【正文】 熱負(fù)荷的計算 29 計算傳熱劑用量 31 T201 能量衡算 31 焓值計算 31 熱負(fù)荷的計算 31 計算傳熱劑用量 32 T301 能量衡算 32 焓值計算 32 熱負(fù)荷的計算 32 計算傳熱劑用量 33 三塔熱量衡算表 33第五章 設(shè)備工藝計算及選型 35 T101的設(shè)計與選型 35 塔徑的計算 35 塔高的計算 38 塔體設(shè)計 39 T201的設(shè)計與選型 51 塔徑的計算 51 塔高的計算 54 塔板的設(shè)計與布置 54 T301的設(shè)計與選型 65 塔徑的計算 65 塔高的計算 68 塔板的設(shè)計與布置 68第六章 塔體設(shè)計 80 T101塔體初步設(shè)計 80 初步設(shè)計 80 接管的設(shè)計 80 T201塔體初步設(shè)計 82 初步設(shè)計 82 接管的設(shè)計 82 T301塔體初步設(shè)計 84 初步設(shè)計 84 接管的設(shè)計 84第七章 換熱器的設(shè)計與選型 86 T101換熱器的計算與選型 86 進(jìn)料換熱器E101的選用 86 塔頂冷凝器E102的選用 86 再沸器E103的選用 87 T201換熱器的計算與選型 87 進(jìn)料換熱器E201的選用 87 塔頂冷凝器E202的選用 87 再沸器E203的選用 88 T301換熱器的計算與選型 88 進(jìn)料換熱器E301的選用 88 塔頂冷凝器E302的選用 89 再沸器E303的選用 89第八章 設(shè)計結(jié)果匯總表 90第九章 小 結(jié) 96 設(shè)計陳述 96 體會和收獲 96參考文獻(xiàn) 97致 謝 98第一章 總 述 前言“烴”就是碳、氫兩種元素以不同的比例混合而成的一系列物質(zhì)。C5C16的烴在常溫常壓下是液態(tài)，我們就叫它液態(tài)輕烴。輕烴永遠(yuǎn)與石油、天然氣共存。所以設(shè)計合理優(yōu)化的輕烴分離裝置，在化工生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。常壓精餾：精餾在常壓下進(jìn)行。精餾過程中，傳熱、傳質(zhì)過程同時進(jìn)行，屬傳質(zhì)過程控制。氣、液相回流是精餾操作的重要特點(diǎn)。(1)按相對揮發(fā)度遞減的順序逐個從塔頂分離出各種組分。(5)進(jìn)料中含量很高的組分盡量提前分出上述五條規(guī)則在實(shí)際應(yīng)用中常常是相互矛盾的，根據(jù)某些規(guī)則導(dǎo)出一個塔序，而從另外 規(guī)則又導(dǎo)出不同的塔序。 產(chǎn)品性能用途 (一)液化氣產(chǎn)品高壓或低溫液化的石油氣，是由丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、不飽和烴等組成；具有污染少、發(fā)熱量高、壓力穩(wěn)定、儲存設(shè)備簡單、供應(yīng)方式靈活等特點(diǎn)。生產(chǎn)方法：石油煉廠和石油化工廠的副產(chǎn)品。 (三)正戊烷無色液體，具有微弱的薄荷香味；極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；遇明火、高熱極易燃燒爆炸。大慶原油的汽油餾分中正戊烷約占8%勝利原油的碳五餾分中正戊烷約占3%通過戊烷分離塔或分子篩分離可得正戊烷和異戊烷。極易揮發(fā)著火，極易燃易爆其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。產(chǎn)品用途：正己烷的主要作溶劑、如丙烯等烯烴聚合時的溶劑、食用植物油的提取劑、橡膠和涂料的溶劑以及顏料液化氣的使用涉及有色金屬冶煉、窯爐培燒、汽車燃料、居民生活等領(lǐng)域。 生產(chǎn)現(xiàn)狀正戊烷的生產(chǎn)現(xiàn)狀：目前，國內(nèi)戊烷生產(chǎn)技術(shù)主要來自于天津大學(xué)和北京化工研究院。 發(fā)展前景 戊烷混合烴在我國的儲量與液化石油氣產(chǎn)量相當(dāng)，作為一次能源替代液化氣、柴油、電等二次能源，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，作為天然氣投入產(chǎn)出不經(jīng)濟(jì)市場的有益補(bǔ)充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。