【正文】 指導教師 馮暉 李衛(wèi)星 2011 年 12 月 31 日 前 言化學工業(yè)中塔設(shè)備是化工單元操作中重要的設(shè)備之一，化學工業(yè)和石油工業(yè)中廣泛應用的諸如吸收、解吸、精餾、萃取、增濕、減濕等單元操作中，精餾操作是最基本的單元操作之一，它是根據(jù)混合液中各組分的揮發(fā)能力的差異進行分離的。 塔設(shè)備一般分為級間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。一般，與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結(jié)構(gòu)較復雜，阻力降較大。浮閥塔的特點：1．生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大 20%～40%，與篩板塔接近。 3．塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 5．塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的 50%～80%，但是比篩板塔高 20%～30。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型填料，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。本次設(shè)計就是針對苯甲苯體系，而進行的常壓浮閥精餾塔的設(shè)計及其輔助設(shè)備的選型。 2011年12月 目 錄第1章 概述 u 塔設(shè)備概述 ……………………………………………………(6)u 化工生產(chǎn)對塔設(shè)備的要求 ……………………………………(6)u 塔設(shè)備的選用 …………………………………………………(7)u 浮閥塔的優(yōu)點 …………………………………………………(7)第二章 總體設(shè)計方案 u 操作壓強的選擇 ………………………………………………(8)u 物料的進料狀態(tài) ………………………………………………(8)u 塔釜的加熱方式 ………………………………………………(8)u 回流方式 ………………………………………………………(8)第3章 精餾工藝流程圖 …………………………………………………………(9)第4章 理論板數(shù)的確定 ……………………………………………………… (10)u …………………………………………………… (10)u 物系相平衡數(shù)據(jù) …………………………………………… (10)u q值的計算 ………………………………………………… (10)u 回流比的確定 ……………………………………………… (11) α值的確定 …………………………………………… (11) e點的確定 …………………………………………… (11) 最小回流比Rmin的確定 …………………………………(11) 操作回流比Ropt的確定 …………………………………(12)u 理論板數(shù)的確定 …………………………………………… (12) 精餾段與提留段的汽液相流率 ……………………… (12) 精餾段與提留段方程的確定 ………………………… (12) 逐板計算法計算理論板數(shù) …………………………… (12)u 實際板數(shù)的確定 …………………………………………… (14) 全塔效率ET的計算 …………………………………… (14) 實際板數(shù)的確定 ……………………………………… (14)第五章 塔體主要工藝尺寸的設(shè)計計算 ……………………………………… (14)u 塔體設(shè)計所需的有關(guān)物性數(shù)據(jù)計算 ……………………… (14)u 精餾段塔徑塔板的設(shè)計計算 ……………………………… (18) 塔板參數(shù)的計算和選擇 ………………………………(18) 流體力學校驗 …………………………………………(23) 負荷性能圖 ……………………………………………(26)u 精餾段塔徑塔板的設(shè)計計算 ……………………………… (28) 塔板參數(shù)的計算和選擇 ………………………………(28) 流體力學校驗 …………………………………………(33) 負荷性能圖及操作彈性計算 …………………………(37)u 塔體主要工藝尺寸的匯總 ………………………………… (39)第六章 輔助設(shè)備設(shè)計 …………………………………………………………(41)u 塔頂全凝器的計算與選型 …………………………………(41)u 塔底再沸器的計算與選型 …………………………………(45) 塔底再沸器的介紹 ……………………………………(45) 塔底再沸器的設(shè)計 ……………………………………(47)u 其他輔助設(shè)備的計算與選型 ………………………………(48) 各類接管的計算與選型 ………………………………(48) 泵的計算與選型 …………………………………… (51)第7章 結(jié)論 …………………………………………………………………… (54)u 設(shè)計感想 ……………………………………………………( 54)u 致謝 ………………………………………………………… (55)u 參考文獻 …………………………………………………… (55)第1章 概述 塔設(shè)備概述塔設(shè)備是化學工業(yè)，石油工業(yè)，石油化工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。在塔設(shè)備中能進行的單元操作有：精餾，吸收，解吸，氣體的增濕及冷卻等。在化工和石油化工的生裝置中，%左右，%；它所耗的鋼材在各累工藝設(shè)備中所占的比例也較多，%，%。 化工生產(chǎn)對塔設(shè)備的要求塔設(shè)備除了應該滿足特定的化工工藝條件（如溫度，壓力，耐腐蝕）外，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求還應該達到下列要求：1）生產(chǎn)能力大，及氣體處理量大。3）操作穩(wěn)定，操作彈性大，即氣液負荷有較大波動時仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作，且塔設(shè)備應能長期連續(xù)運轉(zhuǎn)。5）結(jié)構(gòu)簡單可靠，材料耗用量少，制造安裝容易，以達到降低設(shè)備投資的要求。隨著人們對生產(chǎn)能力，提高效率，穩(wěn)定操作和降低壓降的追求，推動著各種新型塔結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和發(fā)展。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔。在各種塔型中，當前應用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 ，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 第二章 總體設(shè)計方案的確定 操作壓強的選擇精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進行。對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進行操作。對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。本次分離的苯和甲苯二元體系為一般物系故分離時采用常壓操作。 塔釜的加熱方式本次分離采用任務中，塔底采用再沸器加熱，冷流體為塔底液體，熱流體為高溫蒸汽，此種加熱方式屬于間接蒸汽加熱。第3章 精餾工藝流程圖精餾工藝流程圖如下圖所示 :第四章 理論板數(shù)的確定 物料衡算根據(jù)工藝的操作條件可知:料液流量 F=230Kmol/h。塔頂產(chǎn)品摩爾分數(shù) XD=。 物系相平衡數(shù)據(jù)常壓下苯—甲苯系統(tǒng)t—x—y數(shù)據(jù)如表1—6所示。苯相對分子質(zhì)量：M1=78kg/kmol；甲苯相對分子質(zhì)量：M2=92kg/kmol。K)。 所以平衡線方程為： 或 e點的確定聯(lián)立q線方程和相平衡方程求得e點坐標。 已知X10=, 由上而下計算，直到Xi 首次越過Xw=。s mpaμL苯+ x甲苯s故: α（過程略）塔頂溫度：tD= ℃ 加料板上一塊塔板溫度tF1= ℃加料板的塔板溫度tF= ℃塔底溫度：tW= ℃精餾段平均溫度 T=(+)/2= ℃提餾段平均溫度 T=(+)/2= ℃ 塔頂平均摩爾質(zhì)量： X1= Y1=MVDm=+()= kg/kmolMLDm=+()= kg/kmol 加料板上一塊塔板平均摩爾質(zhì)量： XF1= YF1=MVFm=+()= kg/kmolMLFm=+()= kg/kmol 加料板平均摩爾質(zhì)量： XF= YF=MVFm=+()= kg/kmolMLFm=+()= kg/kmol塔底平均摩爾質(zhì)量： XW= YW=MVFm=+()= kg/kmolMLFm=+()= kg/kmol 精餾段平均摩爾質(zhì)量： MVm=(MVDm+MVFm)/2 =(+)/2= kg/kmol MLm=(MLDm+MLFm)/2 =(+)/2= kg/kmol 提餾段平均摩爾質(zhì)量： MVm=(MVDm+MVFm)/2 =(+)/2= kg/kmol MLm=(MLDm+MLFm