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1、 本科毕业论文 本科生毕业论文（设计）25万吨/年苯-甲苯分离装置工艺设计 姓 名： 指导教师： 院 系： 专 业： 提交日期： 2011-3-31 目 录中文摘要1英文摘要2第一章综 述31.1 绪论31.1.1 概述31.1.2 文献综述51.2 设计任务及操作条件61.2.1设计任务61.2.2 操作条件61.3 设计方案71.3.1 工艺流程示意图71.3.2 设计方案简介7第二章塔板的工艺设计72.1 精馏塔的全塔物料衡算72.1.1 原料液摩尔分率和摩尔流量72.1.2 塔顶产品流量及摩尔分率:82.1.3 塔底产品的流量及分率：82.2 相关物性参数的计算92.2.1 相对挥发度
2、92.2.2 最小回流比及回流比102.2.3 全塔平均温度102.2.4 平均黏度112.2.5 平均摩尔质量的计算122.2.6 平均密度的计算122.2.7 液相平均张力132.2.8 提馏段的气液相体积流率132.3 塔板数的计算142.3.1 理论塔板数的求取142.3.2 全塔效率：152.3.3 实际塔板数的求取152.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算152.4.1 塔径的计算152.4.2 塔板主要工艺尺寸的计算162.4.3 精馏塔的有效高度计算182.5 筛板的流体力学校核182.5.1 塔板压降182.5.2 液沫夹带192.5.3 漏液192.5.4 液泛202.6 塔板的
3、负荷性能图202.6.1 漏液线202.6.2 液沫夹带线212.6.3液相负荷上限线212.6.4 液相负荷下限线212.6.5 液泛线222.6.6 负荷性能图232.6 精馏塔的能量衡算232.6.1 再沸器热负荷及加热蒸汽的消耗量232.6.2 全凝器的热负荷及冷却水消耗量24第三章板式塔结构243.1 塔体结构243.1.1 塔顶空间243.1.2 塔釜空间243.1.3群座243.1.4 封头高度243.1.5 人孔243.1.6 进料板高度253.2 附属结构253.2.1 进料管253.2.3 回流管263.2.4 塔底出料管263.2.5 法兰27参考文献28致谢28附 录2
4、925万吨/年苯-甲苯分离装置工艺设计 摘 要：苯精馏是苯生产的重要后处理工序，本文主要研究的是25万吨/年苯-甲苯的分离工艺设计。本文采用了常压精馏的方法分离苯-甲苯。主要研究过程是根据设计任务和操作环境确定了设计方案，然后绘制相应的工艺流程图。在塔板的工艺设计方面，则包括了精馏塔的全塔物料衡算，对相关物性参数的计算和塔板数的计算，继而设计了塔体的工艺尺寸。在做好以上的计算后，还需对所设计的精馏塔进行流体力学校核，绘制出塔板的负荷性能图，然后做能量衡算。为了体现精馏塔设计的完整性，本文又根据现阶段国内外的有关精馏塔的有关工艺尺寸的规定，设计了塔体的其他结构和相关附属结构。关键词：苯-甲苯分离
5、；精馏；工艺设计The Design of 250,000 tons/years Benzene, Toluenes Separation Equipment Abstract：Benzene, toluene distillation process plays an important role in the production of benzene, the paper focus on the design of 250,000 tons/years benzene, toluenes separation equipment. The method of it is distill
6、ation in ordinary pressure. The main research process contains that making sure the design proposal by the design assignment and the operations circumstances, and then making an engineering flow sheet. In terms of the tower plates design, it includes material balance of total tower, the calculation
7、of something about the parameters of properties of matters and the amount of tower plates, then design its inches. After these calculations, the paper also checks the distillation towers fluid mechanics, draws performance curves, and then calculates its energy balance. The paper also designs other f
8、rames of tower body and accessory structure related to tower by the rules about distillation towers design at home and abroad, which aims to make the design perfect.Key Words：benzene, toluenes separation; distillation; process design第一章 综 述1.1 绪论1.1.1 概述苯的沸点为80.1，熔点为5.5，在常温下是一种无色、味甜、有芳香气味的透明液体，易挥发。苯
