2. 工藝介紹 4 3. 原料、輔助原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 5 4. 工藝計算 5 4.1 精餾塔的物料衡算 5 4.1.1 原料液組成及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 5 4.1.2 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 6 4.1.3 物料衡算 6 4.2 精餾塔的熱量衡算 6 4.2.1再沸器的熱負荷 7 4.2.2全凝器的熱負荷 7 5. 填料精餾塔塔體工藝尺寸的計算及選型 7 5.1 填料的類型、材質(zhì)及選擇 8 5.1.1 填料的類型 8 5.1.2 填料材質(zhì)的類型 9 5.2 精餾塔理論板數(shù)計算 9 5.2.1 揮發(fā)度計算 9 5.2.2 回流比的計算 10 5.2.3 簡捷法計算理論板層數(shù) 10 5.2.4 精餾段回流比的計算 11 5.2.5 進料板的計算 11 5.3 塔徑的計算 11 5.3.1 填料精餾塔有關(guān)參數(shù) 11 5.3.2精餾段塔徑的計算 12 5.3.3 提餾段塔徑的計算 13 5.4 液體噴淋密度及空塔氣速核算 13 5.5 填料層高度計算 14 5.6 填料層壓降計算 15 5.7精餾填料塔的內(nèi)件類型 15 5.7.1 填料支撐裝置 15 5.7.2 填料壓緊裝置 15 5.7.3 液體分布裝置 16 6. 填料精餾塔設(shè)計計算結(jié)果 17 結(jié)束語 18 參考文獻 19 謝 辭 20 XX大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目 年產(chǎn) 1000 噸鄰甲苯胺車間工藝設(shè)計 酒精回收塔的設(shè)計 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師 20 xx 年 5 月 27 日 目錄 摘 要 1 ABSTRACT 1 1 概 述 2 1 1 性 質(zhì) 2 1 2 用 途 2 1 3 鄰 甲 基 苯 胺 的 生 產(chǎn) 方 法 2 1 3 1 鄰 硝 基 甲 苯 還 原 法 3 1 3 2 苯 胺 甲 基 化 法 3 1 4 市 場 需 求 及 發(fā) 展 前 景 3 2 工 藝 介 紹 4 3 原 料 輔 助 原 料 及 產(chǎn) 品 的 主 要 技 術(shù) 規(guī) 格 5 4 工 藝 計 算 5 4 1 精 餾 塔 的 物 料 衡 算 5 4 1 1 原 料 液 組 成 及 塔 頂 塔 底 產(chǎn) 品 的 摩 爾 分 率 5 4 1 2 原 料 液 及 塔 頂 塔 底 產(chǎn) 品 的 平 均 摩 爾 質(zhì) 量 6 4 1 3 物 料 衡 算 6 4 2 精 餾 塔 的 熱 量 衡 算 6 4 2 1 再 沸 器 的 熱 負 荷 7 4 2 2 全 凝 器 的 熱 負 荷 7 5 填 料 精 餾 塔 塔 體 工 藝 尺 寸 的 計 算 及 選 型 7 5 1 填 料 的 類 型 材 質(zhì) 及 選 擇 8 5 1 1 填 料 的 類 型 8 5 1 2 填 料 材 質(zhì) 的 類 型 9 5 2 精 餾 塔 理 論 板 數(shù) 計 算 9 5 2 1 揮 發(fā) 度 計 算 9 5 2 2 回 流 比 的 計 算 10 5 2 3 簡 捷 法 計 算 理 論 板 層 數(shù) 10 5 2 4 精 餾 段 回 流 比 的 計 算 11 5 2 5 進 料 板 的 計 算 11 5 3 塔 徑 的 計 算 11 5 3 1 填 料 精 餾 塔 有 關(guān) 參 數(shù) 11 5 3 2 精 餾 段 塔 徑 的 計 算 12 5 3 3 提 餾 段 塔 徑 的 計 算 13 5 4 液 體 噴 淋 密 度 及 空 塔 氣 速 核 算 13 5 5 填 料 層 高 度 計 算 14 5 6 填 料 層 壓 降 計 算 15 5 7 精 餾 填 料 塔 的 內(nèi) 件 類 型 15 5 7 1 填 料 支 撐 裝 置 15 5 7 2 填 料 壓 緊 裝 置 15 5 7 3 液 體 分 布 裝 置 16 6 填 料 精 餾 塔 設(shè) 