1、本科毕业论文（20 届）3.5 万 t/a 甲苯-乙苯的精馏工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业论文I摘要本文设计主要是针对年处理量 3.5 万吨/年甲苯-乙苯精馏工艺设计。精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最为广泛的液体混合物分离操作，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门，在很长一段时期内精馏不可能被一些新兴分离过程所代替。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备是用于一定条件下能达到气液共存状态的混合物实现分离的专用设备，在其中气液两相直接接触进行热量和质量的传递。塔设备的投
2、资费用占整个工艺设备投资费用的比例较大，其所耗钢材也较多。因此，对精馏塔的工艺设计是很有必要和意义的。甲苯，是一种无色，带特殊芳香味的易挥发液体。沸点为110.6。 乙苯是一个芳香族的有机化合物。沸点为136.2。本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔，采用连续精馏方式分离甲苯-乙苯二元混合物，实现甲苯-乙苯的分离。在确定的工艺要求下，确定设计方案，设计内容包括精馏塔工艺计算，冷凝器设计和选型，再沸器的设计和选型，并且绘制带控制点工艺流程图和精馏塔设备装配图。关键词 筛板式精馏塔；再沸器；冷凝器；工艺设计本科毕业论文IIAbstractThis system is mainly aimed an
3、nual handling capacity of 3.5 million tons / year toluene - ethyl benzene distillation process design. Distillation is a liquid mixture obtained by returning to the separation of high purity distillation method is the most widely used industrial separation of liquid mixture operation, widely used in
4、 petroleum, chemical industry, light industry, food, metallurgy and other sectors, in a very long period of distillation separation process can not be replaced by some new. Tower equipment in the chemical, oil refining equipment, the production of one of the most important. Tower equipment is used u
5、nder certain conditions, to achieve a mixture of gas-liquid coexistence of special equipment to achieve separation, in which direct contact with the gas-liquid two-phase heat and mass transfer. Tower equipment investment costs account for the cost of the whole process a larger proportion of investme
6、nt in equipment, its consumption of steel is greater. Therefore, the process of distillation column design is necessary and meaningful. Toluene is a colorless, with special aromatic volatile liquids. Boiling point is 110.6 . Ethylbenzene is an aromatic organic compounds. Boiling point is 136.2 . The
7、 design task for the design of a certain capacity of the distillation column, continuous separation of toluene distillation method - ethylbenzene binary mixtures, toluene to achieve - the separation of ethylbenzene. In determining the process requirements, to identify design, design elements include
8、 distillation process calculation, design and selection of the condenser, reboiler design and selection, and draw with the control points and distillation equipment assembly process flow diagram Fig.Keywords sieve-type distillation column; reboiler; condenser; process design本科毕业论文I目 录摘要Abstract1 前言1
9、2 工艺流程说明32.1 产品介绍32.2 工艺流程概述32.3 操作条件和已知数据33 精馏塔的设计53.1 精馏塔的物料衡算53.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率53.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量53.1.物料衡算 53.2 塔板数的确定53.2.1 理论板层数的求取53.2.2 实际塔板数的求取83.3 塔的操作工艺条件及相关物性数据的计算83.3.1 操作压力计算83.3.2 操作温度计算83.3.3 平均摩尔质量计算83.3.4 平均密度计算93.3.5 液体平均表面张力计算 103.3.6 液体平均粘度计算 113.4 精馏塔的气、液相负荷计算133.4.1
10、 精馏段气、液相负荷计算 133.4.2 提馏段气、液相负荷计算 13 3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 133.5.1 塔径的计算 133.5.2 精馏塔有效高度的计算 15本科毕业论文II3.6 塔板主要工艺尺寸的计算 153.6.1 溢流装置计算153.6.2 塔板布置173.7 筛板的流体力学验算 193.7.1 塔板压降 193.7.2 液面落差 203.7.3 液沫夹带 203.7.4 漏液 213.8 塔板负荷性能图 223.8.1 精馏段塔板负荷性能图 223.8.2 提馏段塔板负荷性能图 253.9 精馏塔的设计计算结果汇总一览表 294 冷凝器的设计 314.1 确定设计方
