化工原理课程设计
–––––浮阀板式精馏塔的设计
指导老师：谭智斗
设计者：曹烁
学号：040740214
单位：化学与环境工程学院0407402班
日期：2010-6-16
目录
第一章苯——甲苯在工业上的用途
第二章综述
2.1、精馏塔原理及其在工业上的应用 2.2、精馏操作对塔设备的要求
2.3、常用板式塔类型及成本设计的选型 2.4、本设计所选塔的特性
第三章工艺条件的确定和说明
3.1、确定操作压力
3.2、确定进料状态
3.3、确定冷却剂和加热方式
3.4、确定冷却剂及其进出口温度
第四章流程的确定和说明
4.1、流程的说明
4.2、设置各设备的原因
第五章精馏塔的设计计算
5.1、物料衡算
5.2、回流比的确定
5.3、板块数的确定
5.4、汽液负荷计算
5.5、精馏塔工艺尺寸计算
5.6、踏板流动性能校核
5.7、塔板负荷性能图
5.8、主要工艺接管尺寸的计算和选取
5.9、塔顶冷凝器/冷热器的热负荷
5.10、塔底再沸器的热负荷
第六章机械设计
6.1、设计条件
6.2、按计算压力计算塔体和封头厚度
6.3、塔设备质量载荷计算
6.4、地震弯矩的计算
6.5、偏心弯矩计算
6.6、塔体和裙座的危险截面的强度与稳定校核
6.7、塔体水压试验和吊装时的应力校核
6.8、基础环设计
6.9、地脚螺栓的计算
第七章主要计算结果列表
第八章参考文献
第九章课程设计总结
致谢！
第一章苯—甲苯在工业上的用途
苯为有机化学工业的基本原料之一。无色、易燃、有特殊气味的液体。混苯熔点低，沸点低，相对密度小于水。在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。能与水生成恒沸混合物。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。苯在燃烧时产生浓烟。苯能够起取代反应、加成反应和氧化反应。苯用硝酸和硫酸的混合物硝化，生成硝基苯，硝基苯还原生成重要的染料中间体苯胺；苯用硫酸磺化，生成苯磺酸，可用来合成苯酚；苯在三氯化铁存在下与氯作用，生成氯苯，它是重要的中间体；苯在无水三氯化铝等催化剂存在下与乙烯、丙烯或长链烯烃作用生成乙苯、异丙苯或烷基苯，乙苯是合成苯乙烯的原料，异丙苯是合成苯酚和丙酮的原料，烷基苯是合成去污剂的原料。苯催化加氢生成环己烷，它是合成耐纶的原料；苯在光照下加三分子氯，可得杀虫剂666，由于对人畜有毒，已禁止生产使用。
甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；
它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；
它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。掺合汽油组成及作为生产甲苯衍生物、炸药、染料中间体、药物的主要原料。
第二章综述
2.1、精馏塔原理及其在工业上的应用
多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别
得接近纯组分的操作。理论上多次部分气化在液相中可获得高纯度的难挥发组分，
多次部分冷凝在气相中可获得高纯度的易挥发组分，但因产生大量中间组分而使产
品量极少，且设备庞大。工业生产中的精馏过程是在精馏塔中将部分气化过程和部
分冷凝过程有机结合而实现操作的。广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。
2.2、精馏操作对塔设备的要求
精馏所进行的是气(汽)、液两相之间的传质，而作为气(汽)、液两相传质所用的塔设备，首先必须要能使气(汽)、液两相得到充分的接触，以达到较高的传质效率。但是，为了满足工业生产和需要，塔设备还得具备下列各种基本要求：
(１) 气(汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象。
(２) 操作稳定，弹性大，即当塔设备的气(汽)、液负荷有较大范围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并应保证长期连续操作所必须具有的可靠性。
(３) 流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力降小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作。
(４) 结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易。
(５) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
(６) 塔内的滞留量要小。
实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，况且上述要求中有些也是互相矛盾的。不同
的塔型各有某些独特的优点，设计时应根据物系性质和具体要求，抓住主要矛盾，进行选型。
2.3、常用板式塔类型及本设计的选型
塔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，填料塔的设计将在其他分册中作详细介绍，故本书将只介绍板式塔。
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(1813年)、筛板塔(1832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，而前两者使用尤为广泛。
本章只采用浮阀塔的设计。
2.4、本设计所选塔的特性
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。
(５) 液面梯度小。
(６) 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
(７) 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％。
第三章工艺条件的确定和说明
3.1确定操作压力
3.2确定进料状态
选择将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，即q=1，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。