計 計 算 結(jié) 果 17 結(jié) 束 語 18 參 考 文 獻 19 謝 辭 20 1 年產(chǎn) 1000 噸鄰甲苯胺車間工藝設(shè)計 酒精回收塔的設(shè)計 摘 要 鄰甲苯胺是重要化工產(chǎn)品 本文簡單介紹了鄰甲苯胺的性質(zhì) 用途 主要生產(chǎn)方 法 市場前景及發(fā)展趨勢 設(shè)計了年產(chǎn) 1000 噸鄰甲苯胺工藝生產(chǎn) 以甲苯 混酸為原料 經(jīng)硝化 水洗 連續(xù)精餾 加氫還原 精制后得鄰甲基苯胺 我主要負責酒精回收塔的設(shè) 計 根據(jù)物料衡算和熱量衡算結(jié)果 確定了酒精回收塔的工藝參數(shù) 類型及特征尺寸 并 對酒精回收塔進行了流力學(xué)和熱力學(xué)的核算 結(jié)果表明所設(shè)計的多酒精回收塔符合要求 關(guān) 鍵 詞 酒 精 回 收 塔 精 餾 鄰 甲 苯 胺 Process Design of workshop with an annual Output of 1000 tons of o toluidine The design of the alcohol recovery tower Abstract O toluidine is an important product of chemical industry Its natures uses main production methods market prospect and the trend of development were introduced in this paper The process design of industrial grade o toluidine of 1 000 tons per year was explored Toluene and mixed acid as raw materials by nitrification washing continuous distillation hydrogenation reduction then o toluidine was got I was mainly responsible for the design of alcohol recovery tower According to the material and heat balance calculations technological parameters type and characteristic dimension of alcohol recovery tower were determined At the same time the flow resistance and energetics of each alcohol recovery tower were checked The result showed that the alcohol recovery tower designed could meet requirements Keywords Alcohol Recovery tower Distillation O toluidine1 2 1 概述 1 1 性質(zhì) 1 鄰甲苯胺英文名稱為 o toluidine 又可稱 2 甲基苯胺 2 氨基甲苯 鄰 胺 鄰氨基甲苯 分子式 C7H9N 分子量 107 15 它是淺黃色易燃液體 熔 點 14 7 沸點 200 4 相對密度 0 9984 20 4 閃點 85 閉式 溶于乙醇 乙醚 丙酮 苯等有機溶劑 微溶于水 但能隨水蒸氣揮發(fā) 暴露 在空氣和日光中變成紅棕色 鄰甲苯胺與苯胺相似 與酸生成鹽 與亞硝酸發(fā) 生重氮化反應(yīng) 生成重氮化合物 與醇 鹵代烴 烯烴反應(yīng)生成 N 烷基化合物 在芳核上能發(fā)生烷基化 磺化 鹵化 硝化亞硝化等反應(yīng) 發(fā)生在氨基的鄰位 和對位 與粉末狀硫加熱到 200 生成噻唑環(huán) 在稀硫酸中用鉻酸二氧化錳氧 化時 根據(jù)條件不同 生成對甲苯醌 2 2 二甲基偶氮苯或鄰硝基甲苯等 用 鋰還原時得到 2 甲基環(huán)己胺 鄰甲苯胺劇毒 其毒性與苯胺基本相同 經(jīng)皮膚 吸收會引起中毒 生成高鐵血紅蛋白 引起神經(jīng)障礙以及致癌等 工作場所空 氣中最高容許濃 