年处理量9万吨苯——甲苯精馏浮阀塔设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）
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毕业设计（论文）任务书 学 院： 机 械 工 程 学 院 题 目： 年 处理量 9 万吨 苯 甲苯精馏浮阀塔设计 设计（论文）内容及要求： 一、 已知 设计参数： 90000t/a (300 天 ) 料液组成（质量分数）： 25% 塔顶产品组成（质量分数）： 98% 99% 操作条件： 操作压力： 顶表压 ) 进料状态：泡点进料（ q=1） 加热方式：间接蒸汽加热 单板压降： 境：衡阳室外 二、 设计内容及设计工作量要求： （ 1）按所给设计参数完成分离塔的施工图设计 ; （ 2）绘制设计图纸总计 3 张零号以上，其中要求手工绘图 1张壹号以上； （ 3）设计说明书字数不少于 字，并要求统一用 打印； （ 4）翻译 3 千左右汉字量的与毕业设计有关的英文资料； （ 5） 撰写相当于 3 百汉字的英文摘要。 三、 主要参考资料 : 化工设备设计全书（塔设备） 化工原理 化工工艺设计手册 制压力容器 指导老师： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 摘要： 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它可以实现气（汽） 液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。苯和甲苯都是化工生产中的重要原料。因此，将苯和甲苯从其混合物中分离出来意义重大。 设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对苯 关键词： 精馏塔；浮阀塔；苯；甲苯 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 is an in so or on is of as in is to an a of it be a if be of of a in to of of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 目录 绪论 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 2 一、设计方案的选择和论证 . 3 计流程 . 3 计思路 . 3 二、浮阀塔结构设计 . 6 . 6 料液 及塔顶，塔底产品的摩尔分率 . 6 料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔分率 . 7 . 7 论层数 . 7 际板数 . 10 作压力的计算 . 10 作温度的计算 . 10 均摩尔质量的计算 . 10 均密度的计算 . 11 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 . 12 径的计算 . 12 馏塔有效高度的计算 . 13 . 13 液管的选择与计算 . 13 流堰的选择与计算 . 14 液盘和底隙 . 15 盘及其布置 . 15 三、塔板流动性能校核 . 18 . 18 . 18 . 19 . 19 . 19 . 20 量液沫夹带线关系式 . 20 相下限线关系式 . 20 重漏夜线关系式 . 20 相上限线关系式 . 21 液管液泛线关系式 . 21 四、浮阀塔载荷分析及强度校核 . 23 . 23 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 . 24 设备质量载荷计算 . 24 振周期的计算 . 27 震载荷与地震弯矩的计算 . 27 载荷与风弯矩的计算 . 29 大弯矩 . 33 . 34 筒轴向力校核和圆筒稳定性校核 . 34 设备压力试验时的应力校核 . 35 座轴向应力校核 . 36 础环和地脚螺栓设计及校核 . 38 板设计及校核 . 40 板设计及校核 . 41 座与塔壳的对接焊缝 . 42 管的计算与选择 . 43 . 44 强结构 . 44 孔补强设计准则 . 45 许不另行补强的最大开孔直径 . 45 面积补强计算 . 46 五、英文文献翻译 . 53 主要符号说明 . 96 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 参考文献 . 98 结束语 . 99 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 1页 共 99 页 绪论 计题目 苯甲苯连续精馏塔的工艺设计（浮阀塔） 馏及精馏流程 精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。 精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的 : 获得馏出液塔顶的产品； 将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等； 脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。 精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板 上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。 根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 馏的分类 按操作方式可 分为 :间歇式和连续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。 化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点： 能保证产品质量，满足工艺要求，生产能力大； 流程短，设备投资费用少； 耗能量低，收率高，操作费用低； 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 2页 共 99 页 操作管理方便。 馏操作的特点 从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点： （ 1)沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同 的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。 （ 2)物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。 （ 3)节约能源 精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽 。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。 板的类型与选择 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 ，工业应用以错流式 塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，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，气液接触时间较长，故塔板效率较高。