苯甲苯连续精馏浮阀塔设计方案1

1、 精 馏 塔 设 计 苯- 甲苯 连 续 精馏浮 阀 塔设 计 1 课 程 设 计的 目 的 课程设计是 “化工原理 ”课程的一个总结性教案环节，是培养学生综合运用本门课程及有关 先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教案计划中它也起着培养学 生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练 1查阅资料选用公式和搜集数据的能力 2树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动 条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能 力。 3 迅 速 准确的进行工 程 计 算 包 括 电 算 ） 的 台匕 能

2、 力。 4 用 简 洁文字清晰 表 达 自 己设计思想 的 能 力。 2 课 程设计 题 目 描述和 要 求 精馏是分离液体混合物 含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工，炼油， 石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下有时加质量剂），使气液两相 多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向 气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上 的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取 精馏等特殊方法进行分离 本设计的题目是苯 -甲苯连续精馏浮阀塔的设计，即需设计一个精馏塔

3、用来分离易挥发的苯 和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔，板空上安装浮阀，具体工艺参 原 料 苯 含量 ： 质 量分率 = (30+0.5* 原 料 处理 量：质 量 流 量 =10-0.1* 学 号 ) t/h % 2 工 常压精馏， 塔顶全 凝，塔 作 底间接加热， 条 泡 点进料 ， 3 3.1 件 泡点回流， 程 图 设计 R=1.2 报 下 2） 告 Rmin 。 塔顶 热 八、 再沸 程 流 f 方 程 苯和甲苯的原料混合物进入原料罐， 回 冷却 说 产品 的 的 在里面停留一定的时间之后， 然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被 储罐 论 明 通过泵进入原料 苯

4、流 塔 苯 3.2 3.2.1 首先， 预热器，在原料预热器中加热到泡点温度， 加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了， 气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。气相混合物上升到塔顶上方 的冷凝器中，这些气相混合物被降温到泡点，其中的液态部分进入到塔顶产品冷却器中， 停留一定的时间然后进入苯的储罐，而其中的气态部分重新回到精馏塔中，这个过程就叫 做回流。液相混合物就从塔底一部分进入到塔底产品冷却器中，一部分进入再沸器，在再 沸器中被加热到泡点温度重新回到精馏塔。塔里的混合物不断重复前面所说的过程，而进 料 口 不 断 有 新 鲜 原 料 的

5、加 入 。 最终, 完成苯与 甲苯的分离。 3.2.2方案的说 明 和论 证 本方案主要是 采 用浮 阀塔。 精馏设备所用的设备及其相互联系，总称为精馏装置，其核心为精馏塔。常用的精馏塔有 板式塔和填料塔两类，通称塔设备，和其他传质过程一样，精馏塔对塔设备的要求大致如 下 3 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易 于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的

6、流动，而且不 会 使 效率发生较 大 的变化 五 ：结 构 简 单 ,造 价 低 , 安 装检修方 便 六： 能满足某些工 艺的特性：腐蚀性,热敏性,起泡性等。 而浮阀塔的优点正是： 而 浮 阀塔的优 点 八、 正是 1 生产能力大, 由于塔板上浮阀安排比较紧凑,其开孔面积大于泡罩塔板,生产能力比泡 罩 塔板 大 20% 40% , 与筛 板塔接 近 2 操作弹性大, 由于阀片可以自由升降以适应气量的变化, 因此维持正常操作而允许的负 荷 波动 范围比筛板塔 ,泡 罩塔都 大 3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量 小，塔板效率高 4气体压降及液面落差小

7、，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡 罩塔小 5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的50%80%,但是比筛板塔高 20%30 但是,浮阀塔的抗腐蚀性较高 防止浮阀锈死在塔板上),所以一般采用不锈钢作成,致使 浮阀造价昂贵,推广受到一定限制。随着科学技术的不断发展,各种新型填料,高效率塔 板 的 不 断 被 研 制 出 来 , 浮 阀 塔 的 推 广 并 不 是 越 来 越 广 。 近几十年来,人们对浮阀塔的研究越来越深入,生产经验越来越丰富,积累的设计数据比 较 宀 完 整, 因 此设 计 浮 阀 塔 比 较合适 。 3.3 设计 的 计 算 与 说明 3.3

8、.1 全 塔 物 料 衡 4 算 算 根 据 工 艺 的 操 作 条 件 可知 ： 料 液 流量 F=10-0.5*19 ) t/h=2.25Kg/s =94.285Kmol/h 料 液 中易挥 发组分的质量分数 xf = 流 量D=41.067 Kmol/h=0.89Kg/s ； 塔 底 产品 （釜液流量 W=53.218Kmol/h=1.360 Kg/s 。 3.3.2 分段物 料衡算 lgPa*=6.02232-1206.350/(t+220.237安 托尼 方程 lgPb*=6.07826-1343.943/(t+219.377安 托尼 方程 xa=(P 总 -Pb*/(Pa*-Pb*

