正戊烷-正己烷混合液板式精馏塔设计

正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计08(2)班08233214 缪建芸[摘要]化工设计在化学工程项目建设的整个过程中，是一个极其重要的环节，是工程建设的灵魂。

化工设计是一门综合性很强的专业知识，同时又是一项政策性很强的工作，需要设计工作者拥有坚实的化学知识及化工常识。

本文设计了一个常压浮阀精馏塔，分离含正戊烷45％（以下皆为质量分数）的正戊烷—正己烷混合液，其中混合液进料量为12626kg/h，进料温度为35℃，要求获得99％的塔顶产品和小于2％的塔釜产品,再沸器用0.25Mpa(表压)的水蒸汽作为加热介质,塔顶全凝器采用20℃冷水为冷凝介质. 通过翻阅大量的资料进行物性数据处理、塔板计算、结构计算、流体力学计算、画负荷性能图以及计算接管壁厚对浮阀塔展开了全方面的设计。

[关键词]化工设计，常压浮阀塔，物性，塔板目录摘要 ..................................................... 错误!未定义书签。

第一章概论 .. (4)1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位: (4)1.2 塔设备的分类及一般构造 (4)1.3 对塔设备的要求 (5)1.4 塔设备的发展及现状: (5)1.5 塔设备的用材 (5)1.6 板式塔的常用塔型及其选用 (5)1.6.1 泡罩塔 (5)1.6.2 筛板塔 (6)1.6.3 浮阀塔 (6)1.7 塔型选择一般原则 (7)1.7.1 与物性有关的因素 (7)1.7.2 与操作条件有关的因素 (8)1.7.3 其他因素 (8)1.8 板式塔的强化 (8)第二章塔板计算 (9)2.1 设计任务与条件 (9)2.2 设计计算 (10)2.2.1 设计方案的确定 (10)2.2.2 精馏塔的物料衡算 (10)2.2.3 塔板数的确定 (11)第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (14)3.1 操作压力 (14)3.2 操作温度 (14)3.3 平均摩尔质量..................................... 错误!未定义书签。

43.4 平均密度.......................................... 错误!未定义书签。

3.5 液相平均表面张力.................................. 错误!未定义书签。

3.6 液相平均黏度 (19)3.7物性数据总汇 (21)第四章精馏塔的塔体、塔板工艺尺寸计算 .................... 错误!未定义书签。

4.1 塔径的计算........................................ 错误!未定义书签。

4.2 精馏塔高度的计算.................................. 错误!未定义书签。

4.3 溢流装置计算...................................... 错误!未定义书签。

4.4 塔板布置及浮阀数目与排列 (26)第五章塔板流体力学验算 (28)5.1气相通过浮阀塔板的压降 (28)5.2 淹塔 (28)5.3 雾沫夹带 (29)第六章负荷性能图 ........................................ 错误!未定义书签。

6.1雾沫夹带线 ........................................ 错误!未定义书签。

6.2液泛线 ............................................ 错误!未定义书签。

6.3 液相负荷上限线.................................... 错误!未定义书签。

6.4 漏液线............................................ 错误!未定义书签。

6.5液相负荷下限线 .................................... 错误!未定义书签。

6.6 塔板负荷性能图.................................... 错误!未定义书签。

6.7 计算结果汇总表.................................... 错误!未定义书签。

第一章概论1.1 塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。

塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件，除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外，还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积，以达到相际之间比较理想的传质和传热效果1.2 塔设备的分类及一般构造随着时代的发展，出现了各种各样型式的塔，而且不断有新的塔型出现。

虽然塔型众多，但根据塔内部结构，通常将塔分为板式塔和填料塔两大类。

一、板式塔板式塔是在塔内装有多层塔板（盘），传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板形状、塔板结构或塔板上气液两相得表现，就成了命名这些塔的依据，诸如筛板塔、栅板塔、舌形板塔、斜孔板塔、泡罩塔、浮阀塔等。

下面简单介绍一下几种常用的板式塔性能。

（1）浮阀塔生产能力大，操作弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构简单，是新发展的一种塔。

（2）泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气-液接触由充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。