3.3确定加热方式
蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。
3.4确定冷却剂及其进出口温度
冷却剂的选择由塔顶蒸汽温度决定，水作冷却剂，是最经济的。水的入口温度由气温决定，取T=15出口温度由设计者确定
第四章流程的确定和说明
4.1、流程的说明
4.2、设置各设备的原因
精馏塔以加料板为界分为两段，精馏段和提馏段。 1、精馏段的作用
加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。 2、提馏段的作用
包括加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。 3、塔板的作用
塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。 4、再沸器的作用
其作用是提供一定流量的上升蒸气流。 5、冷凝器的作用
其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。
回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。 精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。
第五章 精馏塔的设计算
5.1、物料衡算
（1）有关数据Ma=78.11,Mb=92.13
平均分子量：Mf=0.44*78.11+(1-0.44)*92.13=85.96Kg/Kmol Md=0.9958*78.11+(1-0.9958)*92.13=78.17 Kg/mol Mw=0.0176*78.11+(1-0.0176)*92.13=91.88 Kg/Kmol 摩尔分率：F x =
Mb
Ma /60/40Ma
/40 =0.4404
D x =
Mb
Ma /5.0/5.99Ma
/5.99+=0.9958
W x =Mb
Ma /5.98/5.1Ma
/5.1+=0.0176
（2）全塔总物料衡算
根据条件 F=8000*1000/（300*24）=1111.11 Kg/h=1111.11/85.96=12.93 Kmol/h 总物料
F = D + W （5-1）
易挥发组分 F χF = D χD + W χW
由（3-1）和（3-2）式得： （5-2）
W
D W
F x x x x F
D --==434.36 Kg/h=434.36/78.17=5.56 Kmol/h
W
D F
D x x x x F
W --== 676.75Kg/h=630.86/91.88= 7.37Kmol/h （5-3）
若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率η为
100%D
W
D W χηχ=
? （5-4） 式中 F 、D 、W ——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h ；
χF 、χD 、χW ——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
5.2、回流比的确定
选择泡点进料，e x =χF =0.4404 平衡线方程y=
x
)1(1x
-+αα （5-5）
其中α随温度的升高略有增加。取α的平均值，查表表10-3。α=（2.6+2.35）/2=2.475 故，e y =
e
)1(1x x e
-+αα=0.6607
Rmin=
e e e x --y y x D =4404
.06607.06607
.09958.0--=1.52,
取R=2.5 Rmin/R=1.64
5.3、板块数的确定
（1）操作线方程
（ⅰ）精馏段
上升蒸汽量： D R V )1(+= （5-6） 下降液体量： RD L =
（5-7）
操作线方程：
D n n x V
D
x V L y +=
+1 1
11
D R y x x R R =
+++ （5-8）
已知R=2.5 D x =0.9958 ，故0.7140.285y x =+ E 的坐标为e （0.4404,0.59） （ⅱ）提馏段
经过b(0.0176,0.0176),e(0.4404,0.59) 操作线方程 y=1.35x-0.0062 (2) 进料线方程（ q 线方程）F x =0.4404
(3)根据AutoCAD ，运用图解法作出理论塔板数的图解。
由图中梯级数目可知，全塔理论塔板数为16.9层，减去塔釜相当的一层，共需15.9。精馏段：9.5 提留段：6.4 (4)实际塔板数
（ⅰ）全塔效率E T =0.17-0.616lgM 根据t-x-y 相图求得全塔平均温度m t =
2
W
D t t +=95 C o 在温度m t 下查得 0.245,0.273mPa s mPa s μμ=?=?苯甲苯 因为L i
Li
x μμ
=
∑=0.44*0.245+0.56*0.273=0.271
故E T =0.17-0.616lgM=0.17-0.616*lg0.271=52% （ⅱ）实际塔板数N
实际塔板数为Ne=15.9/0.52=30.6,
其中精馏段：Ne1=9.5/0.52=18.3, 实际为整数故取19块
提留段：Ne2=6.4/0.52=12.3, 实际为整数故取13块
塔釜相当于一块塔板，因此取实际为整数故取31块塔板，以保证质量。
5.4汽液负荷计算 一、物性数据计算
操作压力：取塔顶压力为Pd=101KPa,取每层塔板的压降为0 .7KPa ，故Pf=101+0.7*19=114.3 KPa,Pw=101+0.7*32=123.4 KPa
精馏段平均压力：P 精 =（Pf+Pd ）/2=107.6 KPa 提馏段P 提=（Pf +Pw ）/2=118.8KPa 平均温度：查t-x-y 相图，由内插法可知D t =80.2C o F t = 93.3 C o
w t =109.3C o 2
t t t F D ）
（精+==86.65C o,2t t t F w ）（提+==101.3C o
平均分子量：由D x =0.9958，查图知，D x =顶y ，顶y =0.9958，顶x =98.9 塔顶相对分子质量：M VD=顶y M A +(1-顶y )M B , M VD =78.1 Kg/Kmol
