精馏塔设计说明书(最全)

化工课程设计说明书1引言塔设备是化学工业，石油化工，生物化工，制药等生产过程中广泛采用的传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔为逐级接触式气液传质设备，塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡形式或喷射形式通过塔板上的液层，正常条件下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，它具有结构简单，安装方便，压降低，操作弹性大，持液量小等优点，被广泛的使用。本设计的目的是分离苯—甲苯的混合液，故选用板式塔。设计方案的确定和流程说明1.塔板类型精馏塔的塔板类型共有三种：泡罩塔板，筛孔塔板，浮阀塔板。浮阀塔板具有结构简单，制造方便，造价低等优点，且开孔率大，生产能力大，阀片可随气流量大小而上下浮动，故操作弹性大，气液接触时间长，因此塔板效率较高。本设计采用浮阀塔板。2.加料方式加料方式共有两种：高位槽加料和泵直接加料。采用泵直接加料，具有结构简单，安装方便等优点，而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。故本设计采用泵直接加料。3.进料状况进料方式一般有两种：冷液进料及泡点进料。对于冷液进料，当进料组成一定时，流量也一定，但受环境影响较大；而采用泡点进料，不仅较为方便，而且不受环境温度的影响，同时又能保证精馏段与提馏段塔径基本相等，制造方便。故本设计采用泡点进料。4.塔顶冷凝方式苯与甲苯不反应，且容易冷凝，故塔顶采用全凝器，用水冷凝。塔顶出来的气体温度不高，冷凝后的回流液和产品无需进一步冷却，选用全凝器符合要求。5.回流方式回流方式可分为重力回流和强制回流。本设计所需塔板数较多，塔较高，为便于检修和清理，回流冷凝器不适宜塔化工课程设计说明书2顶安装，故采用强制回流。6.加热方式加热方式分为直接蒸气和间接蒸气加热。直接蒸气加热在一定回流比条件下，塔底蒸气对回流液有稀释作用，从而会使理论塔板数增加，设备费用上升。故本设计采用间接蒸气加热方式。7.操作压力苯和甲苯在常压下相对挥发度相差比较大，因此在常压下也能比较容易分离，故本设计采用常压精馏。综上所述，本设计任务为分离苯-甲苯混合物，对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，由于苯和甲苯属于易分离的体系，所以采用常压精馏。由于冷液进料加大提馏段的回流液流量，从而增大其负荷，所以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，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经产品冷却后送至储罐。化工课程设计说明书3第一章精馏塔的工艺设计第一节精馏塔全塔物料衡算[1]已知苯摩尔质量——78.11kg/kmol；甲苯摩尔质量——92.13kg/kmol原料液组成Fx（摩尔分数，下同）：Fx=35/78.1135/78.1165/92.13=0.3884=38.84%塔顶组成Dx：Dx=95.0/78.1195/78.115/92.13=0.9573=95.73%塔底组成Wx：Wx=2.5/78.112.5/78.1197.5/92.13=0.0294=2.94%原料液的平均摩尔质量M：M=0.3884×78.11+(1-0.3884)×92.13=86.68kg/kmol进料量F：F=6000kg/h=6000/86.68kmol/h=69.22kmol/h物料衡算式：F=D+W，FFx=DDxWWx其中D为塔顶产品流量，kmol/h;W为塔釜残液流量，kmol/h联立解得：D=26.78kmol/h,W=42.44kmol/h第二节基本数据1.常压下苯-甲苯气液平衡组成（摩尔）与温度关系表1-1常压下甲苯-间甲苯酚气液平衡组成（摩尔）与温度关系[3]苯的摩尔分数温度/Co苯的摩尔分数温度/Co液相（%）气相（%）液相（%）气相（%）0.00.0475.3523.486．0419.252.527.3462.1525.387.0418.355.846.6454.1527.888.5415.357.853.5448.9533.090.9410.759.758.8446.9549.395.1400.9510.360．8446.0552.895.8398.9511.967.4440.8566.597.2393.9512.569.4438.9576.598.2390.15化工课程设计说明书415.075.6432.951.01.0383.8517.378.2430.25利用表中数据由拉格朗日插值法求得下列温度①Ft：0.3084.386.987.390.302.956.98Ft，Ft=95.50Co②Dt：0.9573.952.810.1000.952.802.81Dt，Dt=81.05Co③Wt：0.094.26.1108.80.01.1066.110Wt，Wt=109.10Co④精馏段平均温度：1t95.5081.0588.32oC⑤提馏段平均温度：295.50109.10102.32otC⑥气体温度：DVt：9.9773.952.819.977.952.813.82DVt，DVt=82.3Co；WVt：2.2194.21.1062.210.01.1066.110WVt，WVt=110.0Co2密度表1-2液态芳烃的密度（kg/m3）[4]温度406080100120140苯857.3836.6815.0792.5768.9744.1甲苯848.2829.3810.0790.3770.0748.8已知：混合液密度：1ABLABaa[3]（1.1）混合气密度：V22.4M00TpTp（1.2）其中a为质量分率，M为平均相对分子质量。