化工原理课程设计-16万吨年苯-甲苯精馏塔设计（全套图纸）(18页).doc

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1、-化工原理课程设计-16万吨年苯-甲苯精馏塔设计（全套图纸）-第 13 页16万吨年苯-甲苯精馏塔设计全套图纸加153893706设计任务书苯-甲苯分离板式精馏塔的设计(一) 设计题目 试设计一座连续精馏塔用于分离苯甲苯混合液，原料液中含苯_25%_（质量分数）。要求年产纯度为_97%_的苯_16_万吨/年，塔釜馏出液中含苯不得高于_6%_（质量分数）。 要求塔顶苯的含量为_97%_（质量分数）。 要求苯的回收率为_。（说明：和的条件满足其一）(二) 操作条件1) 塔顶压力 常压 2) 进料热状态 自选 3) 回流比 自选 4) 塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） (三) 塔板类型筛板塔(

2、四) 工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。(五) 设计说明书的内容1. 设计内容(1) 流程和工艺条件的确定和说明(2) 操作条件和基础数据(3) 精馏塔的物料衡算； (4) 塔板数的确定； (5) 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (6) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (7) 塔板主要工艺尺寸的计算； (8) 塔板的流体力学验算； (9) 塔板负荷性能图； (10) 主要工艺接管尺寸的计算和选取（进料管、回流管、釜液出口管、塔顶蒸汽管、人孔等）(11) 塔板主要结构参数表(12) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。2. 设计图纸要求： 1) 绘制生产工艺流程图（A3号图纸）

3、； 2) 绘制精馏塔设计条件图（A3号图纸）。 目录1.概述1 1.1设计题目11.2操作条件12.设计内容12.1本设计任务为分离苯甲苯混合物12.2 精馏塔的物料衡算12.2.1原料液及塔顶、塔底的摩尔分率12.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量22.2.3 物料衡算22.3塔板数的确定32.3.1 理论板层数的求取32.3.2实际板层数的求取42.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算42.4.1操作压力的计算42.4.2 操作温度计算52.4.3 平均摩尔质量计算52.4.4平均密度计算62.4.4.1气相平均密度计算62.4.4.2液相平均密度计算62.4.5 液体平均表面

4、张力的计算72.4.6液体平均粘度82.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算82.5.1塔径的计算82.5.2精馏塔有效高度的计算102.6塔板主要工艺尺寸的计算102.6.1溢流装置计算102.6.1.1堰长102.6.1.2溢流堰高度102.6.1.3弓形降液管宽度和截面积112.6.1.4降液管底隙高度112.6.2塔板布置112.6.2.1塔板的分块112.6.2.2边缘区宽度确定112.6.2.3开孔区面积计算112.6.2.4筛孔计算及排列. 122.7 塔板的流体力学验算12 2.7.1塔板压降122.7.1.1干板阻力计算12 2.7.1.2气体通过液层的阻力计算13 2.7.1.3液体

5、表面张力的阻力计算132.7.2液面落差132.7.3液沫夹带132.7.4漏液142.7.5液泛142.8 塔板负荷性能图152.8.1漏液线152.8.2液沫夹带线152.8.3液相负荷下限线162.8.4液相负荷上限线162.8.5液泛线163. 设计数据一览表194.总结215.参考文献21正文1.概述1.1设计题目 试设计一座连续精馏塔用于分离苯甲苯混合液，原料液中含苯_25%_（质量分数）。要求年产纯度为_97%_的苯_16_万吨/年，塔釜馏出液中含苯不得高于_6%_（质量分数）。 要求塔顶苯的含量为_97%_（质量分数）。1.2操作条件1.2.1塔顶压力 常压1.2.2进料热状态

6、 泡点进料1.2.3回流比 取最小回流比的2倍 1.2.4塔底加热蒸气压力 0.5Mpa（表压） 1.2.5单板压降 0.7kPa1.2.6塔板类型 筛板塔1.2.7工作日 每年工作日为300天，每天24小时连续运行。2.设计内容2.1 本设计任务为分离苯甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。该物系塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.2

