苯-甲苯精馏塔课程设计.docx
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1、课程设计任务书一、课题名称苯甲苯混合体系分离过程设计二、课题条件(原始数据)1、设计方案得选定 原料:苯、甲苯 年处理量:1800 原料组成(甲苯得质量分率):0、5塔顶产品组成:塔底产品组成:、操作条件操作压力:常压进料热状态:泡点进料冷却水:20加热蒸汽:0、2MPa塔顶为全凝器,中间泡点进料,连续精馏3、设备型式:筛板塔三、设计内容1、概述2、设计方案得选择及流程说明、塔板得计算(板式塔)4、主要设备工艺尺寸设计 板式塔:()塔径及提馏段塔板结构尺寸得确定 (2)塔板得流体力学校核 (3)塔板得负荷性能图 (4)总塔高、总压降及接管尺寸得确定5、辅助设备选型与计算(泵、塔顶冷凝器与塔釜再
2、沸器)6、设计结果汇总7、工艺流程图设计内容摘要:精馏就就是分离液体混合物最常用得一种单元操作,在化工炼油石油化工等工业中得到广泛得应用。本设计得题目就就是苯甲苯二元物系板式精馏塔得设计。在确定得工艺要求下,确定设计方案,设计内容包括精馏塔工艺设计计算,塔辅助设备设计计算,精馏工艺过程流程图,精馏塔设备结构图,设计说明书。关键词:板式塔;苯-甲苯;工艺计算;结构图一、 简介塔设备就就是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用得气液传质设备。根据塔内气液接触部件得结构型式,可分为板式塔与填料塔。板式塔内设置一定数目得塔板,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
3、逆流操作过程。填料塔内装有一定高度得填料层,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。工业上对塔设备得主要要求就就是:(1)生产能力大;()传热、传质效率高;()气流得摩擦阻力小;(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)有降液管得塔板,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)无降液管得塔板,如穿流式筛板(栅板)、穿流式波纹板等。工业应用较多得就就是有降液管
4、得塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。苯得沸点为80、,熔点为5、,在常温下就就是一种无色、味甜、有芳香气味得透明液体,易挥发。苯比水密度低,密度为0、88g/ml,但其分子质量比水重。苯难溶于水,1升水中最多溶解、g苯;但苯就就是一种良好得有机溶剂,溶解有机分子与一些非极性得无机分子得能力很强。甲苯就就是最简单,最重要得芳烃化合物之一。在空气中,甲苯只能不完全燃烧,火焰呈黄色。甲苯得熔点为-95 ,沸点为11 。甲苯带有一种特殊得芳香味(与苯得气味类似),在常温常压下就就是一种无色透明,清澈如水得液体, 密度为0、86克/厘米3,对光有很强得折射作用(折射率:1,49)。甲苯几乎不溶于水(0,5
5、2g),但可以与二硫化碳,酒精,乙醚以任意比例混溶,在氯仿,丙酮与大多数其她常用有机溶剂中也有很好得溶解性。甲苯得粘性为0,6 ma s,也就就就是说它得粘稠性弱于水。甲苯得热值为40、940 kJkg,闪点为4 ,燃点为535。分离苯与甲苯,可以利用二者沸点得不同,采用塔式设备改变其温度,使其分离并分别进行回收与储存。板式精馏塔、浮法塔都就就是常用得塔类型,可以根据不同塔各自特点选择所需要得塔。筛板就就是在塔板上钻有均布得筛孔,呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层,形成气液密切接触得泡沫层(或喷射得液滴群)。筛板塔就就是932年提出得,当时主要用于酿造,其优点就就是结构简单,
6、制造维修方便,造价低,气体压降小,板上液面落差较小,相同条件下生产能力高于浮阀塔,塔板效率接近浮阀塔。其缺点就就是稳定操作范围窄,小孔径筛板易堵塞,不适宜处理粘性大得、脏得与带固体粒子得料液。但设计良好得筛板塔仍具有足够得操作弹性,对易引起堵塞得物系可采用大孔径筛板,故近年我国对筛板得应用日益增多,所以在本设计中设计该种塔型。二、设计方案得确定、1操作条件得确定确定设计方案就就是指确定整个精馏装置得流程、各种设备得结构型式与某些操作指标。例如组分得分离顺序、塔设备得型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽得冷凝方式等。下面结合课程设计得需要,对某些问题作些阐述。、1、操作压力蒸馏操作通常可在常压、