5mg m3 避免暴露在空氣中 避免直接光照 避免與強氧化劑 酸類 酰基氯 酸酐 氯仿接觸 其蒸汽與空氣形成爆炸性混合物 在空氣和 光的作用下逐漸變成棕紅色 1 2 用途 鄰甲苯胺用于生產(chǎn)大紅色基 GBC 棗紅基 G 紅 色基 RL 色酚 AS D 酸性 桃紅 3B 堿性品紅和堿性桃紅 T 等染料產(chǎn)品 以及農(nóng)藥殺蟲脒 糖精 硫化促 進劑 選礦劑甲苯砷酸等鑒定鎳 鋨 鈀 鉑 釩 鉻 金 銀 游離氯和雙 氧水 測定血糖和礦物折射率 也作冰染染料顯色基 偶氮染料的中間體 在 醫(yī)藥工業(yè)用于制備鄰氯青霉素 安眠酮 必嗽平 若丁等 農(nóng)藥工業(yè)用于合成 殺蟲劑 還用于合成硫化促進劑 DT BG PR 等用于油墨 塑料 橡膠 廣告等行 業(yè) 1 3 鄰甲基苯胺的生產(chǎn)方法 2 作為一種重要的精細化工中間體產(chǎn)品 早在 20 世紀 20 年代 人們就對其 3 表現(xiàn)出了極大的興趣 開發(fā)了多種合成方法 比如鄰硝基甲苯還原法 包括鄰硝 基 甲苯催化加氫還原法 鄰硝基甲苯鐵粉還原法 苯胺甲基化法 1 3 1 鄰硝基甲苯還原法 甲苯與混酸硝化得鄰甲基硝基苯和對甲基硝基苯的混合物 分離混合物 約得到 63 的鄰甲基硝基苯和 34 的對甲基硝基苯 再分別還原為鄰甲基苯胺和 對甲基苯胺 還原法分為 1 鄰硝基甲苯鐵粉還原法 鄰硝基甲苯在氯化銨介質(zhì)中或混酸中用鐵 粉還原而得 其反應(yīng)如下 4397227 494 OFeNHCOFeNHC 反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離 精餾 既得產(chǎn)品 2 利用鈀或鉑 釕或鐵化合物 鈀 碳 雷尼鎳加氫還原得鄰甲基苯 胺 其中催化加氫還原的副產(chǎn)物僅為反應(yīng)生成水 是所有還原反應(yīng)中污染最小的 方法 就甲苯硝化還原法而言 甲苯硝化時雖有對甲基硝基苯生成 但其還原 產(chǎn)物對甲基苯胺也是重要的精細化工中間體 目前大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)均采用此方 法生產(chǎn)鄰甲苯胺 所不同的是國內(nèi)大多數(shù)采用鐵粉還原而國外大多數(shù)采用催化 加氫還原 1 3 2 苯胺甲基化法 由苯胺用甲醇進行甲基化制得 其反應(yīng)如下 OHNCOHNC297376 制備實例 將硝酸鐵九水和物 202 0g 溶于 2L 蒸餾水中 然后慢慢加 25 的氨水 調(diào) pH 7 過濾沉淀 沉淀物水洗 向其中加入二氧化鍺 0 55g 混煉 1h 在 90 下干燥過夜然后再 450 下焙燒 3h 的催化劑 其組成為 三氧化 二鐵 二氧化鍺 99 1 金屬原子比 將上述催化劑粉碎為 6 10 目 并 向內(nèi)徑為 20mm 的反應(yīng)器中加入 20ml 加熱至 370 將苯胺 甲醇 1 5mol 的 混合液 以 14ml h 的速度通過反應(yīng)管 苯胺的轉(zhuǎn)化率為 84 5 鄰甲苯胺的 選擇性 42 2 4 1 4 市場需求及發(fā)展前景 鄰甲苯胺是重要的精細化工中間體 用于生產(chǎn)棗紅色基 GBC 大紅色基 G 紅色基 RL 色酚 ASD 酸性桃紅 3B 酸性品紅和堿性紅 T 等染料產(chǎn)品 以及農(nóng) 藥殺蟲醚 硫化促進劑 選礦劑甲苯砷酸 用于制備偶氮染料 三苯甲烷染料 硫化促進劑和糖精等 也用作分析試劑 用作有機合成 染料中間體 在醫(yī)藥 工業(yè)用于制備鄰氯青霉素 安眠酮 必嗽平 若丁等 農(nóng)藥工業(yè)用于合成殺蟲 劑 還用于合成硫化促進劑 DT BG PR 等用于油墨 塑料 橡膠 廣告等行業(yè) 有較好的市場前景 隨著我國染料 油墨等相關(guān)工業(yè)的發(fā)展 對有機顏料的品 種及數(shù)量需求將有一定幅度的增長 因此鄰甲苯胺的需求也會相應(yīng)增加 國內(nèi)外生產(chǎn)能力概況國內(nèi)最大的鄰甲苯胺生產(chǎn)企業(yè)是江蘇淮河化工有限公 司 年生產(chǎn)能力為 30000 噸 其次為江蘇安邦電化廠 山東東勝星奧化工有限 公司 吳江澄湖化工廠 吉林染料廠 湘潭有機化工廠等 我國目前鄰甲苯胺 的年生產(chǎn)能力約為 6 5 萬噸 