苯-乙苯精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计.doc

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分类号：

TQ051.8单位代码：

108

密级：

一般学号：

2305024026

本科毕业论文（设计）

题目：

苯-乙苯精馏塔工艺设计与塔顶冷凝器选型设计

专业：

化学工程与工艺

姓名：

刘朋

指导教师：

张理平

职称：

教授

答辩日期：

二00九年六月六日

目录

前言 -0-

第一章设计任务书 -1-

1.1设计题目 -1-

1.2设计要求 -1-

1.3主要物性数据 -1-

第二章工艺计算 -3-

2.1物料衡算 -3-

2.2相图的绘制 -4-

2.3回流比的确定

2.4理论塔板数的计算

2.5实际塔板数确定

2.5.1全塔效率

2.5.2实际板数

2.6塔的工艺条件及物性数据计算 -7-

2.6.1操作压强 -7-

2.6.2板间距的选择和塔径的初步确定 -8-

2.6.3塔板结构

2.6.4塔板的校核

2.6.4.1精馏段塔板的校核

2.6.4.2提馏段塔板的校核

2.6.5塔板负荷性能图

2.7设计结果一览表

第三章塔的附属设备设计

3.1冷凝器的设计 -11-

3.1.1热负荷

3.1.2冷凝水出口温度

3.1.3流动空间及流速的确定

3.1.4有效平均温差及传热面积

3.2初选换热器的规格 -12-

3.3换热器的验算 -16-

3.3.1总传热系数的验算 -16-

3.3.2计算压强降 -18-

3.3.3计算壳程压力降 -18-

3.3.4选型结果 -19-

参考文献 -30-

主要符号说明 -31-

谢辞 -32-

前言

塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一,他可以使气（或汽）或液液两相紧密接触，达到相际传质及传热的目的。

在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各方面都有重大影响。

塔设备中常见的单元操作有：

精馏、吸收、解吸和萃取等。

此外，工业气体的冷却和回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等。

最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。

作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气液两相能充分接触，以获得高的传质效率。

此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：

1、生产能力大；2、操作稳定，弹性大；3、流体流动阻力小；4、结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；5、耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。

板式精馏塔设备选型及设计:

因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。

因而本课程设计要求设计板式塔。

工业上常见的几种的板式塔及其优缺点：

Ⅰ、浮阀塔：

在塔板开孔上方，安装可浮动的阀片，浮阀可随气体流量的变化自动调节开度，可避免漏液，操作弹性大，造价低，且安装检修方便，但对材料的抗腐蚀性能要求高。

Ⅱ、筛孔塔：

结构简单、造价低廉、筛板塔压降小、液面落差也较小、生产能力及塔板效率都较泡罩塔高，故应用广泛。

Ⅲ、泡罩塔：

其气体通道是升气管和泡罩，由于升气管高出塔板，即使在气体负荷很低时也不会发生严重漏液，操作弹性大，升气管为气液两相提供了大量的传质界面。

但泡罩塔板结构复杂，成本高，安装检修不便，生产能力小。

综合考虑最终选择筛孔式精馏塔。

摘要：

塔设备是最常采用的精馏装置，无论是填料塔还是板式塔都在化工生产过程中得到了广泛的应用，本文就以板式塔的设计以熟悉单元操作设备的设计流程和应注意的事项。

苯是一种石油化工基本原料。

苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一本设计为分离苯－乙苯混合物。

对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。

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，塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分加回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。

塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐，设计对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备计算、塔顶冷凝器选型设计等工艺计算。

关键词：

苯-乙苯板式塔精馏泡点进料冷凝器

Abstract:

Benzeneisakindofbasicpetrochemicalrawmaterials.Benzeneproductionandproductiontechnologylevelisthesignofacountry'sdevelopmentinpetrochemicalindustryisoneofthedesigntoseparatemixturesofbenzene,ethylbenzene.Fortheseparationofbinarymixture,continuousdistillationprocessshouldbeadopted.Usebubblepointinthedesignoffeed,rawmaterialliquidpreheaterheatingtobubblepointintotherectificationtower,afterrisingtoweradoptsfullcondensersteamcondensation,condensateunderthebubblepointpartandreturntothetower,thecooleraftertherestoftheproductsenttothestoragetank.Towerkettlebyindirectsteamheating,bottomproductsaftercoolingthesenttothestoragetank,thedesignoftheproductionprocessandmainequipmentforthematerialbalance,thetowerequipmentcalculation,selectionofoverheadcondenserdesignprocesscalculation.