M LD=
顶x M A +(1-顶x )M B , M LD =78.2 Kg/Kmol
精馏段平均相对分子质量：Ml=(85.8+78.2)/2=82 , Mv=(82.8+78.1)/2=80.45 提留段平均相对分子质量：Ml=(91.8+85.8)/2=88.65,Mv=（82.8+91.4）/2=87.1 由F x =0.4404，查图知，F y =0.6574
进料板分子质量：M VF =F y M A +(1-F y )M B ,M VF =0.6574*78+(1-0.6574)*92=82.8Kg/Kmol M LF =F x M A +(1-F x ) M B , M LF =0.6574*78+(1-0.6574)*92=85.8 Kg/Kmol 由W x =0.0176，W x =底x =0.0176查图知，底y =0.0425
塔底相对分子质量：Mv W =底y M A +(1-底y )M B, M VW =91.4 Kg/Kmol
M Lw
=底x M A +(1-底x ) M B , M Lw =91.8 Kg/Kmol
表面张力：
σ=0.4404*21.25+（1-0.4404）*21.67=21.49 mN/m 塔顶表面张力：
F
σ=0.9958*19.66+（1-0.9958）*20.38=19.66mN/m
进料表面张力：
D
σ=0.0176*17.74+（1-0.0176）*18.52=18.51 mN/m 塔底表面张力：
W
σ=（19.66+21.49）/2=20.58 mN/m
精馏段平均表面张力：
精
σ=（19.66+18.52）/2=19.09 mN/m
提留段平均表面张力：
提
液体粘度：
μ=0.308*0.9958+0.310*0.0042=0.308cP
塔顶的平均粘度：
D
μ=0.271*0.4404+0.279*（1-0.4404）=0.275 cP 进料处的平均粘度：
F
μ=0.0176*0.235+0.230*（1-0.0176）=0.230 cP 塔底的平均粘度：
W
μ=（0.275+0.308）/2=0.292 cP
精馏段的平均粘度：
精
μ=（0.275+0.230）/2=0.253 cP
提留段的平均粘度：
提
表3已知数据
带入到，
L
L
11
L
x x ρρρ-=
+
苯
甲苯
（5-9）中，通过Excel 求算
塔顶液相平均密度=814.7Kg/m3 进料液相平均密度=796.9Kg/m3 塔底液相平均密度 =798.5Kg/m3
精馏段的液相平均密度=（814.7+796.9）/2=805.88Kg/m3 提留段的液相平均密度=（796.9+798.5）/2=797.68Kg/m3
精馏段气相平均密度=PM/RT=107.6*80.45/(8.314*359.8)=2.89 Kg/m3 提留段气相平均密度=PM/RT=118.8*87.1/（374.45*8.314）=3.32 Kg/m3
二、汽液负荷计算
精馏段： L RD ==5.56*2.5 =13.9Kmol/h D R V )1(+==19.46 Kmol/h n Lm
LM
L ρ=
= 13.9*82/805.8814=1.43/m h Vs=19.46*80.45/2.89=541.73/m h
提留段：V`=V-(1-q)F=13.9 Kmol/h L`=L+qF=13.9+12.93=26.83 Kmol/h
Ls=13.9*88.65 / 797.68 =1.5 3/m h Vs=26.83*87.1/3.32=703.93
/m h 汽液负荷列于表。
5.5、精馏塔工艺尺寸计算 一、塔径的计算
精馏段：
由于精馏段和提馏段的上升蒸汽量相差不大，为便于制造，我们取两段的塔径相等。
由下面的公式给出：
4S
V D u
π=
由于适宜的空塔气速max (0.6~0.8)u u =，因此，需先计算出最大允许气速max u 。 取塔板间距0.4T H m =，板上液层高度1600.06h mm m ==，那么分离空间：
10.40.060.34T H h m -=-= 功能参数： 1.4805.88(
)541.7 2.89
S L S V L V ρρ==0.043 从史密斯关联图查得：200.073C =，由于0.220(
)20
C C σ
=，精馏段精σ=20.58 mN/m
：
所以0.2
20.580.073(
)20
C ==0.0842 max L V V u ρρρ-=max 805.88 2.89
0.0842 2.89
L V V u ρρρ--===1.4 取安全系数为0.8，则空塔气速0.6 1.4u =?=0.84
4541.7/3600
0.84
D π?=
=?477mm
在一常压操作的连续精馏塔内分离水—乙醇混合物。已知原料的处理量为2000吨、组成为36%（乙醇的质量分率，下同），要求塔顶馏出液的组成为82%，塔底釜液的组成为6%。设计条件如下： 操作压力 5kPa(塔顶表压)； 进料热状况自选； 回流比自选； 单板压降≤0.7kPa； 根据上述工艺条件作出筛板塔的设计计算。 【设计计算】 （一）设计方案的确定 本设计任务为分离水—乙醇混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。 设计中采用泡点进料，将原料液通过预料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却器冷却后送至储罐。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1.5倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 （二）精馏塔的物料衡算 1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 M=46.07kg/kmol 乙醇的摩尔质量 A M=18.02kg/kmol 水的摩尔质量 B
