90000吨每年苯-甲苯分离筛板塔.doc

90000吨/年苯-甲苯分离筛板塔90000吨/年苯-甲苯分离筛板塔设计摘 要设计了分离苯和甲苯混合物的蒸馏塔，由所给的任务分离97%（苯的质量分数）苯-甲苯的混合物。本设计为了满足生产工艺的要求，绘制了工艺流程图，对精馏塔进行物料衡算和塔的工艺条件及物性数据进行了计算，并对塔体、塔板工艺尺寸作了计算。本设计还对塔的主要辅助设备进行选型及主要接管的尺寸进行了计算。本设计设计合理，满足生产工艺要求。设计的精馏装置包括精馏塔，再沸器，冷凝器等设备。塔顶冷凝装置采用全凝器，用来准确控制回流比；塔底采用间接蒸汽加热，以提供足够的热量。通过对二元物系的精馏问题进行分析、计算、绘图，来得到较完整的精馏设计过程；较合理的塔工艺条件、物性参数和化工设备尺寸。关键词：苯；甲苯；精馏；筛板塔；设计Designed the distillation column which separates benzene and toluene mixtureAbstractDesigned the distillation column which separates benzene and toluene mixture.Separated 97% the benzene the mixture of the toluene (the mark of quality of the benzene).In order to satisfy the demend of the technology, drew a flow flate, and made an accurate calculation for all aspects of the tower as follows: the technology condition, the data of material quality, the tower body, the size of the tower plate. Also, the design made a selection to the main equipment of the tower and calaculated the size of main connective tude. The design is proper and can meet the demend of the technology.The design of distillation equipment including distillation column，Condensing tower installations in the entire condensate, and used to accurately control the reflux ratio; bottom indirect steam heating, so as to provide adequate heat. Department of binary objects through the distillation analysis, calculation, drawings, to get a more complete design process of distillation; the tower a more reasonable process conditions, physical parameters and chemical equipment size.Key Words: Benzene；Toluene；Rectify；Sieve plate；Design II目 录 前言1第一章 流程的设计及说明1第二章 工艺计算书22.1 原料及产品规格要求22.2 生产条件22.3 物性数据22.4 主要设备工艺尺寸设计计算22.4.1 物料衡算22.4.2 塔径32.4.3 塔高42.4.4 溢流装置52.4.5 塔板布置及筛孔数目与排列62.4.6 塔板流体力学验算72.4.7 塔板负荷性能线92.5 符号说明102.6 结果汇总表12结论13参考资料14i前 言化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存、运输、加工和使用的需求，时常将这些混合物分离成较纯净或几乎纯态的物质。