毕业设计--精馏塔的工艺和机械设计
毕业设计（论文）
2013 届
题目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计专业化工设备与维修技术
毕业论文（设计）任务书
1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺
和机械设计
2、论文（设计）要求：
（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。
（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。
（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。
（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。
（6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。
3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4
完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字：
CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计
摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。
关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。
目录
1.概论 (1)
1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 (1)
1.1.1蒸馏技术背景 (1)
1.1.3蒸馏技术分类 (1)
1.2塔设备的作用和类型 (2)
1.2.1塔设备的作用 (2)
1.2.2塔设备的类型 (2)
1.3蒸馏技术节能 (3)
1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 (3)
1.5本设计中的方案选择 (4)
2.精馏塔设计任务书 (6)
2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 (6)
2.2设计任务及操作条件 (6)
2.3设计内容 (6)
2.4设计基础数据 (7)
3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 (8)
3.1.物料衡算 (8)
3.2全塔物料衡算 (8)
3.3塔板数的确定 (8)
3.4塔工艺条件及物性数据计算 (11)
3.4.1操作压强的计算P m (11)
3.4.3精馏塔气相密度 (11)
3.4.4精馏塔液相密度 (11)
3.5精馏塔气液负荷计算 (12)
3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (13)
3.6.1塔径的计算 (13)
3.6.2塔高计算 (14)
3.7溢流装置 (14)
3.8塔板布置 (17)
3.8.1.塔板的分块 (17)
3.8.2.边缘区宽度确定开孔区面积计算 (17)
3.8.3.筛孔数n与开孔率 (18)
3.9筛板的流体力学验算 (19)
3.9.1气体通过筛板压降相当的液柱高度
h (19)
p
3.9.2雾沫夹带量
e的验算 (20)
v
3.9.3漏液的验算 (20)
3.10塔板负荷性能图 (22)
3.10.1雾沫夹带线 (22)
3.10.2液泛线 (23)
3.10.3液相负荷上限线 (25)
3.10.4漏液线 (26)
3.11精馏塔的工艺设计计算结果总表 (28)
4.精馏塔各组件的设计 (29)
4.1精馏塔塔体材料的选择 (29)
4.2封头的选型依据 (29)
4.2.1封头材料的选择 (29)
4.2.2封头的高 (29)
4.2.3封头与塔身连接的法兰 (30)
4.3精馏塔的塔板类型选择 (30)
4.4塔盘类型选择 (30)
4.5塔体人孔的设计 (30)
4.6支座设计 (30)
4.7除沫器的设计 (31)
4..8塔体各接管设计 (31)
4.8.1 进料管 (31)
4.8.2釜残液出料管 (32)
4.8.3 回流液管 (32)
4.8.4塔顶上升蒸汽管 (33)
5壳体、封头的强度校核及开孔补强设计 (33)
5.1壳体的强度校核 (33)
5.1.1壳体壁厚的计算 (33)
5.2封头的强度校核 (34)
5.2.1封头的壁厚 (34)
5.2.2强度校核 (35)
5.3开孔补强 (35)
5.3.1 开孔补强设计方法 (35)
5.3.2开孔补强结构设计 (35)
5.3.3接管处开孔补强的校核 (36)
5.3.4人孔开孔补强的校核 (36)
6．塔体机械强度计算 (37)
6.1质量载荷的计算 (37)
6.2塔的基本自震周期计算 (38)
6.3地震载荷及地震弯矩计算 (39)
6.3.1地震载荷的计算 (39)
6.3.2地震弯矩的计算 (41)
6.4风载荷及风弯矩计算 (42)
6.4.1风载荷的计算 (42)
6.4.2风弯矩的计算 (43)
6.5塔体圆筒稳定校核 (43)
6.6塔体圆筒压应力校核 (44)
6.7水压试验时应力校核 (44)
6.7.1试验压力引起的环向应力 (44)
6.7.2试验压力引起的轴向应力 (45)
6.7.3重力引起的轴向应力 (45)
6.7.4重力引起的轴向应力 (45)
6.7.5液压试验时最大组合压力的校核 (45)
6.8裙座的机械强度校核 (46)
6.8.1裙座基底面的强度校核 (46)
6.9基础环设计 (47)
6.9.1基础环尺寸的确定 (47)
6.9.2基础环厚度的计算 (47)
6.10地脚螺栓的设计 (47)
6.11.裙座与塔壳对接焊缝验算 (48)
6.11.1裙座与塔壳连接焊缝结构 (48)
6.11.2裙座与塔体对接焊缝的验算 (48)
参考文献 (49)
致谢 (51)
1.概论
1.1 蒸馏技术背景、基本概念和分类
1.1.1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Cellier-Blumental 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【6】。
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。
1.1.2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。
1.1.3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150℃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。
