純苯精餾塔工藝設(shè)計講解

1、專業(yè)年級：姓 名:指導(dǎo)老師: 時 間： 目錄1、 序言·············································

2、83;·12、 設(shè)計任務(wù)書·········································53、 板式精餾塔的設(shè)計任務(wù)···

3、3;···························64、 物理數(shù)據(jù)計算·····················

4、··················7································

5、;··7····································7···········

6、83;····················8······················8·······&

7、#183;··············8································9精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算

8、83;···················105、 設(shè)計結(jié)果一覽表····························

9、83;········146、 板式塔的結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備·····························15·········

10、83;································15·················&

11、#183;··············18···································

12、;·······19·································237、 設(shè)計心得體會·······

13、3;·······························248、 參考文獻·················&

14、#183;·························25序言塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。塔設(shè)備的設(shè)計和研究，已經(jīng)受到化工行業(yè)的極大重視。在化工生產(chǎn)中，塔設(shè)備的性能對于整個裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及三廢處理和環(huán)境保護等各個方面，都有非常重大的影響。 精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度。即在同一

15、溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達(dá)到分離的目的。因此精餾塔操作彈性的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。篩板塔是扎板塔的一種，內(nèi)裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩；并裝有溢流管或沒有溢流管。操作時，液體由塔頂進入，經(jīng)溢流管（一部分經(jīng)篩孔）逐板下降，并在板上積存液層。氣體（或蒸氣）由塔底進入，經(jīng)篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，并相互作用。泡沫式接觸氣液傳質(zhì)過程的一種形式，性能優(yōu)于泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，發(fā)展了環(huán)流篩板；克服篩板在低負(fù)荷下出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，設(shè)計了板下帶盤的篩板；減輕篩板上

16、霧沫夾帶縮短板間距，制造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡臺代替進口堰，塔板上開設(shè)氣體導(dǎo)向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷、熱塔。應(yīng)用于蒸餾、吸收和除塵等。 泡罩塔板是工業(yè)上應(yīng)用最早的塔板，它主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，以前者使用較廣。泡罩有f80、f100、f150mm三種尺寸，可根據(jù)塔徑的大小選擇。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。 操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之中而形成液封。升氣管的頂部應(yīng)高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從

17、中漏下。上升氣體通過齒縫進入液層時，被分散成許多細(xì)小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質(zhì)提供大量的界面 泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用。 浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有F1型、V-4型及T型等。浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。

18、 Tower equipment is chemical industry, oil refining production in one of the most important equipment. Tower equipment design and research, has received great attention of the chemical industry. In the chemical production, tower equipment performance for the whole plant of the product yield, quality

19、, production capacity and consumption quota, and "three wastes" treatment and environmental protection, and other aspects, all have very significant effect.The essence of the distillation process is the use of various components of the mixture with different volatility. That is at the same

20、 temperature, the component of saturated vapor pressure of different this nature, make the liquid of light component transferred to the vapor phase, vapor phase of a restructuring transferred to liquid, so as to achieve the purpose of separation. So rectifying column operational flexibility is good

21、or bad has a direct relationship to the petrochemical enterprise's economic benefit.Sieve plate tower is firm plate tower one kind, built in several layers horizontal plate, plate there are many holes, shape such as screen, And equipped with overflow pipe or no overflow pipe. When operating, liq

22、uid into the tower, the overflow tube (part of the screen hole) by plate down, and in the board stockpile liquid layer. Gas (or steam) into the bottom, the screen hole up through the liquid layer, bubble out, and two phase can be fully contact, and interaction. Foam contact gas-liquid mass transfer

23、process of a kind of form, the performance is better than the bubble column. In order to overcome sieve plate installation level overstretch difficulties, the development of the circulation sieve plate; Overcome the sieve plate at low load appear leakage phenomenon, design the next board tape reel s

24、ieve plate; Ease plate on entrainment shorten plate spacing, create board band to block of sieve plate and process hole type sieve plate and Angle increases soaks table instead of imported weir, plate set on gas guide joint of linde sieve plate. Sieve plate tower commonly used in H2S - H2O double te

