【正文】 從而實現(xiàn)精餾塔內(nèi)的氣液兩相間的熱量及動量傳遞。 本設(shè)計選取的是板式塔，相較而言，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)范圍較大，而填料塔則對液體噴淋量有一定要求；在安裝維修方面，板式塔相對比較容易進行；由于 所設(shè)計的塔徑較大，所以在造價上，板式塔比填料塔更經(jīng)濟一些；而且，板式塔的重量較輕，故選擇板式塔。 一個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)。 簡單精餾中，只有一股進料，進料位置將塔分為精餾段和提餾段，而在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。 精餾塔 精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設(shè)有進料板。為實現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的存儲、輸送、傳熱、分離、控制等的設(shè)備、儀表。 精餾過程在能 量劑驅(qū)動下，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，實現(xiàn)原料中各組分的分離。其中，簡單蒸餾與平衡蒸餾只能將混合物進行初步的分離。 鑒于設(shè)計者經(jīng)驗有限，本設(shè)計中還存在許多錯誤，希望各位老師給予指正。 過程工藝與設(shè)備課程設(shè)計任務(wù)書 —— 丙烯 丙烷精餾裝置設(shè)計 丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 2 前 言 本設(shè)計說明書包括概述、流程簡介、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備、管路設(shè)計和控制方案共七章。 說明中對精餾塔的設(shè)計計算做了詳細的闡述，對于再沸器、輔助設(shè)備和管路的設(shè)計也做了說明。 感謝老師的指導(dǎo)和參閱！ 目 錄 1. 概述 ……………………………………………………… 3 2. 方案流程簡介 …………………………………………… 5 3. 精餾過程系統(tǒng)分析 ……………………………………… 6 4. 再沸器的設(shè)計 …………………………………………… 18 5. 輔助設(shè)備的設(shè)計 ………………………………………… 24 6. 管路設(shè)計 ………………………………………………… 30 7. 控制方案 ………………………………………………… 33 設(shè)計心得及總結(jié) …………………………………………… 34 附錄一 主要符號說明 ……………………………………… 35 附錄二 參考文獻 ……………………………… …………… 37 附錄三 塔計算結(jié)果表 ……………………………………… 38 附錄四 再沸器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表 ……………… 39 附錄五 工藝流程圖 ………………………………………… 40 丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 3 1. 概述 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。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現(xiàn)。該過程是同時進行的傳質(zhì)、傳熱的過程。 所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器等 。兩相在塔板上相互接觸時，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被部分冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物 中的組分得到高程度的分離。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。實現(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。 在眾多類型的板式塔中，選擇了溢流型篩板塔，相比較其它類丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 4 型的板式塔，溢流型篩板塔價格低廉，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)點也為之提供了廣闊的應(yīng)用市場。其形式主要有立式熱虹 吸再沸器、臥式熱虹吸再沸器、強制循環(huán)式、釜式再沸器和內(nèi)置式再沸器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。 ▲結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。 ▲塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。 . 冷凝器 （設(shè)計從略） 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(zhì)得以進行，最常用的冷凝器是管殼式換熱器。 流程如下： 原料（丙稀和丙烷混合液體）經(jīng)進料管由精餾塔中某一位置（進料板處）流入塔內(nèi)，開始精餾操作；當(dāng)釜中的料液建立起適當(dāng)液位時，再沸器進行加熱，使之部分汽化返回塔內(nèi)。 