7、加压与减压下进行。确定操作压力时,必须根据所处理物料得性质,兼顾技术上得可行性与经济上得合理性进行考虑。例如,采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性得物料,但压力降低将导致塔径增加,同时还需要使用抽真空得设备。对于沸点低、在常压下为气态得物料,则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时,一般就就是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同得情况下,适当地提高操作压力可以提高塔得处理能力。有时应用加压蒸馏得原因,则在于提高平衡温度后,便于利用蒸汽冷凝时得热量,或可用较低品位得冷却剂使蒸汽冷凝,从而减少蒸馏得能量消耗。2、1、进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔得热负荷都有密切得联系。在实
8、际得生产中进料状态有多种,但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中,这主要就就是由于此时塔得操作比较容易控制,不致受季节气温得影响。此外,在泡点进料时,精馏段与提馏段得塔径相同,为设计与制造上提供了方便。2、3加热方式蒸馏釜得加热方式通常采用间接蒸汽加热,设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而,直接蒸汽加热,由于蒸汽得不断通入,对塔底溶液起了稀释作用,在塔底易挥发物损失量相同得情况下,塔底残液中易挥发组分得浓度应较低,因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时,加热蒸汽得压力要高于釜中得压力,以便克服蒸汽喷出小孔得阻力及釜中液柱静压力。对于苯-甲苯溶液,一般采用1、2、0KPa(表压)。、
9、2 确定设计方案得原则确定设计方案总得原则就就是在可能得条件下,尽量采用科学技术上得最新成就,使生产达到技术上最先进、经济上最合理得要求,符合优质、高产、安全、低消耗得原则。为此,必须具体考虑如下几点:2、2、1满足工艺与操作得要求所设计出来得流程与设备,首先必须保证产品达到任务规定得要求,而且质量要稳定,这就要求各流体流量与压头稳定,入塔料液得温度与状态稳定,从而需要采取相应得措施。其次所定得设计方案需要有一定得操作弹性,各处流量应能在一定范围内进行调节,必要时传热量也可进行调整。因此,在必要得位置上要装置调节阀门,在管路中安装备用支线。计算传热面积与选取操作指标时,也应考虑到生产上得可能波
10、动。再其次,要考虑必需装置得仪表(如温度计、压强计,流量计等)及其装置得位置,以便能通过这些仪表来观测生产过程就就是否正常,从而帮助找出不正常得原因,以便采取相应措施。2、2、2满足经济上得要求要节省热能与电能得消耗,减少设备及基建费用。如前所述在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底得废热,就能节约很多生蒸汽与冷却水,也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度得高低,一方面影响到冷却水用量,另方面也影响到所需传热面积得大小,即对操作费与设备费都有影响。同样,回流比得大小对操作费与设备费也有很大影响。2、3保证安全生产例如苯属有毒物料,不能让其蒸汽弥漫车间。又如,塔就就是指定在常压下操作得,塔内压力过大
11、或塔骤冷而产生真空,都会使塔受到破坏,因而需要安全装置。以上三项原则在生产中都就就是同样重要得。但在化工原理课程设计中,对第一个原则应作较多得考虑,对第二个原则只作定性得考虑,而对第三个原则只要求作一般得考虑。三、塔体计算 3、 设计方案得确定本设计采用连续精馏流程,饱与液体进料。塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属于易分离物系,最小回流比比较小,故操作回流比取最小回流比得2倍。塔釜采用饱与蒸汽间接加热,塔底产品冷却后送至储罐。3、2 精馏塔得物料衡算3、2、1原料液进料量、塔顶、塔底摩尔分率进料量:F=08t/年=1500/
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