苯-乙苯精馏装置工艺设计

一概述

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。对于精馏塔的设计应该满足一下几点：

（1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。

（2）效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

（3）流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。

（4）有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。

（5）结构简单，造价低，安装检修方便。

（6）能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性等

本方案采用浮阀塔，浮阀塔的优点是：

（1）浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。

（2）浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。

（3）塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。

（4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差小。

浮阀塔也有缺点，上升蒸汽会沿着上升蒸汽孔的周围喷出，仍然有液体的逆向混合，因而会降低传质效率，另外阀片容易卡住，影响其自由开启。另外，在处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结。在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

本设计先用ASPEN PLUS进行模拟，运用相关的气液数据对塔的工艺尺寸计算，并进行必要的校验。

二工艺流程的说明和论证

本设计首先使用模拟软件ASPEN PLUS进行模拟，得到精馏塔的。相关数据以及气液两相在每一块塔板的参数。运用这些数据进行塔的工艺尺寸的计算，并校验时设计数据满足基本的设计要求。然后根据塔板的工艺尺寸气液参数求得半负荷并作图。

然后进行辅助设备的设计。利用模拟得到的气液参数可以完成管路和储料罐以及换热器的设计，管路设计都进行选用管材后的流速核算。最后运用精馏塔和管路的工艺尺寸进行泵的设计。

三精馏塔模拟设计计算及操作条件的选择

3.1 ASPEN PLUS模拟得到精馏段气液参数

stage tempareture

Density liquid form Density vapor form Viscosity

liquid form Surface tesion liquid form 1 83.1 817.7 3.01 0.322 20.91 2 83.4 812.9 3.04 0.31 20.47 3 83.7 812.5 3.05 0.309 20.43 4 83.9 812.2 3.07 0.309 20.4 5 84.2 811.9 3.09 0.308 20.37 6 84.5 811.6 3.11 0.307 20.34 7 84.7 811.3 3.13 0.306 20.31 8 85 811 3.15 0.305 20.27 9 85.4 810.6 3.17 0.305 20.24 10 85.8 810.1 3.18 0.304 20.2 11 86.4 809.5 3.2 0.303 20.15 12 87.4 808.6 3.22 0.301 20.09 13 88.9 807.2 3.24 0.299 20 14 91.1 805.1 3.26 0.297 20.28 15 94.2 802 3.27 0.293 20.13 16 98.6 798 3.27 0.289 19.99 17 99 790 3.32 0.287 19.85 18 99.3 789.7 3.34 0.286 19.81

3.2 操作条件的选择

取精馏塔的回流比为

理论塔板数为

精馏塔的加料板为

四精馏塔主体工艺尺寸的计算及结构设计

4.1 塔径

欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍。即：

最大气速计算

液气动能参数为：

取板间距

取板上液层高度

参变量值即液面上的空间高度

根据以上数值由史密斯关联图查得液相表面张力为

时的负荷系数

由所给出的工艺条件校正得：

最大气速:

取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为:

由下式计算塔径：

按标准塔径尺寸圆整，取

实际塔截面积：

实际空塔速度：

安全系数：

在0.6～0.8范围间，合适。

4.2 塔高计算

4.2.1 实际塔板数

液体粘度为

则板效率为

则实际塔板数为

取实际塔板数为

4.2.2 精馏塔高的计算

取塔釜液体填充率为

停留时间为

则塔釜高度为

取塔顶空间高度为

加料板处的塔高为

设置8个人孔，人孔直径为0.28m，则设置了人孔的塔板的间距为

则精馏塔塔高为

4.2.3 裙座高度

取裙座高度为

4.3 溢流装置

选用单流弓行降液管，不设进口堰。

4.3.1 降液管尺寸

取溢流堰堰长：

由弓形降液管的结构参数查得

时，

降液管宽度为