苯-乙苯精馏塔的工艺和机械设计t毕业论文

苯-乙苯精馏塔的工艺和机械设计t毕业论文内容摘要：

..................................................................................................................... 44 化工系毕业设计 1 蒸馏技术 背景、基本概念和分类 蒸馏技术背景 蒸馏技术已经被广泛应用了 200 多年，早期使用蒸发和冷凝装于酒精提纯， 1813年由法国的 CellierBlumental 建立了第一个连续蒸馏竖踏，填料的使用早在 1820 年就开始了，一位名叫 Clement 的技术师将其最早应用在酒精厂中， Perrier 于 1822 年在英格兰引进了早期的泡罩塔板， Coffer 于 1830 年发明了筛板塔。 第一本介绍蒸馏技术的书由 Ernest Sorel在 1893 年完成。 蒸馏作为一单元操作已经使用了很长时间，且目前工厂的首选分离方 法。 其使用的条件为： (1) 组分之间挥发度差别较大；（ 2） 进料中不存在高沸点组分；（ 3） 化合物热力学性质稳定；（ 4） 混合物腐蚀性较小。 蒸馏是关键共性技术。 在我国，蒸馏是目前应用最广占总能消耗最大的化工分离过程。 由于我国蒸馏技术能耗高，大型节能技术正面临挑战。 近年来，随着相关学科的渗透、蒸馏学科本身的发展及经济全球化的冲击，我国蒸馏技术正向新一代转变，以迎接所面临的挑战。 其特征为：（ 1） 蒸馏学科正由传统的依靠经验、半经验过渡到凭半理论以致理论；（ 2）蒸馏过程正由传统的单一分离过程过渡到耦合和复杂的优 化分离过程，以提高分离效率和节能；（ 3） 由对环境造成严重污染向注重环保的一代转变；（ 4）由走加工的道路向技术集成创新性转变；（ 5） 通过我国自己的技术进步解决装置大型化、长周期运行，通过创新解决蒸馏技术问题，以降低成本、提高国际竞争力。 蒸馏技术基本概念 蒸馏过程主要是利用混合物中各组挥发程度的不同而进行分离。 易挥发组分在气相中的相对含量比液相中的高，难挥发组分在液相中的相对含量比气相中高，故借助于多次的部分气化部分冷凝，达到轻重组分分离的目的。 蒸馏作为一种分离方法适用面广，既可以用于液体混合 物分离、气体混合物分离，也可用于固体混合物的分离，蒸馏可以直接获得所要产品。 因此一般蒸馏过程比较简单，不像吸收、萃取、吸附等分离方法，需要外加介质（如溶剂），并需要进一步将所提取物质与介质分离。 蒸馏的特点：直接获取几乎纯态的产品，而吸收、萃取等操作的产品为混合物：应用范围广，可分离液体混合物、气体混合物、固体混合物：能耗高，气化、冷凝需要消耗大量的能量，加压、减压将消耗额外的能量。 化工系毕业设计 2 蒸馏技术分类 按蒸馏方式分为：（ 1）平衡蒸馏或简单蒸馏 平衡蒸馏即为一般闪蒸过程，混合液体加热后，使部分液体气化 ，达到初步分离的目的，这种过程称为单级平衡过程，多用于待分离混合物中各组分挥发较大而对分离要求不高的场合，是最简单的蒸馏。 （ 2）精馏 又称分批蒸馏，用于待分离混合物中各组分挥发度相差不大且对分离要求较高的场所，应用最广泛；（ 3）特殊蒸馏 适合于待分离混合物中各组分得挥发度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸馏无法达到分离要求的场合，主要有萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及水蒸气精馏。 按操作流程分为：（ 1）间歇蒸馏 又称批量蒸馏，用于批量生产某种产品，在一个操作流程过程中，他的操作参数不断改变，以达到取得 所需馏分的目的，属于非稳态操作，主要适用于小规模及某些有特殊要求的场合；（ 2）连续蒸馏 属于稳态操作，是工业生产中最常见的蒸馏方式，在塔中某一板上连续进料，在塔顶（或塔釜）得到合格产品，适用于大规模生产的场合。 按操作压力分为：（ 1）加压蒸馏 适用于常压下为气态（如空气）或常压下沸点接近室温的混合物；（ 2）常压蒸馏 适用于常压下沸点在 150C 左右的混合物；（ 3）减压蒸馏（真空蒸馏） 适用于常压下沸点较高或热敏性物质，可降低降低其沸点。 