【正文】 時一般比填料塔低 直徑小于 800mm,一般比板式塔便宜；直徑增大，造價顯著增加 在本次設計中采用板式塔，一方面板式塔的設計比較成形，可借鑒的數(shù)據(jù)和設計結果較多；另一方面，板式塔的造價相對低廉，安裝維修都更為簡便。 板型的選擇 泡罩塔板：在氣液負荷有較大變動時也可操作，且具有較高的塔板效率，操作彈性較大，不易堵塞，對物料適應性強，長期以來應用較廣。但泡罩塔板的生產(chǎn)能力不大，結構過于復雜，不僅制造成本高，且塔板阻力大，液面落差也大，近些年來在許多場合已逐漸為其他型式的塔 板所取代 [3]。 篩板塔板：突出優(yōu)點是結構簡單、造價低、塔板阻力小，但過去認為它很容易漏液、操作彈性小，且易堵塞，應用不廣。經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，只要設計合理和操作適當，篩板仍能滿足生產(chǎn)上所要求的操作彈性，而且效率較高。目前已成為應用日趨廣泛的一種塔板。 浮閥塔板：浮閥塔板是綜合了泡罩和篩板的優(yōu)點研制出來的。這種塔操作彈性大，阻力比泡罩塔板大為減少，其生產(chǎn)能力大于泡罩塔板。另外，這種塔的板效率高。主要缺點是浮閥使用久后，由于頻繁活動而易脫落或被卡住，操作失常。常用的浮閥有 F1 和 V4 型兩種，后者用于減壓塔。 本 設計為浮閥塔，浮閥的突出優(yōu)點是效率較高取消了結構復雜的上升管和泡罩。當氣體負荷較低時，浮閥的開度較小，漏夜量不多；氣體負荷較高時，開度較大，阻力又不至于增加較大，所以這種塔板操作彈性較大，阻力比泡罩塔板大為減小，生產(chǎn)能力比其大。缺點是使用久后，由于頻繁活動而易脫落或被卡住，操作失常。所以塔板和浮閥一般采用不銹鋼材料。然而經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)其尚能滿足生產(chǎn)要求，目前應用較為廣泛。 R 的選擇 適宜回流比一般選擇為最小回流比的 — 倍，在實際設計中，對于難分丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 7 離的物系，宜選用較大回流比，而在能源相對緊張的地 區(qū)，為減少加熱介質的消耗量，就選取回流比較小的操作。 本設計采用 倍的最小回流比。 壓力的選擇 精餾操作可在常壓、減壓和加壓下進行，塔內(nèi)操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問題，而且還與塔頂和塔底的溫度的選取有關。根據(jù)所處理物料的性質，兼顧技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來綜合考慮。壓力增加可提高塔的處理能力，但會增加塔的壁厚 ，導致設備費用增加；同時壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度 降低，回流比或塔高增加，導致操作費用和設備費用增加。 綜合考慮，本設計采用 （表壓）。 加 熱劑及 再沸器 的選擇 本設計塔塔底溫度 53。 C，用熱水加熱。 再沸器的作用是將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間接觸傳質得以進行。 再沸器可分為立式和臥式兩種，而立式又包括熱虹吸式和強制循環(huán)式兩種，臥式分為熱虹吸式、強制循環(huán)式、釜式再沸器、內(nèi)置式再沸器四種。 本次設計采用立式熱虹吸式再沸器，它具有如下幾個特點：將釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差作為循環(huán)推動力；結構緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高；殼程不能機械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質；塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。 冷卻劑和冷 凝器的選擇 本設計塔頂溫度在 43。 C，固，選用普通的循環(huán)水即可滿足要求。 冷凝器，用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質得以進行，最常用的冷凝器是管殼式換熱器。 