最新年产4[1].4万吨苯浮阀精馏塔设计

年产4[1].4万吨苯浮阀精馏塔设计

摘要

本设计的任务是设计用于分离苯-甲苯的苯浮阀精馏塔。精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。精馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。

根据加热方式来决定塔底是否设置再沸器，塔底设置再沸器时为间接加热，这种加热方式适用于各种物系，且被广泛使用。由于本设计设置了再沸器，故采用间接加热。因为苯-甲苯是易于分离的二组分物系，故采用常压精馏。进料热状况选择泡点进料，这样塔内精馏段和提馏段的上升的蒸汽量相等，而且不受季节气候的影响。

板式塔的种类繁多，本设计采用浮阀塔，它是在泡罩塔的基础上发展起来的。浮阀塔被广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中，塔径从200mm到6400mm，使用效果较好。它具有处理能力大，操作弹性大，塔板效率高，压强小，使用周期长等特点。确定回流比有图解法和逐板计算法，本设计采用逐板计算法，虽然计算过程较为繁琐，但计算精度较高。

理论板确定后，计算实际板数，再设计塔和塔板中所有的参数，初选塔板间距并计算塔径，这些数据的计算都是以精馏段的数据为依据的。设计中采用平直溢流堰，因为这样可以使得塔板上具有一定高度的均匀流动的液层。浮阀塔的开孔率设计中要满足一定的要求，即要确定合适的浮阀数，浮阀的孔径是由所选浮阀的型号确定的，浮阀数通过上升蒸汽量、阀孔气速和孔径确定，这只是计算的理论浮阀数，实际的要通过作塔板布置图确定，如果布置图中的浮阀数不符合开孔率和阀孔气速，就要重新布置直至满足要求，阀孔的排列采用等腰三角形叉排。

最后是塔板负荷性能图中雾沫夹带上限线、液泛线、漏液线、液相负荷下限线的计算以及确定塔体结构。

目录

摘要 (Ⅰ)

第一章物料衡算与操作线方程 (1)

1.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算 (1)

1.2精馏段操作线方程 (2)

1.2.1最小回流比的确定 (2)

1.2.2适宜回流比的确定 (3)

1.2.3操作线方程 (4)

第二章理论塔板数的确定 (4)

3.1 塔板总效率的估计 (5)

4.1.1定性温度的确定 (7)

4.1.2精馏段参数 (8)

4.1.3提馏段参数的确定 (9)

4.2初选塔板间距 (11)

4.3塔径的计算：（以精馏段数据为准） (12)

4.3.1初步计算塔径 (12)

4.3.2塔径圆整 (14)

4.4溢流装置与流体流型 (14)

4.4.1溢流堰（出口堰） (15)

4.4.2降液管 (16)

4.5塔板设计 (18)

4.5.1塔板布置 (18)

4.5.2浮阀塔的开孔率及阀孔排列 (19)

4.6浮阀塔板得液体力学验算 (21)

4.6.1气体通过浮阀塔板时的压强降为 (22)

4.6.2液泛 (24)

4.6.3雾沫夹带 (25)

4.7塔板负荷性能图 (26)

4.7.1雾沫夹带上限线 (26)

4.7.2液泛线 (27)

4.7.3液相负荷上限线 (27)

4.7.5液相负荷下限线 (28)

4.7.6塔的操作弹性 (29)

第五章塔体结构 (29)

5.1塔顶空间 (29)

5.2塔底空间 (29)

5.3人孔 (29)

5.4塔高 (30)

5.5塔板结构 (30)

参考文献 (32)

致谢 (29)

第一章 物料衡算与操作线方程

1.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算

总物料衡算 F D W =+ (1.1) 易挥发组分的物料衡算 F D W Fx Dx Wx =+ (1.2)

式中：F ，D ,W —进料、馏出液和釜残液的流量，/kmol h

F x —进料中易挥发组分的组成，摩尔分率 D x —馏出液中易挥发组分的组成，摩尔分率 W x —釜残液中易挥发组分的组成，摩尔分率

苯的摩尔质量为78，甲苯的摩尔质量为92. 进料组成 35/35/65/A F A B M x M M =

+ 35/78

35/7865/92=+ =0.388

馏出液组成 99.8/99.8/0.2/A

D A B

M x M M =

+99.8/78

99.8/780.2/92

=

+=0.998

釜残液组成 2/2/98/A W A B M x M M =

+ 2/78

2/7898/92

=+ 0.0235=

塔顶馏出液的平均摩尔质量 0.998780.0029278.028/D M kmol h

=⨯+⨯=

取一年工作日为330天，则

塔底馏出液的流量 7

4.41071.20/3302478.028

D kmol h ⨯=

=⨯⨯ 全塔物料衡算 F D W =+ F D W Fx Dx Wx =+

代入相关数据得：190.36/F kmol h =，119.16/W kmol h

=

1.2精馏段操作线方程

1.2.1最小回流比的确定

表1.1 苯（A ）与甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系【2】

温度/C

80.1 85 90 95 100 105 110.6 A P /KPa 101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0 B P /KPa

40.0

46.0

54.0

63.3

74.3

86.0

101.33

在某一温度下由表1.1可查的该温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸气压 A P 和 B P ，由于总压P 为定值，即P=101.33KPa ，由拉乌尔定律可求得液相组成x,平衡气相组成y 。以t=95C 为例，计算过程如下：

x =

B

A B P P P P -- = 3.637.1553.6333.101-- = 0.412 y = x P P A

= 412.033

.1017.155⨯ = 0.633 因苯-甲苯混合物为理想溶液则有

B

A P P =α，即46.23.637

.155==α

其他温度下的计算列于表1.2中

表1.2 温度与α、x 、y 的关系【2】 t/C

80.1 85 90 95 100 105 110.6 α 2.54 2.51 2.46 2.41 2.37 x 1.000 0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 0 y

1.000

0.897

0.773

0.633

0.461

0.269