苯-甲苯分离过程筛板精馏塔的设计

课程设计说明书

作者: XXXX 学号：XXXXX

系(院): XXXXXXXXXXXX

专业: XXXXXXXXXXXX

题目: 苯-甲苯筛板精馏塔的设计

XXXXXXXXXXXXXXX

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指导者：XXXXXXXXXX

2010 年 6 月

化工原理课程设计说明书中文摘要

XXXXXXXXXXXX

化工原理课程设计任务书

设计条件：

设计内容:

1、精馏塔的物料衡算；

2、塔板数、压降的计算；

3、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算；

4、精馏塔的相关工艺尺寸计算；

5、绘制精馏塔设计条件图。

指导教师：XX

2010年 6 月

目录

1. 引言 (6)

1.1 塔设备的分类 (6)

1.2 塔设备在化工生产中的作用和地位 (6)

1.3 设计条件 (6)

1.4 问题研究 (6)

2. 板式塔的设计 (6)

2．1 工业生产对塔板的要求 (6)

2.2 设计方案的确定 (7)

2.2.2 操作压力的选择 (7)

2.2.3 进料热状况的选择 (7)

2.2.4 加热方式的选择 (7)

2.2.5 回流比的选择 (7)

3 工艺流程图 (7)

4. 工艺计算及主体设备的计算 (8)

4.1 精馏塔的物料衡算 (8)

4.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8)

4.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (8)

4.1. 3 物料衡算 (8)

4.2 塔板数的确定 (9)

4.2.1 理论板层数NT的求取 (9)

4.2.2 实际板层数的求解 (9)

4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据计算 (9)

4.3.1 操作压力的计算 (10)

4.3.2 操作温度计算 (11)

4.3.3 平衡摩尔质量的计算 (11)

4.3.4 平均密度的计算 (12)

4.3.5 液体平均表面张力计算 (13)

4.3.6 液体平均粘度计算 (13)

4.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)

4.4.1 塔径计算 (14)

4.4.2 精馏塔有效高度的计算 (15)

4.5. 塔板主要工艺尺寸的计算 (15)

4.5.1 溢流装置计算 (15)

4.5.2 塔板布置 (16)

4.6. 筛板的流体力学验算 (17)

4.6.1 塔板压降 (17)

4.6.2 液面落差 (18)

4.6.3 液沫夹带 (18)

4.6.4 漏液 (19)

4.6.5 液泛 (19)

4.7 塔板负荷性能图 (19)

4.7.1 漏液线 (20)

4.7.2 液沫夹带 (20)

4.7.3 液相负荷下限线 (21)

4.7.4 液相负荷上限线 (21)

4.7.5 液泛线 (22)

5. 辅助设备的草图及选型 (24)

5.1 回流冷凝器 (24)

5.2 再沸器 (25)

结束语 (27)

参考文献 (27)

引言

1.1 塔设备的分类

塔设备是能够实现蒸馏的气液传质设备，广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射的方式穿过板上的液层，进行传质于传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属于逐级接触逆流操作过程。

填料塔内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(有时也采用并流向下)流动，气体两相密切接触进行传热与传质。在正常操作过程中，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属于微分接触逆流操作过程。

1.2 塔设备在化工生产中的作用和地位

精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。在化工生产中，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，都有非常重大的影响。

1.3 设计条件

进料量每小时160千摩尔，原料中含苯55%（摩尔分率），以沸点状态送入塔内。要求塔顶馏出物含苯96%（摩尔分率），塔釜残液中含苯不大于4%，操作回流比取最小回流比的2.5倍。

1.4 问题研究

本设计是针对苯—甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后，计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。

2．板式塔的设计

2.1 工业生产对塔板的要求：

①通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。

②塔板效率要高。

③塔板压力降要低。

④操作弹性要大。

⑤结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。

2．2设计方案的确定

2．2.1装置流程的确定

精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，可分为连续精馏和间歇精馏两种流程。

在本次的设计中，是为分离苯—甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应该采用连续精馏流程。

2.2.2操作压力的选择

蒸馏过程按操作压力不同，可分为常压蒸馏，减压蒸馏和加压蒸馏。一般除热敏性物系外，凡通过常压分离要求，并能用江河水或循环水将馏出物冷凝下来的物系，都应采用常压精馏。

根据本次任务的生产要求，应采用常压精馏操作。

2.2．3进料热状况的选择

蒸馏操作有五种进料热状况，它的不同将影响塔内各层塔板的汽、液相负荷。工业上多采用接近泡点的液体进料和饱和液体进料，通常用釜残液预热原料。

所以这次采用的是泡点进料。

2.2.4加热方式的选择

由于采用泡点进料，将原料液加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全凝气冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却后送至储罐。

2.2.5回流比的选择

回流比是精馏操作的重要工艺条件，其选择的原则是使设备费用和操作费用之和最低。

苯—甲苯混合液是属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2.0倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔顶产品经冷却后送至储罐。