苯甲苯精馏塔课程设计.doc

* 化工原课程设计 * 换热器工艺初步设计学生姓名： 学 号： 专 业： 班 级： 成 绩： 指导教师： 设计时间： 年 月 日至 年 月 日环境与生命科学系目录绪论2塔板的工艺设计3一、精馏塔全物料衡算3二、常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系4三、理论塔板的计算7四、塔径的初步计算9五、溢流装置11六、塔板分布、浮阀数目与排列11塔板的流体力学计算13一、气相通过浮阀塔板的压降13二、淹塔14三、雾沫夹带15四、塔板负荷性能图15塔附件设计19一、接管19二、简体与封头20三、除沫器20四、裙座20五、手孔20塔总体高度的设计21一、塔顶部空间高度21二、塔的底部空间高度21三、塔总体高度21附属设备设计21绪论1、工艺流程简介 连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或再沸器），冷凝器，冷却器，原料预热器及贮槽等原料液经原料预热器加热至规定温度后，由塔中部加入塔内蒸馏釜（或再沸器）的溶液受热后部分汽化，产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升，与板上回流液接触进行传质，从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高，至塔顶引出后进入冷凝器中冷凝成液体，冷凝的液体一部分作为塔顶产品，另一部分由塔顶引入塔内作为回流液，蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品2、主要设备的型式塔的类型选择板式塔，板式塔的主要构件有塔体，塔板及气液进、出口等塔板的选择。塔板选择浮阀塔板。浮阀塔板结构简单，即在塔板上开若干个孔，在每个孔的上方装上可以上下浮动的阀片，操作时，浮阀可随上升气量的变化自动调节开度，当气量较小时，阀片的开度亦较小，从而可使气体能以足够的气速通过环隙，避免过多的漏液，当气量较大时，阀片浮起，开度增大，使气速不致过高。浮阀塔板的优点是生产能力大，操作弹性大，气液接触状态良好，塔板结构简单，安装容易，压强小，塔板效率高，液面梯度小，使用周期长等。3、操作压力的确定 采用操作压力为常压，即P4 kPa (表压)。4、进料状态与塔板数，塔径，回流量及塔的热量负荷都有密切的关系.蒸汽加热，其优点是可以利用压力较低的蒸汽加热，在釜内只须安装鼓泡管，不须安置宠大的传热面。这样在设计费用上可节省许多。5、加热方式的确定6、热能的利用 蒸馏过程的特征是重复地进行汽化和冷凝，因此，热效率很低，所以塔顶蒸汽和塔底残液放出的热量利用要合理，这些热量的利用，要考虑这些热量的特点，此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以节能。任务书原料液处理量（每年按300天生产日计算）10300t/a进料液苯含量（质量分率）30%进料状态（q值）1塔顶馏出液中苯含量（质量分率）97%塔釜苯含量（质量分率）3%塔顶采用全凝器泡点回流操作压力常压塔板类型浮阀塔板塔板的工艺设计一、精馏塔全物料衡算 原料液的组成：馏出液的组成： 釜液的组成： 进料量F= 物料衡算式 联立代入求解 二、常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系 1、温度 精馏段平均温度提馏段平均温度 2、密度 塔顶温度 气相组成 进料温度 气相组成 塔底温度 气相组成（1）精馏段 液相组成 气相组成 故 （2）提馏段 液相组成 气相组成 故 求的在、下的苯和甲苯的密度（单位） 故 3、混合液表面张力 苯表面张力 甲苯表面张力 精馏段的平均表面张力为 提馏段的平均表面张力为 4、混合物的黏度 查表得 精馏段黏度 提馏段黏度 5、相对挥发度 由 得 由 得由 得三、理论塔板的计算 平衡线方程 进料线方程 联立得e() 即e（0.335792，0.5502）则 取 精馏段方程 提馏段方程 从图上可知有14块理论塔板（包括再沸器），即块（包括再沸器），其中精馏段塔板有7块，提馏段塔板有7块（包括再沸器）。（1）精馏段 则 块（2）提馏段 则 块 全塔所需实际塔板数块 全塔效率 加料板位子在第十五块塔板四、塔径的初步计算 1、气液相体积流量计算 由解析法求得，取 （1）精馏段 已知 则 质量流量 体积流量 （2）提馏段 已知 则 质量流量 体积流量 2、精馏段 横坐标数值 取板间距，则 查图得， 圆整，横截面积 空塔气速 3、提馏段 横坐标数值 取板间距，则 查图得， 圆整，横截面积 空塔气速五、溢流装置 1、取 （1）精馏段 （2）提馏段 2、弓形降液管的宽度和横截面 查图得， 则， 验算降液管停留时间 精馏段： 提馏段： 停留时间，故降液管可使用。 3、降液管低隙高度 （1）精馏段取降液管底隙流速，则，取 （2）提馏段取，六、塔板分布、浮阀数目与排列 1、浮阀数目与排列（1）精馏段 取阀孔动能因子，则孔速每层塔板上浮阀数目为块取边缘区宽度，破沫区宽度塔板上的鼓泡区面积，即，则浮阀排列方式用等边三角形叉排，取同一个横排的孔心距t=115mm则排间距以等边三角形叉排方式作图，排的阀数21个。按N=21重新核算孔速及阀孔动能因子，阀孔动能因子变化不大，仍在913范围内。塔板开孔率= （2）提馏段取阀孔动能因子，则孔速每层塔板上浮阀数目为块取同一个横排的孔心距t=105mm，则以等边三角形叉排方式作图，排的阀数27个。