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1、目录刖言 11. 工艺流程的确定及说明 32. 精馏工艺设计 42.1物料衡算： 42.2平衡关系和塔操作温度的确定 42.3回流比的确定 52.4理论板数的计算 62.5实际板数的计算 72.5.1全塔效率 73. 精馏塔设备设计 83.1塔盘结构设计计算 83.1.1 塔板初步设计 83.1.2溢流装置计算 93.1.3浮阀数目及排列 103.2塔板流体力学验算 113.2.1 塔板压力降hp 113.2.2 液泛 113.2.3雾沫夹带 133.2.4 漏液 133.2.5液面落差 133.3.2液相负荷上限线 143.3.3液相负荷下限线 143.3.4液泛线 143.3.5漏液线 1
2、64结果与讨论 164.1设计结果 16、八前课程设计是化工原理课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运 用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在 整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作， 在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动 下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中 各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相 向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传 热的过程。主要设备：精馏装
3、置系统一般有精馏塔，塔顶冷凝器、塔釜再沸器等相关 设备组成芳香族化合物是化工生产中重要的原材料，而苯和甲苯各有其重要作用。 苯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，合成农 药、合成橡胶、合成纤维和洗涤剂等等。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，同时还可以用来制造三硝基 甲苯、苯甲酸、对苯二甲酸、防腐剂、染料、泡沫塑料等。本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔， 实现苯-甲苯的分离。精馏塔 是大型的设备组装件，分为板式塔和填料塔两大类。板式塔又有筛板塔、泡 罩塔、浮阀塔等。鉴于设计任务的处理量不大，苯-甲苯体系比较易于分离， 待处理料液清洁
4、的特点，设计决定选用浮阀塔。浮阀塔于20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔 和筛板塔的优点，现已成为国应用最广泛的塔形，特别是在石油、化学工业 中使用最普遍。浮阀塔板的结构特点是在塔板上有若干大孔，每个孔上装有 一个可以上下浮动的阀片。浮阀塔具有以下优点：生产能力大。由于浮阀 塔板较大的开口率，故其生产能力比泡罩塔大，与筛板塔相似。操作弹性 大。由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，故维持正常操作所容许的负荷操作围比较宽。塔板效率高。气体压强降及液面落差较小。塔的造价低。结合以上浮阀塔的特点，决定使用浮阀塔来精馏分离此混合液。1. 工艺流程的确定及说明进料时可以采用离心泵直
5、接进料的方式，同时采用饱和液体进料，这种进 料方式使原料也加入后不会在加料板上产生汽化或冷凝，进料全部作为提馏 段的回流液，两段上升蒸汽流量相等。原料液在25C时从贮罐（R-101）用离心泵输送到塔前预热器（E-101）中预热，然后再加一个换热器直至接近泡点 温度为止，由精馏塔（T-101）进料口进入塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器，在 进料板上液体有一部分与自塔上部下部的回流液体混合后逐板溢流，最后流 到塔底。料液的一部分与自塔底上升的蒸汽相互接触进行热和质的传递过程， 上升的蒸汽由塔釜再沸器（E-104）经饱和蒸汽换成108.08 C蒸汽由塔最下面 一块板上进入塔，逐层上升与溢流液体进行传质，最
6、后经塔顶冷凝器（E-102） 循环水冷凝成81.13 C下的饱和液体进入回流罐（R-104），一部分重新回流， 一部分经塔顶冷却器（E-103）用进口温度15C的井水冷却到25C，输入苯 贮槽。塔底产品甲苯经换热器（E-101）冷却至25C输入甲苯贮槽（R-102）， 再沸器水蒸气换热后变成同温度水可用于工人取暖和淋浴。2. 精馏工艺设计2.1物料衡算:计算基准：以1h进料量为基准3年产 6.5 万吨即 Gf 65000 108125kg/h8000W=0.40wF / M AXFwF / M A0.40/78W=0.95W=0.05(1wF) / M BXdXwXf812585.840.44
