【正文】 苯 甲苯分離過(guò)程浮閥精餾塔的設(shè)計(jì) 摘要 ：本設(shè)計(jì)對(duì)苯 甲苯分離過(guò)程浮閥精餾塔裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行以下幾方面工作： 精餾塔設(shè)計(jì)方案的確定。 對(duì)生產(chǎn)的主要設(shè)備 浮閥塔進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 ,其中包括：①精餾塔的物料衡算；②塔板數(shù)的確定；③精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；④精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算；⑤精餾塔塔板的主要工藝尺寸的計(jì)算：⑥精餾塔塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算：⑦精餾塔塔板的負(fù)荷性能圖；⑧ 塔頂冷凝器的冷凝熱和塔釜再沸器的汽化熱計(jì)算 。 繪制了生產(chǎn)工藝流程圖和精餾塔設(shè)計(jì)條件圖。 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了 討論和評(píng)述。從本設(shè)計(jì)中，我們組的隊(duì)員學(xué)到了很多 。團(tuán)隊(duì)合作，討論完善，總結(jié)思考能力得到了鍛煉。 關(guān)鍵詞 ：苯 甲苯；浮閥塔；工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；流程圖；工藝條件簡(jiǎn)圖 目錄 前言 設(shè)計(jì)方案的確定 精餾塔物料衡算 塔板數(shù)的確定 NT的求取 甲苯物系 xy圖 、液相負(fù)荷 精餾段有關(guān)物性數(shù)據(jù)以及主要工藝尺寸的計(jì)算 塔附件設(shè)計(jì)計(jì)算 塔總體高度設(shè)計(jì) 浮 閥精餾塔工藝設(shè)計(jì)結(jié)果討論 附錄 參考文獻(xiàn) 致謝 前言 化工生產(chǎn)中所處理的原料，中間產(chǎn)物，粗產(chǎn)品幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且其中大部分都是均相物質(zhì)。生產(chǎn)中為了滿足儲(chǔ)存，運(yùn)輸，加工和使用的需求，時(shí)常需要將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。芳香族化合物是化工生產(chǎn)中的重要的 原材料，而苯和甲苯是各有其重要作用。苯是化工工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)的重要基本原料，分子式 C6H6，分子量 ，相對(duì)密度 (20℃ )。沸點(diǎn) ℃在常溫常壓下是無(wú)色透明的液體，并具強(qiáng)烈的特殊芳香氣味，有毒。苯遇熱、明火易燃燒、爆炸。常態(tài)下，苯的蒸氣密度為 ，蒸氣壓(℃ )?？捎脕?lái)制備染料，樹脂，農(nóng)藥，合成藥物，合成橡膠，合成纖維和洗滌劑等等；甲苯不僅是有機(jī)化工合成的優(yōu)良溶劑，而且可以合成異氰酸酯，甲酚等化工產(chǎn)品，其分子式 CH3（ C6H5），分子量 ，相 對(duì)密度 (20℃ )。沸點(diǎn) ℃。在常溫下呈液體狀，無(wú)色、易燃?？梢杂脕?lái)制造三硝基甲苯，苯甲酸，對(duì)苯二甲酸，防腐劑，泡沫塑料，合成纖維等。 精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工，煉油，石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量計(jì)的驅(qū)動(dòng)下，使氣，液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各相分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組成分離該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程。本次設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一定處理量的精餾塔，實(shí)現(xiàn)苯 甲苯的分 離。分離苯與甲苯的生產(chǎn)工藝有：精餾法，膜分離法，萃取法。但苯 甲苯體系比較容易分離，待處理料液清潔，因此采用精餾法。而浮閥塔漏液少，傳質(zhì)情況好，氣液負(fù)荷有較大的變動(dòng)余地，故采用浮閥精餾塔。 浮閥塔是 20世紀(jì) 50年代初開發(fā)的一種新塔型，其特點(diǎn)是在篩板塔基礎(chǔ)上，在每個(gè)篩孔處安置一個(gè)可上下移動(dòng)的閥片。