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 3页 共 99 页 一 、设计方案的选择和论证 计流程 本设计任务为分离苯 _甲苯混合物。对于二元混合物的分离，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回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 连续精馏塔流程流程图 连续精馏流程 附图 图 1程图 计思路 在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器 等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 4页 共 99 页 多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，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，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。 塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器 这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回 流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。 塔板工艺计算 流体力学验算 塔负荷性能图 全塔热量衡算 塔附属设备计算 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 5页 共 99 页 图 1设计思路流程图 1、本设计采用连续精馏操作方式。 2、常压操作。 3、泡点进料。 4、间接蒸汽加热。 5、选 R=6、塔顶选用全凝器。 7、选用浮阀塔。 在此使用浮阀塔，浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度，这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结 构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，其多用不锈钢板或合金 。近年来所研究开发出的新型浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动接触更加有效，可显著提高操作弹性和效率。 从苯 甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 6页 共 99 页 二 、浮阀塔结构设计 础物性数据 表 1 苯、甲苯的粘度 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 苯 1 苯、甲苯的密度 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 3/kg m 苯 3/kg m 1 苯、甲苯的表面张力 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 /mN m 苯 /mN m 1 苯、甲苯的摩尔定比热容 温度 0 50 100 150 苯 / ( )kJ k 苯 / ( )kJ k 1 苯、甲苯的汽化潜热 温度 20 40 60 80 100 120 苯 /kJ 苯 /kJ 原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 8kg/买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 7页 共 99 页 甲苯的摩尔 质量 2kg/F= 0 . 2 5 / 7 80 . 2 5 / 7 8 0 . 7 5 / 9 2=D= 0 . 9 8 / 7 80 . 9 8 / 7 8 0 . 0 2 / 9 2=W= 0 . 0 1 / 7 80 . 0 1 / 7 8 0 . 9 9 / 9 2=原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔分率 78 (1 92=kg/D=78 (1 92=kg/W=78 (1 92= 91. 83kg/物料衡算 原料处理量 F= 900008 8 2 4 3 0 0=h 总物料衡算 +W 苯物料衡算 立解的 D=h W=h 板数的确定 苯 甲苯是理想物系，可以用逐板法求取理论板数。 已知： q=1； 查得苯 甲苯的相对挥发度 = 由 q=1时 1) 操作回流比的确定 1 ( 1)xy x 2 . 5 0 . 2 8 21 ( 2 . 5 1 ) 0 . 2 8 2 =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 8页 共 99 页 苯 甲苯是理想物系 ,在最小回流比时，精馏段操作线的斜率为 m x x R 最小回流比 m i 9 8 3 0 . 4 9 50 . 4 9 5 0 . 2 8 2=操作回流比为 R=) 逐板法塔板数的求取 相平衡方程 1(1 )1( （ a） 精馏段操作线方程 1 111 3 . 6 6 0 . 9 8 3 0 . 7 8 5 0 . 2 1 13 . 6 6 1 3 . 6 6 1n n ny x x （ b） 提馏段操作线方程 1()1(1 代入得 1 3 . 6 6 3 9 . 4 7 4 1 4 1 . 9 6 1 4 1 . 9 6 3 9 . 4 7 4 0 . 0 1 23 . 6 6 1 3 9 . 4 7 4 3 . 6 6 1 3 9 . 4 7 4 即 11 7 0 7（ c） 泡点进料 q=1 0 2第一块塔板上升蒸汽组成 1 0 3从第一块板下降的液体组成由式（ a） 求得 1 0 . 9 8 3 0 . 9 5 8 62 . 5 1 . 5 0 . 9 8 3x 由第二块板上升的气相组成由式（ b）求得 2 0 . 7 8 5 0 . 9 5 8 6 0 . 2 1 1 0 . 9 8 4 7y 由第二块板下降的液体组成 2 0 . 9 8 4 7 0 . 9 6 2 62 . 5 1 . 5 0 . 9 8 4 7x 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 9页 共 99 页 由此反复计算得 3y= 3x=y = 4x =y= 5x=y= 6x=y= 7x=y= 8x=y= 9x 0y= 10x=不会发生液泛。 体在降液管内的停留时间 必须保证液体在降液管内的停留时间必须大于 3 = 041 = 故所夹带气体可以释出。 重漏夜校核 当阀孔的动能因子低于 5时将发生严重漏夜，故漏夜点的孔速可取 5 的相应孔流气速 0! 552 . 9 5 5 5 =s 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 20页 共 99页 稳定系数 00! 