苯与甲苯的精馏副本

1、精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计 塔板的流体力学计塔板的流体力学计-算算 精馏塔的结构设计精馏塔的结构设计 强度校核及载荷分析强度校核及载荷分析 设计思路设计思路精馏塔的工艺设计精馏塔的工艺设计一、精馏塔全塔物料衡算一、精馏塔全塔物料衡算 原料液中组成（摩尔分数，下同）：%00.4492/6078/4078/40Fx镏出液易挥发组分：釜液中易挥发组分：原料液的平均摩尔质量：进料量：物料衡算式： ， ,其中为塔顶产品流量，kmol/h;为塔釜残液流量，kmol/h联立,解得：%42.9792/378/9778/97Dx%40. 292/9878/278/2Wxkg/kmol84.8592)44.

2、 01 (7844. 0Mkmol/h90.69h/kmol84.85/6000kg/h6000FWDFWDFxxxWDFkmol/h30.39Wkmol/h60.30，D二、基本数据二、基本数据1.根据常压下苯根据常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系，利用甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系，利用拉格朗日插值法求得下列温度：拉格朗日插值法求得下列温度：求出各段平均温度：求出各段平均温度：精馏段平均温度：提馏段平均温度： 气体温度： ： ：2.密度CtoF69.93CtoD36.76CtoW37.109Cto03.85236.7669.931Cto53.101237.10969.9329

3、 .9742.972 .819 .977 .952 .813 .82DVtDVtWVt2 .214 . 21 .1062 .210 . 01 .1066 .110WVtCtoDV44.81CtoWV1 .110 表表1-2 1-2 液态芳烃的密度（液态芳烃的密度（kg/mkg/m3 3）44 温度 40 60 80 100 120 140 苯 857.3 836.6 815.0 792.5 768.9 744.1 甲苯 848.2 829.3 810.0 790.3 770.0 748.8 已知：混合液密度 ： ；混合气密度： ，其中a为质量分率，为平均相对分子质量。根据内插法求得：根据内插法

4、求得：（1）精馏段：求平均组成液相组成 : 气相组成 : 1ABLABaaV22.4M00T pTpCto03.8513/kg4 .809m苯3/kg1 .804m甲苯1x2 .594 .890 .850 .702 .598 .864 .891x1y9 .784 .890 .853 .859 .788 .864 .891y775. 01x913. 01y求平均摩尔质量 =780.77592(10.775)=81.2kg/kmol =780.91392(1-0.913)=79.2kg/kmol求求V1A1B1M=M+M (1- )yyL1A1B1M =M+M (1- )xxAa745. 0)77

5、5. 01 (92775. 078775. 078Aa1L1V31/5 .8061 .804745. 014 .809745. 01mkgL3kg/m7 . 20 .8515.2734 .222 .7915.2731）（V（2）提馏段： 求平均组成 液相组成 ： =0.220 气相组成 ： =0.424 求平均摩尔质量 =780.22092(1-0.220)=88.9 kg/kmol =780.42492(1-0.424)=86.1kg/kmol Cto5 .10123kg/m3 .794苯3/8 .788mkg甲苯2x2y8 . 81 .1065 .1010 .208 . 82 .1021

6、.1062x2 .211 .1065 .1010 .372 .212 .1021 .1062y2x2yL2A2B2M=M+M (1-)xxV2A2B2M=M+M (1-)yy求求3.混合物黏度表表1-3 1-3 液态芳烃的粘度液态芳烃的粘度 (mPa(mPas)s)44 温度 40 60 80 100 120 140 苯 0.485 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184 甲苯 0.459 0.373 0.311 0.264 0.228 0.200 利用内差法求得精馏段与提馏段平均温度下苯与甲苯的粘度： 精馏段： 85.0 0.295mPas =0.300mPas 则精馏段

