苯——乙苯 浮阀精馏塔设计书

目录一、毕业设计任务书- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1二、设计题目及原始条件- - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - 2三、前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3四、物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4五、热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4六、塔板工艺尺寸计算(精馏段)- - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - -61、塔径- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - -72、溢流装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - -73、塔板布置及浮阀数目与排列- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7七、塔板流体力学验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -81、气相通过浮阀塔板的压强降- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -82、淹塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -83、雾沫夹带- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8八、塔板负荷性能图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -81、雾沫夹带线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 82、液泛线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 93、液相负荷上限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 94、漏液线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -95、液相负荷下限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9九、计算结果十、塔板工艺尺寸，流体力学验算，负荷性能图(提馏段) - - - - - -10 十一、参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - 13课程设计任务书题目：设计一个分离苯－乙苯双组分均相混合液的常压连续浮阀精馏塔。

工艺条件及数据：⑴原料液量13000kg/h，含苯42%(质量分率，下同)，料液可视为理想溶液；⑵馏出液含苯98%，残液含乙苯97%；⑶泡点进料。

操作条件：⑴常压操作；⑵回流液温度为塔顶蒸汽露点；⑶间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压)；⑷冷却水进口温度30℃，出口温度40℃；⑸设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。

设计内容：⑴物料衡算，热量衡算；⑵塔板数，塔径计算；⑶溢流装置，塔板设计；⑷流体力学计算，负荷性能图。

设计成果：⑴设计说明书一份；⑵设计图纸三张为：浮阀塔工艺条件图，塔盘布置图，负荷性能图。

1、设计题目设计一个分离苯－乙苯双组分均相混合液的常压连续浮阀精馏塔。

2、原始数据：工艺条件及数据：⑴原料液量13000kg/h，含苯42%(质量分率，下同)，料液可视为理想溶液；⑵馏出液含苯98%，残液含乙苯97%；⑶泡点进料。

操作条件：⑴常压操作；⑵回流液温度为塔顶蒸汽露点；⑶间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压)；⑷冷却水进口温度30℃，出口温度40℃；⑸设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。

前言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。

它的应用面广，量大。

据统计，塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都相当高。

塔设备的作用是实现气（汽）—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的，塔设备广泛用于蒸馏，吸收，介吸（气提），萃取，气体的洗涤，增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，成本以及环境保护，“三废”处理等都有较大的影响。

目前，塔设备的种类很多，对塔设备进行分类：①按操作压力分有加压塔，常压塔，减压塔；②按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等；③按内部结构分有填料塔，板式塔。

目前工业上应用最广泛的还是填料塔和板式塔。

填料塔属于微分接触型的气液传质设备。

塔内以填料作为气液接触和传质的基本构件。

液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相间的传质和传热。

两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。

板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。

塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气—液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。

填料塔和板式塔均可用于蒸馏，吸收等气—液传质过程，但两者之间选型时应考虑诸多方面。

在进行选型时以下情况可以优先考虑填料塔：①在分离程度要求较高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可以采用新型填料塔以降低塔的高度；②对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；③具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷，塑料等；④容易发泡的物料，宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎。

下列情况可优先选用板式塔：①塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；②液相负荷较小，因为这种情况下，填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率；③含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大，堵塞的危险较小；④在操作过程中伴随有放热或需要加料的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管；需要多个进料口或多个侧线出料口。

这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液量，以便与加热或冷却管进行有效地传热。

实践证明，在较高压力下操作的蒸馏塔仍读采用板式塔，因为在压力较高时，塔内气液比过小，以及由于气相返混剧烈等原因，填料塔的分离效果往往不佳。

板式塔的种类很多，按塔板的结构可以分为：泡罩塔，筛板塔，浮阀塔，舌形塔等。

目前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。

泡罩塔是工业应用最早的板式塔。

它的优点是操作弹性大，因而在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液比的范围大，不易堵塞等。

其缺点是结构发杂，造价高，气相压降大，以及安装维修麻烦等。

目前只在某些情况如生产能力大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等时才考虑使用。

浮阀塔因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常被首选的板式塔。

优点：①生产能力大，比泡罩塔提高20%——40%；②操作弹性大，在较宽的气相负荷范围内，塔板效率变化较小，其操作弹性较筛板塔有较大的改善；③塔板效率较高，因为它的气液接触状态较好，且气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小；④塔板结构及安装较泡罩塔简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的60%——80%左右。

