用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计.doc

1、钦 州 学 院化 工 原 理 课 程 设 计 设计题目：用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计 设 计 者： 罗书艺 学 号： 0911401227 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工本112班 指导教师： 郝媛媛 设计时间： 2014年5月25日2014年6月15日 课程设计任务书一、设计题目用aspen对苯-甲苯分离浮阀板精馏塔进行辅助设计二、设计任务1.原料名称: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：3

2、00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AspenPlus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

3、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1.22倍，本

4、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

5、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

6、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

7、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 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

8、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，塔顶甲苯的含量不得高于0.009。 表1-1， 原料组成和基本物性处理量（万吨/年）XD(质量分数，%)XF(质量分数，%)XW(质量分数，%)R/Rmin2.897350.91.71.2.3绘制工艺流程草图 根

9、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“C

10、omponentnameor”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，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“N

11、ext”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0.985，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

12、苯分离浮阀板精馏塔的严格计算 点击ModelLibrary横条上的“Columns”。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”

13、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