1、本科毕业论文（20 届）年产 5 万吨芳烃抽提车间苯、甲苯塔的工艺设计所在学院 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 本科生毕业论文1摘 要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。本设计的题目是苯-甲苯-二甲苯溶液这一三元物系板式精馏塔的设计。根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关组件进行了计算关键词：板式塔；苯-甲苯；工
2、艺计算；本科生毕业论文2Aromatics extraction plant with an annual output 50,000 tons of benzene, toluene tower process designAbstractDistillation separation is the most commonly used liquid mixture of a unit operation in chemical, petrochemical and other industries refining, widely applied.This design is the su
3、bject of benzene - toluene - xylene ternary system -a type of distillation process of design.According to the composed material properties , product properties and composition,I design and material for the column calculation.Through the accountingcalculation and other calculations try to determine t
4、he operating conditions and material of the feeding, the column top and bottom.And I calculate the sizes and choose the types of the basic structure,also I calculate the overhead condenser,transformation reboiler bottom,related componentsKeyword:Series-platetower; Benzene-methylbenzene; Distillation
5、 process； 本科生毕业论文3目 录前言 .1第 1 章 综述 .21.1 塔设备的要求及分类 .21.2 产品性质及用途 .21.2.1 苯的性质及用途 .21.2.2 甲苯的性质 .3第 2 章 设计方案的确定 .42.1 操作条件的确定 .42.1.1 操作压力 .42.1.2 进料状态 .42.1.3 加热方式 .42.2 确定设计方案的原则 .42.2.1 满足工艺和操作的要求 .42.2.2 满足经济上的要求 .52.2.3 保证安全生产 .52.2.4 环境保护 .5第 3 章 苯塔计算 .63.1 设计方案的确定 .63.2 精馏塔的物料衡算 .63.2.1 原料液级塔顶
6、、塔底产品的摩尔分率 .63.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 .63.2.3 物料衡算 .63.3 塔板数的确定 .63.3.1 理论板数 的求取 .6TN3.3.2 实际板数的求取 .93.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 .9本科生毕业论文43.5 塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算 .133.5.1 求取泛点气速 .133.5.2 塔径计算 .143.5.3 塔板结构尺寸的设计计算 .143.6 塔的流体力学校核 .173.6.1 板压降 .173.6.2 雾沫夹带量验算 .193.6.3 塔板严重泄漏的校核 .193.6.4 液泛 .203.6.5 塔板负荷性能图 .
7、203.7 苯塔设计结果一览表 .253.8 换热器计算 .263.8.1 冷凝器 .263.8.2 再沸器 .26第 4 章 甲苯塔的设计 .284.1 精馏塔的物料衡算 .284.1.1 甲苯、二甲苯物料衡算 .284.1.2 物料衡算 .284.2 塔顶、塔釜工艺参数： .284.3 确定适宜回流比和理论板数 .324.3.1 适宜回流比的确定 .324.3.2 求理论板及实际塔板层数（采用捷算法）： .334.3.3 确定进料板位置 .334.4 塔板计算及板间距计算: .344.4.1 精馏塔有关物性数据计算 .344.4.2 塔径及板间距计算： .354.5 塔和塔板主要工艺尺寸的
8、设计计算 .36本科生毕业论文54.5.1 堰长、堰高及堰上液层高： .364.5.2 降液管宽度及截面积： .374.5.3 塔板布置 .374.6 对塔板进行流体力学验算及负荷性能图核算 .384.6.1 塔板的流体力学计算 .384.6.2 塔板严重泄漏的校核 .394.6.3 塔板负荷性能图 .404.7 甲苯塔设计结果一览表 .454.8 换热器计算 .464.8.1 冷凝器 .464.8.2 再沸器 .46设计小结 .47参考文献 .48致谢： .49本科生毕业论文6前言石油是发展国民经济和建设的主要物质，产品种类繁多，用途极广。我 国 的 有 机 化 工 原料 工 业 起 步 较