7、精馏塔的物料衡算2.2.1原料液及塔顶、塔釜的摩尔分率苯的摩尔质量甲苯摩尔质量2.2.2原料液及塔顶、塔釜产品的平均摩尔质量2.2.3物料衡原料处理量 总物料衡算 苯物料衡算 2.3.塔板数的确定2.3.1理论板层数的求取苯甲苯属理想物系，可采用图解法求理论板层数2.3.1.1由手册查得苯甲苯物系的汽液平衡数据，绘出x-y图，见下图2.3.1.2求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在图中对角线上，自点e( 0.282，0.282 ) 作垂线即为进料线（q线），该线与平衡线的交点坐标为故最小回流比为取操作回流比为最小回流比的2倍，即2.3.1.3求精馏塔的气，液相负荷2.3.1.4求

8、操作线方程精馏段操作线方程为提馏段操作线方程为2.3.1.5图解法求理论板层数总理论板层数=12（包括再沸器），其中第6块板为进料板2.3.2实际板层数的求取查精馏塔全塔效率关联图，可得全塔效率E0=0.52精馏段实际板层数提馏段实际板层数总实际板层数 2.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算2.4.1操作压力的计算 塔顶操作压力 每层塔板压降 进料板压力 精馏段平均压力 2.4.2操作温度计算依据操作压力，由泡点方程通过内插法计算出泡点温度，其中苯、甲苯的饱和蒸气压由内插法计算，计算过程略。计算结果如下：塔顶温度 进料板温度 塔釜温度 精馏段平均温度 提馏段平均温度 2.4.3平均摩尔质量

9、计算塔顶平均摩尔质量计算由，查平衡曲线，得进料板平均摩尔质量计算由图解理论板（见附图1），得.查平衡曲线（见附图1），得精馏段平均摩尔质量2.4.4平均密度计算2.4.4.1气相平均密度计算 由理想气体状态方程计算，即精馏段气相密度2.4.4.2液相平均密度计算液相平均密度依下式计算，即塔顶液相平均密度的计算 由，查手册 表1-2 苯、甲苯的密度温度020406080100120苯-877.4857.3836.6815.0792.5767.9甲苯885.6867.0848.2829.3810.0790.3770.0 得 进料板液相平均表面张力的计算 由，查上述图表，得进料板液相的质量分率精馏段

10、液相平均密度为2.4.5液体平均表面张力计算液相平均表面张力依下式计算，即塔顶液相平均表面张力的计算 由，查手册苯、甲苯的表面张力温度020406080100120苯 31.6028.8026.2523.7421.2718.8516.49甲苯30.8928.5426.2223.9421.6919.4917.34得 进料板液相平均表面张力的计算 由，查上述图表，得精馏段液相平均表面张力为2.4.6液体平均粘度液相平均粘度依下式计算，即塔顶液相平均粘度的计算 由，查手册苯、甲苯的粘度温度020406080100120苯0.6380.4850.3810.3080.2550.215甲苯0.7580.5

11、80.4590.3730.3110.2640.228 得 解得 进料板液相平均黏度计算 由，查上述图表，得 解得 精馏段液相平均黏度的计算为2.5.精馏塔的塔体工艺尺寸计算2.5.1塔径的计算精馏段的气、液相体积流率为 由最大空塔气速计算公式： 式中C由求取，其中由筛板塔汽液负荷因子曲线图查取，图横坐标为取板间距，板上液层高度,则查史密斯关联图得 取安全系数为0.70，则空塔气速为按标准塔径圆整后为 D=4.3m塔截面积为以下的计算将以精馏段为例进行计算：实际空塔气速为2.5.2精馏塔有效高度的计算精馏段有效高度为提馏段有效高度为在进料板上方开一人孔，其高度为故精馏塔的有效高度为2.6.塔板主

12、要工艺尺寸的计算2.6.1溢流装置计算因塔径D =4.3m，可选用双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。各项计算如下：2.6.1.1堰长取 2.6.1.2溢流堰高度由 选用平直堰，堰上液层高度由下式计算，即近似取E=1，则取板上清液层高度故 2.6.1.3弓形降液管宽度和截面积 由 查弓形降液管参数图， 得 故 依下式验算液体在降液管中停留时间，即故降液管设计合理2.6.1.4降液管底隙高度取 则 故降液管底隙高度设计合理选用凹形受液盘，深度2.6.2塔板布置2.6.2.1塔板的分块 因，故塔板采用分块式。查表得，塔板分为8块2.6.2.2边缘区宽度确定取 2.6.2.3开孔区面积计算开孔区面积按

