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1、化工原理课程设计精馏塔设计镇江高等专科学校 化工原理课程设计说明书化工原理课程设计说明书设计题目： 苯-甲苯混合液精馏塔设计 设计者： 班级 学号 姓名 日期 指导教师： 设计成绩： 日期 化工原理课程设计精馏塔设计 一、设计题目：苯一、设计题目：苯-甲苯混合液精馏塔设计甲苯混合液精馏塔设计本课程设计是依据实际生产情况加以一定程度的简化而提出的。二、设计任务及操作条件二、设计任务及操作条件1. 进精馏塔的料液含苯 60% (质量分数)，其余为甲苯2. 产品的苯含量96%(质量分数)3. 釜液中苯含量2%(质量分数)4. 生产能力为年产 18000 吨 96%(质量分数)的苯产品5. 每年实际生
2、产天数：320 天。6. 操作条件(1) 精馏塔塔顶压力 0.04 MPa(表压)(2) 进料热状况 泡点液体(3) 回流比 R = 1.6 Rmin(4) 加热水蒸汽压力 3.0 kg/cm2 (表压)（1kg/cm2=98.066kPa）(5) 单板压降 0.7kPa(6) 全塔效率 54%(7) 设备型式 浮阀(8) 厂址 镇江地区三、设计项目三、设计项目(设计说明书内容设计说明书内容)设计说明书应包括所有论述、原始数据、计算、表格等，编排顺序如下：I. 封面(课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间)；II. 设计任务书；III. 目录；IV. 概述；V. 设计方案的选定；VI. 工艺
3、设计计算；V II. 塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算；VIII. 设计结果汇总表；IX. 主要符号说明；X. 设计评述(即设计者对本次设计的评述以及本次设计的收获体会)；XI. 参考文献；XII. 致谢。目录化工原理课程设计精馏塔设计1.概述. 11.1 精馏塔的简单介绍11.2 工业上对塔设备的主要要求. 11.3 板式塔类型. 21.3.1 筛板塔 21.3.2 浮阀塔 21.3.3 泡罩塔 32.设计方案的确定. 42.1 操作条件的确定. 42.1.1 操作压力 42.1.2 进料状态 42.1.3 加热方式 .42.1.4 冷却剂与出口温度 42.1.5 热能的利用 52.2 确定设
4、计方案的原则. 53.工艺计算. 63.1.塔的物料衡算 63.1.1 料液及塔顶塔底产品含苯摩尔分率 63.1.2 平均分子量 63.1.3 物料衡算 63.2 塔板数的确定 73.2.1 理论塔板数 NT 的求取. 7化工原理课程设计精馏塔设计3.2.2 全塔效率 ET . 83.2.3 实际塔板数 N 93.3 塔的工艺条件及物性数据计算 93.3.1 操作压强 Pm 93.3.2 温度 tm 93.3.3 平均分子量 . 93.3.4 平均密度 m . 103.3.5 液体表面张力 m . 113.3.6 液体粘度 Lm. 113.4 精馏段气液负荷计算 114 塔和塔板主要工艺尺寸计
5、算 . 124.1 塔径 D 124.2 溢流装置 124.2.1 溢流堰长 lW . 124.2.2 出口堰高 hw . 134.2.3 降液管的宽度 Wd 与面积 Af 134.2.4 降液管底隙高度 . 134.3 塔板布置 144.3.1 边缘区宽度及安定区宽度 . 144.3.2 孔区面积 144.4 筛孔数 n 与开孔率 . 144.5 塔有效高度（精馏段）.15化工原理课程设计精馏塔设计4.6 塔高计算(从略)154.7 筛板的流体力学验算154.7.1 气体通过筛板压降相当的液柱高度 hp.154.7.2 雾沫夹带量 ev 的验算.164.7.3 漏液的验算 .164.7.4
6、液泛验算 .164.8 塔板负荷性能图174.8.1 雾沫夹带线（1） .174.8.2 液泛线（2） .174.8.3 液相负荷上限线（3） .194.8.4 漏液线（气相负荷下限线） （4） 194.8.5 液相负荷下限线（5） .195.设计结果汇总. 216.主要符号说明. 227.设计评述. 248.参考材料. 259.致谢. 261.概述化工原理课程设计精馏塔设计1.1 精馏塔的简单介绍精馏塔是进行精馏的一种塔式气液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低
7、沸点)组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。1.2 工业上对塔设备的主要要求（1）生产能力大 （2）传热传质效率高（3）气体的摩擦阻力小 （4）操作稳定，适应性强，操作弹性大（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便，不易堵塞耐腐蚀等TF,QF精
8、 馏 塔再 沸 器底部产品回流罐回流顶部产品冷凝器F,ZF1.3 板式塔类型板式塔是在圆筒形壳体中安装若干层水平塔板构成的。板与板之间有一定的间距。化工原理课程设计精馏塔设计塔板上有降液管，供液相逐层向下流动。塔板开有许多孔，供气相逐从下向上流动。气液两相在塔板上呈错流流动。即气相垂直向上穿过塔板上的液层，液相水平流过塔板。塔板是板塔式的核心部分，它关系到气液两相传热、传质的好坏。1.3.1 筛板塔扎板塔的一种，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（或蒸汽）由塔底进入，经筛孔上升
