吉林化工学院化工原理课程设计

设计任务书

设计题目：

苯－甲苯连续精馏浮阀塔设计

设计条件：

常压： p?1atm

处理量：

100Kmolh

进料组成： xf?0.45

馏出液组成： xd?0.98

釜液组成： xw?0.02（以上均为摩尔分率）

塔顶全凝器： 泡点回流 回流比： R?(1.1?2.0)Rmin

加料状态： q?0.96

单板压降： ?0.7kpa

设 计 要 求 ：

(1) 完成该精馏塔的工艺设计（包括物料衡算、热量衡算、筛板塔的设计算）。 (2) 画出带控制点的工艺流程图、塔板负荷性能图、精馏塔工艺条件图。 (3) 写出该精馏塔的设计说明书，包括设计结果汇总和设计评价。

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目录

摘 要 ........................................................................................................................................................................... I 绪 论 ........................................................................................................................................................................... 1 设计方案的选择和论证 ............................................................................................................................................... 3 第一章 塔板的工艺计算 ............................................................................................................................................. 5

1.1基础物性数据 ................................................................................................................................................ 5 1.2精馏塔全塔物料衡算 .................................................................................................................................... 5

1.2.1已知条件 ............................................................................................................................................ 5 1.2.2物料衡算 ............................................................................................................................................ 5 1.2.3平衡线方程的确定 ............................................................................................................................ 6 1.2.4求精馏塔的气液相负荷 .................................................................................................................... 7 1.2.5操作线方程 ........................................................................................................................................ 7 1.2.6用逐板法算理论板数 ........................................................................................................................ 7 1.2.7实际板数的求取 ................................................................................................................................ 8 1.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算................................................................................................. 9

1.3.1进料温度的计算 ................................................................................................................................ 9 1.3.2操作压力的计算 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 1.3.3平均摩尔质量的计算 ........................................................................................................................ 9 1.3.4平均密度计算 .................................................................................................................................. 10 1.3.5液体平均表面张力计算 .................................................................................................................. 11 1.3.6液体平均粘度计算 .......................................................................................................................... 12 1.4 精馏塔工艺尺寸的计算 ............................................................................................................................. 12

1.4.1塔径的计算 ...................................................................................................................................... 12 1.4.2精馏塔有效高度的计算 .................................................................................................................. 14 1.5 塔板主要工艺尺寸的计算 ......................................................................................................................... 14

1.5.1溢流装置计算 .................................................................................................................................. 14 1.6浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 .............................................................................................................. 15 1.7塔板流体力学验算 ...................................................................................................................................... 16

1.7.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降hf........................................................................................... 16 1.7.2计算降液管中清夜层高度Hd ......................................................................................................... 17 1.7.3计算雾沫夹带量eV .......................................................................................................................... 18 1.8塔板负荷性能图 .......................................................................................................................................... 19

1.8.1雾沫夹带线 ...................................................................................................................................... 19 1.8.2液泛线 .............................................................................................................................................. 19 1.8.3 液相负荷上限线 ............................................................................................................................. 21 1.8.4漏液线 .............................................................................................................................................. 21 1.8.5液相负荷下限线 .............................................................................................................................. 21 1.9小结 .............................................................................................................................................................. 22 第二章 热量衡算 ....................................................................................................................................................... 23

2.1相关介质的选择 .......................................................................................................................................... 23

2.1.1加热介质的选择 .............................................................................................................................. 23 2.1.2冷凝剂 .............................................................................................................................................. 23 2.2热量衡算 ...................................................................................................................................................... 23 第三章 辅助设备 ....................................................................................................................................................... 28

I

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3.1冷凝器的选型 .............................................................................................................................................. 28

3.1.1计算冷却水流量 .............................................................................................................................. 28 3.1.2冷凝器的计算与选型 ...................................................................................................................... 28 3.2冷凝器的核算 .............................................................................................................................................. 29

3.2.1管程对流传热系数α1 ..................................................................................................................... 29 3.2.2计算壳程流体对流传热系数α0..................................................................................................... 30 3.2.3污垢热阻 .......................................................................................................................................... 31 3.2.4核算传热面积 .................................................................................................................................. 31 3.2.5核算压力降 ...................................................................................................................................... 31

第四章 塔附件设计 ................................................................................................................................................... 34

4.1接管 .............................................................................................................................................................. 34

4.1.1进料管 .............................................................................................................................................. 34 4.1.2回流管 .............................................................................................................................................. 34 4.1.3塔底出料管 ...................................................................................................................................... 34 4.1.4塔顶蒸气出料管 .............................................................................................................................. 35 4.1.5塔底进气管 ...................................................................................................................................... 35 4.2筒体与封头 .................................................................................................................................................. 35

4.2.1筒体 .................................................................................................................................................. 35 4.2.2封头 .................................................................................................................................................. 35 4.3除沫器 .......................................................................................................................................................... 35 4.4裙座 .............................................................................................................................................................. 36 4.5人孔 .............................................................................................................................................................. 36 4.6塔总体高度的设计 ...................................................................................................................................... 36

4.6.1塔的顶部空间高度 .......................................................................................................................... 36 4.6.2塔的底部空间高度 .......................................................................................................................... 37 4.6.3塔立体高度 ...................................................................................................................................... 37

设计结果汇总 ............................................................................................................................................................. 38 结束语 ......................................................................................................................................................................... 39 参考文献 ..................................................................................................................................................................... 40 主要符号说明 ............................................................................................................................................................. 41 附 录 ......................................................................................................................................................................... 43

II

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摘 要

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13.11米，塔径1.4米，按逐板计算理论板数为25。算得全塔效率为0.534。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为13，提馏段实际板数为12。实际加料位置在第13块板(从上往下数)，操作弹性为3.43。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140℃饱和蒸汽加热，用15℃循水作冷凝剂。饱和蒸汽走管程，釜液走壳程。

关键词：苯__甲苯、精馏、图解法、负荷性能图、精馏塔设备结构

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绪 论

化工生产中常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的。互溶液体混合物的分离有多种方法，蒸馏及精馏是其中最常用的一种。蒸馏是分离均相混合物的单元操作之一，精馏是最常用的蒸馏方式，是组成化工生产过程的主要单元操作。为实现高纯度的分离已成为蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，为此而提出了精馏过程。精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。

我们工科大学生应具有较高的综合能力、解决实际生产问题的能力和创新的能力。课程设计是一次让我们接触并了解实际生产的大好机会，我们应充分利用这样的机会去认真去对待。而新颖的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是我们所应坚持努力的方向和追求的目标。

浮阀塔盘自20世纪50年代初期开发以来，由于制造方便及其性能上的优点，很多场合已取代了泡罩塔盘。这类塔盘的塔盘板开有阀孔，安置了能在适当范围内上下浮动的阀片，其形状有圆形、条形及方形等。由于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。与泡罩塔盘相比，处理能力较大，压力降较低，而塔板效率较高，缺点是阀孔易磨损，阀片易脱落。操作气速不可能会很高，因为会产生严重的雾沫夹带，这就限制了生产能力的进一步提高。

具有代表性的浮阀塔有F1型（V1型）浮阀塔板、重盘式浮阀塔、盘式浮阀、条形浮阀及锥心形浮阀等。

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