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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：班级：学号：指导老师：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3第二章 方案流程简介5第三章 精馏过程系统分析7第四章 再沸器的设计21第五章 辅助设备的设计30第六章 管路设计37第七章 控制方案40设计心得及总结 41附录一 主要符号说明42附录二 参考文献45第一章 概述精馏是分离过程中的重要单
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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： 70kmol/h产品质量：（以丙稀摩尔百分数计）进料：x f65塔顶产品：x D98塔底产品: x w2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：加热剂水蒸气加热方法间壁换热3）冷却剂：循环冷却水4）回流比系数：R/Rm
7、in=1.6。3塔板形式：浮阀4处理量：q nfh=70kmol/h5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：= + nFqnDnWq= +xxx=60 kmol/h ， =0.65 ,nFF =0.98 , =0.02DxWx解得： =45.93 kmol/h ， =24.06 kmol/hnqnWq进料状态混合物平均摩尔质量=0.98*42+0.02*44=42.04kg/kmol; VM=0.018*42+0.982*44=43.964 kg/kmol;L二 塔内气、液相流量：塔内气、液相流量：1）精馏段： LRD； (1)V2）提馏段： ;
8、qF ;qF LVW三 热量衡算1） 再沸器加热蒸气的质量流量： /RGQr2） 冷凝器热流量： Cv冷凝器冷却剂的质量流量： 12/()CGQct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：k A=1.05 ；k B=0.92 则 顶 =kA/kB=1.05/0.92=1.141 ；假设精馏塔的塔板数是 143 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 ；k B=1.03;则 底 =kA/kB=1.19/1.03=1.155=1.148；当 Xe=0.65 时，Ye=0.
9、681;Rmin= =9.74 R=1.6Rmin=15.59;65.081.9Nmin= =56.39;lg)1()(lWDX=0.751-( ) ;1minTN1minR568.0解得 =87； = =143；PET进料位置： = =23.67；min,rNlg)1(lFDZX= ；1ir1iT解得： =40rNP=P+ =1.72+0.1*9.8*37*0.001=1.756 MpaP查表 Pc=45.5 Tc=91.6C Pr=P/Pc=17.2/45.5=0.378Tr=T/Tc= =0.86515.2736.94查表 Z=0.72 = = =38.29VRTZMP72.0*)15.
10、3.42(*.80553C 纯丙烷的 =474v3mkg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 474.8 4.76丙烷 460.92 4.75气相 密度（316.1K，1.72MPa）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 k
11、g/ m 3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=7.17kg/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
12、.7操作气速： u = 泛点率 uf=0.1 m/s气体体积流量 = Wv/V=0.199 m 3/snvsq气体流道截面积： =1.99 m 2选取单流型弓形降液管塔板，取 Ad / AT=0.09;lvWFLV2.02CVLfuAVs 则 A / AT=1- Ad / AT =0.91截面积: AT=A/0.91=2.19 m 2塔径： =1.67m取整后，取 D=1.6m符合化工原理书 P108 表 6.10.1 及 P110 表 6.10.2 的经验关联实际面积： =2 m 2降液管截面积：Ad=AT-A=0.18 m 2气体流道截面积：A=AT(1- )=1.82 m2ATd实际操作
13、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=87（包括再沸器） ，其中精馏段 40 块，提馏段 47 块，则Np=（NT-1）/0.6+1=90/0.6+1=143（块）实际精馏段为 67-1=66 块；提馏段为 77 块，塔板间距 HT =0.45 m有效高度：Z= H T （Np-1） =64m;进料处两板间距增大为 0.8m设置 8 个
14、人孔，每个人孔 0.8mTD44DATqVs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 m 3/snvsq密度为 b =474kg/m 3釜液高度：Z= /(3* 1.62 )=0.026m 取其为 0.03m s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 m 2由 / =0.087,查化工原理 （下册）P113 的图AdT6.10.24 可得：lw/D=0.7 所以，堰长 lw=0.735D=1.119 m2 溢流堰取 E 近似为 1则堰上液头高： 41.11mm6mm3/21084.23lqhwnhEow取堰高 hw=0.029m,底隙 hb=0.035m液体流经底隙的流速： =0.383m/sbwnlshqu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,查化工原理 （下册）P113 的图AdT6.10.24 可得： )(16.2Dlbwd所以降液管宽度： =0.228md=0.52mr= =0.75m有效传质面
