苯——乙苯 浮阀精馏塔设计书

目录一、 毕业设计任务书 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1二、 设计题目及原始条件 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2三、 前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -3四、 物料衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4五、 热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4六、 塔板工艺尺寸计算(精馏段)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -61、塔径 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -72、溢流装置 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -73、塔板布置及浮阀数目与排列 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7七、 塔板流体力学验算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -81、气相通过浮阀塔板的压强降- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 2、淹塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 3、雾沫夹带 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8八、 塔板负荷性能图 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -81、雾沫夹带线 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2、液泛线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 3、液相负荷上限线 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 4、漏液线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9 5、液相负荷下限线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -9九、计算结果十、塔板工艺尺寸，流体力学验算，负荷性能图(提馏段) - - - - - -10十一、参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - 13 课程设计任务书题 目：设计一个分离苯乙苯双组分均相混合液的常压连续浮阀精馏塔。工艺条件及数据：原料液量13000kg/h，含苯42%(质量分率，下同)，料液可视为理想溶液；馏出液含苯98%，残液含乙苯97%；泡点进料。操作条件：常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压)；冷却水进口温度30，出口温度40；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。 设计内容：物料衡算，热量衡算；塔板数，塔径计算；溢流装置，塔板设计；流体力学计算，负荷性能图。设计成果：设计说明书一份；设计图纸三张为：浮阀塔工艺条件图，塔盘布置图，负荷性能图。1、设计题目设计一个分离苯乙苯双组分均相混合液的常压连续浮阀精馏塔。2、原始数据：工艺条件及数据：原料液量13000kg/h，含苯42%(质量分率，下同)，料液可视为理想溶液；馏出液含苯98%，残液含乙苯97%；泡点进料。操作条件：常压操作；回流液温度为塔顶蒸汽露点；间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为5kgf/cm2(绝压)；冷却水进口温度30，出口温度40；设备热损失为加热蒸汽供热量的5%。 前言在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广，量大。据统计，塔设备无论其投资费用还是所消耗的钢材重量，在整个过程设备中所占的比例都相当高。塔设备的作用是实现气（汽）液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的，塔设备广泛用于蒸馏，吸收，介吸（气提），萃取，气体的洗涤，增湿及冷却等单元操作中，它的操作性能好坏，对整个装置的生产，产品产量，质量，成本以及环境保护，“三废”处理等都有较大的影响。目前，塔设备的种类很多，对塔设备进行分类：按操作压力分有加压塔，常压塔，减压塔；按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等；按内部结构分有填料塔，板式塔。目前工业上应用最广泛的还是填料塔和板式塔。填料塔属于微分接触型的气液传质设备。塔内以填料作为气液接触和传质的基本构件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相间的传质和传热。两相的组分浓度或温度沿塔高呈连续变化。板式塔是一种逐级（板）接触的气液传质设备。塔内以塔板作为基本构件，气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热，两相的组分浓度呈阶梯式变化。填料塔和板式塔均可用于蒸馏，吸收等气液传质过程，但两者之间选型时应考虑诸多方面。在进行选型时以下情况可以优先考虑填料塔：在分离程度要求较高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可以采用新型填料塔以降低塔的高度；对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小，压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；具有腐蚀性的物料，可选用填料塔，因为填料塔可采用非金属材料，如陶瓷，塑料等；容易发泡的物料，宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎。下列情况可优先选用板式塔：塔内液体滞液量较大，要求塔的操作负荷变化范围较宽，对进料浓度变化要求不敏感，要求操作易于稳定；液相负荷较小，因为这种情况下，填料塔会由于填料表面湿润不充分而降低其分离效率；含固体颗粒，容易结垢，有结晶的物料，因为板式塔可选用液流通道较大，堵塞的危险较小；在操作过程中伴随有放热或需要加料的物料，需要在塔内设置内部换热组件，如加热盘管；需要多个进料口或多个侧线出料口。这是因为一方面板式塔的结构上容易实现，此外，塔板上有较多的滞液量，以便与加热或冷却管进行有效地传热。实践证明，在较高压力下操作的蒸馏塔仍读采用板式塔，因为在压力较高时，塔内气液比过小，以及由于气相返混剧烈等原因，填料塔的分离效果往往不佳。板式塔的种类很多，按塔板的结构可以分为：泡罩塔，筛板塔，浮阀塔，舌形塔等。目前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。泡罩塔是工业应用最早的板式塔。它的优点是操作弹性大，因而在负荷波动范围较大时，仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率；气液比的范围大，不易堵塞等。其缺点是结构发杂，造价高，气相压降大，以及安装维修麻烦等。目前只在某些情况如生产能力大，操作稳定性要求高，要求有相当稳定的分离能力等时才考虑使用。浮阀塔因具有优异的综合性能，在设计和选用塔型时常被首选的板式塔。优点：生产能力大，比泡罩塔提高20%40%；操作弹性大，在较宽的气相负荷范围内，塔板效率变化较小，其操作弹性较筛板塔有较大的改善；塔板效率较高，因为它的气液接触状态较好，且气体沿水平方向吹入液层，雾沫夹带较小；塔板结构及安装较泡罩塔简单，重量较轻，制造费用低，仅为泡罩塔的60%80%左右。其缺点：在气速较低时，仍有塔板漏液，故低气速时板效率有所下降；浮阀阀片有卡死吹脱的可能，这会导致操作运转及检修的困难；塔板压力降较大，妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。筛板塔也是应用历史较久的塔型之一，与泡罩塔相比，筛板塔结构简单，成本低，板效率提高10%15%，安装维修方便。近年发展了大筛孔，导向筛板等多种筛板塔。无降液管塔是一种典型的气液逆流式塔，塔盘上无降液管。优点是：由于没有降液管，所以结构简单，加工容易，安装维修方便；因节省了降液管所占的塔截面，允许通过更多 的蒸汽量，因此生产能力比泡罩塔大20%100%；因为塔盘上开孔率大，栅缝或筛孔处的气速比溢流式塔盘小，所以压降小，比泡罩塔低40%80%，可用于真空蒸馏。缺点：板效率比较低，比一般板式塔低30%60%，但因这种塔盘的开孔率大，气速低，形成的泡沫层高度较低，雾沫夹带量小，所以可以降低塔板的间距，在同样分离条件下，塔总高与泡罩塔基本；操作弹性较小，能保持较好的分离效率时，塔板负荷的上下限之比约为2.53.0。 舌型塔是应用较早的斜喷射型塔。结构简单，安装检修方便，但这种塔负荷弹性较小，塔板效率较低，因此使用受到一定限制。物料衡算：进料组成： XF=（42/78）（42/78+58/76） =0.4960 XD=（98/78）（98/78+2/106) =0.9852 XW=（ 3/78）（3/78+97/106） =0.0403原料液的平均摩尔质量： MF= 0.4960*78 +（10.4960）*106 = 92.112全塔的物料衡算：F=13000/92.112 =141.13 Kmol/h F= D+W F XF =D XD +W XW 把已知数据带入上式，得 141.3=D+W 141.3*0.4960=D*0.9852+W*0.0403 解得 D=68.06 Kmol/h W=73.07 Kmol/h热量衡算：求相对挥发度： Lg Po = A B（t+C） 查表得： A B C苯 6.0231206.35 220.24 乙苯 6.079 1421.91 212.93将P=101.325 KPa代入式,在分别代入苯和乙苯的A,B,C。求得苯的沸点为80.0488,乙苯的沸点为136.1520。Lg PAo = 6.0231206.35/ (136.1520+220.24) 得 PAo =434.614Lg PBo = 6.0