1.2塔设备的作用和类型
1.2.1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。
1.2.2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。
1.3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。
1.4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。
1.5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：
图1-1 板式精馏塔的工艺流程简图
工艺流程：如图1所示。原料液由高位槽经过预热器预热后进入精馏塔内。操作时连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品（釜残液）再沸器中原料液部分汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝，然后进入贮槽再经过冷却器冷却。并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体，其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。为了使精馏塔连续的稳定的进行，流程中还要考虑设置原料槽。产品槽和相应的泵,有时还要设置高位槽。为了便于了解操作中的情况及时发现问题和采取相应的措施，常在流程中的适当位置设置必要的仪表。比如流量计、温度计和压力表等，以测量物流的各项参数。
2.精馏塔设计任务书
2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计
设计一座二硫化碳—四氯化碳连续精馏塔，要求生产能力为10000kg/h，塔顶馏出液中含二硫化碳不低于97%，原料液中二硫化碳含量为34%，塔顶温度46.5℃，进料温度58℃，塔釜温度76.5℃（本设计中百分数均为摩尔分数）。
2.2设计任务及操作条件
1、设计任务：
生产能力（二硫化碳）10000kg/h
塔顶馏出液含二硫化碳%
97
≥
塔底釜残液含二硫化碳%
≤
5
进料组成34%
2、操作条件
操作压力常压（表压）
进料热状态饱和液体进料
进料温度58℃
塔顶温度 46.5℃
塔釜温度 76.5℃
年工作日300天，每天24小时连续运行
3、塔板类型筛板
2.3设计内容
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、精馏塔各组件结构的设计及材料的选择
10、塔机械强度校核；
11、精馏塔装配图；
2.4设计基础数据
经查手册【4】得
表2-1 二硫化碳和四氯化碳的物理性质
项目分子式分子量沸点(℃) 密度3
/g cm
二硫化碳
2
CS76 46.5 1.260
1.595
四氯化碳
4
CCl154 76.8
表2-2 液体的表面加力 (单位:mN/m)
温度℃46.5 58 76.5
二硫化碳28.5 26.8 24.5
四氯化碳23.6 22.2 20.2
表2-3 常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据
液相中二硫化碳摩尔分率x 气相中二硫化碳
摩尔分率y
液相中二硫化碳
摩尔分率x
气相中二硫化碳
摩尔分率y
0.0296 0.0615 0.1106 0.1435 0.2580 0
0.0823
0.1555
0.2660
0.3325
0.4950
0.3908
0.5318
0.6630
0.7574
0.8604
1.0
0.6340
0.7470
0.8290
0.8790
0.9320
1.0
3．各部分结构尺寸的确定和设计计算
3.1. 物料衡算
二硫化碳的摩尔质量：M A =76kg/kmol 四氯化碳的摩尔质量：M B =154kg/kmol
进料组成： 34/76
0.51
34/7666/154F x ==+
馏出液组成： 976.0154/576/9876
/98=+=
D x 液组成： 096.0154/9576/576
/5=+=
W x 平均摩尔质量：
k m o l kg M F /22.114154)51.01(51.076=?-+?= k m o l kg M D /87.77154)976.01(976.076=?-+?= m o l kg M W /51.146154)096.01(096.076=?-+?= 3.2全塔物料衡算
每小时处理摩尔量10000
87.55/114.22
F kmol h =
=
总物料衡算
D W F +=
易挥发组分物料衡算
0.970.050.34D W F +=
联立以上三式可得：
27.60/59.95/87.55/D kmol h W kmol h F kmol h
===
3.3塔板数的确定
(1)根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出y-x 图,如图2所示
图3-1 二硫化碳、四氯化碳的y-x 图及图解理论板
(2)进料热状况参数
因为进料状况为饱和液体进料，所以q=1
(3)最小回流比min R 及操作回流比R
由图可知0.154,0.35q q x y ==
min 0.970.35
3.1630.350.154
D q q q
x y R y x --=
=
=--
取操作回流比min 1.5 1.5 3.163 4.744R R ==?= （4）操作线方程 精馏段操作线方程
169.0862.01
744.4975
.01744.4744.4111+=+++=+++=
+x x R x x R R y D n
提馏段操作线方程
1 4.74427.06129.18/'280.79187.55216.13/129.1827.06156.31/'(1)[156.31(11)87.55]156.31/''' 1.38'0.037
''m m W m L RD kmol h
L L qF kmol h
V L D kmol h V V q F kmol h
L W
y x x x V V +==?==+=+?==+=+==+-=+-?==-=-
在图3-1上作图解得：
(9.51)T N =-层（不包括塔釜），其中精馏段为5层，提馏段为3.5层. 全塔效率T E
0.170.616lg T m E μ=-
塔内的平均温度为
46.55876.5
=
=603
t ++平℃
该温度下的平均粘度m μ
由内插法计算
查手册58℃时二硫化碳和四氯化碳的黏度分别为0.25mPa s ?，0.6mPa s ? 76.5℃时二硫化碳和四氯化碳的黏度分别为0.25,0.5mPa s mPa s ??【4】
由内插法计算
76.55876.560
0.250.280.25x --=--
得0.3x =
即60℃二硫化碳的黏度为0.3mPa s ?
