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1、 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 设计题目 1 1 2 精馏及精馏流程 1 1 3 精馏的分类 1 1 4 精馏塔的工作原理 2 1 5 精馏操作的特点 2 1 6 塔板的类型与选择 3 第二章第二章 精馏塔的设计任务精馏塔的设计任务 4 2 1 精馏塔的工艺参数 4 2 2 设计容 4 2 3 工艺流程设计方案 5 第三章第三章 精馏塔的工艺设计计算精馏塔的工艺设计计算 6 3 1 设计方案的确定 6 3 2 精馏塔的物料衡算 6 3 2 1 原料液 塔顶和塔釜产品的摩尔分数 6 3 2 2 原料液 塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量 6 3 2 3 物料衡算 6 3 3 塔板数的
2、确定 7 3 3 1 理论塔板数的确定 7 3 3 2 求实际塔板数 10 3 4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 10 3 4 1 操作压力 10 3 4 2 操作温度 10 3 4 3 平均摩尔质量 10 3 4 4 平均密度 11 3 4 5 液相平均表面力 11 3 4 6 液相平均黏度 12 3 5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 12 3 5 1 塔径的计算 12 3 5 2 精馏塔有效高度的计算 13 3 6 塔板主要工艺尺寸的计算 14 3 6 1 溢流装置计算 14 3 6 2 塔板布置及浮阀数目与排列 16 3 7 塔板流体力学验算 18 3 7 1 气相通过浮阀塔板的压降
3、 18 3 7 2 淹塔 20 3 7 3 雾沫夹带 20 3 8 塔板负荷性能图 22 3 8 1 雾沫夹带线 22 3 8 2 液泛线 22 3 8 3 液相负荷上限线 23 3 8 4 漏液线 23 3 8 5 液相负荷下限线 24 3 9 计算结果汇总 25 第四章第四章 精馏塔机械设计精馏塔机械设计 27 4 1 选材 27 4 2 塔器壁厚及质量计算 27 4 2 1 塔器壁厚计算 27 4 2 2 塔的质量计算 28 4 3 塔体强度与稳定性校核 32 4 3 1 塔的基本自振周期计算 32 4 3 2 地震载荷计算 32 4 3 3 风载荷的计算 35 4 3 4 各种载荷引起
4、的轴向应力 38 4 3 5 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 40 4 3 6 筒体和裙座水压试验应力校核 41 4 4 基础环厚度计算 43 4 5 地脚螺栓计算 44 4 5 1 地脚螺栓计算承受的最大压力 44 4 5 2 地脚螺栓直径 44 4 5 3 裙座与塔壳连接焊缝验算 44 4 6 开孔与孔补强计算 45 4 6 1 填料上下塔段连接部位的补强计算 45 4 6 2 有效补强围 46 4 6 3 有效补强面积 46 4 7 接管的选用 47 4 8 接管法兰的选取 48 第五章第五章 塔设备的制造及安装塔设备的制造及安装 50 5 1 制造要求 50 5 2 组装要求 5
5、1 5 3 封口前的检查 52 心得体会心得体会 53 参考文献参考文献 55 第一章 绪论 1 11 1 设计题目设计题目 苯 甲苯连续精馏塔的工艺设计 浮阀塔 1 21 2 精馏及精馏流程精馏及精馏流程 精馏是多级分离过程 即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程 因此可是混合 物得到几乎完全的分离 精馏可视为由多次蒸馏演变而来的 精馏操作广泛用于分离纯 化各种混合物 是化工 医药 食品等工业中尤为常见的单元操作 化工成产中 精馏 主要用于以下几种目的 1 获得馏出液塔顶的产品 2 将溶液多级分离后 收集馏出液 用于获得甲苯 氯苯等 3 脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品 如酒精提纯 进行精馏操