（3）筛板塔筛板塔是一种有降液管、板形结构最简单的板式塔，孔径一般为4 ~8mm，制造方便，处理量较大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。

二、填料塔填料塔是一个圆筒柱体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。

填料的种类很多，填料塔的命名也以填料的名称为依据，如常用的金属鲍尔填料塔、波网填料塔。

填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，使用金属材料省，一次投料较少，塔高相对较低。

1.3 对塔设备的要求在设计中选择塔型，必须综合考虑各种因素，并遵循以下基本原则。

①要满足工艺要求，分离效率高；②生产能力大，有足够的操作弹性；③运转可靠性高，操作、维修方便，少出故障；④结构简单，加工方便，造价较低；⑤塔压降小。

1.4 塔设备的发展及现状在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。

据统计L’],在整个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为21%,石油炼厂中约为20一25%,石油化工厂中约占10。

若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。

此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。

故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。

因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。

1.5 塔设备的用材（1）塔体：钢材，有色金属或非金属耐腐蚀材料，钢壳衬砌衬、涂非金属材料。

（2）塔板：钢为主，陶瓷、铸铁为辅。

（3）填料：瓷、钢、铝、石墨、尼龙、聚丙烯塑料。

（4）裙座：一般为炭钢。

1.6 板式塔的常用塔型及其选用板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。

根据目前国内外实际使用的情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。

1.6.1 泡罩塔泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一，在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子“，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。

工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，然后横向流过塔盘板、流入再下一层塔盘；气体从下一层塔盘上升进入升气管，通过环行通道再经泡罩的条形孔流散到液体中。

泡罩塔盘具有如下特点：（1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。

（2）操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。

（3）具有较高的生产能力，适用于大型生产。

（4）不易堵塞，介质适用范围广。

（5）结构复杂、造价高，安装维护麻烦；气相压降较大，但若在常或加压下操作，这并不是主要问题。

1.6.2 筛板塔筛板塔是在塔盘板上开许多小孔，操作时液体从上层塔盘的降液管流入，横向流过筛板后，越过溢流堰经降液管导入下层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡通过液层，在此过程中进行传质、传热。

由于通过筛孔的气体有动能，故一般情况下液体不会从筛孔大量泄漏。

筛板塔盘的小孔直径是一个重要参数，小则气流分布较均匀，操作较稳定，但加工困难，容易堵塞。

目前工业筛板塔常用孔径为3～8mm。

筛板开孔的面积总和与开孔区面积之比称为开孔率，是另一个重要参数。

在同样的空塔速度下，开孔率大则孔速小，易产生漏液，降低效率，但雾沫夹带也减少；开孔率过小，塔盘阻力大，易造成大的雾沫夹带和液泛，限制塔的生产能力。

通常开孔率在5～15%。

筛孔一般按正三角形排列，孔间距与孔径之比通常为2.5～5。

筛板塔具有如下的特点：（1）结构简单，制造方便，便于检修，成本低。

（2）塔盘压降小。

（3）处理量大，可比泡罩塔提高20~40%。

（4）塔盘效率比泡罩塔提高15%，但比浮阀塔盘稍低。

（5）弹性较小，筛孔容易堵塞。

1.6.3 浮阀塔浮阀塔是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。

浮阀是保证气液接触的元件，浮阀的形式主要有F-1型、V-4型、A型和十字架型等，最常用的是F-1型。

F-1型浮阀有轻重两种，轻阀厚1.5mm、重25g，阀轻惯性小，振动频率高，关阀时滞后严重，在低气速下有严重漏液，宜用在处理量大并要求压降小（如减压蒸馏）的场合。

重阀厚2mm、重33g，关闭迅速，需较高气速才能吹开，故可以减少漏液、增加效率，但压降稍大些，一般采用重阀。

操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。

综上所述，盘式浮阀塔盘具有如下特点：（1）处理量较大，比泡罩塔提高20～40%，这是因为气流水平喷出，减少了雾沫夹带，以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故。

（2）操作弹性比泡罩塔要大。

（3）分离效率较高，比泡罩塔高15%左右。

因为塔盘上没有复杂的障碍物，所以液面落差小，塔盘上的气流比较均匀。

（4）压降较低，因为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。

（5）塔盘的结构较简单，易于制造。