1、分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计化学与环境工程学院分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计专 业： 化学工程与工艺 学 号： 040840221 姓 名： 张 明 指导教师： 谭志斗 周红艳 日 期： 二零一一年四月十六日 分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计目 录Context第一章 前言1.1 苯和甲苯在工业中的用途1.2 精馏原理及其在工业生产中的应用1.3 精馏操作的特点及其对塔设备的要求1.4 常用板式塔的类型及本设计的选型1.5 本设计所选塔的特性1.6 相关物性参数说明第二章 设计题目及设计任务书第三章 工艺条件的确定和说明3.1 确定操作压力3.2 确定进料状
2、态3.3 确定加热剂和加热方式3.4 确定冷却剂及其进出口温度第四章 流程的确定和说明4.1 流程4.2 流程说明第五章精馏塔的设计计算5.1 全塔的物料衡算5.1.1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率5.1.2 料液及塔顶底产品平均摩尔质量5.1.3 料液及塔顶底产品摩尔流率5.2 回流比的确定5.3 塔板数的确定5.4 气液负荷计算5.4.1 平均压强5.4.2 平均分子量5.4.3 液体的平均粘度5.4.4 液体的平均密度5.4.5 体积流量5.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算5.5.1 塔径的计算5.5.2 精馏塔有效高度的计算5.6 塔板工艺结构尺寸的设计与计算5.6.1 溢流装置计算5.
3、7 浮阀的布置分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计5.7.1 阀孔速度5.7.2 开孔率5.7.3 阀孔总面积5.7.4 浮阀总数5.7.5 塔板上布置浮阀的有效操作面积5.7.6 浮阀的排列5.8 塔板流动性能校核5.8.1 液沫夹带量校核5.8.2 塔板阻力校核5.8.3 降液管液泛校核 5.8.4 液体在降液管中停留时间校核5.8.5 严重漏液校核5.9 塔板负荷性能图5.9.1 漏液线5.9.2 液沫夹带线 5.9.3 液相负荷下限线5.9.4 液相负荷上限线 5.9.5 液泛线5.9.6 塔板性能负荷图5.9.7 浮阀塔的工艺设计计算结果总表第六章 塔的机械设计 6.1、设计条
4、件6.2、按计算压力计算塔体和封头厚度6.3、塔设备质量载荷计算6.4、风载荷和风弯矩计算6.5、地震弯矩计算6.6、各种载荷引起的轴向应力6.7、塔体和裙座危险截面的强度及稳定校核 6.8、塔体水压试验和吊装时的应力校核6.9、基础环设计6.10、地脚栓设计第七章 设计结果的讨论及说明第八章 参考文献第九章 课程设计总结致谢分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计中文摘要：目前用于气液分离的传质设备主要采用板式塔，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏过程。浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面都比较优越。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
5、的速度水平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上下浮动，自行调节。其中精馏塔的工艺设计计算包括塔高、塔径、塔板各部分尺寸的设计计算，塔板的布置，塔板流体力学性能的校核及绘出塔板的性能负荷图。关键词： 气液传质分离 精馏 浮阀塔Abstract: Currently，the main transferring equipment that used for gas-liquid separation is tray column. For the separation of binary, we should use a continuous process. The advan
6、tages of the float value tower lie in the flexibility of operation, efficiency of the operation, pressure drop, producing capacity, and equipment costs. Its main feature is that there is a floating valve on the hole of the plate, then the air can come into the tray plate at a steady rate and make co
7、ntract with the level of liquid, so that the flow valve can fluctuate and control itself according to the size of the air. The calculations of the distillation designing include the calculation of the tower height, the tower diameter, the size of various parts of the tray and the arrangement of the
8、tray, and the check of the hydrodynamics performance of the tray. And then draw the dray load map. Key words：gas-liquid mass transfer rectification valve tower分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计第一章 前 言 1.1 苯、甲苯在工业中的用途1.苯在工业中的用途我国纯苯消费结构如下：2 72 5用于合成苯乙烯，聚酰胺树脂(环己烷) 约占 126 5，苯酚约占 113 7，氯化苯约占 l098，硝基苯约占 98，烷基苯约占 78 4，
9、农用化学品约占 556，顺酐约占 47l，其它医药、轻工及橡胶制品业等约占 984。 苯乙烯是纯苯最主要的消费用途，生产能力约 70100 万吨年。环已烷是仅次于苯乙烯的纯苯消费产品，主要用于生产尼龙 6和尼龙 66等产品，国内产能达到 3045 万吨年。苯酚是消耗纯苯较多的化工产品之一，我国苯酚的需求增长较快，预计 20002003年，国内苯酚对纯苯的需求量将以年均 6的速度增长。氯化苯的产量约为 20万吨年，对纯苯的需求量将以年均 3的速度增长。硝基苯产量约为 25万吨年，预计近期内对纯苯的需求将以每年 5的速度增长。烷基苯的产量约 35万吨年，预计近几年对纯苯的需求会以年均 5的速度增长