將塔頂蒸氣凝液部分作為塔頂產(chǎn)品取出，為餾出物；另一部分作為回流返回塔頂。當(dāng)流至塔底時，被再沸器加熱部分汽化，氣相返回塔內(nèi)作為氣相回流，而液相則作為塔底產(chǎn)品采出。 . 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(dāng)位置設(shè)置必要的儀表，以及時獲取壓力、溫度等各項參數(shù)。 . 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(yīng)在適當(dāng)?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(shè)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 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 6 3. 精餾過程系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計條件 工藝條件：飽和液體進料，丙烯含量 xf＝ 65％（摩爾分?jǐn)?shù)） 塔頂丙烯含量 xD＝ 98％，釜液丙烯含量 xw≤ 2％，總板 效率為。 塔板形式：篩板 處理量： qnf=70kmol/h 塔板設(shè)計位置：塔底 物料衡算及熱量衡算 . 物料衡算： qnF=qnD+qnW xFqnF=xDqnD+xWqnW 解得結(jié)果： xD=．求質(zhì)量流量： MD=*42+*44= kg/kmol。 MF=*42+*44= kg/kmol 則 qMD = xD?MD/3600 =。 qnV =(R+1)?qnD。=qnL+q?qnF。=qnV(1q)?qnF。=qnV39。 丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 7 其中 q=1； 則： qnL’ =qnL+qnF。?r39。 則塔底壓力可以通過公式： P=N**460*。 int n=1。a,amp。d2,amp。w2） 。 x=y/(a(a1)*y)。 for(。 x=y/(a(a1)*y)。amp。 else continue。 n=n+1。n++) { y=w1*x+w2。 if(xamp。()) break。} printf(total=%d\n,n)。 迭代結(jié)果： 第一次：首先假設(shè) 100 塊實際板。 再通過精餾線與 q 線的交點。 帶入程序，得理論進料為 51塊板，理論總板數(shù)為 108 塊（包括釜） 則實際板數(shù)為（ 1081） /= 塊。 利用 excel 計算出塔底壓力 ，α = 計算出 d1= ， d2= 。 計算出 w1 ， w2= 。 第二次迭代得到的結(jié)果與假設(shè)接近，可認(rèn)為收斂。 回流比 R= 塔底壓力 P=+N**460*（絕） 塔底溫度：已知在 P= t= ℃； P= t= ℃； 插值得： t=℃ 流量：精餾段： qmLs=R?qmDs=(R+1)?qmDs = 提餾段： qmLs’ =qmLs+qmFs=’ = qmVs = ．計算結(jié)果 名 稱 數(shù) 值 理論塔板數(shù) NT 109 進料板位置 NF 51 回流比 R 相對揮發(fā)度 α 塔頂產(chǎn)品量 qnD , mol/h 塔底產(chǎn)品量 qnw ,mol/h 精餾段氣相流量 qnv kg/s 精餾段液相流量 qnl , kg/s 提餾段氣相流量 qnv39。 kg/s 塔頂溫度 tbD ℃ 塔底溫度 tbw ℃ 塔頂壓力 PD MPa （絕） 塔底壓力 Pw MPa （絕） 丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 11 精餾塔工藝設(shè)計 . 物性數(shù)據(jù) ， ℃下，丙烷的物性數(shù)據(jù)（以塔底為標(biāo)準(zhǔn)）：查得 氣相密度：ρ V =28kg/m3 液相密度：ρ L =460kg/m3 液相表面張力：σ =. 初估塔徑 氣相流量 ： qmVs’ =’ =qmVs’ /ρ qnVs=液相流量： qmLs’ =’ =qmLs’ /ρ qnLs=兩相流動參數(shù)： ???????? LVVqm LqmVLVqv LqvF ???? 設(shè)間距： TH = 查費克關(guān)聯(lián)圖得 20C = 氣體負(fù)荷因子 C： 20 20CC ???? ???? )(?= 液泛氣速 fu ： LVf VuC ?????=28 ?= 泛點率取fuu =， 操作氣速 u=所需氣體流道截面積 A： sVA u? =選取單流型，弓形降液管板，取 DTAA =，則TAA =1 DTAA = 故塔板截面積 AT=A/=， 68 ??? ?ATD丙烯 —— 丙烷精餾裝置設(shè)計任務(wù)書 12 塔徑 D： = m ,圓整：取 則實際塔板截面面積 TA = m2， 降液管截面積 DA = 氣體流道截面積 A= ，實際操作氣速 u=qV’ /A= 實際泛點率fuu =，在 ～ 之內(nèi) 且選 TH =， D= 符合經(jīng)驗關(guān)系 . 塔高的估算 實際板數(shù) 180 塊，初選塔板間距 ，則塔高 Z=180*=81m。 . 受液盤和底隙 取平形受液盤，底隙 hb取 液體流經(jīng)底隙的流速： ub=qvls’ /（ lw*hb） =（ *） =。 整個塔板面積 : 受液區(qū)和降液區(qū)面積 2Ad= ㎡ 入口安定區(qū)和出口安定區(qū) bs=60mm= 邊