《苯氯苯板式精馏塔设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《苯氯苯板式精馏塔设计.doc（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天津科技大学2012届本科生毕业设计第一章绪 论一个国家化工产业的发展程度在很大意义上衡量着这个国家的工业水平和国防实力。精馏塔是化工生产中必不可少的塔设备。精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。20世纪初，随着炼油工业的发展和石油化学工业的兴起，塔设备开始被广泛采用，并逐渐积累了有关设计、制造、安装、操作等方面的数据和经验。当时，炼油工业中多用泡罩塔，无机酸碱工业则以填料塔为主，则筛板塔因当时尚无精确的设计方法和操作经验，故未能广泛使用。20世纪中期，为了适应各种化工产品的生产和发展，不仅需要新建大量的
2、塔，还得对原有得塔设备进行技术改造，故而陆续出现了一批能适应各方面要求的新塔型。精馏塔作为石油化工行业最常用的化工设备之一，在当今工业中发挥了极其重要的作用。精馏塔通过物质的传质传热，将塔的进料中的物质分离，从而在塔顶和塔底分别获得人们需要的高浓度物质。苯与氯苯的分离，必须经过各种加工过程，炼制成多种在质量上符合使用要求的产品。氯苯的作用是涉及国防和民生的各个领域。染料、医药工业用于制造苯酚、硝基氯苯、苯胺、硝基酚等有机中间体。橡胶工业用于制造橡胶助剂。农药工业用于制造DDT， 涂料工业用于制造油漆。 轻工工业用于制造干洗剂和快干油墨，化工生产中用作溶剂和传热介质，分析化学中用作化学试剂。事实
3、上，作为传统工业中发展较为成熟的技术之一，精馏塔设计分离技术发展至今，已经相当成熟，并且早已付诸实践和应用。为了完成本课程设计，笔者参阅了大量文献，参考了精馏系统的设计范例、权威设计手册、多种国家标准，力求设计结果的合理性和实用性。工业上最早出现的板式塔是筛板塔和泡罩塔。筛板塔出现于1830年，很长一段时间内被认为难以操作而未得到重视。泡罩塔结构复杂，但容易操作，自1854年应用于工业生产以后，很快得到 推广，直到20世纪50年代初，它始终处于主导地位。第二次世界大战后，炼油和化学工业发展迅速，泡罩塔结构复杂、造价高的缺点日益突出，而结构简单的筛板塔重新受到重视。通过大量的实验研究和工业实践，
4、逐步掌握了筛板塔的操作规律和正确设计方法，还开发了大孔径筛板，解决了筛孔容易堵塞的问题。因此，50年代起，筛板塔迅速发展成为工业上广泛应用的塔型。与此同时，还出现了浮阀塔，它操作容易，结构也比较简单，同样得到了广泛应用。而泡罩塔的应用则日益减少，除特殊场合外，已不再新建。60年代以后，石油化工的生产规模不断扩大，大型塔的直径已超过 10m。为满足设备大型化及有关分离操作所提出的各种要求，新型塔板不断出现，已有数十种。工业生产对塔板的要求主要是：通过能力要大，即单位塔截面能处理的气液流量大。塔板效率要高。塔板压力降要低。操作弹性要大。结构简单，易于制造。在这些要求中，对于要求产品纯度高的分离操作
5、，首先应考虑高效率；对于处理量大的一般性分离（如原油蒸馏等），主要是考虑通过能力大。为了满足上述要求，近30年来，在塔板结构方面进行了大量研究，从而认识到雾沫夹带通常是限制气体通过能力的主要因素。在泡罩塔、筛板塔和浮阀塔中，气体垂直向上流动，雾沫夹带量较大，针对这种缺点，并为适应各种特殊要求，开发了多种新型塔板。板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下，自上而下依次流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差
6、推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。本文的主要设计内容可以概括如下：1，分析设计条件，确定设计方案；2，精馏塔的工艺计算；3，精馏塔及塔板的工艺尺寸计算；4，附属设备选型；5，塔的结构设计和强度校核；6，精馏塔装配图绘制；7，带控制点的工艺流程图设计。 第二章 设计方案确定与说明2.1 精馏流程精馏装置包括精馏塔，原料预热器，再沸器，冷凝器，釜液冷却器和产品冷却器等,为保持塔的操作稳定性，流程中用泵直接送入塔原料，苯、氯苯混合原料液经预热器加热至泡点后，送入精馏塔。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后经分配器 一部
7、分回流，一部分经过冷却器后送入产品储槽，塔釜采用间接蒸汽再沸器供热，塔底产品经冷却后为冷却水循环利用。图2-1板式精馏塔的工艺流程简图2.2 设计方案的特点及确定塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类，工业中以错流式为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其主要的优点是操作弹性较大，液气比范围较大，不易堵塞；但由于生产能力及板效率底，已逐渐被筛孔塔板和浮阀塔板所替代。筛孔塔板优点是结构简单，造价低，板上液面落差小，气体压强底，生产能力大；其缺点是筛孔易堵塞，易产生漏液，导致操作弹性减小，传质效率下降。而浮阀塔板是在泡罩塔板和筛孔塔