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 8 工藝流程說明 精餾裝置流程 精餾就是通過多級蒸餾，使混合氣液兩相經(jīng)多次混合接觸和分離，并進行質量和熱量的傳遞，使混合物中的組分達到高程度的分離，進而得到高純度的產(chǎn)品。 流程如下： 原料（丙稀和丙烷的混合液體）經(jīng)進料管由精餾塔中的某一位置（進料板處）流入塔內(nèi)， 開始精餾操作；當釜中的料液建立起適當液位時，再沸器進行加熱，使之部分汽化返回塔內(nèi)。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進行全部或部分冷凝。將塔頂蒸氣凝液部分作為塔頂產(chǎn)品取出，稱為餾出物。另一部分凝液作為回流返回塔頂?；亓饕簭乃斞厮飨拢谙陆颠^程中與來自塔底的上升蒸氣多次逆向接觸和分離。當流至塔底時，被再沸器加熱部分汽化，其氣相返回塔內(nèi)作為氣相回流，而其液相則作為塔底產(chǎn)品采出。 工藝流程說明 1） 物料的儲存和運輸 精餾過程必須在適當?shù)奈恢迷O置一定數(shù)量不同容積的原料儲罐、泵和各種換熱器，以暫 時儲存，運輸和預熱（或冷卻）所用原料，從而保證裝置能連續(xù)穩(wěn)定的運行。 2） 必要的檢測手段 為了方便解決操作中的問題，需在流程中的適當位置設置必要的儀表，以及時獲取壓力、溫度等各項參數(shù)。 另外，常在特定地方設置人孔和手孔，以便定期的檢測維修。 3） 調(diào)節(jié)裝置 由于實際生產(chǎn)中各狀態(tài)參數(shù)都不是定值，應在適當?shù)奈恢梅胖靡欢〝?shù)量的閥門進行調(diào)節(jié)，以保證達到生產(chǎn)要求，可設雙調(diào)節(jié)，即自動和手動兩種調(diào)節(jié)方式并存，且隨時進行切換。 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 9 處理能力及產(chǎn)品質量 處理量： 80kmol/h 回流比系數(shù) min/RR : 產(chǎn)品質量：（以丙稀摩爾百分數(shù)計） 進料： xf＝ 65％ 塔頂產(chǎn)品： xD＝ 98％ 塔底產(chǎn)品 : xw≤ 2％ 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 10 第二章 浮閥 塔的工藝設計 物性數(shù)據(jù)的確定 任務書給定的條件 飽和液體進料： q=1 進料丙烯含量： xf＝ 65％（摩爾分數(shù) ,下同）， 塔頂丙烯含量： xD＝ 98％ 釜液丙烯含量： xw≤ 2％ 總板效率為 ： 回流比系數(shù) : R/Rmin= 塔頂操作壓力 : (表壓 ) 塔板設計位置： 塔底 塔頂、塔底溫度與壓力的確定 塔頂溫度與壓力的計算 塔頂壓力： +=（絕壓） 1Ax= 1Bx= 設 塔頂?shù)穆饵c 溫度為 DT =43℃ 由 p— t— k圖查得 AK = BK = 又因為iioii xyppK ?? Ay =， By = Ay + By — 1= ?? ||=，所選溫度基本符合！ 故假設正確，塔頂溫度為 316K。 所以BAD KK?? = 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 11 設理論 板數(shù)為 81塊（含釜），實際板數(shù)為 (811)/=133 塊。 由經(jīng)驗可知每一塊塔板之間的壓差是 100mm 2HO柱 ； 則 Wp = ?Dp 133***1=1850KPa 設 WT =53。 C，查 p— t— k圖 得： AK = BK = ?? ||=，所選溫度基本符合！ 故 假設正確， 塔底溫度為 326K. 則 W? = 2/)( WDm ??? ?? = 板數(shù)的核算、物料 衡算及熱量衡算 1．換算 將摩爾百分數(shù)換算成質量百分數(shù)： W=X MA/[X MA+(1X) MB] xf＝ 65％ wf＝ ％ xD＝ 98％ wD＝ ％ xw≤ 2％ wW≤ ％ 由 x (1 x )F A F BM M M? ? ?得 ， FM =*42+*44=DM =*42+*44= kg/kmol WM =*42+*44= kg/kmol 由 mnq qM? 