25、mperature exchange process of cold and hot tower. Applied in distillation, absorption and dust removal, etc. Bubble column plate in industrial application is the earliest plate, it mainly by rise trachea and bubble composition. Bubble installed in the rise to the top of the trachea, points round and

26、 bar two kinds, with the former is used more widely. Bubble have f80, f100, f150mm three dimension, but according to the towerdiameter size selection. The bottom of the bubble surrounding open have a lot of slot, slot is commonly triangle, rectangle or trapezoidal. Bubble in the plate for the regula

27、r triangle arrangement. When operating, liquid transverse flow plate, rely on overflow weir keep board has a certain thickness of the liquid layer, slot submerged in liquid layer of formation fluid seal. Rise to the top of the trachea should be higher than bubble slot on the edge, to prevent the liq

28、uid to drip. Rising gas through the slot into liquid layer, was dispersed into many small bubble or flow shares, in the plate is formed on the bubble layer, for gas liquid two phase heat transfer and mass transfer provide a large number of interface bubble column plate has the advantage of operation

29、 elasticity is larger, plate not easily blocked; Defect is complex and the cost is high, the board liquid, with a thick layer of plate pressure drop, production capacity and plate low efficiency. Bubble column plate has gradually be sieve plate, float valve tray replaced in the new tower equipment h

30、as very rarely used. Float valve tray has the bubble column plate and mesh plate strengths, and wide application. Float valve type many, the domestic commonly used have F1 type, V - type 4 and T, etc. Float valve tray has the advantages of simple structure, low cost, production capacity, high operat

31、ing flexibility, plate efficiency is higher. Its defect is processing easy coking, high viscosity material, valve plate easy and plate bonding; In the operating process sometimes occur valve slice off or jammed etc. Phenomenon, make plate efficiency and operational flexibility down.設(shè)計任務(wù)書9、 設(shè)計題目年產(chǎn)幾萬噸

32、純苯精餾塔的機械設(shè)計10、 設(shè)計任務(wù) 1、分離要求XD99.5 Xw2 (摩爾分率）三、操作條件1、精餾塔塔頂壓力：4.0kPa(表壓) 2、單板壓降:0.7kPa 4、進料狀態(tài)：泡點進料5、生產(chǎn)能力：6萬噸6、進料組成：苯、乙苯混合進料7、加熱蒸汽壓力：常壓四、設(shè)計要求1、精餾塔的常規(guī)機械設(shè)計內(nèi)容2、塔頂冷凝器，塔底再沸器的設(shè)計3、總裝配圖，含技術(shù)要求年產(chǎn)6萬噸純苯精餾塔的設(shè)計在此篩板精餾塔分離苯-甲苯的設(shè)計中，給定的條件為：進料量為kmol/h 塔頂組成為： 99.5進料餾出液組成為：塔釜組成:2加料熱狀態(tài):q=1塔頂操作壓強:P=Pa(表壓)塔板類型：篩板塔工作日：300天廠址：長江中下

33、游地區(qū)首先根據(jù)精餾塔的物料衡算，求得D和W，通過圖解法確定最小回流比；再根據(jù)操作線方程，運用圖解法求得精餾塔理論板數(shù)，確定溫度奧康奈爾公式求的板效率，繼而求得實際板數(shù)，確定加料位置。然后進行精餾段和提餾段的設(shè)計工藝計算，求得各工藝尺寸，確定精餾塔設(shè)備結(jié)構(gòu)。繼而對篩板的流體力學(xué)進行驗算，檢驗是否符合精餾塔設(shè)備的要求，作出塔板負(fù)荷性能圖，對精餾塔的工藝條件進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其處于最佳的工作狀態(tài)。第二步進行塔頂換熱器的設(shè)計計算。先選定換熱器的類型，確定物性數(shù)據(jù)，計算傳熱系數(shù)和傳熱面積。然后對進料泵進行設(shè)計，確定類型。流程及流程說明本設(shè)計任務(wù)為分離苯乙苯混合物。對于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程