9 2 7uK u=不会发生严重漏夜 板负荷性能图 根据资料一般的大塔， 开人孔后不需另行补强 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 53页 共 99页 五、英文文献翻译 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 54页 共 99页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 55页 共 99页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 56页 共 99页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 57页 共 99页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 58页 共 99页 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 59页 共 99页 00, 1545 2 08801is 1. A in a a a a a of to of of 2. A to , is to a a of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 60页 共 99页 an of is to in of of to 3. A to , is to of of is to in of of to by an 80 . 4. A to , is 0 0 . 5. A to , of to of is of 6. A to , at to of 7. to , at is in a of 8. to , at is of 9. to , at 10. to , at 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 61页 共 99页 at is at an to 11. to , a a of 12. A to 1, an a of 13. A to 1, an a of 14. to 1, at 15. to 4, a of a of 16. to 1, at to of 17. to 6, at 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 62页 共 99页 at a of to of 18. to 7, at 19. to 8, to 20. to 8, at an to 21. A a a a a a 22. A to 1, a of to of of 23. to 2, is to a a of an of is to in of of to 24. to 3, is to 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 63页 共 99页 of of is to in of of to by an 80 . 25. to 4, is 0 0 . 26. to 4, of to of is of 27. to 2, at to of 28. to 7, at is in a of 29. to 7, at is of 30. to 7, at 31. to 7, at at is at an to 32. to 2, 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 64页 共 99页 a a of 33. to 2, an a of 34. to 2, an a of 35. to 2, at 36. to 5, a of a of 37. to 2, at to of 38. to 7, at at a of to of 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 第 65页 共 99页 39. to 8, at 40. to 9, to 41. to 9, at an to 42. A to 4, is to a of in a of is to in of of of by an 0 0 . 43. A a a a a in an a a a of a a a of ext毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 年处理 9 万吨苯 甲苯精馏浮阀塔设计 设计（论文）题目来源 自选 设计（论文）题目类型 工程设计 起止时间 一、 设计（论文）依据及研究意义： 本设计依据化工工艺设计手册、 制压力容器、 制塔式容器以及 设计技术规定进行。本设计的作用在于分离化工生产中常用到的两种重要化工原料 苯和甲苯，意义重大。综合考虑分离效率、生产制造成本、安装及维护等因素，本设计采用筛板式精馏塔。 二、 设计（论文）主 要研究的内容、预期目标（技术方案、路线）： 本设计主要从化工工艺、材料选型、结构设计以及塔的机械设计进行设计。本设计路线：分离任务 工艺流程描绘 工艺计算 材料选型 结构设计 塔的机械设计 附属设备选型。预期目标：希望通过本次的毕业设计能培养出独立设计的能力，为以后的工作 打下好的基础，更好的与社会接轨。 三、设计（论文）的研究重点及难点： 重点是：依据分离任务进行分离工艺的计算确定塔体和塔板的工艺尺寸，由塔的操作条件完成塔体和裙座的厚度计算，由塔的安装环境对塔进行强度校核。 难点：一、分离效率的保证 二、塔的结构设计 四、设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）： 1 月 6 日至 2 月 15 日：了解我们所要设计的试验装置，为进行设计做准备； 2 月 16 日至 2 月 28 日：进行参观实习；写开题报告； 2 月 28 日至 3 月 18 日：查阅资料，找设计依据，理出设计思路； 3 月 18 日至 4 月 24 日：具体的结构和系统设计，求得设计的各种依据； 4 月 25 日至 5 月 25 日：设计，画出设计图纸； 5 月 26 日至 5 月 28 日；整理图纸，进行打印；排版设计说明书。 5 月 29 日至 5 月 31 日：准备答辩。 五、进 行设计（论文）所需条件： 1、要有充分的资料（与塔设备有关、与分离工艺有关）。 2、到相关单位进行实习，了解塔设备的结构及生产过程中的各种控制方案和原理。 3、设计所需设计方法、软件、工具等。 六、指导教师意见： 签名： 年 月 日 00, 1545 2 08801is 1. A in a a a a a of to of of 2. A to , is to a a of an of is to in of of to 3. A to , is to of of is to in of of to by an 80 . 4. A to , is 0 0 . 5. A to , of to of is of 6. A to , at to of 7. to , at is in a of 8. to , at is of 9. to , at 10. to , at at is at an to 11. to , a a of 12. A to 1, an a of 13. A to 1, an a of 14. to 1, at 15. to 4, a of a of 16. to 1, at to of 17. to 6, at at a of to of 18. to 7, at 19. to 8, to 20. to 8, at an to 21. A a a a a a 22. A to 1, a of to of of 23. to 2, is to a a of an of is to in of of to 24. to 3, is to of of is to in of of to by an 80 . 25. to 4, is 0 0 . 