化工原理与化工设备机械基础课程设计课题名称：分离苯-甲苯混合液的浮阀式精馏塔工艺设计专业：化学工程与工艺姓名：***学号：*********指导老师：谭志斗老师、周红艳老师设计日期：2010-06-14摘要精馏操作对塔设备的基本要求：精馏是气.液两相间的传质过程，所以作为气——液传质的塔设备，就必须使气，液两相得到最密切而又最充分的接触。
浮阀塔广泛用于精馏，吸收和解吸等过程。
其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平进入塔板上液层进行两相接触，浮阀可根据气体流量的大小上下浮动，自行调节。
浮阀塔的主要有点是生产能力大，操作弹性较大，塔板效率高，气体压强降及液面落差较小，塔的造价低，塔板结构较简单。
关键词：精馏传质浮阀塔Abstract: The operation of rectification on the equipment required is ：rectification is the two of the quality gas –liquid of mass–transfer course, as gas –liquid the spread of the equipment, it must be made, the two are closest and most fully. The valve tower is widely used to absorbtion and desorption rectification, etc. Its main characteristic is on board the hole with a change of the valve stem from the surrounding a steady rate of the tower on the level of layer 2 in contact with valve in the size of the flow of gases The valves are of the tower is large in capacity, the operation, the greater efficiency and its pressure fall down and the level of smaller, low cost, the structure is simple.Key words：rectification mass–transfer valve tower目录第一章前言1.塔设备在化工生产中的作用和地位2.设计背景3.设计任务及要求4.问题研究5.相关物性参数6.苯甲苯在工业上的用途第二章塔的工艺的计算1.温度的分布2.物料衡算3.塔板的计算4.塔的工艺条件及物料数据计算5.塔径的计算6.塔板结构的确定7.流体力学的计算8.精馏流程图第三章塔的结构设计1.手孔与人孔2.群座3.塔高的计算第四章强度校核1、设计条件3、塔设备质量载荷计算4、风载荷和风弯矩的计算5、地震弯矩的计算6、偏心弯矩的计算7、各种载荷引起的轴向应力8、塔体和群座危险截面的强度与稳定校核9、塔体与水压试验和吊装时的应力校核10、基础环设计11、地脚螺栓计算第1章前言1.1塔设备在化工生产中的作用和地位塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。
塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。
在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度。
即在同一温度下，各组分的饱和蒸汽压不同这一性质，使液相中的轻组分转移到汽相中，汽相中的重组分转移到液相中，从而达到分离的目的。
因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。
1.2设计背景在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。
填料种类出拉西、环鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也常采用。
更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。
同时我国还进口一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研、设计工作，加速了我国塔技术的开发。
国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步，是因为已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。
国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。
”在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。
1.3 设计任务及要求进料量每年1000吨，原料中含苯40%（质量分数），以泡点状态送入塔内。
要求塔顶馏出物含苯98.5%（重量），塔釜残液中含苯不大于2.5%。
1.4 问题研究本设计是针对苯—甲苯的分离而专门设计的塔设备。
根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。
之后，计算塔板数、塔径等。
根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。
计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。
1.5 相关物性参数（1）苯和甲苯的物理参数(2)饱和蒸汽压苯甲苯的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算(3)苯甲苯的相对密度(4)液体表面张力(5)苯甲苯液体粘度1、6苯甲苯在工业上的用途苯是工业上一种常用溶剂，主要用于金属脱脂。
苯有减轻爆震的作用而能作为汽油添加剂。
苯在工业上最重要的用途是做化工原料。
苯可以合成一系列苯的衍生物：苯与乙烯生成乙苯，后者可以用来生产制塑料的苯乙烯与丙烯生成乙丙烯，后者可以经乙丙苯法莱生产丙酮与制树脂和粘合剂的苯酚制尼龙的环己烷合成顺丁烯二酸酐用于制作苯胺的硝基苯用于农药的各种氯苯合成用于生产洗涤剂和添加剂的各种烷基苯合成氢醌、蒽醌等化工产品2.甲苯在工业上的用途甲苯可用作生产苯和许多其他化工产品的原料。