國外鄰甲苯胺的主要生產(chǎn)公司有 英國的帝國化學(xué) ICI 公司 Hick ion 及 Welch 公司 德國的拜耳公司 美國的杜邦公司 日 本的日木化藥公司 市場情況 國內(nèi)目前需求量約為 6 萬噸 國際市場預(yù)計需求 量約為 100 萬噸 為擴大出口市場國內(nèi)廠家紛紛進行擴建或技術(shù)改造 以提高 市場的競爭力 綜上所述 作為重要中間體的鄰甲苯胺有著廣闊的市場前景 本次設(shè)計也 將帶來一定的經(jīng)濟及社會效益 2 工藝 介紹 3 本設(shè)計的任務(wù)是年產(chǎn) 1000 噸鄰甲苯胺車間工藝設(shè)計 內(nèi)容包括 第一 工 藝與工藝流程圖 第二 硝化釜的設(shè)計 第三 鄰甲基硝基苯精餾塔的設(shè)計 第四 加氫還原釜的設(shè)計 第五 酒精回收塔的設(shè)計 本設(shè)計所采用的工藝流程圖如下 先在混酸釜中按比例配制好混酸 并冷卻 將甲苯加入硝化釜冷卻 逐漸 加入已冷卻好的混酸 硝化產(chǎn)物送至分離器 分出廢酸水洗 堿洗 除去未反 應(yīng)的甲苯及脂肪族化合物 之后送至精餾塔分離 塔底產(chǎn)品為副產(chǎn)物對甲基硝 基苯 送至副產(chǎn)物生產(chǎn)工段 塔頂產(chǎn)品為鄰甲基硝基苯 經(jīng)冷卻器冷卻后送至 5 加氫還原釜 加入溶劑 催化劑進行反應(yīng) 待反應(yīng)完全后產(chǎn)物經(jīng)氣液分離分出 未反應(yīng)的氫氣 壓濾除去催化劑 催化劑回收 濾液再經(jīng)脫溶劑 常壓精餾后 得成品 純度為 99 采用此工藝 鄰甲基苯胺占全部產(chǎn)物的 99 乙醇 1 選擇性高 且技術(shù)成熟 是生產(chǎn)鄰甲苯胺的主要方法 本 設(shè) 計 所 采 用 的 生 產(chǎn) 工 藝 流 程 如 下 冷卻水 甲苯 硝硫酸 水蒸氣 H2 骨架鎳 鄰甲苯胺 3 原料 輔助原料及產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 原料 甲苯工業(yè)品 硝酸工業(yè)品 硫酸工業(yè)品 還原劑 H2 99 催化劑 骨架鎳 產(chǎn)品質(zhì)量指標 指標名稱 質(zhì)量指標 外觀 無色或淡黃色液體 含量 大于或等于 98 熔點 16 6 C 沸點 200 3 C 4 工藝計算 4 7 本設(shè)計任務(wù)為酒精回收塔 對于多元混合物的分離 應(yīng)采用連續(xù)精餾流程 設(shè)計中采用飽和液體進料 將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)進 連續(xù)精餾連續(xù)分離配酸 還原循環(huán)酸 濃縮 廢酸 精制 溶劑酒精回收 硝化 6 行分離 本酒精回收塔采取常壓連續(xù)精餾 塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝 冷 凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi) 其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲槽 4 1 精餾塔的物料衡算 4 1 1 原料液組成及塔頂 塔底產(chǎn)品的摩爾分率 乙醇的摩爾質(zhì)量 kmolg 46 鄰甲苯胺的摩爾質(zhì)量 l 1 07526 1372 41 m683 07 80FX95 9 D20 16 46 1 W 4 1 2 原料液及塔頂 塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 kmolgMF 39 5 8 0 783 0 D 471649 klF 2 2 4 1 3 物料衡算 原料處理量 hkmol 18 439 657 總物料衡算 WD 18 4 苯物料衡算 023 0 聯(lián)立解得 hkol 9 2 m1 4 2 精餾塔的熱量衡算 飽和液體進料 1 q 7 精餾段上升蒸汽量為 hkmolDRV 792 18 52 0 1 提餾段上升蒸汽量為 lVFq 精餾段下降液體量為 hkmolRDL 47 189 250 提餾段下降液體量為 lqF 65 4 2 1 再沸器的熱負荷 由于塔底餾出液幾乎為鄰甲基苯胺 故焓可按純鄰甲基苯胺計算 由附錄 得 