10、。顺酐的产量增长很快，l990 年顺酐产量仅为 19 8万吨，目前产量约为 78 万吨年，其对纯苯的年需求增长率估计将达到 7。86苯用于制造苯乙烯、苯酚、坏乙烷和其他有机物。剩余部分主要用于制造洗涤剂、杀虫剂和油漆清除剂。苯可作为汽油一种成份，含量2。 分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计另外，包装印刷行业目前广泛使用的油墨以苯、乙醚之类的有毒有机试剂为溶剂，油墨中有机溶剂含量一般为 3070，这不仅导致印刷车间内存在易燃易爆的危险隐患，而且这类溶剂在印刷过程中全部挥发，严重污染车间及大气环境，对印刷操作工人及周围居民的健康构成威胁。 2.甲苯在工业中的用途甲苯可用作生产苯和许多其他化
11、工产品的原料。如油漆、清漆、亮漆、粘合剂及油墨制造业及天那水配方用之稀释剂，树脂溶剂；化学及制造业用之溶剂；尤以萃取及脱脂两工序最为适合。另也为化学合成用之原料。还可用作汽油的掺合组分以提高辛烷值，也是涂料、油墨和硝酸纤维素的溶剂。由甲苯生产的一系列中间体，称甲苯系中间体。化工方面主要用以生产苯及二甲苯，其下游主要产品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化苄、间甲酚、甲苯二异氰酸酯等，还可生产很多农药和医药中间体。另外，甲苯具有优异的有机物溶解性能，是一种有广泛用途的有机溶剂。甲苯容易发生氯化，生成苯氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；
12、它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。甲苯是重要的化工原料。也是燃料的重要部分。城市空气中的甲苯，主要来自与汽油有关的排放及工业活动造成的溶剂损失和排分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计放。贮运过程中的意外事故是甲苯的又一个污染源。甲苯能被强氧化剂氧化，为一级易燃品。甲苯易挥发，在环境中比较稳定，不易发生反应。由于空气的运动，使其广泛分布在环境中。水中的甲苯可迅速挥发至大气中。甲苯为一级易燃物，其蒸气与空气的混合物具爆炸性。发生爆炸起火时，冒出黑烟，火焰沿地面扩散。1.2 精馏原理及其在工业生产
13、中的应用精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同将混合物进行分离。在精馏塔中，再沸器或塔釜产精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。化工成产中，精馏主要用于以下几种目的:1)获得馏出液塔顶的产品；2)将溶液多级分离后，收集馏出液，用于获得甲苯，氯苯等；3)脱出杂质获得纯净的溶剂或半成品，如酒精提纯，进行精馏操作的设备叫做精馏塔。生的蒸汽沿塔逐渐上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质、传热，重
14、组分下降，使混合液达到一定程度的分离。如果离开某一块塔板（或某一分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计段填料）的气相和液相的组成达到平衡，则该板（或该段填料）称为一块理论板或一个理论级。然而，在实际操作的塔板上或一段填料层中，由于气液两相接触时间有限，气液两相不到平衡状态，即一块实际操作的塔板（或一段填料层）的分离效果常常达不到一块理论板或一个理论级的作用。要想达到一定的分离要求，实际操作的塔板数总要比理论的板数多，或所需的填料层高度要比理论上的要高。1.3 精馏操作的特点及其对塔设备的要求1.精馏操作的特点从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾
15、的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：1)沸点升高 精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。2)物料的工艺特性 精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计和必须考虑的问题。
16、3)节约能源 精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题2.精馏操作对塔设备的主要要求1：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。2：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。 3：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。 4：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，而不会使效率发生较大的变化。 5：结构简单，造价低，安装检修方便。 6：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。1.
17、4 常用板式塔的类型及本设计的选型塔板是板式塔的主要构件，分为错流式塔板和逆流式塔板两类 ，工业应用以错流式塔板为主，常用的错流式塔板有：泡罩塔板、筛孔塔板和浮阀塔板。我们应用的是浮阀塔板，因为它是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两种塔板的优点。它具有结构简单，制造方便，造价低；塔板开孔率大，生产能力大；由于阀片可随气量变化自由升降，故操作弹性大，因上升气流水平吹入液层，气液接触时间较长，故塔板效率较高。分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计1.5 本设计所选塔的特型1.浮阀塔的特点是： 1生产能力大，由于塔板上浮阀安排比较紧凑，其开孔面积大于泡罩塔板，生产能力 比泡罩塔板
18、大 20%40%，与筛板塔接近。 2操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量的变化，因此维持正常操作而允的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 3塔板效率高，由于上升气体从水平方向吹入液层，故气液接触时间较长，而雾沫夹带量小，塔板效率高。 4气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差比泡罩塔小。 5塔的造价较低，浮阀塔的造价是同等生产能力的泡罩塔的 50%80%，但是比筛板塔高 20%30。 本设计所用塔为浮阀板式塔，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的进入塔板上液层进行两相接触。浮阀可根据气流的大小而上下浮动，自行调节。1.6 相关物性参数说明表一 苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据）（ Ct0mHgP苯 mgP甲 苯 分苯x分苯y80.02 760 300 1.000 1.00084.0 850 333 0.823 0.92288.0 957 379.5 0.659 0.830
