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精馏塔设计说明书(最全)

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引 言

塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。

设计方案的确定和流程说明

1. 塔板类型

精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。

浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。本设计采用浮阀塔板。

2. 加料方式

加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。

采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用泵直接加料。

3. 进料状况

进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。

对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段和提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。

4. 塔顶冷凝方式

苯和甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。

5. 回流方式

回流方式可分为重力回流和强制回流。

本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔顶安装，故采用强制回流。

6. 加热方式

加热方式分为直接蒸气和间接蒸气加热。直接蒸气加热在一定回流比条件下，塔底蒸气对回流液有稀释作用，从而会使理论塔板数增加，设备费用上升。故本设计采用间接蒸气加热方式。

7. 操作压力

苯和甲苯在常压下相对挥发度相差比较大，因此在常压下也能比较容易分离，故本设计采用常压精馏。

综上所述，本设计任务为分离苯-甲苯混合物，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，由于苯和甲苯属于易分离的体系，所以采用常压精馏。由于冷液进料加大提馏段的回流液流量，从而增大其负荷，所以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。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经产品冷却后送至储罐。

第一章 精馏塔的工艺设计

第一节 精馏塔全塔物料衡算[1]

已知苯摩尔质量——78.11kg/kmol；甲苯摩尔质量——92.13kg/kmol

原料液组成Fx（摩尔分数，下同）：

Fx=35/78.1135/78.1165/92.13=0.3884=38.84%

塔顶组成Dx：Dx=95.0/78.1195/78.115/92.13=0.9573=95.73%

塔底组成Wx：Wx=2.5/78.112.5/78.1197.5/92.13=0.0294=2.94%

原料液的平均摩尔质量M：

M=0.3884×78.11+(1-0.3884)×92.13=86.68kg/kmol

进料量F：F=6000kg/h=6000/86.68kmol/h=69.22 kmol/h

物料衡算式：F=D+W，FFx=DDxWWx 其中D为塔顶产品流量，kmol/h;W为塔釜残液流量，kmol/h

联立解得：D=26.78kmol/h,W=42.44kmol/h 第二节 基本数据

1. 常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）和温度关系

表1-1常压下甲苯-间甲苯酚气液平衡组成（摩尔）和温度关系[3]

苯的摩尔分数 温度/Co 苯的摩尔分数 温度/Co 液相（%） 气相（%） 液相（%） 气相（%）

0.0 0.0 475.35 23.4 86．0 419.25

2.5 27.3 462.15 25.3 87.0 418.35

5.8 46.6 454.15 27.8 88.5 415.35

7.8 53.5 448.95 33.0 90.9 410.75

9.7 58.8 446.95 49.3 95.1 400.95

10.3 60．8 446.05 52.8 95.8 398.95

11.9 67.4 440.85 66.5 97.2 393.95

12.5 69.4 438.95 76.5 98.2 390.15

15.0 75.6 432.95 1.0 1.0 383.85

17.3 78.2 430.25

利用表中数据由拉格朗日插值法求得下列温度

① Ft：0.3084.386.987.390.302.956.98Ft， Ft=95.50Co

② Dt：0.9573.952.810.1000.952.802.81Dt， Dt=81.05Co

③ Wt：0.094.26.1108.80.01.1066.110Wt， Wt=109.10Co

④ 精馏段平均温度：1t95.5081.0588.32oC

⑤ 提馏段平均温度：295.50109.10102.32otC

⑥ 气体温度：DVt：9.9773.952.819.977.952.813.82DVt ，DVt=82.3Co；

WVt：2.2194.21.1062.210.01.1066.110WVt， WVt=110.0Co 2 密度

表1-2 液态芳烃的密度（kg/m3）[4]