鄰甲苯胺在 200 4 的焓 回流液在飽和溫度下進入塔 kmolJrB 2 4097 則 lkrIBLWV 故 hkJrVIQBLB 18 7342 0972 1 由附錄查在常壓下水的汽化熱為 kgJ 58 加熱蒸汽消耗量為 hrWBh 216 3418 7342 4 2 2 全凝器的熱負荷 由于塔頂餾出液幾乎為乙醇 故其焓可按純乙醇計算 由附錄查乙醇在 78 的焓 則 kmolJrA 390 故 hkJVrIQALDVC 4 7093792 1 由附錄查水的比熱容為 4CkgJCP 冷卻水消耗量為 8 hkgtCQWP 27 84 5 174 09 2 5 填料精餾塔塔體工藝尺寸的計算及選型 8 精餾是多級分離過程 就是同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程 因 此可使混合液得到幾乎完全的分離 精餾可視為由多次蒸餾演變而來的 不管 何種操作方式 混合液中組分間揮發(fā)度差異是蒸餾分離的前提和依據(jù) 本設(shè)計中選用的是填料精餾塔 與板式塔相比 填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡單 而 且具有生產(chǎn)能力大 分離效率高 持液量小 操作彈性大 壓力降低等優(yōu)點 尤其對于壓強較低的真空精餾操作 填料塔更顯示出其優(yōu)越性 5 1 填料的類型 材質(zhì)及選擇 5 1 1 填料的類型 隨著 1914 年拉西環(huán) Rashing Ring 填料的發(fā)現(xiàn) 填料塔技術(shù)進入了科學(xué)發(fā) 展的軌道 1937 年第一種規(guī)整填料斯特曼 Stedman 填料出現(xiàn) 隨后散裝填料和 規(guī)整填料得到不斷改進和發(fā)展 散裝填料出現(xiàn)了鮑爾環(huán) Pall Ring 填料 階梯環(huán) 填料 CMR 鞍形填料 Bell Saddles Intalox Saddles 以及金屬環(huán)鞍矩填料 IMTP 等 規(guī)整填料出現(xiàn)了古德洛 Goodloe 填料 麥特派克 Metpak 填料 格柵型填 料 蘇爾壽 Mellapak 填料等 隨著填料塔研究工作已日益深入 填料結(jié)構(gòu)的形 式不斷更新 填料性能也得到了迅速的提高 填料塔技術(shù)正在日趨完善 填料的種類很多 大致可分為實體填料和網(wǎng)體填料兩大類 實體填料有環(huán) 形填料和鞍形填料以及柵板 波紋板填料 網(wǎng)體填料主要是由金屬絲網(wǎng)制成的 各種填料 如鞍形網(wǎng) 波紋網(wǎng)填料等 按填料的裝填方法又可分為亂堆填料及 整砌填料 工業(yè)中常用的幾種填料有散裝填料和規(guī)整填料兩種 規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排列 整齊堆砌的填料 它因其高 通量 低壓降 操作穩(wěn)定而廣泛地用于氣 液 液 液接觸的塔設(shè)備中 其種 類很多 根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料 波紋填料 脈沖填料等 工業(yè)上應(yīng) 用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料 波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋 9 填料兩大類 可用陶瓷 金屬 塑料等材質(zhì)制造 金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式 該填料的波紋板上沖壓有許多 4mm 6mm 的小孔 可起到粗分配板片上的液體 加強橫向混合的作用 波紋板片上軋成細小溝紋 可起到細節(jié)分配板上的液體 增強表面潤濕性能的 作用 金屬孔板波紋填料強度高 耐腐蝕性強 特別適用于大直徑塔及氣液負 荷較大的場合 波紋填料的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊 阻力小 傳質(zhì)效率高 處理能力大 比表面 積大 其缺點是不適合處理黏度大 易聚合或有懸浮物的物料 且裝卸 清理 困難 造價高 5 1 2 填料材質(zhì)的類型 金屬填料材質(zhì)主要包括碳鋼 