F x =18.002 .1864.007.4636.007.4636.0=+= D x =64.002 .1818.007.4682.007.4682.0=+= W x =024.002.1894.007.4606.007.4606.0=+= 2.原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.18×46.07+(1-0.18)×18.02=23.07kg/kmol D M =0.64×46.07+(1-0.64)×18.02=35.97kg/kmol W M =0.024×46.07+(1-0.024)×18.02=18.69kg/kmol 3.物料衡算 以每年工作250天，每天工作12小时计算 原料处理量 F = 90.2812 25007.2310002000=???kmol/h 总物料衡算 28.90=W D + 水物料衡算 28.90×0.18=0.64D+0.024W 联立解得 D =7.32kmol/h W =21.58kmol/h （三）塔板数的确定 1. 理论板层数T N 的求取水—乙醇属理想物系，可采用图解法求理论板层数。 ①由手册查得水—乙醇物系的气液平衡数据，绘出x —y 图，如图。 ②求最小回流比及操作回流比。 采用作图法求最小回流比。在图中对角线上，自点e(0.18 , 0.18)作垂线ef 即为进料线（q 线），该线与平衡线的交点坐标为 q y =0.52 q x =0.18 故最小回流比为 min R =q q q D x y y x --=35.018 .0-52.052.0-64.0=3 取操作回流比为 R =min R =1.5×0.353=0.53 ③求精馏塔的气、液相负荷 L =RD =17.532.753.0=?=kmol/h V =D R )1(+=（0.53+1）20.1132.7=?kmol/h
精馏塔的设计及选型 目录 精馏塔的设计及选型 (1) 目录 (1) 1设计概述 0 1.1工艺条件 0 1.2设计方案的确定 0 2塔体设计计算 (1) 2.1有关物性数据 (1) 2.2物料衡算 (3) 2.3塔板数的确定 (4) 2.4精馏塔的工艺条件及相关物性数据 (8) 2.5塔体工艺尺寸的设计计算 (11) 2.6塔板工艺尺寸的设计计算 (14) 2.7塔板流体力学验算 (18) 2.8负荷性能图 (22) 2.9精馏塔接管尺寸计算 (27) 3精馏塔辅助设备的设计和选型 (31) 3.1原料预热器的设计 (32) 3.2回流冷凝器的设计和选型 (34) 3.3釜塔再沸器的设计和选型 (38) 3.4泵的选择 (40) 3.5筒体与封头 (41)
1设计概述 1.1工艺条件 （1）生产能力：2836.1kg/d（料液） （2）工作日：250天，每天4小时连续运行 （3）原料组成：35.12%丙酮,64.52%水,杂质0.35%，由于杂质含量较小且不会和丙酮一起蒸馏出去，所以可以忽略。所以此母液可以视为仅含丙酮和水两种成分，其质量组成为：35.12%丙酮，水64.88%（下同） （4）产品组成：馏出液99%丙酮溶液，回收率为90%，由此可知塔釜残液中丙酮含量不得高于5.16% 即每天生产99%的丙酮905.54kg。 （5）进料温度：泡点 （6）加热方式：间接蒸汽加热 （7）塔顶压力：常压 （8）进料热状态：泡点 （9）回流比：自选 （10）加热蒸气压力：0.5MPa（表压） （11）单板压降≤0.7kPa 1.2设计方案的确定 （1）、精馏方式及流程： 在本设计中所涉及的浓度范围内，丙酮和水的挥发度相差比较大，容易分离，且丙酮和水在操作条件下均为非热敏性物质，因此选用常压精馏，并采取连续精馏方式。母液经过换热器由塔底采出液预热到泡点，在连续进入精馏塔内，塔顶蒸汽经过塔顶冷凝器冷凝后，大部分连续采出，采出部分经冷却器后进入储罐内备用，少部分进行回流；塔底液一部分经过塔釜再沸器气化后回到塔底，一部分连续采出，采出部分可用于给原料液预热。塔顶装有全凝器，塔釜设有再沸器，进料输送采用离心泵，回流液采用高位槽输送。 （2）、进料状态：泡点进料。 （3）、加热方式：间接蒸汽加热。 （4）、加热及冷却方式：原料用塔釜液预热至泡点，再沸器采用间接蒸汽加热，塔顶全凝器采用自来水作为冷却剂。优点是成本低，腐蚀性小，黏度小，比热容
板式精馏塔设计方案 第三节精馏方案简介 (1) 精馏塔的物料衡算； (2) 塔板数的确定： (3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算； (4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (5) 塔板主要工艺尺寸的计算； (6) 塔板的流体力学验算： (7) 塔板负荷性能图； (8) 精馏塔接管尺寸计算； (9) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液由泵从原料储罐中引岀，在预热器中预热至84 C后送入连续板式精馏塔(筛板塔)，塔顶上升蒸汽 流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25 C后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 第四节：精馏工艺流程草图及说明
、流程方案的选择
1. 生产流程方案的确定: 原料主要有三个组分：C2°、C3二、C3°,生产方案有两种：（见下图A , B ）如 任务书规定： 图（A ） 为按挥发度递减顺序采出，图（B ）为按挥发度递增顺序采出。在基本有机化工 生产过程中，按挥发度递减的顺序依次采出馏分的流程较常见。 因各组分采出之 前只需一次汽化和冷凝，即可得到产品。而图（B ）所示方法中，除最难挥发组 分外。其它组分在采出前需经过多次汽化和冷凝才能得到产品， 能量（热量和冷 量）消耗大。并且，由于物料的循环增多，使物料处理量加大，塔径也相应加大， 再沸器、冷凝器的传热面积相应加大，设备投资费用大，公用工程消耗增多，故 应选用图（A ）所示的是生产方案。 2. 工艺流程分离法的选择： 在工艺流程方面，主要有深冷分离和常温加压分离法。 脱乙烷塔，丙烯精制 塔采用常温加压分离法。因为 C2, C3在常压下沸点较低呈气态采用加压精馏沸 点可提高，这样就无须冷冻设备，可使用一般水为冷却介质，操作比较方便工艺 简单，而且就精馏过程而言，获得高压比获得低温在设备和能量消耗方面更为经 济一些，但高压会使釜温增加，引起重组分的聚合，使烃的相对挥发度降低，分 离难度加大。可是深冷分离法需采用制冷剂来得到低温， 采用闭式热泵流程，将 精馏塔和制冷循环结合起来，工艺流程复杂。综合考滤故选用常温加压分离法流 程。 1、 脱乙烷塔：根据原料组成及计算：精馏段只设四块浮伐 塔板,塔顶采用分 凝器、全回流操作 2、 丙烯精制塔：混合物借精馏法进行分离时它的难易程度取决 于混合 物的沸点差即取决于他们的相对挥发度丙烷一丙烯的 C2 C3 = C3 ° iC4 W% 5.00 73.20 20.80 0.52 0.48 100 工艺特点: 原料 C 工 C 。 (A ) (B )