芳香族化合物是化工生产中的重要物质原料，而苯和甲苯是各具有其重要作用。苯是化工工业和医药工业的重要基本原料，可用来制备染料、树脂、农药、合成药物、合成橡胶、合成纤维和洗涤机等；甲苯不仅是有机化工合成的优良溶剂，而且可以合成异酸酯、甲酚等化工产品，同时也可以用来制造三硝基甲苯、苯甲酸、对苯二甲酸、防腐剂、染料、泡沫塑料、合成纤维等。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、石油化工等工业有广泛应用。精馏过程是在能量计得驱动下，使气、液两相多次接触和分离，利用各液相混合物中各组分挥发度的不同，是挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原材料混合物中各组分分离，该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务是设计一定处理量的精馏塔，实现苯-甲苯分离。苯-甲苯体系比较容易分离，待处理料液清洁，因此用筛板塔。筛板塔最早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对筛板塔进行了大规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有以下优点：生产能力、塔板效率高，而且结果简单，塔盘造价减少40%左右，安装、维修都比较容易。本课程设计的主要内容是过程的物料横算、工艺计算、结构设计和校核。第一章 流程的设计及说明进料是采用冷液进料，且精馏段与提馏段的气流量相等，塔径也相等。原料液在20时用离心泵输送到塔内，无需预热；原料进入塔内后，原料液一部分与上升气相互接触，另一部分与下降的回流液混合，上升蒸汽由塔底再沸器经热交换换成蒸汽，由塔低进入塔内，逐层上升，与溢流液体进行传质，最后经塔顶冷凝器进入回流灌；一部分重力回流，一部分输送到苯贮灌内。为节省能耗，可将冷却器与塔前夜体预热进行热交换，换热后原料若未达到预定温度，可再加一换热器。再沸器内水蒸气换热会后变成同温度的水可用于工人取暖和淋浴。第二章 工艺计算书2.1 原料及产品规格要求年产9万吨苯，即F=160.3kmol/h，塔顶苯含量不低于97%（摩尔分数，下同），塔底苯含量不高于1%，原料中苯含量为25塔顶产量40.0kmol/h，塔底产量120.3kmol/h。2.2 生产条件操作压力：塔顶为常压，塔低为131.33kPa。进料热状态：20。塔底温度：110塔顶温度为81。设备类型：筛板塔。2.3 物性数据 58.5时苯和甲苯的比热容为1.85KJ/(Kg)，20时苯和甲苯的汽化热分别为389KJ/Kg 360 KJ/Kg，368.5K时苯和甲苯的表面张力分别为20.1mN/m 19.8mN/m。2.4 主要设备工艺尺寸设计计算2.4.1 物料衡算 同理可知 由F=D+W F=D+W =0.2878+0.7292=88.08g/mol F=160.3Kmol/h 可得D=40.0Kmol/h W=120.3Kmol/h 2.4.2 塔径欲求塔径D应求空塔气速 (1) 由t-x-y图1可知 此时的组分组成 故=780.63+920.37=83.1g/mol 以上数据带入（1）可得 3.2 Kg/ 由PV=nRT P,T数值同上 以1秒为单位则mol 得/s （为质量分数）得871.4Kg/ 由780.41+920.58=86.2 g/mol 又/s 查司史斯关联图5其横坐标为： 取板间距 板上液层高度 则 查得5物系表面张力/m 与20mN/m十分接近，故无需校正。即= 则m/s 带入数据，故塔径则塔截面积 空塔气速/s 与十分接近，符合要求。506070809010011000.20.40.60.81x(y)t图2.1 甲苯-苯混合液的t-x-y图2.4.3 塔高Z a:利用苯-甲苯平衡数据表1，在直角坐标图上绘平衡线与对角线，如图2并在图上找a() , e() , c()三点。b:求q值查得原料汽化热/Kmol 由t-x-y图 此时的物系泡点为97 平均温度58.5可知原料液平均比热容为kJ/Kmol即q线的斜率为在图2上画出q线，查q线与平衡线的交点坐标d() 由 令R=1.5 则R=2.1c:方程式精馏段方程式为： 提馏段方程式为： 并在图2上画出。利用图解法求理论塔板数，得 由 取 故 其中第14块踏板为进料板，精馏段有13块塔板 提馏段有14块。