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1、苯甲苯精馏装置设计方案目 录引言21精馏流程的确定22塔的物料衡算23塔板数的确定34塔的工艺条件及物性计算54.1精馏段塔的工艺条件及物性计算54.2提馏段塔的工艺条件及物性计算65 精馏塔气液负荷计算86塔和塔板的主要尺寸计算86.1精馏段塔和塔板的主要尺寸计算86.2 提馏段塔和塔板的主要尺寸计算107筛板的流体力学验算127.1精馏段筛板的流体力学验算127.2提馏段筛板的流体力学验算148 塔高的计算159 塔板负荷性能图159.1精馏段塔板负荷性能图159.2提馏段塔板负荷性能图1710筛板塔的工艺设计计算结果2011精馏塔的附属设备2112结论22苯-甲苯精馏装置设计引言苯、甲苯
2、是两种重要的化工基本原料，在国民经济中起到了越来越大的作用。早在1865年，苯就已经作为一种工业产品用于生产和应用。最初是从煤焦油中回收。现在苯已是化工工业和医药工业的重要基本原料，可用来制备染料，树脂，农药，合成药物，合成橡胶，合成纤维和洗涤剂等等。随着它的用途的扩大，其产量也在不断上升。甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂，而且可以合成异氰酸酯，甲酚等化工产品。甲苯可以用来制造三硝基甲苯，苯甲酸，对苯二甲酸，防腐剂，染料，泡沫塑料，合成纤维等。此外甲苯还可用于生产油漆、清漆、亮漆、粘合剂及油墨；作树脂溶剂；化学及制造业的溶剂尤以萃取及脱脂两工序最为适合；最后，甲苯也是化学合成的原料。例如：甲苯
3、容易发生氯化，生成苯氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯恩梯炸药。精馏塔对化工、炼油生产装置和企业的生产能力、产品质量、消耗额定以及三废和环保等各方面都有重大影响。塔设备目前主要分为板式塔和填料塔两大类。近年来由于大量新型填料的出现，填料塔的应用逐见增多，但对于常压或加压操作体系，特别是大塔径，多侧线的汽液传质设备，目前仍以板式塔为主，统计表明，石油化工企业塔设备中板式塔约占90%以上。板式塔历来应用最广，
4、早在20世纪50年代初就已对筛板塔的结构、性能做了较充分的研究，并且认识到只要设计合理、操作正确，就可获得较满意的塔板效率和一定的操作弹性，故近年来筛板塔的应用日趋广泛。苯-甲苯筛板精馏操作条件: (1)操作压力本精馏设计的操作压力为常压，常压精馏更加简单而方便。 (2)进料方式本设计采用泡点进料，这是为了精馏塔本身的操作方便，可以不受外界干扰，便于操作，进料状态在设计中是一个很重要的参数。它直接影响了进料方程。而且也影响全塔的热量衡算，所以确定合理的进料方式十分重要。（3）塔釜加热方式选择采用列管式换热器作为再沸器进行间接加热，在操作条件及流程安排中，从经济上的合理性来考虑，本设计流程中原料
5、温度较低，塔底蒸汽温度较高，则可以考虑用塔底釜残液加热原料.（4）塔顶冷凝方式选择采用列管式换热器作为全凝器进行冷凝，冷却介质为冷却水。1 精馏流程的确定苯、甲苯混合料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气冷凝后，一部分作为回流，其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至贮槽。塔釜采用间接蒸汽向再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。2 塔的物料衡算2.1 料液及塔顶、塔底产品含苯摩尔分数x= x= x=2.2 平均摩尔质量 M=0.4978.11+(1-0.49)92.13=85.26/kmol M=0.98778.11+(1-0.987)92.13=78.29/kmol M=0
6、.023578.11+(1-0.0235)92.13=91.8/kmol2.3 物料衡算 总物料衡算 D+W=3787 易挥发组分物料衡算 0.987D+0.0235W=0.49*3787 联立上述两式 F=3787/h F= kmol/hD=1833.6/h D= kmol/hW=1953.4/h W= kmol/h 3 塔板数的确定3.1 理论塔板数N的求取苯、甲苯属理想物系，可采用M.T.图解法求N。3.1.1 根据苯、甲苯的气液平衡数据作y-x图及t-x-y图。图1 苯、甲苯的t-x-y3.1.2 求最小回流比及操作回流比R因泡点进料，在图1中对角线上自点e（0.49，0.49）作垂线