温度 40 60 80 100 120 140

苯 857.3 836.6 815.0 792.5 768.9 744.1

甲苯 848.2 829.3 810.0 790.3 770.0

748.8

已知：混合液密度：1ABLABaa [3] （1.1）

混合气密度：V22.4M00TpTp （1.2）

其中a为质量分率，M为平均相对分子质量。

(1) 精馏段：188.3otC

① 求苯，甲苯

0.815803.880.8155.7920.800.100苯， 苯=805.7kg/m3

810.00.803.880.8103.7900.800.100甲苯， 甲苯=801.8kg/m3

② 求平均组成

液相组成1x:2.594.893.880.702.598.864.891x， 1x=0.638

气相组成1y:9.784.893.883.859.788.864.891y， 1y=0.816

③ 求平均摩尔质量

L1A1B1M=M+M(1-)xx

=78.11×0.638＋92.13×(1－0.638)=83.2 kg/kmol

V1A1B1M=M+M(1-)yy

=78.11×0.816＋92.13×(1-0.816)=80.7 kg/kmol

④ 求Aa 599.0)638.01(13.92638.011.78638.011.78Aa

⑤求1L,1V

8.801599.017.805599.011L， 1.8041Lkg/m3

31273.1580.72.7/22.4(273.1588.3)Vkgm

(2) 提馏段：2t＝102.3Co

⑤ 求苯，甲苯

5.7920.1003.1025.7929.7680.1000.120苯 ， 789.8苯kg/m3

790.3100.0102.3790.3770.0100.0120.0甲苯 ， 788.0甲苯kg/m3

⑥ 求平均组成

液相组成2x:8.81.1063.1020.208.82.1021.1062x， 2x=0.197

气相组成2y:2.211.1063.1020.372.212.1021.1062y， 2y=0.366

⑦ 求平均摩尔质量

L2A2B2M=M+M(1-)xx

=78.11×0.197＋92.13×(1-0.197)=89.4 kg/kmol

V2A2B2M=M+M(1-)yy

=78.11×0.366＋92.13×(1-0.366)=87.0 kg/kmol

⑧ 求Aa

17.0)197.01(13.92197.011.78197.011.78Aa

⑨ 求2L,2V 0.78817.018.78917.012L， 3.7882L kg/m3

8.2)3.10215.273(4.220.8715.2732Vkg/m3

3 混合物的粘度

表1-3 液态芳烃的粘度 (mPa·s)[4]

温度 40 60 80 100 120 140

苯 0.485 0.381 0.308 0.255 0.215 0.184

甲苯 0.459 0.373 0.311 0.264 0.228

0.200

利用内差法求得精馏段和提馏段平均温度下苯和甲苯的粘度

(1) 精馏段：1t＝88.3Co

0.3080.803.88308.0255.00.800.100A， A＝0.286mPa·s

311.080.088.30.3110.26480.0100.0B， B=0.291mPa·s

则精馏段粘度：

111(1)LABxx=0.286×0.638+0.291×(1-0.638)=0.288mPa·s

(2) 提馏段：2t＝102.3Co

255.00.1003.102255.0215.00.1000.120A， A＝0.250mPa·s

264.00.1003.102264.0228.00.1000.120B， B=0.260mPa·s

则提馏段粘度：

222(1)LABxx＝0.250×0.197＋0.260×(1－0.197)=0.258mPa·s

4．混合液体表面张力[7]