如油漆、清漆、亮漆、粘合剂及油墨制造业及天那水配方用之稀释剂，树脂溶剂；化学及制造业用之溶剂；尤以萃取及脱脂两工序最为适合。
另也为化学合成用之原料。
还可用作汽油的掺合组分以提高辛烷值，也是涂料、油墨和硝酸纤维素的溶剂。
由甲苯生产的一系列中间体，称甲苯系中间体。
化工方面主要用以生产苯及二甲苯，其下游主要产品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化苄、间甲酚、甲苯二异氰酸酯等，还可生产很多农药和医药中间体。
另外，甲苯具有优异的有机物溶解性能，是一种有广泛用途的有机溶剂。
甲苯容易发生氯化，生成苯—氯甲烷或苯三氯甲烷，它们都是工业上很好的溶剂；它还容易硝化，生成对硝基甲苯或邻硝基甲苯，它们都是染料的原料；它还容易磺化，生成邻甲苯磺酸或对甲苯磺酸，它们是做染料或制糖精的原料。
甲苯的蒸汽与空气混合形成爆炸性物质，因此它可以制造梯思梯炸药。
第2章塔的工艺计算2.1塔温的分布苯和甲苯的混合物是服从拉乌尔定律的理想溶液。
在常压下它们的蒸汽压及汽液平衡数据，如下表所示：表一苯和甲苯的蒸汽压及汽液平衡数据由表一数据作如图2-1等压曲线（t-x图）和图2-2气液平衡曲线（y-x图）。
将进料、塔顶和釜液的浓度以摩尔分数表示为：44.092%6078%4078%40=+=f x 987.013.92%5.111.78%5.9811.78%5.98=+=px 0294.013.92%5.9711.78%5.211.78%5.2=+=wx1—汽相 2—液相 图2-1 苯-甲苯的等压曲线根据图2-1可确定它定、塔釜和进料温度分别为：Ct C t C t F w D 00094,108,82===由于沸点进料（q=1），由图2-1和图2-2可得与进料液体相平衡的蒸汽组成66.0=Fy ，由式（3-53a ）得最小回流比：486.144.066.066.0987.0min =--=--=F F F D x y y x R表二 苯--甲苯物系在某些温度t 下的a 值（附x 值）塔顶的相对挥发度：α=塔釜的相对挥发度：α=2.37则全塔的平均相对挥发度：α==2.482.2 物料平衡F=1388.89(Kg/h)WD F +=由上述方程式可求: F=1388.89(Kg/h))/（51.537h Kg D =) ）/（38.851h Kg W =即：F=16.157(Kmol/h) D=6.866(Kmol/h) W=9.282(Kmol/h) 操作回流比：2)2~1.1(==R R液相流量：）/（732.13866.62h Kmol D R L =⨯=⨯=气相流量：）/（598.20866.6)10.2()1(h Kmol D R V =⨯+=⨯+= 2.提馏段 液相流量：16.157=29.889(Kmol/h) 气相流量：）/（598.201h Kmol V V ==2.3 塔板数的计算2.3.1逐板计算法 精馏段操作线方程：x+ 平衡方程:其中，a=2.48 R=2 代入上述两式得：提留段的操作线方程：所以，不包括再沸器全塔所需的理论塔板数为14块，精馏段8块，提留段6块。
苯--甲苯在某些温度下的粘度：μ==0.44*0.284+0.56*0.291=0.2923(mPa.s)μ表示以加料摩尔组成为准的液体的平均摩尔粘度。
可以简单的用以下近似公式计算塔的总效率：=0.60315精馏段的实际板数为：3.1360315.08精==N(层) 取14（层）提馏段的实际板数为：9.960315.06精==N （层）取10（层）实际是在第14块塔板进料的。
2.4塔的工艺条件及物料数据计算 （一）、操作压力塔顶的压强 取每层塔板的压降0.7KPa 则进料板的压强： 塔底压强：精馏段的平均压强：P=106.2KPa 提留段的平均压强： （二）、平均相对分子质量1、塔顶：进料板：y=0.654 x=0.44则精馏段平均相对分子质量：（三）、平均密度的计算1、液相平均密度①塔顶：②进料板：所以精馏段液相平均密度： 2、气相密度： 2.5 塔径计算 2.5.1 精馏段：取板间距()米3.0=T H ，板上清液层高度为()米07.0=L h ， 则分离空间()米23.0=-=L T eh H H 。
0405.093.254.80716.000039.02121=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛s V L vL sl ρρ查负荷系数图得： C=0.085 苯在C 082时的表面张力为厘米）/（达因05.20=σ由公式2.02020⎪⎪⎭⎫⎝⎛=σσc c 可求得：0655.02120075.02.0=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=σC由公式 可求得最大允许空塔速度为：秒）/（米408.193..293.254.8070855.0最大=-⨯=u 适宜空塔速度：秒）/（米20.1408.185.0=⨯=u塔径由公式uV D s⨯=785.0求得：()米404.020.1785.016.0=⨯=D2.5.2 提馏段液体密度：）/（0.79331m Kg L =ρ汽相重度： 93.21=Vρ）/（3m Kg提馏段液相流量： 16.157=29.889(Kmol/h) 气相流量：液体体积流量：蒸汽的体积流量：取()米4.0=T H ；()米07.0=L h ；()米则33.0=e H）/（10976.0331s m L -⨯=）/（598.201h Kmol V V ==1003.093.20.79316.010976.02132111''=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-V L S S V L ρρ查负荷系数图得：075.01=C甲苯在C 0109时的表面张力为厘米）/（达因2.18=σ由公式2.02020⎪⎪⎭⎫⎝⎛=σσc c 求得：0736.02.1820075.02.01=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=σC由公式''''maxV V L C uρρρ-⨯=求得最大允许空塔速度为： ）/（732.093.293.27930736.0'max s m u =-⨯= 适宜的空塔速度：）/（412.0732.085.0'm u =⨯=塔径公式'785.0V u D =求得：根据计算，精馏段和提馏段塔径选用D=0.6(米)，2.6 塔板结构的确定根据塔径和液体的流量，选用弓形降液管，塔板采用电流程和分块式组装。