图2.2 求理论板层数的图解法表2.1苯-甲苯t-x-y表t80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.9000.7770.6330.4560.26202.4.4 溢流装置由液体负荷与溢流类型关系，选单溢流弓形降液管，不设进口堰a:堰长 取b:出口堰高 取平直堰 堰上液层高度 取E=1因 /h 查5则c:弓形降液管宽度及面积由 查5得 则 有公式因停留时间大于5s,故降液管尺寸符合要求。d:降液管底隙高度 由 取降液官底隙处液体流速/s 故2.4.5 塔板布置及筛孔数目与排列采取单溢流，弓形降液管和普通平底受液盘及平顶溢流堰。 由开孔率 取 则t=24mm 得 即有塔截面积布置可知 取无效区宽度 破沫区宽度 由角度 由破沫区长度 故 由 故 由 = 所以筛孔数（个） 筛孔在塔板上呈三角形排列。2.4.6 塔板流体力学验算a:筛板的压降取板的厚度 由 因m/s 得 由 因液体的表面张力引起的压降很小, 故舍去 。因此 故 故总塔压降符合要求。b:雾沫夹带校核取 /s Kg(液)/Kg（汽）故不产生过量的雾沫夹带现象，符合工艺生产要求。c:淹塔验算由m 取 代入数据 由因 故可防止淹塔现象。d:停留时间的验算由公式 因停留时间大于5s,故降液管尺寸符合要求。e:漏液点校核由 即：m/s由故有较大操作弹性 无漏液现象。2.4.7 塔板负荷性能线a:液相下限线取E=1 由 即/sb:液相上限线取 则/sc:漏液线 由 又= 故d:液沫夹带线取Kg（液）/Kg（汽） E=1由 故 所以e:液泛线取由故所以可知 此线在直角坐标系中过（0.002，0.75）（0.004，0.67）（0.006，0.48）（0.008，0.37）四点。图2.3 筛板塔负荷性能图2.5 符号说明筛板孔总面积, m2塔板鼓泡区面积，m2 液沫夹带量,kg/kg(液/气) 板上液流面积，m2 总板效率降液管截面积，m2 筛孔动能因数，m2 与干板压降相当的液柱高度,mC计算时的负荷系数 板上液层高度,m孔流系数 与液体流出降液管时压降相等高度，m 筛孔直径,mm 物性系数降液管底隙高度,m 塔径,m出口堰高度,m 与单板压降相当的液柱高度堰上液层高度,m 堰长,m塔内液体摩尔流量,kmol/h 塔内液体体积流量,m3/s塔内气体摩尔流量,kmol/h 塔内气体体积流量,m3/s与克服表面张力压强相当的高度,m 筛孔个数/层降液管内清液高度,m 理论塔板数塔板间距,m 实际板层数操作压强,kpa 孔心距,mm空塔气速,m/s 边缘区宽度,m筛孔气速,m/s 破沫区高度,m临界孔速,m/s 板上液流长度,m塔的有效高度,m 弓形降液管宽度,m相对挥发度气相密度,kg/m3液相密度,kg/m3物系汽化热,kJ/kg比热容,kJ/(kg) 最小值最大值2.6 结果汇总表A、物料数据汇总表加热状态料q最小回流比Rmin回流比R理论板数Nt实际板数NF实际精馏板数实际提溜板数全塔效率Er冷液进料1.41.44.91428141450%加料F加料浓度塔顶出料D 塔顶浓度xD塔底出料W塔底浓度xW进料量160.3kmol/h0.2540.0kmol/h0.97120.3kmol/h0.0190000吨/年B、全塔精馏数据序号参数数值序号参数数值1塔径D(m)1.210孔径d0(m)0.0062板间距Ht(m)0.511孔间距t(m)0.0243塔板类型单板溢流塔12孔数(个)15634堰长lw(m)0.7813开孔率a0.0575空塔气速u0(m/s)0.8014开孔面积A0(m2)0.0446堰高lW(m)0.06515塔板压降KPa0.527堰高降液管底隙高度h0(m)0.02216板厚(m)0.0048安定区Ws(m)0.0717操作弹性K2.209边缘区Wc(m)0.0618破沫区Ws(m)0.06结 论此设计能够基本满足生产任务和工艺要求，适合用于生产，由此设计出的塔结构较简单，分离效率较高，生产能力大，并且操作简单方便易行，能降低成本，提高了经济效应。通过对此次筛板塔的设计，本人专业知识得到了进一步的巩固，分析和实际运用能力进一步提高，初步掌握了筛板塔的设计内容，专业知识的运用能力增强，具有了一定的实践能力。参考资料1 石油化学工业规划设计院. 塔的工艺计算M. 北京:石油化学工业出版社, 1997. 100-102. 2 化工设备技术全书编辑委员会. 化工设备全书M塔设备设计. 上海:上海科学