苯-乙苯精馏装置工艺设计

一概述精馏是分离液体混合物最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应用。精馏过程使气液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。根据生产上的不同要求，精馏操作可以是连续的或间歇的，有些特殊的物系还可采用衡沸精馏或萃取精馏等特殊方法进行分离。对于精馏塔的设计应该满足一下几点：（1）生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。（2）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）流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时，易于达到所要求的真空度。（4）有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而且不会使效率发生较大的变化。（5）结构简单，造价低，安装检修方便。（6）能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性等本方案采用浮阀塔，浮阀塔的优点是：（1）浮阀的阀片可以浮动，随着气体负荷的变化而调节其开启度，因此，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。（2）浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小(因气体水平吹出之故)，塔板效率较高，生产能力较大。（3）塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔型之一。（4）气体压降及液面落差小，因气液流过浮阀塔板时阻力较小，使气体压降及液面落差小。浮阀塔也有缺点，上升蒸汽会沿着上升蒸汽孔的周围喷出，仍然有液体的逆向混合，因而会降低传质效率，另外阀片容易卡住，影响其自由开启。另外，在处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结。在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。本设计先用ASPENPLUS进行模拟，运用相关的气液数据对塔的工艺尺寸计算，并进行必要的校验。二工艺流程的说明和论证本设计首先使用模拟软件ASPENPLUS进行模拟，得到精馏塔的。相关数据以及气液两相在每一块塔板的参数。运用这些数据进行塔的工艺尺寸的计算，并校验时设计数据满足基本的设计要求。然后根据塔板的工艺尺寸气液参数求得半负荷并作图。然后进行辅助设备的设计。利用模拟得到的气液参数可以完成管路和储料罐以及换热器的设计，管路设计都进行选用管材后的流速核算。最后运用精馏塔和管路的工艺尺寸进行泵的设计。三精馏塔模拟设计计算及操作条件的选择3.1ASPENPLUS模拟得到精馏段气液参数stagetemparetureDensityliquidformDensityvaporformViscosityliquidformSurfacetesionliquidform183.1817.73.010.32220.91283.4812.93.040.3120.47383.7812.53.050.30920.43483.9812.23.070.30920.4584.2811.93.090.30820.37684.5811.63.110.30720.34784.7811.33.130.30620.318858113.150.30520.27985.4810.63.170.30520.241085.8810.13.180.30420.21186.4809.53.20.30320.151287.4808.63.220.30120.091388.9807.23.240.299201491.1805.13.260.29720.281594.28023.270.29320.131698.67983.270.28919.9917997903.320.28719.851899.3789.73.340.28619.813.2操作条件的选择取精馏塔的回流比为=0.62R理论塔板数为29n精馏塔的加料板为=17FN四精馏塔主体工艺尺寸的计算及结构设计4.1塔径欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度u一般为最大允许气速uF的0.6～0.8倍。即：(0.6~0.8)Fuu最大气速计算LVVFuC液气动能参数为：s13242.543.62080.104158681.43778.6863LVLVs取板间距0.42THm取板上液层高度0.07Lhm参变量值即液面上的空间高度0.420.070.35TLHhm根据以上数值由史密斯关联图查得液相表面张力为20/mmN时的负荷系数200.067C由所给出的工艺条件校正得：0.20.2202018.80814()()0.0661822020CCC最大气速:776.68633.620.0661820.9677075463.6252207LFVVuC取安全系数为0.7，则适宜空塔速度为:0.70.70.9677460.677422/Fuums由下式计算塔径：440.6656271.10.677422VFVDmu按标准塔径尺寸圆整，取=1.2mD实际塔截面积：2221.21.1309733644TADm实际空塔速度：0.6656270520.5885435351.130973355VTVuA/ms安全系数：0.5885440.608160.967746Fuu在0.6～0.8范围间，合适。