化工原理课程设计浮阀塔.doc

word板式连续精馏塔设计任务书一、设计题目：别离苯—甲苯系统的板式精馏塔设计 试设计一座别离苯—甲苯系统的板式连续精馏塔，要求原料液的年处理量为50000 吨，原料液中苯的含量为35%，别离后苯的纯度达到 98 %，塔底馏出液中苯含量不得高于1%〔以上均为质量百分数〕二、操作条件1. 塔顶压强： 4 kPa 〔表压〕；2. 进料热状态： 饱和液体进料3. 回流比： 加热蒸气压强： 101.3 kPa〔表压〕；单板压降： ≤ 0. 7 kPa三、 塔板类型 ： 浮阀塔板四、生产工作日每年300天，每天24小时运行五、厂址厂址拟定于某某地区六、设计内容 1. 设计方案确实定与流程说明2. 塔的工艺条件与有关物性数据的计算3. 精馏塔的物料衡算4. 塔板数确实定5. 塔体工艺尺寸的计算6. 塔板主要工艺尺寸的设计计算7. 塔板流体力学验算8. 绘制塔板负荷性能图9. 塔顶冷凝器的初算与选型10. 设备主要连接收直径确实定11. 全塔工艺设计计算结果总表12. 绘制生产工艺流程图与主体设备简图13. 对本设计的评述与相关问题的分析讨论目录一、绪 论1二、设计方案确实定与工艺流程的说明22334三、全塔物料衡算53.2物料衡算5四、塔板数确实定667五、精馏与提馏段物性数据与气液负荷的计算95.1进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算910101111六、塔径与塔板结构工艺尺寸的计算14141517七、 塔板流体力学的验算与负荷性能图191922八、塔的有效高度与全塔实际高度的计算27九、浮阀塔工艺设计计算总表28十、辅助设备的计算与选型303031十一、对本设计的评述与相关问题的分析讨论333638 / 一、绪 论化工原理课程设计是综合运用《化工原理》课程和有关先修课程〔《物理化学》，《化工制图》等〕所学知识，完成一个单元设备设计为主的一次性实践教学，是理论联系实际的桥梁，在整个教学中起着培养学生能力的重要作用。

通过课程设计，要求更加熟悉工程设计的根本内容，掌握化工单元操作设计的主要程序与方法，锻炼和提高学生综合运用理论知识和技能的能力，问题分析能力，思考问题能力，计算能力等精馏是别离液体混合物〔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〕，使气液两相屡次直接接触和别离，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别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展别离本设计的题目是苯-甲苯连续精馏筛板塔的设计，即需设计一个精馏塔用来别离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，需设计一板式塔将其别离二、设计方案确实定与工艺流程的说明设计流程本设计任务为别离苯、甲苯混合物对于二元混合物的别离，采用连续精馏流程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，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余局部经产品冷凝器冷却后送至储罐该物系属易别离物系，最小回流比拟小，故操作回流比取最小回流比的1.7倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐3图2-1 精馏工艺流程图图2-2单塔工艺流程简图设计要求总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和本钱，少量的污染精馏塔对塔设备的要求大致如下：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 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  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  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流动，而且不会使效率发生较大的变化  结构简单，造价低，安装检修方便  能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等本次实验我们根据所给条件设计出塔的各项参数与其附属设备的参数设计思路在本次设计中，我们进展的是苯和甲苯二元物系的精馏别离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的局部增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度别离，是精馏塔的根本原理实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、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，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。

蒸馏是物料在塔内的屡次局部汽化与屡次局部冷凝所实现别离的热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不表示要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比此次设计是在常压下操作 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器回流比是精馏操作的重要工艺条件选择的原如此是使设备和操作费用之和最低在设计时要根据实际需要选定回流比本设计采用连续精馏操作方式、常压操作、泡点进料、间接蒸汽加热、选、塔顶选用全凝器、选用浮阀塔设计方案确实定本设计任务为别离苯一甲苯混合物由于对物料没有特殊的要求，可以在常压下操作对于二元混合物的别离，应采用连续精馏流程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人精馏塔内塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一局部回流至塔内，其余局部经产品冷却器冷却后送至储罐该物系属易别离物系，最小回流比拟小，故操作回流比取最小回流比的倍塔底设置再沸器采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐三、全塔物料衡算3.1 原料液与塔顶、塔底产品的平均摩尔质量苯的摩尔质量：甲苯的摩尔质量：==0.983=0.0117=0.350×78.11+×92.13=(kg/kmol)83×17×92.13=(kg/kmol)117×78.11+0.9883×92.13=91.965(kg/kmol)3.2物料衡算原料处理量：F=50000×1000/(300×24×总物料衡算：80.11=D+W苯物料衡算：×联合解得：6kmol/h4kmol/h最少回流比：由q=1和平衡线交点画图的出。

