苯-甲苯精馏浮阀塔

《化工原理》课程设计

题目苯-甲苯精馏浮阀塔设计

学院化学化工学院

专业无机非金属材料

班级 2012无机01

姓名罗钢

学号 20124620123

指导教师杜可杰

2015年 1月 20日

目录

绪论

第一章、设计方案的确定

1、设计方案

2、设计要求

第二章、工艺设计

1、基础物性数据

2、塔的工艺计算

3、逐板计算法求理论板数计算

4、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

5、精馏塔的工艺尺寸的计算

6、塔板负荷性能图

7、辅助设备的选型

第三章、讨论总结

1、进料状况的影响

2、回流比的选择

3、精馏塔的操作和调节

4、热量衡算和节能

5、三废的处理

结束语

附录:参考文献

附：精馏塔优化设计任务书

一、设计题目苯-甲苯连续精馏浮阀塔设计

二、工艺条件与原始数据

1.体系可以看成理想溶液，φ=0.5, K=1；

2.原料液组成：含苯0.42（质量分数，下同）；

3.生产能力：50000吨/年（按进料计），年生产时间300天；

4.馏出液组成：苯95%；塔釜液要求：含苯3%。

三、设计条件

1.常压操作，连续操作、泡点回流；

2．进料状况：进料温度为20 -50℃；

3．回流温度为塔顶蒸汽的露点；

4．间接蒸汽加热，加热蒸汽压力 (绝压)；

5．冷却水进口温度为20℃，出口温度为40℃。

四、设计任务

1．物料衡算，热量衡算；

2．塔板数、塔径计算；

3．溢流装置、塔盘设计；

4．流体力学计算、负荷性能图。

五、设计成果

1．设计说明书一份；

2．设计图纸，包括塔板布置图，负荷性能图，塔设备的平面、立面图（要求手工绘图）。

绪论

塔设备是炼油、化工、石油化工、制药等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）流动，气液相密切接触，进行质热传递。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。

浮阀塔主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流经阀片与塔板间的间隙而与板上横流的液体进行两相接触。浮阀开度随气体负荷而变，可以自行调节；浮阀塔的主要优点是结构简单、制作方便、造价低、塔板开孔率大、生产能力大，由于阀片随气量变化自由升降，故操作弹性较大，气液接触时间较长，故塔板效率高；其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板黏结，在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死现象，使塔板效率和操作弹性下降。

本设计书对苯和甲苯的分离设备─浮阀精馏塔做了较详细的叙述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算,塔设备等的附图。采用浮阀精馏塔，塔高15.54米，塔径1.4米，按逐板计算理论板数为13。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为25，提馏段实际板数为12。实际加料位置在第11块板(从上往下数)。通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作围。

塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式换热器。用加热蒸汽压力 300 kPa加热，用15℃循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程，釜液走壳程。

第一章设计方案的确定

1、设计方案

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。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，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2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

2、设计要求

1、生产能力较大，分离效率较高。

2、流体的通量大，单位设备体积的处理量大。

3、流体流动阻力小；气体通过塔构件的压降低、能耗低。

4、有一定的操作弹性；在气液负荷较大的变动围，能够维持传质速率基本不变。

5、对物料的适应性强，适于分离组成复杂的物料。

6、性能稳定，稳定运行时间长；结构简单，造价低，易于安装、检修和清洗。

第二章工艺设计

1、基础物性数据

2、塔的工艺计算

(一)原料规格及分离要求

1、年产5万吨即GF=50000000Kg／（300*24）hr=6944Kg／h;

2、泡点进料,q=1

3、塔顶苯含量不低于95%，塔底苯含量不高于3%（以上均为质量分率）。

(二)生产条件

1．常压操作，连续操作、泡点回流；

2．进料状况：进料温度为20~50℃；

3．回流温度为塔顶蒸汽的露点；

4．间接蒸汽加热，加热蒸汽压力 (绝压)；

5.冷却水进口温度为20℃，出口温度为40℃。

（三）精馏塔物料衡算

1．原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率

苯的摩尔质量MA=78.11Kg／Kmol

甲苯的摩尔质量MB=92.13Kg／Kmol

X=（0.42／78.11)/[（0.42/78.11）+（0.58/92.13）]=0.460 F

X=（0.95/78.11）/[（0.95/78.11）+（0.05/92.13）]=0.957 D

X=（0.03/78.11）/[（0.03/78.11）+（0.97/92.13）]=0.

W

2．原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

M=0.460* 78.11+（1-0.46）*92.13=85.68kg/kmol F

M=0.957* 78.11+(1-0.957)*92.13=78.71kg/kmol D

M=0.* 78.11+(1-0.)*92.13=91.64kg/kmol

W

3.物料衡算

原料处理量 F=6944/85.68=81.04kmol/h

总物料衡算 81.04=D+W

苯物料衡算 81.04* 0.460=0.975D+0.035W

联立解得 D=44.01kmol/h W=37.03kmol/h

三塔板数的确定

1.理论板层数

N的求取

T

苯-甲苯属理论物系，可采用图解法求理论板层数。

①由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出x-y图