其缺点：①在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时板效率有所下降；②浮阀阀片有卡死吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难；③塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。

筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，成本低，板效率提高10%——15%，安装维修方便。

近年发展了大筛孔，导向筛板等多种筛板塔。

无降液管塔是一种典型的气液逆流式塔，塔盘上无降液管。

优点是：①由于没有降液管，所以结构简单，加工容易，安装维修方便；②因节省了降液管所占的塔截面，允许通过更多的蒸汽量，因此生产能力比泡罩塔大20%——100%；③因为塔盘上开孔率大，栅缝或筛孔处的气速比溢流式塔盘小，所以压降小，比泡罩塔低40%——80%，可用于真空蒸馏。

缺点：①板效率比较低，比一般板式塔低30%——60%，但因这种塔盘的开孔率大，气速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带量小，所以可以降低塔板的间距，在同样分离条件下，塔总高与泡罩塔基本；②操作弹性较小，能保持较好的分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.5——3.0。

舌型塔是应用较早的斜喷射型塔。

结构简单，安装检修方便，但这种塔负荷弹性较小，塔板效率较低，因此使用受到一定限制。

物料衡算：⒈进料组成：X F=（42/78）／（42/78+58/76）=0.4960X D=（98/78）／（98/78+2/106) =0.9852X W=（3/78）／（3/78+97/106）=0.0403⒉原料液的平均摩尔质量：M F= 0.4960*78 +（1－0.4960）*106 = 92.112⒊全塔的物料衡算：F=13000/92.112 =141.13 Kmol/hF= D+WF X F =D X D +W X W把已知数据带入上式，得141.3=D+W141.3*0.4960=D*0.9852+W*0.0403解得D=68.06 Kmol/h W=73.07 Kmol/h热量衡算：⒈求相对挥发度：Lg P o = A－B／（t+C）①为136.1520℃。

Lg P A o= 6.023－1206.35/ (136.1520+220.24) 得P A o =434.614Lg P B o= 6.079－1421.9 / ( 80.0488 +212.93) 得P B o = 16.815m作t——x——y图，见附图一，由X D=0.9852，X W=0.0403 查得：塔顶t=82.5℃塔底t=129.5℃, 由手册[1]查得, t=82.5℃σ乙苯=20 mN/m σ苯= 21 mN/mt=129.5℃σ乙苯=14.9 mN/m σ苯= 15 mN/mσ顶=σ苯*X D+σ乙苯*(1－X D )＝21*0.9852+20*(1－0.9852) =20.9852 mN/mσ底=σ苯*X W+σ乙苯*(1－X W )＝15*0.0403+14.9*(1－0.0403) =14.90403 mN/m⒉求R min ,N minR min= ［1/（α—1）］*［X D / X F－α（1 －X D）/（1－X F）］=［1／（5－1）］*［0.9852／0.4960－5（1－0.9852）／（1－0.4960）］=0.46 N min = Lg{[ X D /(1－X D)]*[(1－X W)/ X D]} / Lgαm－1= Lg{[0.9852/(1―0.9852)]*[(1―0.0403)/0.0403]} / Lg 5.02 －1= 3.55⒊通过R=1.1——7.5 R min，求（R －R min）/（R+1），根据李德方程式Y=0.545827—0.591422X+0.002743/X，求出（N－N min）/（N+2）画R——N图，见附图二：由图得，R opt = 0. 640 N opt= 9.5 ≈10⒋塔高[2]顶D Dμ底= 0.172 X W +0.232(1—X W) =0.230 cpμ= (μ顶+μ底) / 2 = 0.268 cp全塔效率E T=0.49(αμ)-0.245=0.455N P = N T / E T =10/0.455 =22块Z =( N P—1)* H T =(22—1)*0.45 =9 m⒌求L S, V S⑴精馏段：M=78* X D +106*（1－X D）=78*0.9852+106*(1－0.9852) = 78.41 g/mol由化工原理上册附录查得, 20℃时, ρ苯=880 Kg/m3，ρ乙苯=867 Kg/m3 由于液体密度随温度变化不大，因此可视为定值。