7、020.40/780.60/920.95/780.95730.95/78 0.05/920.05/780.05840.05/780.95/92B(1 xF)0.4402 78(10.4402) 9285.8494.65kmol /h对全塔进行物料衡算有F=D+WFxf =Dxd +WXw ga)94.65=D+W94.65 X 0.4402二DX 0.9573+Wk 0.0584解得 D=40.20kmol/h W= 54.45kmol/h2.2平衡关系和塔操作温度的确定表2-1苯-甲苯物系在总压101.3kPa下的平衡数据溫度CPf/kPaPB0/kPax=(P-PB0)/(P a-PB0)
8、y=Px/PA80.1101.339.0112.59784114.144.50.8160.9192.56488128.450.80.6510.8252.52892144.157.80.5040.7172.49396161.365.60.3730.5942.459100180.074.20.2560.4552.426104200.383.60.1520.3002.396108222.494.00.0570.1252.366110.6237.7101.3002.346a = (2.564+2.366 ) /2=2.465根据表中数据画t-x-y图。由 Xf=0.4402查图可得t f=94E由 X
9、d=0.9573查图可得tD=81.13 C由 Xw=0.0584查图可得tw=108.08 C则塔的定性温度 t= (81,13+108.08 ) /2=94.61 T2.3回流比的确定进料方程：x=x f=0.4402平衡方程2.465x11.465x联立两方程组可得y=y q=0.6592Xd yq0.9537 0.6592得 Rnin =yq xq0.6592 0.4402取 R=1.6Rmin=2.17792.4理论板数的计算由图解法求理论塔板数，见图0.3012精馏段操作线方程y x 亘 0.6853xR 1 R 1由图可得共有12.5块理论塔板，精馏段有6块，提馏段有6.5块(包
10、括 再沸器)o2.5实际板数的计算2.5.1全塔效率由塔定性温度为94.61 T，可查得 卩苯=0.270 x mPa.s，卩甲苯=0.278mPa.s33则卩 l=0.4402 x 0.27 x 10- + (1-0.4402 ) x 0.278 x 10-=0.2745mPa.s 则卩 La =2.46 x 0.2745=0.6752由此查精馏塔效率关联图可得 E=0.51取浮阀塔的系数为1.2，Et=0.51 x 1.2=0.6122.5.2实际板数精馏段塔板数为6/0.612=9.8 圆整10块提馏段塔板数为5.5/0.612=8.99 圆整10块则第11块板为加料板。3. 精馏塔设备
11、设计3.1塔盘结构设计计算精馏段操作数据如下:物料苯分子量78操作压力101.325kPa操作温度86.8 C液相密度P L3807.5kg/m气相密度P v32.66 kg/m液相表面力（T20.3mN/m液体取大流量L3S0.0023 m/s3气体最大流量Vs1.040m/s精馏塔的气相负荷；（1）L=RD=87.55kmol/h3Ls=LM/3600p l=0.0023 m /s(2)V= (R+1) D=127.75 kmol/h3VS =VM/3600p V=1.040m/s3.1.1塔板初步设计又物系表面力(T =20.3mN/n,无需校正，即C=Co=O.O81.3916m/s则
12、极限空塔气速Umax C LvV 0. 807L266取安全系数为0.8，则空塔气速u=0.8uma=0.83m/s则塔径D,4VS .L2240 1.287m u .0.83按标准塔径可圆整为D=1.4m则塔截面积A=D241.4241.54m2实际空塔气速u=V/AT=0.68m/s塔径 D=1.4m 2.2m，单溢流合适；D 5s3.1.3浮阀数目及排列(1) 浮阀数此次实际采用的是Fi型重阀，Fo二912时，板上所有阀全开，操作性能 好。初取阀孔动能因数Fo=10贝 Uu0 上二 = 6.13m/sV V*266do=0.039mn 二404。142d00.039 6.13U0(2) 浮阀的排列取无效区宽度 W=0.05m,安定区宽度 W=0.075m由于塔径D=1.3m需采用分块式塔板四块浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，因为这种叉排方式气液接触效果较好。取同一横排的孔心距t=75mm=0.075m考虑到塔径较大，必须采用分块式塔板，而分块式的支承与衔接也要占用一部分鼓泡区的面积，因此排间距不宜太大，故可取 t=65mm=0.065m按t=75mm t=65mm以等腰三角形叉排方式画出浮阀排列图，见图5,排得阀孔数为140个，按N=140重新核算孔速及阀孔动能因子其中,UgVsd。24 1.04020.0391406.22m/s则Fo UoV要求。