9、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。在工业上实际应用的筛板塔中，两相接触不是泡沫状态就是喷射状态，很少采用鼓泡接触状态的。筛板塔优点：结构简单、造价低； 气流压降小、板上液面落差小； 板效率高。 缺点：操作弹性小、筛孔小易堵
10、塞。1.3.2 浮阀塔浮阀塔广泛用于精馏吸收和解析等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。 浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。在分离稳定同位素时采用在克服泡罩塔缺陷的基础上发展起鼓泡式接触装置。浮阀塔有活动泡罩、圆盘浮
11、阀、重盘浮阀和条形浮阀四种形式。浮阀主要有 V 型和 T 型两种，特点是：生产能力比泡罩塔约大 2040；气体两个极限负荷比为 56，操作弹性大；板效率比泡罩塔高 1015；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小，化工原理课程设计精馏塔设计常用于初浓段的重水生产过程。 1.3.3 泡罩塔在其内气体或蒸汽以泡状通过液体的一种塔;尤指板式塔(如用于分馏石油馏出物),其中塔板上具有许多泡罩 ,又称泡帽塔和泡盖塔。塔设备的一种,通常用来使蒸汽（或气体）与液体密切接触以促进其相互间的传质作用。塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸汽（或气体）通过的短
12、管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管。操作时，液体由塔的上部连续进入，经溢流管逐板下降，并在各板上积存液层，形成液封；蒸汽（或气体）则由塔底进入，经由泡罩底缘上的齿缝或小槽分散成为小气泡，与液体充分接触，并穿过液层而达液面，然后升入上一层塔板。短管装在塔内的，称内溢流式；也有装在塔外的，称外溢流式。泡罩塔广泛用于精馏和气体吸收。泡罩塔优点：1、泡罩塔气-液两相接触比较充分，传质面积大，因此塔板效率较高；2、泡罩塔气液比变化范围较大，即操作弹性较大，便于操作；3、泡罩塔具有较高的生产能力，适用于大型生产。泡罩塔的主要缺点是结构复是结构复杂、造价较高、塔板压力降较大。所以限制了泡罩塔
13、的使用范围。表 1塔型与泡罩塔相比的相对气相负荷效率操作弹性85%最大负荷时的单板压降/mm（水柱）与泡罩塔相比的相对价格可靠性泡罩塔1.0良超45-801.0优浮阀塔1.3优超45-600.7良筛板塔1.3优良30-500.7优2.设计方案的确定2.1 操作条件的确定2.1.1 操作压力塔顶压力为 P0=40+101.3=141.3 kPa加热水蒸汽压力 P=3.098.066+101.3=395.498 kPa化工原理课程设计精馏塔设计单板压降 P=0.7 kPa2.1.2 进料状态本次设计中采取饱和液体进料。 （q=1）2.1.3 加热方式蒸馏可采用间接蒸汽加热也可采用直接蒸汽加热，例蒸
14、馏釜残液中的主要成分为水时，且在低浓度下轻组分的相对挥发度较大时宜用直接蒸汽加热，其优点是可以利用压强在较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省掉间接加热设备。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定的稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液组成相对降低，故需要在提馏段增加塔板以达到生产要求。本次设计采用的是间接蒸汽加热。2.1.4 冷却剂与出口温度精馏塔常以循环冷却水为冷却剂，将热量从塔顶冷凝器中移出。且厂址选在江苏地区，水资源丰富。设备的出口温度一般在 50左右。温度 10，故选用 40 的冷却水，否则，溶于水中的有些无机盐将析出、结垢，影响传热效果。2.1.5 热能的利用精馏
15、过程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。因此热效率较低，通常进入再沸器的能量只有 5%左右可以被有效利用。虽然塔顶蒸汽冷凝可以放出大量热量，但是由于其位能较低，不可能直接用作为塔底的热源。为此，我们拟采用塔釜残液对原料液进行加热。2.2 确定设计方案的原则本课程设计的设计内容是分离苯-甲苯混合液。是依据实际生产情况加以一定程度的简化而提出的。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。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，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后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，操作回流比采用最小回流比的 1.6 倍。3.工艺计算3.1.塔的物料衡算化工原理课程设计精馏塔设计3.1.1 料液及塔顶塔底产品含苯摩尔分率60 78.110.6396040 78.1192.13 96 78.110.974964 78.1192.13 2 78.110.0235298 78.1192.13FDWXXX 3.1.2 平均分子量MF=0.63978.11+(1-0.639)92.13=83.171kg/kmolM