4.2塔高计算4.2.1实际塔板数液体粘度为0.2658cP则板效率为0.170.616lg0.170.616lg0.265852.45%DE则实际塔板数为129153.3852.45%DnNE取实际塔板数为54N4.2.2精馏塔高的计算取塔釜液体填充率为0.5k停留时间为15min12th则塔釜高度为16.1120.50.851.2VBqtkHmD取塔顶空间高度为0.8mDH加料板处的塔高为0.420.380.8mFH设置8个人孔，人孔直径为0.28m，则设置了人孔的塔板的间距为0.420.280.7mpH则精馏塔塔高为(n1)(54181)0.4210.880.70.80.8526.53FPTFFPPDBHnnHnHnHHHm4.2.3裙座高度取裙座高度为331.23.6sHDm4.3溢流装置选用单流弓行降液管，不设进口堰。4.3.1降液管尺寸取溢流堰堰长：0.7wlD由弓形降液管的结构参数查得0.7wlD时，0.1430dwD0.0878FTAA降液管宽度为0.14300.141.20.130716dmwD降液管横截面积为21.13090.087335780.050.0992879468FTAAm4.3.2溢流堰尺寸由以上设计数据可求出溢流堰长：0.70.71.20.84wlD采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算22.84()1000LowwvhEl式中E近似取1，即堰上液层高度为222.842.8417.07666988()1()0.021100010000.84LowwvhEml溢流堰高:0.070.0210.049wLowhhhm取降液管底隙高度：00.010.0490.010.039whhm4.4浮阀尺寸4.4.1孔速计算阀孔气速可按此式计算：00VFu初取阀孔动能因数：010F则孔速为：00105.2553393.620752VFu4.4.2浮阀数的计算每层板上的浮阀数可按此式计算2004VVNdu取浮阀的孔径00.04dm即每层板上的阀孔数为22000.665627057100.790.0045.25533944VVNdu取每块板上的开孔数为100N4.4.3开孔率的计算选取无效边缘区宽度为0.06cWm破沫区宽度为0.08sWm由下式计算鼓泡区面积，即：2222(arcsin)180axAxRxRR其中1.2R0.060.5422cDWm1.2()(0.170.08)0.45m22sdDxWW即22220.452(0.450.540.450.54arcsin)0.7834641800.54aAm开孔率为220220.041004411.11%0.1244aTdNAAD开孔率在10％～14％之间，合适。4.4.4阀孔的排列浮阀的排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的空心距100lmm4.5塔板压降塔板压降利用下式计算pclhhhh4.5.1干板阻力浮阀全开后的临界气速为：1.8251.8250073.173.15.19/3.62075cVumsu故干板阻力为：2203.6207525.2553395.345.340.035078422776.6863VcLuhmgg4.5.2板上充气液层阻力本设备分离烃化液，液相为碳氢化合物，可取充气系数00.5ε则板上充气液层阻力为0.50.070.035lLhhm0ε4.5.3液体表面张力造成的阻力由于液体表面张力对液流的阻力很小，故可以忽略不计。则单板压降()776.6863g(0.03507840.035)533.403545Papclpghghhh单板压降稍微偏高，但在可以接受的范围。（一般对于常压精馏塔应在260～530Pa为宜）4.6数据校核4.6.1液泛校核为了防止降液管液泛现象发生，要求控制降液管内清液层高度dTWHHH其中dpLdHhhh气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度hP前面已求出0.03507840.0350.0700784pclhhhhm液体通过降液管的压头损失（不设进口堰）2200.004735130.153()0.153()0.00319644660.840.039ldwvhmlh板上液层高度0.07Lhm所以清液层高度为0.07007840.00319644660.070.143274846dpLdHhhhm取降液管中泡沫层相对密度0.5φ则可求得()0.5(0.420.049)0.2345TWHHφ比较可得()TWdHHHφ符合防止降液管液泛要求。4.6.2液体在降液管内停留时间本设计液体液体在降液管内的停留时间为360036000.0992990.428.79220617.07666988FVTsAHv由于停留时间5s所以设计合适，所夹带气体可以释出。4.6.3雾沫夹带量校核依下面两式分别计算泛点率F，即1.36VVLLLVFbvvZFKCA0.78VVLVFTvFKCA其中，板上液体流径长度21.220.17160.8368LdZDWm板上液流面积221.2220.099299460.93237444bTFAAAm查得泛点负荷因数0.12FC取物性系数1.0K将以上数据代入计算可得3.6207520.6656270571.360.004735130.8368776.68633.62075245.5402%1.00.120.9323744F3.6207520.665627057776.68633.62075243.0322%0.781.00.121.130973355F对于大塔，为避免过量雾沫夹带，应控制泛点率不超过80%。上两式计算的泛点率都在80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足设计要求。4.6.4严重漏液校核当阀孔的动能因数F0低于5时将会发生严重漏液。实际孔速为02200.6656270575.2968918190.0410044VVudN实际动能因子为005.2968918193.62075210.079VFu动能因数在9～12之间，不会发生严重漏液。4.7塔板负荷性能图4.7.1气体负荷下限线（漏液线）对于F1型重