在天然氣、液化氣無法滿足經(jīng)濟(jì)生活增長需求的情況下，戊烷燃料將是一些地區(qū)未來較長一段時間內(nèi)的理想燃料。 工藝流程設(shè)計 工藝方案 表11 原料組成表序號原料組分組成，m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計 （一）由產(chǎn)品要求將原料分為四組：A丙烷，異丁烷，正丁烷 B 異戊烷C 正戊烷，異己烷 D 正己烷根據(jù)以下原則，來選擇最佳方案： 　　。(二)生產(chǎn)方案的確定圖21 方案流程圖優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)料中含量多的組分提前分離，減少了后續(xù)塔的流率及再沸器的熱負(fù)荷，節(jié)約能耗和設(shè)備費(fèi)用，同時分離很高回收率的組分的塔放在了塔序的最后，這時非關(guān)鍵組分減少了，使得塔徑減小，進(jìn)而減少了設(shè)備費(fèi)用。各組分原始數(shù)據(jù)表如下：表31 原料各組分性質(zhì)及原料數(shù)據(jù)匯總編號組分M摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計10017083100先假設(shè)回收率，看回收率是否合格。T301取輕關(guān)鍵組分為異戊烷，重關(guān)鍵組分為正戊烷，回收率為99%，設(shè)進(jìn)料為100 kmol/h，則可估算物料平衡如下表：表34 T301估算物料平衡表組分進(jìn)料，kmol/h塔頂，kmol/h塔釜，kmol/h正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計異己烷的純度：﹥98%，所以合格。則塔頂壓力=+=+=.，采用板式塔，設(shè)Np=26塊，設(shè)單塊塔板壓降為P=,Pw=+NpP=+26=.△==。(2)求塔底溫度TW由前面計算可知，Pw=，用泡點(diǎn)方程進(jìn)行驗(yàn)證。 確定最小回流比由Underwood[3]公式： (32) (33)取飽和液相進(jìn)料q=1，由式（32）來試算θ的值，示例列于表311：表310 T101確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成，mol%θ=丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計由表311得到，當(dāng)θ=，將θ=（33），計算得=。所以，=12，=16，進(jìn)料位置在第17塊板。表313 T101進(jìn)料溫度基本數(shù)據(jù)組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計，%,atm (80℃)所以，進(jìn)料溫度=80℃。表316 T201塔頂溫度基本數(shù)據(jù)組分丁烷異戊烷戊烷異己烷己烷合計,atm（50℃）,atm（45℃）所以，=45℃。 確定最適宜的回流比由公式(32)、(33)計算，取飽和液相進(jìn)料，進(jìn)行θ試差，得到下表：表319 T201確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=正丁烷異戊烷續(xù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=異己烷正己烷合計所以，θ=，代入式(33)，計算得=。進(jìn)料在第49塊板。(二) 塔頂塔釜溫度的確定(1)塔頂溫度由前可知，=，由露點(diǎn)方程=1試差，即。 驗(yàn)證T301清晰分割是否成立以重關(guān)鍵組分正戊烷為基準(zhǔn)，則有= /。表329 T301求適宜的R及N計算數(shù)據(jù)表R/RmRXYNN（R+1）以R/Rm為x軸，N（R+1）為y軸作圖可得：圖33 T301最小回流比示意圖由圖33得到，當(dāng)R/Rm=，R=，=。 進(jìn)料溫度及壓力的確定由前面計算知道，=，利用泡點(diǎn)方程試差法=，求。℃)= kJ/(kgLh39。