7、即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为y=0.705,x=0.49,此即最小回流比时操作线与平衡线的交点坐标。以最小回流比计算式：R= 取操作回流比 R=2R=21.11=2.22 3.1.3 求理论板数N精馏段操作线方程：y=0.689x+0.307提馏段操作线方程：y= 由提馏段操作线方程得提馏段操作线与对角线的交点坐标为(xw,xw)。所以按常规M.T.作图法解得： 图2苯、甲苯的y-x图及图解理论板理论板的层数N=（15-1）=14层（不包括釜）。其中精馏段理论板数为6层，提馏段8层（不包括釜），第7层为加料板。3.2 全塔效率E E=0.17-0.616lg 根据塔顶、塔底液相
8、组成查图2求得塔平均温度为： t=该温度下进料液相平均黏度为=0.49+（1-0.49） =0.490.267+0.510.275 =0.2604mP.s故E=0.17-0.616lg0.2604=0.52953%3.3 实际塔板数N精馏段 N=提馏段 N=4 塔的工艺条件及物性数据计算4.1 精馏段塔的工艺条件及物性数据计算4.1.1操作压强P 塔顶压强：P=4+101.3=105.3 KP取每层压降为P=0.7 KP 进料板压强：P=105.3+110.7=113 KP 精馏段平均操作压强：P= KP4.1.2温度t 根据操作压强，依下式计算操作温度： P=P+P试差计算结果，塔顶t=80
9、.5,进料板t=99.5,则精馏段平均温度 t=4.1.3平均摩尔质量M因为 lgP=A-所以 lgP= 6.023- P=102.7 KP lgP=6.078- P 39.75KP = 塔顶 x=y=0.987 y= x=0.967M=0.98778.11+(1-0.987)92.13=78.29/kmolM=0.96778.11+(1-0.967)92.13=78.57/kmol进料板 y=052 x=0.312M=0.5278.11+(1-0.52)92.13=84.84/kmolM=0.31278.11+(1-0.312)92.13=87.76/kmol则精馏段平均摩尔质量：M=/km
10、olM=/kmol4.1.4平均密度（1）液相密度依下式=+ （为质量分数）塔顶 进料板，由加料板液相组成，x=0.312 故精馏段平均液相密度 （2）气相密度 4.1.5液体表面张力 则精馏段平均表面张力为4.1.6液体黏度=则精馏段平均液相黏度为4.2 提馏段塔的工艺条件及物性数据计算4.2.1操作压强P 进料板压强：P=113 KP 塔底压强： 精馏段平均操作压强：P= KP4.2.2温度t 根据操作压强，依下式计算操作温度： P=P+P试差计算结果，塔底t=108.5,则提馏段平均温度 t=4.2.3平均摩尔质量M因为 lgP=A-所以 lgP= 6.023- P=225.6 KP l
11、gP=6.078- P 98.86KP = 塔底 x=0.0235 y= y=塔底M=0.05278.11+(1-0.052)92.13=91.4/kmolM=0.023578.11+(1-0.0235)92.13=91.8/kmol则提馏段平均摩尔质量：M=/kmolM=/kmol4.2.4平均密度（1）液相密度依下式=+ （为质量分数）塔底 进料板 故提馏段平均液相密度 （2）气相密度 4.2.5液体表面张力 则提馏段平均表面张力为4.1.6液体黏度= 则提馏段平均液相黏度为5 精馏塔气液负荷计算5.1 精馏段气液负荷计算 V=(R+1)D=(2.22+1)23.42=75.4kmol/h V=L=RD=2.2223.42=51.99 kmol/h5.2 提馏段气液负荷计算泡点进料 6 塔和塔板主要工艺尺寸计算6.1精馏段塔和塔板主要工艺尺寸计算6.1.1塔径D由化工原理课程设计表4-1初选板间距取板上液层高度查化工原理课程设计图4-5得取安全系数为0.70则故按标准塔圆整为1.0米，则空塔气速为6.1.2溢流装置采用单溢流，弓形受液盘及平行溢流堰，不设进口堰。各项计算如下：（1）溢流堰长由式即（4）降液管底隙高度取液体通过降液管底隙的流速u为0.08m/s依式6.1.3塔板布置（1）取边缘区宽度