8、板的基础上发展起来的，它吸收了前述两种塔板的优点。浮阀塔板结构简单，制造方便，造价底；塔板开孔率大，故生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大；因上升气流水平吹入液层，气液接触时间长，故塔板效率较高。浮阀塔应用广泛，对液体负荷变化敏感，不适宜处理易聚合或者含有固体悬浮物的物料浮阀塔涉及液体均布问题在气液接触需冷却时会使结构复杂板式塔的设计资料更易得到，而且更可靠。浮阀塔更适合塔径不很大，易气泡物系，腐蚀性物系，而且适合真空操作。因此，本次设计选用浮阀式板式精馏塔。第三章 精馏塔的工艺计算3.1 回流比的选择在精馏分离的整个过程中，回流比是精馏的核心，是回流比是精馏设计和操作的重要
9、参数。回流比的大小不仅影响所需的理论塔板数、塔径、塔板的结构尺寸，还影响加热蒸汽和冷却水的消耗量。回流比的选取范围是在最小回流比至无穷大之间。若选取的回流比太大，不仅使加热蒸汽及冷却水的消耗量增大，操作费增大，还可能影响塔径，使设备投资费用也增大。同时太大的回流比使塔在操作时改变回流比，调节塔的分离能力的作用也大大减小。因此，根据给出的设计条件，操作回流比取最小回流比的2倍。3.2 全塔的物料衡算F：原料液流量 (kmol/s) ：原料组成(kmol%)D：塔顶产品流量(kmol/s) ：塔顶组成(kmol%)W：塔底残液流量(kmol/s) ：塔底组成(kmol%)料液及塔顶、塔底产品含苯的
10、摩尔分数计算苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11kg/mol和112.61kg/mol。 平均摩尔质量料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件：一年以330天。一天以24小时计，有 全塔物料衡算：总物料衡算F = D + W苯物料衡算0.44F=0.02D+0.98W联立解得F=138.38kmol/h D=77.95kmol/h W=60.43kmol/h3.3 精馏塔的操作工艺条件和相关物性数据的计算 表3-1常压下苯氯苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度/ 液相 气相 温度/ 液相 气相 80.02 1 1 120 0.129 0.378 90 0.69 0.916 130 0.0195
11、 0.0723 100 0.447 0.785 131.8 0 0 110 0.267 0.613.3.1精馏塔平均温度利用表3-1中数据由拉格朗日插值法可求得、。 （1） ： （2） ： （3） ： （4） 精馏段平均温度： （5） 提馏段平均温度：3.3.2气、液相的密度的计算 已知：混合液密度：（质量分率，为平均相对分子质量），不同温度下苯和氯苯的密度见表3-2。 表3-2 不同温度下苯和氯苯的密度（） 温度 80 90 100 110 120 130 苯 817 805 793 782 770 757 氯苯 1039 1028 1018 1008 997 985 混合气密度： （1）精
12、馏段： 液相组成：气相组成：所以 （2）提馏段： 液相组成： 气相组成： 所以 求得在和温度下苯和氯苯的密度。 同理可得： ， 在精馏段，液相密度： 气相密度： 在提馏段，液相密度： 气相密度： 3.3.3 混合液体表面张力 不同温度下苯和氯苯的表面张力见下表。 表3-3 苯和氯苯不同温度下的表面张力（） 温度（） 80 85 110 115 120 131 苯 21.2 20.6 17.3 16.8 16.3 15.3 氯苯 26.1 25.7 22.7 22.2 21.6 20.4 精馏段 苯的表面张力： 氯苯的表面张力； 联立方程组 代入求得： 提馏段 苯的表面张力； 氯苯的表面张力：
13、联立方程组 代入求得： 求得 3.3.4混合物的黏度 查化工原理附录11可得 ， ， 精馏段黏度： 提馏段黏度： 3.3.5 相对挥发度 精馏段挥发度：由得 所以 相对挥发度 提馏段挥发度：由得 所以 相对挥发度3.3.6 气液相体积流量计算 在图上，因，查得，而， 故有： 取 精馏段： 已知： 则有质量流量： 体积流量： 提馏段： 因本设计为饱和液体进料，所以。 已知： 则有质量流量： 体积流量：3.4塔板的计算3.4.1操作线方程的计算 精馏段操作线方程：提馏段操作线方程： 表3-4 相关数据表温度，（）8090100110120130131.8两相摩尔分率x10.6770.4420.2650.1270.