鋁合金及不銹鋼等 由于其壁薄 空隙率大 通量大 應(yīng)力小 分離效果好 金屬填料可用多種材質(zhì)制成 其材質(zhì)的選擇主 要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮 金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu) 0 2mm 0 1mm 與同種類型 同種規(guī)格的陶 瓷 塑料填料相比 它的通量大 氣體阻力小 且具有很高的抗沖擊性能 能 在高溫 高壓 高沖擊強度下使用 工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主 金屬孔板波紋填料是在金屬薄板孔表面打孔 軋制小紋 大波紋最后組裝 而成 具有阻力小 氣液分布均勻 效率高 能量大 放大效應(yīng)不明顯等特點 應(yīng)用于負壓 常壓和加壓操作 金屬孔板波紋填料也稱 Mellapak 填料 在 不銹鋼波紋片上鉆有許多 5mm 左右的小孔 該填料與同質(zhì)材質(zhì)的死網(wǎng)填料相比 雖然效率和通量低于波紋填料 但因造價低 強度高 抗腐蝕性能強 特別適 用于大直徑蒸餾塔 用金屬孔板波紋填料改造板式塔效果尤為明顯 本設(shè)計中選用 250Y 金屬孔板波紋填料 5 2 精餾塔理論板數(shù)計算 5 2 1 揮發(fā)度計算 9 表 2 兩種物質(zhì)不同溫度下的飽和蒸汽壓 物質(zhì) 78 142 200 4 10 乙醇 71 3 379 92 1658 7 鄰甲苯胺 13 33 81 3 401 3 注 上表中飽和蒸汽壓的單位為 Kp a 揮發(fā)度計算公式 0BAP 當 時 Ct 78 35 10 BAD 當 時 t 42 67 43 81920 BAFP 當 時 Ct 4 2 13 40765 BAW 全塔平均相對揮發(fā)度為 7 4 5 0 WDm 精餾段平均相對揮發(fā)度為 F 5 2 2 最小回流比的計算 采用泡點進料 即 根據(jù)恩特武德公式得 1qFx FDFDxR min 683 01 97 4683 0971 42 在精餾塔設(shè)計中 根據(jù)經(jīng)驗 通常操作回流比可取最小回流比的 1 1 2 倍 故取 51 09 71 min R 5 2 3 簡捷法計算理論板層數(shù) 11 由芬斯克方程式知 min1N 1lglDWX 代入數(shù)據(jù)得 87 4min87 3min 因 41 0i R 由吉利蘭圖知 3 02min N 解得 塊 不包括再沸器 7 5 2 4 精餾段回流比的計算 相 對 揮 發(fā) 度 0 5 m 1RinDDqqX 代 入 數(shù) 據(jù) 得 27 0min 取 46 17 1i 5 2 5 進料板的計算 由芬斯克方程式知 代入數(shù)據(jù)得 8 1min N0i 前已查出 3 2min 由此解得 1 N 故加料版為從塔頂往下的 3 層理論板 12 故精餾段理論板數(shù)為 3 層 提餾段理論板數(shù)為 層 47 5 3 塔徑的計算 5 3 1 填料精餾塔有關(guān)參數(shù) 操作回流比 51 0 R 理論板數(shù) 743 TN 進料板序號 F 塔頂溫度 CtD 8 塔釜溫度 W 4 20 精餾段上升蒸汽量為 hkmolV 792 1 提餾段上升蒸汽量為 精餾段下降液體量為 klL 4 提餾段下降液體量為 hmo65 5 3 2 精餾段塔徑的計算 氣體平均摩爾質(zhì)量 molgMV 35 4716 02 46978 0 氣體密度 3 315 kRTPDV 由附錄查得 78 時 液體密度 3 64 7gL N 48 1 精餾段上升與下降的氣體量 液體量分別為 hkghmMvLh 79 6 094 6 743513 hkgsVvVh 85 4 01 1 9233 13 取板間距 清液層高度為 mHT4 0 mhL05 分離空間的高度為 hL35 氣液動能參數(shù)為 0387 64 17 9V 由圖查得氣體負荷因子 修正后的 052 CsmC 0738 2 0 最大允許空塔氣速 5 164 738 VLmax 空塔氣速為 sm 942 057 16 0ax 塔徑 hqvD1 34 5 3 3 提餾段塔徑的計算 7 塔底物料平衡摩爾質(zhì)量 kmolgMV 75 109 610723 46 