【導讀】烷水溶液為設計課題。選用F1型單溢流浮閥塔為分離設備，以質(zhì)量守恒定律、物料。個，相鄰的兩排中心孔距。并通過塔板校核驗算，認為設計的精餾塔符合要求；氣液負荷性能圖也說明該裝置操作彈性合理。

　　

【正文】 定 以單位時間為基準，并忽略熱損失，利用熱量守恒原理進行衡算。()c VD VLQ V I I?? 因為： /V kmol h? ， mo lkJImo lkJI VLVD /,/ ???? 故： 3 2 6 0 . 5 4 ( 5 2 6 3 0 7 7 5 7 0 ) 8 1 3 1 7 8 6 7 . 6 /Q c k J h? ? ? ? ? 冷卻水消耗量 )( 12 ttCpc QcWc ?? 301?t 186。С， 342?t 186。С， 04 .1 8 /( . )Cp kJ kg C? 21 /( ) 4. 18 ( 34 30 )QcW c k g hCp t t? ? ?? ? ? 冷凝器 30 有機物 蒸氣 冷凝 器設計 選用 的總 體傳熱 系數(shù) 一般 范圍 為 500 ～ 1500 kcal/(m2h℃ ) 本設計取 )/(/(4180)/(1000 0202 Chmk a c lkJChmK c a lK ?????? 則： 采用逆流操作： Ctm ?? 2354 1 8 0 8 .2 7mQcAmKt? ? ???，實際選用應大于計算值的 倍，則應選用換熱面積為 2235 282m?? 根據(jù)所需傳熱面積，查找換熱器，找出如下列管式換熱器： 設備位號 設備名稱 數(shù)量 介質(zhì) 型號 面積 2m 溫度 ℃ 壓力 Mpa E111 精制塔頂冷凝器 1 EO/冷卻水 殼 /管 U 型管 282 70 再沸器 39。 /V kmol h? ，塔底采出按純水進行計算，查得 k mo lkJIk mo lkJI LWVW /。/ ???? ，帶入公式： 339。( ) 3 2 6 0 . 5 4 ( 2 4 1 . 8 2 8 5 . 8 3 ) 1 0 1 4 3 5 6 1 5 7 6 . 2 /B V W LWQ V I I k J h? ? ? ? ? ? ? ? 本裝置所用蒸汽為絕壓 200Kpa 的飽和水蒸氣，查《化工原理》附錄得，kgkJr /2214? 飽和水蒸氣用量為： 6484 2 / 64 /2214hW k g h T h? ? ?； 取用再沸器的傳熱系數(shù)為： )/(4 1 8 0)(*1 0 0 0 0202 ChmkJChmk c a lK ?????? 平均溫差為水的飽和蒸汽溫度，為 186。С，塔釜溫度為 146 186。С ?? 再沸器面積為 75541 80 25 .8BmQAmKt? ? ??， 實際應選用換熱面積為： 21. 2 75 5 90 6Am? ? ? 根據(jù)所需傳熱面積，查找換熱器，找出如下列管式換熱器： 31 設備位號 設備名稱 數(shù)量 介質(zhì) 型號 面積 2m 溫度 ℃ 壓力 Mpa E410 精 制塔釜再沸器 1 MS/塔釜液 殼 /管 固定管板 906 180 第 5 章 輔助設備及選型與計算 第 節(jié) 管道尺寸的確定 塔頂蒸汽餾出管線 3 2 6 0 . 5 4 / , 2 . 0 8 /SV k m o l h W k g s??，設： u =25m/s 32 . 0 8 8 . 3 1 4 3 1 8 . 1 5 0 . 4 2 /3 0 4 4 2 . 7 7S W s R TV m spM ??? ? ??， 0 . 4 2 0 . 1 50 . 7 8 5 0 . 7 8 5 2 5Vsdmu? ? ?? 圓整塔頂氣相餾出管線規(guī)格為： GB816387 DN160*5 mm。 塔頂冷凝液管線 3 2 6 0 . 5 4 / , 2 . 0 8 /SV k m o l h W k g s??，取 smu /? 32. 08 0. 00 25 /84 8. 9SV m s?? ，則 0 . 0 0 2 5 0 . 0 70 . 7 8 5 0 . 7 8 5 0 . 6 5Vsdmu? ? ?? 圓整冷凝液管線規(guī)格為： GB816387 DN80*5 mm。 原料入口管尺寸 取原料液入口管線的流速為 smu /2? 213 / /863SV m h m s? ? ?，則 0 . 0 6 0 . 1 9 5 1 9 50 . 7 8 5 0 . 7 8 5 2Vsd m m mu? ? ? ??， 32 圓整原料入口管線規(guī)格為 GB816387 DN205*4 mm。 再沸器升氣管 39。 3 2 6 0 .5 4 /V V km ol h?? ， 3 2 6 0 .5 4 2 0 1 8 .1 1 /3600SW k g s???取 smu /20? 