(1)精馏段：188.3otC①求苯，甲苯化工课程设计说明书50.815803.880.8155.7920.800.100苯，苯=805.7kg/m3810.00.803.880.8103.7900.800.100甲苯，甲苯=801.8kg/m3②求平均组成液相组成1x:2.594.893.880.702.598.864.891x，1x=0.638气相组成1y:9.784.893.883.859.788.864.891y，1y=0.816③求平均摩尔质量L1A1B1M=M+M(1-)xx=78.11×0.638＋92.13×(1－0.638)=83.2kg/kmolV1A1B1M=M+M(1-)yy=78.11×0.816＋92.13×(1-0.816)=80.7kg/kmol④求Aa599.0)638.01(13.92638.011.78638.011.78Aa⑤求1L,1V8.801599.017.805599.011L，1.8041Lkg/m331273.1580.72.7/22.4(273.1588.3)Vkgm(2)提馏段：2t＝102.3Co⑤求苯，甲苯5.7920.1003.1025.7929.7680.1000.120苯，789.8苯kg/m3790.3100.0102.3790.3770.0100.0120.0甲苯，788.0甲苯kg/m3化工课程设计说明书6⑥求平均组成液相组成2x:8.81.1063.1020.208.82.1021.1062x，2x=0.197气相组成2y:2.211.1063.1020.372.212.1021.1062y，2y=0.366⑦求平均摩尔质量L2A2B2M=M+M(1-)xx=78.11×0.197＋92.13×(1-0.197)=89.4kg/kmolV2A2B2M=M+M(1-)yy=78.11×0.366＋92.13×(1-0.366)=87.0kg/kmol⑧求Aa17.0)197.01(13.92197.011.78197.011.78Aa⑨求2L,2V0.78817.018.78917.012L，3.7882Lkg/m38.2)3.10215.273(4.220.8715.2732Vkg/m33混合物的粘度表1-3液态芳烃的粘度(mPa·s)[4]温度406080100120140苯0.4850.3810.3080.2550.2150.184甲苯0.4590.3730.3110.2640.2280.200利用内差法求得精馏段与提馏段平均温度下苯与甲苯的粘度(1)精馏段：1t＝88.3Co0.3080.803.88308.0255.00.800.100A，A＝0.286mPa·s化工课程设计说明书7311.080.088.30.3110.26480.0100.0B，B=0.291mPa·s则精馏段粘度：111(1)LABxx=0.286×0.638+0.291×(1-0.638)=0.288mPa·s(2)提馏段：2t＝102.3Co255.00.1003.102255.0215.00.1000.120A，A＝0.250mPa·s264.00.1003.102264.0228.00.1000.120B，B=0.260mPa·s则提馏段粘度：222(1)LABxx＝0.250×0.197＋0.260×(1－0.197)=0.258mPa·s4．混合液体表面张力[7]计算非水溶液混合物表面张力用Maclead-Sugden法。公式：141[P]()nmiLmiVmiixy（1.3）式中：m——混合物的表面张力；[P]i——I组份的等张比容；ix，iy——液相，气相的摩尔分率；Lm，Vm——混合物液相，气相的密度，mol/cm3。计算等张比容：[P苯]＝C6H5-+H=189.6+15.5=205.1[P甲苯]＝C6H5-+CH3-=189.6+55.5=245.1低压时蒸气密度和浓度一项可以略去不计，即气相表面张力略去不计，则：(1)精馏段：14m＝205.1×638.0102.831.8043+638.01102.831.8041.2453=2.122214(/)dyncm284.201/dyncm(2)提馏段：14m＝205.1×197.0104.893.7883化工课程设计说明书8＋245.1×197.01104.893.7883=2.091714(/)dyncm142.192/dyncm5.相对挥发度[4](1)精馏段：Ax=1x=0.638Bx=1-Ax=0.362Ay=0.816By=1-Ay=0.184则α1=ABBAyxyx=2.516(2)提馏段：Ax=2x=0.197Bx=1-Ax=0.803Ay=0.366By=0.634则α2=ABBAyxyx=2.3536.实际回流比的确定（1）最小回流比[4]根据苯和甲苯的汽液平衡数据用Excel画出平衡曲线，即x-y图，如图1-1所示：化工课程设计说明书901020304050607080901000102030405060708090100x(%)y(%)图1-1苯和甲苯的平衡曲线图用Excel对曲线进行六次方拟合得曲线方程为：y=-14.578x6+47.557x5-59.277x4+35.508x3-11.33x2+3.1174x+0.001从点（Fx，Fx）做垂线，即为进料线q线（因为是泡点进料，所以q线是x=Fx），该线与平衡线即曲线y=-14.578x6+47.557x5-59.277x4+35.508x3-11.33x2+3.1174x+0.001的交点坐标为qy=0.6044qx=0.3884min0.95730.60441.6340.60440.3884DqqqxyRyx（2）实际回流比[4]在实际操作中