76.55876.560
0.50.60.5x
--=--
得0.59x =
即60℃四氯化碳的黏度为0.59mPa s ?
0.340.660.340.30.660.590.49m A B μμμ=+=?+?=
故:0.170.616lg0.490.43T E =-=
（5）实际板数N
精馏段:5/11.6(12T N E ==精层取层) 提馏段: 3.5/8.13T N E ==提层(取9层)
实际塔板数21912=+=+=提精N N N （层） 最佳进料位置
用作图法计算，由图3-1可知第6板最佳进料 3.4塔工艺条件及物性数据计算
3.4.1操作压强的计算P m
塔顶压强P D =4+101.3=105.3kPa 取每层塔板压降△P=1.3kPa 则： 进料板压强：P F =105.3+10?1.0=113.7kPa 塔釜压强：P w =105.3+9?0.7=121.3kPa
精馏段平均操作压强：P m =105.3113.7
2
+=109.5 kPa
提馏段平均操作压强：P ′m = 114.3121.3
2+=116.8kPa.
3.4.2塔顶液相平均表面张力的计算 由D t =46.5℃查手册[4]
得： A 28.5/m N m σ=； 23.6/B m N m σ=；
(1)28.50.9723.6(10.97)28.35/A A B A x x mN m σσσ=+-=?+-=
28.35
=/m=0.02835/m 1000
N N σ
塔顶釜液相平均表面张力的计算 由76.5w t =℃查手册得
24.5/A mN m σ= 20.2/B m N m
σ= (1)24.50.0520.2(10.05)20.42/A A B A x x mN m σσσ=+-=?+?-=
即 20.42
/0.02042/1000
N m N m σ==
3.4.3精馏塔气相密度
塔顶气相平均密度：101.3377.87
2.9978.314(27346.5)D g PM RT ρ?=
==?+ 塔釜气相平均密度：101.33146.51
' 5.128.314(27376)
W g PM RT ρ?===?+ 3.4.4精馏塔液相密度
查手册
【4】
得，t=46.5℃时，31260/A kg m ρ= 3
1595/B k g m
ρ=
塔顶部分 依下式：
11A
A
l A
B
x x ρρρ-=
+
即：30.950.05
11273.88/12601595
l l kg m ρρ=
+?= 进料板处
30.20310.20311470.59/12601595kg m ρρ-=+?=
塔釜部分
11'B
B
l A
B
x x ρρρ-=
+
即：30.050.95
1''1574.8/12601595
l l kg m ρρ=
+?= 3.5精馏塔气液负荷计算
精馏段内每块塔板上升的气体量：
(1)(4.7441)27.06155.43kmol h V R D =+=+?= 精馏段每块塔板上升气体与下降液体积流量为:
3155.4377.87
4038.482.997
D
g g
VM V m h ρ?=
=
=
4.74427.06128.37L R D k m p l h
==?= 3128.3777.87
7.85m /1273.88
D
L L
LM V h ρ?=
=
=
提馏段每块塔板上升气体与下降液体积流量为
'155.4
3/V V k m o l h == 3d
'155.43146.5
'4447.365.12
W
g V M V m h ρ?=
=
=
'L =L +F =128.37+87.55=215.92k m o l /h 3
'215.92146.5'20.09m /'1574.8
W L l L M V h ρ?=
==
3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算
3.6.1塔径的计算
初选板间距H T =0.40m,取板上液层高度H L =0.07m 故：
精馏段气液动能参数
7.850.044038.48== 提馏段气液动能参数
20.090.0784447.36== 经查史密斯关联图得
【1】
精馏段200.074C =
提馏段200.068C =
图3-2史密斯关联图
因表面张力的差异，气体负荷因子校正为:
精馏段 200.20.20.074
0.079m 0.020.020.02835
C C s σ===（）（）
乙醇精馏塔设计毕业论文