26. to 4, of to of is of 27. to 2, at to of 28. to 7, at is in a of 29. to 7, at is of 30. to 7, at 31. to 7, at at is at an to 32. to 2, a a of 33. to 2, an a of 34. to 2, an a of 35. to 2, at 36. to 5, a of a of 37. to 2, at to of 38. to 7, at at a of to of 39. to 8, at 40. to 9, to 41. to 9, at an to 42. A to 4, is to a of in a of is to in of of of by an 0 0 . 43. A a a a a in an a a a of a a a of to of of to a of in a of is to in of of of by an 0 0 . O 60/763,925, 1, 2006, of is in F to a in a of It is to of it be in of of a in in F as in a or to to In of if is in is at a of is to a at a to as a in to at to of be to of as or or as a of in is to be J. H. G. E., 31(1975), as 4 1973, In or be of is of in to is so in is of or be as or in by of is a of as it is in be to or of if of or to it be to or in of is to to in to If at of to of in by of on of on or to in or be at a or be a to a to or be in in to on to a be in a in to be as as is a of to a a to of in of to a be in 4,698,138 (,972,171 (to of in of a a at of of it is be in do A be in is of a of is up or in of of in in of be a by as as by of be up by up of A to an to of of of a or in at a to in F he an or to in is in a a is to be to is to in In it of of at a of as to of of it to as as It be to or of of so be in it is of to a a An to be is of An a is in of so up to In to of of a is at of in of a of of be in of a or it be in of a by in of In of a is in of is in of a of or a to in of to a of so or of be at to of as It is an of to a in a a a a incl 第 摘要： 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它可以实现气（汽） 液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的目的。苯和甲苯都是化工生产中的重要原料。因此，将苯和甲苯从其混合物中分离出来意义重大。 设计一座连续浮阀塔，通过对原料，产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果选型设计，完成对苯 关键词： 精馏塔；浮阀塔；苯；甲苯 第 is an in so or on is of as in is to an a of it be a if be of of a in to of of 第 目录 绪论 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 2 一、设计方案的选择和论证 . 3 计流程 . 3 计思路 . 3 二、浮阀塔结构设计 . 6 . 6 料液 及塔顶，塔底产品的摩尔分率 . 6 料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔分率 . 7 . 7 论层数 . 7 际板数 . 10 作压力的计算 . 10 作温度的计算 . 10 均摩尔质量的计算 . 10 均密度的计算 . 11 第 . 12 径的计算 . 12 馏塔有效高度的计算 . 13 . 13 液管的选择与计算 . 13 流堰的选择与计算 . 14 液盘和底隙 . 15 盘及其布置 . 15 三、塔板流动性能校核 . 18 . 18 . 18 . 19 . 19 . 19 . 20 量液沫夹带线关系式 . 20 相下限线关系式 . 20 重漏夜线关系式 . 20 相上限线关系式 . 21 液管液泛线关系式 . 21 四、浮阀塔载荷分析及强度校核 . 23 . 23 第 . 24 设备质量载荷计算 . 24 振周期的计算 . 27 震载荷与地震弯矩的计算 . 27 载荷与风弯矩的计算 . 29 大弯矩 . 33 . 34 筒轴向力校核和圆筒稳定性校核 . 34 设备压力试验时的应力校核 . 35 座轴向应力校核 . 36 础环和地脚螺栓设计及校核 . 38 板设计及校核 . 40 板设计及校核 . 41 座与塔壳的对接焊缝 . 42 管的计算与选择 . 43 . 44 强结构 . 44 孔补强设计准则 . 45 许不另行补强的最大开孔直径 . 45 面积补强计算 . 46 五、英文文献翻译 . 53 主要符号说明 . 96 第 参考文献 . 98 结束语 . 99 第 1页 共 99 页 绪论 计题目 苯甲苯连续精馏塔的工艺设计（浮阀塔） 馏及精馏流程 精 馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。 精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的 : 获得馏出液塔顶的产品； 将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等； 脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。 精馏过程中采用连续精馏流程，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔顶上部下 降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸汽互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品，部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。 根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，必须同时拥有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还有配原料液，预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。 