浮阀塔设计及其辅助设备的选型课程设计报告讲解

化工原理课程设计报告

题目：浮阀塔设计及其辅助设备的选型

学院：环境与化学工程学院

年级：

专业：

队长：姓名：学号：成绩：

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指导教师：

化工原理课程设计任务书

某厂以苯和乙烯为原料，通过液相烷基化反应生成含乙苯和苯的混合物。经水解、水洗等工序获得烃化液。烃化液经过精馏分离出的苯返回循环使用，而从脱出苯的烃化液中分离出乙苯作生产苯乙烯的原料。现要求设计一套常压精馏装置，从烃化液中分离苯和乙苯二元混合液。

1. 设计条件

(1)原料

已知来自上一工段的原料液温度为60℃，其中苯的含量为0.6(摩尔分数，下同)。

(2)处理量

按8000小时/年或7200小时/年操作时间，由各队根据市场规划自行拟定年处理量(万吨/年)。

(3)产品质量

要求塔顶馏出液中乙苯的含量低于0.005，塔底釜液中苯的含量低于0.002，实际产品质量由各队根据市场规划和灵敏度分析自行拟定。塔顶馏出液和塔底釜液要求降温至40℃后储存。

(4)精馏塔

塔顶表压4-20kPa，单板压降0.4-0.7kPa，板效率60%，操作弹性大于3。塔设备形式自定(筛板塔、浮阀塔、填料塔)。

(5)公用工程

①加热蒸汽等级：0.9MPa(绝压)；

②循环冷却水：30℃；

③供电容量可满足要求。

2. 设计内容及要求

(1)工艺流程方案

(2)精馏塔的工艺设计计算

①物料衡算；

②理论塔板数计算；

③物性参数计算；

④塔径、塔板结构设计；

⑤塔板流体力学性能校核；

⑥绘制塔板负荷性能图。

(3)换热器的工艺设计计算

预热器、冷凝器、再沸器、塔顶冷却器、塔底冷却器的工艺设计计算。

①计算传热面积；

②选型；

③核算总传热系数；

④核算壁温；

⑤核算面积裕度；

⑥核算管壳程流动阻力。

(4)其它辅助设备的工艺设计计算

①贮罐、泵的计算与选型；

②主要接口及管路的管径的计算及选型。

(5)自控系统设计

在需要检测及控制的设备或管路上，设计自动检测仪表和自动控制系统。

(6)所用设备材质的选择

(7)用AutoCAD绘制PFD，用3#图纸打印。

(8)用AutoCAD绘制PID，用3#图纸打印。

(9)用AutoCAD绘制精馏塔工艺条件图，用3#图纸打印。

(10)车间布置设计，用AutoCAD绘制车间平、立面布置图，用3#图纸打印。

(11)工厂布置设计，绘制工厂平面布置总图，用3#图纸打印。

3. 编写设计说明书。

设计过程及结果，设计结果汇总表，设备一览表，各种图表，设计评述等。

4. 制作PPT

将设计结果制作成PPT，答辩使用。

5. 加分项目

(1)鼓励运用aspen plus等流程模拟软件进行设计。

(2)鼓励运用三维绘图工具绘制工厂布置总图。

(3)鼓励采用新工艺、新技术、先进设备、先进控制等提高过程的技术经济性。

6. 参考资料

(1)国家标准，原化工部标准，企业标准以及化工厂设计规范等。

(2)化工工艺设计手册，化学化工物性数据手册，化学工程手册，化工原理、化工原理课程设计教材等。

燕山大学课程设计评审意见表

目录

第一节方案简介 (1)

1.1方案设计 (1)

1.2设计方案简介： (1)

1.3设计的依据与技术来源 (2)

第二节主要设备的工艺设计计算 (2)

2.1进料组成 (2)

2.2相对挥发度 (2)

2.3简洁法初步估计理论板数 (3)

2.4灵敏度分析 (3)

2.5物料衡算 (4)

2.6理论塔板数和进料板确定 (5)

2.7精馏段、提馏段气液负荷及物性参数计算 (5)

2.7.1气液负荷 (5)

2.7.2操作压力计算 (5)

2.7.3操作温度计算 (6)

2.7.4平均摩尔质量 (6)

2.7.5平均密度计算 (6)

2.7.6液体平均表面张力计算 (7)

2.7.7液体平均黏度计算 (7)

2.8塔径计算 (7)

2.9设计塔板结构 (8)

2.9.1溢流装置计算 (8)

采用单溢流，弓形降液管，凹形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。 .. 8

2.9.2弓形降液管宽度Wd和截面Af (9)

2.9.3降液管底隙高度 (10)

2.9.4塔板布置 (10)

2.9.5浮阀数目计算及其排列 (10)

2.10精馏塔有效高度的计算 (12)

2.11精馏段流体力学性能计算 (13)

2.11.1气相通过浮阀塔板的压强降 (13)

2.11.2液泛 (14)

2.11.3雾沫夹带 (14)

2.11.4塔板负荷性能图 (15)

2.12提馏段流体力学性能计算（过程同2.11） (16)

第一节方案简介

1.1方案设计

本设计任务为分离苯－乙苯双组分均相混合液。对于二元混合物的分离应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下：

如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中设置原料槽。产品槽和相应的泵,可能还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。

1.2设计方案简介：

设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，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1.95倍。塔釜采