【導讀】指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。

　　

【正文】 經(jīng)丙烯冷卻器冷卻至 40℃ 后送出裝置，即為目標產(chǎn)物丙烯；而塔底物料大部分為丙烷，經(jīng)過丙烷冷卻器冷卻至 40℃ 后，用丙烷送出泵送出裝置。在塔 圖 3 丙烯精餾段流程圖 釜有再沸器作用。流程圖如圖 3 所示 。 精餾工段工藝計算 原始數(shù)據(jù) 根據(jù)已知條件，設(shè)計初始數(shù)據(jù)如表 3 所示： 年產(chǎn) 8 萬噸丙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計（精餾工段） 第 12 頁 (共 47 頁 ) 表 3 原始數(shù)據(jù)列表 物料名稱 進料組成 重量 % 塔頂 組成 重量 % 塔釜組成 重量 % 丙烯 丙烷 丁烷 0 設(shè)定其操作壓力為 P=(表壓 )， 計劃每年生產(chǎn) 8 萬噸丙烯。 物料衡算 確定關(guān)鍵組分 按多組分精餾確定關(guān)鍵組分； 揮發(fā)度高的丙烯作為輕關(guān)鍵組分在塔頂分出； 揮發(fā)度低的丙烷作為重關(guān)鍵組分在塔釜分出。 計算每小時塔頂產(chǎn)量（每年的操作時間按 8000 小時計算） 由題目給定的原始數(shù)據(jù)可以得到 每小時塔頂?shù)漠a(chǎn)量為 80000000/8000=10000kg/h。 計算塔釜重量組成 設(shè)計比丙烷重的全部在塔底，比丙烷輕的全部在塔頂。 以 100kg 進料為基準 則由式 WPF ?? (1) 可列出各組分的關(guān)系式如表 4 所示： 表 4 各組分的含量 組 分 進料量（ kg） 餾出液量（ kg） 釜液量（ kg） 丙 烯 丙 烷 丁 烷 0 共 計 100 P 從而可以列出式??????????WPWPW1 0 0% 5 0 1 5 (2) 或 ??? ?? ?? WP WP10 0 15 (3) 過程論述 第 13 頁 (共 47 頁 ) 解得 ?? PW 丙烷所占的百分比為 % ??? ?? WP P? 丁烷所占的百分比為 % B ???? WP? 將重量百分比換算成摩爾分數(shù) 按下式計算 CCBBAAAAA /// / MMM MX ??? ? ??? (4) 有關(guān)數(shù)據(jù)如表 5 所示： 表 5 各組分子量 組分 分子式 分子量 丙烯 C3H6 丙烷 C3H8 丁烷 C4H10 計算舉例：丙烯進料摩爾組成： ????X 同理可以得到各物質(zhì)的摩爾分數(shù)列于表 6 表 6 各組分的摩爾分數(shù) 計算進料量和塔底產(chǎn)量 根據(jù)進料、塔頂產(chǎn)量和塔底產(chǎn)量的關(guān)系有： ??? ??????? WPF XWXPXF WPF （ 5） 因為 10000kg/hP ? ,有 ??? ?? ??? WF WF10 000 15 00093 所以得到： 組分 進料摩爾數(shù) 塔頂產(chǎn)品摩 爾分數(shù) 塔釜液摩爾分數(shù) 丙烯 丙烷 丁烷 0 共計 1 1 1 圖 4 精餾塔物料流程圖 年產(chǎn) 8 萬噸丙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計（精餾工段） 第 14 頁 (共 47 頁 ) kg / 4?W k g / 0 84 0 00 0 ???F 從而有關(guān)系圖如圖 4 示 物料衡算結(jié)果列表 綜合以上計算結(jié)果可以得到物料衡算一覽表如表 7 所示： 表 7 物料計算一覽 組分 C3H6 C3H8 C4H10 共計 分子量 — 進 料 kg/h kg% 100 Mol% 100 塔 頂 kg/h 0 — Kg% 0 100 Mol% 0 100 塔 釜 kg/h — Kg% 100 Mol% 100 塔溫的確定 計算進料溫度 由已知條件知操作壓力為 )絕對壓 力(M P a8 0 ?P 假設(shè)泡點進料溫度為 45℃ ，查參考書（ 1） P2022，圖 23 得到平衡常數(shù) K 值如表 8 所示： 表 8 45℃ 下進料物料的平衡常數(shù) 進料 Xi Ki XiKi C3H6 C3H8 C4H10 共計 1 則有 0 1 6 7 3 1 ???????? ii XK 所以定塔進料溫度為 45℃ 。 過程論述 第 15 頁 (共 47 頁 ) 確定塔頂溫度 假設(shè)塔頂露點溫度為 44℃ ，同理查圖得 K 值列于表 9 所示： 表 9 44℃ 下塔頂物料的平衡常數(shù) 塔頂物料 yi≈Xi Ki yi/Ki C3H6 C3H8 C4H10 0 0 共計 因為有 ??iiKy ，所以頂塔頂溫度為 44℃ 。 確定塔釜溫度 同理假設(shè)塔釜溫度為 54℃ ，查得相關(guān)平衡常數(shù)如表 10 所示： 表 10 54℃ 塔釜物料的平衡常數(shù) 塔釜物料 Xi Ki XiKi C3H6 C3H8 C4H10 共計 1 因為 ?? ii XK 超過 2%，溫度過高 。 再假設(shè)塔釜溫度為 51℃ ，同樣得到平衡常數(shù)列于表 11 表 11 51℃ 塔釜物料的平衡常數(shù) 塔釜物料 Xi Ki XiKi C3H6 C3H8 C4H10 共計 1 因為 ????????? ii XK 所以確定塔釜溫度為 51℃ 。 