馏的分类 按操作方式可分为 :间歇式和连 续式，工业上大多数精馏过程都是采用连续稳定的操作过程。 化工中的精馏操作大多数是分离多组分溶液。多组分精馏的特点： 能保证产品质量，满足工艺要求，生产能力大； 流程短，设备投资费用少； 耗能量低，收率高，操作费用低； 第 2页 共 99 页 操作管理方便。 馏操作的特点 从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点： （ 1)沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸 汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。 （ 2)物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。 （ 3)节约能源 精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热 量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题。 板的类型与选择 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 ，工业应用以错流式 塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，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，气液接触时间较长，故塔板效率较高。 第 3页 共 99 页 一、设计方案的选择 和论证 计流程 本设计任务为分离苯 _甲苯混合物。对于二元混合物的分离，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回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 连续精馏塔流程流程图 连续精馏流程 附图 图 1程图 计思路 在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程 按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的 第 4页 共 99 页 多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，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，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。 塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器 这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。 因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的 重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。 塔板工艺计算 流体力学验算 塔负荷性能图 全塔热量衡算 塔附属设备计算 第 5页 共 99 页 图 1设计思路流程图 1、本设计采用连续精馏操作方式。 2、常压操作。 3、泡点进料。 4、间接蒸汽加热。 5、选 R=6、塔顶选用全凝器。 7、选用浮阀塔。 在此使用浮阀塔，浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度，这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结构简单，造价低， 制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，其多用不锈钢板或合金 。近年来所研究开发出的新型浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动接触更加有效，可显著提高操作弹性和效率。 从苯 甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。 第 6页 共 99 页 二、浮阀塔结构设计 础物性数据 表 1 苯、甲苯的粘度 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 苯 1 苯、甲苯的密度 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 3/kg m 苯 3/kg m 1 苯、甲苯的表面张力 温度 0 20 40 60 80 100 120 苯 /mN m 苯 /mN m 1 苯、甲苯的摩尔定比热容 温度 0 50 100 150 苯 / ( )kJ k 苯 / ( )kJ k 1 苯、甲苯的汽化潜热 温度 20 40 60 80 100 120 苯 /kJ 苯 /kJ 原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率 苯的摩尔质量 8kg/第 7页 共 99 页 甲苯的摩尔质量 2kg/F= 0 . 2 5 / 7 80 . 2 5 / 7 8 0 . 7 5 / 9 2=D= 0 . 9 8 / 7 80 . 9 8 / 7 8 0 . 0 2 / 9 2=W= 0 . 0 1 / 7 80 . 0 1 / 7 8 0 . 9 9 / 9 2=原料液及塔顶，塔底产品的平均摩尔分率 78 (1 92=kg/D=78 (1 92=kg/W=78 (1 92= 91. 83kg/物料衡算 原料处理量 F= 900008 8 2 4 3 0 0=h 总物料衡算 +W 苯物料衡算 立解的 D=h W=h 板数的确定 苯 甲苯是理想物系，可以用逐板法求取理论板数。 已知： q=1； 查得苯 甲苯的相对挥发度 = 由 q=1时 1) 操作回流比的确定 1 ( 1)xy x 2 . 5 0 . 2 8 21 ( 2 . 5 1 ) 0 . 2 8 2 =第 8页 共 99 页 苯 甲苯是理想物系 ,在最小回流比时，精馏段操作线的斜率为 m x x R 最小回流比 m i 9 8 3 0 . 4 9 50 . 4 9 5 0 . 2 8 2=操作回流比为 R=) 逐板法塔板数的求取 相平衡方程 1(1 )1( （ a） 精馏段操作线方程 1 111 3 . 6 6 0 . 9 8 3 0 . 7 8 5 0 . 2 1 13 . 6 6 1 3 . 6 6 1n n ny x x （ b） 提馏段操作线方程 1()1(1 代入得 1 3 . 6 6 3 9 . 4 7 4 1 4 1 . 9 6 1 4 1 . 9 6 3 9 . 4 7 4 0 . 0 1 23 . 6 6 1 3 9 . 4 7 4 3 . 6 6 1 3 9 . 4 7 4 即 11 7 0 7（ c） 泡点进料 q=1 0 2第一块塔板上升蒸汽组成 1 0 3从第一块板下降的液体组成由式（ a） 求得 1 0 . 9 8 3 0 . 9 5 8 62 . 5 1 . 5 0 . 9 8 3x 由第二块板上升的气相组成由式（ b）求得 2 0 . 7 8 5 0 . 9 5
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