纯苯精馏塔工艺设计讲解

1、专业年级：姓 名:指导老师: 时 间： 目录1、 序言·············································

2、83;·12、 设计任务书·········································53、 板式精馏塔的设计任务···

3、3;···························64、 物理数据计算·····················

4、··················7································

5、;··7····································7···········

6、83;····················8······················8·······&

7、#183;··············8································9精馏塔主要工艺尺寸的设计计算

8、83;···················105、 设计结果一览表····························

9、83;········146、 板式塔的结构及附属设备·····························15·········

10、83;································15·················&

11、#183;··············18···································

12、;·······19·································237、 设计心得体会·······

13、3;·······························248、 参考文献·················&

14、#183;·························25序言塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。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。 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

15、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。筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上

16、雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从

17、中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。 浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等。浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

18、 Tower equipment is chemical industry, oil refining production in one of the most important equipment. Tower equipment design and research, has received great attention of the chemical industry. In the chemical production, tower equipment performance for the whole plant of the product yield, quality

19、, production capacity and consumption quota, and "three wastes" treatment and environmental protection, and other aspects, all have very significant effect.The essence of the distillation process is the use of various components of the mixture with different volatility. That is at the same

20、 temperature, the component of saturated vapor pressure of different this nature, make the liquid of light component transferred to the vapor phase, vapor phase of a restructuring transferred to liquid, so as to achieve the purpose of separation. So rectifying column operational flexibility is good

21、or bad has a direct relationship to the petrochemical enterprise's economic benefit.Sieve plate tower is firm plate tower one kind, built in several layers horizontal plate, plate there are many holes, shape such as screen, And equipped with overflow pipe or no overflow pipe. When operating, liq

22、uid into the tower, the overflow tube (part of the screen hole) by plate down, and in the board stockpile liquid layer. Gas (or steam) into the bottom, the screen hole up through the liquid layer, bubble out, and two phase can be fully contact, and interaction. Foam contact gas-liquid mass transfer

23、process of a kind of form, the performance is better than the bubble column. In order to overcome sieve plate installation level overstretch difficulties, the development of the circulation sieve plate; Overcome the sieve plate at low load appear leakage phenomenon, design the next board tape reel s

24、ieve plate; Ease plate on entrainment shorten plate spacing, create board band to block of sieve plate and process hole type sieve plate and Angle increases soaks table instead of imported weir, plate set on gas guide joint of linde sieve plate. Sieve plate tower commonly used in H2S - H2O double te

25、mperature exchange process of cold and hot tower. Applied in distillation, absorption and dust removal, etc. Bubble column plate in industrial application is the earliest plate, it mainly by rise trachea and bubble composition. Bubble installed in the rise to the top of the trachea, points round and

26、 bar two kinds, with the former is used more widely. Bubble have f80, f100, f150mm three dimension, but according to the towerdiameter size selection. The bottom of the bubble surrounding open have a lot of slot, slot is commonly triangle, rectangle or trapezoidal. Bubble in the plate for the regula

27、r triangle arrangement. When operating, liquid transverse flow plate, rely on overflow weir keep board has a certain thickness of the liquid layer, slot submerged in liquid layer of formation fluid seal. Rise to the top of the trachea should be higher than bubble slot on the edge, to prevent the liq

28、uid to drip. Rising gas through the slot into liquid layer, was dispersed into many small bubble or flow shares, in the plate is formed on the bubble layer, for gas liquid two phase heat transfer and mass transfer provide a large number of interface bubble column plate has the advantage of operation

29、 elasticity is larger, plate not easily blocked; Defect is complex and the cost is high, the board liquid, with a thick layer of plate pressure drop, production capacity and plate low efficiency. Bubble column plate has gradually be sieve plate, float valve tray replaced in the new tower equipment h

30、as very rarely used. Float valve tray has the bubble column plate and mesh plate strengths, and wide application. Float valve type many, the domestic commonly used have F1 type, V - type 4 and T, etc. Float valve tray has the advantages of simple structure, low cost, production capacity, high operat