精馏塔设计 目录 § 1 设计任务书 (1) § 1.1 设计条件 (1) § 2 概述 (1) § 2.1 塔型选择 (1) § 2.2 精馏塔操作条件的选择 (3) § 2.3 再沸器选择 (4) § 2.4 工艺流程 (4) § 2.5 处理能力及产品质量 (4) § 3 工艺设计 (5) § 3.1 系统物料衡算热量衡算 (5) § 3.2 单元设备计算 (9) § 4 管路设计及泵的选择 (28) § 4.1 进料管线管径 (28) § 4.2 原料泵P－101的选择 (31) § 5 辅助设备的设计和选型 (32)
§ 5.1 贮罐………………………………………………………………………………… 32 § 5.2 换热设备…………………………………………………………………………… 34 § 6 控制方案…………………………………………………………………………………… 34 附录1~………………………………………………………………………………………… 35 参考文献………………………………………………………………………………………… 37 后 记 (38) §1 设计任务书 §1.1 设计条件 工艺条件：饱和液体进料，进料量丙烯含量x f =65%（摩尔百分数） 塔顶丙烯含量D x =98%，釜液丙烯含量w x ≤2%，总板效率为0.6。 操作条件：建议塔顶压力1.62MPa （表压） 安装地点：大连 §2 概述 蒸馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛的应用。其中，简单蒸馏与平衡蒸馏只能将混合物进行初步的分离。为了获得较高纯度的产品，应
简单填料精馏塔设计 设计条件与任务： 已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η，塔顶设全凝器，泡点回流，塔底间接(直接)蒸汽加热。 1 全塔物料衡算求产品流量与组成 （1）常规塔 全塔总物料衡算 总物料 F = D + W 易挥发组分 F χF = D χD + W χW 若以塔顶易挥发组分为主要产品，则回收率η为 D F Dx Fx η= 式中 F 、D 、W ——分别为原料液、馏出液和釜残液流量，kmol/h ； χF 、χD 、χW ——分别为原料液、馏出液和釜残液中易挥发组分的摩尔分率。 由（3-1）和（3-2）式得： W D W F x x x x F D --= (2) 直接蒸汽加热 总物料 * 0F S D W +=+ 易挥发组分 ** 00F D W Fx S y Dx W x +=+ 式中 V 0 ——直接加热蒸汽的流量，kmol/h ； У0 ——加热蒸汽中易挥发组分的摩尔分率，一般У0=0； W * ——直接蒸汽加热时釜液流量，kmol/h ； χ*W ——直接蒸汽加热时釜液中易挥发组分的摩尔分率。 2 计算最小回流比 设夹紧点在精馏段，其坐标为(xe,ye)则 min D e e e x y R y x -= - 设夹紧点在提馏段，其坐标为(xe,ye) min min (1)(1)e W e W y x R D qF L V R D q F x x -+==+--- 基础数据：气液相平衡数据
3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R = 4 计算精馏段、提馏段理论板数 ① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。 ② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 1 1 R D f N x R x n n dx N dN x x += =-? ? 因 111 D n n x R y x R R += +++ 所以 ()/D f x R x n n D n dx N y x x y R = ---? (4) 提馏段 1 1 S f W N x S x n n dx N dN x x += =-? ? 因 11 W n n x R y x R R +'+= -'' 蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W +--'= ==+-- 所以 ()/(1) f w x S x n n n w dx N y x y x R = '---+? (5) 式(4)、(5)中塔板由下往上计数。 5 冷凝器和再沸器热负荷 冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =- 再沸器的热负荷 B C D W F Q Q DI WI FI =++- 待求量：进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。 物性数据： ① 各组分在平均温度下的液相热容、气相热容或汽化热。 ② 各组分的热容方程常数 如 2 3 p c A BT CT DT =+++ ③ 由沃森公式计算汽化热 21 0.38211( )1r V V r T H H T -?=?-
1 / 2 ∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料1 2345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901
∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料12345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10 111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901