塔底氣相密度 3 15 80kgRTpWV 由附錄查得 200 4 時液體密度 3 6mL N 95 20 提餾段上升與下降的氣體量 液體量分別為 hkghMvLh 7 92 0 8637514 3 hkgsmVvVh 5 189 04 6 2 79 33 取板間距 清液層高度為 mHT4 0 hL5 分離空間的高度為 LT3 0 氣液動能參數(shù)為 17 2 869 7 hV 由圖差得氣體負荷因子 修正后的 052 CsmC 058 2 0 14 最大允許空塔氣速 smC 04 172 86305 VLmax 空塔氣速為 s 624 0 ax 塔徑 qvD0 139h 4 比較精餾段與提餾段計算結(jié)果 二者基本相同 圓整塔徑 取 mD6 0 5 4 液體噴淋密度及空塔氣速核算 精餾段液體噴淋密度為 0 2 2LD U 32 0 61437922hm 23h 精餾段空塔氣速為 2V s 051 360 143 852 提餾段液體噴淋密度為 U 2LD 45 26 0138 957 23hm 023h 提餾段空塔氣速為 2V s 068 30 614372 589 5 5 填料層高度計算 填料層高度計算采用理論板當量高度法 對 250Y 金屬孔板波紋填料 由附錄查每米填料理論板數(shù)為 2 3 塊 取 則2 tn5 01 tnHETP 15 由 TZNHEP 精餾段填料層高度為 m5 103精 Z82 精 提餾段填料層高度為 0 54提 mZ2 1 提 設(shè)計取精餾段填料層高度為 1 8m 提餾段填料層高度為 2 4m 查附錄得 250Y 金屬孔板波紋填料的規(guī)整填料分段高度為 h 6m 故精餾段 提餾段不需分段 5 6 填料層壓降計算 對 250Y 金屬孔板波紋填料 由附錄查每米填料層壓降為 mMZP pa10 34 精餾段填料層壓降為 pa10 5 84 4 精 提餾段填料層壓降為 2 70 324 4MP 提 填料層總壓降為 aKp26 10 1 54 4 提精 5 7 精餾填料塔的內(nèi)件類型 填料塔的內(nèi)件主要有填料支撐裝置 填料壓緊裝置 液體分布裝置 液體 收集再分布裝置等 合理地選擇和設(shè)計內(nèi)件 對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良 的傳質(zhì)性能十分重要 5 7 1 填料支撐裝置 16 填料支撐裝置的作用是支撐塔內(nèi)的填料 常用的填料支撐裝置有柵板型 孔管型 駝峰型等 對于散裝填料 通常選用孔管型 駝峰型支撐裝置 對于 規(guī)整填料 通常選用柵板型支撐裝置 設(shè)計中 為防止在填料支撐裝置處壓降 過大甚至發(fā)生液泛 要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于 75 5 7 2 填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動 需在填料層上方設(shè) 置填料壓緊裝置 填料壓緊裝置有壓緊柵板 壓緊網(wǎng)板 金屬緊壓器等不同的 類型 對于散裝填料 可選用壓緊網(wǎng)板 也可選用壓緊柵板 在其下方 根據(jù) 填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng) 并將其與壓緊柵板固定 對于規(guī)整填料 通常選 用壓緊柵板 設(shè)計中 為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛 要求 填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70 為了便于安裝和檢修 填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式 對于 小塔可用螺釘固定于塔壁 而大塔則用支耳固定 5 7 3 液體分布裝置 液體分布裝置的種類多樣 有噴頭式 盤式 管式 槽式及槽盤式等 工 業(yè)應(yīng)用以管式 槽式及槽盤式為主 管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成 其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單 供 氣體流過的自由截面積大 阻力小 但小孔易堵塞 