按待分离混合物的组分数分为：（ 1）两组分精馏 被分离物系包含 两种组元，该种物质分离计算简单，常以此精馏原理为计算基础，然后引申到多组分精馏计算中；（ 2）多组分精馏 被分离物系包含多组分混合物，是在工业上最为常见的精馏操作。 塔设备的作用和类型 塔设备的作用 塔设备是化学工业、石油工业、石油化工等生产中最重要的设备之一。 它可使气（汽）液或液液之间进行充分接触，达到相间传热与传质的目的。 在塔设备中进行的单元操作有：精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等。 塔设备的类型 塔设备的分类方法很多，例如，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压塔；按单元操 作分为精馏塔、吸收塔、解吸塔、萃取塔等；按形成相间接触面的方式分为具有固定相界面的塔和流动过程中形成相界面的塔；最常用的分类是按塔的内部结构分为板式塔、填料式塔两大类。 在板式塔中，塔内装有一定量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘化工系毕业设计 3 上的液层，使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 在填料塔中，塔内装填一定高度的填料，液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。 蒸馏技术节能 蒸馏既包含使混合物汽化和冷 凝的传热过程，又包含混合物分离的传质过程。 在此过程中，热的有效能转化为化学有效能，过程的不可逆性越大，有效能损失越大。 蒸馏过程的能耗巨大，据估计，化工过程中 40%70%的能耗用于分离，而蒸馏能耗又占其中的95%。 所以，蒸馏过程节能始终是研究的热点，一般讲，在考虑节能时，考虑范围越广、越全面，总的节能效果越好。 因此宏观讲，节能应包括结构节能、管理节能和技术节能三个方面。 此处主要讲技术节能，目前国内蒸馏技术节能的途径主要如下。 （ 1）采用新技术，改进工艺过程 改进工艺过程是蒸馏装置节能的重要手段，包括改进工 艺生产流程，采用节能新工艺、新技术等内容。 （ 2）采用新型、高效、低耗设备降低能耗 包括对塔内进行改造，改善分馏效率，如应用新型塔板、新型流线型填料或其复合形式提高分离效率，降低能耗；使用新型换热器提高热回收率。 如优化设计的折流杆换热器、不易结垢得流化床换热器以及焊接式等紧凑型高效节能换热器等；应用新型节能燃烧器、磁化器等提高加热炉效率。 （ 3）流程节能 多组分分离顺序的选择是分离过程中常遇到的问题。 目前广泛采用的是具有一种进料和两个产品的分离塔。 当用到这类塔系分离多组分混合物时，就涉及先分离哪一组后分 离哪一组的问题，因而还要对分离塔的排列顺序做出抉择。 此外，在简单分离塔的基础上采用多段进料、侧线采出侧线汽提和热耦合等方式所构成的复杂塔及其塔系也在多种化工工艺中采用。 它在操作和控制上比较复杂，但在节能和热能综合利用上有明显的优势。 （ 4）系统节能（ “夹点技术 ”） 系统节能是相对于局部节能而言的，是指从整个系统全局考虑能量的装换、回收、利用等。 系统节能的理论和方法是在过程系统和热力学分析两大理论的发展及其相互综合与渗透的基础上产生的，其研究始于 20 世纪 70 年代中期， 80 年代在理论上逐渐成熟，方法上逐渐完善 ，并在工业实践中取得了巨大的经济效益。 现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 随着经济全球化和工业的迅猛发展，各相关学科的相互渗透以及蒸馏学科本身的发展，蒸馏技术向新一代转变。 蒸馏装置大型化、过程强化和节能技术，以及开发新蒸馏过程等成为研究热点。 世界各国对于新一代蒸馏过程具有新思想与创见。 如精馏过程的分子模拟，精馏过程的分岔现象等均属于新发展的前沿问题。 各国仍十分重视蒸馏技术在工业上的应用化工系毕业设计 4 方面，尤其是关注于各种新发展的精馏节能技术、新型塔板、新型填料（特别是新型规整填料）、新操作方法等。 与国外相比，我国 在精馏理论若干方面有先进之处，在改造工业生产的精馏塔方面亦有独到之处并取得了显著成效，但是仍然存在不少问题。 