化工原理课程设计

南京工业大学。

化工原理》专业课程设计。

设计题目常压苯-甲苯筛板精馏塔设计。

学生姓名费婷班级、学号化工050506

指导教师姓名居沈贵。

课程设计时间200 8年 6月 16日-200 8年6月 27日

课程设计成绩。

指导教师签字。

南京工业大学。

化工原理课程设计任务书。

专业：化学工程与工艺班级：化工050506 姓名：费婷

设计日期： 2010 年 06 月 16 日至 2008 年 06 月 27 日。

设计题目：常压苯-甲苯筛板精馏塔的设计。

设计条件：体系：苯—甲苯体系

已知：进料量f= 180 kmol/h

进料浓度zf= 0.15 （摩尔分数，下同）

进料状态：q＝ 0.5

操作条件：塔顶压强为4 kpa(表压)，单板压降不大于0.7kpa。

塔顶冷凝水采用深井水，温度t＝12℃；

塔釜加热方式：间接蒸汽加热。

全塔效率et = 52%

分离要求： xd= 0.995 ；xw= 0.002 ；回流比r/rmin =1.6 。

指导教师：居沈贵

2010 年 6月 21 日。

2..精馏操作对塔设备的要求。

1. 精馏操作对塔设备的要求。

2. 板式塔类型。

3.精馏塔的设计步骤。

4.设计方案的确定。

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离的方法。蒸馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

蒸馏过程按操作方式可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏是一种不稳态操作，主要用于批量生产或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏为稳态的连续过程，是化工生产常用的方法。蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。

简单蒸馏是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。平衡蒸馏又称闪蒸，也是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行，用于要求不高的体系。对于较难分离的体系可采用精馏，用普通精馏不能分离体系则可采用特殊精馏。

特殊精馏是在物系中加入第三组分，改变被分离组分的活度系数，增大组分间的相对挥发度，达到有效分离的目的。特殊精馏有萃取精馏、恒沸精馏和盐溶精馏等。

精馏过程按操作压强可分为常压精馏、加压精馏和减压精馏。一般说来，当总压强增大时，平衡时气相浓度与液相浓度接近，对分离不利，但对在常压下为气态的混合物，可采用加压精馏；沸点高又是热敏性的混合液，可采用减压精馏。虽然工业生产中以多组分精馏为常见，但本课程设计主要介绍两组分连续精馏过程的设计计算，并以苯—甲苯体系为例。

化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。

本次设计任务为设计一定处理量的分离苯和甲苯混合物精馏塔。

板式精馏塔也是很早出现的一种板式塔，20世纪50年代起对板式精馏塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，板式精馏塔具有下列优点：生产能力大（20%——40%），塔板效率高（10%——50%）而且结构简单，塔盘造价低，约减少40%左右，安装，维修都较容易。

气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。

板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。

板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(2024年)、筛板塔(2024年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如s型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。（1）泡罩塔。

泡罩塔是工业上应用最早的塔，其主要元件为升气管和泡罩。泡罩安装在升气光的顶部，分圆形和条形两种，国内应用较多的是圆形泡罩。泡罩的尺寸为φ80mm、φ100mm、φ150mm三种，可根据塔径的大小选择。

通常塔径小于1000mm，选用φ80mm的泡罩；塔径大于2000mm，选用φ150mm的泡罩。

泡罩塔的主要优点是操作弹性大，液气比范围大，不易堵塞，适于处理各种物料，操作稳定可靠。其缺点是结构复杂，造价高；板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。近年来，泡罩塔板已经逐渐被筛板、浮阀塔板所取代。

在设计中除特殊需要外（如分离粘度大，易结焦等物系）外一般不宜选用。

2）筛板塔。

筛板塔板简称筛板，结构特点为塔板上开有许多均匀的小孔。根据孔径的大小，分为小孔径筛板（孔径为3~8mm）和大孔径筛板（孔径10~25mm）两类。工业应用中以小孔径筛板为主，大孔径筛板多用于某些特殊的场合（如分离粘度大，易结焦等物系）

筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：

(１)结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。

(２)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。

(３)气体分散均匀，传质效率高，比泡罩塔高15％左右。

(４)板上液面落差小，气体压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。

筛板塔的缺点是：

(１)塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。

(２)操作弹性较小(约2～3)。

３) 小孔筛板容易堵塞，不易处理粘度大，易结焦的物料。

应予指出，尽管筛板的传质效率高，但若设计和操作不当，易产生漏液，使得操作弹性减小，传质速率下降，故过去工业上应用较为谨慎。近年来，由于设计和控制水平的不断提高，可使筛板的操作非常精确，弥补上述的不足，故应用日趋广泛。在确保精确设计和采用先进控制手段的前提下，设计中可大量选用。

3）浮阀塔。

浮阀塔是在泡罩塔和筛板塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。

浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。

浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：

(１)处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加20～40％，而接近于筛板塔。

(２)操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。

(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。

(４)压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660n/m2。

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