年处理10.8万吨苯—甲苯体系的浮阀精馏塔设计

发布时间：2017-09-01 14:00

  本文关键词：年处理10.8万吨苯—甲苯体系的浮阀精馏塔设计

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【摘要】：塔设备作为汽—液和液—液之间进行传质与传热的重要设备,广泛应用于蒸(精)馏、吸收、解吸、汽提、萃取等化工单元操作。浮阀塔是化工生产中主要的分离设备,已成为国内应用最广泛的塔型,特别是在石油、化工中使用最普遍。本次设计的分离任务为质量分数为40%的苯.甲苯进料液,年处理能力为10.8万吨,塔顶为全冷凝器,部分回流。论文在进行精馏塔的工艺设计时先采用常规算法,按照图解法得出塔的理论塔板数为17块,进料板为第7块,采用液相粘度与相对挥发度进行关联得到全塔效率为0.612,得到了塔的实际板数,其中精馏段实际板数为10块,提馏段实际板数为17块,实际加料板是第11块板。然后,计算得出塔径圆整为1.6米,确定塔板采用单溢流弓形降液管,凹形受液盘,设计出浮阀的菱形排列方式及计算出浮阀数目等。经过雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、液相负荷下限线和漏液线的校核,确定了塔的操作点符合操作要求,得出精馏段和提馏段的操作弹性分别为4.6和3.05,符合操作要求。论文用Aspen Plus软件进行了模拟计算,通过与常规算法的比较,得出最佳回流比比常规算法的回流比小,同时得出再沸器和冷凝器的热耗值小于常规算法,并且对两种算法的年总费用进行计算比较,对两者的热值差量进行了标煤折算,因此,为企业提高经济效益和环保效益提供了理论依据。根据Aspen Plus软件的严格算法得出的热量消耗,得出冷凝器的传热面积为39m2,再沸器的传热面积为138m2。论文最后计算了塔体总高度,塔体选用比Q235钢材强度更高的低合金钢Q345R材质,本次设计采用SW6-2011 v1.0《过程设备强度计算软件包》计算软件对浮阀精馏塔的机械设计进行计算和校核,得出合格的上下封头的设计参数(名义厚度为12mm,重量为415.41Kg)、合格的塔体的设计参数(名义厚度为10mm,重量为8922.25Kg)、合格的裙座的设计参数(名义厚度为10mm,高度为4.8米),另外也得出容器壳体强度、整塔的风载荷及地震载荷、地脚螺栓及地脚螺栓座计算结果。通过对精馏塔的整体设计,不仅可以得出理论板数、塔效率、实际塔板数和进料位置等工艺设计参数,而且也得出塔的载荷、地脚螺栓等设备安装参数。
【关键词】：苯 甲苯 精馏塔 浮阀 Aspen Plus
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ053.5
【目录】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-16
• 符号说明16-18
• 第1章 绪论18-28
• 1.1 精馏塔概述18-19
• 1.2 板式塔概述19-23
• 1.2.1 筛板塔19-21
• 1.2.2 浮阀塔21
• 1.2.3 泡罩塔21
• 1.2.4 穿流塔21-22
• 1.2.5 复合型塔22
• 1.2.6 立体喷射塔22-23
• 1.2.7 高速塔23
• 1.3 浮阀精馏塔23-25
• 1.4 本论文的选题意义及设计方案25-28
• 1.4.1 本论文的选题意义25
• 1.4.2 本论文的设计方案25-28
• 第2章 浮阀精馏塔的工艺设计28-56
• 2.1 设计条件28
• 2.1.1 工艺条件28
• 2.1.2 操作条件28
• 2.2 物料衡算28-30
• 2.3 塔板数的确定30-35
• 2.3.1 苯—甲苯混合物的t-x-y图和x-y图30-31
• 2.3.2 确定最小回流比R_(min)和回流比31-32
• 2.3.3 利用图解法确定理论板层数32-33
• 2.3.4 全塔效率的估算33-34
• 2.3.5 实际板层数的确定34-35
• 2.4 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算35-39
• 2.4.1 操作压力计算35
• 2.4.2 平均摩尔质量计算35-36
• 2.4.3 平均密度计算36-38
• 2.4.4 液体平均表面张力计算38-39
• 2.5 塔径的计算与板间距的确定39-40
• 2.5.1 气液相流率39
• 2.5.2 将以上所得的流率转成体积流率39
• 2.5.3 塔径的计算39-40
• 2.6 溢流装置的设计40-42
• 2.6.1 堰长l_w40
• 2.6.2 出口堰高h_w40-41
• 2.6.3 弓形降液管宽度W_d和面积A_f41
• 2.6.4 降液管底隙高度h_o41-42
• 2.6.5 受液盘42
• 2.7 塔板布置42-44
• 2.7.1 塔径分布42
• 2.7.2 浮阀数目与排列42-44
• 2.8 塔板流体力学计算44-47
• 2.8.1 塔板压降44-45
• 2.8.2 液泛(淹塔)45-46
• 2.8.3 雾沫夹带46-47
• 2.9 塔板负荷性能图47-50
• 2.9.1 雾沫夹带线47
• 2.9.2 液泛线47-48
• 2.9.3 液相负荷上限线48
• 2.9.4 漏液线48-49
• 2.9.5 液相负荷下限线49-50
• 2.10 塔的热量衡算50-54
• 2.10.1 加热介质的选择50-51
• 2.10.2 冷却剂的选择51
• 2.10.3 比热容及汽化潜热的计算51-52
• 2.10.4 热量的计算52-53
• 2.10.5 再沸器与冷凝器的换热面积估算53-54
• 2.11 浮阀塔板工艺设计计算结果54-56
• 第3章 浮阀精馏塔的Aspen Plus计算56-67
• 3.1 Aspen Plus模拟软件简介56
• 3.2 物性方法选择与验证56
• 3.3 模拟计算56-60
• 3.3.1 简捷设计57-58
• 3.3.2 严格模拟58-59
• 3.3.3 系统优化59-60
• 3.4 能量衡算结果60-61
• 3.5 塔径估算61
• 3.6 水力学分析61-63
• 3.7 常规算法与Aspen Plus软件计算的工艺设计结果对比63-64
• 3.8 年总费用计算结果对比64-67
• 3.8.1 基本理论64-66
• 3.8.2 总费用对比66-67
• 第4章 浮阀精馏塔的辅助设备计算及选型67-78
• 4.1 塔的接管67-68
• 4.1.1 进料管67
• 4.1.2 回流管67
• 4.1.3 塔底出料管67-68
• 4.1.4 塔顶蒸汽出气管68
• 4.1.5 塔釜蒸汽进气管68
• 4.1.6 接管法兰68
• 4.2 冷凝器计算及选型68-70
• 4.3 再沸器计算及选型70-75
• 4.4 泵的选择75-78
• 4.4.1 泵的分类75
• 4.4.2 选泵原则75
• 4.4.3 进料泵的选型75-76
• 4.4.4 回流泵的选型76-78
• 第5章 浮阀精馏塔塔体总高度计算及机械设计78-94
• 5.1 塔体总高度78-79
• 5.1.1 塔顶封头78
• 5.1.2 塔顶空间78-79
• 5.1.3 塔底空间79
• 5.1.4 人孔79
• 5.1.5 进料处板间距79
• 5.1.6 裙座79
• 5.2 塔的机械设计79-94
• 5.2.1 材料选择80
• 5.2.2 塔体的机械计算及校核80-94
• 第6章 结论94-96
• 参考文献96-101
• 致谢101-102
• 学位论文评阅及答辩情况表102

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