苯 甲苯精馏浮阀塔设计 

内蒙古科技大学课程设计说明书

摘要

化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

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，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，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成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的分离苯和甲苯混合物精馏塔。

化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。 在设计过程中应考虑到设计的精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，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。

本课程设计的主要内容是过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。

关键词：苯、甲苯、精馏塔、单元操作、气液相分离

I

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概述

1．设计题目

分离苯和甲苯混合物的浮阀精馏塔

2．工艺条件

原料组成：35%苯，65%甲苯（摩尔分率，下同） 进料液流量：进料流量F=6kg/s

产品组成：馏出液组分98%苯，釜液为1.6%苯 操作压力：塔顶压强为常压 进料温度：泡点 进料状况：泡点

加热方式：间接蒸汽加热 回流比：自选

3．设计内容

1．确定精馏装置流程，绘出流程示意图。 2．工艺参数的确定

基础数据的查取及估算，工艺过程的物料衡算及热量衡算，理论塔板数，塔板效率，实际塔板数等。

3．主要设备的工艺尺寸计算

板间距，塔径，塔高，溢流装置，塔盘布置等。 4．流体力学计算

流体力学验算，操作负荷性能图及操作弹性。 5．主要附属设备设计计算及选型

塔顶全凝器设计计算：热负荷，载热体用量，选型及流体力学计算。 料液泵设计计算：流程计算及选型。

4．工艺流程图

II

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原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。

III

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目录

第一章 物料衡算与操作线方程............................................... 1

1.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算....................................... 1 1.2精馏段操作线方程................................................... 2 1.2.1最小回流比的确定..............................................2

1.2.2适宜回流比的确定..............................................3 1.2.3操作线方程....................................................4

第二章 理论塔板数的确定................................................... 5 第三章 实际板层数的确定................................................... 6

3.1 塔板总效率的估计...................................................6 3.2层数的确定......................................................... 8 第四章 塔和塔板主要的工艺尺寸的设计....................................... 9

4.1设计中所有参数的确定............................................... 9

4.1.1定性温度的确定................................................9 4.1.2精馏段参数....................................................9 4.1.3提馏段参数的确定.............................................11 4.2初选塔板间距...................................................... 12 4.3塔径的计算：（以精馏段数据为准）....................................13

4.3.1初步计算塔径.................................................13 4.3.2 塔径圆整.................................................... 15 4.4溢流装置与流体流型................................................ 15

4.4.1溢流堰（出口堰）.............................................16 4.4.2降液管.......................................................17 4.5塔板设计.......................................................... 19

4.5.1塔板布置.....................................................19 4.5.2浮阀塔的开孔率及阀孔排列.....................................20 4.6浮阀塔板得液体力学验算............................................ 23

4.6.1气体通过浮阀塔板时的压强降为.................................23 4.6.2液泛.........................................................25 4.6.3雾沫夹带.....................................................26 4.7塔板负荷性能图.................................................... 27

4.7.1雾沫夹带上限线...............................................27 4.7.2液泛线.......................................................28 4.7.3液相负荷上限线...............................................29

4.7.4泄漏线-气相负荷下限线........................................29

4.7.5液相负荷下限线...............................................29 4.7.6塔的操作弹性.................................................29

4.8接管...............................................................31 4.8.1进料管规格...................................................31 4.8.2回流管.......................................................31 4.8.3釜液出口管规格...............................................32 4.8.4顶部蒸汽排出管规格...........................................32

IV

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4.9法兰...............................................................33 第五章 塔体结构.......................................................... 34 5.1塔顶空间...........................................................34 5.2塔底空间...........................................................34 5.3人孔...............................................................34 5.4塔高...............................................................34 5.5筒体、封头与裙座...................................................35 5.6计算地脚螺栓直径...................................................36 5.7吊柱...............................................................36 5.8除沫器.............................................................36 设计结果汇总............................................................. 38 参考文献：................................................................39

致谢..................................................................... 40

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