塔板數(shù)的計算 年產(chǎn) 8 萬噸丙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計（精餾工段） 第 16 頁 (共 47 頁 ) 最小回流比計算 （ 1） 求相對揮發(fā)度 依據(jù)式： jiij / KK?? (6) 計算舉例 ： 查得丙烯在 44℃ 和 51℃ 下的 K 值為 ??K ， ??K 得到 0 4 ???? ?? KKK 同樣查得丁烷在 44℃ 和 51℃ 下的 K 值 ??K ??K 得到 3 2 ???? ?? CKKK 其相對揮發(fā)度為 ??? KK? 同理算得其它相對揮發(fā)度如表 12 所示： 表 12 各組分相對揮發(fā)度 組分 K44℃ K51℃ Ki Ki/Kj 丙烯 丙烷 丁烷 1 （ 2） 求 ?值 根據(jù)參考書 （ 1） P54，式 2135 qX ???? 1ji Fiij ??? (7) 因為泡點進料 1?q 則有 111 10 0 1 9 5 0 6 7 9 5 3 9 3 1 3 ??? ??????? ??? 整理得 2 ??? ?? 解得 )舍去0 0 0 9 (9 1 6 ?? 因為 ? 應(yīng)在 2 種相對揮發(fā)度之間。 求最小回流比，據(jù)參考書（ 1） P54（ 2136）式 1m inji iPij ???? RaXa ? (8) 最小回流比為 59 91 00 99 Piijm i n ??????????? ? ?a XaR 計算最小理論板數(shù) 由已知數(shù)據(jù)可以得到： 過程論述 第 17 頁 (共 47 頁 ) 塔頂丙烯 ——丙烷的相對揮發(fā)度為 塔釜丙烯 ——丙烷的相對揮發(fā)度為 ??a 則有 1 1 6 1 3 wp ???? aa? 根據(jù)參考書（ 1） P52 式（ 2131） ABWBADBAm in lg/lgaXXXXN ???????? ????????????????? (9) 有 （塊） m i n ??????? ?????????????N 則確定最小的理論塔板數(shù)為 塊。 塔板數(shù)和實際回流比的確定 假定 R 值為 15 則可以由 1min??RRR 查參考書 (2)P293 圖 636 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖查得 1min??NNN 計算舉例： 取 R=15 則有 in ???R RR 查圖得 in???N NN 解得 N= 同理可以得到當取不同 R 值時 N 的變化列表 13 所示 ： 表 13 不同回流比下對應(yīng)的塔板數(shù) R （ RRmin） /（ R+1） （ NNmin） /（ N+1） N 13 14 15 16 由上表中可以看到塔板數(shù)在 R=～ 15 之間變化為最慢 ∴ 取 ?N 塊考慮到板效率取實際板 100T ?N 塊 計算板效率：按參考資料（ 1） （ 254）式 P141 % ??? NNE (10) 年產(chǎn) 8 萬噸丙烯的生產(chǎn)工藝設(shè)計（精餾工段） 第 18 頁 (共 47 頁 ) 確定進料位置 按參考資料 (3)P1356 因為是泡點進料，所以用 (733)式 ????????????????????????????????????????1 0 0lo g2 0 gSr2phwlflfhsrNNXXXXPWNN (11) 其中 sN 為提餾段塔板數(shù)， rN 為精餾段 塔板數(shù) 帶入數(shù)據(jù)可以得到： ??????????????? ???????????????????1 0 00 0 3 1 5 9 3 0 6 7 1 0 0 0 0 4 4l o g2 0 o gSr2srNNNN 解得 ?N ?N 所以進料位置為從塔頂?shù)?62 塊板進料。 全塔熱量衡算 冷凝器熱量 衡 算 如圖 5 示，塔頂冷凝器的熱量衡算可以由熱量衡算公式 PHHRQ ))(1( LPVPp ??? (12) 其中 VviiVP )( 混合HHYH ??? ? LLiiLP )( 混合HHXH ??? ? VPH ——每公斤分子塔頂蒸汽的焓 kJ/kg lPH ——每公斤分子塔頂液產(chǎn)品的焓 kJ/kg viH ——每公斤分子氣相純組分 i的焓 kJ/kg liH ——每公斤液相純組分 i的焓 kJ/kg 0)( V ?? 混合H 0)( L?? 混合H 查參考資料 (4) 圖 105， 104 P158159 丙烯 kcal / ?H ； kcal/ li ?H 丙烷 kcal / ?H ； kcal/kg29li ?H 圖 5 塔頂冷凝器 過程論述 第 19 頁 (共 47 頁 ) c a l1 0 6 9 6 5 5 0)(1 0 0 0 0)())(1(k c a l / k 0 3 9 6 k c a l / k 0 3 9 6 7plPVP?????????????????????PHHRQHHLPVP 再沸器的衡算 如右圖所示，再沸器的熱量衡算可按式 PHHRQ ))(1( LWVWW ??? (13) (再沸器熱 損失忽略不計 ) VWH ——每公斤分子由再沸器上升的蒸汽的焓 kJ/kg lwH ——每公斤分子釜液的焓 kJ/kg 查參考資料 (4)104， 105， 106 P158160 丙烯 k cal / k ?H kcal/ ?H 丙烷 kcal /kg102vi ?H kcal/kg34li ?H 丁烷 k cal / k ?H kca l/ ?H c a l4 4 3 5 3 8 7 0)(1 0 0 0 0)())(1(k J / k 1 8 2 2 k J / k 1 8 2 2 7WLWVW?????????????????????????PHHRQHHLWVW 全塔熱量衡算 對于全塔的熱量衡算可以用式 損失WHPHFHQ ????? PLWLPfw (14) fH ——每公斤進料的焓 kJ/kg 查圖 104， 105， 106 P158160 丙烯 k