9、 泡点 方程 根 据 xa 从 化 工 原 理 P204 表 61 查 出 相 应 的 温 度 根 据 以上三 个 方 程 ， 运 用 试 差 法 可 求 出Pa*,Pb* 当 xa=0.395 时 ， 假 设 t=92 c Pa*=144.544P， Pb*=57.809P, 当 xa=0.98 时 ， 假 设 t=80.1 c Pa*=100.432P ， Pb*=38.904P, 当 xa=0.02 时 ， 假 设 t=108 c Pa*=222.331P， Pb*=93.973P, t=92 c， 既是进料 口的温 度， t=80.1 c 是 塔顶蒸汽需被 冷凝到的 温度， t=108

10、 c是 釜液需被加热的温 度。 根 据衡摩尔流 假设，全塔的流率一致，相对挥发度 也一致。 ） c a=Pa*/Pb*=144.544P/ 57.809P 所 =2.500 x=2.500 x/ =L+qF = 1.904+1*2.25=4.154 提馏 段气 相 质 量 流量 V(Kg/s =V-(1-qF= 2.794。 所以 ，提 馏 段 操 作线 方程 ym+1= Lxm/ V-Wxw/ V =1.487xm-0.008 3.3.3 理 论 塔 板 数 的 计 算 =0.681xn+0.311 xd=0.3759 且 前面 已 算得 xw=0.017 1 ) /(1-xf/(a-1=1

11、.426 所 以 R=1.5Rmin =2.139, 所 以 精 馏 段 液 相质量流 量 L(Kg/s = RD =2.139*0.89=1.904, 精 馏 段 气 相 质 量流量 V(Kg/s = (R+1D =3.139*0.89=2.794, 所 以 精 馏 段操作 线方程 yn+1=R*xn/(R+1+xd/(R+1 x1,从第二块板开始应用精馏段操作线方程求yn,用平衡方程求xn,直到xn 料接管尺寸 Vf(mA3/s=F/ p = 0.003792206 ,管流速 uf(m/s=0.5, 径 ，d0(mm=(4*Vf/ 3.1415/ufA0.5=98.26888955= 01

12、08*5； 液出口管 Vw(mA3/s=L/ p =0.006685975 ， 管 流 速 uw(m/s=0.5 径dw(mm=(4*Vw/ 3.1415/uwA0.5=130.4825516=0159*8； M 蒸 八、 汽管 体积流量 Vd(mA3/s=V/ p v=1.76497471 ，管流速 ud(m/s=15 ， 出口管直径 dd(mm=(4*Vd/ 3.1415/udA0.5=316.0129882=0377*8 3.3.11 因为蒸汽温度 助 再 ts( C =130，釜液进口温度 备 沸 t1( C =100 ,釜液出口温度 计 器 t2( C =110, 所 以传质温差 t

13、m( C =(ts-t1-(ts-t2/ln(ts-t1/(ts-t2=24.66303462, 因 为 传 质 系 数K1(W/mA2/K=300 所 以 传 质 面 积 A(mA2=Qr/K/ tm=157.6442694 。 冷 凝 器 因为蒸汽进口温度 T1(C =100，蒸汽出口温度 T2(C =80,冷却水的进口温度 t仁25 C , 冷 却 水 的 出 口温 度t2=70C 所 以传 质 温 差tm( C =( ” t2/ln( t2=41.2448825 ? 因 为 K2(W/mA2/K=250 所 以， 传 质面 积 A(mA2=Qc/K2/ tm=118.6764892 。

14、 16 储 罐 I 原 料 罐 因 为 停 留 时 间t1(s=1800 所 以原 料 罐 的容 积量 V(mA3=F* t 1/ p l/ 0 =9.751388076; n 塔 顶 产品 罐 因 为 T 2(s=259200 ， 所以塔顶产 品罐的 容积量 Vd(mA3=D* T 2 P 1/0 =440.2166633; 川塔 底产 品罐 因 为 T 3(s=259200， 所以塔顶产 品罐的 容积 量 Vw(mA3=W* t 3 p 1/0 =963.9832197。 3.4 计参数 17 塔板设 计结 构汇 总表数据 塔 板 主要 结 构参 数数 据 塔 板 主要 流 动 性能参 数

15、 数据 塔 的 有 效 高度 Z0(m 13.5 液 泛气 速 uf(m/s 1.093407044 实 际 塔 板 数 Np 30 空 塔 气 速 u(m/s 0.469409612 塔 ( 塔 板 内径 D(m 1.2 设 计泛 点 八、 率 rf=u/uf 0.696675915 塔 板 厚 度 S 9.9 塔 板 分 块数 3 降液 层的 泡 沫 高 度hd (mm 19.80 浮 阀 形 式 F 1 底 隙 流 速 ub(m/s 0.254413059 浮 阀 个 数 104 Vmax(mA3/h 4779 出 入口 安定区 宽 bs,bs (mm)0液体在降液管中平均停留时间t 1349 板间距 Ht(m 0.45 阀孔动 能因子 F0 11.48368564 流动形式 单流型 阀孔气速 uo(m/s 6.940790424 降液管总截面积与塔 截面之比 Ad/At 10.2% 泄 漏 点 气 速 uo(m/s 3.017734967 降降溢降 液管堰 长 lw(mm 876 雾 沫