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1、中国石油大学（华东）化工原理课程设计学生姓名：专业班级： 化学工程与工艺卓越09-2班学 号：09031620指导教师： 实习时间： 2012.8.27 2012.9.9任务书一、题目设计一连续操作精馏装置，用以分离 轻烃 混合物。二、原始数据1、原 料处理量：525吨/天；组 成：nC3,0.1800，iC4,0.1000， nC4,0.3000，iC5,0.1200，nC5,0.3000(wt-fr)；进料状态：e= 0.35。2、产品要求塔顶产品： nC4收率98.5%； 塔底产品： iC5收率98.5%。 三、设计要求1. 用Mathcad 完成简捷计算及塔板设计、换热器的选用及塔主体
2、设备机械设计；2. 用Aspen plus（学号为单号）或Pro（学号为双号）完成塔的严格设计；3. 用Autocad绘制流程简图、浮阀排列图、塔体总图及塔盘装配图；4. 说明书提纲（见附页）；5. 提交电子版及纸板：设计说明书、计算源程序、图纸。目录1.工艺计算31.2操作压力计算51.6.非清晰分割下的物料衡算61.7.回流比和最小理论板数的计算81.8.实际塔板数的计算101.9.全塔热量衡算102塔板的设计和计算122.1塔直径及塔板部件尺寸设计122.2塔板上流体流行的选择182.3降液管及溢流堰尺寸的确定182.3.1 精馏段182.3.2精馏段192.4阀门及其排列方式：192.
3、5 塔板布置202.5.1精馏段207.参考文献411.工艺计算1.1清晰分割物料衡算组分符号ABCDE组成nC3iC4nC4iC5nC5质量分数0.18 0.10 0.30 0.12 0.30 进料质量分数转化为摩尔分效：进料的平均相对分子质量清晰分割法进行全塔物料衡算已知：进料的质量流量为525吨/天，其中轻关键组分是nC4,重关键组分是iC5,采用清晰分割进行全塔的物料衡算：如下所示：已知：1.2操作压力计算ABCDE进料F0.2430.1030.3070.0990.248塔顶D0.37470.15790.46430.00310塔底W000.01750.27670.7058根据泡点方程：
4、假设回流罐顶部的压力为7.5atm，在t=40，由相平衡常数图查得：结果已经非常接近于1，所以可以认为假设成立，因此回流罐顶部的压力为：塔顶压力：P=7.5atm1.3.计算塔顶的温度取塔顶到回流罐的压降为：P=0.16atm假设塔顶温度为50P，在压力为7.66atm下，查平衡常数图可得：根据露点方程结果接近于1，所以假设成立，则塔顶温度为：tD=501.4.计算塔底温度假设总共有23块塔板，每个塔板的压降为4mmHg，全塔总压降为92mmHg。塔底压力：设塔底的温度为114,在PW下查平衡相图得：由泡点方程：结果接近于1，所以假设成立，塔顶温度为5.计算进料温度和进料压力查相平衡图可得：
5、假设进料温度为66，进料位置为第10块塔板。则进料位置压力为：结果非常接近于1，因此假设成立。1.6.非清晰分割下的物料衡算 根据：i=Ki/Kh 可以求得塔顶和塔底的相对挥发度塔顶：塔底：各组分的平均相对挥发度：根据亨斯别克公式可得：将以上结果应用于A,D组分：由以上检验，可以得出XAW,XBW,XEW,的含量均在0.00001以下，则可以得到清晰分割成立。1.7.回流比和最小理论板数的计算 塔底和塔顶的平均温度tm=(tD+tW)/2=82,压力为7.5atm，查相平衡图如下表所示，计算出相对挥发度，以重组分nC5作为对比组分。表2 各组分对nC5相对挥发度表组分ABCDEKi3.231.
