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1、(强烈推荐)年产8万吨甲苯精馏塔设计_化工原理毕业论文说明书 年产8万吨甲苯精馏塔设计 摘要 此设计为苯-甲苯连续操作设计精馏塔，要求年产纯度为98%的甲苯6万t，塔顶馏出液中含甲苯不得高于2%，原料液中含甲苯40%（以上均为质量分数）。精馏是分离液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的应用。本设计的题目是苯甲苯二元物系板式精馏塔的设计。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺设计计算，塔辅助设备设计计算，精馏工艺过程流程图，精馏塔设备结构图，设计说明书。 关键词：板式塔；苯-甲苯；工艺计算；结构图 Abstract This design for
2、benzene-toluene continuous operation of the column, the design requirements of the purity of 98% annual capacity of 60000 t toluene, being in distillate including toluene shall not be the 2%, raw material liquid 40% (above all is the toluene quality score) distillation separation liquid mixture is a
3、 kind of the most commonly used in chemical refining unit operation, oil chemical industry etc widely applied Keywords: plate tower; Benzene, toluene; Process calculation; chart 目录 摘要Abstract 第一章文献综述- 2 1.1 概述- 2第二章设计方案的确定- 4 2.1 设计方案的确定及流程说明- 4 2.1.1 装置流程的确定- 4 2.2 操作条件- 4 2.2.1 进料液状态的选择- 4 2.2.2加热
4、方式- 5 2.2.3回流比的选择- 5 2.3 主要设备的工艺尺寸计算- 5 2.4 流体力学计算- 5 2.5 已知参数- 6第三章塔体计算- 8 3.1 料液及塔顶、塔底产品含苯的摩尔分率- 8 3.2 平均分子量- 8 3.3 物料衡算- 8 3.4 塔板数的确定- 9 3.4.1 根据苯和甲苯的气液平衡数据作出x-y图- 9 3.4.2 求最小回流比及操作回流比R - 9 3.4.3 求理论板数- 10 3.5 全塔效率- 10 3.6 实际板数N - 10 3.7 精馏塔有效高度的计算- 11 3.8 塔工艺条件及物性数据计算- 11 3.8.1 操作压强的计算Pa - 11 3.
5、8.2 操作温度的计算运用orign绘出图象如下图- 12 3.8.3 平均摩尔质量计算- 12 3.8.4 平均密度计算- 13 3.8.5 液体平均表面张力的计算- 14 3.8.6 液体平均粘度的计算- 15 3.9 精馏塔气液负荷计算- 15 3.10 塔和塔板的主要工艺尺寸的计算- 16 3.10.2 溢流装置- 17 3.10.3 塔板布置- 19 3.11 筛孔数n与开孔率- 19第四章流体力学验算- 21 4.1 气体通过筛板压降相当的液柱高度- 21 4.2 液面落差- 22 4.3 精馏段雾沫夹带量的验算- 23 4.4 精馏段漏液的验算- 23 4.5 精馏段液泛验算-
6、23 第五章塔板负荷性能图- 25 5.1精馏段- 25 5.1.1 液沫夹带线- 25 5.1.2 液泛线- 26 5.1.3 液相负荷上限线- 27 5.1.4漏液线（气相负荷下限线）- 27 5.1.5 液相负荷下限线- 28 第六章设计一览表- 30 6.1精馏塔的工艺设计计算结果汇总- 30 结束语- 32参考文献- 33附录- 34主要符号说明- 34致谢- 35 第一章文献综述 1.1 概述 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。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气
7、液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（5）结构简单，材料耗用量少；（6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等。板式塔大致可分为两类：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、S型、多降液管塔板；（2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等
8、。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。 （一）浮阀塔 浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F1型（V1型）、V4型、十字架型、和A型，其中F1型浮阀结构较简单、节 省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB111881）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。 浮阀塔的主要优点是生产能力
