用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计Word文件下载.doc
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苯-甲苯二元均相混合物;
2.原料组成:
含苯35%(质量百分比);
3.产品要求:
塔顶产品中苯含量不低于97%,塔釜中苯含量小于0.9%;
4.生产能力:
年处理量2.8万吨/年;
5.设备形式:
浮阀塔;
6.生产时间:
300天/年,每天24h运行;
7.进料状况:
泡点进料;
8.操作压力:
常压,泡点进料,塔顶全凝器,单板压降不大于0.7kPa;
9.加热蒸汽压力:
270.18kPa;
10.公用工程水温度:
热源为低压饱和水蒸气(120℃),冷源为当地水(钦州地区25℃)。
三、设计内容
1.设计方案的选定及流程说明;
2.用Aspen
Plus模拟计算,给出物料流程图和物流表,计算总物料平衡和能量平衡;
3.用Aspen
Plus模拟精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;
4.塔板数的确定;
5.精馏塔塔体工艺尺寸的计算;
6.塔板主要工艺尺寸的计算;
7.塔板的流体力学验算;
8.用Aspen
Plus对换热器进行模拟设计;
9.绘制生产工艺流程图(带控制点、机绘,A2图纸);
10.绘制板式精馏塔的总装置图(包括部分构件,A1图纸);
四、设计要求
1.工艺设计说明书一份
2.工艺流程图一张,主要设备总装配图一张(采用AutoCAD绘制)
五、设计完成时间
2014年5月25日~2014年6月15日
概述
本文采用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计,对于该二元均相混合物的分离,应采用连续精馏过程。
设计中采用泡点进料,将原料液通过预热器加热至泡点温度后送入精馏塔内。
塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝,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1.2~2倍,本设计规定回流比取最小回流比的1.7倍。
塔釜采用间接蒸汽加热,塔底产品经冷却后送至储罐。
此外,并对塔和换热器的类型进行了选取,并进行相关工艺参数的确定。
工艺流程确定及说明
1.塔板类型
1)精馏塔的塔板类型有三种:
泡罩塔板,筛孔塔板,浮阀塔板。
浮阀塔板具有结构简单,制造方便,造价低等优点,且开孔率大,生产能力大,操作弹性大,汽液接触时间长,因此塔板效率高。
2)本设计采用板式浮阀塔
3)加料方式
本精馏塔加料选择泵接加料,结构简单,安装方便,而且可以引入自动控制系统来实时调节流量及流速。
2.进料状况
本精馏塔选择泡点进料,常温原料经换热后进料。
3.塔顶冷凝方式
苯与甲苯不反应,且容易冷凝,故本精馏塔塔顶选择全凝器,可用水冷凝。
4.回流方式
本设计处理量大,所需塔板数多,塔较高,回流冷凝器不适宜塔顶安装,故采用强制回流。
5.操作压力
苯-甲苯在常压下相对挥发度较大,因此在常压下也比较容易分离,故本设计采用常压精馏。
目录
第一章塔板的工艺设计 1
第一节精馏塔全塔物料衡算 1
1.1.1设计要求及条件
1
1.1.2原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率 1
1.1.3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 1
1.1.4物料衡算 1
第二节利用aspen模拟进行塔工艺计算过程 2
1.2.1确定进料温度 2
1.2.2设计条件 2
1.2.3绘制工艺流程草图
2
1.2.4
苯-甲苯分离浮阀板精馏塔的简捷计算 3
1.2.5苯-甲苯分离浮阀板精馏塔的严格计算 5
第三节塔径的初步计算 11
1.3.1塔板基本参数的计算
11
第二章塔换热器设计 14
2.1原料预热器设计 14
2.1.1进料换热器简洁模块的模拟:
14
2.2冷凝器的选择 16
2.3再沸器的选择 17
第三章塔总体高度计算 18
3.1塔顶封头 18
3.2塔顶空间 18
3.3塔底空间 18
3.4人孔 18
3.5进料板处板间距 18
3.6裙座 19
第四章苯—甲苯浮阀塔的工艺设计计算结果汇总 20
4.1苯—甲苯浮阀塔的工艺设计计算结果汇总 20
附表1:
带控制点的总流程图 21
参考文献 22
化工学院化工原理设计
第一章塔板的工艺设计
第一节精馏塔全塔物料衡算
1.1.1设计要求及条件:
表1.1设计要求及条件:
处理量(万吨/年)
XD(质量分数,%)
XF(质量分数,%)
XW(质量分数,%)
R/Rmin
2.8
97
