苯-甲苯連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)

PAGE19目錄1.流程和工藝條件的確定和說明 12.操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 12.1.操作條件 12.2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 13.精餾塔的物料衡算 13.1.原料液及塔頂、塔頂產(chǎn)品的摩爾分率 13.2.原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 23.3.物料衡算 24.塔板數(shù)的確定 24.1.理論塔板層數(shù)NT的求取 24.1.1.繪t-x-y圖和x-y圖 24.1.2.最小回流比及操作回流比的確定 44.1.3.精餾塔氣、液相負(fù)荷的確定 44.1.4.求操作線方程 44.1.5.圖解法求理論板層數(shù) 44.2.實(shí)際塔板數(shù)的求取 45.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性的計(jì)算 45.1.操作壓力計(jì)算 55.2.操作溫度計(jì)算 56.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評論 207.參考文獻(xiàn) 218.附圖（工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖） 21摘要精餾塔作為一種工業(yè)生產(chǎn)使用的塔設(shè)備，在化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)精餾原理可知，精餾塔實(shí)現(xiàn)精餾操作，必須同時(shí)擁有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時(shí)還有配原料液、預(yù)熱器、回流液泵等附屬設(shè)備。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際操作條件，設(shè)計(jì)苯-甲苯連續(xù)精餾塔，即需設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔用來分離易揮發(fā)的苯和不易揮發(fā)的甲苯，采用連續(xù)操作方式，需設(shè)計(jì)一個(gè)篩板式塔將其分離。綜合工藝操作方便、經(jīng)濟(jì)及安全等多方面考慮，本設(shè)計(jì)采用塔板為碳鋼材料，按照逐板計(jì)算求得理論板數(shù)為11。塔頂使用全凝器，部分回流。精餾段實(shí)際板數(shù)為6，提餾段實(shí)際板數(shù)為9。全塔塔徑為2.0m。通過對塔內(nèi)物料物性數(shù)據(jù)的分析，按照工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了塔的工藝尺寸，確定了操作點(diǎn)符合操作要求。最后，對塔的附屬設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要是接口管徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，從而完成了此次設(shè)計(jì)任務(wù)。關(guān)鍵詞：苯-甲苯分離；精餾塔；塔板PAGE121.流程和工藝條件的確定和說明本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯—甲苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷凝冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2.5倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。2.操作條件和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2.1.操作條件塔頂壓力常壓4kPa（表壓）進(jìn)料熱狀態(tài)泡點(diǎn)進(jìn)料（）回流比2.5倍2.2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)料中苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）50%塔頂苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）95%塔釜苯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）2%生產(chǎn)能力（噸/日）100（20h/d）3.精餾塔的物料衡算苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量3.1.苯的各摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量甲苯的摩爾質(zhì)量原料液含苯的摩爾分率塔頂含苯的摩爾分率塔底含苯的摩爾分率3.2.原料液及塔頂、底苯的平均摩爾質(zhì)量原料液平均摩爾質(zhì)量塔頂液平均摩爾質(zhì)量塔底液平均摩爾質(zhì)量3.3.物料衡算生產(chǎn)能力：100t/d=5000kg/h進(jìn)料流量：總物料衡算：苯物料衡算：聯(lián)立解得：4.塔板數(shù)的確定4.1.