1、1年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计化 工 原 理 课 程 设 计题目 年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计学生姓名 学 号教学院系专业年级指导教师 职 称单 位辅导教师 职 称单 位完成日期 2012 年 7 月 4 日2年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计目录1.绪论-91.1 概述-91.2 化工原理课程设计任务书-91.3 精馏塔设计方案的选定-102.精馏工艺流程示意图-103.精馏塔塔板数及全塔效率的确定-113.1 精馏塔的物料衡算-113.2 塔板数的确定-113.2.1 最小回流比与操作回流比确定-113.2.2 精馏塔的气液相负荷-13
2、3.2.3 精馏段及提馏段的操作线方程-133.2.4 操作回流比下理论板数确定-133.3 全塔效率及实际塔板数的确定-143.3.1 基础数据的求取-143.3.2 精馏段平均效率的确定及精馏段实际板数-163.3.3 提馏段平均效率的确定及提馏段实际板数-163.3.4 全塔效率的确定及全塔实际板数-164.精馏段部分的相关计算-164.1 精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算-164.1.1 平均操作压力的计算-164.1.2 平均操作温度的计算-173年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计4.1.3 平均摩尔分子量的计算-174.1.4 液相平均表面张力的计算-174.1.
3、5 气液平均密度的计算-18（一）液相平均密度的计算-18（二）气相平均密度的计算-194.1.6 液相平均粘度的计算-194.2 精馏段塔体主要工艺尺寸的计算-194.2.1 塔径的计算-194.2.2 精馏塔有效高度的计算-214.3 精馏段塔板主要工艺尺寸的计算-214.3.1 溢流装置-21（一）溢流堰长的计算-21（二）溢流堰高度的计算-21（三）降液管宽度和截面积的计算-22（四）降液管底隙高度的计算-234.3.2 塔板布置问题-23（一）边缘区宽度与入口安定区高度选定-23（二）开孔区面积计算-23（三）筛孔的计算及排列-234.4 精馏段塔板的流体力学验算-244.4.1 塔
4、板压降-24（一）干板阻力计算-244年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计（二）液层阻力的计算-24（三）液体表面张力阻力的计算-25（四）总板阻力的计算-25（五）塔板压降的计算-254.4.2 液面落差-264.4.3 雾沫夹带验算-264.4.4 漏液验算-264.4.5 液泛验算-264.5 精馏段塔板负荷性能图的绘制-274.5.1 漏液线的确定-274.5.2 液沫夹带线的确定-274.5.3 液相负荷下限线的确定-284.5.4 液相负荷上限线的确定-284.5.5 液泛线的确定-294.5.6 精馏段塔板负荷性能图的绘制及操作弹性的计算-305.提馏段部分的相关计算
5、-315.1 提馏段工艺条件及有关物性数据的计算-315.1.1 平均操作压力的计算-315.1.2 平均操作温度的计算-315.1.3 平均摩尔分子量的计算-315.1.4 液体平均表面张力的计算-325.1.5 气液平均密度的计算-325年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计（一）液相平均密度的计算-32（二）气相平均密度的计算-335.1.6 液体平均粘度的计算-335.2 提馏段塔体主要工艺尺寸的计算-335.2.1 提馏段塔径的计算-335.2.2 提馏段有效高度的计算-345.3 提馏段塔板主要工艺尺寸的计算-345.3.1 溢流装置-34（一）溢流堰长的计算 -34（二
6、）溢流堰高的计算-35（三）降液管宽度及截面积的计算-35（四）液体在降液管内停留时间的计算-35（五）降液管底隙高度的计算-355.3.2 塔板布置-36（一）边缘区宽度与入口安定区高度的选取-36（二）开孔区面积的计算-36（三）筛孔的计算及排列-365.4 提馏段塔板流体力学验算-365.4.1 塔板压降的计算-36（一）干板阻力的计算-37（二）液层阻力的计算-37（三）液体表面张力阻力的计算-376年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计（四）总板阻力及塔板压降的计算-375.4.2 液面落差-375.4.3 雾沫夹带量的验算-375.4.4 漏液验算-385.4.5 液泛验