乙醇精馏塔设计毕业论文 目录 摘要................................................................. I Abstract............................................................. II 第一章绪论 (1) 1.1 设计的目的和意义 (1) 1.2 产品的性质及用途 (1) 1.2.1 物理性质 (1) 1.2.2 化学性质 (2) 1.2.3 乙醇的用途 (2) 第二章工艺流程的选择和确定 (3) 2.1 粗乙醇的精馏 (3) 2.1.1 精馏原理 (3) 2.1.2 精馏工艺和精馏塔的选择 (3) 2.2 乙醇精馏流程 (5) 第三章物料和能量衡算 (7) 3.1 物料衡算 (7) 3.1.1 粗乙醇精馏的物料平衡计算 (7) 3.1.2 主塔的物料平衡计算 (8) 3.2 主精馏塔能量衡算 (9) 3.2.1 带入热量计算 (9) 3.2.2 带出热量计算 (10) 3.2.3 冷却水用量计算 (10) 第四章精馏塔的设计 (11) 4.1 主精馏塔的设计 (11) 4.1.1 精馏塔全塔物料衡算及塔板数的确定 (11) 4.1.2 求最小回流比及操作回流比 (12) 4.1.3 气液相负荷 (12) 4.2 求操作线方程 (12) 4.3 图解法求理论板 (13) 4.3.1 塔板、气液平衡相图 (13) 4.3.2 板效率及实际塔板数 (14) 4.4 操作条件 (14) 4.4.1 操作压力 (14) 4.4.2 混合液气相密度 (15) 4.4.3 混合液液相密度 (16) 4.4.4 表面力 (16)
年产5.4万吨丙烯精馏塔的工艺设计
年产5.4万吨丙烯精馏塔 的工艺设计
目录 摘要............................................................. I 第1章绪论.. (2) 1.1丙烯的性质 (2) 1.1.1 丙烯的物理性质 (2) 1.1.2 丙烯的化学性质 (2) 1.2丙烯的发展前景 (2) 1.3丙烯的生产技术进展 (3) 1.3.1 概况 (3) 1.3.2 丙烯的来源 (3) 1.3.3 丙烯的生产方法 (3) 1.3.4 丙烯生产新技术现状及发展趋势 (4) 第2章丙烯精馏塔的物料衡算及热量衡算 (4) 2.2.1 确定关键组分 (5) 2.2.2计算每小时塔顶产量 (5) 2.2.4物料衡算计算结果见表2.5 (7) 2.3塔温的确定 (8) 2.3.1 确定进料温度 (8) 2.3.2 确定塔顶温度 (8) 2.3.3 确定塔釜温度 (8) 第3章精馏塔板数及塔径的计算 (10) 3.1塔板数的计算 (10) 3.1.1 最小回流比的计算 (10) 3.1.2 计算最少理论板数 (11) 3.1.3 塔板数和实际回流比的确定 (11) 3.2确定进料位置 (11) 3.3全塔热量衡算 (12)
3.3.1 冷凝器的热量衡算 (12) 3.3.2 再沸器的热量衡算 (13) 3.3.3 全塔热量衡算 (13) 3.4板间距离的选定和塔径的确定 (14) 3.4.1 计算混合液塔顶、塔釜、进料的密度及气体的密度 (14) 3.4.2 求液体及气体的体积流量 (16) 3.4.3 初选板间距及塔径的估算 (17) 3.5浮阀塔塔板结构尺寸确定 (18) 3.5.1塔板布置 (18) 3.5.2 溢流堰及降液管设计计算 (19) 3.6塔高的计算 (21) 第四章流体力学计算及塔板负荷性能图 (22) 4.1水利学计算 (22) 4.1.1 塔板总压力降的计算 (22) 4.1.2 雾沫夹带 (23) 4.1.3 淹塔情况校核 (26) 4.2浮阀塔的负荷性能图 (27) 4.2.1 雾沫夹带线 (27) 4.2.2 液泛线 (28) 4.2.3 降液管超负荷线 (29) 4.2.4泄露线 (29) 4.2.5 液相下限线 (30) 4.2.6 操作点 (30) 总论 (32) 致谢 (33) 参考文献 (35) 附录 (38)
乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计
乙醇水溶液提纯精馏塔设计毕业设计 目录 1.绪论 (1) 1.1.设计背景 (1) 1.2.设计意义 (1) 1.3.设计步骤 (1) 2.精馏塔设计计算 (2) 2.1.精馏流程的确定 (2) 2.2.塔的物料衡算 (2) 2.2.1.查阅文献，整理有关物性数据 (2) 2.2.2.料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 (3) 2.2.3. 平均摩尔质量 (3) 2.2.4. 物料衡算 (3) 2.3. 塔板数的确定 (3) 2.3.1. 乙醇—水物系的气液平衡数据 (4) 2.3.2. 求最小回流比及操作回流比 (4) 2.3.3. 求精馏塔的气液相负荷 (4) 2.3.4. 求操作线方程 (4) 2.3.5. 图解法求理论塔板层数 (4) 2.3.6. 求实际塔板数 (5) 2.4 塔的工艺条件及物性数据计算 (6) 2.4.1. 操作压力 (6) 2.4.2. 平均摩尔质量 (7) 2.4.3. 平均密度 (7) 2.4. 3.1 .....................................................气相密度7 2.4. 3.2 ................................................. 液相平均密度7 2.4.4. 液体表面力 (8) 2.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (9) 2.5.1. 塔径的计算 (9) 2.5.2. 精馏塔有效高度的计算 (9) 2.6 塔板主要工艺尺寸的计算 (9) 2.6.1. 堰长 (9) 2.6.2. 溢流堰高度 (10) 2.6.3. 弓形降液管宽度和截面积 (10) 2.6.4. 降液管底隙高度 (11) 2.7 塔板布置 (11) 2.7.1. 塔板的分块 (12) 2.7.2. 边缘区宽度确定 (12)
