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1、浮阀精馏塔工艺设计书第一章设计方案的选择和论证1、设计流程本设计任务为分离苯、甲苯混合物。对于二元混合物的分离，采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比的1.7倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。精馏工艺流程图2、设计要求总的要求是在符合生产工艺条件下，尽可能多的使用新技术，节约能源和成本，少量的污染。精馏塔对塔设备的要求大致如下：生产能力大，即单位塔截面大的气
2、液相流率，不会产生液泛等不正常流动。效率高，气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。3、设计思路在本次设计中，我们进行的是苯和甲苯二元物系的精馏分离，简单蒸馏和平衡蒸馏只能达到组分的部分增浓，如何利用两组分的挥发度的差异实现高纯度分离，是精馏塔的基本原理。实际上，蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式不同，分为连续蒸馏和间歇蒸馏，我们这次所用的就是浮阀式连续精馏塔。25蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。在此过程中
3、，热能利用率很低，有时后可以考虑将余热再利用，在此就不叙述。要保持塔的稳定性，流程中除用泵直接送入塔原料外也可以采用高位槽。塔顶冷凝器可采用全凝器、分凝器-全能器连种不同的设置。在这里准备用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计是在常压下操作。因为这次设计采用间接加热，所以需要再沸器。回流比是精馏操作的重要工艺条件。选择的原则是使设备和操作费用之和最低塔板工艺计算流体力学验算4塔负荷性能图。在设计时要根据实际需要选定回流比。冷凝器与再沸器的选型塔附属设备计算图1-2设计思路流程图本设计采用连续精馏操作方式、常压操作、泡点进料、间接蒸汽加热、选R=1.7Rmin、塔顶选
4、用全凝器、选用浮阀塔。在此使用浮阀塔，浮阀塔塔板是在泡罩塔板和筛孔塔板的基础上发展起来的，它吸收了两者的优点，其突出优点是可以根据气体的流量自行调节开度，这样就可以避免过多的漏液。另外还具有结构简单，造价低，制造方便，塔板开孔率大，生产能力大等优点。浮阀塔一直成为化工生中主要的传质设备，其多用不锈钢板或合金。近年来所研究开发出的新型浮阀进一步加强了流体的导向作用和气体的分散作用，使气液两相的流动接触更加有效，可显著提高操作弹性和效率。从苯—甲苯的相关物性中可看出它们可近似地看作理想物系。而且浮阀与塔盘板之间的流通面积能随气体负荷的变动而自动调节，因而在较宽的气体负荷范围内
5、，均能保持稳定操作。气体在塔盘板上以水平方向吹出，气液接触时间长，雾沫夹带量少，液面落差也较小。25图1-2252525第二章塔板的工艺设计252.2.1全塔物料衡算根据工艺的操作条件可知:料液流量F=(10-0.5*19)t/h=2.25Kg/s=94.285Kmol/h料液中易挥发组分的质量分数xf=(30+0.5*19)%=39.5%;塔顶产品质量分数xd=98%,摩尔分数为97.6%;塔底产品质量分数xw=2%,摩尔分数为1.7%;由公式:F=D+WF*xf=D*xd+W*xw代入数值解方程组得:25塔顶产品(馏出液)流量D=41.067Kmol/h=0.89Kg
6、/s;塔底产品(釜液)流量W=53.218Kmol/h=1.360Kg/s.2.3.2.分段物料衡算.泡点方程根据xa从《化工原理》P204表6—1查出相应的温度根据以上三个方程,运用试差法可求出Pa*,Pb*当xa=0.395时,假设t=92℃Pa*=144.544P,Pb*=57.809P,当xa=0.98时,假设t=80.1℃Pa*=100.432P,Pb*=38.904P,当xa=0.02时,假设t=108℃Pa*=222.331P,Pb*=93.973P,t=92℃,既是进料口的温度,t=80.1℃是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度,t=108℃是釜液需被加热的温度.根
7、据衡摩尔流假设,全塔的流率一致,相对挥发度也一致.a=Pa*/Pb*=144.544P/57.809P=2.500(t=80.1℃)所以平衡方程为y=ax/[1+(a-1)x]=2.500x/(1+1.500x),最小回流比Rmin为Rmin=[xd/xf-a(1-xd)/(1-xf)]/(a-1)=1.426,所以R=1.5Rmin=2.139,所以精馏段液相质量流量L(Kg/s)=RD=2.139*0.89=1.904,精馏段气相质量流量V(Kg/s)=(R+1)D=3.139*0.89=2.794,所以,精馏段操作线方程
