【正文】 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 1 吉林化工學(xué)院 化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 題目 苯 甲苯二元物系浮閥精餾塔設(shè)計(jì) 2021 年 06 月 11 日 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 目 錄 摘 要 …………………………………………………… …………………………………… 1 緒 論 ………………………………………………………………………………………… 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 ……………………………………………………………… ………………… 4 第一張 塔板的工藝的計(jì)算 ……………………………………………………………………… 6 主要基礎(chǔ)物性參數(shù) ………………………………………………………………………… 6 精餾塔實(shí)體塔板的計(jì)算 …………………………………………………………………… 7 精餾塔物料衡算 …………………………………………………………………………… 7 理論塔板數(shù)的確定 ………………………………………………………………………… 7 板效率的計(jì)算 ………………………………………………………… …………………… 10 實(shí)際板數(shù)的確定 ………………………………………………………………………… … 11 第二章 精餾塔主要工藝尺寸 …………………………………………………………………… 12 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性參數(shù)的計(jì)算 ……………………………………………… 12 操作壓力計(jì)算 ……………………………………………………………………………… 12 液相平均表面張力計(jì)算 …………………………………………………………………… 12 熱量衡算 ……………………………………………… …………………………………… 13 平均摩爾質(zhì)量衡算 ………………………………………………………………………… 15 平均密度計(jì)算 ……………………………………………………………………………… 16 塔體工藝尺寸的計(jì)算 ……………………………………………………………………… 18 精餾塔塔徑的計(jì)算 ………………………………………………………………………… 18 精餾塔有效高度的計(jì)算 …………………………………………………………………… 19 塔板工藝尺寸的計(jì)算 …………… ………………………………………………………… 19 溢流裝置的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………… 19 浮閥布置設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………… 20 浮閥板流體力學(xué)驗(yàn)算 ……………………………………………………………………… 22 塔板負(fù)荷性能圖 …………………………………………………………………………… 25 夜沫夾帶線的繪制 ………………………………………………………………………… 25 液泛線的繪制 ……………………………………………………………………………… 25 漏液線的繪制 ……………………………………………………………………………… 26 液相負(fù)荷的下限線的繪制 ………………………………………………………………… 26 液相負(fù)荷的上限線的繪制 ………………………………………………………………… 27 小結(jié) ………………………………………………………………………………………… 28 第三章 輔助設(shè)備及選型 ………………………………………………………………………… 29 接管的計(jì)算 ………………………………………………………………………………… 29 進(jìn)料管的選擇 ……………………………………………………………………………… 29 回流管的選擇 ……………………………………………………………………………… 29 釜底出口管路的選擇 ……………………………………………………………………… 30 塔頂蒸汽管 ………………………………………………………………………………… 30 加料蒸汽管的選擇 ………………………………………………………………………… 30 封頭的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 人孔的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 法蘭的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 裙座的計(jì)算 ………………………………………………………………………………… 31 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 塔釜設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………………… 31 第四章 塔高的設(shè)計(jì) …………………………………………………………… ………………… 32 塔總高度的計(jì)算 …………………………………………………………………………… 32 第五章 附屬設(shè)備計(jì)算 …………………………………………………………………………… 33 冷凝器的選擇 ……………………………………………………………………………… 33 再沸器的選擇 ……………………………………………………………………………… 33 總結(jié)語(yǔ) …………………………………………………………………………………………… 35 主要符號(hào)說(shuō)明 ……………………………………………………………… …………………… 36 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………… 38 化工原理課程設(shè)計(jì)教師評(píng)分表 ………………………………………………………………… 39吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 1 摘 要 本次設(shè)計(jì)的浮閥塔是化工生產(chǎn)中主要的傳質(zhì)設(shè)備。