化工设计实训-乙醇水筛板塔

钦州学院化工设计设计题目：苯—甲苯二元筛板精馏塔设计设计者：学号：专业：化学工程与工艺（石油化学工程）班级：指导教师：设计时间：目录设计任务书 (1)第一章前期工作 (2)1.1物料理化性质 (3)1.2物料衡算及能量衡算结果 (5)1.3 精馏塔设计结果 (8)1.3.1 筛板塔设计计算结果汇总 (8)1.3.2 塔总体高度计算 (9)第二章附属设备的计算与选型 (11)2.1 换热器设计 (11)2.2进料泵选型 (15)2.3储罐的选型 (20)设备一览表 (23)第三章设备布置图 (24)第四章工艺管道布置图 (26)总结 (27)参考文献 (28)设计任务书题目：苯—甲苯二元筛板精馏塔设计在一常压操作的连续精馏塔内分离苯－甲苯混合物。

要求年处理量为3.6万吨，组成为苯0.43（质量分率，下同），馏出液组成为0.96，塔釜液组成为0.009。

加料热状况q=1，=1.4。

塔釜加热方式：间接蒸汽加热，采用120℃塔顶全凝器为泡点回流，回流比RR min水蒸气；塔顶冷凝水采用钦州江河水源，温度T＝25℃。

条件：常压，泡点进料，塔顶全凝器泡点回流，单板压降不大于0.7kPa，热源为低压饱和水蒸气（120℃），冷源为当地水（钦州地区）。

工作日每年300天，每天24小时连续运行设计任务：1.列出物料理化性质；2.对分离系统进行物料衡算、热量衡算，绘制工艺物料流程图；3. 选择控制方案，绘制PID图；3.对精馏塔工艺数据进行汇总，填写计算数据汇总表、绘制塔工艺条件图；4.对附属设备进行设计，确定设备的工艺设计参数，确定设备型号，完成设备一览表；泵：类型，流量，扬程，轴功率，允许吸上高度，备用率；换热器：类型，材质，热负荷，换热面积，冷、热载体的种类，冷（或热）流体的流量、温度和压力；贮罐：类型，材质，容积，基本尺寸。

5.对设备进行布置确定各设备在平面与里面上的准确具体位置，绘制设备布置图。

要求布置紧凑整齐，符合《建筑设计防火规范》、《化工企业安全卫生设计规定》等法律法规要求，具体见教材及资料。

6.对工艺管道进行布置选择管道材料，计算管径、选择壁厚，选择阀门管件；对工艺管道进行布置，绘制工艺管道布置图。

7.撰写设计第一章前期工作在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。

实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。

蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。

蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。

热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。

在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。

要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。

塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。

在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。

此次设计是在常压下操作。

因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。

回流比是精馏操作的重要工艺条件。

选择的原则是使设备和操作费用之和最低。

在设计时要根据实际需要选定回流比。

本设计任务为分离苯、甲苯混合物。

对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。

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。

塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。

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1.4倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

工艺流程如下：图1-21.1物料理化性质（苯——A ；甲苯——B）表1—1 苯和甲苯的物理性质表1—2 液相密度ρkg/m3表1—3 表面张力σmN/m表1—4 粘度μLmPa表1—5 汽化热γkJ/kg苯的物理性质苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、有芳香气味的透明液体，易挥发。

苯比水密度低，密度为0.88g/ml，但其分子质量比水重，。

苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。

苯的化学性质最简单的芳香烃。

分子式C6H6。

为有机化学工业的基本原料之一。

无色、易燃、有特殊气味的液体。

熔点5.5℃，沸点80.1℃，相对密度0.8765（20／4℃）。

在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。

甲苯物理性质甲苯(Toluene）是最简单、最重要的芳烃化合物之一。

在空气中甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。

甲苯的熔点为-95 ℃，沸点为111 ℃。

甲苯带有一种特殊的芳香味，与苯的气味类似，在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体、密度为0.866 g/cm;对光有很强的折射作用，折射率1.4961。

甲苯几乎不溶于水(0,52 g/l)但可以和二硫化碳、酒精、乙醚以任意比例混溶在氯仿、丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。