计算非水溶液混合物表面张力用Maclead-Sugden法。

公式：141[P]()nmiLmiVmiixy （1.3）

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精馏塔设计

精馏塔设计

化工原理课程设计说明书

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精馏塔设计

目 录

§1 设计任务书…………………………………………………………………………………

1

§1.1 设计条件…………………………………………………………………………… 1

§2 概述………………………………………………………………………………………… 1

§2.1 塔型选择…………………………………………………………………………… 1

§2.2 精馏塔操作条件的选择…………………………………………………………… 3

§2.3 再沸器选择………………………………………………………………………… 4

§2.4 工艺流程…………………………………………………………………………… 4

§2.5 处理能力及产品质量……………………………………………………………… 4

§3 工艺设计…………………………………………………………………………………… 5

§3.1 系统物料衡算 热量衡算………………………………………………………… 5

§3.2 单元设备计算……………………………………………………………………… 9

§4 管路设计及泵的选择……………………………………………………………………… 28

§4.1 进料管线管径……………………………………………………………………… 28

§4.2 原料泵P－101的选择…………………………………………………………… 31

§5 辅助设备的设计和选型…………………………………………………………………… 32 化工原理课程设计说明书

Page - 2 - of 30 §5.1 贮罐…………………………………………………………………………………

32

§5.2 换热设备…………………………………………………………………………… 34

§6 控制方案…………………………………………………………………………………… 34

精馏塔详细设计

精馏塔详细设计

二.精馏段的设计

1).塔径的设计

进料口：164.5tC 0.942320.0581832.026DMkgkmol

液态甲醇密度：31/750mkgA 表面张力：mNA/0185.01

液态水密度：31/985mkgB 表面张力：mNB/064.01

甲醇质量分数：10.94Aa

水的质量分数：10.024Ba

∴3110032.0621.143/8.31427264.5DVPMkgmRT

31111782.657/750985LABkgmaa

塔顶：287.7tC 320.995180.00532.65FMkgkmol

液态甲醇密度：32730/Akgm 表面张力：20.016/ANm

液态水密度：32/980mkgB 表面张力：20.061/BNm

甲醇质量分数：20.963Aa

水的质量分数：20.0002Ba

∴3210032.651.164/8.31427287.7FVPMkgmRT

32221757.931/730980LABkgmaa

3121.1431.1641.153/22VVVkgm

312782.657757.931770.294/22LLLkgm

32.06232.6532.356/22DFMMMkgkmol

VDSVMV=353.3832.0620.416/1.1533600ms LDSLML=3319.1632.0621.4210/770.2943600ms

0.01850.9420.0630.0580.061/Nm

V3/mkg L3/mkg SVsm/3 SLsm/3 mN/

化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

第1页共45页 一、设计题目

苯—氯苯填料精馏塔设计

二、设计数据及条件

原 料：苯和氯苯混合溶液，年处理能力为（7）万吨（开工率8000 小时/年），原料中苯的质量分数（0.34学号后两位）；进料热状态：自选。

分离要求：馏出液中苯的质量分率不低于95%釜残液中苯的质量分率不大于0.3%（1-10号）

操作压力：常压

建厂地址：家乡地区

单板压降：≤0.7kpa。

全塔效率：ET≥58%。

三、设计要求

（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：

1. 前言；

2. 流程与方案的选择说明与论证（附流程简图）

3. 精馏塔主要工艺结构尺寸设计计算（包括塔径、填料层高度、塔高的计算等）

4. 附属设备的选型和计算（包括冷凝器、再沸器、塔内构件：接管管径、除沫器、液体分布器、液体再分布器、支撑板、手孔、裙座等）

5. 填料塔流体力学计算（压力降、泛点率、气体动能因子等）

6. 设计结果列表

7. 设计评价

8. 主要符号和单位表

9. 参考文献

10. 致谢

（二）绘制带控制点的工艺流程图（3号图纸，CAD绘图）

第2页共45页 绘制精馏塔的工艺条件图（2号图

第3页共45页 第1页共40页目录前言.......................................................................................................3符号说明...................................................................................................31概述与设计方案简介...........................................................................51.1操作条件的确定........................................................................................................51.1.1操作压力.....................................................................................................................51.1.2进料状态.....................................................................................................................51.1.3加热方式.....................................................................................................................51.1.4冷却剂与出口温度......................................................................................................51.1.5热能的利用..................................................................................................................61.2确定设计方案的原则...............................................................................................61.2.1满足工艺和操作的要求..............................................................................................61.2.2满足经济上的要求......................................................................................................61.2.3保证安全生产..............................................................................................................71.3流程的确定和说明....................................................................................................72.1物料衡算.....................................................................................................................82.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率.......................................................................82.1.2全塔物料衡算..............................................................................................................82.2理论塔板数估算........................................................................................................82.2.2气液平衡线................................................................................................................102.2.3进料热状况参数..........................................................................................................112.2.4求最小回流比Rmin...................................................................................................112.2.5最佳回流比................................................................................................................122.2.6精馏段提馏段操作线................................................................................................142.2.7图解法求理论板数....................................................................................................152.3各种操作条件及相关的物性估算.......................................................................162.3.1操作温度估算............................................................................................................162.3.2平均摩尔质量估算....................................................................................................172.3.3液相平均粘度估算....................................................................................................182.3.4相对挥发度估算........................................................................................................202.3.5操作压力估算............................................................................................................202.3.6平均密度估算............................................................................................................212.4气液相负荷估算......................................................................................................232.4.1精馏段气液相负荷....................................................................................................232.4.2提馏段气液相负荷....................................................................................................243设备设计.............................................................................................243.1填料的选择...............................................................................................................243.2塔径的设计...............................................................................................................253.2.1精馏段塔径................................................................................................................253.2.2提馏段塔径................................................................................................................263.3填料层高度计算......................................................................................................27

(完整版)Aspenplus模拟甲醇、水精馏塔设计详细说明书

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Aspen plus模拟甲醇、水精馏塔设计说明书

一、 设计题目

根据以下条件设计一座分离甲醇、水混合物的连续操作常压精馏塔：

生产能力：24500吨精甲醇/年；原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品组成：塔顶甲醇质量分率≥94%w；塔底甲醇质量分率1 %w；进料温度：350.5K；塔顶压力常压；进料状态饱和液体。 二、 设计要求

对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并绘制塔设备图，并写出设计说明。

(1).进料、塔顶产物、塔底产物；

(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置NF；

(3).回流比R；

(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；

(5).塔内构件塔板或填料的设计。 三、分析及模拟流程

1.物料衡算（手算）

目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。

内容:

(1)生产能力:一年按300天计算，进料流量为

24500/（300*24）=3.40278 t/hr。

(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：

原料组成：甲醇50%w，水50%w；

产品:塔顶甲醇≥94%w；塔底甲醇《1% w。

(3).温度及压降：

进料温度：77.35摄氏度=350.5K；

2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算

目的:对精馏塔进行简捷计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、理论板数和加料板位置。

3.灵敏度分析

1

目的:研究回流比与理论板数的关系（NT-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。

方法:作回流比与理论塔板数的关系曲线（NT-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。

4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算

目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。

方法:用RadFrac模块进行精确计算，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。