乙醇精馏塔-毕业设计
摘要 乙醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，在国民经济中占有十分重要的地位。随着乙醇工业的迅速成熟，各种制乙醇的方法相继产生。由于乙醇与水混合物的特殊性，即相对挥发度的不同且在一定浓度时生成共沸物，精馏操作一直是乙醇生产不可缺少的工序。 本设计的主要内容是根据20万吨乙醇生产工艺的需求，通过物料衡算和热量衡算以及板式浮阀塔设计的理论知识来设计浮阀塔，并由负荷性能图来进行校验。此外，本设计遵循经济、资源综合利用、环保的原则，严格控制工业三废的排放，充分利用废热，降低能耗，提高工艺的可行性。 关键词：乙醇精馏；浮阀塔；塔附件设计
Abstract Ethanol is a very important organic chemical raw material, but also a fuel, in the national economy occupied a very important position. With the rapid ethanol industry matures, various methods have been found. As a characteristic of a mixture of ethanol and water, the difference of the relative volatility and is generated in a certain concentration azeotrope, distillation operation has been indispensable step of ethanol production. The design of the main content is based on 200,000 tons of ethanol production technology，which needs through material balance and energy balance and the plate valve column design theory to design the float valve column by load performance diagrams for verification. In addition, the design follows the economy, resource utilization, environmental protection principles, strictly control industrial waste emissions, the full use of waste heat, reduce energy consumption and improve the feasibility of the process. Keywords: Ethanol distillation，Valve column，Design
精馏塔设计流程
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(毕业设计)讲义
精馏塔尺寸设计计算 初馏塔的主要任务是分离乙酸和水、醋酸乙烯，釜液回收的乙酸作为气体分离塔吸收液及物料，塔顶醋酸乙烯和水经冷却后进行相分离。塔顶温度为102℃，塔釜温度为117℃，操作压力4kPa。 由于浮阀塔塔板需按一定的中心距开阀孔，阀孔上覆以可以升降的阀片，其结构比泡罩塔简单，而且生产能力大，效率高，弹性大。所以该初馏塔设计为浮阀塔，浮阀选用F1型重阀。在工艺过程中，对初馏塔的处理量要求较大，塔内液体流量大，所以塔板的液流形式选择双流型，以便减少液面落差，改善气液分布状况。 4.2.1 操作理论板数和操作回流比 初馏塔精馏过程计算采用简捷计算法。 （1）最少理论板数N m 系统最少理论板数，即所涉及蒸馏系统（包括塔顶全凝器和塔釜再沸器）在全回流下所需要的全部理论板数，一般按Fenske方程[20]求取。 式中x D,l，x D,h——轻、重关键组分在塔顶馏出物（液相或气相）中的摩尔分数； x W,l，x W,h——轻、重关键组分在塔釜液相中的摩尔分数； αav——轻、重关键组分在塔内的平均相对挥发度； N m——系统最少平衡级（理论板）数。 塔顶和塔釜的相对挥发度分别为αD=1.78，αW=1.84，则精馏段的平均相对挥发度： 由式（4－9）得最少理论板数： 初馏塔塔顶有全凝器与塔釜有再沸器，塔的最少理论板数N m应较小，则最少理论板数：。 （2）最小回流比 最小回流比，即在给定条件下以无穷多的塔板满足分离要求时，所需回流比R m，可用Underwood法计算。此法需先求出一个Underwood参数θ。 求出θ代入式（4－11）即得最小回流比。
