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1、2011学院 南京工业大学化工原理课程设计 设计题目 苯-甲苯二元体系连续浮阀精馏塔的工艺设计 学生姓名 班级、学号 书院化工班 指导教师姓名 冯晖 课程设计时间2016年 12 月 19 日-2016年 12 月31日 课程设计成绩百分制 权重设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力、设计过程表现、设计答辩及回答问题情况，30%设计最终成绩（五级分制）指导教师签字 2011学院课程设计任务书课程名称 化工原理课程设计 设计题目 苯-甲苯二元体系连续浮阀精馏塔的工艺设计 学生姓名 专业 化学工程与工艺 班级学号 2011学院化工班 设计日期 2016 年 12月 19 日
2、至 2016 年 12 月 31日设计条件及任务：设计体系： 设计条件:1处理量F： 278 （kmol/h） 2料液浓度 0.14 （mol%） 3. 进料热状况： 泡点 要求： 1产品浓度： 99.5 （mol%） 2易挥发组分回收率： 99 % 指导教师 2016 年 12 月 31日 目录0、前言30.1 塔设备概述30.2 化工生产对塔设备的要求30.3 塔设备的类型40.4 浮阀塔的优点41、浮阀塔工艺设计51.1 操作压强51.2 进料状态61.3 塔釜加热方式61.4 回流方式62、精馏工艺流程图63、实际板数的确定73.1 全塔物料衡算73.2 物系相平衡关系73.2.6 相
3、对挥发度及平衡线方程73.2.4 粘度83.3 回流比及精馏段操作线方程93.4 塔内气相、液相摩尔流量103.4.1 精馏段气相、液相摩尔流量103.4.2 提馏段气相、液相摩尔流量及提馏段操作线方程103.5 理论板数的计算103.6 实际板数的计算124、塔体主要工艺尺寸的确定134.1 塔体塔板设计所需物性参数134.1.1 操作压力134.1.2 操作温度134.1.3 提馏段、精馏段平均摩尔质量143.2.3 提馏段、精馏段平均密度143.2.5 表面张力154.2 塔内气相、液相体积流量164.2.1 精馏段气相、液相体积流量164.2.2 提馏段气相、液相体积流量174.3 精
4、馏段塔板塔径设计计算174.3.1 精馏段塔径174.3.2 精馏段有效高度184.3.3 精馏段溢流装置设计184.3.4鼓泡区阀孔数的确定及排列194.3.5流体力学校核214.3.6 精馏段负载性能图及操作弹性234.4 提馏段塔板塔径设计计算254.4.1提馏段塔径254.4.2 提馏段有效高度264.4.3 提馏段溢流装置设计274.4.4鼓泡区阀孔数的确定及排列284.4.5 流体力学校核294.4.6 精馏段负载性能图及操作弹性314.5塔体主要工艺尺寸汇总335、辅助设备设计355.1塔顶全凝器的计算与选型355.1.1 换热器基本参数计算355.1.2 换热器性能核算365.
5、2塔底再沸器的计算与选型405.1.2再沸器种类405.1.2再沸器计算与选型415.3预热器的计算与选型435.4接管的计算与选型445.5泵的计算与选型476、设计结果总汇表507、致谢538、参考文献53附表1：常压下苯甲苯的气液平衡数据54附表2：苯甲苯 t-p56附表3：苯和甲苯粘度57附表4：苯和甲苯表面张力58附表5：史密斯关联图59附表6：泛点负荷系数图59附表7：苯和甲苯密度60附表8：输送流体用无缝钢管常用规格61附图1：精馏段塔板63附图2：提馏段塔板（经计算和校核两块塔板一样）640、前言0.1 塔设备概述塔设备是化学工业，石油工业，石油化工等生产中最重要的设备之一。它
6、可以使气（汽）液液两相之间进行充分接触，达到相际接触传热及传质的目的。在塔设备中能进行的单元操作有：精馏，吸收，解吸，气体的增湿及冷却等。在化工，石油化工及炼油厂中，塔设备的性能对整个装置的产品质量，生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的意义。在化工和石油化工的生装置中，塔设备的投资费用占整个工艺设备费用的25.39%左右，炼油和煤化工生产装置占34.85%；它所耗的钢材在各累工艺设备中所占的比例也较多，例如在年产250万吨的常压及减压炼油装置中耗用的钢材重量占62.4%，年产60及120万吨催化裂化装置占48.9%。因此，塔设备的设计和研究，对化工，炼油工业的发展起
7、着重要的作用。0.2 化工生产对塔设备的要求塔设备除了应该满足特定的化工工艺条件（如温度，压力，耐腐蚀）外，为了满足工业生产的需求还应该达到下列要求：1）生产能力大，及气体处理量大。2）高的传质，传热效率，气液有充分的接触空间，接触时间和接触面积。3）操作稳定，操作弹性大，即气液负荷有较大波动时仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，且塔设备应能长期连续运转。4）流体流动的阻力小，即流体通过塔设备的压降小，以达到节能降低操作费用的要求。5）结构简单可靠，材料耗用量少，制造安装容易，以达到降低设备投资的要求。事实上，任何一个塔设备能同时达到上述的诸项都时非常困难的，因此只能从生产的需求及经济合理的
