1、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AspenPlus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AspenPl
2、us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AspenPlus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
3、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1.22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
4、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
5、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1
6、8 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/Rmin2.897350.91.71.1.2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30
7、0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 D17.178kmol/h W27.687kmol/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90.3C。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
8、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ModelLibrary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
9、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“Componentnameor”栏中填入组分名称“benze-01”然后点击“Findnow”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“Propertymethod”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
10、,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-StreamResults”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.
11、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
12、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-ResultsSummary”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/Topstage”,可看到塔顶的计算结果,塔顶温度为80.15C,冷凝器负荷为-471.28KW。在“View”栏中选择“Reboiler/Bottomstage”,可看到塔底的计算结果。塔釜再沸器的温度为106.14C,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
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