丙烯腈工艺车间设计（课程设计）(6)

燕山大学里仁学院化工专业课程设计

减少朽污水处理负荷并回收ACN等副产物。按工厂实践经验。取填料高度1lm

3.2 水吸收塔 (1)计算依据

A. 进塔气体流量和组成

组分 kmol/h Kg/h 组分 C3H6 C3H8 3.09 3.96 O2 396.96 N2 H2O 15.11 合计 257.06 12.41 194.08 129.78 174.16 5434.15 271.99 AN ACN ACL HCN 2.35 0.16 9.20 4.37 CO2 8.07 kmol/h 13.46 Kg/h 713.19 96.43 117.98 355.29 7699.1

B．出塔气体流量和组成 组分 kmol/h Kg/h C3H6 3.09 C3H8 3.96 O2 12.41 N2 194.08 H2O 15.11 CO2 8.07 AN 少量 少量 合计 236.7 6762.3 129.78 174.16 396.96 5434.15 271.99 355.29 随入塔气进入的凝水1578.05kg/h C． 塔顶喷淋液量36371.64kg/h，含AN 0.005％(wt)，温度5℃。 D． 塔底排出液量39632.78kg/h，温度15.9℃。 E. 塔底压力ll2kPa，塔顶压力101kPa。 F． 入塔气温度40℃，出塔气温度l0℃， G． 出塔气体中AN含量不大于0.055%(wt)。

h． 填料用250Y型塑料孔板波纹填料。

(2)塔径的确定 塑料孔板渡纹填料的泛点气速计算公式为

2wFlg[g?a???G?3???????L?0.2?L???G??]?0.291?1.563?L? (A) ???G????L??1/41/8按塔底情况计算WF

?G?7699.13?1.402kg/m3

273?40101.3236.4?22.4??273112?L?997kg/m3 ?L?1.154mPa?S

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L= 36371.64kg/h G= 7699.13 kg/h

a?240m2/m3 ??0.97

把数据代人(A)式

解得 wF?2.21m/s

空塔气速为(泛点率取70%) wF?0.7?2.21?1.544m/s

气体在操作条件下的流量为

V?257.04?22.4?

塔径应为： d?取塔径为：1.2m

273?40101.3??5989.73m3/h?1.664m3/s2731121.664?1.08m

0.785?1.830(3)填料高度

液体的喷淋密度 U?36371.64/999.832?30m/(m/h) 20.785?1.2 塑料孔板液纹填料250Y的液相传质单元高度HOL： 当U?20m3/(m2?h)时，25℃下的HOL为0.187m U?40m3/(m2?h)时，25℃下的HOL为0.225m 内插得到U?30m3/(m2?h)时，25℃下的HOL为0.206m 又 (HOL)25?C?(HOL)i?e0.0234(t?25) 塔内液体的平均沮度为(5+15.9)/2=10.45℃ ? HOL?0.206/e0.0234(10.45?25)?0.29 液相传质单元数计算式如下 NOL?X1?X2 *(X1*?X1)?(X2?X2)X1*?X1lg*X2?X227

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塔底 X1?13.46?6.31?10?3

2146.5?13.46 E1?810kPa P?112kPa

? X1*? X1?*pAN0.052?112??0.0072 E18100.0072?0.0073

1?0.0072塔顶 X2?0.005/53?1.698?10?5

(100?0.005)/18 E2?506.6kPa P?101.3kPa

出口气体中含有AN不小于0.055％(wt)，因此pAN?5.5?10?4?101.3?0.055

*?? X2pAN0.055??1.095?10?4 E2506.6代入数据求NOL：

NOLX1?X26.24?10?3?1.698?10?5???16.4**?4?5(X1?X1)?(X2?X2)(0.0073?0.00624)?(1.095?10?1.698?10)0.0073?0.00624X1*?X1lnln*1.095?10?4?1.698?10?5X2?X2

? 填料高度为 Z?NOL?HOL?16.42?0.29?4.8m

取填料高度为：7m

3.3 丙烯蒸发器 (1)计算依据

A. 丙烯在管外蒸发，蒸发压力0.405MPa，蒸发温度-l3℃，管内用0℃的冷冻盐水(17.5％NaOH水溶液)与丙烯换热，冷冻盐水出口温度-2℃。 B. 丙烯蒸发量942.06kg/h，冷冻盐水用量71577.5kg/h。 C. 丙烯蒸发器热负荷4.13?105kJ/h (2)丙烯蒸发器换热面积

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A．总传热系数 (a)管内给热系数?1。

蒸发器内安装?38?3.5的U型钢管80根。

冷冻盐水平均温度-l℃．此温度下的有关物性数据如下；

??2.485?10?3kg/(m?s)??0.545W/(m?K)?0.545J/(m?K?s)Cp?.0473kJ/(kg?K)?3.473?103J/(kg?K)

??1130.8kg/m3 冷冻盐水流速为

??71577.5?0.291m/s

1130.8?3600?80?0.785(0.038?2?0.0035)2(0.038?2?0.0035)?0.291?1130?4107?10000 ，过渡流

2.485?10?3Re?3.473?103?2.485?10?3Pr??15.8

0.545? ?1?0.023d?Re0.85?6?10?Pr?1??1.8?Re??0.42W676.m5?K/( ) (b)管外液态丙烯沸腾给热系数取?2?2326W/(m2?K)

(c)总传热系数 冷冻盐水方污垢热阻取0.264?10?3m2?K/W，丙烯蒸发侧污

垢热阻取0.176?10m?K/W，钢管导热系数45W/(m?K)。

?32

1110.0035????0.264?10?3?0.176?10?3 K676.5232645K?410W/(m2?K)

B. 传热平均温差 热端温差0(-13)=13℃，冷端温差-2--(一13)=11℃，传热平均温差为?tm?(13?11)/2?12?C C．换热面积

热负荷 Q?5.287?105kK/h?1.469?105J/s

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换热面积为

1.469?105?30m2 A=410?12取安全系数1.2，则换热面积为36m2

3.4 循环冷却器 (1)计算依据

A．管内循环液流量88204kg/h。进口沮度81℃，出口温度70.1℃。

B. 管外冷却剂为循环水，进口温度32℃，出口温度36℃，循环水流量为

186400kg/h C．热负荷为3.07?106kJ/h．

(2)计算换热面积

初选GH90-105型石墨换热器，换热面积为105m2，设备壳体内径D=880mm，内有外径32mm、内径22mm、长3m的石墨管417根。换热管为正三角形排列，相邻两管的中心距t=40mm

A. 总传热系数

(a)管内循环液侧的给热系数?1

平均流体温度t?(81?70.1)/2?75.6?C，该温度循环液的物性数据如下

??1140kg/m3 ??0.85?10?3kg/(m?s)

Cp?3.305kJ/(kg?K)?3.305?103J/(kg?K)

??0.547W/(m?K)?0.547J/(m?K?s)

管内流体的流速为

u?88204?0.136m/s 21140?3600?417?0.785(0.022)0.022?0.136?1140?4003?10000 ?30.85?10 Re?3.305?103?0.85?10?3?5.136 Pr?0.547 30

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