提餾段：how =6mm。(4)降液管 ①底隙高h(yuǎn)b因?yàn)椴捎冒夹问芤罕P，所以降液管底隙高h(yuǎn)b等于盤深，即。(3)塔板開孔率由適宜閥孔氣速求開孔率精餾段：臨界閥孔氣速：== =空塔氣速：= 4VS/=4（3600）=開孔率：=100％=%由《化工原理課程設(shè)計》第142頁附十圖查標(biāo)準(zhǔn)系列，%。(4) 塔板布置① 區(qū)域劃分：對于分塊式塔板：～110mm，～90mm：溢流堰到離它最近的一排浮閥中心線的距離。：液相體積流率。綜上，單板壓降為：=+= m(液柱)檢驗(yàn)：1000/13600=＜6mmHg所以，T101精餾段設(shè)計基本合理。所以，=max()=%。(3)降液管內(nèi)的液面高度 可由公式計算求得，其中：踏板上溢流堰出口處的液面高度，m。：液體流過降液管時的阻力損失，m液柱。 取相對泡沫密度ψ= =(+)=可知滿足要求，塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)合理?？梢?，漏液在正常操作范圍內(nèi)。表510 T101提餾段負(fù)荷性能匯總，481214過量霧沫夾帶線，淹塔線，過量漏液線，液相負(fù)荷下限，降液管超負(fù)荷，(6)(3)(1)MVh，m3/hLh，m3/h (6)(5)(5)(4)(4)(3)(2)(2)(1) 圖54 T101提餾段負(fù)荷性能圖M點(diǎn)為操作點(diǎn)，操作線與邊界線兩交點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為=262m3/h，=操作彈性：K= 提餾段的操作彈性不在在3～4范圍內(nèi),誤差分析見小結(jié)部分。 45m3/h，符合要求。所以選平口堰合適。②降液管的面積及寬度查《化工原理課程設(shè)計》附十圖得到表58：表515 T201降液管標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)直徑，mm堰長，mm寬度，mm板間距，mm降液管面積，cm2Ad/AT，%1000714150450770（二）塔板布置 塔徑=800mm，采用分塊式塔板。②提鎦段：== m/s空塔氣速：= 4VS/= m/s開孔率：=%由《化工原理課程設(shè)計》第142頁附十圖查標(biāo)準(zhǔn)系列，%，浮閥個數(shù)為76。單板壓降計算公式：hp=++（以液柱高度表示）式中，：干板壓降，：液層壓降，：克服液體表面張力壓降精餾段 ①干板壓降浮閥全開前=浮閥全開后=52= =（液柱）②液層壓降=β（+）充氣系數(shù),一般可取β=～,所以取β=. ：出口堰高 m：堰上液頭高，對平口堰可用。how=（液柱）=50mm=所以，=β（+）=（+）=(液柱)克服液體表面張力的壓降h很小，可以忽略。（2）霧沫夾帶量：根據(jù)《化工原理課程設(shè)計》第（246a）(246b)核算泛點(diǎn)率，取一下兩者大者： 式中，=1－2= 7854－2770=6314cm2=精餾段： m2/s由，查《化工原理課程設(shè)計》圖217得到=，查表24得到，代入上述兩個公式中得到：=%,=%。 提餾段：同理可得==%，=%所以，=%＜65%～70%，合適。對于浮閥塔可忽略不計。提餾段：= =+++=。提餾段： =所以＞，合適。操作彈性：K=VM/VN =操作彈性均在3～4范圍內(nèi)，符合要求，計算合理。 塔高的計算（一）有效段高度（二）塔釜高度HB 取塔釜停留時間為10分鐘：HB=4/πD2=410/60=進(jìn)料段高度HF=，塔頂高度HD=，塔高：H=HD+HF+HB++= 塔板的設(shè)計與布置（一）溢流裝置(1)板上溢流形式的確定由選擇單溢流Lh 45m3/h，符合要求。②堰高：hw=50mm③溢流堰的型式采用平口堰由公式how=驗(yàn)證精餾段：how =6mm。(3)受液盤為保證側(cè)線采出的連續(xù)均勻，造成良好的正液封，并對改變液體流具有緩沖作用，有利于氣泡分離，全塔采用凹型受液盤，且不設(shè)進(jìn)口堰，盤深50mm。 (2)浮閥的排列：采用叉排式，等邊三角形排列 邊長取75mm，高隨開孔率變更。：塔壁到離它最近的閥孔中心線的距離：受液區(qū)WC分布區(qū)邊緣區(qū)WFWd鼓泡區(qū)降液區(qū)破沫區(qū)圖59 塔板區(qū)域