13、下式计算，即式中故 2.6.2.4筛孔计算及排列由于所处理的物系无腐蚀性，可选用板厚=3mm 碳钢板，取筛孔直径=5mm筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为筛孔数目n为开孔率为气体通过阀孔的气速为2.7.塔板的流体力学验算2.7.1.塔板压降2.7.1.1.干板阻力计算干板阻力由下式计算，即由，查干筛孔的流量系数图可得，故 2.7.1.2.气体通过液层的阻力计算气体通过液层的阻力由下式计算，即查充气系数关联图，得故 2.7.1.3.液体表面张力的阻力计算液体表面张力的阻力可按下式计算，即气体通过没层塔板的液柱高度可按下式计算，即气体通过每层塔板的压降为（设计允许值)2.7.2.液面落差对于筛板塔

14、，液面落差很小，且塔径和液流量均不是很大，故忽略不计2.7.3.液沫夹带液沫夹带量由下式计算，即故 所以在本设计中液沫夹带量在允许范围内2.7.4.漏液对筛板塔，漏液点气速可由下式计算，即实际孔速u0 = 9.93m/s u0,min稳定系数为故在本设计中无明显漏液2.7.5.液泛为防止塔内发生液泛，降液管内液层高度应服从下式的关系，即苯甲苯物系属一般物系，取，则而 板上不设进口堰，可由下式计算，即故在本设计中不会发生液泛现象2.8.塔板负荷性能图2.8.1漏液线由 得 整理得在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于下表， 0.001 0.020 0.040 0.060 0.07

15、5， 8.04 10.09 11.71 13.15 14.62由上表数据即可作出漏液线12.8.2液沫夹带线以 为限，求关系如下由 故 整理得 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表， 0.001 0.020 0.040 0.060 0.075， 16.82 12.42 9.44 6.93 5.23由上表数据即可作出液沫夹带线22.8.3液相负荷下限线对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准，由下式得取，则据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线32,8.4液相负荷上限线以作为液体在降液管中停留时间的下限，由下式得故 据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线42

16、.8.5液泛线令 由 联立得 忽略，将与与与的关系式代入上式，并整理得式中将有关的数据代入 得,故 在操作范围内，任取几个值，依上式计算出值，计算结果列于表， 0.005 0.015 0.025 0.035 0.045， 29.07 27.45 25.77 23.80 21.41由上表数据即可作出液泛线5根据以上各线方程，可作出筛板塔的负荷性能图，如图所示 在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线，由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为液漏控制，由图5-20查得故操作弹性为2.9.精馏塔主要工艺接管尺寸的计算和选取精馏塔接管尺寸可按下式计算，即式中 2.9.1进料管尺寸的计

17、算查手册，取进料液的平均流速已知故2.9.2回流管尺寸的计算查手册，取回流液的平均流速已知 故，2.9.3釜液出口管尺寸的计算查手册，取液体的平均流速已知2.9.4 气体出口尺寸的计算查手册，取回流液的平均流速已知V = 369.24 kmol/ h，故，所设计筛板的主要结构汇总于下表。3. 设计数据一览表序号项目数值1234567891011121314151617181920212223242526272829303132平均温度平均压力气相流量液相流量塔的有效高度实际塔板数塔径/m板间距溢流形式降液管形式堰长/m堰高/m板上液层高度/m堰上液层高度/m降液管底隙高度/m安定区宽度/m边缘

18、区宽度/m开孔区面积/筛孔直径/m筛孔数目孔中心距/m开孔率/%空塔气数/(m/s)筛孔气数/(m/s)稳定系数单板压降/kPa负荷上限负荷下限液沫夹带量/(kg液/kg气)气相负荷上限/气相负荷下限/ 操作弹性90.5104.8013.6670.042011.2224.30.45双溢流弓形3.440.05460.090.03540.0480.0700.03513.6240.005699370.01510.11.1239.931.550.7液泛控制漏液控制0.0069716.65 7.54 2.2111.总结12.参考文献1陈敏恒,从德滋,方图南等.化工原理(下册第三版).北京:化学工业出版社,20062杨祖荣刘丽英，刘伟. 化工原理 (第二版). 北京:化学工业出版社，20093涂伟萍，陈佩珍，程达芬主编.化工工程及设备设计.北京:化学工业出版社,20004贾绍义，柴诚敬，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津:天津大学出版社，20025汪镇安. 化工工艺设计手册（上、下册）（第三版）.化学工艺出版社，2003.