【正文】 ................................................... 37 參考資料： ............................................................................................................. 38 1 / 42第一章 精餾過程工藝設(shè)計(jì)概述一、概述化學(xué)工程項(xiàng)目的建設(shè)過程就是將化學(xué)工業(yè)范疇的某些設(shè)想，實(shí)現(xiàn)為一個(gè)序列化的、能夠達(dá)到預(yù)期目的的可安全穩(wěn)定生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)裝置?；瘜W(xué)工程項(xiàng)目建設(shè)過程大致可以分為四個(gè)階段：1）項(xiàng)目可行性研究階段 2）工程設(shè)計(jì)階段3）項(xiàng)目的施工階段 4）項(xiàng)目的開車、考核及驗(yàn)收單元設(shè)備及單元過程設(shè)計(jì)原則：1）技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性 2）過程的經(jīng)濟(jì)性 3）過程的安全性 4）清潔生產(chǎn) 5）過程的可操作性和可控制性蒸餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。其中，簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾只能將混合物進(jìn)行初步的分離。為了獲得較高純度的產(chǎn)品，應(yīng)使得混合物的氣、液兩相經(jīng)過多次混合接觸和分離，使之得到更高程度的分離，這一目標(biāo)可采用精餾的方法予以實(shí)現(xiàn)。精餾過程在能量劑驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由`氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料中各組分的分離。該過程是同時(shí)進(jìn)行的傳質(zhì)、傳熱的過程。為實(shí)現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的存儲(chǔ)、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，即所要設(shè)計(jì)的精餾裝置。二、工藝設(shè)計(jì)基本內(nèi)容塔型選擇一個(gè)精餾塔的分離能力或分離出的產(chǎn)品純度如何，與原料體系的性質(zhì)、操作條件以及塔的性能有關(guān)。實(shí)現(xiàn)精餾過程的氣、液傳質(zhì)設(shè)備，主要有兩大類，板式塔和填料塔。本設(shè)計(jì)選取的是板式塔，相比較而言，在塔效率上，板式塔效率穩(wěn)定；在液氣比方面，板式塔適應(yīng)范圍較達(dá)，而填料塔則對(duì)液體噴淋量有一定要求；在安裝維修方面，板式塔相對(duì)比較容易進(jìn)行；由于所設(shè)計(jì)的塔徑較大，所以在造價(jià)上，板式塔比填料塔更經(jīng)濟(jì)一些；而且，板式塔的重量較輕，所以，在本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者選擇了板式塔。在眾多類型的板式塔中，設(shè)計(jì)者選擇了溢流型篩板塔，相比較其它類型的板式塔，溢流型篩板塔價(jià)格低廉，裝卸方便，而且金屬消耗量少，非常適合板間距小、效率較高而且塔單位體積生產(chǎn)能力大的分離要求，同時(shí)其操作彈性大、阻力降小、液沫夾帶量少以及板上滯液量少的優(yōu)點(diǎn)也為之提供了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，這些都是設(shè)計(jì)者選擇其作為分離設(shè)備的原因。板型選擇板式塔大致分為兩類：（1）有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板等；（2）無(wú)降液管的塔板，如穿流式篩板、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。本設(shè)計(jì)為篩板塔，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降 2 / 42小，板上液面落差小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘度性大的、臟的和帶固體粒子的料液。操作壓力精餾操作可以在常壓、加壓或減壓下進(jìn)行，操作壓力的大小應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)上的合理性和物料的性質(zhì)來決定。提壓操作可以減少氣相體積流量，增加塔的生產(chǎn)能力，但也使物系的相對(duì)揮發(fā)度降低，不利分離，回流比增加或塔高增加，同時(shí)還使再沸器所用的熱源品位增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用的增加。對(duì)于我們所要處理的丙烯—丙烷物系來說，加壓操作是有利的。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中，塔頂蒸汽要作為熱源，所以當(dāng)我們?cè)? 的絕對(duì)壓力下進(jìn)行操作時(shí)，精餾塔內(nèi)塔頂溫度為 ℃，塔底溫度為 ℃，這使得我們?cè)诶淠髦锌梢允褂闷肺惠^低的冷劑，再沸器可以使用品位較低廉價(jià)的熱源，這樣反而降低了能耗，也就降低了操作費(fèi)用。進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料可以是過冷液體、飽和液體、飽和蒸汽、氣液混合物或過熱蒸汽。不同的進(jìn)料狀態(tài)對(duì)塔的熱流量、塔徑和所需的塔板數(shù)都有一定的影響，通常進(jìn)料的熱狀態(tài)由前一工序的原料的熱狀態(tài)決定。從設(shè)計(jì)的角度來看，如果進(jìn)料為過冷液體，則可以考慮加原料預(yù)熱器，將原料預(yù)熱至泡點(diǎn)，以飽和液態(tài)進(jìn)料。這樣，進(jìn)料為飽和液體，汽化每摩爾進(jìn)料所需熱量等于 r。這時(shí)，精餾段和提餾段的氣相流率接近，兩段的塔徑可以相同，便于設(shè)計(jì)和制造，另外，操作上也易于控制。