年处理10.8万吨苯-甲苯体系的浮阀精馏塔设计

摘要

塔设备作为汽—液和液—液之间进行传质与传热的重要设备，广泛应用于蒸（精）馏、吸收、解吸、汽提、萃取等化工单元操作。浮阀塔是化工生产中主要的分离设备，已成为国内应用最广泛的塔型，特别是在石油、化工中使用最普遍。
　　本次设计的分离任务为质量分数为40％的苯-甲苯进料液，年处理能力为10.8万吨，塔顶为全冷凝器，部分回流。论文在进行精馏塔的工艺设计时先采用常规算法，按照图解法得出塔的理论塔板数为17块，进料板为第7块，采用液相粘度与相对挥发度进行关联得到全塔效率为0.612,得到了塔的实际板数，其中精馏段实际板数为10块，提馏段实际板数为17块，实际加料板是第11块板。然后，计算得出塔径圆整为1.6米，确定塔板采用单溢流弓形降液管，凹形受液盘，设计出浮阀的菱形排列方式及计算出浮阀数目等。经过雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、液相负荷下限线和漏液线的校核，确定了塔的操作点符合操作要求，得出精馏段和提馏段的操作弹性分别为4.6和3.05,符合操作要求。论文用Aspen Plus软件进行了模拟计算，通过与常规算法的比较，得出最佳回流比比常规算法的回流比小，同时得出再沸器和冷凝器的热耗值小于常规算法，并且对两种算法的年总费用进行计算比较，对两者的热值差量进行了标煤折算，因此，为企业提高经济效益和环保效益提供了理论依据。根据Aspen Plus软件的严格算法得出的热量消耗，得出冷凝器的传热面积为39m2,再沸器的传热面积为138m2。论文最后计算了塔体总高度，塔体选用比Q235钢材强度更高的低合金钢Q345R材质，本次设计采用SW6-2011v1.0《过程设备强度计算软件包》计算软件对浮阀精馏塔的机械设计进行计算和校核，得出合格的上下封头的设计参数(名义厚度为12mm，重量为415.41Kg)、合格的塔体的设计参数(名义厚度为10mm，重量为8922.25Kg)、合格的裙座的设计参数（名义厚度为10mm，高度为4.8米），另外也得出容器壳体强度、整塔的风载荷及地震载荷、地脚螺栓及地脚螺栓座计算结果。
　　通过对精馏塔的整体设计，不仅可以得出理论板数、塔效率、实际塔板数和进料位置等工艺设计参数，而且也得出塔的载荷、地脚螺栓等设备安装参数。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 精馏塔概述

1．2 板式塔概述

1．2．1 筛板塔

1．2．2 浮阀塔

1．2．3 泡罩塔

1．2．4 穿流塔

1．2．5 复合型塔

1．2．6 立体喷射塔

1．2．7 高速塔

1．3 浮阀精馏塔

1．4 本论文的选题意义及设计方案

1．4．1 本论文的选题意义

1．4．2 本论文的设计方案

第2章 浮阀精馏塔的工艺设计

2．1 设计条件

2．1．1 工艺条件

2．1．2 操作条件

2．2 物料衡算

2．3 塔板数的确定

2．3．1 苯—甲苯混合物的t-x-y图和x-y图

2．3．2 确定最小回流比Rmin和回流比

2．3．3 利用图解法确定理论板层数

2．3．4 全塔效率的估算

2．3．5 实际板层数的确定

2．4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算

2．4．1 操作压力计算

2．4．2 平均摩尔质量计算

2．4．3 平均密度计算

2．4．4 液体平均表面张力计算

2．5 塔径的计算与板间距的确定

2．5．1 气液相流率

2．5．2 将以上所得的流率转成体积流率

2．5．3 塔径的计算

2．6 溢流装置的设计

2．6．1 堰长lw

2．6．2 出口堰高hw

2．6．3 弓形降液管宽度Wd和面积Af

2．6．4 降液管底隙高度ho

2．6．5 受液盘

2．7 塔板布置

2．7．1 塔径分布

2．7．2 浮阀数目与排列

2．8 塔板流体力学计算

2．8．1 塔板压降

2．8．2 液泛(淹塔)

2．8．3 雾沫夹带

2．9 塔板负荷性能图

2．9．1 雾沫夹带线

2．9．2 液泛线

2．9．3 液相负荷上限线

2．9．4 漏液线

2．9．5 液相负荷下限线

2．10 塔的热量衡算

2．10．1 加热介质的选择

2．10．2 冷却剂的选择

2．10．3 比热容及汽化潜热的计算

2．10．4 热量的计算

2．10．5 再沸器与冷凝器的换热面积估算

2．11 浮阀塔板工艺设计计算结果

第3章 浮阀精馏塔的Aspen Plus计算

3．1 Aspen Plus模拟软件简介

3．2 物性方法选择与验证

3．3 模拟计算

3．3．1 简捷设计

3．3．2 严格模拟

3．3．3 系统优化

3．4 能量衡算结果

3．5 塔径估算

3．6 水力学分析

3．7 常规算法与Aspen Plus软件计算的工艺设计结果对比

3．8 年总费用计算结果对比

3．8．1 基本理论

3．8．2 总费用对比

第4章 浮阀精馏塔的辅助设备计算及选型

4．1 塔的接管

4．1．1 进料管

4．1．2 回流管

4．1．3 塔底出料管

4．1．4 塔顶蒸汽出气管

4．1．5 塔釜蒸汽进气管

4．1．6 接管法兰

4．2 冷凝器计算及选型

4．3 再沸器计算及选型

4．4 泵的选择

4．4．1 泵的分类

4．4．2 选泵原则

4．4．3 进料泵的选型

4．4．4 回流泵的选型

第5章 浮阀精馏塔塔体总高度计算及机械设计

5．1 塔体总高度

5．1．1 塔顶封头

5．1．2 塔顶空间

5．1．3 塔底空间

5．1．4 人孔

5．1．5 进料处板间距

5．1．6 裙座

5．2 塔的机械设计

5．2．1 材料选择

5．2．2 塔体的机械计算及校核

第6章 结论

参考文献

致谢