《化工原理设计 丙烯 塔顶 浮阀 16 60.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理设计 丙烯 塔顶 浮阀 16 60.（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程工艺与设备课程设计任务书丙烯-丙烷精馏装置设计 学生：刘博班级：制药0215学号：200245指导老师：日期：2005年9月1日前言 本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。 说明中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。 鉴于设计者经验有限，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指正 感谢老师的指导和参阅！目录第一章 概述1第二章 方案流程简介3第三章 精馏过程系统分析5第四章 再沸器的设计23第五章 辅助设备的设计32第六章 管路设计39第七章 控制方案42设计心得及总结 43附录一 主要符号说明
2、44附录二 参考文献48第一章 概述精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。1 精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。本设计为浮阀塔，浮阀的突出优点是效率较高取消了结构复杂的上升管和泡罩。当气体负荷较低时，浮阀的开度
3、较小，漏夜量不多；气体负荷较高时，开度较大，阻力又不至于增加较大，所以这种塔板操作弹性较大，阻力比泡罩塔板大为减小，生产能力比其大。缺点是使用久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。所以塔板和浮阀一般采用不锈钢材料。2 再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。立式热虹吸特点：循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。 结构紧凑、占地面积小、传热系数高。壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。塔釜提供气液分离
4、空间和缓冲区。3 冷凝器 （设计从略）用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。第二章 方案流程简介1 精馏装置流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸气凝液部分作为塔
5、顶产品取出，称为馏出物。另一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。2 工艺流程1） 物料的储存和运输 精馏过程必须在适当的位置设置一定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以暂时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳定的运行。2） 必要的检测手段为了方便解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的仪表，以及时获取压力、温度等各项参数。另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。3） 调节装置由于实际生产中各状
6、态参数都不是定值，应在适当的位置放置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进行切换。3 设备选用精馏塔选用浮阀塔，配以立式热虹吸式再沸器。4 处理能力及产品质量处理量： 60kmol/h产品质量：（以丙稀摩尔百分数计）进料：xf65塔顶产品：xD98塔底产品: xw2第三章 精馏过程系统设计 丙烯、丙烷精馏装置设计第一节 设计条件1.工艺条件：饱和液体进料，进料丙烯含量xf65（摩尔分数）塔顶丙烯含量xD98，釜液丙烯含量xw2，总板效率为0.6。2操作条件： 1）塔顶操作压力：P=1.62MPa（表压）2）加热剂及加热方法：加热剂水蒸气
7、加热方法间壁换热3）冷却剂：循环冷却水4）回流比系数：R/Rmin=1.6。3塔板形式：浮阀4处理量：qnfh=60kmol/h 5安装地点：大连 6塔板设计位置：塔顶第二节 物料衡算及热量衡算一 物料衡算全塔物料衡算：= + =+=60 kmol/h ，=0.65 , =0.98 , =0.02解得：=39.375 kmol/h ，=20.625 kmol/h进料状态混合物平均摩尔质量=0.98*42+0.02*44=42.04kg/kmol; =0.018*42+0.982*44=43.964 kg/kmol;二 塔内气、液相流量：塔内气、液相流量：1）精馏段：； 2）提馏段： 三 热量衡
