化工原理课程设计 苯-甲苯浮阀精馏塔设计

化工原理课程设计说明书目录摘要 (3)绪论 (3)<一>课程设计任务书 (4)<二>设计方案 (6)第一章塔板的工艺设计计算 (8)1.1相关基础物性数据 (8)1.2全塔物料衡算 (9)1.3塔板数的确定 (10)1.3.1平衡线方程的确定及绘制 (10)1.3.2相对挥发度 (12)1.3.3操作回流比的确定 (13)1.3.4理论塔板数的确定 (13)1.图解法求取 (13)2.逐板法求取 (15)1.3.5实际塔板数 (17)1.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (19)1.4.1进料温度的计算 (20)1.4.2操作压力的计算 (20)1.4.3平均摩尔质量的计算 (20)1.4.4平均密度计算 (21)1.4.5液体平均表面张力计算 (22)1.4.6液体平均粘度计算 (23)1.5 精馏塔工艺尺寸的计算 (23)1.5.1塔径的计算 (23)1.5.2精馏塔有效高度的计算 (28)1.6塔板主要工艺尺寸的计算 (28)1.6.1溢流装置尺寸的计算 (29)1.7浮阀数目、浮阀排列及塔板布置 (33)1.7.1塔板布置 (33)1.7.2浮阀塔的开孔率及阀孔排布 (35)1.8塔板流体力学验算 (38)1.8.1计算气相通过浮阀塔板的静压头降h f (38)1.8.2液泛及降液管中清夜层高度Hd (39)1.8.3计算雾沫夹带量e V (40)1.9塔板负荷性能图 (42)1.9.1雾沫夹带上限线 (42)1.9.2液泛线 (43)1.9.3 液相负荷上限线 (44)1.9.4液相负荷下限线 (44)1.9.5塔的操作弹性 (45)1.10小结 (46)第二章热量衡算 (46)2.1相关介质的选择 (47)2.1.1加热介质的选择 (47)2.1.2冷凝剂 (47)2.2热量衡算 (48)2.3焓值的计算 (49)第三章辅助设备 (52)3.1冷凝器的选型 (52)3.1.1计算冷却水流量 (52)3.1.2冷凝器的计算与选型 (52)3.2冷凝器的核算 (53)3.2.1管程对流传热系数α1 (53)3.2.2计算壳程流体对流传热系数α0 (54)3.2.3污垢热阻 (55)3.2.4核算传热面积 (55)3.2.5核算压力降 (55)第四章塔附件设计 (58)4.1接管 (58)4.1.1进料管 (58)4.1.2回流管 (58)4.1.3塔底出料管 (58)4.1.4塔顶蒸气出料管 (59)4.1.5塔底进气管 (59)4.2筒体与封头 (59)4.2.1筒体 (59)4.3除沫器 (59)4.4裙座 (60)4.5人孔 (60)4.6塔总体高度的设计 (60)4.6.1塔的顶部空间高度 (60)4.6.2塔的底部空间高度 (61)4.6.3塔立体高度 (61)设计结果汇总 (62)结束语 (63)参考文献 (64)主要符号说明 (65)66(完)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26。

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13。

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。

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。

(一)课程设计任务书一、设计题目： 7.0万吨 分离苯－甲苯 混合液的浮阀精馏塔设计 二、原始数据及操作条件1．生产能力：年处理苯－甲苯混合液7.0万吨(开工率300天/年) 2. 原 料：苯的含量44%（质量分数，下同） 进料状况自选3. 分离要求：塔顶馏出液中苯含量不低于95% 塔底釜液中含苯量不高于2%4. 操作压力：常压101.3 kPa 操作塔顶表压4 kPa 单板压降不低于0.7 kPa 5. 回 流 比：R=(1.1～2.0)R min 这里 R=1.7 R min 6. 塔顶采取用全辽凝气泡点回流 7. 塔釜采用间接饱和水蒸气加热8．加料状态： q=1.0 单板压降： 0.7a kp三、设计内容1. 精馏流程的确定（附流程简图）；2. 精馏塔的物料衡算、塔板数的确定、工艺条件及相关物性数据的计算；3. 精馏塔和塔板主要工艺尺寸的计算、塔板流体力学的校核并作出塔板负荷性能图。

4.精馏塔的物料衡算；5.精馏塔接管尺寸计算；6.绘制生产工艺流程图；7.绘制精馏塔设计条件图；8.对设计过程的评述和有关问题的讨论。

四、设计要求1. 设计程序简练清楚，结果准确并汇总表；2. 计算公式、图表正确并注明来源，符号和单位要统一。

五、设计日期2011年5月15日至2011年5月31日职责设计制图签 名日期年处理×××浮阀精馏塔工艺流程图江苏工业学院 系 专业化工原理课程设计序 号名 称规 格数 量备 注V-101V-102V-103P-101P-102P-103E-101E-102E-103E-104E-105C-101A106原料贮罐釜液贮罐产品贮罐原料泵釜液泵产品泵原料预热器再沸器全凝器冷却器冷却器精馏塔分配器1111111111111疏水器取样口调节阀截止阀冷凝水冷却水(出)冷却水(入)低压蒸汽名 称疏水器DL WL釜液产品液位流量温度压力放空名 称代 号LMCWCWR SCL F T P 图 例PTPT FP TFL LPTTF TT FFFLLM CWCWR SCWL DL 下水道V-101P-101V-102V-103P-102P-103E-102E-101E-101E-103E-105A-106C -101二、生产工艺流程简图示例审核（二）设计方案的选择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2倍。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。

连续精馏塔流程流程图连续精馏流程附图图1-1 流程图2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。

塔板工艺计算流体力学验算塔负荷性能图全塔热量衡算塔附属设备计算图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=2.0Rmin。

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。