【正文】 苯甲苯連續(xù)精餾塔的設計書一、設計任務：試設計一連續(xù)浮閥精餾塔以分離苯甲苯混合物。具體工藝參數(shù)如下：原料處理量：年處理 76000 噸苯甲苯混合液體。原料液中苯含量： %（質量）。產(chǎn)品要求：餾出液中的苯含量為 97 %（質量）。 釜液中的苯含量不高于 2 %（質量）。設備的年運行時間平均為300天。二、設計條件：加熱方式：間接蒸汽加熱，~。操作壓力：常壓。進料狀況： 泡點進料 。冷卻水進口溫度： 25 ℃，出口溫度自定。塔板形式：浮閥塔板。三、應完成的工作量：確定全套精餾裝置的流程，繪制工藝流程示意圖，標明所需的設備、管線及有關控制或觀測所需的主要儀表與裝置。精餾塔的工藝設計，塔的結構尺寸設計。輔助裝置的設計和選型；估算冷卻水用量和冷凝器的換熱面積、水蒸氣用量和再沸器換熱面積；。編寫設計說明書一份。繪制精餾塔的裝配圖一張（一號圖紙）。表格表1 物料衡算結果表2 苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)表3苯和甲苯的氣液平衡數(shù)據(jù)表4 苯、甲苯的Antoine常數(shù)表5 苯，甲苯的飽和蒸汽壓表6 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計算結果表7 精餾段和提餾段氣液負荷計算結果表8 物性系數(shù)K表9 霧沫夾帶線取點表10 液泛線取點表11 冷凝器和再沸器的熱負荷表12 塔各接管及材料表13 塔間距與塔徑的關系表 14 塔體計算結果表15 筒體的設計參數(shù)表16設計結果匯總附表1——常壓下苯－甲苯的氣熱平衡數(shù)據(jù)表附表2——苯和甲苯的物理性質附表3——苯和甲苯的液相密度附表4——液體表面張力附表5——液體黏度附表6——液體汽化熱圖圖1精餾操作流程 圖2精餾工藝流程圖圖3全凝器內(nèi)物流流程圖圖4再沸器內(nèi)加熱蒸汽走殼程、物料走管程圖5設計思路流程圖圖6苯甲苯的氣液平衡圖圖7理論塔板數(shù)圖8 史密斯關聯(lián)圖圖9 精餾段和提餾段閥孔數(shù)圖10 泛點負荷系數(shù)圖11精餾段操作性能圖圖12 提餾段操作性能圖圖13 全塔能量衡算圖圖14 封頭符號說明英文字母49Aa——塔板上鼓泡區(qū)面積，m2；Ab——板上液流面積，m2；Af——降液管截面積，m2；AT——塔截面積，m2；C——操作條件下的負荷系數(shù)，無因次；CF——泛點負荷系數(shù)，無因次；C20——當液體表面張力為20 mN／m時,計算umax的負荷系數(shù)，無因次；do——閥孔直徑，m；D——塔徑，m；餾出液摩爾流量，kmol/hev——霧沫夾帶量，kg液／kg氣E——液流收縮系數(shù)，無因次；ET——總板效率(全塔效率)，無因次；Fo——氣相動能因數(shù)，kg1/2（sm1/2）；g——重力加速度，m／s2；hl——進口堰與降液管間的水平距離，m；hc——與干板壓強降相當?shù)囊褐叨龋琺液柱；hd——與液體經(jīng)過降液管時的壓強降相當?shù)囊褐叨龋琺液柱；h1——與板上液層阻力相當?shù)囊褐叨龋琺液柱；hL——板上清液層高度，m；hn——齒形堰的齒深，mho——降液管的底隙高度，m；hOW——堰上液層高度，m；hW——出口堰高度，m；Hd——降液管內(nèi)清液層高度，m；HT——板距，m；K——物性系數(shù)，無因次；lW——堰長，M；L——液體摩爾流量，kmol/hLh——液體流量，m3／h；Ls——液體流量，m3／s；NP——實際板層數(shù)；NT——理論板層數(shù)；；△P——壓強降，Pa；R——鼓泡區(qū)半徑，m，或回流比，無因次；t——孔心距，m；t’——排間距，m；u——空塔氣速，m/s；umax——極限空塔速度(液泛速度)，m/s：uo——閥孔氣速，m/s；uoc——臨界孔速，m/s；u’o——降液管底隙處液體流速,m/s；Vh——氣體流量，m3／hVs——氣體流量，m3／s：Wc——邊緣無效區(qū)寬度，m；Wd——弓形降液管寬度，m；Ws——破沫區(qū)寬度，m；x——液相中易揮發(fā)的摩爾組成；或鼓泡區(qū)1/2的寬度，m；y——氣相摩爾組成；Z——板式塔的有效高度，m；希臘字母εo——板上液層充氣系數(shù)，無因次；θ——液體在降液管內(nèi)停留時間,s；μ——粘度，mPas；ρl——液體密度，kg/m3ρv——氣體密度，kg/m3σ——液體的表面張力，mN／m或N／m；φ——計算液泛時的系數(shù)，無因次；下標D——餾出液；F——原料液；h——小時；s——秒；i——組分序號；L一液體的；m——平均；max——最大的；min——最小的；n——塔板序號；V——氣體的。 