得 mFq =80*=3416 mDq =*=2207 mWq =*=1209 2. 回流比的計算 泡點進料： q=1 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 12 q 線： x=xf 代入數(shù)據(jù)，解得 xe=。ye= 由公式 得 ： minR = R = minR = 3．全塔物料衡算 nFq = nDq + nWq nFq Fx = nDq Dx + nWq Wx nFq =80 kmol/h， Fx ＝ 65%， Wx ＝ 2％ Dx ＝ 98％ 解得 ： nDq =, nWq = 精餾段 ： 111 ?????? RxxR Ry Dnn= nx + nDnL Rqq ? =*=nDnV qRq )1( ?? =(+1)*=nFnLnL qqqq ??39。 =+80=nFnVnV qqqq )1(39。 ??? = 提餾段 ：Wnm xWqFL WxWqFL qFLy ????? ??? 1= 相平衡方程 ： nnnnn yyyyx )1( ????? ?? 利用逐板計算法計算理論板 數(shù)，用 excel 輸出結果如下： 表 逐板計算結果表 序號 Y X 序號 Y X 1 42 2 43 ｛ eeeD xy yxR ???minxxy )1(1 ??? ??｛ 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 13 3 44 4 45 5 46 6 47 7 48 8 49 9 50 10 51 11 52 12 53 13 54 14 55 15 56 16 57 17 58 18 59 19 60 20 61 21 62 22 63 23 64 24 65 25 66 26 67 27 68 28 69 29 70 30 71 31 72 32 73 33 74 34 75 35 76 36 77 37 78 38 79 39 80 40 81 41 82 由上表可以看出所需的理論板數(shù)為 82 塊（含釜），則實際板數(shù)為 135 與假設近似，可以認為假設合理！ 塔壓重新估算： Wp = ?Dp 135***1= 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 14 根據(jù)塔底的溫度和壓力， 查得 丙烯： ， 53℃下，丙稀的物性數(shù)據(jù)： 氣相密度：ρ V =29kg/ m3 液相密度：ρ L =445kg/ m3 液相表面張力：σ =丙烷： ， 53℃下，丙烷的物性數(shù)據(jù)： 氣相密度：ρ V ， =30kg/ m3 液相密度：ρ L ‘ =440kg/ m3 液相表面張力：σ = mN/m 丙烷的臨界溫度 T=369K 臨界壓力 P= Tr= Pr= 由于氣體密度按常壓查取，故需要 查得，壓縮因子為 按塔底塔板氣液相組成修正 混合物物性 氣相密度 v? = 3/mkg ；液相密度 L? =440 3/mkg ； 液相表面張力 ? =； 平均摩爾質量 M=； 氣 相流量 )1( ?? RDVS =液相流量 DRLS ? =q,mv= q,nvM,= *44=q,vv= q,MV/ρ ,V=q,ml= q， nlM， =*44= kg/h q,vl= q， Ml/ρ ， l= 1）再沸器熱流量： QR=V’ r’ 再沸器加熱蒸氣的 質量流量： GR= QR/rR 2） 冷凝器熱流量： QC=V r 冷凝器冷卻劑的質量流量： GC= QC/(cl (t2t1)) 丙烯 — 丙烷精餾塔工藝設計說明書 15 塔高與塔徑的計算 塔徑 氣相流量 ： qVVs=qmVs/ρ v=液相流量 ： qVLs=qmLs/ρ L=兩相流動參數(shù) ： = 初選塔板間距 HT=,查《化工原理》（下冊） P237 篩板塔泛點關聯(lián)圖，得： C20= 所以，氣體負荷因子： = 液泛氣速： ＝ 取泛點率 操作氣速： u = 泛點率 uf= m/s 氣體流道截面積： = m2 選取單流型弓形降液管塔板，取 Ad / AT=。 則 A / AT=1 Ad / AT = 截面積 : AT=A/= m2 塔徑： = 圓整后，取 D= 符合化工原理書 P237 表 的經(jīng)驗關聯(lián) 實際面積： = m2 降液管截面積： Ad=A