7、粘度： =0.2950.775+0.300(1-0.775)=0.296mPas Aa19. 0)22. 01 (9222. 07822. 078Aa2L2V8 .78819. 013 .79419. 012L)5 .10115.273(4 .221 .8615.2732V3/8 .7892mkgL3/8 . 22mkgV 1tAB111(1)LABxx提馏段： 0.252mPas =0.262mPas 则提馏段粘度： 0.2520.220.262(10.22)=0.260mPas4.混合液体表面张力5相对挥发度 精馏段： 提留段：6 实际回流比的确定最小回流比 ： 实际回流比：精馏段提馏段数

8、据总汇： Cto5 .1012AB222(1)LABxx141P()nmiLmiVmiixy050. 3775. 0087. 0225. 0913. 01ABBAxyxya609. 22ABBAxyxya634. 13884. 06044. 06044. 09742. 0minqqqDxyyxR08. 3712. 18 . 18 . 1minRR三、三、 理论塔板的计算理论塔板的计算理论塔板数： 从图中可看出，共得到理论板数 =11(包括再沸器)，加料板在第6块板。即 =5块, =6块（包括再沸器）TNTN精TN提实际塔板数实际塔板数 ：精馏段提馏段则实际塔板数 =10+10=20块，加料板在

9、第11块板。四、塔径的初步设计四、塔径的初步设计C值可由Smith关联图查得：在关联图中，横坐标为 ，参数 反映了液滴沉降空间高度对负荷因子的影响（ 为板间距， 为板上液层高度） 块精精109 . 9502. 05TTPENN502. 0)296. 0050. 3(49. 0245. 0TE539. 0)258. 0609. 2(49. 0245. 0TE块提提10276. 9539. 05TTPENNTNuVDs412hLhVLVTLHhTHLh精馏段：经过圆整， =1200mm 空塔气速提馏段：经过圆整， =1200mm 空塔气速 m07. 18988. 014. 33600/8 .366

10、044111VD1Dm/s8988. 01m21. 1868. 014. 33600/6 .383744222VD2Dm/s868. 02五、溢流装置五、溢流装置 降液管 溢流堰 受液盘降液管底隙高度 弓形降液管的宽度和横截面积 对于精馏段，近似取E=1，对于提馏段，近似取E=1，m0140. 0876. 0488. 900284. 0100084. 23232wSowlLEhm0560. 00140. 007. 0owLwhhhm021. 0876. 047.180 . 100284. 0100084. 23232wSowlLEhm049. 0021. 007. 0owLwhhh六、塔板布置

11、及浮阀数目与排列六、塔板布置及浮阀数目与排列(1)塔盘及其布置由于结构简单，制作方便，节省材料，本次设计采用浮阀式塔板。根据机械部标准JB1118-68,选用F1型33g重阀，孔径=39mm。初选的塔径为1.2m，故选用分块式塔板，并且当塔径为1.2m时，塔盘分块数可取为三块,取边缘区宽度为0.05m，安定区宽度可取为0.07m,采用F1型的重阀，重为33g,型号为F1Z-3C。(2)浮阀数及其排列 N=每层塔板上的浮阀数目N为：2004Vd u00VFu块1272 .127695. 6039. 043600/8 .36604201201dVNs浮阀排列采用等腰三角形错排，取同一个横排的孔心距

12、，则排间距 由于塔径较大，必须采用分块式塔板，而各分块的支撑与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此，排间距应比计算的要小一些，故取为： 。按 , ，用AutoCAD画图，得阀数122个。m0731. 0075. 01276971. 0NtAtamm65 tmm65 tmm65 t塔板的流体力学计算一、气体通过浮阀塔板的压降一、气体通过浮阀塔板的压降 或或 （一般用此式）是与 相当的液柱高度， = ，m是与 相当的液柱高度， = ，m是与 相当的液柱高度， = ，m是与 相当的液柱高度， = ，m1.精馏段1pcPPPP 1pcHhhhpHch1hhpPcP1PPcLPgpLPg1LPgLPgpH

