xfgfss正戊烷-正己烷混合液板式精馏塔设计

化工原理课程设计1正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计08(2)班08233214缪建芸[摘要]化工设计在化学工程项目建设的整个过程中，是一个极其重要的环节，是工程建设的灵魂。化工设计是一门综合性很强的专业知识，同时又是一项政策性很强的工作，需要设计工作者拥有坚实的化学知识及化工常识。本文设计了一个常压浮阀精馏塔，分离含正戊烷45％（以下皆为质量分数）的正戊烷—正己烷混合液，其中混合液进料量为12626kg/h，进料温度为35℃，要求获得99％的塔顶产品和小于2％的塔釜产品,再沸器用0.25Mpa(表压)的水蒸汽作为加热介质,塔顶全凝器采用20℃冷水为冷凝介质.通过翻阅大量的资料进行物性数据处理、塔板计算、结构计算、流体力学计算、画负荷性能图以及计算接管壁厚对浮阀塔展开了全方面的设计。[关键词]化工设计，常压浮阀塔，物性，塔板化工原理课程设计2目录摘要.....................................................错误!未定义书签。第一章概论..............................................................41.1塔设备在化工生产中的作用和地位:...................................41.2塔设备的分类及一般构造............................................41.3对塔设备的要求....................................................51.4塔设备的发展及现状:...............................................51.5塔设备的用材......................................................51.6板式塔的常用塔型及其选用..........................................51.6.1泡罩塔......................................................51.6.2筛板塔......................................................61.6.3浮阀塔......................................................61.7塔型选择一般原则..................................................71.7.1与物性有关的因素............................................71.7.2与操作条件有关的因素........................................81.7.3其他因素....................................................81.8板式塔的强化......................................................8第二章塔板计算..........................................................92.1设计任务与条件....................................................92.2设计计算.........................................................102.2.1设计方案的确定.............................................102.2.2精馏塔的物料衡算...........................................102.2.3塔板数的确定...............................................11第三章精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算.............................143.1操作压力.........................................................143.2操作温度.........................................................143.3平均摩尔质量.....................................错误!未定义书签。43.4平均密度..........................................错误!未定义书签。3.5液相平均表面张力..................................错误!未定义书签。3.6液相平均黏度.....................................................193.7物性数据总汇.....................................................21第四章精馏塔的塔体、塔板工艺尺寸计算....................错误!未定义书签。4.1塔径的计算........................................错误!未定义书签。4.2精馏塔高度的计算..................................错误!未定义书签。4.3溢流装置计算......................................错误!未定义书签。4.4塔板布置及浮阀数目与排列.........................................26第五章塔板流体力学验算.................................................285.1气相通过浮阀塔板的压降...........................................285.2淹塔.............................................................285.3雾沫夹带.........................................................29第六章负荷性能图........................................错误!未定义书签。6.1雾沫夹带线........................................错误!未定义书签。6.2液泛线............................................错误!未定义书签。6.3液相负荷上限线....................................错误!未定义书签。化工原理课程设计36.4漏液线............................................错误!未定义书签。6.5液相负荷下限线....................................错误!未定义书签。6.6塔板负荷性能图....................................错误!未定义书签。6.7计算结果汇总表....................................错误!未定义书签。化工原理课程设计4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石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件，除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外，还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积，以达到相际之间比较理想的传质和传热效果1.2塔设备的分类及一般构造随着时代的发展，出现了各种各样型式的塔，而且不断有新的塔型出现。虽然塔型众多，但根据塔内部结构，通常将塔分为板式塔和填料塔两大类。一、板式塔板式塔是在塔内装有多层塔板（盘），传热传质过程基本上在每层塔板上进行，塔板形状、塔板结构或塔板上气液两相得表现，就成了命名这些塔的依据，诸如筛板塔、栅板塔、舌形板塔、斜孔板塔、泡罩塔、浮阀塔等。下面简单介绍一下几种常用的板式塔性能。（1）浮阀塔生产能力大，操作弹性大，分离效率高，雾沫夹带少，液面梯度较小，结构简单，是新发展的一种塔。（2）泡罩塔泡罩塔是工业上使用最早的一种板式塔，气-液接触由充分的保证，操作弹性大，但其分离效率不高，金属消耗量大且加工较复杂，应用逐渐减少。（3）筛板塔筛板塔是一种有降液管、板形结构最简单的板式塔，孔径一般为4~8mm，制造方便，处理量较大，清洗、更换、修理均较容易，但操作范围较小，适用于清洁的物料，以免堵塞。二、填料塔填料塔是一个圆筒柱体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上、液相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面上进行，因此，填料的选择是填料塔的关键。填料的种类很多，填料塔的命名也以填料的名称为依据，如常用的金属鲍尔填料塔、波网填料塔。填料塔制造方便，结构简单，便于采用耐腐蚀材料，特别适用于塔径较小的情况，化工原理课程设计5使用金属材料省，一次投料较少，塔高相对较低。1.3对塔设备的要求在设计中选择塔型，必须综合考虑各种因素，并遵循以下基本原则。①要满足工艺要求，分离效率高；②生产能力大，有足够的操作弹性；③运转可靠性高，操作、维修方便，少出故障；④结构简单，加工方便，造价较低；⑤塔压降小。1.4塔设备的发展及现状在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计L’],在整个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为21%,石油炼厂中约为20一25%,石油化工厂中约占10。若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。1.5塔设备的用材（1）塔体：钢材，有色金属或非金属耐腐蚀材料，钢壳衬砌衬、涂非金属材料。（2）塔板：钢为主，陶瓷、铸铁为辅。（3）填料：瓷、钢、铝、石墨、尼龙、聚丙烯塑料。（4）裙座：一般为炭钢。1.6板式塔的常用塔型及其选用板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。1.6.1泡罩塔泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一，在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子“，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，然后横向流过塔盘板、流入再下一层塔盘；气体从下一层塔盘上升进入升气管，通过环行通道再经泡罩的条形孔流散到液体中。泡罩塔盘具有如下特点：（1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。（2）操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。（3）具有较高的生产能力，适用于大型生产。（4）不易堵塞，介质适用范围广。（5）结化工原理课程设计6构复杂、造价高，安装维护麻烦；气相压降较大，但若在常或加压下操作，这并不是主要问题。1.6.2筛板塔筛板塔是在塔盘板上开许多小孔，操作时液体从上层塔盘的降液管流入，横向流过筛板后，越过溢流堰经降液管导入下层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡通过液层，在此过程中进行传质、传热。由于通过筛孔的