第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； N T –––––塔内所需要的理论板层数； E T –––––总板效率； H T –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/s u =（0.6~0.8）u max （3-3） V V L C u ρρρ-=max （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3
V ρ–––––气相密度，kg/m 3 C –––––负荷因子，m/s 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s L σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s 。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ??+-=-r x r x r x A a 1222sin 1802π （3-11）
分离乙醇-水的精馏塔设计 设计人员： 所在班级：化学工程与工艺成绩： 指导老师：日期：
化工原理课程设计任务书 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件 （1）进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分数，下同），其余为水； （2）产品的乙醇含量不得低于90％； （3）塔顶易挥发组分回收率为99％； （4）生产能力为50000吨/年90％的乙醇产品； （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （6）操作条件 a）塔顶压强 4kPa （表压） b）进料热状态自选 c）回流比自选 d）加热蒸汽压力低压蒸汽（或自选） e）单板压降 kPa。 三、设备形式：筛板塔或浮阀塔 四、设计内容： 1、设计说明书的内容 1）精馏塔的物料衡算； 2）塔板数的确定； 3）精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 4）精馏塔的塔体工艺尺寸计算；
5）塔板主要工艺尺寸的计算； 6）塔板的流体力学验算； 7）塔板负荷性能图； 8）精馏塔接管尺寸计算； 9）对设计过程的评述和有关问题的讨论； 2、设计图纸要求； 1）绘制生产工艺流程图（A2 号图纸）； 2）绘制精馏塔设计条件图（A2 号图纸）； 五、设计基础数据： 1.常压下乙醇---水体系的t-x-y 数据； 2.乙醇的密度、粘度、表面张力等物性参数。 一、设计题目：乙醇---水连续精馏塔的设计 二、设计任务及操作条件：进精馏塔的料液含乙醇35％（质量分 数，下同），其余为水；产品的乙醇含量不得低于90％；塔 顶易挥发组分回收率为99％，生产能力为50000吨/年90％ 的乙醇产品；每年按330天计，每天24小时连续运行。塔顶 压强 4kPa （表压）进料热状态自选回流比自选加热蒸汽 压力低压蒸汽（或自选）单板压降≤0.7kPa。 三、设备形式：筛板塔 四、设计内容： 1）精馏塔的物料衡算： 原料乙醇的组成 xF＝＝0.1740
精馏塔优化设计参考文献 1 张瑞生，沈才大.化工系统工程基础.上海：华东化工学院出版社，1991 2 天津大学化工原理教研室.化工原理（下册）.天津：天津科学技术出版社，1990 3 柴诚敬，刘国维，李阿娜.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，1994 4 华南工学院化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南工学院出版社，1987 5 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版，下册）.北京：化学工业出版社，1999 6 陈英南.常用化工单元设备的设计.上海：华东理工大学出版社，1993 7 黄科林.精馏塔的最优设计.化工设计，1991（4）：19-25 8 葛维寰，王东平，周积翰等.化工过程设计与经济.上海：上海科学技术出版社，1989 9 陈敏恒，从德滋，方图南.化工原理（下册）.北京：化学工业出版社，1993 10 Yu K T,Coull J.Evaluation of wquilibrium stages and transfer units.Chen Eng Progr,1950,46(2):89-94 11 Chang H Y. Computer aids short-cut distillation design. Hydrocarbon processing,1980,59(8):79-82 12 卢焕章.石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1992 13 谭天恩，麦本熙，丁惠华.化工原理（第二版，上册）.北京：化学工业出版社，1999 14 大连理工大学化工原理教研室.化工原理课程设计.大连：大连理工大学出版社，1994 15 刘道德.化工设备的选择与工艺设计.湖南：中南工业大学出版社，1992 16 吴兆亮，邸进申.板式塔塔板主要结构尺寸的新设计方法—负荷性能图法.化学工程， 1997，25(1)：23-26 17 阮奇，叶长燊，薛焕贵等.非理想溶液精馏优化设计.福州大学学报(自然科学版)，2000， 28(2)：81-85 1
化工原理课程设计任务书 苯-甲苯分离过程板式精馏塔设计1设计条件 原料含量（质量分数）处理能力（T/Y）馏出液中含量（质 量分数） 釜液中含量（质量 分数） 塔类型 0.36 65000 0.91 0.03 筛板 每年实际生产天数：330（一年中有一个月检修） 精馏塔塔顶压强：4Kpa 冷却水温度：30℃ 饱和水蒸汽压力：2.52 / k cm gf 2 设计任务 完成精馏塔工艺要求，精馏设备设计，有关附属设备的设计和选用，绘制大控制点工艺流程图，塔板结构简图，编制设计说明书 3 设计图要求 1、用1号图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图，四个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。 2、用2号图纸绘制设备流程图一张。 3、用坐标值绘制溶液的y-x图一张，并用图解法求理论塔板数。