甲苯的粘性为0.6 mPa·s也就是说它的粘稠性弱于水。

甲苯的热值为40.940 kJ/kg、闪点为4 ℃、燃点为535 ℃。

甲苯的化学性质甲苯是有机化合物属芳香烃结构简式为C6H5CH3。

在常温下呈液体状、无色、易燃。

它的沸点为110.8℃、凝固点为95℃、密度为0.866 g/cm。

甲苯温度计正是利用了它的凝固点比水很低 可以在高寒地区使用 而它的沸点又比水的沸点高,可以测110.8℃以下的温度。

因此从测温范围来看它优于水银温度计和酒精温度计。

另外甲苯比较便宜,故甲苯温度计比水银温度计也便宜。

甲苯与苯的性质很相似，是化工工业上应用很广的原料。

但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害危害等级为乙类使用和生产时要防止它进入呼吸器官。

1.2物料衡算及能量衡算结果《化工原理课程设计》任务书中的计算汇总得到精馏塔的物料和能量衡算如下表表1—6 物料衡算表表1—7 能量衡算表化工设计实训-乙醇水筛板塔工艺物料流程图由物料和能量衡算，绘制出工艺物料流程图图1-3化工设计实训-乙醇水筛板塔管道仪表流程图根据选择的控制方案，绘制出PID图图1-4化工设计实训-乙醇水筛板塔1.3 精馏塔设计结果1.3.1 筛板塔设计计算结果汇总筛板塔设计计算结果汇总见下表：表1-8 筛板塔设计计算结果汇总表1.3.2 塔总体高度计算塔总体高度利用下式计算：()121F P T F F P P D B H n n n H n H n H H H H H =---++++++ （式1）塔顶封头封头分为椭圆形、蝶形封头等几种。

本设计采用椭圆形封头，由公称直径DN=1000mm ，查书附录2得曲面高度1250h mm =,直边高度240h mm =,内表面积21.2096A m =,容积30.1623V m =。

则封头高度11225040290H h h mm =+=+=。

塔顶空间设计中塔顶间距220.450.9a T H H m ==⨯=,考虑到需要安装除沫器，所以选取塔顶空间1.2m 。

塔底空间塔底空间高度H B 是指从塔底最下一层塔板到塔底封头的底边处的距离，取釜液停留时间为5min ，取塔底液面至最下一层塔板之间距离为1.5m 。

则：'601.5= 1.5s B TtL V H A ⨯-=++塔釜贮液量一封头容积塔横截面积 （式2）=3560 2.38100.16231.52.200.785m -⨯⨯⨯-+= 人孔人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道，人孔的设置应便于人进出任何一层塔板。

由于设置人孔处塔间距离大，且人孔设备过多会使制造时塔体的弯曲度难以达到要求，一般每隔6-8块板开设一个孔，本塔分别在第6、12、20、24块板处（从上往下数）开设一个人孔，即可。

在设置人孔处，每个人孔直径为450mm ，板间距为H P =800mm ，人孔深入塔内部应与塔内壁修平，其边缘需倒棱和磨圆。

进料板处板间距考虑在进口处安装防冲设施，取进料板处板间距H F =800mm 。

裙坐塔底常用裙坐支撑，本设计采用圆筒形裙坐。

由于裙坐内径>800mm,故桾座壁厚取16mm 。

基础环内径：()()14002160.2~0.410001032bi D mm =+⨯-⨯= 基础环外径：()()14002160.2~0.410001832bo D mm =+⨯-⨯= 圆整后：1200,2000bi bo D D mm ==考虑到再沸器，取裙坐高H 2=2.5m 。

由上述数据可以算出塔体总高度()121F P T F F P P D B H n n n H n H n H H H H H =---++++++=(24−1−4−1)×0.4+1×0.8+2×0.6+1.2+1.5+2.9+2.5=17.3图1-5第二章 附属设备的计算与选型2.1 换热器设计2.1.1换热器材料由于物料是苯与甲苯的混合溶液，所以选用一般的碳钢材料。

2.1.2冷凝器有机蒸汽冷凝器设计选用总传热系数一般范围为()()3500~1500/1 4.18kcal m h C kcal J ︒=.本设计取K=700kcal/()3m h C ︒=2926KJ/()3m h C ︒ 出料液温度80.97℃（饱和气）→80.97℃（饱和液） 冷却水20℃→35℃逆流操作1260.97,45.97t C t C ∆=︒∆=︒,则121260.9745.9753.1260.97ln ln45.97m t t t C t t ∆-∆-∆===︒∆∆ 根据全塔热量衡算得: Q c =2868054.9 KJ/ℎ传热面积A 1=(Q c K∆t m)=2868054.92926×53.12=18.45 m 2由传热面积A 1查表可得换热器为公称直径为450mm ，管长2m ，管子数n=126，2管程，单壳程的固定管板式换热器。

再取安全系数1.04，则所需传热面积A =18.45×1.04=19.18 m 2其型号为BEM-450-p t -19.18-2/25-2I2.1.2.1 传热系数核算（1）壳程表面传热系数0α由克恩法计算可得 14.03/155.000)(Pr Re 36.0we c d μμλα=·········① 其中 ——壳程流体的热导率，C)W/(m o ⋅；——当量直径，； ——管外流动雷诺数；——流体在定性温度下的普朗特数；μ——流体在定性温度下的粘度，；w μ——流体在壁温下的粘度，。