6、711.40.650.5156.273.322.721.261.00根据恩德伍德公式：将以上数据带入（2）式：取初值：x=1.4 =root(f(x),x) =1.666将结果带入（1）式中得：根据亨斯别克方程：轻组分在塔顶、塔底的相对挥发度如下表：表3：轻重关键组分在塔顶、塔顶、相对挥发度KCKD=KC/KD塔顶0.690.282.464塔底2.081.081.926=将结果带入芬斯克方程：取 R=(1.1 1.5 1.75 2.1 2.4 2.6 2.8 3.0) X=(0.33 0.188 0.262 0.345 0.403 0.436 0.466 0.492 )查吉利兰图得： Y=(0
7、.67 0.48 0.39 0.35 0.32 0.30 0.28 0.26 )n=(1.067 1.455 1.698 2.037 2.523 2.717 2.911)做出N*(R+1)R/Rmin关系图如下：图1：N*(R+1)R/Rmin关系图由上图可知： n=1.7 R=Rmin*1.7=1.752 N=45.6/(R+1)=16.5691.8.实际塔板数的计算 塔顶、塔底几何平均温度：t.m平均= 根据奥康奈尔关联式计算全塔效率：ET=0.49*(*)-0.245=0.243*0.04667+0.103*0.12333+0.307*0.09667+0.099*0.13889+0.24
8、8*0.1411=0.102=1.22/0.62=1.968 ET=0.49*(*)-0.245 =0.726N.实际=N2/ET=22.815 结果比较接近于23，与假设相符，所以假设成立，因此实际塔板数为23块。1.9.全塔热量衡算 （1）塔顶温度 tD=50C，由图表集查出各组分的焓值如下：(2)塔顶产品带出的热量QD（3）进料带入热量QF由图表集查出进料状态下各物质的焓值：（4）求塔底带出热量 由图表集查出塔底各物质的焓值：（5）散失与周围的热量Q1 一般取 Q1=0.05QB（6）由全塔热平衡计算塔底再沸器的热负荷QB 列热量衡算方程：（7）确定冷却水和加热蒸汽用量设水进出口温度分别
9、为：t1=30C t2=40C水的比热：CP=4174J/(kg*K)冷却水的用量GC：蒸汽加热一般比塔底温度高20C，因此取蒸汽温度134C。查图表集的饱和蒸汽的汽化潜热rB=527.38kcal/kg则蒸汽用量GB:2塔板的设计和计算2.1塔直径及塔板部件尺寸设计2.1.1塔经的计算 由aspen物性分析方法查的塔顶个物系的密度如下表所示丙烷异丁烷正丁烷异戊烷正戊烷气相kg/m316.30 23.71 24.44 38.92 51.77 液相kg/m3446.78 518.60 541.95 589.53 595.75 气相密度：液相密度：a、 塔板间距smith法计算查smith气相负荷
10、因数图 C20=0.084由aspen物性分析方法查的塔顶个物系的表面张力如下表所示:表面张力N/M0.00408 0.00716 0.00913 0.01181 0.01280 波津法：塔径取较大值归元后计算b、取塔间距smith法计算查smith气相负荷因数图 C20=0.076由aspen物性分析方法查的塔顶个物系的表面张力如下表所示:表面张力N/M0.00408 0.00716 0.00913 0.01181 0.01280 波津法：塔径取较大值归元计算c、取塔间距查smith气相负荷因数图 C20=0.105由aspen物性分析方法查的塔顶个物系的表面张力如下表所示:表面张力N/M0.00408 0.00716 0.00913 0.01181 0.01280 波津法：塔径取较大值归元后计算由以上计算a、b、c、计算结果取H.T*D2最小值一组是b在以提馏段的最后一块为基准计算塔径：用aspen物性分析，查出塔底物系密度如下表：ABCDE气相kg/m313.0217.9718.2024.2724.87 液相kg/m3223.11396.02437.81507.93517.53 气相密度：液相密度：a、取塔间距smith法计