至今关于气液两相界面相变传质和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观和热力平衡水平上的研究，；理论预测传递过程尚处于半经验阶段，从而导致工程设计安全系数过大，造成材料和能源的很大浪费。 在实际生产中，蒸馏大型化带来的流体力学问题（均匀分布、放大效应等）；微型化所需的过程强化技术；塔内构件（填料、塔板、分布器、大型支撑结构等）的开发及大型化应用时热变形等问题，虽然在蒸馏技术不断发展和应用中已经得到部分解决 ，但这些实际问题仍然给蒸馏技术的应用带来麻烦和挑战，是需要继续研究和设法解决的。 综上，根据蒸馏学科的特点和研究现状，深入蒸馏研究过程必须突破传统研究方法，从研究方面、方式上开辟新思路，探索新理论，吸收其他学科的最新研究理论，对分离设备进行强化，开发新型、节能、高效的复合蒸馏过程和设备，是今后研究需要解决的关键问题。 本设计中的方案选择 由于本设计任务中混合物的分离要求较高，故采取精馏操作。 一般情况下，板式塔较填料塔有以下优点：效率高、处理量大、质量小、气液处理量较大等，又筛板塔操作时液体横过塔板，可 以使气液组分充分接触，提高分离效率，故本设计中选取筛板式精馏塔。 工业中常用的精馏操作流程图如下图所示： 化工系毕业设计 5 图 11 工业上常用的精馏装置 1—原料液储槽； 2—加料泵； 3—原料预热器； 4—精馏塔； 5—冷凝器； 6—冷凝液储槽；7—冷却器； 8—观测罩； 9—馏出液储槽； 10—残液储槽； 11—再沸器 化工系毕业设计 6 设计题目：苯 ― 乙苯精馏 塔的工艺和机械设计 设计一座苯 ― 乙苯连续精馏塔，要求生产能力为 5000kg/h，塔顶馏出液中含苯不低于 98%，原料液中苯含量为 45%（本设计中百分数均为摩尔分数）。 设计任务及操作条件 设计任务： 生产能力（苯） 5000kg/h 塔顶馏出液含苯 %98 塔底釜残液含苯 %5 进料组成 45% 操作条件 操作压力 常压 （表压） 进料 热状态 饱和液体进料 塔板类型 筛板 设计地点 乌鲁木齐 设计内容 精馏塔的物料衡算； 塔板数的确定； 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺寸的计算； 塔板的流体力学验算； 塔板负荷性能图； 精馏塔接管尺寸计算； 精馏塔各组件结构的设计及材料的选择 塔机械强度校核； 1精馏塔装配图； 化工系毕业设计 7 设计基础数据 表 2— 1 苯和乙苯在不同温度 下的物性数据 饱和蒸汽压  aKP 粘度  smPa 表面张力  mmN 苯 乙苯 苯 乙苯 苯 乙苯 83 100 21 85 108 88 120 90 125 25 20 95 155 32 100 170 105 200 46 20 110 218 115 245 19 120 135 380 100 17 由表中各温度下饱和蒸汽压可计算出气液组 分摩尔分数之间的关表所示 : 则可绘出 txy 关系图及气液相平衡图 yx分别如下： 表 2— 2 不同温度下气液组分摩尔分数之间的关系 t 83 85 88 90 95 100 105 110 115 120 x 0 y 0 项 目 温 度 化工系毕业设计 8 图 2— 1 双组分溶液的温 度 — 组成图 3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 . 物料衡算 苯的摩尔质量： MA=78kg/kmol 乙苯的摩尔质量： MB=106kg/kmol 原料处理量： hK m olF 5000  塔顶流出量： hKmo lFxx xD WD WF  塔釜残液量： 5 3 . 7 1 2 3 . 1 0 3 0 . 6 1W F D K m o l h     精馏段内每块塔板上升的气体量： hK m o l4 9 . 4 )()1(  DRV 塔径的确定 塔顶物料平均千摩尔质量： Km o lKg7 8 . 5 61060 . 0  BBAAD nxnxM 塔顶气相平均密度： 3g Kg2 .6 88 4 .5 )( 2 738 .3 14 7 8 .5 61 0 1. 3 3 mRTPM D  。