Keywords:

Benzene-EthylbenzeneDistillationCondenser

第一章设计任务书

1.1设计题目

某化工厂拟采用一板式塔分离苯-乙苯混合液。

已知：

生产能力为每年40000吨98%的乙苯产品；进精馏塔的料液含乙苯50%（质量分数，下同），其余为苯；塔顶的乙苯含量不得高于2%；残液中乙苯含量不得低于98%；塔顶冷凝器用流量为16000kg/h、温度为30℃的冷水冷却。

试根据工艺要求进行：

1）板式精馏塔的工艺设计；

2）标准列管式塔顶冷凝器的选型设计。

1.2设计要求

1）塔顶压力 4kPa（表压）

2）进料热状态 泡点进料

3）回流比 2倍最小回流比

4）加热蒸汽压力 0.5MPa（表压）

5）单板压降 ≤0.7MPa。

6）塔板类型板式塔

7）工作日每年工作日为300天，每天24小时连续运行。

1.3主要物性数据

表1苯、乙苯的物理性质

项目

分子式

分子量

沸点℃

临界温度℃

临界压强Pa

苯A

C6H6

78

80.1

288.5

6833.4

乙苯B

C8H10

106

136.2

348.57

4307.7

表2苯、乙苯在某些温度下的表面张力

t/℃

20

40

60

80

100

120

140

28.8

26.25

23.74

21.27

18.85

16.49

14.17

29.3

27.14

25.01

22.92

20.85

18.81

16.82

表3苯、乙苯在某些温度下的粘度

t/℃

0

20

40

60

80

100

120

140

0.74

0.64

0.49

0.38

0.31

0.26

0.22

0.18

0.87

0.67

0.53

0.43

0.35

0.30

0.26

0.23

表4苯、乙苯的液相密度

t/℃

20

40

60

80

100

120

140

877.4

857.3

836.6

815.0

792.5

768.9

744.1

867.7

849.8

931.8

913.6

795.2

776.2

756.7

表5不同塔径的板间距

塔径D/m

0.3-0.5

0.5-0.8

0.8-1.6

1.6-2.4

2.4-4.0

板间距HT/mm

200-300

250-350

300-450

350-600

400-600

第二章工艺计算

2.1工艺流程简介

连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或再沸器），冷凝器，冷却器，原料预热器及贮槽等．

原料液经原料预热器加热至规定温度后，由塔中部加入塔内．蒸馏釜（或再沸器）的溶液受热后部分汽化，产生的蒸汽自塔底经过各层塔上升，与板上回流液接触进行传质，从而使上升蒸汽中易挥发组分的含量逐渐提高，至塔顶引出后进入冷凝器中冷凝成液体，冷凝的液体一部分作为塔顶产品，另一部分由塔顶引入塔内作为回流液，蒸馏釜中排出的液体为塔底的产品．

图1.板式精馏塔

2.2物料衡算

料液组成50﹪

塔顶产品苯≥98﹪

塔釜产品乙苯含量≤2﹪

设、、代表塔顶、塔底、进料产品质量流量，由进出口质量守衡有

0.98+0.02=0.5

+=且由年产量可计算得，

可求得,

F为料液流量（）,D,W分为塔顶、塔底摩尔流量（）。

、为苯、乙苯的分子量。

、、分别苯的摩尔分率

2.2相图的绘制

本设计相图数据采用计算法。

其中苯-乙苯二元物系在总压下蒸汽压、由安托因方程计算：

，查化工手册得如下安托因常数

表1.苯、乙苯安托因常数

A

B

C

苯

6.023

1206.35

220.24

乙苯

6.079

1421.91

212.93

因苯-乙苯二元物系可近似为理想溶液，同时精馏系统的温度不太低、压力不大，气相可近似为理想气体。

故汽液两相平衡组成可由下式计算:

，

在总压下，取80至136共29组数据作出苯-乙苯的温度-组成相图与苯-乙苯的y－x相图，其中29组数据计算结果见下表。

表2.计算数据

t/

/

/

x

y

80

101.3

16.9

1

1

82

107.5

18.1

0.931

0.988

84

114.2

19.5

0.864

0.973