筛板精馏塔设计方案

筛板精馏塔设计方案

1绪论

1.1课题研究意义、研究现状及拟采用的技术路线

1.1.1课题研究意义、研究现状

在化工或炼油厂中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量，质量，生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视[6]。

塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等[2]。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。塔设备的基本功能就是提供气、液两相以充分接触的机会，使传热、传质两种传递过程能够迅速有效的进行；还能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。

筛板塔是最早应用于工业生产的设备之一，五十年代之后，通过大量的工业实践逐步改进了设计方法和结构。近年来与浮阀塔一起成为化工生产中主要的传质设备。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔，应用于蒸馏、吸收和除尘等。筛板精馏塔属于板式塔，筛板精馏塔具有结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压降小，生产能力大，气体分散均匀，传质效率高的优点，是化工生产中常见的单元操作设备之一。

筛板塔始于1830年，是结构最简单的一种板型。由于其操作弹性小，当气量过小或过大时，易发生严重漏液或过量液沫夹带现象；而且易堵塞，不宜处理粘度大、易结焦的物料，一度时间曾影响到它的应用推广。20世纪50年代后，随着林德塔板、导向塔板的应用推广，筛板塔又重新启用并日趋广泛。导向筛板是60年代由美国联合碳化物公司林德子公司开发应用的，国有化工大学进行系统研究，他们认为导向筛板从导向喷出的水平气速均匀稳定的推动板上液流前

进，大大增加了塔的抗污性和抗堵能力，克服了液面梯度和非活化区，提高了传质效率和生产能力。在酒精工业，导向筛板使固含率达10％的粘稠成熟醪在塔板上均匀稳定流动，解决了长期存在的赌塔和液泛问题，并增产约筛板塔始于1830年，是结构最简单的一种板型。由于其操作弹性小，当气量过小或过大时，易发生严重漏液或过量液沫夹带现象；而且易堵塞，不宜处理粘度大、易结焦的物料，一度时间曾影响到它的应用推广。20世纪50年代后，随着林德塔板、导向塔板的应用推广，筛板塔又重新启用并日趋广泛。导向筛板是60年代由美国联合碳化物公司林德子公司开发应用的，国有化工大学进行系统研究，他们认为导向筛板从导向喷出的水平气速均匀稳定的推动板上液流前进，大大增加了塔的抗污性和抗堵能力，克服了液面梯度和非活化区，提高了传质效率和生产能力。在酒精工业，导向筛板使固含率达10％的粘稠成熟醪在塔板上均匀稳定流动，解决了长期存在的赌塔和液泛问题，并增产约50％；在邻、对硝基氯苯精馏过程中，导向筛板解决了要求理论塔板数多、压降低的难题。这种塔板还具有结构简单，维修方便，造价低廉的特点，该类塔板经过深入研究和大力推广，目前已广泛应用于石油、化工、轻工、香料的领域。近年来，国际上涌现出来了一些新型板式塔，如新型垂直筛板塔（New-VST），是世界上第三代（最新一代）板式塔技术之一，它是喷射型板式塔，与后者相比具有传质效率高、处理能力大、阻力小、操作弹性好等优异性能[6]。

此外，具有优良特性的新型筛板还有STONE-WEBSTER工程改善开发的波纹筛板，瑞士KUHNI公司的SLIT筛板，此就不一一阐述了。

在塔设备的技术改造中，国多种性能优良的新型板式塔已经得到成功的应用，随着科学技术的进步，需要更多、更好的板式塔来进行生产，这就要求板式塔向着低耗损，低成本，高效率和环保的方向发展。塔板效率是实际传质过程进行的反映，是衡量塔板性能和塔板设计的主要依据，由于其影响因素多而且复杂,准确预测有一定的难度，目前解决的办法是采用经验方法或建立在较简单的传质模型(例如双膜理论)基础上的半经验计算方法。为了衡量塔板的传质性能，研究人员提出了塔板点效率的概念，并对塔板的点效率进行了深入研究。板式塔作为重要的传质设备之一，在各种分离工艺过程中广泛应用，开发新型传质效率高、压降小、通量大的板式塔，塔件始终是板式塔技术的发展方向[6]。

1.1.2精馏塔设计的拟采用的技术路线

设计是典型的塔设备设计，其主要任务是参数选择和结构设计、计算及强度校核等。

拟采用以下设计步骤：

一、筛板精馏塔工艺设计计算部分

1.设计方案的确定；

2.精馏塔的物料衡算；

3.塔板数的确定；

4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；

5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算；

6.塔板主要工艺尺寸的计算；

7.筛板的流体力学验算；

8.塔板负荷性能图。

二、筛板精馏塔结构设计计算部分

1.计算塔体和封头壁厚；

2.选取塔的附件，确定塔高；

3.人孔及接管补强计算；

4.接管、法兰的设计

5.塔体的强度校核；

三、绘制精馏塔装备图，塔板结构图

2工艺设计

2.1设计方案的确定及工艺流程的说明

原料液经卧式列管式预热器预热至泡点后送入连续板式精馏塔（筛板塔），塔顶上升蒸汽流采用循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。

2.2 全塔的物料衡算

2.2.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率

苯的相对分子质量为78.11kg/kmol ，甲苯的相对分子量为92.13 kg/kmol 进料组分：

x F = 13

.9255.011.7845.011.7845

.0+ = 0.491

顶液组分：

x D =

13

.9202.011.7898.011.7898

.0+ = 0.983 釜残液组分： x W =

13

.9298.011.7802.011.7802

.0+ = 0.0240 2.2.2平均摩尔质量 ()kg/km ol 85.2513.920.49110.49111.78=⨯-+⨯=F M

()kg/km ol 35.7813.92983.01983.011.78=⨯-+⨯=D M

()kg/km ol 79.9113.92024.01024.011.78=⨯-+⨯=W M

2.2.3全塔物料衡算

依题给条件：年处理量10万吨，一年以330天，一天以24小时计，有：

m F = 2433010100000

3⨯⨯ = 12626.3 h Kg F = kg/kmol 25.85kg/h 3.12626 = 148.11 h Kmol

全塔物料衡算：