13、ch1hhPa29.60181. 95 .806076. 0111ghPLPP2.提馏段二、液泛 塔板上不设进口堰 =0.153 =0.153塔板上装有进口堰 =0.2 =0.21.精馏段 ，所以符合防止液泛的要求。 Pa59.59681. 98 .789077. 0222ghPLpdpLdHhhhdh0SwLl h20( )udh0SwLl h20( )um10271. 1033. 0876. 03600/488. 9153. 0153. 0322011hlLhwsdm1472. 010271. 107. 0076. 031dH1dTwHHh2.提馏段 ，所以符合防止液泛的要求。三、雾沫夹带

14、泛点率 或1.精馏段 对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80，由以上计算可知，雾沫夹带能够满足要求。 m10122. 3041. 0876. 03600/47.18153. 0322dhm1501. 010122. 307. 0077. 032dH2dTwHHhVssLV1bF1.36100%LVL ZFA KCVsLV1TF100%0.78VFA K C%90.54125. 00 . 1901. 082. 03600488. 936. 10589. 01F%41.530 . 1125. 0131. 178. 00589. 01F2.提馏段 对于大塔，为了避免过量雾沫夹带，应控

15、制泛点率不超过80，由以上计算可知，雾沫夹带能够满足要求。%70.60126. 00 . 1901. 082. 0360047.1836. 10632. 01F%85.56126. 00 . 1131. 178. 00632. 01F精馏段提馏段塔板数据总汇精馏段精馏段提馏段提馏段浮阀数（单板）浮阀数（单板）/ /个个110110116116开孔率开孔率/%/%11.311.311.311.3孔速孔速/m.s/m.s-1-16 66946946 6574574单板压降单板压降/Pa/Pa5995995 55955954646出口堰高出口堰高/m0.05740.05740.050.05堰上液层高

16、度堰上液层高度/m0.01260.01260.0200.020弓形面积弓形面积/m2 20.1150.1150 0115115弓形宽度弓形宽度/m0 01901900 0190190停留时间停留时间/s/s2222878711111010降液管底隙高度降液管底隙高度/m0.0290.0290.0410.041堰长堰长/m0.8760.8760.8760.876雾沫夹带率雾沫夹带率% %47.3547.3552525050精馏塔的结构设计1.筒体筒体 根据JB/T4737-95查得，筒体的公称直径为1200mm时，1m高的容积为1.131，1m高的内表面积为3.77,1m高筒节钢板的质量为178

17、kg。2.封头封头 本设计采用标准椭圆形封头，材料选用Q235-A,除封头的拼接焊缝需 100%探伤外，其余均为对接焊缝局部探伤，查得封头曲面高度 =300mm， 直边高度 =25mm，内表面积 ，容积为0.255，质量77kg。3.裙座裙座 裙座结构主要有座圈，基础环，螺栓座及人孔。 塔高 ，考虑到腐蚀余量，基础环厚度 (Z地脚螺栓个数， 地脚螺栓直径) ,地角螺栓的取用规格为 303.5。考虑到再沸器，裙座高度取3m，螺纹小径为26.211mm，六角螺母的对边距S为46mm。.1h2h21.665mF H20m18,-8-30rmm Z MMM4.人孔人孔 在本设计中，共有20块塔板，所以

18、共设置3个人孔，塔顶和塔釜各设置一个人孔，另外在进料处再设置一个人孔。人孔采用HG21519-95标准，采用垂直吊盖平焊法兰式人孔。该标准的压力范围是0.66.4MPa,公称直径为450600mm。人孔的公称直径选为450mm，其伸出塔体的筒体长为200mm，人孔中心距操作平台1000mm，人孔厚度,接管，人孔高度为220mm，公称压力为0.6MPa，公称直径为450mm。在设置人孔处，板间距为600mm，塔内的人孔手柄以mm的圆钢制造，螺栓螺母数量为16个，螺栓直径长度为2095，螺柱数量为16个，螺柱直径长度为20120，总质量为114kg。另外，在裙座上开两个检查孔，短节材料为 Q235-A 。5.吊柱 在本设计中，塔径D=1200 mm，选用吊柱起吊重量G=500kg的吊柱，500是指吊柱起吊时的质量，查得臂长S=800 mm ，高度L=3150 mm ，上下支座