式中——进料（包括气、液两相）中i组分的摩尔分数； c——组分个数； αi——i组分的相对挥发度； θ——Underwood参数； ——塔顶馏出物中i组分的摩尔分数。 进料状态为泡点液体进料，即q=1。取塔顶与塔釜温度的加权平均值为进料板温度（即计算温度），则 在进料板温度109.04℃下，取组分B（H2O）为基准组分，则各组分的相对挥发度分别为αAB=2.1，αBB=1，αCB=0.93，所以 利用试差法解得θ=0.9658，并代入式（4－11）得 （3）操作回流比R和操作理论板数N0 操作回流比与操作理论板数的选用取决于操作费用与基建投资的权衡。一般按R/R m=1.2～1.5的关系求出R，再根据Gilliland关联[20]求出N0。 取R/R m=1.2，得R=26.34，则有： 查Gilliland图得 解得操作理论板数N0=51。 4.2.2 实际塔板数 （1）进料板位置的确定 对于泡点进料，可用Kirkbride提出的经验式进行计算。
精馏塔毕业设计论文
第一章概论 1.1塔设备在化工生产中的作用和地位 塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。 在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有重大的影响。据有关资料报道，塔设备的投资费用占整个工艺设备投资费用的较大比例；它所耗用的钢材重量在各类工艺设备中也属较多。因此，塔设备的设计和研究，受到化工、炼油等行业的极大重视。 1.2塔设备的分类及一般构造 塔设备经过长期发展，形成了型式繁多的结构，以满足各方面的特殊需要。为了便于研究和比较，人们从不同的角度对塔设备进行分类。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、反应塔和干燥塔；按形成相际接触界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；也有按塔釜型式分类的。但是长期以来，最常用的分类是按塔的内件结构分为板式塔和填料塔两大类，还有几种装有机械运动构件的塔。 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘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，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。 人们又按板式塔的塔盘结构和填料塔所用的填料，细分为多种塔型。
精馏塔工艺工艺设计方案计算
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）
毕业设计--精馏塔的工艺和机械设计
毕业设计（论文） 2013 届 题目CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计专业化工设备与维修技术
毕业论文（设计）任务书 1、论文（设计）题目：CS2和CCl4精馏塔的工艺 和机械设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字：
CS2和CCl4精馏塔的工艺和机械设计 摘要：本次设计的目的是通过精馏操作来完成二硫化碳和四氯化碳混合溶液的分离，从而获得较高浓度的轻组分二硫化碳。精馏是利用混合液中各组分挥发度不同而达到分离要求的一种单元操作。本设计详细阐述了设计的各部分内容，计算贯穿在整个设计中。本设计包括蒸馏技术的概述、精馏塔工艺尺寸的计算、塔板校核、精馏塔结构的设计、筒体及各部件材料的选择、筒体各处开孔补强的设计、塔体机械强度的校核及精馏塔装配图的绘制等主要内容。 关键字：精馏塔，塔板校核，开孔补强，机械强度。
目录 1.概论 (1) 1.1蒸馏技术背景、基本概念和分类 (1) 1.1.1蒸馏技术背景 (1) 1.1.3蒸馏技术分类 (1) 1.2塔设备的作用和类型 (2) 1.2.1塔设备的作用 (2) 1.2.2塔设备的类型 (2) 1.3蒸馏技术节能 (3) 1.4现在蒸馏技术面临的机遇和挑战 (3) 1.5本设计中的方案选择 (4) 2.精馏塔设计任务书 (6) 2.1设计题目：二硫化碳—四氯化碳精馏塔设计 (6) 2.2设计任务及操作条件 (6) 2.3设计内容 (6) 2.4设计基础数据 (7) 3．各部分结构尺寸的确定和设计计算 (8) 3.1.物料衡算 (8) 3.2全塔物料衡算 (8) 3.3塔板数的确定 (8) 3.4塔工艺条件及物性数据计算 (11) 3.4.1操作压强的计算P m (11) 3.4.3精馏塔气相密度 (11) 3.4.4精馏塔液相密度 (11) 3.5精馏塔气液负荷计算 (12) 3.6精馏塔和塔板的主要工艺尺寸的计算 (13) 3.6.1塔径的计算 (13) 3.6.2塔高计算 (14)
