化工原理课程设计5万吨年苯甲苯精馏塔设计

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1、提供全套毕业设计，欢迎咨询 课 程 设 计 说 明 书 武 汉 工 程 大 学 材料科学与工程学院课程设计说明书课题名称 5万吨/年苯-甲苯精馏塔设计 专业班级 11级高材试验1班 学生学号 1102020607 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 6月18日至6月30日 摘 要 这次设计的任务是设计出一个较理想的年处理苯-甲苯混合液5.0万吨的浮阀精馏塔，进料口的甲苯-苯混合液的质量分数为40%，塔顶馏出液的质量分数为94%，塔底釜液质量分数为3%。通过对苯-甲苯体系精馏塔的物料衡算、塔板数的确定、精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算、绘图等过程，设计出较理想的精馏塔。精馏塔理论塔板

2、数为12块，全塔效率53.9%。理论精馏段塔板4块，理论提馏段8块，第5块为加料板。通过浮阀塔板的流体力学的计算，做出精馏段塔板负荷性能图，得到较理想的操作弹性为3.51。最终设计出合理的塔径为1.2m,塔高为21.5m的精馏塔,开孔率为13.8%。关键词：苯-甲苯体系；浮阀板；精馏塔 Abstract The design task is to design an ideal year deal with benzene - toluene mixture of 50,000 tons of float valve distillation column, the inlet toluene

3、 - benzene mixture mass fraction of 40%, the overhead distillate the mass fraction of 94%, kettle bottoms liquid mass fraction of 3%. Through the benzene - toluene system to determine material balance distillation column, plate number calculated distillation column process conditions and related phy

4、sical data, graphics and other processes to design an ideal distillation column. Distillation column theoretical plate number of 12, 53.9% of the whole tower efficiency. 4 theoretical plate rectifying section, stripping section 8 theory, the fifth block of the charging plate. By hydrodynamic calcula

5、tions valve trays, make rectifying section tray load performance chart, get an ideal operating flexibility to 3.51. The final design is a reasonable tower diameter 1.2m, 21.5m high tower of the distillation column，opening rate of 13.8%.Key words: benzene-toluene system;float valve plate;rectifying t

6、owerI目录摘 要IAbstractII第一章 设计方案的选择11.1 操作条件的确定21.1.1 操作压力21.1.2 进料状态21.1.3 加热方式21.2 确定设计方案的原则21.2.1 满足工艺和操作的要求31.2.2 满足经济上的要求31.2.3 保证安全生产3第二章 物料衡算与塔板计算52.1精馏塔的物料衡算52.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率52.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量52.1.3全塔总物料衡算52.2塔板数及最小回流比的确定62.2.1理论板数与最小回流比62.2.2实际板层数的求取12第三章 精馏塔有关物性数据的计算153.1操作压力计算153

7、.2平均摩尔质量计算153.3平均密度计算163.3.1气相平均密度计算163.3.2液相平均密度计算173.4液体平均表面张力计算183.5液体平均粘度计算18第四章 精馏塔的塔体工艺尺寸计算204.1塔径的计算204.1.1精馏段与提馏段塔径计算204.1.2实际空塔气速224.2 塔板主要工艺尺寸的计算234.2.1精馏段溢流装置计算234.2.2 提馏段溢流装置计算：254.3 塔板布置264.3.1 塔板的分块264.3.2 边缘区宽度274.3.3 开孔区面积计算274.3.4 浮阀的数目及其排列27第五章 浮阀塔板的流体力学验算305.1 气体通过浮阀塔板的压强降305.2 溢流

8、液泛315.3 漏液点315.4 液沫夹带32第六章 塔板负荷性能图346.1漏液线346.2 雾沫夹带线346.3 液相负荷上限线346.4 液相负荷下限线346.5 溢流液泛线356.6 精馏段塔板负荷性能图35第七章 塔体结构377.1塔顶空间高度377.2塔底空间高度377.3进料空间高度377.4裙座377.5人孔377.6筒体的厚度387.7封头387.8板式塔有效高度和总高度387.8.1精馏塔有效高度计算387.8.2 板式塔总高度38第八章 设计结果总汇398.1 各主要流股物性汇总398.2 浮阀塔设计参数汇总39第九章 设计感悟41参考文献42附录42V第一章 设计方案的

9、选择 塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。 浮阀塔是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。浮阀是保证气液接触的元件，浮阀的形式主要有F-1型、V-4型、A型和十字架型等，最常用的是F-1型。F-1型浮阀有轻重两种，轻阀厚1.5mm、重25g，阀轻惯性小，振动频率高，关阀时滞后严重，在低气速下有严重漏液，宜用在处理量大并要求压降小（如减压蒸馏）的场合。重阀厚2mm、重33g，关闭迅速，需较高气速才能吹开，故可以减少漏液

10、、增加效率，但压降稍大些，一般采用重阀。 操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。 盘式浮阀塔盘具有如下优点： （1） 处理量较大，比泡罩塔提高2040%，这是因为气流水平喷出，减少了雾沫夹带，以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故。 （2） 操作弹性比泡罩塔要大。 （3） 分离效率较高，比泡罩塔高15%左右。因为塔盘上没有复杂的障碍物，所以液面落差小，塔盘上的气流比较均匀。 （4） 压降较低，因为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。（5） 塔盘的结构较简单，易于

11、制造。 （6） 浮阀塔不宜用于易结垢、结焦的介质系统，因垢和焦会妨碍浮阀起落的灵活性。1 现在，对筛板塔的结构、性能有充分的研究。只要设计合理、操作正确，就可以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。1.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定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。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。1.1.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸

12、馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。21.1.2 进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中；此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。本设计采用泡点进料。31.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。采用直接

13、蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。本设计采用间接蒸汽加热。1.2 确定设计方案的原则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。为此，必须具体考虑如下几点。1.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。

14、计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。1.2.2 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备及基建费用。又如冷却水出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。本设计采用循环工艺，以节能，详见换热器处。1.2.3 保证安全生产苯属有毒物料，不能让其蒸汽弥漫车间。塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都是同样重要的。1.3 塔设备的用材 塔体：钢材，有色金属或非金属耐腐蚀材料，钢壳衬砌衬、涂非金属材料。 塔板：钢为主，陶瓷、铸铁为辅。