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1、化工原理课程设计丙烯丙烷筛板精馏塔丙烯-丙烷精馏装置设计处 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安装地点:总板效率:0.6塔板位置:塔底塔板形式:筛板回 流 比:1.2班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 设计日期: 成 绩: 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、管路设计和操纵方案共七章。 说明中对精馏塔的设计运算做了详细的阐述,关于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。 鉴于本人体会有限,本设计中还存在许多错误,期望各位老师给予指正 感谢老师的指导和参阅!名目第一章 精馏过程工艺设计
2、概述- 1 -一、概述- 1 -二、工艺设计差不多内容- 1 -1、塔型选择- 1 -2、板型选择- 1 -3、进料状态- 2 -4、回流比- 2 -5、加热剂和再沸器的选择- 2 -6、冷凝器和冷却剂选择- 3 -三、工艺流程见丙烯丙烷工艺流程图- 3 -第二章 筛板塔的工艺设计- 4 -一、物性数据的确定- 4 -1、塔顶、塔底温度确定- 4 -2、回流比运算- 5 -3、全塔物料衡算- 5 -4、逐板运算塔板数- 6 -5、确定实际塔底压力、板数:- 6 -二、塔板设计- 7 -1、塔高运算- 7 -2、塔径运算- 7 -3、塔板布置和其余结构尺寸的选取- 8 -4、塔板校核- 9 -5
3、、负荷性能图- 11 -第三章 立式热虹吸再沸器的工艺设计- 14 -一、设计条件及物性参数- 14 -二、工艺设计- 14 -1、估算再沸器面积- 14 -2、传热系数校核- 15 -3、循环流量校核- 18 -第四章 管路设计- 22 -一、物料参数- 22 -二、设计- 22 -第五章 辅助设备的设计- 24 -一、储罐设计- 24 -二、传热设备- 25 -三、泵的设计- 26 -第六章 控 制 方 案- 30 -附录1.理论塔板数运算- 31 -附录2.过程工艺与设备课程设计任务书- 33 -附录3.要紧说明符号- 37 -参考资料:- 38 -第一章 精馏过程工艺设计概述一、概述化
4、学工程项目的建设过程确实是将化学工业范畴的某些设想,实现为一个序列化的、能够达到预期目的的可安全稳固生产的工业生产装置。化学工程项目建设过程大致能够分为四个时期:1项目可行性研究时期2工程设计时期3项目的施工时期4项目的开车、考核及验收单元设备及单元过程设计原那么:1技术的先进性和可靠性2过程的经济性3过程的安全性4清洁生产5过程的可操作性和可操纵性蒸馏是分离液体混合物含可液化的气体混合物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的应用。其中,简单蒸馏与平稳蒸馏只能将混合物进行初步的分离。为了获得较高纯度的产品,应使得混合物的气、液两相通过多次混合接触和分离,使之得到更高程度的
5、分离,这一目标可采纳精馏的方法予以实现。精馏过程在能量剂驱动下,使气、液两相多次直截了当接触和分离,利用液相混合物中各组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料中各组分的分离。该过程是同时进行的传质、传热的过程。为实现精馏过程,必须为该过程提供物流的储备、输送、传热、分离、操纵等的设备、外表。由这些设备、外表等构成精馏过程的生产系统,即所要设计的精馏装置。二、工艺设计差不多内容1、塔型选择一个精馏塔的分离能力或分离出的产品纯度如何,与原料体系的性质、操作条件以及塔的性能有关。实现精馏过程的气、液传质设备,要紧有两大类,板式塔和填料塔。本设计选取的是板式塔,相比较而言,在塔效率上
6、,板式塔效率稳固;在液气比方面,板式塔适应范畴较达,而填料塔那么对液体喷淋量有一定要求;在安装修理方面,板式塔相对比较容易进行;由于所设计的塔径较大,因此在造价上,板式塔比填料塔更经济一些;而且,板式塔的重量较轻,因此,在本次设计中,设计者选择了板式塔。在众多类型的板式塔中,设计者选择了溢流型筛板塔,相比较其它类型的板式塔,溢流型筛板塔价格低廉,装卸方便,而且金属消耗量少,专门适合板间距小、效率较高而且塔单位体积生产能力大的分离要求,同时其操作弹性大、阻力降小、液沫夹带量少以及板上滞液量少的优点也为之提供了宽敞的应用市场,这些差不多上设计者选择其作为分离设备的缘故。2、板型选择板式塔大致分为两
7、类:1有降液管的塔板,如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板等;2无降液管的塔板,如穿流式筛板、穿流式波浪板等。工业应用较多的是有降液管的塔板,如浮阀、筛板、泡罩塔板等。本设计为筛板塔,其优点是结构简单,制造修理方便,造价低,气体压降小,板上液面落差小,相同条件下生产能力高于浮阀塔,塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳固操作范畴窄,小孔径筛板易堵塞,不适宜处理粘度性大的、脏的和带固体粒子的料液。操作压力精馏操作能够在常压、加压或减压下进行,操作压力的大小应依照经济上的合理性和物料的性质来决定。提压操作能够减少气相体积流量,增加塔的生产能力,但也使物系的相对挥发度降低,不利分离,回流比增加或塔高增加,同时还使再
