文档介绍：第1章绪论
塔设备在化工生产中的作用和地位
塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究,已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中,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,都有非常重大的影响。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。即在同一温度下,各组分的饱和蒸汽压不同这一性质,使液相中的轻组分转移到汽相中,汽相中的重组分转移到液相中,从而达到分离的目的。因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。
设计背景
为了加强工业技术的竞争力,长期以来,各国都在加大塔的研究力度。如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。填料种类出拉西、环鲍尔环外,阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。更加强了对筛板塔的研究,提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新型塔设备,这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作,加速了我国塔技术的开发。
国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步,是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构,而是主要取决与物系的性质,如:挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下,保持适当的操作弹性和压力降,并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。
经过我国这些年的努力,在塔研究方面与国外先进技术的差距正在不断的减小。
设计条件
进料量每小时11000公斤,原料中含苯40%(重量),以沸点状态送入塔内。要求塔顶馏出物含苯96%(重量),塔釜残液中含苯不大于5%,。
问题研究
本设计是针对苯—甲苯的分离而专门设计的塔设备。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布,求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度,又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后,计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。
第2章塔的工艺计算
塔温的分布
苯和甲苯的混合物是服从拉乌尔定律的理想溶液。在常压下它们的蒸汽压及汽液平衡数据,如下表所示:
表一苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据

760
300

850
333

957

1078
432

1204

1344
559

1495
625

1659

1748
760
0
0
由表一数据作如图2-1等压曲线(t-x图)和图2-2气液平衡曲线(y-x图)。
将进料、塔顶和釜液的浓度以分子分数表示为:
1—汽相 2—液相
图2-1 苯-甲苯的等压曲线
根据图2-1可确定它定、塔釜和进料温度分别为:
由于沸点进料(q=1),由图2-1和图2-2可得与进料液体相平衡的蒸汽组成,由式(3-53a)得最小回流比:
塔顶的相对挥发度:
塔釜的相对挥发度:
则全塔的平均相对挥发度:
图2-2 气液平衡曲线
物料平衡
则有:

由上述方程式可求得:
)
操作回流比:

液相流量:
气相流量:

液相流量:
气相流量:
塔板数的计算
图解法
沸点进料(q=1)。q线方程为一垂线es,经过a点作精馏段操作线,其截距为:
再由b点作提馏段操作线,与精馏段操作线交于e点,连接be得提馏段操作线。
在平衡线和操作线之间作阶梯,,精馏段为5层,第6层为进料板。
差分方程法
塔顶馏出物的平均分子量:
塔顶馏出量:

进料液的平均分子量:
进料量:

釜液的平均分子量:
釜液量:

:
由下面公式可得:
=-
精馏段操作线与平衡线交点的横坐标由下面公式求得:
=
由于沸点进料q=1,所以得:

由公式求得精馏段理论板数:
=(层)
:
由下面公式求得:
=-
=-
=
近似计算,取
由公