31、ing flexibility, plate efficiency is higher. Its defect is processing easy coking, high viscosity material, valve plate easy and plate bonding; In the operating process sometimes occur valve slice off or jammed etc. Phenomenon, make plate efficiency and operational flexibility down.设计任务书9、 设计题目年产几万吨

32、纯苯精馏塔的机械设计10、 设计任务 1、分离要求XD99.5 Xw2 (摩尔分率）三、操作条件1、精馏塔塔顶压力：4.0kPa(表压) 2、单板压降:0.7kPa 4、进料状态：泡点进料5、生产能力：6万吨6、进料组成：苯、乙苯混合进料7、加热蒸汽压力：常压四、设计要求1、精馏塔的常规机械设计内容2、塔顶冷凝器，塔底再沸器的设计3、总装配图，含技术要求年产6万吨纯苯精馏塔的设计在此筛板精馏塔分离苯-甲苯的设计中，给定的条件为：进料量为kmol/h 塔顶组成为： 99.5进料馏出液组成为：塔釜组成:2加料热状态:q=1塔顶操作压强:P=Pa(表压)塔板类型：筛板塔工作日：300天厂址：长江中下

33、游地区首先根据精馏塔的物料衡算，求得D和W，通过图解法确定最小回流比；再根据操作线方程，运用图解法求得精馏塔理论板数，确定温度奥康奈尔公式求的板效率，继而求得实际板数，确定加料位置。然后进行精馏段和提馏段的设计工艺计算，求得各工艺尺寸，确定精馏塔设备结构。继而对筛板的流体力学进行验算，检验是否符合精馏塔设备的要求，作出塔板负荷性能图，对精馏塔的工艺条件进行适当的调整，使其处于最佳的工作状态。第二步进行塔顶换热器的设计计算。先选定换热器的类型，确定物性数据，计算传热系数和传热面积。然后对进料泵进行设计，确定类型。流程及流程说明本设计任务为分离苯乙苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程

34、。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内。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内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.3倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。任务书上规定的生产任务长期固定，适宜采用连续精流流程。贮罐中的原料液用机泵加入精馏塔；塔釜再沸器用低压蒸汽作为热源加热料液；精馏塔塔顶设有全凝器，冷凝液部分利用重力泡点回流；部分连续采出到产品罐。简易流程如下，具体流程见附图。 出料苯乙苯混合液 回流 塔底出料精馏塔工艺的设计3.1产品浓度的计算3.1.1原料液及塔顶、

35、塔底产品的摩尔分率苯的摩尔质量产品中苯的质量分数进料中苯的质量分数3.1.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量=0.5×78.11+(1-0.5)×106.13=92.065 Kg/K mol=0.995×78.11+(1-0.995)×106.13=78.25 Kg/K mol=0.002×78.11+(1-0.02)×106.13=105.57 Kg/K mol苯乙苯属于理想物系，可采用图解法求理论板数。3.2 最小回流比的确定1.查手册 绘制苯乙苯气液平衡线x-y图。2求最小回流比及操作回流比。采用作图法求最小回流比。在图上对

36、角线上，自点e（0.50，0.50）作垂线ef即为进料线，该线与平衡线的交点坐标为=0.75 最小回流比 3.3物料衡算F=100kmol/h 总物料衡算 100=W+D苯物料衡算 1000.5=0.995×D+0.02×W联立得 D=49.24 kmol/h W=50.76 kmol/h 3.4精馏段和提馏段操作线方程=L+精馏段 提馏段 3.5精馏塔理论塔板数及理论加料位置由图解法的总板数NT=16 进料板NF=7 精馏段11块 提馏段5块3.6实际板数的计算（1）板效率 精馏段平均温度为86.08 由安托尼方程的精馏段相对挥发度 又有求得精馏段板效率为52.3% 提馏

37、段平均温度100.63 由安托尼方程的精馏段相对挥发度求得提镏馏段板效率为52.4%（2）精馏段实际板数 NT=5/0.523=9.5610提馏段实际板数 NT=11/0.524=20.9921（包括塔釜） 实际总半数为10+21=31 块板 总板效率ET=16/31=51.6%3.7实际塔板数及实际加料位置实际加料板位置=14块精馏段实际板层数=9 提馏段实际板层数=18精馏塔主要工艺尺寸的设计计算物性数据计算苯、乙苯的物理性质项目分子式分子量沸点临界温度临界压强Pa苯AC6H6乙苯BC8H101、 苯、乙苯在某些温度下的表面张力t/204060801001201402、 苯、乙苯在某些温度