35
0.9
1.7
1.1.2原料液级塔顶、塔底产品的摩尔分率
已知苯的摩尔质量,甲苯的摩尔质量
原料液组成XF(摩尔分数,下同)
塔顶组成
塔底组成
1.1.3原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
1.1.4物料衡算
一年以300天,一天以24小时计,计算可得进料流率:
全塔物料衡算:
且
解得D=17.178kmol/hW=27.687kmol/h
第二节利用aspen模拟进行塔工艺计算过程
1.2.1确定进料温度
利用aspen绘制的苯-甲苯体系的T-x-y相图,依据苯的进料质量分数,求得苯的泡点进料温度为90.3°
C。
图1-1利用aspen绘制的苯-甲苯体系的T-x-y相图
1.2.2设计条件
已知:
有混合馏分,流率为3888.9kg/h,温度25℃,压力103kPa,经过换热器后温度变为90.3℃,进入精馏塔。
物性方法选择NRTL方程。
要求将苯-甲苯混合物中每个馏分中主要成分的塔顶产品苯的质量分数不低于0.97,塔顶甲苯的含量不得高于0.009。
表1-1,原料组成和基本物性
1.2.3绘制工艺流程草图
根据题目要求,绘制出工艺流程草图如图1-2
图1-2全塔物料流程图
1.2.4
苯-甲苯分离浮阀板精馏塔的简捷计算
DSTWU简捷塔模块的任务是从反应混合物中从塔顶分苯。
首先用简捷计算方法求出完成指定分离任务需要的最小回流比、最小理论塔板数和进料位置,为严格计算提供初值。
图1-3苯-甲苯分离浮阀板精馏塔DSTWU简捷塔模块
点击Model
Library
横条上的“Columns”。
选择“DSTWU”模块,拖放到工艺流程图窗口,用物流线与反应器连接,并用物流线连接精馏塔的两出口。
为便于阅读,对精馏塔的两出口物流更改名称。
点击“Next”按钮,进行化学组分的定义。
点击“Find”,在弹出的对话框的“Component
name
or”栏中填入组分名称“benze-01”然后点击“Find
now”然后点击“Add”。
以此类推,定义苯、甲苯组分。
点击“Next”按钮,选择热力学方法。
在Global
页的“Property
method”下拉框中选上“NRTL”。
点击“Next”按钮,点击“OK”,进行流股信息的设置,把题目给定的进料物流信息填入对应栏目中。
点击“Next”按钮,出现精馏塔的简捷计算设置窗口。
填入R/Rmin比值为1.7,塔顶、底压力分别是1bar和1.08bar;
苯和甲苯为轻、重关键组分,塔顶苯和甲苯的回收率分别为0.97和0.009。
至此“DSTWU”B2
模块设置结束,点击“Next”按钮,运行计算程序,显示计算收敛。
在“Blocks-Results”
子目录窗口的“Summary”页面,可看到完成指定分离任务,精馏塔简捷计算的结果。
可见最小回流比1.71,最小理论塔板数9.278,回流比2时的实际塔板数19.8,对应的进料位置11.95;
精馏塔的顶、底温度分别为79.98℃和112.078℃。
在“Blocks-Stream
Results”
子目录窗口的“Material”页面,可看到精馏塔进、出口物流各组分的流率、组成和多种物性。
塔顶苯的流率16.902kg/h,质量分数为0.985,塔底甲苯的流率为27.187kg/h,纯度达0.992,满足分离要求。
1.2.5苯-甲苯分离浮阀板精馏塔的严格计算
选择“Radfrac”模块,拖放到工艺流程图窗口,用物流线连接精馏塔的进、出口。
为便于阅读,对精馏塔的进、出口物流更改名称。
图1-4严格塔模型
双击“Radfrac”模块,出现精馏塔严格计算的子目录设置窗口。
在
“Configuration”页面,把简捷计算结果填入相应的空格内,如下图所示。
在“Streams”页面,填入进料位置为12
在“Pressure”页面,填入塔顶压力和板压降
至此,精馏塔严格计算需要的信息已经全部设置完毕。
点击“Next”按钮,软件询问是否运行计算,点击“确定”。
在“Material”可以查看物料计算结果,塔顶苯的质量分数达到97.3%,塔底甲苯的质量分数为99%,达到题目的设计要求。
在“Blocks-Results
Summary”
子目录窗口的“Summary”页面,可看到精馏塔严格计算部分结果。
在“View”栏中选择
“Condenser/Top
stage”,可看到塔顶的计算结果,塔顶温度为80.15°
C,冷凝器负荷为-471.28KW。
在“View”栏中选择“Reboiler/Bottom
stage”,可看到塔底的计算结果。
塔釜再沸器的温度为106.14°
C,再沸器热负荷为482.18KW。
在“Blocks-Profiles”
子目录窗口的“TPFQ”页面,可看到精馏塔内各板上的温度分布和两相流率分布。
在hydraulic选项可以查看各个塔板上