毕业设计7万吨年环氧乙烷精馏塔设计

7万吨/年环氧乙烷精馏塔设计

摘要

根据北京化工大学毕业设计要求,并结合生产实际，选择浮阀塔精馏分离环氧乙烷水溶液为设计课题。选用F1型单溢流浮阀塔为分离设备，以质量守恒定律、物料衡算和热力学定律为依据，对精馏塔及其辅助设备进行了工艺和设备的设计参数计算，得出精馏塔采用F1型单溢流浮阀塔，溢流管为弓形降液管，设计确定全塔高度21m，塔板总数为31块，塔顶温度可设为45℃，塔釜温度可设为146℃，精馏段塔径为4m，塔板堰长2.8m，板上液层高度0.064m, 阀孔数为1403个，相邻的两排中心孔距0.08m；提馏段塔径为3.2m，塔板堰长2.24m，板上液层高度0.083m, 阀孔数为809个，相邻的两排中心孔距0.087m。并通过塔板校核验算，认为设计的精馏塔符合要求；气液负荷性能图也说明该装置操作弹性合理。

关键词：环氧乙烷；精馏；回流比；工艺设计；校核

目录

第1章前言 (4)

第1.1节环氧乙烷概述 (4)

第1.2节环氧乙烷生产方法 (5)

1.2.1 氯醇法 (5)

1.2.2 直接氧化法 (5)

第1.3节设计任务及目标 (6)

第2章设计内容框架 (7)

第3章设计简介 (8)

第3.1节精馏原理 (8)

第3.2节装置流程的确定 (8)

第3.3节操作压力的选择 (8)

第3.4节浮阀标准 (9)

第4章精馏塔设计参数确定 (10)

第4.1节物料衡算 (10)

4.1.1 精馏塔的物料衡算 (10)

4.1.2 精馏塔塔顶、塔釜、进料板温度的计算 (11)

4.1.3 塔顶温度的求取 (12)

4.1.4 塔釜温度的求取 (12)

4.1.5 进料板温度的确定 (13)

第4.2节回流比、操作线方程、实际板数的确定 (14)

4.2.1 相对挥发度 (14)

4.2.2 最小回流比的求取 (14)

4.2.3 适宜回流比 (14)

4.2.4 操作线方程 (14)

4.2.5 理论板的计算和实际塔板数的确定 (14)

4.2.6 实际塔板数的确定 (16)

第4.3节塔径的计算 (16)

4.3.1 精馏段 (16)

4.3.2 提馏段 (17)

第4.4节塔高的计算 (19)

第4.5节塔板结构尺寸及溢流装置的确定 (19)

4.5.1 堰长 (19)

4.5.2 溢流堰高 (19)

4.5.3 弓形降液管的宽度和面积：W

d 和A

f

(20)

4.5.4 降液管底隙高度:ho ........................................... 21 第4.6节 塔板的布置 . (21)

4.6.1 塔板分布 (21)

4.6.2 浮阀的数目与排列 (22)

4.6.3 鼓泡区面积 (22)

4.6.4 阀孔分布 (23)

4.6.5 孔速及动能因数：0u 和0F (23)

4.6.6 开孔面积和开孔率 ............................................ 23 第4.7节 塔板校核 (24)

4.7.1 气体通过浮阀塔板的压降：hp (24)

4.7.2 液泛 (24)

4.7.3 雾沫夹带 .................................................... 25 第4.8节 负荷性能图的计算 . (26)

4.8.1 雾沫夹带线 (26)

4.8.2 液泛线 (27)

4.8.3 液相负荷上限线 (28)

4.8.4 漏液线 (28)

4.8.5 液相负荷下限线 (28)

4.8.6 操作弹性 .................................................... 29 第4.9节 热量衡算 (29)

4.9.1 塔顶冷凝器换热面积的确定 (29)

4.9.2 冷却水消耗量 (29)

4.9.3 冷凝器 (29)

4.9.4 再沸器 (30)

第5章 辅助设备及选型与计算 .......................................... 31 第5.1节 管道尺寸的确定 (31)

5.1.1 塔顶蒸汽馏出管线 (31)

5.1.2 塔顶冷凝液管线 (31)

5.1.3 原料入口管尺寸 (31)

5.1.4 再沸器升气管 ............................................... 32 第5.2节 回流罐的确定 ............................................... 32 第5.3节 回流泵的选择 ............................................... 32 第5.4节 安全附件 (33)

第6章 结 论 (35)

重要符号一览表 (37)

参考文献 (39)

致 谢 (40)

第1章前言

第1.1节环氧乙烷概述

环氧乙烷是重要的石油化工产品，是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化工原料。2009年，全世界环氧乙烷产能已达到2200万吨，产量约为2000万吨。由于近年来对环氧乙烷的需求旺盛，每年环氧乙烷产能的增长量都在100万吨左右。

环氧乙烷常温常压下为无色气体，气味似醚，在低于10.7℃时是无色易流动的液体，其蒸汽对眼和鼻粘膜有刺激性，与水、酒精、乙醚相互混溶，化学性质非常活泼，能与许多化合物起加成反应。环氧乙烷为易燃、易爆、有毒液体，沸点在10.5℃，闪点-17.8℃，易溶于水和有机溶剂，与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限为2.6%-100%（体积），爆炸危险性极大。环氧乙烷特殊的三元环结构决定了环氧乙烷的特殊反应活性，能与许多物质发生开环反应，遇水则缓慢反应生成乙二醇，在精馏过程中会发生聚合反应，异构化反应和水合反应，高温下发生分解反应。在生产、储存、运输、使用过程中，防火防爆工作极为重要，必须进行全面危害识别、风险评估，制定并落实可靠安全措施，确保安全生产。

表1-1 环氧乙烷的物性数据

项目数值项目数值

沸点（101.325kPa）, K 283.6 燃烧热, (298K,101.3kPa), kJ/mol 1.304

熔点, K 160.65 生成热,kJ/mol

密度(20℃), g/cm30.8711 蒸汽71.13

折射率, n D7 1.3597 液体97.49

临界压力, MPa 7.23 着火温度, K 702

临界温度, K 468.9 自燃温度, K 644

爆炸极限（空气中）, %（体积） 2.6-100 表面张力（293K), mN/m 24.3