最新版的 苯-甲苯浮阀塔精馏课程设计

1 化工原理课程设计 浮阀精馏塔工艺设计任务书 班级 化工101班 姓名 1． 工艺要求与数据 （1）料液为苯——甲苯混合液，含苯40 %（质量分数） （2）XD=94 % XW=3 %（质量分数） （3）年生产能力：7万吨（进料）

2． 设计条件 （1）连续常压操作、中间加料、泡点回流 （2）泡点进料 （3）年生产时间330天 （4）塔釜用间接蒸汽加热，加热蒸汽压力 300 kPa

（5）设塔顶冷凝用水进口温度为25℃

3． 设计内容 （1） 精馏流程设计及论证 （2） 工艺计算 （3） 塔盘设计（精馏段、提馏段各选一块） （4） 精馏段、提馏段流体力学条件校核 （5） 主要辅助设备的选型（再沸器、冷凝器） （6） 控制系统、节能措施、工艺调整、故障处理、废液处理的方案

4． 设计成果 （1） 设计说明书（含评价与体会） （2） 设计图纸（画在设计说明书中：流程图、t-x-y图、作图法求理论塔板数、负荷性能图2张）、（画在图纸上：塔盘布置图1张、浮阀塔工艺条件图1张） 2

绪 论 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。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。 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F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1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（JB－1118－81）。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。 化工生产常需进行二元液相混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻重组分分离目的的方法。精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分 3

析分离过程中的各种参数是非常重要的。 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备类型之一。本次设计的浮阀塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程，该设计方法被工程技术人员广泛的采用。

本设计书对苯和甲苯的分离设备─浮阀精馏塔做了较详细的叙

述，主要包括：工艺计算，辅助设备计算,塔设备等的附图。 采用浮阀精馏塔，塔高15.54米，塔径1.4米，按逐板计算理论板数为12。算得全塔效率为0.511。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为10，提馏段实际板数为12。实际加料位置在第11块板(从上往下数)，操作弹性为4.5。通过板压降、漏液、液泛、雾沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。 塔的附属设备中，所有管线均采用无缝钢管。再沸器采用卧式浮头式换热器。用加热蒸汽压力 300 kPa加热，用15℃循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程，釜液走壳程。 由于时间仓促，再加上水平有限，书中难免有不妥之处，恳请老师批评指正。

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设计方案的选择和论证 1 设计流程 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1.7倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

精馏工艺流程图 5 2.设计要求 总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和成本，少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下： 一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不 6

正常流动。 二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。 四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。 五：结构简单，造价低，安装检修方便。 六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等 本次实验我们根据所给条件设计出塔的各项参数及其附属设备的参数。

3 设计思路 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-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器，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 7

图1-2 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=1.7Rmin。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。

4.相关符号说明

流体力学验算 塔负荷性能图 冷凝器与再沸器的选型 塔附属设备计算 8

Aa— 塔板开孔区面积,m2； Af — 降液管截面积,m2；

A0 — 筛孔总面积,m2； AT —塔截面积,m2； c0 —流量系数,无因次； C—— 计算umax时的负荷系数,m/s

CS —气相负荷因子,m/s； d—— 填料直径,m d0——筛孔直径,m； D—— 塔径,m； ev— 液体夹带量,kg（液）/kg（气）； ET— 总板效率,无因次；

F— 气相动能因子,kg1/2/(s·m1/2）； F0— 筛孔气相动能因子，kg1/2/(s·m1/2) ；

g——重力加速度,9.81m/ s2； h——填料层分段高度,m；

h1— 进口堰与降液管间的水平距离,m； hc— 与干板压降相当的液柱高度,m液柱；

hd— 与液体流过降液管的压降相当的液柱 hf— 塔板上鼓泡层高度,m；

h1 —与板上液层阻力相当的液柱高度,m； hL— 板上清液层高度,m； 9

h0— 降液管的底隙高度,m； hOW—堰上液层高度,m；

hW— 出口堰高度,m； h,W—进口堰高度,m；

hб——与阻力表面张力的压降相当的液柱高度, H——板式塔高度,m；

Hd——降液管内清液层高度,m； HD——塔顶空间高度,m；

HF——进料板处塔板间距,m； HP——人孔处塔板间距,m；

HT——塔板间距,m； LW—堰长,m； Lh —液体体积流量,m3/h； Ls —液体体积流量,m3/s； NT——理论板层数； P—— 操作压力,Pa； △P—压力降,Pa； △PP气体通过每层筛板的降压,Pa； t——筛孔的中心距,m； u——空塔气速,m/s； u0—气体通过筛孔的速度,m/s； u0, min—漏液点气速,m/s； u′0—液体通过降液管底隙的速度,m/s； Vh——气体体积流量,m3/h； Vs——气体体积流量,m3/s； Ls——液体质量流量,kg/s；