苯甲苯分离过程浮阀板式精馏塔设计

化工原理课程设计

院系：化学化工学院

专业：化学工程与工艺

班级： 11级化工2班

姓名：李钊

学号：2011321216

指导教师：武芸

2013年12月15日——2014年01月3日

课程设计任务书

一、设计题目

苯-甲苯分离过程浮阀板精馏塔设计

二、设计任务

1.原料名称:苯-甲苯二元均相混合物；

2.原料组成：含苯42%（质量百分比）；

3.产品要求：塔顶产品中苯含量不低于97%，塔釜中苯含量小于1.0%；

4.生产能力：年产量5万吨/年；

5.设备形式：浮阀塔；

6.生产时间：300天/年，每天24h运行；

7.进料状况：泡点进料；

8.操作压力：常压；

9.加热蒸汽压力：270kPa

10.冷却水温度：进口20℃，出口45℃；

三、设计内容

1.设计方案的选定及流程说明

2.精馏塔的物料衡算

3.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算（加热物料进出口温度、密度、粘度）

4.塔板数的确定

5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算

6.塔板主要工艺尺寸的计算

7.塔板的流体力学验算

8.塔板负荷性能图

9.换热器设计

10.馏塔接管尺寸计算

11.绘制生产工艺流程图（带控制点、机绘，A2图纸）

12.绘制板式精馏塔的总装置图（包括部分构件，A1图纸）

13.撰写课程设计说明书一份

四、设计要求

1.工艺设计说明书一份

2.工艺流程图一张，主要设备总装配图一张（采用AutoCAD绘制）

五、设计完成时间

2013年12月16日～2014年01月01日

目录

概述 (6)

第一章塔板的工艺设计 (7)

第一节精馏塔全塔物料衡算 (7)

第二节基本数据 (8)

第三节实际塔板数计算 (15)

第四节塔径的初步计算 (16)

第五节溢流装置 (17)

第六节塔板布置及浮阀数目与排列 (19)

第二章塔板的流体力学计算 (21)

第一节气体通过浮阀塔的压降 (21)

第二节液泛 (21)

第三节雾沫夹带 (22)

第四节塔的负荷性能图 (23)

第三章塔附件设计 (28)

第一节接管 (28)

第二节筒体与封头 (30)

第三节塔的总体高度 (31)

第四章附属设备设计 (33)

第一节原料预热器 (33)

第二节塔顶冷凝器 (34)

第三节再沸器 (34)

第四节泵的计算与选型 (35)

参考文献 (37)

概述

本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于该二元均相混合物的分离，应采用连续精馏过程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.2～2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

本设计的目的是分离苯～甲苯二元均相混合物，选用板式浮阀塔。

工艺流程确定及说明

1.塔板类型

精馏塔的塔板类型有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。

浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，操作弹性大，汽液接触时间长，因此塔板效率高。

本设计采用板式浮阀塔

2.加料方式

本精馏塔加料选择泵直接加料，结构简单，安装方便，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。

3.进料状况

本精馏塔选择泡点进料。

4.塔顶冷凝方式

苯与甲苯不反应，且容易冷凝，故本精馏塔塔顶选择全凝器，用水冷凝。5.回流方式

本设计处理量大，所需塔板数多，塔较高，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。

6. 进料状况

加热方式可分为：直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热在一定的回流比条件下，塔底蒸汽对回流液有一定的稀释作用，从而使理论板数增加，设备费用上升，所以本设计采用间接蒸汽加热（135℃）。

7. 操作压力

苯-甲苯在常压下相对挥发度较大，因此在常压下也比较容易分离，故本设计采用常压精馏。

第一章 塔板的工艺设计

第一节 精馏塔全塔物料衡算

1.原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率

已知苯的摩尔质量Kmol Kg M A /11.78= 甲苯的摩尔质量Kmol Kg M B /13.92= 原料液组成XF (摩尔分数，下同) 4607.013.92/58.011.78/42.011.78/42.0=+=

F X 塔顶组成 9744.013.92/03.011.78/97.011.78/97.0=+=

D X 塔底组成 0118.013

.92/99.011.78/01.011.78/01.0=+=W X 2. 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

Kmol Kg M F /67.8513.92)4607.01(11.784607.0=⨯-+⨯=

Kmol Kg Md /47.7813.92)9744.01(11.789744.0=⨯-+⨯=

0.011878.11(10.0118)92.1391.96/W M Kg Kmol =⨯+-⨯=

3. 物料衡算