8、沸器所用的热源品位增加,导致操作费用与设备费用的增加。关于我们所要处理的丙烯丙烷物系来说,加压操作是有利的。因为本次设计中,塔顶蒸汽要作为热源,因此当我们在1.6MPa的绝对压力下进行操作时,精馏塔内塔顶温度为42.99,塔底温度为51.22,这使得我们在冷凝器中能够使用品位较低的冷剂,再沸器能够使用品位较低廉价的热源,如此反而降低了能耗,也就降低了操作费用。3、进料状态进料能够是过冷液体、饱和液体、饱和蒸汽、气液混合物或过热蒸汽。不同的进料状态对塔的热流量、塔径和所需的塔板数都有一定的阻碍,通常进料的热状态由前一工序的原料的热状态决定。从设计的角度来看,假如进料为过冷液体,那么能够考虑加原料
9、预热器,将原料预热至泡点,以饱和液态进料。如此,进料为饱和液体,汽化每摩尔进料所需热量等于r。这时,精馏段和提馏段的气相流率接近,两段的塔径能够相同,便于设计和制造,另外,操作上也易于操纵。对冷进料的预热器,可采纳比再沸器热源温位低的其他热源或工艺物流作为热源,从而减少过冷液体进料时再沸器热流量,节约高品位的热能,降低系统的有效能缺失,使系统的用能趋于合理。然而,预热进料导致提馏段气、液流量同时减少,从而引起提馏段液气比的增加,为此削弱了提馏段各板的分离能力,使其所需的塔板数增加。4、回流比 回流比是精馏塔的重要参数,它不仅阻碍塔的设备费还阻碍到其操作费。对总成本的不利和有利阻碍同时存在,只是
10、看哪种阻碍占主导。依照物系的相对挥发度与进料状态及组成我们能够算出达到分离要求所需的最小回流比为 Rmin=11.02。由体会操作,回流比为最小回流比的1.22.0倍,依照任务书要求,取回流比系数为1.2,因此运算时所用的回流比为R=13.22。5、加热剂和再沸器的选择再沸器的热源一样采纳饱和水蒸气,因为其相对容易生产、输送、操纵,同时具有较高的冷凝潜热和较大的表面传热系数。因此,设计者在本次设计中采纳的是100下的饱和水蒸气1个标准大气压。我们所要分离的物系为丙烯丙烷,加热剂热水不能与塔内物料混合,故采纳间壁式换热器。本设计采纳立式热虹吸式再沸器,该再沸器是利用塔底单相釜液与换热管内气液混合
11、物的密度差形成循环推动力,构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流淌循环。这种再沸器具有传热系数高,结构紧凑,安装方便,釜液在加热段停留时刻短,不易结垢,调剂方便,占地面积小,设备及运行费用低等显著优点。但由于结构上的缘故,壳程不易清洗,因此不适宜用于高粘度的液体或较脏的加热介质。同时由因此立式安装,因而,增加了塔的裙座高度。6、冷凝器和冷却剂选择本设计用水作为冷却剂。冷凝器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。精馏塔选用筛板塔,配合使用立式虹热吸式再沸器三、工艺流程见丙烯丙烷工艺流程图由P-101A/B
12、泵将要分离的丙烯丙烷混合物从原料罐V-101引出,送入塔T-101中。T-101塔所需的热量由再沸器E-102加入,驱动精馏过程后,其热量由冷凝器E-102从塔顶移出,使塔顶蒸汽全部冷凝。凝液一部分经回流泵P-103A/B一部分送至T-101塔顶作为回流,余下部分作为产品送入丙烯产品罐V-104中。T-101塔排出的釜液,由泵P-102A/B送入丙烷产品罐V-103中。第二章 筛板塔的工艺设计设计条件工艺条件:饱和液体进料,进料量丙烯含量x=65%摩尔百分数塔顶丙烯含量=98%,釜液丙烯含量2%,总板效率为0.6。 操作条件:建议塔顶压力1.62MPa表压 安装地点:大连 设计方案:塔板设计位
13、置塔板形式处理量kmol/h回流比系数R/Rmin塔顶筛板601.4一、物性数据的确定1、塔顶、塔底温度确定、塔顶压力Pt=1620+101.325=1721.325KPa;假设塔顶温度Tto=316K 经泡点迭代运算得塔顶温度Tt=316.145K查P-T-K图 得KA、KB 因为YA=0.98结果小于10-3。因此假设正确,得出塔顶温度为316.145。用同样的运算,能够求出其他塔板温度。1=KA/KB=1.15、塔底温度设NT=128含塔釜那么NP=(NT-1)/NT=213按每块阻力降100液柱运算 pL=470kg/m3那么P底=P顶+NP*hf*pL*g=1620+101.325+
14、213*0.1*470*9.81/1000 =1885KPa假设塔顶温度Tto=324K 经泡点迭代运算得塔顶温度T=324.37K查P-T-K图 得KA、KB 因为XA=0.02结果小于10-3。因此假设正确,得出塔顶温度为324.37。用同样的运算,能够求出其他塔板温度。2=KA/KB=1.112因此相对挥发度=1+2/2=1.1312、回流比运算泡点进料:q=1 q线:x=xf = 65% 代入数据,解得 xe=0.65;ye=0.677;R=1.2Rmin=13.2189;3、全塔物料衡算 qnDh+qnWh=qnFh qnDhxd+qnWhxw=qnFhxf解得: qnDh =39.375kmol/h ; qnWh=20.625kmol/h塔内气、液相流量:精馏段:qnLh=RqnDh; qnVh =(R+1)qnDh提留段:qnLh= qnLh+qqnFh;