6、作的设备叫做精 馏塔 精馏过程中采用连续精馏流程 原料液经预热器加热到指定温度后 送入精馏塔的 进料板 在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后 逐板溢流 最后流入塔底再 沸器中 在每层板上 回流液体与上升蒸汽互相接触 进行热和质的传递过程 操作时 连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品 部分汽化 产生上升蒸汽 依次通过各层 塔板 塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝 并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体 其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品 根据精馏原理可知 单有精馏塔还不能完成 精馏操作 必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器 有时还有配原料液 预热器 回流 液泵等附属设备 才能实现整个操作 1
7、 31 3 精馏的分类精馏的分类 按操作方式可分为 间歇式和连续式 工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操 作过程 化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液 多组分精馏的特点 能保证产品质量 满足工艺要求 生产能力大 流程短 设备投资费用少 耗能量低 收率高 操作费用低 操作管理方便 1 41 4 精馏塔的工作原理精馏塔的工作原理 塔设备的工作原理是通过部结构使气液两相或液液之间充分接触 实现质量传递和 热量传递 它是一种重要的单元操作设备 在石油化工 炼油 医药及环境保护等工业 部门应用广泛 蒸馏装置包括精馏塔 原料预热器 蒸馏釜 再沸器 冷凝器 釜液冷 却器和产品冷却器等设备 蒸馏过程按操
8、作方式的不同 分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种 流程 连续蒸馏具有生产能力大 产品质量稳定等优点 工业生产中以连续蒸馏为主 间歇蒸馏具有操作灵活 适应性强等优点 适合于小规模 多品种或多种组分物系的初 步分离 本设计主要容 主要是工艺设计部分 塔板的类型和选择 操作压力的选择 精馏 塔的物料衡算 确定塔高 塔径 理论塔板数 全塔效率 塔顶及塔底产品的预分配 溢流装置的设计 塔板流体力学验算 气相通过筛板塔的压强降等 本次设计的题目是 苯 甲苯连续精馏塔的工艺设计 选用筛板式塔 此塔具有生产能力较大 操作弹性 大 液面落差也较小 压力降小 结构简单 造价低等特点 发展前途广泛 主要应用 于石油 化工
9、轻工 医药及环境保护等领域 1 51 5 精馏操作的特点精馏操作的特点 从上述对精馏过程的简单介绍可知 常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和 液体的沸腾的传热过程 精馏塔也就是一种换热器 但和一般的传热过程相比 精馏操 作又有如下特点 1 沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂 在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶 剂的汽化压低 使溶液的沸点高于醇溶液的沸点 这种现象称为沸点的升高 在加热汽 化温度一定的情况下 汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差 而且溶液 的浓度越高 这种影响也越显著 2 物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性 如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某
10、一组分 或几组分形成恒沸液等 如何利用物料的特性和工艺要求 选择适宜的精流流程和设备 是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题 3 节约能源 精馏汽化的溶剂量较大 需要消耗较大的加热蒸汽 如何充分利用热量提高加热蒸 汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题 1 61 6 塔板的类型与选择塔板的类型与选择 塔板是板式塔的主要构件 分为错流式塔板和逆流式塔板两类 工业应用以错流 式 塔板为主 常用的错流式塔板有 泡罩塔板 筛孔塔板和浮阀塔板 我们应用的是浮 阀塔板 因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的 它吸收了两种塔板的优 点 它具有结构简单 制造方便 造价低 塔板开孔率大 生产能力大 由
11、于阀片可随 气量变化自由升降 故操作弹性大 因上升气流水平吹入液层 气液接触时间较长 故 塔板效率较高 第二章 精馏塔的设计任务 2 12 1 精馏塔的工艺参数精馏塔的工艺参数 1 进精馏塔的料液含苯 35 质量 其余为甲苯 2 产品的苯含量不得低于 98 质量 3 釜液中苯含量不得高于 3 0 质量 4 生产能力为年 8000 小时 产 16 万吨 98 质量 的苯产品 5 操作条件 1 精馏塔塔压强 常压 2 进料热状态 泡点 3 回流比 自选 4 加热蒸汽 低压饱和蒸汽 5 单板压降 0 7kPa 6 塔顶压强 35kPa 表压 6 设备型式 浮阀塔 7 厂址为地区 2 22 2 设计容