〔附图1〕四、塔板数确实定理论板数的求取苯-甲苯属理想体系，可采用图解法球理论板层数①由手册查得苯-甲苯物系的气液平衡数据，绘出t-x-y图与x-y图②作图法求最小回流比与操作回流比如图1-1由，从图中读得所以最小回流比为=取操作回流比为精馏塔打气、液相负荷L=RD×V=(R+1)D=(2.862+1)=kmol/hL'=L+F=+= kmol/lV'=V= kmol/h操作线方程:精馏段操作线方程:提馏段操作线方程:图解法求理论层数总理论板层数：(包括再沸器)进料板位置：全塔效率实际板层数的求取全塔效率根据塔顶，塔底液相组成，查t-x-y图知塔顶温度81℃，塔底温度109.9℃，求得塔平均温度为：由精馏段与提馏段的平均温度，依据安托尼方程，求出再求出相对挥发度其中 苯： 甲苯：当温度为81 ℃Kpa ，Kpa同理当温度为℃时， ，，又因为平均温度为95.45℃，查表知液体黏度为mPa·smPa·s=7086mPa·s全塔效率精馏段实际板层数 提馏段实际板层数 进料板为总实际板数=13+13=26块五、精馏与提馏段物性数据与气液负荷的计算进料板与塔顶、塔底平均摩尔质量的计算塔顶：，由平衡图知：进料板：，塔底：，查得所以，精馏段平均摩尔质量提馏段平均摩尔质量精馏段提馏段精馏段气相负荷： 提馏段气相负荷：液相密度依下式计算，即塔顶:,查得：，进料板:，查得：，进料板液相的质量分数为进料板液相平均密度：由，查得， 塔釜液相质量分数为：精馏段液相平均密度为：提馏段液相平均密度为：塔顶：查表知：, 进料板：查表知: ,塔底：查表知：，精馏段液相平均外表X力为：提馏段液相平均外表X力为：〔1〕操作压力塔顶压强：每层塔板压降：进料板压力：×13=Kpa精馏段平均压力：=(105.3+)/2=Kpa塔底压强：=PD+N△×26=Kpa提馏段平均压力：=〔+12〕/2=Kpa（2） 操作温度由附录查知，安托因方程中苯-甲苯参数如下:苯：甲苯：所以：由安托尼方程进展试差计算，得塔顶温度=8℃进料板温度=99.6℃塔底温度℃精馏段平均温度=()/2=90.65℃提馏段平均温度=(99.6+116.5)/2=108.05℃（3） 平均粘度液相平均粘度计算公式：塔顶：查表知： ,由所以：进料板：查表知: ,=塔底： ℃查表知: ,=精馏段液相平均黏度为：精馏段液相平均粘度为：六、 塔径与塔板结构工艺尺寸的计算塔径的计算精馏段气、液相体积流量： 提馏段气、液相体积流量： 最大空塔气速计算公式：取板间距，板上液层高度，如此-=0.45-0.07=0.38m 精馏段： 提馏段 ： 查表知：9，5所以 精馏段：提馏段：取安全系数0.6，如此空塔气速为： 精馏段： 提馏段：按标准塔径圆整后为：塔截面积为：实际空塔气速精馏段： 提馏段：塔板主要工艺尺寸计算因塔径D=1.4m，可造用单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。

各项计算如下：〔1〕堰长:取=0.6D=0.84m〔2〕溢流堰高度由选用平直堰，堰上液层高度近似取E=1,如此〔3〕弓形降液管宽度和截面积:由，查图知故验算液体在降液管中停留时间:精馏段：提馏段 ： 故降液管设计合理〔4〕降液管底隙高度:精馏段取：，如此提馏段取：，如此故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度塔板布置与浮阀数目与排列取阀孔动能系数=10，由公式，求孔速由式N=求每层板上的浮阀数即=132〔块〕;=135〔块〕取边缘区宽度= 破沫区宽度=0.092m按式计算鼓泡区面积即R=浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距t=75mm=0.075m,如此可按下式估算排间距，即精馏段提馏段考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支承与衔接也要占去一局部鼓泡区面积，因此排间。