正戊烷正己烷精馏分离板式塔设计

河西学院Hexi University化工原理课程设计题目: 正戊烷正己烷精馏分离板式塔设计学院:化学化工学院专业:化学工程与工艺学号:::2016年11月20日化工原理课程设计任务书一、设计题目正戊烷－正己烷混合液筛板(浮阀)精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量）80000 吨/年操作周期7200 小时/年进料组成40% （正戊烷质量分率）塔顶产品组成≥98.5% （正戊烷质量分率）塔底产品组成≥98% （正己烷质量分率）2.操作条件料液初温20℃操作压力塔顶4 kpa（表压）单板压降≦0.7kPa冷却水温度20℃饱和水蒸汽压力0.25Mpa(表压)3.设备型式筛板(浮阀)塔4.厂址珠海（压力：1atm ）三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.工艺流程图及精馏工艺条件7.设计评述目录1 设计方案的确定 (1)1.1概述 (1)1.2设计方案确定原则 (1)1.3设计方案内容 (2)1.3.1 操作压力 (2)1.3.2 加热方式 (2)1.3.3 进料状态 (2)1.3.4 板式塔的常用塔型及其选用 (3)1.3.4 回流比 (4)1.3.5 热能利用 (4)2 精馏塔的工艺设计计算 (4)2.1设计任务和条件 (4)2.1.1 设计任务 (4)2.1.2 操作条件 (5)2.2工艺计算 (5)2.2.1 精馏塔的物料衡算 (5)2.3塔板数的确定 (6)的确定 (6)2.3.1 理论层数NT2.3.2 最小回流比的计算 (6)2.4操作线方程 (7)2.4.1 图解法求理论板层数 (7)2.5实际板数的计算 (8)3 工艺条件及有关物性的计算 (9)3.1操作压力 (9)3.2操作温度 (9)3.3平均摩尔质量 (9)3.3.1 塔顶汽液混合物平均摩尔质 (9)3.3.2 进料板汽、液混合物平均摩尔质量 ................................ 9 3.3.3 塔底汽液混合物平均摩尔质量 .................................... 9 3.3.4 精馏段汽、液混合物平均摩尔质量 ............................... 10 3.3.5 提馏段汽、液混合物 ........................................... 10 3.4 平均密度 ......................................................... 10 3.4.1 气相平均密度 ................................................. 10 3.4.2 液相平均密度 ................................................. 10 3.5 液相平均表面张力 ................................................. 11 4 精馏塔工艺尺寸计算 .................................................. 13 4.1 塔径的计算 ....................................................... 13 4.2 精馏塔有效高度的计算 ............................................. 15 4.3 溢流装置计算 ..................................................... 15 4.3.1 堰长 ......................................................... 15 4.3.2 溢流堰高度 ................................................... 15 4.3.3 弓形降液管的宽度d W 和横截面f A 的计算 ......................... 16 4.3.4 降液管底隙高度 ............................................... 17 4.3.5 塔板布置及筛孔数目的计算 ..................................... 17 4.3.6 边缘区宽度确定 ............................................... 17 4.3.7 开孔面积的计算 ............................................... 17 4.3.8 筛孔计算及其排列 ............................................. 18 5 筛板的流体力学验算 .................................................. 18 5.1 塔板压降 ......................................................... 18 5.1.1 精馏段 ....................................................... 18 5.2 气体通过液层的阻力计算 ........................................... 19 5.3 液体表面张力的阻力计算 ........................................... 19 5.4 液面落差 ......................................................... 20 5.5 液沫夹带 ......................................................... 20 5.6 漏液 . (20)5.7液泛验算 (20)6 塔板负荷性能图 (21)6.1漏液线 (21)6.2液沫夹带 (22)6.3液相负荷下限线 (24)6.4液相负荷上限线 (24)6.5液泛线 (24)7 塔附件设计 (27)7.1接管——进料管 (27)7.2筒体与封头 (27)7.2.1 筒体 (27)7.2.2 封头 (28)7.3人孔 (28)7.4裙座 (28)7.5塔釜料液排出管管径 (28)7.6回流管管径 (28)7.7塔顶蒸汽出料管 (29)7.8塔底进气管 (29)7.9法兰 (29)8 设计一览表 (29)设计评述 (31)参考文献 (31)致谢 (32)正戊烷－正己烷混合液筛板(浮阀)精馏塔设计杨鹏岳摘要：本设计任务为分离正戊烷一正己烷二元混合物，通过图解法计算得出理论板数为13块，取回流比为1.5，算出全塔效率为0.4263，实际板数为31块，进料位置为第13块塔板，在浮阀塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径为1.6米，塔高20.525米，通过流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。

关键字正戊烷正己烷筛板精馏1 设计方案的确定1.1 概述化工生产常需要液体混合物的分离以达到提纯或分离有用组分的目的，精馏是根据液体混合物中各组分挥发度的不同并借助多次部分汽化和多次部分冷凝达到轻组分分离的目的。

在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。

根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。

工业上对塔设备的主要要求是生产能力大；传热传质效率高；气流的摩擦阻力小；操作稳定，适应性强，操作弹性大；结构简单，材料耗用量少；制造安装容易，操作维修方便。

此外，还要求不堵塞，防腐蚀等。

1.2 设计方案确定原则总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点：(1) 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。

由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。

设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。

(2) 满足经济上的要求要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。

回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。

冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。

因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。

(3) 保证生产安全生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。

塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。

1.3 设计方案内容1.3.1 操作压力塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。

根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：(1) 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。

因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。

操作压力大于1.6MPa 才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。

(2) 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。

(3) 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。

本设计是分离正戊烷和正己烷的混合物，由于两者都是液体，因此操作压力可以确定为常压，即是常压精馏。

1.3.2 加热方式塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物基本是水，且在低浓度时的相对挥发度较大的体系，也可采用直接蒸汽加热。

直接蒸汽加热的优点是：可利用压力较低的蒸汽加热，塔釜只须安装鼓泡管，一般可节省设备费用和操作费用。

但由于直接蒸汽加入，对釜内溶液起一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生产要求。