9、比水密度低，密度为0.88g/mL，但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。早在1920年代，苯就已是工业上一种常用的溶剂，主要用于金属脱脂。由于苯有毒，人体能直接接触溶剂的生产过程现已不用苯作溶剂。苯有减轻爆震的作用而能作为汽油添加剂。在1950年代四乙基铅开始使用以前，所有的抗爆剂都是苯。然而现在随着含铅汽油的淡出，苯又被重新起用。由于苯对人体有不利影响，对地下水质也有污染，欧美国家限定汽油中苯的含量不得超过1%。 苯在工业上最重要的用途有：l 做化工原料。苯可以合成一系列苯的衍生物：l 苯与乙烯生
10、成乙苯，后者可以用来生产制塑料的苯乙烯；l 苯与丙烯生成异丙苯，后者可以经异丙苯法来生产丙酮与制树脂和粘合剂的苯酚；l 制尼龙的环己烷；l 合成顺丁烯二酸酐； l 苯有减轻爆震的作用而能作为汽油添加剂；l 用于制作苯胺的硝基苯；l 多用于农药的各种氯苯； l 合成用于生产洗涤剂和添加剂的各种烷基苯；l 合成氢醌，蒽醌等化工产品。甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为-95 ，沸点为111 。甲苯带有一种特殊的芳香味，在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为0.866gcm3，对光有很强的折射作用。甲苯几乎不溶于水，但可以和二硫化碳
11、、酒精、乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的黏度为0.6，也就是说它的粘稠性弱于水。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。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。板式塔塔内装有一定数量的塔盘,是气液接触和传质的基本构件;属逐级(板)接触的气液传质设备，气体自塔底向皮鼓泡或喷射的形式穿不定过塔板上的液层,使气液相密切接触而进行传质与传热,两相的组份浓度呈阶梯变化。填料塔内有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件，属微分接触型气液传质设备，液体在填料表面呈膜状自上而下流动，气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并
12、进行气液两相的传质和传热，两相的组份深度或温度沿塔高连续变化1。工业上对塔设备的基本要求是：(1)满足工艺要求；(2)生产能力大，即气液处理量大；(3)压力降小，即流体阻力小；(4)操作稳定、操作弹性大；(5)效率高，即气液两相充分接触，相际间传热面积大；(6)结构简单、可靠、省材、制造、安装方便，设备成本低；(7)耐腐蚀，不易堵塞(8)操作维修方便1板式塔早在1813年已应用于手工业生产，是使用量最大，应用范围最广的气液传质设备。板式塔为逐级接触式的气液传质设备，其结构图如图1-1所示。它是由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件组成的。操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液
13、管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的流动液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的生气道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常的操作下，液相为连续相，气相为分散相2。分离苯和甲苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。板式筛板塔、浮阀塔都是常用的塔类型，可以根据不同塔各自特点选择所需要的塔2。图1-1 板式塔结构示意图根据设计任务书本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
14、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；塔板效率高，压降低，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都较容易。从而一反长期冷落的状况，获得了广泛的应用，近年来对筛板塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达2025mm）,导向筛板等多种形式。筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。塔盘结构由筛孔区、无孔区、降液管及塔板等组成。其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条
15、件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多。 图1-2板塔示意图1.1.2 文献综述目前就苯-甲苯的分离来说，主要采用的是精馏分离。经过几十年的研究和发展，精馏技术日渐成熟。其发展方向已从常规精馏转向普通精馏无法分离的问题，通过物理或化学手段改变物系的性质，使组分得以分离，或通过耦合技术促进分离过程，并且逐步向低能耗、低成本、清洁分离发展。在精馏基础研究方面，研究深度已由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展；研究目标由现象描述向过程机理转移；研究手段日益采用