精馏塔工艺设计
一、苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书（一）设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为%的苯36432吨，塔底馏出液中含苯1%，原料液中含苯为61%（以上均为质量百分数）。 （二）操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压） 2.进料热状况：饱和蒸汽进料 3.回流比：R=2R min 4.单板压降不大于 （三）设计内容 设备形式：筛板塔 设计工作日：每年330天，每天24小时连续运行 厂址：青藏高原大气压约为的远离城市的郊区 设计要求 1.设计方案的确定及流程说明 2.塔的工艺计算 3.塔和塔板主要工艺尺寸的确定 （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学验算 （3）塔板的负荷性能图绘制 （4）生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制 4、塔的工艺计算结果汇总一览表 5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论 （四）基础数据
1.组分的饱和蒸汽压 p（mmHg） i 2.组分的液相密度ρ（kg/m3） 3.组分的表面张力σ（mN/m） 4.液体粘度μ（mPas） 常数
二、苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） （一）设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点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后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。 典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 （二）全塔的物料衡算 1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 kg/kmol 和kmol =+= 6 .112/39.011.78/61.011 .78/61.0F x 2.平均摩尔质量 3.料液及塔顶底产品的摩尔流率 依题给条件：一年以330天，一天以24小时计，有： h kmol 62.5824 330989 .010*******=???= D ，
苯-氯苯连续精馏塔设计毕业论文外文翻译
学号： HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕业设计外文翻译 G RADUATE D ESIGN F OREIGN L ANGUAGE T RANSLATION 设计题目：苯-氯苯连续精馏塔设计 学生姓名： 专业班级： 学院：机械工程学院 指导教师： 2012年5月26日
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。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔、筛板塔，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，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。 在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。它的应用面广、量大。据统计，塔设备无论其投资费还是所有消耗的钢材重量，在整个过程装备中所占的比例都相当高。 精馏是分离液体混合物最常用一种作，在化工、炼油等工业中应用很广。它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发的由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。 本设计是笨-氯苯连续分离精馏塔，而氯苯是一种重要的基本有机合成原料，用作染料、医药、农药、有机合成中间体。用于制造苯酚、硝基氯苯、二硝基氯苯、苯胺、硝基酚及杀虫剂滴滴涕等，也用作乙基纤维素和许多树脂的溶剂。氯苯的下游产品中，硝基氯化苯是氯苯的主要消费用户，对硝基氯化苯是重要的染料、农药、医药的中间体。以对硝基氯化苯为原料可以生产对硝基苯酚、对硝基苯胺、对氨基苯酚、对苯二胺、对氨基苯甲醚和对氨基苯乙醚等一系列有机化工产品。但由于用苯氯化法制氯苯后，苯和氯苯互溶，因此需设计一个精馏塔用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。 首先，苯和氯苯的原料在原料预热器中加热到泡点温度，然后，原料从进料口进入到精馏塔中。因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了，气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下