34、。設(shè)計中采用泡點進料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點后送入精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲罐。該物系屬易分物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的1.3倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲罐。任務(wù)書上規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)長期固定，適宜采用連續(xù)精流流程。貯罐中的原料液用機泵加入精餾塔；塔釜再沸器用低壓蒸汽作為熱源加熱料液；精餾塔塔頂設(shè)有全凝器，冷凝液部分利用重力泡點回流；部分連續(xù)采出到產(chǎn)品罐。簡易流程如下，具體流程見附圖。 出料苯乙苯混合液 回流 塔底出料精餾塔工藝的設(shè)計3.1產(chǎn)品濃度的計算3.1.1原料液及塔頂、

35、塔底產(chǎn)品的摩爾分率苯的摩爾質(zhì)量產(chǎn)品中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進料中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=0.5×78.11+(1-0.5)×106.13=92.065 Kg/K mol=0.995×78.11+(1-0.995)×106.13=78.25 Kg/K mol=0.002×78.11+(1-0.02)×106.13=105.57 Kg/K mol苯乙苯屬于理想物系，可采用圖解法求理論板數(shù)。3.2 最小回流比的確定1.查手冊 繪制苯乙苯氣液平衡線x-y圖。2求最小回流比及操作回流比。采用作圖法求最小回流比。在圖上對

36、角線上，自點e（0.50，0.50）作垂線ef即為進料線，該線與平衡線的交點坐標(biāo)為=0.75 最小回流比 3.3物料衡算F=100kmol/h 總物料衡算 100=W+D苯物料衡算 1000.5=0.995×D+0.02×W聯(lián)立得 D=49.24 kmol/h W=50.76 kmol/h 3.4精餾段和提餾段操作線方程=L+精餾段 提餾段 3.5精餾塔理論塔板數(shù)及理論加料位置由圖解法的總板數(shù)NT=16 進料板NF=7 精餾段11塊 提餾段5塊3.6實際板數(shù)的計算（1）板效率 精餾段平均溫度為86.08 由安托尼方程的精餾段相對揮發(fā)度 又有求得精餾段板效率為52.3% 提餾

37、段平均溫度100.63 由安托尼方程的精餾段相對揮發(fā)度求得提鎦餾段板效率為52.4%（2）精餾段實際板數(shù) NT=5/0.523=9.5610提餾段實際板數(shù) NT=11/0.524=20.9921（包括塔釜） 實際總半數(shù)為10+21=31 塊板 總板效率ET=16/31=51.6%3.7實際塔板數(shù)及實際加料位置實際加料板位置=14塊精餾段實際板層數(shù)=9 提餾段實際板層數(shù)=18精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計計算物性數(shù)據(jù)計算苯、乙苯的物理性質(zhì)項目分子式分子量沸點臨界溫度臨界壓強Pa苯AC6H6乙苯BC8H101、 苯、乙苯在某些溫度下的表面張力t/204060801001201402、 苯、乙苯在某些溫度

38、下的粘度t/0204060801001201403、 苯、乙苯的液相密度t/20406080100120140（1）塔頂操作壓力 （2）每層塔板壓降 =0.7Kpa （3）進料板壓力 （4）精餾段平均壓力 （5）塔底操作壓力 =+=105.3+0.7×24=122.1 Kpa（6）提餾段平均壓力 Kpa2.操作溫度計算 用比例內(nèi)插法求得操作溫度=90.76=81.4=110.5精餾段平均溫度 提餾段平均溫度 3.平均摩爾質(zhì)量計算（1）塔頂平均摩爾質(zhì)量計算=0.995，=+（1-）=0.995×78.11+（1-0.995）×106.13=78.25 kg/Kmol