此設(shè)計(jì)針對(duì)二元物系的精餾問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、核算、繪圖，是較完整的精餾設(shè)計(jì)過(guò)程，該設(shè)計(jì)方法被工程技術(shù)人員廣泛的采用。 本文設(shè)計(jì)了浮閥精餾塔及其附屬元件的尺寸、管線路線的鋪設(shè)，并對(duì)摩爾分?jǐn)?shù)為 的苯 — 甲苯二元溶液進(jìn)行精餾過(guò)程，其中塔頂使用全凝器，部分回流。按逐 板計(jì)算理論板數(shù)為 15。 由平均粘度得到全塔效率 為 50%， 從而得到了塔的精餾段實(shí)際板數(shù)為 14 塊， 提餾段實(shí)際板數(shù)為 15。實(shí)際加料位置在第 15 塊板。 確定了塔的主要工藝尺寸，塔板采用單溢流弓型降液管齒型堰如塔徑 米等。且經(jīng)過(guò)液泛線，漏液線，液相負(fù)荷上限，液相負(fù)荷下限的校核，確定了操作點(diǎn)符合操作要求 。 精餾段的操作彈性為 ，提餾段的操作彈性為 ，符合操作要求。 關(guān)鍵詞： 苯 甲苯 精餾塔 浮閥 操作彈性 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 2 緒 論 精餾塔 （ fractionating column）是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。 關(guān)于各種類型塔板的介紹 主要的塔板型式有：泡罩塔板；浮閥塔板；篩孔塔板；舌形塔板（斜孔塔板）；網(wǎng)孔塔板；垂直浮閥；多降液管塔板；林德浮閥；無(wú)溢流塔板。 ⑴ 泡罩塔板 泡罩塔板的氣體通道是由升氣管和泡罩構(gòu)成的。升氣管是泡罩塔區(qū)別于其它塔板的主要結(jié)構(gòu)特征。這種結(jié)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，制造成本高，而且氣體通道曲折多變、干板壓降達(dá)、液泛氣速低、生產(chǎn)能力 小。 ⑵ 浮閥塔板 浮閥塔板是對(duì)泡罩塔板的改進(jìn)，取消了升氣管，在塔板開孔上訪設(shè)置了浮閥，浮閥可根據(jù)氣體的流量自行調(diào)節(jié)開度。氣量較小時(shí)可避 免過(guò)多的漏液，氣量較大時(shí)可使氣速不致過(guò)高，降低了壓降。 ⑶ 篩孔塔板 篩孔塔板是最簡(jiǎn)單的塔板，造價(jià)低廉，只要設(shè)計(jì)合理，其操作彈性是可以滿足生產(chǎn)需要的，目前已成為應(yīng)用最為廣泛的一種板型。 ⑷ 舌形塔板 舌形塔板是為了防止過(guò)量液沫夾帶而設(shè)計(jì)的一種塔型，由舌孔噴出的氣流方向近于水平，產(chǎn)生的液滴幾乎不具有向上的初速度。同時(shí)從舌孔噴出的氣流，通過(guò)動(dòng)量傳遞推 動(dòng)液體流動(dòng)，降低了板上液層厚度和塔板壓降。 ⑸ 網(wǎng)孔塔板 網(wǎng)孔塔板采用沖有傾斜開孔的薄板制造，具有舌形塔板的特點(diǎn)，并易于加工。 ⑹ 垂直浮閥 垂直浮閥是在塔板上開有若干直徑為 100200mm 的大圓孔，孔上設(shè)置圓柱形泡罩，泡罩下緣于塔板有一定的間隙，泡罩側(cè)壁開有許多篩孔。氣流噴射方向是水平的，液滴在垂直方向的初速度為零，液沫夾帶量很小。 ⑺ 多降液管塔板 在普通浮閥上設(shè)置多根降液管以適應(yīng)大液體量的要求，降液管為懸掛式。 ⑻ 林德浮閥 林德浮閥是專為真空精餾設(shè)計(jì)的高效低 壓降塔板，在整個(gè)浮閥上布置一定數(shù)量的導(dǎo)向斜孔，并在塔板入口處設(shè)置鼓泡促進(jìn)裝置。 ⑼ 無(wú)溢流塔板 無(wú)溢流塔板是一種簡(jiǎn)易塔板，只是一塊均勻開有一定縫隙或篩孔的圓形平吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 3 板，無(wú)降液管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。 篩板精餾塔是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的汽液傳質(zhì)設(shè)備。 它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是塔板上開有許多均勻的小孔。根據(jù)孔徑的大小，分為小孔徑篩板和大孔徑篩板兩類。工業(yè)上以小孔徑篩板為主，大孔徑篩板多用于某些特殊場(chǎng)合（如分離難度大、易結(jié)焦的物系）。 篩板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；板上液面落差小，氣體壓降低 ，生產(chǎn)能力較大，氣體分散均勻，傳質(zhì)效率較高。 