目录 1绪论 (4) 1.1 设计方案 (4) 1.2选塔依据 (5) 2 精馏塔的工艺设计 (5) 2.1 全塔工艺设计计算 (6) 2.1.1 进料组成的确定及物料衡算 (6) 2.1.2 平均相对挥发度的计算 (7) 2.1.3 最小回流比和适宜回流比的选定 (8) 2.1.4 精馏段和提馏段操作线方程 (8) 2.1.5 逐板法确定塔板数 (9) 2.1.6全塔效率 (10) 2.1.7 实际塔板数和实际加料位置 (11) 2.2 塔的工艺条件及物性数据计算 (11) 2.2.1 操作压强P (11) 2.2.2 操作温度T (12) 2.2.3 塔内各段气、液两相组分的平均分子量 (12) 2.2.4精馏段和提馏段各组分的密度 (13) 2.2.5 液体比热容 (14) 2.2.6 液体表面张力 (14) 2.2.7液体热导率................................................................. .. (15)
目录 1 设计任务书 (1) 1.1 设计题目……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.2 已知条件……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.3设计要求………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 精馏设计方案选定 (1) 2.1 精馏方式选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.2 操作压力的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4 加料方式和加热状态的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3 塔板形式的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.5 再沸器、冷凝器等附属设备的安排…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.6 精馏流程示意图………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 精馏塔工艺计算 (2) 3.1 物料衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.2 精馏工艺条件计算……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.3热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4 塔板工艺尺寸设计 (4) 4.1 设计板参数………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
精馏塔的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
化工原理课程设计 –––––浮阀板式精馏塔的设计 指导老师：谭智斗 设计者：曹烁 学号：0 单位：化学与环境工程学院0407402班 日期：2010-6-16
目录第一章苯——甲苯在工业上的用途 第二章综述 、精馏塔原理及其在工业上的应用、精馏操作对塔设备的要求 、常用板式塔类型及成本设计的选型、本设计所选塔的特性 第三章工艺条件的确定和说明 、确定操作压力 、确定进料状态 、确定冷却剂和加热方式 、确定冷却剂及其进出口温度 第四章流程的确定和说明 、流程的说明 、设置各设备的原因 第五章精馏塔的设计计算 、物料衡算 、回流比的确定 、板块数的确定 、汽液负荷计算 、精馏塔工艺尺寸计算 、踏板流动性能校核
、塔板负荷性能图 、主要工艺接管尺寸的计算和选取 、塔顶冷凝器/冷热器的热负荷 、塔底再沸器的热负荷 第六章机械设计 、设计条件 、按计算压力计算塔体和封头厚度 、塔设备质量载荷计算 、地震弯矩的计算 、偏心弯矩计算 、塔体和裙座的危险截面的强度与稳定校核、塔体水压试验和吊装时的应力校核 、基础环设计 、地脚螺栓的计算 第七章主要计算结果列表 第八章参考文献 第九章课程设计总结 致谢！
第一章苯—甲苯在工业上的用途 苯为有机化学工业的基本原料之一。无色、易燃、有特殊气味的液体。混苯熔点低，沸点低，相对密度小于水。在水中的溶解度很小，能与乙醇、乙醚、二硫化碳等有机溶剂混溶。能与水生成恒沸混合物。因此，在有水生成的反应中常加苯蒸馏，以将水带出。苯在燃烧时产生浓烟。苯能够起取代反应、加成反应和氧化反应。苯用硝酸和硫酸的混合物硝化，生成硝基苯，硝基苯还原生成重要的染料中间体苯胺；苯用硫酸磺化，生成苯磺酸，可用来合成苯酚；苯在三氯化铁存在下与氯作用，生成氯苯，它是重要的中间体；苯在无水三氯化铝等催化剂存在下与乙烯、丙烯或长链烯烃作用生成乙苯、异丙苯或烷基苯，乙苯是合成苯乙烯的原料，异丙苯是合成苯酚和丙酮的原料，烷基苯是合成去污剂的原料。苯催化加氢生成环己烷，它是合成耐纶的原料；苯在光照下加三分子氯，可得杀虫剂666，由于对人畜有毒，已禁止生产使用。 甲苯与苯的性质很相似，是工业上应用很广的原料。但其蒸汽有毒，可以通过呼吸道对人体造成危害，使用和生产时要防止它进入呼吸器官。甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂； 它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料； 它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。掺合汽油组成及作为生产甲苯衍生物、炸药、染料中间体、药物的主要原料。
