精馏塔设计说明(最全).doc

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 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。 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（摩尔分数，下同）： 0.3884 38.84% 塔顶组成： 0.9573 95.73% 塔底组成： 0.0294 2.94% 原料液的平均摩尔质量： 0.3884×78.11+ 1-0.3884 ×92.13 86.68kg/kmol 进料量： 6000kg/h 6000/86.68kmol/h 69.22 kmol/h 物料衡算式： +， 其中为塔顶产品流量，kmol/h;为塔釜残液流量，kmol/h 联立解得： 26.78kmol/h, 42.44kmol/h 第二节 基本数据 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/ 苯的摩尔分数 温度/ 液相（%） 气相（%） 液相（%） 气相（%） 0.0 0.0 475.35 23.4 86．0 419.25 2.5 27.3 462.15 25.3 87.0 418.35 5.8 46.6 454.15 27.8 88.5 415.35 7.8 53.5 448.95 33.0 90.9 410.75 9.7 58.8 446.95 49.3 95.1 400.95 10.3 60．8 446.05 52.8 95.8 398.95 11.9 67.4 440.85 66.5 97.2 393.95 12.5 69.4 438.95 76.5 98.2 390.15 15.0 75.6 432.95 1.0 1.0 383.85 17.3 78.2 430.25 利用表中数据由拉格朗日插值法求得下列温度 ① ：， 95.50 ② ：， 81.05 ③ ：， 109.10 ④ 精馏段平均温度： ⑤ 提馏段平均温度： ⑥ 气体温度：： ， 82.3； ：， 110.0 2 密度 表1-2 液态芳烃的密度（kg/m3）[4] 温度 40 60 80 100 120 140 苯 857.3 836.6 815.0 792.5 7