39、=+（1-）（2）進料板平均摩爾質(zhì)量計算=y11+（1-y11）=x11+（1-x11）（3）精餾段平均摩爾質(zhì)量計算=（+=（+（4）塔底平均摩爾質(zhì)量計算=0.035，=+（1-）=+（1-）=0.091×78.11+（1-0.091）×92.13=91.64kg/Kmol （5）提餾段平均摩爾質(zhì)量計算=（+=（+4.平均密度計算 （1）氣相平均密度計算 由理想氣體狀態(tài)方程計算=3=（2）液相平均密度計算塔頂液相平均密度計算由=81.4查得，=進料板液相平均密度計算由=90.76查得，進料板質(zhì)量分率=精餾段液相平均密度計算=（+塔底液相平均密度計算由=110.5查得，塔底質(zhì)

40、量分率提餾段液相平均密度計算5.液體平均黏度計算 依式 計算（1）塔頂液相平均黏度計算由=81.4查得=0.31mPa s，=0.36 mPa s =+（1-）=0.995（0.31）+（1-0.995）（0.36） 得=0.310mPa s（2）進料板液相平均黏度計算由=90.76查得=0.29mPa s，=0.328mPa s =+（1-）=0.5（0.29）+（1-0.5）（0.328） 得=0.308mPa s（3）精餾段液相平均黏度計算=（+）/2=（0.310+0.308）/2=0.309mPa s（4）塔底液相平均黏度計算由=110.5查得=0.24mPa s，=0.28mPa

41、s=+（1-）=0.035（0.24）+（1-0.035）（0.28）=0.278mPa s(5)提餾段液相平均黏度計算=（+）/2=（0.309+0.278）/2=0.294mPa s塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總?cè)缦马椖糠枂挝挥嬎銛?shù)據(jù)平均壓強精餾段kPa提餾段全塔平均溫度精餾段提餾段全塔液相平均摩爾質(zhì)量精餾段kg/kmol提餾段全塔氣相平均摩爾質(zhì)量精餾段kg/kmol提餾段全塔液相平均密度精餾段Kg/m3提餾段全塔氣相平均密度精餾段Kg/m33提餾段全塔液體平均黏度精餾段mPa·s提餾段全塔 冷凝器的設(shè)計一、冷凝器類型的選擇 冷凝器按其冷卻介質(zhì)和冷卻方式，可以分為水冷式冷凝器、

42、空氣冷卻式冷凝器（或風(fēng)冷式冷凝器）和蒸發(fā)式冷凝器三種類型。紡織廠空調(diào)用制冷系統(tǒng)中所采用的冷凝器為水冷式冷凝器或蒸發(fā)式冷凝器，具體形式有立式殼管式冷凝器、臥式殼管式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器。立式殼管式冷凝器適用于大中型氨制冷裝置；臥式殼管式冷凝器適用大、中、小型氨和氟利昂制冷裝置；而蒸發(fā)式冷凝器只在氣候干燥且缺水的地方使用，并且只適用于中小型氨制冷裝置和中型氟利昂制冷裝置。二、流程安排 該冷凝器用于苯蒸汽的冷凝，工藝設(shè)計時考慮到苯蒸汽對合金材料基本無腐蝕性，并且熔沸點較低，因此在本設(shè)計中安排苯蒸氣走殼程，冷凝用水走管程。殼程筒體采用16MnR 合金，列管采用25X2.5 碳鋼管，管長4.5m.采用單

43、殼程，雙管長，逆流走向。3、 工藝計算40水：4030管程水的定性溫度：T=(40+30)/2=35根據(jù)溫度確定參數(shù)如下表：密度/比熱容/（kJ/kg）粘度/（Pas）導(dǎo)熱系數(shù)/（W/m）苯×水994×1、 總傳熱系數(shù)計算 熱流量=8333.3/h2、平均傳熱溫差=40-30=10=3、循環(huán)水的用量31403.19/h=故符合要求，則平均傳熱推動力4、總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值見表3-4，有關(guān)手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值，可供設(shè)計時參考。選擇時，除要考慮流體的物性和操作條件外，還應(yīng)考慮換熱器的類型。管程殼程總傳熱系數(shù)/W/（m3·）水（ 流速為0.9