8、算1） 再沸器加热蒸气的质量流量：2） 冷凝器热流量： 冷凝器冷却剂的质量流量： 第三节 塔板数的计算假设塔顶温度t=42.5 C 塔顶压力Pt=1.72MPa查P-K-T图得：kA=1.05 ；kB=0.92 则顶=kA/kB=1.05/0.92=1.141 ；假设精馏塔的塔板数是142块，每块板的压降为100mmH2O; 塔底压力为P=1.86Mpa;塔顶温度t=53 C, kA=1.19 ；kB=1.03;则底=kA/kB=1.19/1.03=1.155 =1.148；当Xe=0.65时，Ye=0.681;Rmin=9.74 R=1.6Rmin=15.59;Nmin=56.39;=0.7
9、51-();解得=86；=142；进料位置： =23.67；=；解得：=37P=P+=1.72+0.1*9.8*37*0.001=1.756 Mpa查表Pc=45.5 Tc=91.6C Pr=P/Pc=17.2/45.5=0.378Tr=T/Tc=0.865查表Z=0.72 =38.2953C纯丙烷的=474第四节 精馏塔工艺设计1. 物性数据定性温度T取塔顶温度TD=316.1K，塔底温度T2=325.23K的平均温度320.65K液相密度（316.1K，1.72MPa）表面张力（316.1K，1.72MPa）丙烯474.84.76丙烷460.924.75气相密度（316.1K，1.72MP
10、a）表面张力（316.1K，1.72MPa）丙烯31丙烷32.1液相密度L = 0.976*474.8+0.024*460.92=474.46688 kg/ m3V =31*0.98+0.02*32.1=31.022 kg/ m3液相表面张力：= 4.75*0.976+4.76*0.024=4.76 mN/m2. 初估塔径摩尔质量：Mv=0.98*42+0.02*44=42.04g/mol; ML=0.976*42+0.024*44=42.048g/mol;质量流量：Wv=VMv=653.23*42.04/3600=7.63kg/sWL=LML=613.86*42.048/3600=7.17k
11、g/s假设板间距HT=0.45m;两相流动参数： 0.267 查化工原理（下册）P107筛板塔泛点关联图，得：C20=0.056=4.9所以，气体负荷因子： =0.0423 液泛气速： 0.143m/s 取泛点率0.7 操作气速：u = 泛点率 uf=0.1 m/s气体体积流量= Wv/V=0.199 m3/s气体流道截面积： =1.99 m2 选取单流型弓形降液管塔板，取Ad / AT=0.09; 则A / AT=1- Ad / AT =0.91 截面积: AT=A/0.91=2.19 m2 塔径： =1.67m 圆整后，取D=1.6m符合化工原理书P108表6.10.1及P110表6.10
12、.2的经验关联 实际面积： =2 m2 降液管截面积：Ad=AT-A=0.18 m2气体流道截面积：A=AT(1-)=1.82 m2实际操作气速： = 0.11 m/s 实际泛点率：u / uf =0.77与所取0.7基本符合则实际HT=0.45m，D=1.6m，uf =0.143m/s,u=0.11m/s, AT =2 m2 ,A=1.82 m2 ,u / uf =0.773. 塔高的估算实际塔板数为Np，理论板数为NT=86（包括再沸器），其中精馏段37块，提馏段49块，则Np=（NT-1）/0.6+1=90/0.6+1=142（块）实际精馏段为62-1=61块；提馏段为81块，塔板间距H
13、T =0.45 m有效高度：Z= HT （Np-1）=64m;进料处两板间距增大为0.8m设置8个人孔，每个人孔0.8m裙座取5m,塔顶空间高度1.5m,釜液上方气液分离高度取1.8m.设釜液停留时间为20min，排出釜液流量= Wv/V=0.199 m3/s密度为b =474kg/m3釜液高度：Z= /(3* 1.62 )=0.026m 取其为0.03m 总塔高h=Z+8*(0.8-0.45)+5+1.5+1.8+0.03+2*(0.7-0.45)=77.95m第五节 溢流装置的设计1 降液管（弓形）由上述计算可得：降液管截面积：Ad=A-AT = 0.18 m2由/=0.09,查化工原理（下册）P113的图6.10.24可得：lw/D=0.7所以，堰长lw=0.735D=1.12 m2 溢流堰 取E近似为1则堰上液头高： 41.11mm6mm取堰高hw=0.029m,底隙hb=0.035m液体流经底隙的流速： =0.383m/s第六节 塔板布置和其余结构尺寸的选取1.取塔板厚度=4mm 进出口安全宽度bs=bs=80mm 边缘区宽度bc=50mm由/=0.09,查