11、案 314.2 确定物性数据 314.3 计算热负荷 314.3.1 壳程液流量 314.3.2 壳程流体的汽化潜热 314.3.3 热负荷 324.4 逆流平均温差 324.5 冷却水用量 324.6 估算传热面积 324.7 换热器的工艺结构尺寸 334.8 换热器核算 344.9 换热器主要结构尺寸和计算结果 375 再沸器的设计 385.1 有关物性的确定 385.2 估算传热面积、初选换热器型号 405.3 传热能力核算 415.4 循环流量的校核 465.4.计算循环推动力 46DP本科毕业论文III5.4.2 循环阻力 46fP5.4.3 循环推动力 与循环阻力 比值 48DfP
12、5.5 再热器主要结构尺寸和计算结果496 设备选型及汇总 507 工程概算 518 环境保护和安全措施 52心得与体会53参考资料54致谢55本科毕业论文11 前言精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最为广泛的液体混合物分离操作，广泛应用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。在很长一段时期内精馏不可能被一些新兴分离过程所代替，各国均有精馏的专门研究机构或基地,其规模与配备人力均胜于我国。精馏操作按不同方法进行分类。根据混合物的组分数，可以分为二元精馏和多元精馏；根据操作方式的不同，可以分为连续精馏和间歇精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普
13、通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏） 。若精馏过程同时伴有化学反应，则称为反应精馏。在精馏塔内，原料液自塔某适当位置连续地加入塔内，在精馏塔的塔顶设有冷凝器，其作用是将来自于塔顶的蒸汽冷凝。冷凝液中的一部分作为回流液回流至塔内，剩下的冷凝液作为产品从塔顶排出。在精馏塔加料板位置以上的精馏段中的上升蒸汽和来自于塔顶回流液体之间进行相间传质传热，使精馏段中的易挥发组分浓度不断增加。在精馏塔加料板位置以下部分是提馏段，在提馏段内，塔底再沸器加热产生的上升蒸汽与塔内下降的液体进行相间传质传热，使提馏段中的难挥发组分浓度不断增加，然后作为产品从塔底排出 1,2。由此可知，精馏过程需要气液
14、两相逐板接触，液相组分进行多次部分汽化，同时汽相组分进行多次部分液化，使混合物中两组分在汽液两相之间进行传热传质，以达到两组分的分离。精馏过程之所以能完全地分离液体混合物，关键在于回流的作用。回流比指的是塔顶回流液体量与塔顶产品量之比，它对精馏操作的分离效果和能耗具有很重要的影响。评价精馏操作效果的主要指标有：产品纯度。产品纯度取决于回流比、塔上加料位置以及板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度。根据理论和实践，调节回流比是控制产品纯度的主要方法。组分回收率。是指得到的产品中目的组分含量与料液中该组分含量之比。操作总费用。主要包括精馏设备的折旧费、塔顶冷凝器冷却塔顶产品所需的费用和塔底再沸器加热
15、塔底料液所需的费用。改变回流比将直接影响后面两项费用。近年来，在精馏工艺方面有向膜精馏发展的趋势，其实质是将膜和精馏过程相结合的新型分离方法，其操作方法一般是用疏水性微孔膜将两种不同温度的溶液分离，以实现较高温度液体内易挥发组分以气态的形式透过微孔膜进入另一侧冷凝液。该分离方法只需用较简单的蒸馏系统即可得到纯净的产品，具有操作条件要求低、对操作设备要求低、反应过程中溶液浓度变化小等显著特点 3，因此，受到越来越广泛的应用。在新型分离技术的开发过程中，对各种方法之间的结合的重视度不断提高，如对加盐萃取精馏的研究。雷志刚 4等将加盐萃取精馏和反应萃取精馏结合起来，提出了加盐反应萃取精馏这一新型分离
16、方法。其它新型的分离方法有吸附精馏、分子蒸馏技术等等，这些新技术的开发，促进了精馏工艺的研究和发展。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。工业上对塔设备的主要要求是：生产能力大；传热、传质效率高；气流的摩擦阻力小；操作稳定，适应性强，操作弹性大；结构简单，材料耗用量少；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 5。本科毕业论文2长期以来，各国都在加大对于塔设备的研究力度。国外最新研究表明塔盘的效率并不取决于塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。我国常用的板式塔主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。近年来，我国加强了对筛
17、板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型，同时还进口新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自主塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发和发展 6。本科毕业论文32 工艺流程说明2.1 产品介绍本设计采用连续精馏分离甲苯-乙苯二元混合物。通过精馏操作，分离得到高纯度的甲苯和乙苯。甲苯，是一种无色，带特殊芳香味的易挥发液体。沸点为 110.6。甲苯是芳香族碳氢化合物的一员，它的很多性质与苯很相像，在现今实际应用中常常替代有相当毒性的苯作为有机溶剂使用，甲苯还是一种常用的化工原料，可用于制造炸药、农药、苯甲酸、染料、合成树脂及涤纶等。同时它也是汽油的一个组成成分。乙苯是一个芳香族的有机化合
18、物。沸点为 136.2。存在于煤焦油和某些柴油中。易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。主要用途是在石油化学工业中作为生产苯乙烯的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的塑料制品聚苯乙烯。尽管在原油里存在少量的乙苯，但大批量生产仍然是靠在酸催化下苯与乙烯反应。乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。2.2 工艺流程概述工艺流程概述：首先，甲苯和乙苯的原料混合物进入原料罐，然后通过原料泵送入原料预热器，在原料预热器中加热到泡点温度 123.65，然后，原料液从进料口进入到精馏塔中。液相在精馏塔中下降，而气相在精馏塔中上升。气相和液相在塔板间进行传
19、质传热。最终在塔顶分离出甲苯，塔底分离出乙苯，实现甲苯和乙苯的分离。本科毕业论文4图 2.1 甲苯-乙苯分离过程方框图2.3 操作条件和已知数据2.3.1 操作条件操作压力：因为苯类沸点低，故该设计采用常压操作。进料状态：本次设计中采用泡点进料方式。塔釜加热方式：塔釜加热方式采用间接蒸汽加热，故在塔底设置一个再沸器。2.3.2 已知数据处理量：35000 吨/年进料组成：甲苯、乙苯的混合溶液，含甲苯的质量分数为 37%精馏塔塔顶压强：4KPa（表压）单板压降不大于：0.8KPa总塔效率为：0.62分离要求：塔顶的甲苯含量不小于 98%（质量分数） ，塔底的甲苯含量不大于 2%（质量分数） 。年开工时间：8000 小时
