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1、大连理工,2013化工课程设计,丙烯丙烷精馏,塔顶,浮阀,23组,回流比1.4,流量80mol/h文档为参考内容,顺序正确,内容精馏塔设计正确,再沸器部分数据有错误.其他部分可以参考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姓名： 班级： 学号：指导老师： 完成时间：2013/7/3大连理工大学Dalian University of Technology前言化工原理是化工及其相关专业学生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关
2、键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。 本设计说明书包括概述、方案流程简介、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较为详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路和控制方案的设计也做了简要的说明。 在设计过程中，得到了潘艳秋老师和吴雪梅老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，避免了不少错误。 鉴于本学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正感谢老师的指导和参阅！- III -目录前言I第一章 概 述11.1精馏塔11.2精馏塔型选择11.3板式塔板型选择31.4 R的选择41.5
3、压力的选择41.6再沸器的选择41.7 冷却剂和冷凝器的选择（设计从略）5第二章 方案流程简介62.1精馏装置流程62.2工艺流程62.3设备选用72.4处理能力及产品质量7第三章 精馏过程系统设计83.1设计条件83.1.1工艺条件83.1.2操作条件83.2塔顶、塔底温度与压力的确定83.2.1塔顶温度与压力的计算83.2.2.塔底温度与压力的计算93.3板数的核算、物料衡算及热量衡算93.3.1单位换算93.3.2回流比的计算103.3.3全塔物料衡算103.4精馏段气液负荷计算133.4.1塔顶混合物物性数据133.4.2精馏段气液负荷计算143.5塔高和塔径的计算143.5.1塔径的
4、计算143.5.2塔高的估算153.6溢流装置的设计163.6.1降液管（弓形）163.6.2溢流堰163.6.3浮阀数及排列方式173.7塔板流动性能校核183.7.1液沫夹带量校核183.7.2塔板阻力的计算和核对193.7.3降液管液泛校核203.7.4液体在降液管中的停留时间203.7.5严重漏液校核203.8负荷性能图21第四章 再沸器的设计244.1设计任务与设计条件244.1.1选用立式热虹吸式再沸器244.1.2再沸器壳程与管程的设计244.2估算设备尺寸254.3传热系数的校核264.3.1显热段传热系数K264.3.2 蒸发段传热系数计算274.3.3显热段及蒸发段长度28
5、4.3.4传热系数284.3.5传热面积裕度284.4循环流量校核294.4.1循环系统推动力294.4.2循环阻力Pf29第五章 辅助设备的设计335.1其他换热器设计335.1.1塔顶冷凝器335.1.2进料预热器335.1.3塔顶产品冷却器345.1.4釜液产品冷却器345.2容器设计355.2.1进料罐（常温贮料）355.2.2塔顶产品罐（25）365.2.3回流罐（43）365.2.4釜液罐36第六章 管路设计及泵的选择376.1管路设计376.1.1进料管线376.1.2塔顶蒸汽管376.1.3塔顶产品接管376.1.4回流管386.1.5釜液流出管386.1.6仪表接管386.1
6、.7塔底蒸汽回流管38表6.1管线设计结果表396.2泵的设计396.2.1进料泵(两台，一用一备)396.1.2回流泵（两台，一开一用）406.1.3釜液泵（两台，一开一用）416.1.4塔顶产品泵436.1.5料液输出泵44第七章 控制方案45设计心得及总结47附录一 主要符号说明50附录二 参考文献53附录三54- IV -第一章 概 述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
7、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。所用设备主体核心设备是精馏塔，辅助设备包括再沸器、冷凝器、储罐、预热器及冷却器。1.1精馏塔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。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。常规或简单精馏塔设有一个进料口，进料位置将塔分为精馏段和提馏段两段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内
8、，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。1.2精馏塔型选择按照塔的内件结构，塔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。板式塔填料塔压力降一般比填料塔大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，效率会下降液气比适应范围较大
9、对液体喷淋量有一定要求持液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,一般比板式塔便宜；直径增大，造价显著增加表1.1 板式塔和填料塔的性能比较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。1.3板式塔板型选择泡罩塔板：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
10、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。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。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
11、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。然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。 1.4 R的选择适宜回流比一般选择为最小回流比的1.22.0倍，在实际设计中，对于难分离的物系，宜选用较大回流比，而在能源相对紧张的地区，为减少加热介质的消耗量，就选取回流比较小的操作。本设计采用1.2倍的最小回流比。1.5压力的选择 精馏操作可在常压、减压和加压下进行，塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且还与塔顶和塔底的温度的选取有关。根据
12、所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑。压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔的壁厚，导致设备费用增加；同时压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用和设备费用增加。综合考虑，本设计采用1.62MPa（表压）。1.6再沸器的选择再沸器是精馏装置的重要附属设备，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。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
13、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。1.7 冷却剂和冷凝器的选择（设计从略）冷凝器，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。本设计塔顶温度在43。C，固，选用普通的循环水即可满足要求。第二章 方案流程简介2.1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
14、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，塔底设再沸器加热釜液中的液体，使之部分汽化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，塔顶设冷凝器将其进行全部或部分冷凝。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。将塔顶蒸气凝液其余部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。2.2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随时了解操作情况及各设备的运行状况，及时地发现操作中存在问题并采取相应的措施予以解决，需在流程中的适当位置设置必要的测量仪表，以及时获取压力，温度等各项参数，从而间接了解运行情况。另外。常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期检修各设备及检查装置的运行情况。(3) 调节装置由于实际生产过程中各种状态参数都不是定值，都会或多或少随着时间有所波动，应在适当位置设置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，有时还可以根据需求设置双调节，即自动调节和手动调节