設計方案的確定 確定設計方案是指確定整個精餾裝置的流程、各種設備的結構型式和某些操作指標。例如組分的分離順序、塔設備的型式、操作壓力、進料熱狀態(tài)、塔頂蒸汽的冷凝方式等。下面結合課程設計的需要，對某些問題作些闡述。 （加壓、常壓、減壓） 蒸餾操作通?？稍诔骸⒓訅汉蜏p壓下進行。確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性進行考慮。例如，采用減壓操作有利于分離相對揮發(fā)度較大組分及熱敏性的物料，但壓力降低將導致塔徑增加，同時還需要使用抽真空的設備。對于沸點低、在常壓下為氣態(tài)的物料，則應在加壓下進行蒸餾。當物性無特殊要求時，一般是在稍高于大氣壓下操作。但在塔徑相同的情況下，適當?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＳ袝r應用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。由于苯和甲苯在常壓下有很好的分離效果，而且苯和甲苯也不是難揮發(fā)的物質，同時也從合理的經(jīng)濟成本和設備條件來考慮 （熱狀況） 選擇泡點進料 進料狀態(tài)直接影響塔板數(shù)、塔徑、回流量、塔的熱負荷等參數(shù)的計算，所以在工藝計算前要首先加以確定。進料有多種熱狀態(tài)形式，如冷進料、泡點進料點—液共進料、飽和蒸氣進料等．但一般多采用泡點或接近泡點進料，這樣塔的操作較易控制，精餾段與提餾段的塔徑相同，使塔的設計和制造更簡便。對于泡點進料，由于原料與板上液體的溫度相近，因此原料液全部進入提餾段，作為提餾段的回流液，這樣較好的提高原料液的分離。另外，也是為了使塔的操作處于穩(wěn)定，不受季節(jié)的影響。 （直接或間接）選擇間接加熱如果分離的混合溶液為水溶液，且水是難揮發(fā)組分，這選擇直接加熱較好，以省去再廢氣，提高熱能利用率。但是直接加熱時的理論板較間接蒸氣時稍多，同時本次分離溶液的不是水溶液，所以采用間接加熱的方式。 在精餾裝置中，可采用中間再沸器，由于塔中間液體沸點低于釜液，所以中間再沸器的溫度比塔底再沸器的溫度低，因而可以利用比塔釜熱源溫度低的加熱劑來加熱，降低能量消耗。同樣，也可設置中間冷凝器，由于塔中蒸氣溫度高于塔頂，所以可回收能位比塔頂更高的熱能。這樣都可以提高精餾塔的熱力學效率。當然，采用上述方式節(jié)能或余熱利用時還需考慮所增加的設備費用，以及可能給操作帶來的不利影響。 一個正常操作的精餾塔當受到某一外界因素的影響的干擾(如回流比、進料組成發(fā)生波動等)，全塔各板的組成將發(fā)生變動，全塔的溫度分布也將發(fā)生相應的變化。因此，有可能用測量溫度的方法預示塔內(nèi)組成尤其是塔頂餾出液組成的變化。 仔細考察操作條件變動前后的溫度分布的變化，即可發(fā)現(xiàn)在精餾段或提餾段的某些塔板上，溫度變化最為顯著?；蛘哒f，這些塔板的溫度對外界干擾因素的反映最靈敏，故將這些塔板稱之為靈敏板。將感溫元件安置在靈敏板上可以較早察覺精餾操作所受的干擾；而且靈敏板比較靠近進料口，可在塔頂餾出液組成尚未產(chǎn)生變化之前先感受到進料參數(shù)的變動并及時采取調(diào)節(jié)手段，以穩(wěn)定餾出液的組成。因此，在設計過程中根據(jù)不同回流比大小來確定全塔組成分布和溫度分布，畫出以塔板序號為縱坐標、溫度變化為橫坐標的溫度分布曲線，得到溫度變化最明顯的位置，即為靈敏板位置。 苯和甲苯的混合溶液經(jīng)原料預熱器