當(dāng)篩孔氣速高時(shí)，閥片被頂起、上升，孔速低時(shí)，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使進(jìn)入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下側(cè)水平方向進(jìn)入液層，既減少液沫夾帶量，又延長(zhǎng)氣液接觸時(shí)間，故收到很好 的傳質(zhì)效果。 浮閥塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔約大 20%40%，操作彈性可達(dá) 79，板效率比泡罩塔約高 15%，制造費(fèi)用為泡罩塔的 60%80%，為篩板塔的120%130%。 浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低，塔板開孔率大，生產(chǎn)能力大，其缺點(diǎn)是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。 設(shè)計(jì)方案的確定 本課程設(shè)計(jì)體系為苯 — 甲苯混合物，采用常壓操作連續(xù)精餾流程，篩板塔， 總板效率 ET=；原料組成為冷液進(jìn)料， ?Fx （苯的摩爾分率，下同），分離要求塔頂產(chǎn)品 ?Dx ，塔釜產(chǎn)品 ?Wx ，過(guò)冷液體進(jìn)料 q=，塔頂采用全凝器，冷凝液在泡點(diǎn)下部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送儲(chǔ)罐。 R=。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔釜產(chǎn)品冷卻后送儲(chǔ)罐。 精餾裝置包括精餾塔，原料預(yù)熱器，再沸器，冷凝器。釜液冷卻器和產(chǎn)品冷凝器等設(shè)備。熱量自塔釜輸入，物料在塔內(nèi)經(jīng)多次部分汽化與與部分冷凝器進(jìn)行精餾分離，由冷凝器 和冷卻器中的冷卻介質(zhì)將余熱帶走。在此過(guò)程中，熱能利用率很低，為此，在確定流程裝置時(shí)應(yīng)考慮余熱的利用，注意節(jié)能。另外，為保持塔的操作穩(wěn)定性，流程中除用泵直接送入塔原料外，也可以采用高位槽送料以免受泵操作波動(dòng)的影響。塔頂冷凝裝置根據(jù)生產(chǎn)狀況采用全凝器，以便于準(zhǔn)確地控制回流比。若后繼裝置使用氣態(tài)物料，則宜用全分凝器?？偠灾_定流程時(shí)要較全面，合理的兼顧設(shè)備，操作費(fèi)用操作控制及安全因素。 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離苯 — 甲苯混合物。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用冷液（溫度 75℃）進(jìn) 料。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝。冷凝器在泡點(diǎn)下一部分回流到塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入儲(chǔ)罐。該物系屬于易分離物系，操作回流比為 。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品冷卻送到儲(chǔ)罐。 精餾塔物料衡算 已知： ?Fx ， ?Dx ， ?Wx ， F=180kmol/h 取 XD=,XW= 總物料： F = D + W 易揮發(fā)組分： FXF = DXD + WXW 解得： D=（ kmol/h） W=（ kmol/h） 表 進(jìn)料 F 出料 D W 組分 kmol/h 摩爾分率 kmol/h 摩爾分率 kmol/h 摩爾分率 苯 54 D， XD F,XF W， XW 圖 全塔物料衡算 甲苯 126 總量 180 1 1 1 塔板數(shù)的確定 NT的求取 苯 — 甲苯物系屬理想物系，可采用圖解法求理論塔板數(shù) NT。 甲苯物系 xy圖 由手冊(cè)查得，苯 甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 xy 圖。 表 甲苯物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 x(%) 0 30 y(%) 0 37 50 71 溫度 x(%) 70 95 100 y(%) 100 圖 甲苯物系的 xy圖 原料液的汽化潛熱 rm= ?380kJ/(1kg/78kg/mol)＋0 7 355192./? kJkgkg mol = 8892＋ 22862 = 31754 kJ/mol 知 xf = 時(shí)，液體的泡點(diǎn)為 ℃，則 平均溫度 ???mt℃ = K 查手冊(cè)得 ℃下苯和甲苯的比熱 為 (kg?K)， 故原料液的比熱為： Cp = ??78＋ ??92 = kJ/(kmol?K) ∴ ? ? 31754 ???????? m mp r rtCq 得 q線方程： 11y x F ?????? xqqxq 、液相負(fù)荷 L=RD= = kmol/h V=(R+1)D=(+1) = kmol/h L? =L+q F=+ 180= kmol/h V? =V+(q1) F=+() 180