操作彈性一般較小 設(shè)計 中通常用管式液體分布器 17 18 6 填料精餾塔設(shè)計計算結(jié)果 序 號 項 目 數(shù) 據(jù) 1 原料處理量 hkmol 18 4 2 塔頂產(chǎn)品流量 92 3 塔底產(chǎn)品流量 l 4 相對揮發(fā)度 74 5 最小回流比 29 0 6 操作回流比 51 7 理論板數(shù) 塊7 8 進料序號 3 9 塔頂溫度 C 8 10 塔釜溫度 4 20 11 操作壓力 常壓 12 精餾段塔徑 m1 13 提餾段塔徑 20 14 精餾段空塔氣速 s 5 15 提餾段空塔氣速 68 16 精餾段液體噴淋密度 32 02hm 17 提餾段液體噴淋密度 45 18 精餾段填料層高度 8 1 19 提餾段填料層高度 2 20 精餾塔總壓降 kPa6 19 結(jié)束語 本次畢業(yè)設(shè)計 我們組的課題是選用工藝較成熟的甲苯硝化還原法制取鄰 甲基苯胺 我在本次畢業(yè)課題中主要承擔酒精回收塔的工藝設(shè)計 蒸出貯槽中 的酒精 最終得到產(chǎn)品鄰甲基苯胺 雖然我的論文作品已經(jīng)完成 但還不是很成熟 還有很多不足之處 1 由于數(shù)據(jù)不全面 對乙醇 鄰甲基苯胺的物性參數(shù)均借用相近溫度或 壓力下的數(shù)值 對實際的計算結(jié)果造成一定的誤差 2 在對塔頂及進料板有關(guān)參數(shù)進行計算時 均設(shè)定在恒摩爾流量下做近 似計算 計算結(jié)果與實際情況將有所偏差 3 對填料塔塔徑的圓整是在一定參考文獻的比照下進行了相似處理 希望在今后的論文設(shè)計中盡量減少計算誤差 在已有條件的基礎(chǔ)上能對論 文做更縝密的設(shè)計 20 參考文獻 1 劉光啟 馬連湘 劉杰 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2 張書圣 溫永紅 有機化學(xué)手冊 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 3 陸振東 化學(xué)工藝設(shè)計手冊第二版 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 1 4 時鈞 汪家鼎 余國琮 等 化學(xué)工程手冊第二版上卷 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 5 姚玉英等 化工原理上冊 M 天津 天津大學(xué)出版社 1999 6 姚玉英等 化工原理下冊 M 天津 天津大學(xué)出版社 1999 7 匡國柱 史啟才 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2002 8 駱廣生 朱慎林 規(guī)整填料精餾塔的設(shè)計計算 J 化學(xué)工程 1995 23 4 28 9 李述文 范如霖 實用有機化學(xué)手冊 M 上海 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 21 謝 辭 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 是 在 我 的 指 導(dǎo) 老 師 陳 虎 魁 教 授 的 悉 心 指 導(dǎo) 下 完 成 的 他 嚴謹細致 一絲不茍的作風一直是我工作 學(xué)習(xí)中的榜樣 他循循善誘的教導(dǎo) 和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪 這篇論文的每個細節(jié)和每個數(shù)據(jù) 都離 不開他的細心指導(dǎo) 而他嚴謹負責和寬容的態(tài)度 幫助我能夠很快的融入我們 這個新的設(shè)計團隊中 陳 老 師 在 我 學(xué) 習(xí) 上 的 具 體 指 導(dǎo) 對 我 科 研 技 能 及 業(yè) 務(wù) 能 力 的 提 高 有 著 深 遠 的 影 響 在 此 我 向 陳 老 師 表 示 衷 心 的 感 謝 最 后 在 設(shè) 計 即 將 完 成 之 際 對 所 有 曾 經(jīng) 在 工 作 和 學(xué) 習(xí) 過 程 中 給 我 提 供 過 幫 助 的 老 師 和 同 學(xué) 表 示 最 真 誠 的 感 謝