精馏塔设计

目录

目录 ................................................................................................................................................................ 1 一．前言 ........................................................................................................................................................ 2 1.1概述 ...................................................................................................................................................... 2 1.2 设计任务及要求.................................................................................................................................. 3 1.3 设计方案 ............................................................................................................................................. 3 二．塔的工艺计算 ........................................................................................................................................ 4 2.1物料衡算 .............................................................................................................................................. 4 2.2理论板数的确定 .................................................................................................................................. 4 2.3塔径及塔高的确定 .............................................................................................................................. 7 2.3.1操作参数及物性参数的确定 ....................................................................................................... 7

(1) 压强 ................................................................................................................................................. 7 (2)平均温度 ........................................................................................................................................... 8 (3)平均分子量 ....................................................................................................................................... 8 (4)平均密度 ........................................................................................................................................... 8 (5)表面张力 ........................................................................................................................................... 9 (6)液体黏度 ......................................................................................................................................... 10 (7)气液负荷计算 ................................................................................................................................. 10

2.3.2塔板工艺尺寸计算 ......................................................................................................................11

(1)塔径 ................................................................................................................................................. 11 （2）塔的有效高度 ............................................................................................................................ 12 (3)溢流装置计算 ................................................................................................................................. 12 (4)塔板布置与浮阀数目及排列 .......................................................................................................... 15

2.3.3塔板流体动力学验算 ..................................................................................................................17

精馏段计算 .......................................................................................................................................... 17 提留段计算 .......................................................................................................................................... 17

2.3.4塔板的负荷性能图 ......................................................................................................................20

(1)雾沫夹带线 ..................................................................................................................................... 20 (2)液泛线 ............................................................................................................................................. 20 （3）液体负荷上限线 ........................................................................................................................ 21 (4)漏夜线 ............................................................................................................................................. 21 (5) 液相负荷下限线............................................................................................................................ 22

三．设计结果一览表 ...................................................................................................................................24 四.个人总结及对本设计的评述 ..................................................................................................................25 五.参考文献 ..................................................................................................................................................26

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一．前言

化工原理课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到以化工单元操作为主的化工设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握典型单元操作设计的主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。

1.1概述

塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，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，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，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。

工业上对塔设备的主要要求是：（1）生产能力大；（2）传热、传质效率高；（3）气流的摩擦阻力小；（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）有降液管的塔板，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）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等。

浮阀塔广泛用于精馏、吸收和解吸等过程。其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。

浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀，此型又分为F－1型（V－1型）、V－4型、十字架型、和A型，其中F－1型浮阀结构较简单、节省材料，制造方便，性能良好，故在化工及炼油生产中普遍应用，已列入部颁标准（JB－1118－81）。其阀孔直径为39mm，重阀质量为33g，轻阀为25g。一般多采用重阀，因其操作稳定性好。

浮阀塔的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较泡罩塔简单

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1.2 设计任务及要求

设计题目：浮阀式间接加热精馏设计 原料：甲苯~苯溶液，处理能力：6800kg/h 甲苯含量：41%(质量分数)，苯59%(质量分数)

设计要求：馏出液甲苯含量不小于90%(质量分数)

釜液甲苯含量不大于3%(质量分数) 操作压力：自选 进料温度：泡点 进料状况：泡点 加热方式：间接蒸汽加热

1.3 设计方案

总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和成本，少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下：

一：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流 动。

二：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。 三：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。

四：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。

五：结构简单，造价低，安装检修方便。

六：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等

本次实验我们根据所给条件设计出塔的各项参数及其附属设备的参数。

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二．塔的工艺计算

2.1物料衡算

(1)原料液及塔顶、塔底摩尔分率

苯:MA=78kg/kmol 甲苯:MB=92 kg/kmol 进料液中轻组分质量分数为41％的摩尔分率 XF=

0.41/M0.41/MAAB?(1?0.41)/M?0.41/780.41/78?0.59/92?0.45

塔顶轻组分质量分数为90％的摩尔分率 XD=

0.90/M0.90/MAAB?(1?0.90)/M?0.90/780.90/78?0.1/92?0.91

塔底轻组分质量分数为3％的摩尔分率 XW=

0.03/M0.03/MAAB?(1?0.03)/M?0.03/780.03/78?0.97/92?0.035

(2)原料液、塔顶、塔底产品的平均摩尔质量

原料液:MF=xFMA+(1-xF)MB=0.45×78+(1-0.45)×92=85.70kg/kmol 塔 顶: MD=xDMA+(1-xD)MB=0.91×78+(1-0.91)×92=79.26kg/kmol 塔 底: MW=xWMA+(1-xW)MB=0.035×78+(1-0.035)×92=91.51kg/kmol (3)物料衡算 原料液处理量F=

6800MF?6800MF?79.35kmol/h

总物料衡算 F=D+W 轻组分物料衡算 FxF=DxD+Wxw 79.35=D+W 79.35×0.45=0.91D+0.035W ∴ D=37.63kmol/h W=41.72kmol/h

2.2理论板数的确定

所谓理论板就是离开某块塔板的气液两相互成平衡,且塔板上的液相组成也是均匀的。

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精馏塔的理论板数可通过”逐板计算法”或”图解法”求得 最小回流比 最小回流比: Rmin?xD?yeyq?xe?1.119

由吉利兰图解，将Rmin优化，如下图：

取拐点有Rmin=1.44，为最优回流比在（1.2~2Rmin）之间，符合要求。

10.950.90.850.80.750.70.65相平衡图气相(Y)0.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.05000.00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.90.955555555551液相（X）

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