7、算-385.5 提馏段塔板负荷性能图的绘制-385.5.1 漏液线的确定-385.5.2 液沫夹带线的确定-395.5.3 液相负荷下限线的确定-405.5.4 液相负荷上限线的确定-415.5.5 液泛线的确定-415.5.6 负荷性能图的绘制及提馏段操作弹性的计算-416.塔附件的设计-426.1 接管设计-426.1.1 塔顶蒸汽出料管的设计 -426.1.2 回流管的设计 -42 6.1.3 进料管接管设计 -43 6.1.4 塔釜进气管的设计-436.1.5 再沸器残液出料管的设计-436.1.6 冷凝水管的设计-446.2 裙座设计-447年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔
8、的设计6.3 人孔设计-446.4 塔总体高度的确定-446.4.1 塔的顶部空间高度-456.4.2 塔的底部空间高度-456.4.3 塔的总体高度计算-457.附属装置的设计-467.1 塔顶冷凝器的设计-467.1.1 冷凝蒸汽量及热负荷的计算-467.1.2 传热面积的初步估算-467.1.3 冷却水用量-467.1.4 冷凝器基础数据计算-46（一）管径和管内流速选择-47（二）管程数和传热管数计算-47（三）传热管排列方法-47（四）壳体内径及折流板选择-477.1.5 冷凝器的核算-47（一）管、壳程雷诺数及流速的核算-47（二）管、壳程流体阻力的核算-48（三）管、壳程对流给热
9、系数的核算-49（四）传热系数的计算-507.2 塔底再沸器的设计-507.3 冷凝水泵的选型-518年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计7.4 进料泵的选型-518.附录-538.1 精馏塔设计结果汇总-538.2 主要符号说明-54参考文献-56课程设计总结-579年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计1.绪论1.1 概述塔设备一般分为级间接触式和连续接触式两大类。前者的代表是板式塔，后者的代表则为填料塔。一般，与填料塔相比，板式塔具有效率高、处理量大、重量轻及便于检修等特点，但其结构较复杂，阻力降较大。在各种塔型中，当前应用最广泛的是筛板塔和浮阀塔。筛板塔塔内装若干
10、层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业中得到广泛的应用，精馏过程是中能量计的驱动下，使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合物中各组分的分离。该过程是同时进行传质传热的过程。本设计中即通过在筛板
11、塔中的精馏过程来处理一定量和组成的苯、甲苯混合物。在设计过程中我们应考虑到设计的精馏塔应具有较大的生产能力并满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。节省能源，综合利用余热。经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。另一方面影响到所需传热面积的大小。即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能 等直接关系到生产过程的经济问题。R本次课程设计主要依据已学的化工原理 、 化学反应工程 、 分离过程和化工热力学的相关知识，同时学习和搜集其他相关知识以及信息，才能将设计任务圆满完成，本次设计主要涉及的计算有：物料衡算，塔工艺计算，塔板结构设计以及校核等。1.2 化工原理课程设计
12、任务在常压操作的连续精馏塔内分离苯-甲苯混合液。已知原料液的年处理量为11600 吨，年工作日为 300 天，原料液中苯的含量为 50%（摩尔分数，下同） ，要求塔顶馏出液中苯的组成为 95%，塔底釜液含苯量低于 3%，进料温度为料10年产量 1.16 万吨苯甲苯连续精馏筛板塔的设计液泡点；进料热状况为：泡点进料；采用间接蒸汽加热，回流比自选。设计各项条件绘表如下：表 1-1 本次设计各项条件操作压力 进料热状况 单板压降 加热方式 回流比 产品要求（苯，mol%）塔顶为常压 泡点进料 0.9kPa 间接蒸汽加热 自选 馏出液： 95%塔釜： 3%1.3 精馏塔设计方案的选定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。设计中规定采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送人精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点温度下一部分回流至塔内，其余部分产品经冷却器冷却后送至储罐。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 1.5 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。2.精馏工艺流程图依据一般精馏过程的原理，通过 AutoCAD 绘图软件制得精馏工艺流程图，如下图 2.1 所示图 2.1 精馏工艺流程示意图