12、设计容 1 确定精馏装置流程 2 精馏塔的工艺设计 塔板数基础数据的查取及估算 工艺过程的物料衡算及热量衡算 理论 塔板效率 实际塔板数 板间距 塔径 塔高 溢流装置 塔盘布置 流体力学验算 操作负荷性 能图及操作弹性等等 3 精馏塔的机械设计 选材 壁厚质量计算 载荷的校核 如地震载荷风弯距计算等 开孔补强等等 4 主要附属设备设计计算及选型 2 32 3 工艺流程设计工艺流程设计方案方案 工艺流程 原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔 操作时连续的从再沸器中 取出部分液体作为塔底产品 釜残液 再沸器中原料液部分汽化 产生上升蒸汽 依次 通过各层塔板 塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷
13、凝 然后进入贮槽再经过冷却 器冷却 并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体 其余部分经过冷凝器后被送 出作为塔顶产品 为了使精馏塔连续的稳定的进行 流程中还要考虑设置原料槽 产品 槽和相应的泵 有时还要设置高位槽 为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相 应的措施 常在流程中的适当位置设置必要的仪表 比如流量计 温度计和压力表等 以测量物流的各项参数 第三章 精馏塔的工艺设计计算 3 13 1 设计方案的确定设计方案的确定 本设计任务为分离苯和甲苯二元混合物 故采用常压下的连续精馏装置 本设计 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 塔顶上升蒸汽用全凝器 冷凝 冷凝液在
14、泡点温度下一部分回流至塔进一步精馏 其余部分作为产品经冷却器冷 却后送入储罐 该物系属易分离物系 故采用的最小回流比较小 操作回流比取最小回 流比的 1 5 倍 塔釜采用间接蒸汽加热 塔釜产品经冷却后送入储罐 3 23 2 精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算 3 2 13 2 1 原料液 塔顶和塔釜产品的摩尔分数原料液 塔顶和塔釜产品的摩尔分数 苯的摩尔质量 kmol kg78 A M 甲苯的摩尔质量 kmol kg92 B M 0 35 78 0 39 0 35 780 65 92 F x 0 98 78 0 983 0 98 780 02 92 D x 0 03 78 0 035 0 03
15、780 97 92 W x 3 2 23 2 2 原料液 塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量原料液 塔顶和塔釜产品的平均摩尔质量 0 39 780 61 9286 54 F M kg kmol 0 983 780 017 9278 24 D M kg kmol 0 035 780 965 9291 51 W M kg kmol 3 2 33 2 3 物料衡算物料衡算 原料处理量 2 104 231 11 86 54 F kmol h 对苯进行物料衡算 231DW 0 9830 035231 11 0 3990 13DW 联立解得 86 55kmol hD 144 45kmol hW 3 33 3 塔
16、板数的确定塔板数的确定 3 3 13 3 1 理论塔板数的确定理论塔板数的确定 苯 甲苯属二元理想物系 采用图解法求理论塔板数 苯 甲苯气液平衡与温度关系 见附表一 表表 1 1 苯苯 甲苯气液平衡与温度关系表甲苯气液平衡与温度关系表 苯的摩尔分数苯的摩尔分数 液相汽相 温度 C 液相汽相 温度 C 0 00 0110 659 278 989 4 8 821 2106 170 085 386 8 20 037 0102 280 391 484 4 30 050 098 690 395 782 3 39 761 895 295 097 981 2 48 971 092 1100 0100 080 2 1 由苯 甲苯气液平衡数据绘图 见附图 1 yx 附图附图 1 1 2 求最小回流比和操作回流比 由附图 1 可知 0 39 q x 0 609 q y 则最小回流比为 min 0 9830 609 1 71 0 6090 39 Dq qq xy R yx 操作回流比 min 1 52 56RR 3 求精馏塔的汽液相负荷 2 56 86 55221 57LRD kmol h 1 2 56 1