精馏塔工艺设计
一、苯-氯苯板式精馏塔的工艺设计任务书 （一）设计题目 设计一座苯-氯苯连续精馏塔，要求年产纯度为98.5%的苯36432吨，塔底馏出液中含苯1%，原料液中含苯为61%（以上均为质量百分数）。 （二）操作条件 1.塔顶压强4kPa（表压） 2.进料热状况：饱和蒸汽进料 3.回流比：R=2R 4.单板压降不大于0.7kPa min （三）设计内容 设备形式：筛板塔 设计工作日：每年330天，每天24小时连续运行 厂址：青藏高原大气压约为77.31kpa的远离城市的郊区 设计要求 1.设计方案的确定及流程说明 2.塔的工艺计算 3.塔和塔板主要工艺尺寸的确定 （1）塔高、塔径及塔板结构尺寸的确定 （2）塔板的流体力学验算 （3）塔板的负荷性能图绘制 （4）生产工艺流程图及精馏塔工艺条件图的绘制 4、塔的工艺计算结果汇总一览表 5、对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论 （四）基础数据
1.组分的饱和蒸汽压 i p （mmHg ） 2.组分的液相密度ρ（kg/m 3 ） 3.组分的表面张力σ（mN/m ） 4.液体粘度μ（mPa ?s ）
5.Antoine常数 二、苯-氯苯板式精馏塔的工艺计算书（精馏段部分） （一）设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液经卧式列管式预热器预热至泡点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后送至苯液贮罐；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供汽相流，塔釜产品经卧式列管式冷却器冷却后送入氯苯贮罐。 典型的连续精馏流程为原料液经预热器加热后到指定的温度后，送入精馏塔的进料板，在进料上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液体与上升蒸气互相接触，进行热和质的传递过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 （二）全塔的物料衡算 1.料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11 kg/kmol和112.6kg/kmol
精馏塔设计图(参考)
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
精馏塔设计图(参考版)
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
精馏塔1
1.工艺流程与设计思路（选型） 前期的工作中我们对于整个流程进行了模拟和优化，得到了较高质量的产品物流。在这一部分中，我们将对本流程中分离的核心部分——分离精馏塔进行相关的设备设计。 所要设计的精馏塔结构如上图所示。L012为在第20块板进料，L009为在第30块板进料，L018出料为质量分数0.995的丙烯产品，L009主要为丙烷，进入循环。 通过前期的比选，考虑到泡罩塔的塔板结构复杂，造价高，产生的压降大；常用的筛板塔操作弹性小，筛孔小易堵塞，不适合处理易结焦、黏度大的物料；而浮阀塔生产能力大，比泡罩塔高20~40%，与筛板塔相近，操作弹性大，比泡罩塔和筛板塔的操作范围都要宽，塔板效率高，比泡罩塔高10%，持液量相对较大，因而是最佳的反应精馏塔塔板选型。 以下的设计中，我们首先将对设计将要采用的物性数据进行求解，其次对精馏塔进行设备设计，继而进行相关的附件设计并在最后简单概述精馏塔的自动控制系统组成。 2. 精馏塔的工艺条件、物性数据的计算与物流模拟计算结果 2.1 精馏塔的工艺条件 反应精馏塔的工艺条件主要参考了相关文献，主要的工艺条件包括塔顶温度、进料板温度、塔底温度及塔顶压力、塔釜压力和塔板压降。经过软件模拟与前期对于回流比及其他操作条件的优化，得到了结果如下所示。 精馏塔不同位置温度 塔顶上部进料板下部进料板塔底 因而可以认为精馏段平均温度为 反应段的平均温度 提馏段的平均温度 精馏塔不同位置的压强 我们设定全塔压力
2.2物性数据计算 丙烷的摩尔分子质量 丙烯的摩尔分子质量 我们采用线性加和的方法计算混合物的平均摩尔分子质量即 以下求算各物流的密度 对气相物流，根据理想气体状态方程求得其密度即 此处并不求得其具体数值，在接下来的计算气相负荷时会进一步简化。 对液相物流，由 通过计算294K（精馏段平均温度）下，气相丙烷的密度为18.92kg/m3，丙烯的密度为18.06 kg/m3，通过查手册液相丙烷的密度为500kg/m3，丙烯的密度为517 kg/m3 可知对塔顶物流，液相的平均密度为 在299K（提馏段的平均温度）下，且塔底产出几乎纯的丙烷，故物流的密度查手册可知 为 2.3反应精馏塔的工艺计算结果 Aspen计算结果如下