38、下的粘度t/0204060801001201403、 苯、乙苯的液相密度t/20406080100120140（1）塔顶操作压力 （2）每层塔板压降 =0.7Kpa （3）进料板压力 （4）精馏段平均压力 （5）塔底操作压力 =+=105.3+0.7×24=122.1 Kpa（6）提馏段平均压力 Kpa2.操作温度计算 用比例内插法求得操作温度=90.76=81.4=110.5精馏段平均温度 提馏段平均温度 3.平均摩尔质量计算（1）塔顶平均摩尔质量计算=0.995，=+（1-）=0.995×78.11+（1-0.995）×106.13=78.25 kg/Kmol

39、=+（1-）（2）进料板平均摩尔质量计算=y11+（1-y11）=x11+（1-x11）（3）精馏段平均摩尔质量计算=（+=（+（4）塔底平均摩尔质量计算=0.035，=+（1-）=+（1-）=0.091×78.11+（1-0.091）×92.13=91.64kg/Kmol （5）提馏段平均摩尔质量计算=（+=（+4.平均密度计算 （1）气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算=3=（2）液相平均密度计算塔顶液相平均密度计算由=81.4查得，=进料板液相平均密度计算由=90.76查得，进料板质量分率=精馏段液相平均密度计算=（+塔底液相平均密度计算由=110.5查得，塔底质

40、量分率提馏段液相平均密度计算5.液体平均黏度计算 依式 计算（1）塔顶液相平均黏度计算由=81.4查得=0.31mPa s，=0.36 mPa s =+（1-）=0.995（0.31）+（1-0.995）（0.36） 得=0.310mPa s（2）进料板液相平均黏度计算由=90.76查得=0.29mPa s，=0.328mPa s =+（1-）=0.5（0.29）+（1-0.5）（0.328） 得=0.308mPa s（3）精馏段液相平均黏度计算=（+）/2=（0.310+0.308）/2=0.309mPa s（4）塔底液相平均黏度计算由=110.5查得=0.24mPa s，=0.28mPa

41、s=+（1-）=0.035（0.24）+（1-0.035）（0.28）=0.278mPa s(5)提馏段液相平均黏度计算=（+）/2=（0.309+0.278）/2=0.294mPa s塔的工艺条件及物性数据统计汇总如下项目符号单位计算数据平均压强精馏段kPa提馏段全塔平均温度精馏段提馏段全塔液相平均摩尔质量精馏段kg/kmol提馏段全塔气相平均摩尔质量精馏段kg/kmol提馏段全塔液相平均密度精馏段Kg/m3提馏段全塔气相平均密度精馏段Kg/m33提馏段全塔液体平均黏度精馏段mPa·s提馏段全塔 冷凝器的设计一、冷凝器类型的选择 冷凝器按其冷却介质和冷却方式，可以分为水冷式冷凝器、

42、空气冷却式冷凝器（或风冷式冷凝器）和蒸发式冷凝器三种类型。纺织厂空调用制冷系统中所采用的冷凝器为水冷式冷凝器或蒸发式冷凝器，具体形式有立式壳管式冷凝器、卧式壳管式冷凝器和蒸发式冷凝器。立式壳管式冷凝器适用于大中型氨制冷装置；卧式壳管式冷凝器适用大、中、小型氨和氟利昂制冷装置；而蒸发式冷凝器只在气候干燥且缺水的地方使用，并且只适用于中小型氨制冷装置和中型氟利昂制冷装置。二、流程安排 该冷凝器用于苯蒸汽的冷凝，工艺设计时考虑到苯蒸汽对合金材料基本无腐蚀性，并且熔沸点较低，因此在本设计中安排苯蒸气走壳程，冷凝用水走管程。壳程筒体采用16MnR 合金，列管采用25X2.5 碳钢管，管长4.5m.采用单