44、 1.5m/s）水冷水冷水冷水鹽水有機溶劑輕有機物·s中有機物 =0.5 1mPa·s重有機物1mPa·s水（流速為1m/s）水水溶液2mPa·s水溶液2mPa·s有機物·s有機物=0.51mPa·s有機物1mPa·s水水水水水水水水58269881411634678142906981164672335821982332334651163495823323264652174534891163107158229085821193291582114349582116311634958174582116317434981

45、41163698930756（1） 、管程傳熱系數(shù)（2)、殼程傳熱系數(shù)：假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)為污垢熱阻：管壁導(dǎo)熱系數(shù)：= 45w /(m.oC)管壁厚度：d = m內(nèi)外平均厚度：（3）、計算傳熱面積冷凝器的計算結(jié)果一覽表 進，出口溫度/ 30/40 傳熱系數(shù) 2713 定性溫度/ 35 平均傳熱推動力/ 傳熱面積/ 43.4696 循環(huán)水的用量/h再沸器的設(shè)計 一、 再沸器類型的選擇 工程上對再沸器的基本要求是操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，結(jié)構(gòu)簡單，加工制造容易，安裝檢修方便，使用周期長，運轉(zhuǎn)安全方便可靠，同時也應(yīng)考慮其占地面積和安裝空間高度合適。立式熱虹吸再沸器是利用塔底釜液與換熱器傳熱管內(nèi)汽液混合物的

46、密度形成循環(huán)推動力，使得釜液在精餾塔與再沸器之間流動循環(huán)，這種再沸器具有傳染系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便，釜液加熱段停留時間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積少，設(shè)備及運行費用低等優(yōu)點，一般情況下，在滿足工藝要求前提下，應(yīng)首先考慮選用立式熱虹吸再沸器，本設(shè)計采用立式熱虹吸再沸器，其圖如下： 該再沸器由于用于苯甲苯混合液的蒸汽再沸，工藝設(shè)計時考慮到苯甲苯具有較高的清潔度，不易在管道內(nèi)產(chǎn)生污垢以及溫差不大，苯甲苯的腐蝕性較小，考慮到苯甲苯分離產(chǎn)品的純度要求較高，為此再沸器的管子和殼體均采用不銹鋼制造。2、流程安排 該再沸器用于苯乙苯的再沸，工藝設(shè)計時考慮到苯蒸汽對合金材料基本無腐蝕性，并且熔沸點較低，

47、因此在本設(shè)計中安排乙苯走管程，飽和水蒸氣走殼程，便于排出冷凝水。殼程筒體采用16MnR 合金，列管采用25X2.5 碳鋼管。查表得常壓下苯和乙苯的汽化潛熱分別為：則塔釜再沸器的再沸潛熱：塔釜再沸器熱流量：總傳熱系數(shù)計算：殼程為飽和水蒸汽；其定性溫度t=（130+150）/2=140；1、 平均傳熱溫差:塔底溫度則=2、 水蒸汽用量：查表知，在 140時水蒸氣的定比熱容3、 假定傳熱系數(shù)K = 650W /(m2 ）4、 計算傳熱面積A= 按 15的裕量考慮，實際需換熱面積 三、工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算： 1、管子數(shù)n：選用25 ×2.5 的無縫鋼管，材質(zhì)20 號鋼，管長5m 2、管子排列方式，管間距的確定 采用正三角形排列，查表可得層數(shù)為13，查表取管間距a=32mm 3、換熱器殼體直徑的確定 由，并查表有 b=27,l=2d. 則換熱器內(nèi)徑 32 ×27 -1 2 ×2 ×2 ×25 =932mm 圓整后取殼體內(nèi)徑為1000mm 4、換熱器封頭選擇 上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭為DN1000×8，材料為Q235-A 5、折流板設(shè)計：采用弓形折流板×800=240m