精馏塔及其主要附属设备设计论文

一、前言

精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

本设计包括设计方案的选取，主要设备的工艺设计计算——物料衡算、操作线方程、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算，辅助设备的选型，工艺流程图，主要设备的工艺条件图等内容。通过对精馏塔的运算，调试塔的工艺流程、生产操作条件及物性参数是否合理，换热器和泵及各种接管尺寸的选用是否正确，以保证精馏过程的顺利进行并使效率尽可能的提高。

二．设计任务书

1．设计题目

精馏塔及其主要附属设备设计

2．工艺条件

生产能力：25吨/小时（料液）

年工作日：300工作日

原料组成：34%的二硫化碳和66%的四氯化碳（摩尔分率，下同）

产品组成：馏出液 97%的二硫化碳，釜液5%的二硫化碳

操作压力：塔顶压强为常压

进料温度：58℃

进料状况：饱和液体泡点进料

加热方式：直接蒸汽加热

塔型：板式塔

3．设计内容

1．确定精馏装置流程;

2．工艺参数的确定；

基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板效率，实际塔板数等。

3．主要设备的工艺尺寸计算；

板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。

4．流体力学计算；

流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。

5.主要附属设备设计计算及选型.

4.设计结果总汇

将精馏塔的工艺设计计算的结果列在精馏塔的工艺设计计算结果总

5.参考文献

列出在本次设计过程中所用到的文献名称、作者、出版社、出版日期。

三．精馏塔的设计计算

【主要基础数据】:

【设计计算】

1.设计方案的确定

本设计任务为分离二硫化碳——四氯化碳混合物。对于二元混合物的分

离，应采用连续精馏流程。设计中采用饱和液体泡点进料，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2倍。塔釜采用直接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

精馏塔工艺流程简图

2.塔的物料衡算

料液及塔顶塔底产品含二硫化碳的质量分率

0.3476.1

20.31%0.3476.1(10.34)153.8

F ⨯ω=

=⨯+-⨯

0.9776.1

94.12%0.9776.1(10.97)153.8

D ⨯ω=

=⨯+-⨯

0.0576.1

2.54%0.0576.1(10.05)15

3.8

W ⨯ω=

=⨯+-⨯

原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

0.3476.1(10.34)153.8127.38/0.9776.1(10.97)153.878.43/0.0576.1(10.05)153.8149.92/F D W M kg kmol M kg kmol M kg kmol

=⨯+-⨯==⨯+-⨯==⨯+-⨯= 物料衡算

原料处理量：10001000/196.26/127.38

F

F kmol h kmol h M 25⨯25⨯===

总物料衡算：D W F +=

易挥发组分物料衡算：0.970.050.34D W F += 联立解得：

61.86/134.40/196.26/D kmol h W kmol h F kmol h

=== 3．塔板数的确定

理论板层数N T 的求取

四氯化碳—二硫化碳属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 （1）相对挥发度的计算

根据二硫化碳—四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表，用插值法求全塔温度：

塔顶温度 46.346.348.5

46.8100.086.0496.3100.0

D D t t --=⇒ =--℃

进料温度 58F t =℃

塔釜温度 74.9

74.973.174.02.96 6.51

4.7 2.96

W W t t --=

⇒ =--℃

精馏段平均温度()46.858

52.422D F m t t t ++==精=

℃ 提馏段平均温度()5874.0

66.022

W F m t t t ++===提℃

② 根据二硫化碳—四氯化碳气液平衡组成与温度的关系数据表，用插值

法求汽相组成： 塔顶处汽相组成

48.546.346.8846.3

98.21%93.2100.0100.0

D D y y --=⇒ =- 100-

进料处汽相组成

59.355.35859.3

67.07%63.474.763.4

F F y y --=⇒ =- 100-

塔釜处汽相组成

74.973.173.9273.1

12.22%8.2315.5515.55

W W y y --=⇒ =- 100-

③ 相对挥发度的求解 塔顶处相对挥发度

0.982110.9821

0.97,0.9821/ 2.110.97D D D y α-== =

= 1-0.97由x 得 进料处相对挥发度

0.670710.6707

0.34;0.6707/ 3.950.34F F F y α-== =

= 1-0.34

由x 得 塔釜处相对挥发度

0.122210.1222

0.05,0.1222/ 2.810.05W W w y α-== =

= 1-0.05由x 得 精馏段平均相对挥发度 2.11 3.95

3.0322

D F m αα+α+==精=

提馏段平均相对挥发度 2.81 3.95

3.3822W F m αα+α+===提

总相对挥发度

2.81 2.86α== 平衡线方程

2.861(1) 1.86x x

y x x

α=

=

+α- 1+ （2）求最小回流比及操作回流比

采用作图法求最小回流比。在图1中对角线上，自点(0.34,0.34)e 作垂线ef 即为进料()q 线，该线与平衡线的交点坐标为(,)(0.34,0.58)q q x y =

最小回流比min R 为

min 0.970.58

1.6250.580.34

D q q q

x y R y x --=

=

=--

取操作回流比为

min 22 1.625 3.25R R ==⨯= （3）求精馏塔的气、液相负荷

3.2561.86201.05(1)(3.251)61.86=262.91201.05262.91463.96261.91L B D k m o l h V R D k m o l h L L F k m o l h V V k m o l h

==⨯==+=+⨯'=+=+='==

（4）求操作线方程

精馏段操作线方程为