43、壳程，双管长，逆流走向。3、 工艺计算40水：4030管程水的定性温度：T=(40+30)/2=35根据温度确定参数如下表：密度/比热容/（kJ/kg）粘度/（Pas）导热系数/（W/m）苯×水994×1、 总传热系数计算 热流量=8333.3/h2、平均传热温差=40-30=10=3、循环水的用量31403.19/h=故符合要求，则平均传热推动力4、总传热系数总传热系数的经验值见表3-4，有关手册中也列有其他情况下的总传热系数经验值，可供设计时参考。选择时，除要考虑流体的物性和操作条件外，还应考虑换热器的类型。管程壳程总传热系数/W/（m3·）水（ 流速为0.9

44、 1.5m/s）水冷水冷水冷水盐水有机溶剂轻有机物·s中有机物 =0.5 1mPa·s重有机物1mPa·s水（流速为1m/s）水水溶液2mPa·s水溶液2mPa·s有机物·s有机物=0.51mPa·s有机物1mPa·s水水水水水水水水58269881411634678142906981164672335821982332334651163495823323264652174534891163107158229085821193291582114349582116311634958174582116317434981

45、41163698930756（1） 、管程传热系数（2)、壳程传热系数：假设壳程的传热系数为污垢热阻：管壁导热系数：= 45w /(m.oC)管壁厚度：d = m内外平均厚度：（3）、计算传热面积冷凝器的计算结果一览表 进，出口温度/ 30/40 传热系数 2713 定性温度/ 35 平均传热推动力/ 传热面积/ 43.4696 循环水的用量/h再沸器的设计 一、 再沸器类型的选择 工程上对再沸器的基本要求是操作稳定，调节方便，结构简单，加工制造容易，安装检修方便，使用周期长，运转安全方便可靠，同时也应考虑其占地面积和安装空间高度合适。立式热虹吸再沸器是利用塔底釜液与换热器传热管内汽液混合物的

46、密度形成循环推动力，使得釜液在精馏塔与再沸器之间流动循环，这种再沸器具有传染系数高、结构紧凑、安装方便，釜液加热段停留时间短，不易结垢，调节方便，占地面积少，设备及运行费用低等优点，一般情况下，在满足工艺要求前提下，应首先考虑选用立式热虹吸再沸器，本设计采用立式热虹吸再沸器，其图如下： 该再沸器由于用于苯甲苯混合液的蒸汽再沸，工艺设计时考虑到苯甲苯具有较高的清洁度，不易在管道内产生污垢以及温差不大，苯甲苯的腐蚀性较小，考虑到苯甲苯分离产品的纯度要求较高，为此再沸器的管子和壳体均采用不锈钢制造。2、流程安排 该再沸器用于苯乙苯的再沸，工艺设计时考虑到苯蒸汽对合金材料基本无腐蚀性，并且熔沸点较低，

47、因此在本设计中安排乙苯走管程，饱和水蒸气走壳程，便于排出冷凝水。壳程筒体采用16MnR 合金，列管采用25X2.5 碳钢管。查表得常压下苯和乙苯的汽化潜热分别为：则塔釜再沸器的再沸潜热：塔釜再沸器热流量：总传热系数计算：壳程为饱和水蒸汽；其定性温度t=（130+150）/2=140；1、 平均传热温差:塔底温度则=2、 水蒸汽用量：查表知，在 140时水蒸气的定比热容3、 假定传热系数K = 650W /(m2 ）4、 计算传热面积A= 按 15的裕量考虑，实际需换热面积 三、工艺结构尺寸的计算： 1、管子数n：选用25 ×2.5 的无缝钢管，材质20 号钢，管长5m 2、管子排列方式，管间距的确定 采用正三角形排列，查表可得层数为13，查表取管间距a=32mm 3、换热器壳体直径的确定 由，并查表有 b=27,l=2d. 则换热器内径 32 ×27 -1 2 ×2 ×2 ×25 =932mm 圆整后取壳体内径为1000mm 4、换热器封头选择 上下封头均选用标准椭圆形封头，封头为DN1000×8，材料为Q235-A 5、折流板设计：采用弓形折流板×800=240m