精馏热量衡算精馏塔全塔效率操作弹法论文.docVIP

摘　要 本次设计是针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完整的精馏设计过程。我们对此塔进行了工艺设计，包括它的进出口管路的计算，画出了塔板负荷性能图，并对设计结果进行了汇总。 此设计的精馏装置包括精馏塔，再沸器，冷凝器等设备，热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由塔顶产品冷凝器中的冷却介质将余热带走。本文是精馏塔及其进料预热的设计，分离摩尔分数为0.42的苯—甲苯溶液，使塔顶产品苯的摩尔含量达到98%，塔底釜液摩尔分数为3.5%。 综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对苯-甲苯进行分离提纯，塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为14。根据经验式算得全塔效率为53.72%。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为14，提馏段实际板数为14。实际加料位置在第15块板。精馏段弹性操作为3.02,提馏段操作弹性为3.12。全塔塔径为1.4m。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。确定了操作点符合操作要求。 关键词：苯-甲苯、精馏、热量衡算、精馏塔设计、全塔效率、操作弹性第一章　绪　论 筛板精馏塔是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。它的出现仅迟于泡罩塔20年左右，当初它长期被认为操作不易稳定，在本世纪50年代以前，它的使用远不如泡罩塔普遍。其后因急于寻找一种简单而价廉的塔型，对其性能的研究不断深入，已能作出比较有把握的设计，使得筛板塔又成为应用最广的一种类型。 1.1精馏流程设计方案的确定 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。设计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分作为塔顶产品冷却后送至储罐。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1.45倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。流程参见附图。 1.2设计思路 在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是筛板式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用 泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低。在设计时要根据实际需要选定回流比。 1.2.1精馏方式的选定 加热方式 1.2.3操作压力的选取 回流比的选择min的求取应通过精馏段操作线与平衡线相切得到。而适宜回流比R的确定，应体现最佳回流比选定原则即装置设备费与操作费之和最低,一般经验值为R=(1.1-2.0)Rmin. 1.2.5塔顶冷凝器的冷凝方式与冷却介质的选择 1.2.6板式塔的选择 第二章　精馏塔工艺设计计算 2.1物料衡算 2.1.1塔的物料衡算 （1）苯的摩尔质量： 甲苯的摩尔质量： （2）原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量： （3）物料衡算 总物料衡算： 即 （1） 易挥发组分物料衡算： 即 （2） 由(1)和(2)解得 2.2物系常数的求解 2.2.1温度的求解 表2-1苯—甲苯平衡数据[1]（p=101.325kPa） 温度t/℃ 液相中苯的摩尔分数x% 气相中苯的摩尔分数y% 温度t/℃ 液相中苯的摩尔分数x% 气相中苯的摩尔分数y% 109.91 1.00 2.5 90.11 55.0 75.5 108.79 3.00 7.11 80.80 60.0 79.1 107.61 5.00 11.2 87.63 65.0 82.5 105.05 10.0 20.8 86.52 70.0 85.7 102.79 15.0 29.4 85.44 75.0 88.5 100.75 20.0 37.2 84.40 80.0 91.2 98.84 25.0 44.2 83.33 85.0 93.6 97.13 30.0 50.7 82.25 90.0 95.9 95.58 35.0 56.6 81.11 9