苯-甲苯分離精餾塔的方案設計案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u21472苯-甲苯分離精餾塔的方案設計案例綜述 195101.1精餾操作過程對塔設備的要求 1164521.2常用板式塔類型以及設計的選型 1246451.3篩板塔 145151.4工藝條件的確定和說明 2228081.4.1操作壓力 22511.4.2進料狀態 271001.4.3加熱方式 3114321.4.4冷卻劑與出口溫度 3197231.4.5回流比 3200631.4.6熱能的利用 3202511.5確定設計方案的原則 3312801.6板式精餾塔的設計要求 4324571.7物料流程簡圖 41.1精餾操作過程對塔設備的要求生產量足夠大；在生產過程中效率要高；在設備中要求使用過程不易堵塞，氣流的摩擦阻力??；設備的運行穩定，適應性要強，操作簡單快捷；設備的結構要求簡單，選擇的制造材料要求價格低廉耐腐蝕且設計的耗材少；制造的設備要求安裝簡單，維修方便[4-9]。1.2常用板式塔類型以及設計的選型板式塔設備根據有無降液管的塔板分為兩類[10]。有降液管的浮閥塔板、篩板塔板和泡罩塔板在工業上應用的較為廣泛[11]。板式塔的特性確定的關鍵點在于塔的塔盤結構，被運用的較多的塔盤結構有篩板形塔盤、泡罩形塔盤、浮閥形塔盤還有浮動噴射性塔盤以及舌形塔盤等等。在此本設計我將選用篩板塔作為設計的選型。1.3篩板塔篩板塔顧名思義，其塔盤結構的塔板上有著分布規律，直徑大小相同的圓孔。根據其圓孔直徑大小的區分，分為用途不相同的大孔徑篩板、小孔徑篩板兩類。在3到8毫米之間為小孔徑，在10到25毫米之間的是大孔徑。工業應用較多的是小孔徑篩板，而大孔徑篩板一般是為了分離粘度系數大的物系。選擇有著結構簡單，造價較低；篩板因上液面落差小，致使氣體的壓降低，最后得到生產能力較大的結構；氣相能夠均勻的擴散，使篩板的傳質效率升高。使篩板塔比泡罩塔有著明顯的優勢：生產能力多了10%左右，并且提高了15%產量左右的板效率；而且還降低了30%前后的壓降；又因為簡單結構的篩塔板能使材料費用低個40%前后；安裝也方便。還要研究漏液、霧沫夾帶、干板降壓以及板上液層高度對板效率的影響[12~15]。1.4工藝條件的確定和說明1.4.1操作壓力分離問題、塔頂溫度、塔釜溫度影響著選擇塔內操作壓力?？紤]可行性和合理性要仔細根據物料的性質。壓力的上升雖然提高了篩板塔對物料的處理能力，但是同時會導致塔身的壁厚增厚，壁厚的增加會讓設備材料量變大使費用上漲；給塔增加了一定的壓力，使本設計中的苯-甲苯混合物料的揮發度差距縮小[16]，這樣會使分離過程變得更為艱難。增加塔高或著增加回流比，再沸器的熱源就要增加，這會讓費用增加。故若在常溫常壓情況下操作，能用普通冷卻水進行冷卻塔頂蒸汽，故加壓方式的操作不會選用。1.7MPa是操作壓力的分界點，使冷卻水冷卻塔頂蒸汽要求壓力高于分界點。對其他方案進行比較，選擇適合的操作?？紤]冷凝的方式，且加壓后沒有操作上的其他問題，不會增加費用，才選擇增加壓力。以上因素都考慮之后決定選擇常壓精餾。1.4.2進料狀態精餾塔的進料情況有五種：冷進料；泡點進料；氣液混合進料；飽和蒸汽進料；過熱蒸汽進料。q代表物料熱狀況,其數值大小可以用來判斷物料狀態，小于0為過熱蒸汽，等于0為飽和蒸汽，在0和1之間為氣液混合，等于1為飽和液，大于1為冷物料。從精餾過程來看，在平衡蒸餾中q是這樣定義的，q=W/F，也就是表示液化分率。1.4.3加熱方式為了使塔內在生產過程有一直有富足的熱量，可以在設計塔設備時根據熱量用量選擇添加多少再沸器，其加熱方式為間接蒸汽加熱[17]；在苯-甲苯混合液中，重組分的甲苯從塔底被輸出，輕組分的苯從塔頂被冷凝[18]。在101.3kpa壓力狀況時使用再沸器加熱。1.4.4冷卻劑與出口溫度冷卻劑為冷工程用水，溫度在20-40℃之間是易于控制的操作條件。冷卻水的出口溫度高，冷卻效果就不好；出口溫度低，冷卻水用量就變大?？紤]到這些，所以設計中選40℃的出口溫度冷卻水。1.4.5回流比選擇連續精餾過程來分離本設計的混合物系。以泡點進行進料，把通過預熱器的原料料液在加熱過程后輸送到泡點位置，最后流進精餾塔。讓全凝器進行冷凝到塔頂的上升蒸氣，形成冷凝液，冷凝液再回流至塔內，剩余組分在通過產品冷卻器時，被冷卻后，輸送到了儲罐[19]。因為苯甲苯不屬于難分離的物系，所以得到的最小回流比值偏小，我們選擇的操作回流比，取2倍的最小回流比。1.4.6熱能的利用因為在精餾過程中的熱效率太低，在此過程中再沸器有95%還要多的能量用在加熱塔頂冷凝器中的冷卻介質，能夠被有效的使用的能量最高才只有其能量的5%。當然上升的塔頂蒸汽有較高的溫度可以充當做一部分低溫系統的熱量來源，或者這些蒸汽被輸送到其他機械制生成低壓蒸汽供給其余系統使用。這樣的方式不僅充分利用了熱能，還能考慮到如果需要增加設備需要的費用和在其后精餾操作過程所帶來的一些影響。塔頂冷卻水的熱量，如果導出就可以給周邊生活區供暖。1.5確定設計方案的原則原則上盡可能多地采用先進技術，使生產能夠達到技術先進和經濟合理兩個要求，同時也要滿足高品質、高產量、低能耗以及安全的原則[20]。具體原則考慮以下。要能過達到工藝尺寸上的條件以及各項操作需求條件的要求，要可以保證設計出的的物料流程以及設計的設備最后能夠得到質量穩定的產品。在設計時考慮到原料料液的濃度變化和溫度變化，那么所設計的物料流程和設計設備就要求它具有較好的操作彈性，并且可以隨時進行調節流量和傳熱量。盡可能的節約經濟費用，要設計出的設備最好能夠節省各種耗能，比如熱能，電能。要是能過減少設備費用就更加不錯了。能充分利用設備在精餾生產過程中的廢棄熱能，還能節省在生產操作過程中介質的消耗，并且能節電。因為在設計中考慮到了生產操作費用和設備材料費用都受到回流比大小的影響，因就必須選取最佳的回流比。全面考慮力求最終費用盡可能低。生產安全是在設計是必須要保證的條件，要在操作時防止物系的泄露，使用能夠防爆的易燃物料車間的電器。1.6板式精餾塔的設計要求設計板式精餾塔條件：體系：苯-甲苯混合液已知：進料量F=5600噸/月操作周期：720小時/月原液流量：8000kg/h進料組成：甲苯40%