合理的設(shè)計(jì)和適當(dāng)?shù)牟僮髂軡M足要求的操作彈性，而且效率高。 篩板塔制造維修方便，相同條件下生產(chǎn)能力比泡罩塔高10%— 15%，板效率亦約高 10%— 15%，而每板壓力降則低 30%左右，適用于真空蒸餾；塔板效率較高，但稍低于浮閥塔。具有較高的操作彈性，但稍低于泡罩塔。其缺點(diǎn)是小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理臟的、粘性大的和帶固體粒子的料液。 飽和蒸汽產(chǎn)品采出塔底物料采出進(jìn)料 精餾框架簡(jiǎn)圖 吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 4 第 1 章 設(shè) 計(jì) 方 案 裝 置流程的確定 蒸餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，蒸餾釜（再沸器），冷凝器，釜液冷卻器和產(chǎn)品冷卻器等設(shè)。按過(guò)程按操作方式的不同，分為聯(lián)組整流和間歇蒸餾兩種流程。連續(xù)蒸餾有生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中以連續(xù)蒸餾為主。間歇蒸餾具有操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于小規(guī)模，多品種或多組分物系的初步分離。 蒸餾通過(guò)物料在塔內(nèi)的多次部分汽化與多次部分冷凝實(shí)現(xiàn)分離，熱量自塔釜輸入，由冷凝器中的冷卻質(zhì) 將余熱帶走。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定裝置流程時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用。譬如，用余料 作為塔頂產(chǎn)品（或釜液產(chǎn)品）冷卻器的冷卻介質(zhì)，既可以將原料預(yù)熱，又可以節(jié)約冷卻質(zhì)。 另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵這節(jié)送入塔原料外也可以用高位槽送料，以免受泵操作波動(dòng)的影響。 塔頂冷凝裝置可采用全冷凝器，分冷凝器兩種不同的設(shè)置。甲醇和水不反應(yīng)，且容易冷凝，故使用全凝器，用水冷凝。塔頂出來(lái)的氣體溫度不高，冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無(wú)需進(jìn)一步冷卻，此次分離也是希望得到甲醇，選用全凝器符合要求。 總之，確定流程時(shí)要較全面，合理地兼顧設(shè)備，操作費(fèi)用，操作控制及安全諸因素。 操作 壓 力的 選擇 蒸餾過(guò)程中按操作壓力不同，分為常壓蒸餾，減壓蒸餾和加壓蒸餾。一般地，除熱明性物系，凡通過(guò)常壓蒸餾能夠?qū)崿F(xiàn)分離要求，并能用江河水或循環(huán)水將餾出物冷凝下來(lái)的物系，都能采用常壓蒸餾；對(duì)熱敏性物系或者混合物泡點(diǎn)過(guò)高的物系，則宜采用減壓蒸餾；對(duì)常壓下餾出物冷凝溫度過(guò)低的物系，需提高塔壓或者采用深井水，冷凍鹽水作為冷卻劑；而常壓下呈氣態(tài)的物系必須采用加壓蒸餾。甲苯和苯在常壓下就能夠分離出來(lái)，所以本實(shí)驗(yàn)在常壓下操作就可以。 進(jìn) 料 狀況 的 選擇 進(jìn)料狀況一般有冷液進(jìn)料，泡點(diǎn)進(jìn) 料。對(duì)于冷液進(jìn)料，當(dāng)組成一定時(shí)，吉林化工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì) 5 流量一定對(duì)分離有利，節(jié)省加熱費(fèi)用。采用泡點(diǎn)進(jìn)料不僅對(duì)穩(wěn)定操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。綜合考慮，設(shè)計(jì)上采用泡點(diǎn)進(jìn)料。泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，基于恒摩爾流假定，精餾段和提餾段上升蒸汽的摩爾流量相等，故精餾段和提餾段塔徑基本相等，制造上較為方便。 加 熱 方式的 選擇 加熱方式可分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱直接由塔底進(jìn)入塔內(nèi)。由于重組分是水，故省略加熱裝置。但在一定的回流比條件下，塔底蒸汽回流液有稀釋作用，使理論板數(shù)增加，費(fèi)用增加。間接蒸汽加熱使通過(guò)加熱器使釡液 部分汽化。上升蒸汽回流下來(lái)的冷液進(jìn)行傳質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)是釜液部分汽化，維持原來(lái)的濃度，以減少理論塔板數(shù)，其缺點(diǎn)是增加加熱裝置。本設(shè)計(jì)塔釡采用間接加熱蒸汽，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。 回流比的 選擇 回流方式可分為重力回流和強(qiáng)制回流。對(duì)于小型塔，回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點(diǎn)是回流冷凝器無(wú)需支持結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是回流冷凝器回流控制較。如果需要較高的塔頂處理或塔板數(shù)較多時(shí)，回流冷凝器不宜安裝在塔頂。因?yàn)樗斃淠鞑灰寻?