武汉工程大学化工原理课程设计 化工与制药学院课程设计说明书课题名称 苯-乙苯精馏装置工艺设计 专业班级 生物工程 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 武汉工程大学化工与制药学院化工与制药学院目 录一概述31.1 .精馏操作对塔设备的要求 31.2 板式塔类型31.2.1 筛板塔31.2.2 浮阀塔41.3. 精馏塔的设计步骤41.4 精馏过程模拟计算方法4二 工艺流程方案的说明和论证52.1 工艺流程52.2 设计方案简介52.3 设计条件62.4 被分离物质的性质6三 精馏塔模拟设计计算及操作条件的选择83.1 塔板数83.2 进料位置进料状态83.3 操作压力93.4 回流比103.5 确定设计方案的原则103.5.1 满足工艺和操作的要求103.5.2 满足经济和安全的要求11四精馏塔主体工艺尺寸的计算及结构设计124.1 塔高的计算124.2 塔径的计算124.2.1 精馏段塔径的计算124.2.2 提馏段塔径的计算134.3 降液管及溢流堰尺寸144.3.1 降液管尺寸的计算144.3.2 溢流堰尺寸的计算154.4 浮阀数及排列方式154.4.1 理论浮阀数154.4.2 排列方式154.4.3 实际浮阀数164.5 塔板流动性能的校核164.5.1 液沫夹带量校核164.5.2 塔板阻力hf计算174.5.3 降液管泛液核算174.5.4 液体在降液管内停留时间184.5.5 严重漏液校准184.6 塔板的负荷性能图184.7 塔板的设计结构20五辅助设备的选型及计算215.1 管路设计及泵215.1.1 进料管线管径215.1.2 管路设计及泵的选型225.2 贮罐235.3 再沸器255.4 冷凝器25六设计结果概要27七对本设计的评述297.1.对化工原理课程设计的感想297.2.对本设计的评述29八主要符号说明30九参考文献32一. 概述1.1精馏操作对塔设备的要求塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。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个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。目前，塔设备的种类很多，对塔设备进行分类：按操作压力分有加压塔，常压塔，减压塔；按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等；按内部结构分有填料塔，板式塔。目前工业上应用最广泛的还是填料塔和板式塔。1.2板式塔类型气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。1.2.1筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：（1）结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。（2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15左右。（4）压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。筛板塔的缺点是：（1） 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。（2）操作弹性较小(约23)。（3）小孔筛板容易堵塞。1.2.2浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：（1） 生产能力比泡罩塔约大20%40%；（2） 气体两个极限负荷比为56，操作弹性大；（3） 板效率比泡罩塔高10%15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构难于泡罩塔与筛板塔之间；对物料的适应性较好等，通量大、放大效应小。正是因为浮阀塔的这些优点，在本次课程设计中，将采用浮阀塔进行设计计算。1.3精馏塔的设计步骤本设计按以下几个阶段进行：（1）设计方案确定和说明。根据给定任务，对精馏装置的流程、操作条件、主要设备型式及其材质的选取等进行论述。（2）蒸馏塔的工艺计算，确定塔高和塔径。（3）塔板设计：计算塔板各主要工艺尺寸，进行流体力学校核计算。接管尺寸、泵等，并画出塔的操作性能图。（4）管路及附属设备的计算与选型，如再沸器、冷凝器。（5）撰写说明书。（6）绘制精馏装置工艺流程图和精馏塔的设备图。1.4精馏过程模拟计算方法本次精馏过程的模拟采用的时麻省理工学院开发的一种化工模拟软件，该软件功能十分强大。在课程设计中，首先在明确设计任务后输入特定的条件，如待分离物质的摩尔分数，分离后的产物摩尔分数，精馏过程的温度，压力的数据。待这些必要的数据全部输入后，系统将会模拟整个精馏过程。通过模拟，我们能得到许多有实际意义的数据，如回流比等。由于篇幅所限，具体的模拟过程计算再次不再详述。二 工艺流程方案的说明和论证本设计任务为分离苯-乙苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏。精馏过程的流程设计如下：2.1工艺流程如图所示，原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。且在适当位置设置必要的仪表（流量计、温度计和压力表）。以测量物流的各项参数。2.2设计方案简介设计中采用泡点进料，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。具体如下：塔型的选择本设计中采用筛板塔。筛板塔的优点是结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。塔板效率高，比泡罩塔高15左右。压降较低。缺点是塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。加料方式和加料热状况的选择：加料方式采用直接流入塔内。虽然进料方式有多种，但是饱和液体进料时进料温度不受季节、气温变化和前段工序波动的影响，塔的操作比较容易控制；此外，饱和液体进料时精馏段和提馏段的塔径相同，无论是设计计算还是实际加工制造这样的精馏塔都比较容易，为此，本次设计中采取饱和液体进料。设计的依据与技术来源：本设计依据于精馏的原理（即利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝使轻重组分分离），并在满足工艺和操作的要求，满足经济上的要求，保证生产安全的基础上， 对设计任务进行分析并做出理论计算。目前，精馏塔的设计方法以严格计算为主，也有一些简化的模型，此次设