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1、乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书1乙烯- 乙烷精馏塔工艺设计说明书学生姓名：齐珊珊班级：生化 0201 班指导教师：赵毅 匡国柱完成时间：2005.12.30乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书2目录1 概述 11.1 方案流程简介11.2 精馏过程流程设计22 工艺设计 32.1 设计条件32.2 系统物料衡算和塔板数计算32.3 精馏塔塔板设计62.4 塔板的流动性能校核 102.5 负荷性能图 122.6 再沸器设计 132.7 再沸器循环流量效核192.8 辅助设备设计242.9 管路设计和泵的选型262.10 控制方案 293 设计心得31附录 31乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书31
2、概述1.1 方案流程简介1.1.1 精馏过程简介精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂） ，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传热、传质的过程。1.1.2 精馏塔简介精馏塔是精馏装置的主体核心设备，气、液两相在塔内多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离，为保证精馏过程能稳定、高效地操作，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的 1。按照塔的内件结构，塔
3、设备可分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化 2。表 1.1 板式塔和填料塔的性能比较 1板式塔 填料塔压力降 一般比填料塔大 小，适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力） 小 大塔效率 稳定，大塔比小塔有所提 高 塔径在 1400mm 以下效率较高；塔径增大，效率常会下降液气比 适应范围较大 对液体喷淋量有一定要求持液
4、量 较大 较小安装维修 较容易 较困难造价 直径大时一般比填料塔低 直径小于 800mm,一般比板式乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书4塔便宜；直径增大，造价显著增加在本次设计中采用板式塔，一方面板式塔的设计比较成形，可借鉴的数据和设计结果较多；另一方面，板式塔的造价相对低廉，安装维修都更为简便。1.1.3 常用塔板类型的比较泡罩塔板：在气液负荷有较大变动时也可操作，且具有较高的塔板效率，操作弹性较大，不易堵塞，对物料适应性强，长期以来应用较广。但泡罩塔板的生产能力不大，结构过于复杂，不仅制造成本高，且塔板阻力大，液面落差也大，近些年来在许多场合已逐渐为其他型式的塔板所取代 3。 筛板塔板：突出
5、优点是结构简单、造价低、塔板阻力小，但过去认为它很容易漏液、操作弹性小，且易堵塞，应用不广。经过长期研究发现，只要设计合理和操作适当，筛板仍能满足生产上所要求的操作弹性，而且效率较高。目前已成为应用日趋广泛的一种塔板 3。浮阀塔板：浮阀塔板是综合了泡罩和筛板的优点研制出来的。这种塔操作弹性大，阻力比泡罩塔板大为减少，其生产能力大于泡罩塔板。另外，这种塔的板效率高。主要缺点是浮阀使用久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。常用的浮阀有 F1 和 V4 型两种，后者用于减压塔 3。本次设计中采用浮阀塔板，这种塔板虽然可供借鉴的数据不多，设计起来比较困难，但这种塔板型式因具有较多优点，所以现在
6、越来越多地采用。1.1.4 再沸器再沸器的作用是将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间接触传质得以进行。再沸器可分为立式和卧式两种，而立式又包括热虹吸式和强制循环式两种，卧式分为热虹吸式、强制循环式、釜式再沸器、内置式再沸器四种。本次设计采用立式热虹吸式再沸器，它具有如下几个特点：将釜液和换热器传热管气液混合物的密度差作为循环推动力；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。1.2 精馏过程流程设计1.2.1 分离序列的选择乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书5对于双组分精馏或仅采用单塔对多组分混合物进行初分的流程较为
7、简单。如果将三个或三个以上组分的混合物完全分离，其流程是多方案的。如何选择分离序列通常有经验规则，如有序直观推断法来指导选择。1.2.2 能量的利用精馏过程是热能驱动的过程，过程的能耗在整个生产耗能中占有相当大的比重，而产品的单位能耗是考核产品的重要指标，直接影响产品的竞争能力及企业的生存，故合理、有效地利用能量，降低精馏过程或生产系统能耗量是十分必要的。精馏操作参数的优化：在保证分离要求和生产能力的条件下，通过优化操作参数，以减小回流比，降低能耗。包括适宜回流比和理论塔板数的选择，进料位置的选择，进料热状态的选择，操作压力的选择等 3。精馏系统的能量集成：从全过程系统用能的供求关系进行分析，