9、大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单。 （二）筛板塔 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）。筛板塔是1932年提出的，当时主要用于酿造，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，所以在本
10、设计中设计该种塔型。 第二章设计方案的确定 2.1 设计方案的确定及流程说明 2.1.1 装置流程的确定 精馏装置包括精馏塔，原料预热器，蒸馏釜，冷凝器。釜液冷却器和产品冷凝器等设备。热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分汽化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程装置时应考虑余热的利用，注意节能。另外，为保持塔的操作稳定性，流程中除用泵直接送入原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波动的影响。 塔顶冷凝装置根据生产状况以决定采用分凝器或全凝器。一般，塔顶分凝器对上升蒸汽虽有一定增浓作用，但在石油等工业中获取产品时往往采用全凝
11、器，以便于准确地控制回流比。若后继装置使用气态物料，则宜用分凝器。总而言之确定流程时要较全面，合理的兼顾设备，操作费用操作控制及安全因素。 2.2 操作条件 精馏操作可在常压，减压和加压下进行，操作压强常取决于冷凝温度。 一般，凡通过常压蒸馏不难实现分离要求，并能用江河或循环水将冷凝下来的系统，都应采用常压蒸馏，对热敏性物料或混合液沸点的系统则宜采用减压蒸馏；对常压下的馏出物的冷凝温度过低的系统，需要高塔压或采用深井水，冷冻盐水作为冷却剂；常压下呈现气态的物料必须采用加压蒸馏。 2.2.1 进料液状态的选择 进料热状态以进料热状态参数q表达，即q=每摩尔进料变成饱和蒸汽所需热量每摩尔进料的汽化
12、潜热。 有五种进料状态，当q1时为低于泡点温度的冷液进料；q=1时为泡点下的饱和液体进料；q=0为露点下的饱和蒸汽进料；1q0为介于泡点与露点间的汽液混合进料；q0为高于露点的过热蒸汽进料。 原则上，在供热量一定情况下，热量应尽可能的由塔底输入，使产生的气相回流在全塔发挥作用，即宜冷进料。但为使塔的操作稳定，免受季节气温影响，精、提留段采用相同的塔径以便于制造，则采用饱和液体（泡点）进料，但需增设原料预热器，若工艺要求减少塔釜加热避免釜温过高，料液产生聚合或结焦，则易采用气态进料 2.2.2加热方式 蒸馏大多采用间接蒸汽加热，设置在沸器。有时也采用直接蒸汽，例如蒸馏釜残主要组分是水，切在低浓度
13、下轻组分的相对挥发较大时宜采用直接加热，其优点是可以利用压强较低的加热蒸汽以节省操作费用，并省 掉间接加热设备。但由于直接蒸汽的加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度，轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，顾需在提留段增加塔板以达到生产要求。 2.2.3回流比的选择 选择回流比，主要从经济观点出发，力求使设备操作费用之和最低。 一般经验值R=(1120) Rmin 其中R-操作回流比，Rmin-最小回流比。对特殊物系和与场合，则应根据实际需要选定回流比。在进行课程设计时，也可以参同类生产的R经验值选定。必要时选若干个R值，利用吉利兰图求出对应理论板数N，作出N-R曲线或N(R
14、+1)-R曲线，从中找出适宜操作的回流比R。也可以做出R对精馏塔操作费用的关系线，从中确定适宜回流比R。 2.3 主要设备的工艺尺寸计算 板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 2.4 流体力学计算 流体力学验证，操作负荷性能图及操作弹性。 2.5 已知参数 主要基础数据: 表2-1 苯和甲苯的物理性质1 项目分子式分子量M 沸点（） 临界温度 tC（）临界压强PC （kPa） 苯A 甲苯B C6H6 C6H5CH3 78.11 92.13 80.1 110.6 288.5 318.57 6833.4 4107.7 表2-2 苯和甲苯的饱和蒸汽压1 温度80.1 85 90 95 100
15、105 110.6 ,kPa ，kPa 101.33 40.0 116.9 46.0 135.5 54.0 155.7 63.3 179.2 74.3 204.2 86.0 240.0 表2-3 常温下苯甲苯气液平衡数据1 温度80.1 85 90 95 100 105 110.6 液相中苯的摩尔 分率 汽相中苯的摩尔分率1.000 1.000 0.780 0.900 0.581 0.777 0.412 0.630 0.258 0.456 0.130 0.262 0 表2-4 纯组分的表面张力4 温度80 90 100 110 120 苯，mNm 甲苯，Mnm 21.2 21.7 20 20.6 18.8 19.5 17.5 18.4 16.2 17.3