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1、化工原理课程设计题 目 分离苯-甲苯精馏塔设计 学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 2016年6月27 日 摘 要精馏塔是分离液体混合物最常用的一种单元操作，主要是利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。本设计的题目是苯-甲苯二元物系筛板式精馏塔的设计。在确定的工艺条件下，确定设计方案和设计内容，其主要包括精馏塔工艺设计计算、塔辅助设备设计计算、精馏工艺过程流程图、精馏塔设备结构图以及设计说明书。关键词：筛板塔；苯-甲苯；工艺计算；结构图 AbstractFractionator is separ
2、ating the liquid mixture of the most commonly used as a unit operation, mainly using reflux liquid mixture was distilled to obtain high-purity separation, is the industrys most widely used liquid mixture is separated, widely used in petroleum, chemical, light work, food, metallurgy and other sectors
3、. This design is entitled benzene - Toluene Binary System sieve tray type distillation column design. Under certain conditions, to determine the design and content design, which includes rectifying tower design and calculation process, tower auxiliary equipment design calculations, distillation proc
4、ess flow diagram, distillation apparatus configuration diagram and design specifications.Key words：Sieve tray; benzene - toluene; process calculation; configuration diagram目 录摘 要Abstract第1章 绪论11.1 概述11.2 设计依据31.3 厂址选择3第2章 设计方案的选择和论证32.1 设计流程32.1.1 选择原则 42.1.2 设计流程图42.2 设计要求52.2.1 满足工艺与操作的要求52.2.2 满足
5、经济上的需求5 2.2.3 保证安全生产52.3 设计思路52.3.1 文献检索62.3.2 小组讨论72.4 相关符号说明7第3章 塔的工艺计算93.1 基础物性数据93.1.1 苯和甲苯的物理性质93.1.2 苯和甲苯饱和蒸汽压Po93.1.3 苯和甲苯的液相密度L93.1.4 液体表面张力103.1.5 液体粘度103.2 塔的工艺计算103.2.1 操作压力的计算103.2.2 操作温度的计算11 3.2.3 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率113.2.4 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量123.2.5 物料衡算123.3 理论板数计算123.3.1 相对挥发度的求取123.3.2
6、 操作回流比的求取133.3.3 精馏塔的气液负荷133.3.4 操作线的求取133.3.5 理论板层数NT的求取133.3.6 实际板数N的求取153.4 塔的工艺条件及有关物性数据的计算163.4.1 平均密度计算163.4.2 液体表面张力计算173.4.3 液体平均粘度计算183.4.4 气液负荷计算193.5 精馏塔的工艺尺寸的计算203.6 塔板流体力学校核213.6.1 溢流装置计算213.6.2 塔板布置243.7 塔板负荷性能图25第4章 辅助设备的选型344.1 进料管的选择344.2 回流管的选择344.3 塔底出口管路的选择354.4 塔顶蒸汽管的选择354.5 加料蒸
7、汽管的选择364.6 人孔的设计364.7 法兰36第5章 塔附件设计计算375.1 选用釜式再沸器375.2 冷凝器的选型37设计总结37参考文献40附 录1 设计结果一览表42附 录2 苯-甲苯精馏塔的工艺流程图43致 谢45第1章 绪论精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，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。蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，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，
8、达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，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，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。1.1 概述高径比很大的设备称为塔器。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备,更是成为化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的可在塔设备中完成的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收，气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。而工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦
9、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。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。它们都可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。而板式塔又大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡
10、罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大20-40%，塔板效率高10-15%，压力降低30-50%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔
11、径可达20-25mm），导向筛板等多种形式。筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分。工业塔常用的筛孔孔径为3-8mm，按正三角形排列。空间距与孔径的比为2.5-5。近年来有大孔径（10-25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，便。只是漏液点低，操作弹性小。筛板塔的特点如下：（1）结构简单、制造维修方便（2）生产能力大，比浮阀塔还高。（3）塔板压力降较低，适宜于真空蒸馏。（4）塔板效率较高，但比浮阀塔稍低。（5）合理设计的筛板塔可是具有较高的操作弹性，仅稍低与泡罩塔。（6）小孔径筛板易堵塞，故不宜处理脏的、粘性大的和带有固体粒子的料液。1.2 设计依据1设计题目：分离苯-
12、甲苯精馏塔设计2设计任务及操作条件（1）设计任务 生产能力（进料量）：20000吨/年 操作周期：300*24=7200小时/年 进料组成：45%（质量分率，下同） 塔顶产品组成：98% 塔底产品组成：2%（2）操作条件 操作压力：常压 进料热状态：泡点进料 冷却水：20 加热蒸汽：0.2MPa 塔顶为全凝器，中间泡点进料，连续精馏。 设备型式：筛板式3设计原则 本设计任务为分离苯-甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔内。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，其余部分作为塔顶产品冷却后送至
13、储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。1.3 厂址选择齐齐哈尔市富拉尔基区第2章 设计方案的选择与论证设计方案的确定是指整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标的确定。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。苯和甲苯混合液经原料预热器加热至泡点后送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品
14、，经冷却器冷却后送至贮槽。2.1 设计流程板式塔工艺尺寸设计计算的主要内容包括：板间距、塔径、塔板型式、溢流装置、塔板布置、流体力学性能校核、负荷性能图以及塔高等。其设计计算方法可查阅有关资料。着重应注意的是：塔板设计的任务是以流经塔内气液的物流量、操作条件和系统物性为依据，确定具有良好性能（压降小、弹性大、效率高）的塔板结构与尺寸。塔板设计的基本思路是：以通过某一块板的气液处理量和板上气液组成，温度、压力等条件为依据，首先参考设计手册上推荐数据初步确定有关的独立变量，然后进行流体力学计算，校核其是否符合所规定的范围，如不符合要求就必须修改结构参数，重复上述设计步骤直到满意为止。最后给制出负荷性能图，以确定适宜操作区和操作弹性。塔高的确定还与塔顶空间、塔底空间、进料