8、将过程系统中的反应分离、换热等用能过程与公用工程（加热蒸汽、冷却水、电等）的使用一同考虑，综合利用能量。常用的能量集成策略有多效蒸馏、热泵技术、塔偶合技术等。通过能量集成，可进一步降低有效能损失，提高系统用能的完善程度。 2 工艺设计2.1 设计条件工艺条件：饱和液体进料，进料含乙烯含量 x f =65%(摩尔百分数),塔顶乙烯含量 x d =99% , 釜液乙烯含量 xw 1% , 总板效率为 0.6操作条件：塔顶操作压力 P=2.5Mpa(表压), 回流比系数 =1.7 min/R塔板形式：浮阀处理量：180 kmol/h安装地点：大连塔板设计位置：塔顶2.2 系统物料衡算和塔板数的计算2
9、.2.1 物料恒算F=D+W 解得 D=117.55 hkmol/乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书6W=62.45wDf xWxF hkmol/塔内气、液相流量：精馏段： L=RD V=(R+1)D提馏段： qFL FqV)1( WVL2.2.2 理论塔板数计算因为饱和液体进料 有 0.65 设温度为 =16fexDT由 Depriester K 图 5查得 =1.0 =0.7ABK又因为 =0.99， =0.01ioiixypy故 =0.99 =0.0141Ax1B+ =1.004 |1.004-1|=0.004，所选温度基本符合！ 1B所以 =1.43 BADK设塔板数为 37 块由经验可
10、知每一块塔板之间的压差是 100mm ；2HO则 = 44 =2637KPaWpD18.90设 =4，查得 6： =1.49 =1.00TAKB+ =0.9967 |0.9967-1|=0.0033，所选温度基本符合！1AxB则 =1.49W平均 =1.462/)(WDm由公式 得：11in fDfmyxR乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书7=3.78 =1.7 =6.426minRRmin=23.32lg)1/(inWDxN求得 由吉利兰图 5查得minR1minTN进而得到 =36.52，与假设相符，因此确定理论塔板数为 37。TN计算精馏段、提馏段方程线为：精馏段： =0.8653 +0.
11、133311RxyDnn nx提馏段： =1.0716 -0.0007WnmqFLqFL1 nx相平衡方程： =nnyx)(ny46.0.1用 excel 逐板计算得到结果如下：y x1 0.99 0.9854672 0.986024 0.9797263 0.981057 0.9725824 0.974875 0.9637375 0.967222 0.9528546 0.957805 0.9395687 0.946308 0.92358 0.932404 0.9042869 0.915779 0.88162310 0.896169 0.85531711 0.873406 0.82534312
12、0.847469 0.79190613 0.818536 0.75547414 0.787012 0.71678515 0.753534 0.676802乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书816 0.718937 0.63662817 0.68151 0.59442418 0.636285 0.54508719 0.583415 0.48959520 0.52395 0.42982521 0.459901 0.36837922 0.394055 0.3081623 0.329524 0.25184924 0.269181 0.20145625 0.215181 0.15810326 0.1687
13、23 0.12205227 0.130091 0.09291228 0.098864 0.06989229 0.074196 0.05203630 0.055062 0.03837931 0.040427 0.02804732 0.029355 0.02029433 0.021047 0.01451234 0.014851 0.0102235 0.010252 0.007044由此确定进料口为第 16 块板，理论塔板数为 35 块，与估算值差不多。又因为塔板效率为 =0.6，所以实际进料在第 16/0.6=27 块。TE实际塔板数 = =57 块。PN/)1(2.3 精馏塔塔板设计2.3.1
14、物性参数取塔顶温度 Tm=16，压力 Pm=2601KPa 下的各个物性参数，从化学化工物性数据手册和化工物性算图手册上查得：乙烷：气相密度 =38 ；液相密度 =435.84 ；v3/kgL3/mkg液相表面张力 =5.366mN/m 4 ；M=30.07 ；乙烯：气相密度 =36 ；液相密度 =402.8 ；v3/L3/乙烯 -乙烷精馏塔工艺设计说明书9液相表面张力 =2.571mN/m 4；M=28.05 ； 按塔顶塔板气液相组成计算混合物物性 气相密度 =36.0 ；液相密度 =403.1 ；v3/mkgL3/mkg液相表面张力 =2.599mN/m 4；M=28.07 ；气相流量 =822.85 =23097.4 =641.6)1(RDVS hol/h/h/3液相流量 =733.51 =20538 =51.08Lkkg2.3.2 塔径的设计气液流动参数为： =0.266VLSLVF初选塔板间距 HT=0.50m， =80mm，h则 =0.42m；由史密斯关联图 5可查得 C20=0.065LTh气体负荷因子 = 2.0)59(06.=0.0432.0)(C液泛气速 u f =0.138m/s VL取泛点率为