按N=27重新核算孔速及阀孔动能因子，阀孔动能因子变化不大，仍在913范围内。塔板开孔率= 塔板的流体力学计算一、气相通过浮阀塔板的压降1、 精馏段（1）干板阻力 因，故（2）板上充气液层阻力取，则（3）液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不计，则与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为 2、 提馏段（1）干板阻力 因，则（2）板上充气液层阻力 取，则 （3）液体表面张力所造成的阻力 此阻力很小，可忽略不计，则与气体流经塔板的压降相当的液柱高度为二、淹塔1、 精馏段（1）单层气体通过塔板的压降相当的液柱高度（2）液体通过将液管的压头损失 （3）板上液层高度 ，则 取，已选定， 则 可见，所以符合防止淹塔要求。2、 提馏段（1）单层气体通过塔板的压降相当的液柱高度（2）液体通过将液管的压头损失 （3）板上液层高度 ，则 取，已选定， 则 可见，所以符合防止淹塔要求。三、雾沫夹带 1、精馏段 泛点率= 板上液体流经长度： 板上液流面积： 取物性系数K=1.0，泛点负荷系数 泛点率= 2、提馏段 取物性系数K=1.0，泛点负荷系数 泛点率= 由以上计算可知，符合要求。四、塔板负荷性能图 1、雾沫夹带线 按泛点率80%计算 （1）精馏段 整理得，即由上式知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个，可算出。（2）提馏段 整理得，即 在操作范围内任取两个，可算出。计算如表所示精馏段提馏段00020.45530.0020.43420.010.35530.010.33712、液泛线 ，由此确定液泛线，忽略式中。 而 （1）精馏段整理得 （2）提馏段整理得 在操作范围内，任取若干个值，算出相应的值。精馏段提馏段0.00050.25180.0010.31220.0010.23450.0030.25100.00150.21150.0040.20570.0020.17950.0050.13713、 液相负荷上限 液体的最大流量应保证降液管中停留时间不低于35s。 液体降液管内停留时间35s 以作为液体在降液管内停留时间的下限，则 4、 漏液线 对于型重阀，依作为规定气体最小负荷标准，则（1）精馏段 （2）提馏段 5、液相负荷下限 取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，作出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线。 取E=1.0，则 由以上15作出塔板负荷性能图。 精馏段（） 提馏段（） 由塔板负荷性能图可看出：（1） 在任务规定的气液负荷下的操作点p处在适宜操作区内的适中位置；（2） 塔板的气相负荷上限完全由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制；（3） 按固定的液气比，由图可查出塔板的气相负荷上限浮阀塔工艺设计计算结果项目符号单位计算数据备注精馏段提馏段塔径Dm0.70.7板间距m0.300.30塔板内型单溢流弓形降液管分块式塔板空塔气速u0.44580.4635堰长m0.420.42堰高m0.04310.0384板上液层高度m0.050.05降液管底隙高度m0.01060.0228浮阀数N2127等边三角形叉排阀孔系数6.65435.9339浮阀动能因子11.329.32临界阀孔系数6.04595.9283孔心距tm0.1050.105同一横排孔心距排间距m0.0840.080相邻横排中心距单板降压257.3788243.1383降液管内清液层高度m0.08280.0830泛点率%29.4633.15气相负荷上限0.480.45气相负荷下限0.220.30雾沫夹带控制操作弹性2.79882.5238漏液控制塔附件设计一、接管 1、进料管 本设计采用直接进料管，管径计算如下： ，取， 查标准系列选取 2、回流管 采用直管回流，取， 查表取 3、塔底出料管 取，直管出料 查表取 4、塔底蒸汽出料管 直管出气，取出口气速，则 查表取 5、塔底进气管 采用直管，取出口气速，则 查表取 6、法兰 由于常压操作，所有法兰均采用标准法兰，平焊法兰，由不同的公称直径，选用相应法兰。 （1）进料管接法兰：PN0.25MPa,DN40GB/HG2059297 （2）回流管接法兰：PN0.25MPa,DN40GB/HG2059297 （3）塔底出料管接法兰：PN0.25MPa,DN40GB/HG2059297 （4）塔顶蒸汽出料管接法兰：PN0.25MPa,DN125GB/HG2059297 （5）塔顶进气管接法兰：PN0.25MPa,DN125GB/HG2059297二、简体与封头 1、简体取，所用材质为。 2、封头 本设计采用椭圆形封头，由公称直径，查的曲面高度，直边高度，内表面积，容积。三、除沫器 设计气速选取：，系数 除沫器直径：四、裙座 由于裙座内径800mm，故裙座壁厚取12mm。 基础环内径 基础环外径 圆整，；基础环厚度，考虑到腐蚀余量取18mm;考虑到再沸器，裙座高度取1.1m，地角螺栓直径取五、手孔 本塔共24块塔板需设置6个手孔，孔径为200mm，在设置手孔处，板间距为300mm，裙座上应开2个手孔直径为200mm。塔总