8、要求出发，抓住主要矛盾进行设计。随着人们对生产能力，提高效率，稳定操作和降低压降的追求，推动着各种新型塔结构的出现和发展。0.3 塔设备的类型塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。0.4 浮阀塔的优点 1.生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产 能力比泡罩塔板大 20%40%，与筛板塔接近。2.操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允许的负荷
9、波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3.塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4.气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5.塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30%。 1、浮阀塔工艺设计1.1 操作压强精馏可以常压，加压或减压条件下进行。确定操作压力时主要是根据处理物料的性质，技术上的可行性和经济上的合理性来考虑的。对于沸点低，常压下为气态的物料必须在加压条件下进行操作。在相同条件下适当提高操作压力可以提高塔的处理能力，但是增加了塔压，也提高
10、了再沸器的温度，并且相对挥发度液会下降。对于热敏性和高沸点的物料常用减压蒸馏。降低操作压力，组分的相对挥发度增加，有利于分离。减压操作降低了平衡温度，这样可以使用较低位的加热剂。但是降低压力也导致了塔直径的增加和塔顶冷凝温度的降低，而且必须使用抽真空设备，增加了相应的设备和操作费用。本次分离的苯和甲苯二元体系为一般物系故分离时采用常压操作，操作压力为101.325kpa。1.2 进料状态本精馏塔采用泡点进料，通过预热器将25的冷料加热为饱和液体。1.3 塔釜加热方式本次分离任务中，塔底采用再沸器加热，冷流体为塔底液体，热流体为高温蒸汽，此种加热方式属于间接蒸汽加热。1.4 回流方式本设计采用安
11、装回流泵方式进行强制回流。2、精馏工艺流程图图1: 精馏工艺流程图3、实际板数的确定3.1 全塔物料衡算根据操作条件可知:料液流量 F=278Kmol/h;料液中易挥发组分的质量分数 xF=0.14;塔顶产品摩尔分数 XD=0.995;易挥发组分的回收率=99%。（1）由公式（1）求得馏出液D的量：D= 38.72442 kmol/h全塔物料衡算式：（2）由等式（2）求得塔底残液W的量：W= 239.kmol/h全塔轻组分物料衡算式：（3）由等式（3）求得残夜XW= 0.3.2 物系相平衡关系3.2.6 相对挥发度及平衡线方程用等式（4）来计算物系的相对挥发度（4）根据附表1的相平衡数据，利用
12、等式（4），分别计算x1=0.1、x2=0.2x9=0.9的相对挥发度，得到= 2.、=2.、=2.、=2.、=2.、=2.、=2.、=2.、=2.平均相对挥发度：=2.494 （5）则平衡线为：（6）3.2.4 粘度根据公式（7）计算物料的平均粘度（7）通过附表3，内差法求得塔顶温度 tD=80.17 苯、甲苯的粘度为=0. mPas 、=0. mPas；则塔顶液相的平均粘度为：（8）则D= 0. mPas通过附表3，内差法求得加料板温度tF=104.6 苯、甲苯粘度=0.2458 mPas 、=0.30019 mPas ；则进料板液相的平均粘度为：（9）则= 0. mPas通过附表3，内差
13、法求得塔底温度tW=110.525 苯、甲苯粘度 =0.23395 mPas 、=0. mPas ；（10）则= 0. mPas精馏段液相混合物的平均粘度为：=0.（11）提馏段液相混合物的平均粘度为：=0.（12）3.3 回流比及精馏段操作线方程泡点进料，有q=1，q线为一铅锤线，根据相平衡方程：（13）则最小回流比为：（14）取实际回流比为最小回流比的1.4倍: 精馏段操作线方程： （15）3.4 塔内气相、液相摩尔流量3.4.1 精馏段气相、液相摩尔流量液相流量 ： （16） 气相流量 ：（17）3.4.2 提馏段气相、液相摩尔流量及提馏段操作线方程液相流量： （18）气相流量： （19）提馏段操作线方程： （20）3.5 理论板数的计算理论板数的计算采用逐板计算法精馏段操作线方程： （21）提馏段操作线方程：（22）平衡线方程：（23）表2：逐板计算板上数据板数/NT液相组成/xi气相组成/yi10.0.9952