9、 晚 ， 全 国 解 放 前 除 有 少 量 炼 焦 苯 和 发 酵 酒 精 外 ， 大 量 有 机 原 料 依 靠 进 口 。在 解 放 初 期 的 有 机 化 工 原 料 工 业 ， 只 能 在 煤 炭 和 农 副 产 品 基 础 上 起 步 ， 随 着 新 油 田 的 相继 开 发 和 新 炼 油 厂 的 陆 续 建 设 及 天 然 气 资 源 的 利 用 ， 有 机 化 学 工 业 也 取 得 了 长 足 进 展 。以 石 油 为 原 料 生 产 有 机 化 工 产 品 发 展 非 常 迅 速 ,以 石 油 为 原 料 可 以 得 到 三 烯 、 一 炔 、一 萘 及 其 他 化 工
10、基 础 有 机 原 料 ， 进 而 制 得 醛 、 酮 、 酸 、 酐 等 基 本 有 机 产 品 和 原 料 ， 再 制得 合 成 纤 维 、 合 成 塑 料 、 合 成 橡 胶 、 合 成 洗 涤 剂 、 涂 料 、 炸 药 、 农 药 、 染 料 、 化 学 肥 料等 重 要 的 化 工 产 品 。目 前 ， 全 世 界 每 年 生 产 的 石 油 虽 然 仅 有 5%左 右 用 于 化 学 工 业 ， 但 石 油 化 工 的 总 产值 却 占 化 学 工 业 总 产 值 的 60%左 右 ， 某 些 国 家 甚 至 达 到 80%， 由 此 可 见 ， 石 油 在 化 工领 域 中 占
11、 有 重 要 的 地 位 。蒸 馏 是 分 离 液 体 混 合 物 的 典 型 单 元 操 作 。 化 工 生 产 中 所 处 理 的 原 料 中 间 产 物 和 粗 产品 等 几 乎 都 是 由 若 干 组 分 组 成 的 混 合 物 ， 可 以 利 用 精 馏 方 法 得 到 分 离 的 ， 其 基 本 原 理是 利 用 被 分 离 的 各 组 分 具 有 不 同 的 挥 发 度 ， 即 各 组 分 在 同 一 压 力 下 具 有 不 同 的 沸 点 将 其分 离 的 。 其 实 质 是 不 平 衡 的 汽 液 两 相 在 塔 盘 上 多 次 逆 向 接 触 ， 多 次 进 行 部 分 汽
12、 化 和 部 分冷 凝 ， 传 质 、 传 热 ， 使 气 相 中 轻 组 分 浓 度 不 断 提 高 ， 液 相 中 重 组 分 浓 度 不 断 提 高 ， 从 而使 混 合 物 得 到 分 离 。本科生毕业论文7第 1 章 综述1.1 塔设备的要求及分类塔设备是炼油、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
13、，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。1.2 产品性质及用途1.2.1 苯的性质及用途苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，
14、易燃带有特殊芳香气味的液体。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表 1-1表 1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）指标项目特级 一级 二级 三级外观 室温（1825）下透明液体，不深于每 1000mL 水中含有 0.003g 重铬酸钾溶液的颜色密度（20）/kg/m 3沸程/大气压下（80.1）酸洗比色溴价/(g/100mL)结晶点/8768805.25.04.9-8748801.00.400.40-中性实验 中性水分 室温（1820）下目测无可见不溶水本科生毕业论文81.2.2 甲苯的性质甲苯有强烈的芳香
15、气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表 1-2表 1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）指标项目特级 一级 二级外观 室温（1825）下透明液体，不深于每 1000mL 水中含有 0.003g 重铬酸钾溶液的颜色密度（20）/(kg/m 3) 沸程/大气压下（110.6）酸洗比色溴价/（gBr/100mL）8638680.70.150.18618680.90.200.28608702.00.300.3中性实验 中性水分 室温（
16、1820）下目测无可见不溶水本科生毕业论文9第 2 章 设计方案的确定2.1 操作条件的确定确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操作指标。包括组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式等。2.1.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气
17、压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。2.1.2 进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。2.1.3 加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而，直接蒸汽
18、加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，因而塔板数稍有增加。采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。2.2 确定设计方案的原则确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：2.2.1 满足工艺和操作的要求所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品达到任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施。