對(duì)冷進(jìn)料的預(yù)熱器，可采用比再沸器熱源溫位低的其他熱源或工藝物流作為熱源，從而減少過冷液體進(jìn)料時(shí)再沸器熱流量，節(jié)省高品位的熱能，降低系統(tǒng)的有效能損失，使系統(tǒng)的用能趨于合理。但是，預(yù)熱進(jìn)料導(dǎo)致提餾段氣、液流量同時(shí)減少，從而引起提餾段液氣比的增加，為此削弱了提餾段各板的分離能力，使其所需的塔板數(shù)增加?；亓鞅? 回流比是精餾塔的重要參數(shù)，它不僅影響塔的設(shè)備費(fèi)還影響到其操作費(fèi)。對(duì)總成本的不利和有利影響同時(shí)存在，只是看哪種影響占主導(dǎo)。根據(jù)物系的相對(duì)揮發(fā)度與進(jìn)料狀態(tài)及組成我們可以算出達(dá)到分離要求所需的最小回流比為 Rmin=。由經(jīng)驗(yàn)操作，回流比為最小回流比的 ~ 倍，根據(jù)任務(wù)書要求，取回流比系數(shù)為 ，所以計(jì)算時(shí)所用的回流比為 R=。加熱劑和再沸器的選擇再沸器的熱源一般采用飽和水蒸氣，因?yàn)槠湎鄬?duì)容易生產(chǎn)、輸送、控制，并且具有較高的冷凝潛熱和較大的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。所以，設(shè)計(jì)者在本次設(shè)計(jì)中采用的是 100℃下的飽和水蒸氣（1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓） 。我們所要分離的物系為丙烯—丙烷，加熱劑——熱水不能與塔內(nèi)物料混合，故采用間壁式換熱器。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內(nèi)氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)節(jié)方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不易清洗，因此不適宜用于高粘度的液體或 3 / 42較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，因而，增加了塔的裙座高度。冷凝器和冷卻劑選擇本設(shè)計(jì)用水作為冷卻劑。冷凝器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(zhì)得以進(jìn)行，最常用的冷凝器是管殼式換熱器。精餾塔選用篩板塔，配合使用立式虹熱吸式再沸器三、工藝流程（見丙烯——丙烷工藝流程圖）由 P101A/B 泵將要分離的丙烯 —丙烷混合物從原料罐 V101 引出，送入塔 T101 中。 T101 塔所需的熱量由再沸器 E102 加入，驅(qū)動(dòng)精餾過程后，其熱量由冷凝器 E102 從塔頂移出，使塔頂蒸汽全部冷凝。凝液一部分經(jīng)回流泵 P103A/B 一部分送至 T101 塔頂作為回流，余下部分作為產(chǎn)品送入丙烯產(chǎn)品罐V104 中。T101 塔排出的釜液，由泵 P102A/B 送入丙烷產(chǎn)品罐 V103 中。 4 / 42第二章 篩板塔的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件工藝條件：飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料量丙烯含量 x =65%（摩爾百分?jǐn)?shù)）f塔頂丙烯含量 =98%，釜液丙烯含量 ≤2% ，總板效率為 。Dxw 操作條件：建議塔頂壓力 （表壓） 安裝地點(diǎn)：大連 設(shè)計(jì)方案：塔板設(shè)計(jì)位置 塔板形式 處理量（kmol/h） 回流比系數(shù) R/Rmin塔頂 篩板 60 一、物性數(shù)據(jù)的確定塔頂、塔底溫度確定①、塔頂壓力 Pt=1620+=；假設(shè)塔頂溫度 Tto=316K 經(jīng)泡點(diǎn)迭代計(jì)算得塔頂溫度 Tt=查 PTK 圖 得 KA、K B 因?yàn)?YA=????????BniY?結(jié)果小于 103。所以假設(shè)正確，得出塔頂溫度為 。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。α1=KA/KB=②、塔底溫度設(shè) NT=128（含塔釜）則 NP=(NT1)/NT=213按每塊阻力降 100 液柱計(jì)算 pL=470kg/m3則 P 底=P 頂 +NP*hf*pL*g=1620++213**470* =1885KPa假設(shè)塔頂溫度 Tto=324K 經(jīng)泡點(diǎn)迭代計(jì)算得塔頂溫度 T=查 PTK 圖 得 KA、K B 因?yàn)?XA=?????????BniX?結(jié)果小于 103。 5 / 42所以假設(shè)正確，得出塔頂溫度為 。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。α2=KA/KB=所以相對(duì)揮發(fā)度 α=（α1+ α2）/2=回流比計(jì)算泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1 q 線：x=xf = 65% ???eDxyR代入數(shù)據(jù)，解得 xe=。ye=。R==。全塔物料衡算 qnDh+qnWh=qnFh qnDhxd+qnWhxw=qnFhxf解得： q nDh =。 qnWh=塔內(nèi)氣、液相流量：精餾段：q nLh=RqnDh。 qnVh =(R+1)qnDh提留段：q nLh’= qnLh+qqnFh。 qnVh’= qnVh(1q) qnFh代入回流比 R 得：精餾段：qnLh =；q nVh =； 提餾段 ： qnLh’= kmol/h ；q nVh’= kmol/h；M=xfMA+(1xf)MB=42＋44=MD=xdMA+(1xd)MB=42＋44=x3.)(1??? 6 / 42MW=xwMA+(1xw)MB=42＋44=qmfs= qnfhM/3600=qmDs= qnDhMD/3600= kg/sqnWs=qnWhMW/3600= kg/sqmLs=RqmDs = kg/sqmVs=(R+1) qmDs = kg/sqmLS’= qmLs +q qmfs = kg/sqmVs’= qmVs (1q) qmfs = kg/s逐板計(jì)算塔板數(shù)精餾段：y1=xD= nnn .)(????? 直至 xi xf 理論進(jìn)料位置：第 51 塊板進(jìn)入提餾段： nnn .)1(????? ???? nWnFLnWL xx 直至 xn xW 計(jì)算結(jié)束。理論板數(shù)：Nt=128（含釜）由 excel 計(jì)算的如表附錄 1.確定實(shí)際塔底壓力、板數(shù)：進(jìn)料板 Nf=i/=101, 實(shí)際板數(shù) Np=[(Nt1)/]+1=213；塔底