31 8 . 1 1 8 . 3 1 4 4 1 9 . 1 5 1 1 . 4 6 /3 0 4 1 8 . 1 1SS W R TV m spM ??? ? ??1 1 . 4 6 0 . 7 3 7 3 00 . 7 8 5 0 . 7 8 5 2 0Vsd m m mu? ? ? ?? 圓整再沸器升氣管管線規(guī)格為 GB816387 DN850*8 mm。 第 節(jié) 回流罐的確定 （ 1）塔頂回流罐中液相物料的密度： 因塔頂水含量相當?shù)?，故塔頂回流罐中液相環(huán)氧乙烷水溶液中含水量較低，故密度近似為： 384 8. 9 /L kg m? ? （ 2）塔頂回流液的溫度為： 45℃ （ 3）回流罐高徑比定為 3:2，排空時間為 8 小時，裝填系數(shù)為 7 5 0 0 * 8 7 0 .6 88 4 8 .9LDTV ?? ? ?液 3m 2 7 0 . 6 8* 1 . 50 . 8 4 0 . 8VV D D?? ? ?液罐 3m 所以： D=， ??罐 m， 0. 8 5. 0HH??液 罐 m； 圓整為： DN4220*6330mm 第 節(jié) 回流泵的選擇 設計中，回 流泵選擇離心泵，其選擇的方法和步驟有以下幾點： （ 1）確定被輸送液體的物理和化學性質(zhì) 液體的物理和化學性質(zhì)包含溫度、粘度、密度、飽和蒸氣壓、腐蝕性和毒性等，是否含有固體粒子或氣泡，由此才能決定泵的種類和型號，確定泵零部件的材料、密封件的類型、防止泵腐蝕和汽蝕的措施等。 （ 2）確定泵的流量 根據(jù)生產(chǎn)條件的要求，計算出單位時間需要輸送的液體量，計算管路要求的外加33 壓頭，有效功率和軸功率，選擇泵的型號。 （ 3）計算泵的揚程 根據(jù)泵的流量和管路及裝置的情況，計算管路的液體阻力損失，計算出泵所需要的揚程，也可以 增加一定的裕量（ 5%~10%），以此作為選泵的的依據(jù)。 （ 4）校核電動機的功率 如果輸送介質(zhì)的密度與水的密度相差較大時，還應校核電動機的功率是否夠用。 若幾種型號的泵都能滿足操作要求，應當選擇經(jīng)濟且在高效區(qū)工作的泵。 已知： ?gP 200Kpa， 300KpatP? 所以： 1 2 0 0 0 0 0 8 4 8 .9 9 .8 1 5 2 4 1 .6 4gp p g h k p a?? ? ? ? ? ? ?， 2 3 0 0 0 0 0 8 4 8 . 9 8 9 . 8 1 1 8 . 3 4 5 2 . 4 1tP p g h k p a?? ? ? ? ? ? ?， 泵的輸送量為 LV =60m179。∕h，泵進出口阻力損失為 ?fH 20m， ?? 則： 3( 4 5 2 . 4 1 2 4 1 . 6 4 ) 1 01 5 . 3 2 0 5 8 . 68 4 8 . 9 9 . 8 1ef PH Z H mg?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 60 58 .6 9. 81 84 8. 9 8. 43600LeNe V H g?? ? ? ? ? ?Kw 根據(jù)流量、揚程、效率選擇出所用泵的型號為： IS8050250 型號 轉(zhuǎn) 速 r/min 流量3m /h 軸功率 Kw 揚程 m 效率 % 電機 Kw 允許汽蝕余量 m IS8050250 2900 60 19 75 70 22 第 節(jié) 安全附件 （ 1）在塔頂氣相管線上增設安全閥和緊急排空閥，回流罐頂部安裝罐頂壓力調(diào)節(jié)閥，以保證異常情況下確保安全。 （ 2）在塔頂，采用塔釜間接中壓蒸汽（ MS）給釜液加熱，以達到控制塔頂和塔釜溫度的目的。 （ 3）對于塔頂壓力，通過塔頂壓力控制自動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)塔頂來的蒸汽量以達到穩(wěn)定塔壓的目的。 （ 4）塔頂采出量和塔底采出量分別用回流罐液面調(diào)節(jié)和塔釜液面控制調(diào)節(jié)閥開34 度，以此實現(xiàn)全塔系統(tǒng)物料進出平衡的自動操作。 35 第 6 章 結(jié) 論 環(huán)氧乙烷作為重要的石油化工產(chǎn)品，是乙烯工業(yè) 衍生物中重要有機化工原料。隨著近些年來對環(huán)氧乙烷的旺盛需求，每年環(huán)氧乙烷產(chǎn)能的都在以 100萬噸左右的速度增長。本設計針對氧氣直接氧化法生產(chǎn)出的環(huán)氧乙烷，采用精餾塔提純環(huán)氧乙烷，使得塔頂產(chǎn)品環(huán)氧乙烷純度達到 %，塔釜殘液中環(huán)氧乙烷含量在 %以下。