理論塔板層數(shù)NT的求取苯—甲苯屬理想物系，可采用圖解法求理論板層數(shù)。4.1.1.繪苯—甲苯溶液的y-x圖沸點(diǎn)110.6105.7110298.2595.292.489.8287.328582.6181.280.81氣相組成020.837.250.761.971.379.185.791.295.998100液相組成010203040506070809095100苯——甲苯體系相平衡曲線圖X(苯）（圖一）4.1.2.最小回流比及操作回流比的確定平均相對揮發(fā)度，回流比與最小回流比之比為2.5操作回流比4.1.3.精餾塔氣、液相負(fù)荷的確定4.1.4.求操作線方程平衡線方程精餾段操作方程塔釜?dú)庀嗷亓鞅忍狃s段操作方程4.1.5.求理論板層數(shù)1)采用圖解法求理論板層數(shù)，如圖二所示。（圖二）求解結(jié)果為總理論塔板數(shù)NT=11（包括再沸器）進(jìn)料板位置NF=5精餾段的理論板數(shù)為4提餾段的理論板數(shù)為6第11塊板為再沸器4.1.6.實(shí)際塔板數(shù)的求取塔板效率：0.7精餾段實(shí)際板層數(shù)提餾段實(shí)際板層數(shù)實(shí)際板數(shù)（不含再沸器）5.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算5.1.塔徑的計(jì)算已知：塔徑：0.5-0.8m塔板間距：0.3-0.35m選取塔徑：0.6m塔板間距：0.32m5.2.精餾塔有效高度的計(jì)算塔頂：0.8～1.5m塔釜：2-2.5m塔頂：1.0m塔釜：2.2m精餾段有效高度為提餾段有效高度為精餾塔總高度6精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算6.1操作壓力的計(jì)算塔頂操作壓力每層塔板的壓降進(jìn)料板壓力塔底壓強(qiáng)精餾段平均壓強(qiáng)提餾段平均壓強(qiáng)6.2操作溫度的計(jì)算塔頂溫度塔底溫度進(jìn)料板溫度精餾段平均溫度提餾段平均溫度6.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算（1）塔頂平均摩爾質(zhì)量由，查圖得塔頂氣相平均分子量塔頂液相平均分子量（2）進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板，得進(jìn)料板氣相平均分子量進(jìn)料板液相平均分子量（3）塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔釜組成塔釜?dú)庀嗥骄肿恿克合嗥骄肿恿烤s段氣相平均分子量精餾段液相平均分子量提餾段氣相平均分子量提餾段液相平均分子量6.4平均密度計(jì)算6.4.1.氣相組分密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算精餾段氣相平均密度提餾段氣相平均密度6.4.2液相平均密度計(jì)算液相平均密度依下式計(jì)算，即（1）塔頂液相平均密度的計(jì)算有80，得（2）進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算有進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率（3）塔釜液相平均密度的計(jì)算有，得精餾段液相平均密度為提餾段液相平均密度為7.主要工藝接管尺寸的計(jì)算和選取7.1塔頂蒸汽出口管的直徑操作壓力為常壓時(shí)，蒸汽導(dǎo)管中常用流速12-20m/s，蒸汽管的直徑為，其中是塔頂蒸氣量，取故選取接管外徑厚度63020mm7.2回流管的直徑塔頂冷凝器械安裝在塔頂平臺(tái)時(shí)，回流液靠重力自流入塔內(nèi)，流速可取0.2-0.5m/s.取，則故選取接管外徑厚度252mm7.3進(jìn)料管的直徑采用高位槽送料入塔，料液速度可取為，取料液速度則故選取接管外徑厚度21914mm7.4塔底出料管的直徑一般可選取塔底出料管的料液流速為，循環(huán)式再沸器取本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)取塔底出料管的料液流速為故選取接管外徑厚度1335.5mm塔頂蒸汽出口管的直徑回流管的直徑進(jìn)料管的直徑塔底出料管的直徑63020mm252mm21914mm1335.5mm8.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)評論苯是由煤干餾、石油催化裂解、催化重整得到，常含有芳香族同系物、噻吩及飽和烴等，常采取精餾的方法分離提純苯。苯為無色透明液體，有芳香族特有的氣味，難用于水。苯的危險(xiǎn)特性屬第3.2類中閃點(diǎn)易燃液體。苯的蒸氣對人有強(qiáng)烈的毒性，急性中毒時(shí)出現(xiàn)酒醉狀態(tài)、暈眩、瞳孔放大、網(wǎng)膜出血、皮膚蒼白、體溫和血壓下降、脈搏微弱，終因呼吸麻痹、痙攣而死亡。工業(yè)上常用作合成燃料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、照相膠片以及石油化工制品的原料，清漆、硝基纖維的稀釋劑、脫漆劑、樹脂、人造革等溶劑。本設(shè)計(jì)進(jìn)行苯和甲苯的分離，采用直徑為2m的精餾塔，選取效率較高、塔板結(jié)構(gòu)簡單、加工方便的單溢流方式，并采用了弓形降液盤。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：1.操用、調(diào)節(jié)、檢修方便；2.制造安裝較容易；3.處理能力大