化工原理课程设计-分离苯和甲苯混合物的浮阀塔设计.doc

化工原理课程设计任务书 设计题目 分离苯和甲苯混合物的浮阀塔设计 设计任务及操作条件 1.混合物流量F=5kg/s，其中易挥发组分含量为35%（质量比）； 2.要求塔顶溜出液中含苯98%，塔釜残液中含苯不大于1.7%； 3.塔内为常压操作； 4.进料热状况为泡点饱和液体进料； 5.塔顶为全凝器，泡点回流。冷却水进出冷凝器的温度分别为20℃和30℃； 6.再沸器用绝压为200Kpa的饱和蒸汽加热，在泡点下排出； 7.总板效率为50%； 8.采用F1性浮阀塔。 设计内容 1.设计方案的选择及流程的确定； 2.塔的无聊衡算、热量衡算； 3.塔的主要工艺尺寸的确定； 塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定； 塔板的流体力学验算； 塔板的负荷性能图。 4.辅助设备的选型和计算； 5.绘制工艺流程图（2号图一张）； 6.绘制浮阀塔的设备图（1号图一张；） 7.编写设计说明说。 目 录 1. 设计方案简介 1 1.1 设计方案选择 1 1.2 工艺流程简介 2 2. 设计基础物性数据 2 3. 塔的工艺设计计算 4 3.1 物料衡算 4 3.2 最小回流比和适宜回流比确定 4 3.3 精馏段和提馏段操作线方程 5 3.4 理论塔板数的确定 5 3.5 实际板数及实际加料位置 6 3.6 操作温度的计算 7 3.7 平均摩尔质量计算 7 3.8 平均密度计算 8 3.9 液相平均表面张力的计算 9 3.10 塔径的计算 10 3.11 精馏塔有效高度的计算 12 3.12 溢流装置计算 12 3.13 塔板布置及浮阀数目与排列 15 4. 塔板流体力学验算 16 4.1 干板阻力 16 4.2 塔板清液层阻力 17 4.3 淹塔 17 4.4 雾沫夹带 18 4.5 塔板负荷性能图 19 5. 热量衡算 23 5.1 冷凝器 23 5.2 再沸器 24 6. 塔附属设备的计算 24 6.1 接管 24 6.2 筒体与封头 25 6.3 除沫器 25 6.4 裙座 26 6.5 人孔 26 6.6 塔总体高度设计 27 7. 工艺设计结果 27 7.1 物料衡算表 27 7.2 浮阀塔板工艺设计计算结果 27 8. 小结 28 9. 致谢 28 [参考文献] 29 设计方案简介 设计方案选择 本设计任务为分离苯__甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。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。 本设计为苯-甲苯浮阀式连续精馏塔的设计，需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的甲苯，采用连续操作方式，设计浮阀塔。 浮阀塔与20世纪50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化学工业中使用最普遍。浮阀的常用形式有F1型和V-4型。F1型浮阀的结果简单、制造方便、节省材料、性能良好，广泛应用在化工及炼油生产中。 浮阀塔的优点： 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大20%～40%，与筛板塔接近。 操作弹性大，由于阀片可以自由升降以适应气量变化，因此维持正常操作而允许的负荷波动范围比筛板塔，泡罩塔都大。 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。 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。 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%。 浮阀塔盘的操作原理： 浮阀塔的塔板上，按一定中心距开阀孔，阀孔里装有可以升降的阀片，阀孔的排列方式，应使绝大部分液体内有气泡透过，并使相邻两阀容易吹开，鼓泡均匀。为此常采用对液流方向成错排的三角形的排列方式。蒸汽自阀孔上升，顶开阀片，穿过环形缝隙，以水平方向吹入液层，形成泡沫，浮阀能随着气速的增减在相当宽的气速范围内自由升降，以保持稳定的操作。 需要注意的是，浮阀塔不易处理易结焦或粘度大的系统。本设计中，苯-甲苯混合物粘度不大，浮阀塔可以正常工作。 工艺流程简介 工艺流程图见附图1。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。储罐中的原料液用机泵加入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。回流比是精馏操作的重要工艺条件，其选择原则是使设备费用和操作费用之和最低；同时在设计时也应根据实际情况选择回流比，可以参考同类生产的经验值