設計中主要以質(zhì)量守恒定律、物料衡算和熱力學定律為依據(jù)，對精餾塔和輔助設備進行了工藝和設備的設計參數(shù)計算，得出以下結(jié)論： 1）工藝方面 精餾塔采用 F1 型單溢流浮閥塔，溢流管為弓形降液管，全塔高 21m，塔板總數(shù)為 31 塊 ,塔頂溫度可設為 45℃ ， 塔釜溫度 可設為 146℃ ，精餾段塔徑為 4m，塔板堰長，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 1403 個，相鄰的兩排中心孔距 ；提餾段塔徑為 ，塔板堰長 ，板上液層高度 , 閥孔數(shù)為 809 個，相鄰的兩排中心孔距 。 本設計通過對塔板校核驗算，認為所設計的精餾塔符合任務要求；通過氣液負荷性能圖，也可以證實該裝置操作彈性是較為合理的。 本工藝采用的是國內(nèi)外較為成熟的技術，工藝路線較為先進，各項技術指標能夠滿足設計要求。 2）質(zhì)量控制方面 環(huán)氧乙烷屬于甲 A 類危險化學品，危險性極大，因此， 控制系統(tǒng)必須可靠。該設計儀表、連鎖控制手段較為齊全。對于塔頂壓力，是通過用塔頂餾出線的壓力控制閥加以自動調(diào)節(jié)，通過穩(wěn)定蒸汽量達到穩(wěn)定塔壓的目的。塔頂溫度和塔底溫度通過采用塔釜間接中壓蒸汽 (MS)加熱，用來維持全塔的溫度平衡?；亓鞴抟好婧退好娣謩e用塔頂采出量、塔底采出量嚴格控制，以保證全塔物料的平衡。通過以上手段，質(zhì)量 控制是可以保證的。 3）設備方面 在設備方面，本設計中的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、檢（維）修方便、制造成本較低、操作彈性較大等優(yōu)點。精餾塔本身的生產(chǎn)能力較大 , 塔板效率也是比較高的 , 塔 板壓力降較小 ,清洗塔板時方便容易。整個操作本質(zhì)安全性能較高，操作彈性較大，生產(chǎn)方式靈活，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到有效控制。所以。選用設備科學合理。 36 4)節(jié)能環(huán)保方面： 隨著國家對節(jié)能環(huán)保要求越來越高，本設計全部采用節(jié)能環(huán)保工藝，已達到節(jié)能環(huán)保的要求。如，利用塔釜液對原料液進行預熱，可以充分利用能源，降低物耗和能耗，等等。由于精餾過程本身是耗能的過程，因此，如何降低能耗也是今后要不斷進一步研究的課題。生產(chǎn)中的跑冒滴漏現(xiàn)象本身是不環(huán)保的，因此，加強設備管理，杜絕設備的跑冒滴漏是非常重要的?？偟膩碚f，本設計在節(jié)能環(huán)保方面 是符合要求的。 5)在安全方面： 通過環(huán)氧乙烷理化性質(zhì)可知，它是甲類危險化學品，閃點低，爆炸范圍廣，危險性極大。在國內(nèi)外都曾發(fā)生過著火爆炸事故，因此，在從事環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)、使用、儲存等環(huán)節(jié)中，安全工作至關重要。要從工藝安全、設備安全和安全管理方面多管齊下，認真操作，嚴格控制，精心管理，措施落實到位，確保安全生產(chǎn)。本設計中為保證壓力穩(wěn)定，在塔頂 餾出線設置了壓力控制閥；為調(diào)節(jié)頂部壓力， 回流罐頂部設有壓力調(diào)節(jié)閥；為緊急撤壓確保安全，在塔頂裝有投一備一的并聯(lián)安全閥和一個緊急排空閥；關鍵機泵設置了自啟動功能；按照規(guī)范 ，在易泄漏的危險物料區(qū)域設置了可燃性氣體報警儀。整個裝置采用了較為先進的儀表控制系統(tǒng)，如果在操作過程中發(fā)生異常，裝置會自動調(diào)節(jié)，聯(lián)鎖會起到保護作用，可使影響或損失降到最低，達到本質(zhì)安全的作用。 本設計總體來看，較為準確，一般情況下操作安全，操作彈性較大，能滿足生產(chǎn)任務的要求。設有自動控制系統(tǒng)能保證一定的塔效率，輔助設備能有一定的操作裕量，同時在設計中選用了節(jié)能型工藝流程，具有一定的優(yōu)越性。 通過此次環(huán)氧乙烷精餾塔的工藝設計，能夠滿足生產(chǎn)要求。 37 重要符號一覽表 英文字母 Aa 塔板的 開孔區(qū)面積， m2 Af 降液管的截面積 , m2 Ao 篩孔區(qū)面積 , m2 AT塔的截面積 m2 C負荷因子 無因次 C20表面張力為 20mN/m 的負荷因子 do篩孔直徑 D塔徑 m ev液沫夾帶量 kg 液 /kg 氣 ET總板效率 R回流比 Rmin最小回流比 M平均摩爾質(zhì)量 kg/kmol tm平均溫度 ℃ g重力加速度 Fo篩孔氣相動能因子 kg1/2/() hl進口堰與降液