仅供参考 ∠1∶１０ 设计数量 职务姓名日期制图校核审核审定批准 比例 图幅 1∶20 A1 版次 设计项目设计阶段 毕业设计施工图 精馏塔 重量（Kg） 单件总重备注 件号 图号或标准号 名称 材料12345基础环 筋板盖板垫板静电接地板14824241Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A·F 16MnR Q235-A 6 789 10 111213 14151617JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92GB/T3092-93HG20594-97JB4710-92 GB/T3092-93HG20594-97HG5-1373-80引出孔 φ159×4.5引出管 DN40法兰 PN1.0，DN40排气管 φ80接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20液封盘 塔釜隔板筒体 φ1600×16进料管 DN32法兰 PN1.0，DN32吊柱 111411111111 6.723.931.55322.7 94.2374.19140.62.97 5.382.364.67 1.170.411.0321.9376181210.69 2.02380Q235-A·F Q235-A 1111111311177511组合件16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 45Q235-A·F Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 组合件Q235-A 111111224Q235-A 16MnR Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A Q235-A 1819202122232425 2627282930313233343536 3738394041 扁钢 8×16HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93HG8162-87JB/T4737-95HG20594-97HG20594-97GB/T3092-93GB/T3092-93GB/T3092-93JB/T4736-95HG21515-95HJ97403224-3HJ97403224-7JB/T4734-95JB4710-92JB4710-921Q235-A HG20652-1998JB/ZQ4363-86上封头DN1600×16接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20出气管 DN600法兰 PN1.0，DN600接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20气体出口挡板回流管 DN45法兰 PN1.0，DN45补强圈 DN450×8人孔 DN450塔盘接管 DN20，L=250法兰 PN1.0，DN20下封头DN1600×16裙座筒体 法兰 PN1.0，DN20引出管 DN20引出孔 φ133×4检查孔 排净孔地脚螺栓M42×4.5GB704-88370.70.411.0382.3248.10.411.031.874.150.962.36118.3 310.10.411.03370.738021.032.612.2442.540.6 16.944.3δ=8 1 40 6 23 45 41 39 38 37789 10 1112 3635 34 33 3213 14 31 15 1630 2917 28 2726 25 24 2318 19 202122 a b c d e f i g h j1 k l n m5 m7 Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 技术要求 1、本设备按GB150-1998《钢制压力容器》和HG20652-95《钢制化工容器制造技术要求》进行 制造、试验和验收，并接受劳动部颁发《压力容器安全技术监察规程》的监督；2、焊条采用电弧焊，焊条牌号E4301； 3、焊接接头型式及尺寸，除图中标明外，按HG20583-1998规定，角焊缝的焊接尺寸按较薄板 厚度，法兰焊接按相应法兰中的规定； 4、容器上A、B类焊缝采用探伤检查，探伤长度20%； 5、设备制造完毕后，卧立以0.2MPa进行水压试验； 6、塔体直线允许度误差是H/1000，每米不得超过3mm，塔体安装垂直度允差是最大30mm； 7、裙座螺栓孔中心圆直径允差以及相邻两孔或任意两弦长允差为2mm； 8、塔盘制造安装按JB1205《塔盘技术条件》进行； 9、管口及支座方位见接管方位图。 技术特性表 管口表 总质量：27685 Kg e m1-7a f i g h j2n j4 l j3 k j1 b c d j3 序号 项 目指 标11 109 87654 3 21设计压力 MPa 设计温度 ℃工作压力 MPa 工作温度 ℃工作介质主要受压元件许用应力 MPa 焊缝接头系数腐蚀裕量 mm 全容积 m 容器类别 0.11500.027102 筒体、封头、法兰1700.58157.9327符号公称尺寸连接尺寸标准紧密面 型式用途或名称b c d e f g h i j1-4k l m1-7n 2060020453220202020402045040 HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97HG20594-97 HG21515-95凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹凹 温度计口气相出口压力计口回流口进料口液面计口液面计口温度计口排气管口至再沸器口出料口人孔再沸器返回口 313028263335373929 2732 3436 38404142 43 444546 474849 505125 24 2322 21201918 1716 151******** 8 7654 32114m6 m7 m5 m4 m3 m2 m1 1 2 3 4 5 30 31 32 33 3435 5051管口方位示意图 A、B类焊缝 1：2 整体示意图1：2 Ⅵ Ⅴ 1：5 1：5 Ⅳ A B B向 A向 Ⅲ 1：5 Ⅱ 1：5 Ⅰ 1：10 平台一 平台二 357 2901