处理量为11000kgh苯-甲苯连续精馏塔的设计..doc

第1章 绪论 塔设备在化工生产中的作用和地位 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，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，都有非常重大的影响。 精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。 设计背景 为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发。 国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。 经过我国这些年的努力，在塔研究方面与国外先进技术的差距正在不断的减小。 1.3 设计条件 进料量每小时11000公斤，原料中含苯40%（重量），以沸点状态送入塔内。要求塔顶馏出物含苯96%（重量），塔釜残液中含苯不大于5%，操作回流比取最小回流比的2.5倍。 1.4 问题研究 本设计是针对苯—甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后，计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。 第2章 塔的工艺计算 塔温的分布 苯和甲苯的混合物是服从拉乌尔定律的理想溶液。在常压下它们的蒸汽压及汽液平衡数据，如下表所示： 表一 苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据 80.02 760 300 1.000 1.000 84.0 850 333 0.823 0.922 88.0 957 379.5 0.659 0.830 92.0 1078 432 0.508 0.720 96.0 1204 492.5 0.376 0.596 100.0 1344 559 0.256 0.453 104.0 1495 625 0.155 0.304 108.0 1659 704.5 0.058 0.128 114.0 1748 760 0 0 由表一数据作如图2-1等压曲线（t-x图）和图2-2气液平衡曲线（y-x图）。 将进料、塔顶和釜液的浓度以分子分数表示为： 1—汽相 2—液相 图2-1 苯-甲苯的等压曲线 根据图2-1可确定它定、塔釜和进料温度分别为： 由于沸点进料（q=1），由图2-1和图2-2可得与进料液体相平衡的蒸汽组成，由式（3-53a）得最小回流比： 塔顶的相对挥发度： 塔釜的相对挥发度： 则全塔的平均相对挥发度： 图2-2 气液平衡曲线 2.2 物料平衡 则有： 由上述方程式可求得： ) 操作回流比： 1.精馏段 液相流量： 气相流量： 2.提馏段 液相流量： 气相流量： 2.3 塔板数的计算 2.3.1 图解法 沸点进料（q=1）。q线方程为一垂线es，经过a点作精馏段操作线，其截距为： 再由b点作提馏段操作线，与精馏段操作线交于e点，连接be得提馏段操作线。 在平衡线和操作线之间作阶梯，得理论板数为11.7层，精馏段为5层，第6层为进料板。 2.3.2 差分方程法 塔顶馏出物的平均分子量： 塔顶馏出量： 进料液的平均分子量： 进料量： 釜液的平均分子量： 釜液量： 1.精馏段： 由下面公式可得: =-1.9 精馏段操作线与平衡线交点的横坐标由下面公式求得： =0.187 由于沸点进料q=1，所以得： 由公式求得精馏段理论板数： =5.3（层） 2.提馏段： 由下面公式求得： =-1.339