化工原理课程设计--丙烯丙烷精馏塔及其辅助设备的工艺设计.docx

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1、化工原理课程设计丙烯丙烷精储塔及其辅助设备的工艺设计本课程设计说明书包括概述、流程简介、精储塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案等七章内容。说明书中对精储塔的设计计算做了详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了说明。由于此次设计时间紧张，设计者经验有限，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指IFo感谢老师的指导和参阅！目录第一章概述11.1 精储塔11.2 再沸器11.3 冷凝器（设计从略）1第二章方案流程简介32.1 精储装置流程32.2 工艺流程3第三章精储塔工艺设计53.1 设计条件53.2 物料衡算及热量衡算53.3 塔板数的计算63.4 精储塔工艺设计7第四章再沸器

2、的设计154.1 设计任务与设计条件154.2 估算设备尺寸164.3 传热系数的校核164.4 循环流量的校核19第五章辅助设备的设计255.1 辅助容器的设计255.2 传热设备265.3 泵的设计27第六章管路及贮罐设计336.1 管路设计336.2 、贮罐容积估算表33第七章总结37附录一主要符号说明39附录二主要参考文献41第一章概述精储是分离分离液体混合物最常用的一种单元操作，所用设备主体核心设备是精储塔，辅助设备包括再沸器、冷凝器、储罐、预热器及冷却器。1.1 精微塔精储塔是精储装置的主体核心设备，气、液两相在塔内多级逆向接触进行传质、传热，实现混合物的分离。精储塔是一圆形筒体，

3、塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。常规或简单精储塔设有一个进料口，进料位置将塔分为精储段和提储段两段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精储塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。1.2 再沸器再沸器是精储装置的重要附属设备，用以将塔底液体部分汽化后送回精储塔，使塔

4、内气液两相间的接触传质得以进行。本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。立式热虹吸特点： 循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。结构紧凑、占地面积小、传热系数高。 壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。 塔釜提供气液分离空间和缓冲区。1.3 冷凝器（设计从略）用以将塔顶蒸气冷凝成液体,部分冷凝液作塔顶产品,其余作回流液返回塔顶,使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。第二章方案流程简介2.1 精馈装置流程精储就是通过多级蒸储，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并

5、进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精储塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精储操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为储出物。另一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。2.2 工艺流程1、物料的储存和运输精储过程必须在

6、适当的位置设置一定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以暂时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳定的运行。2、必要的检测手段为了方便解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的仪表，以及时获取压力、温度等各项参数。另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。3、调节装置由于实际生产中各状态参数都不是定值,应在适当的位置放置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进行切换。设备选用精储塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。处理能力及产品质量处理量：70kmo1h产品质量：（以丙稀摩尔百分数计）进料：xf=6

7、5%塔顶产品：xD=98%塔底产品:xwW2%第三章精播塔工艺设计3.1设计条件工艺条件：饱和液体进料进料丙稀含量xf=65%（摩尔百分数）塔顶丙稀含量xD=98%釜液丙稀含量xw2%总板效率为0.6o2 .操作条件：1）塔顶操作压力：P=1.62MPa（表压）2）加热剂及加热方法：加热剂水加热方法间壁换热3）冷却剂：循环冷却水4）回流比系数：RRmin=1.43 .塔板形式：筛板4 .处理量：qnfh=70kmo1h5 .安装地点：大连6 .塔板设计位置：塔顶3.2物料衡算及热量衡算1、物料衡算qnD+qnW=qnF,D+qnWxW=qnFxFqnD=45.9kmo1h;qnW=24.1km

8、o1h塔内气、液相流量：1）精储段：n1=RqnD.QnV=Qn1+QnD=（R+1）.2）提储段：q联1qn1+cIcInF.QnV-2、热量衡算v，丁1）再沸器热流量：y再沸器加热蒸气的质量流量：Gr=Qr/rR2)冷凝器热流量：QC=Vrv冷凝器冷却剂的质量流量：GC=QC(cv(t2-t1)3.3塔板数的计算1、塔板计算：(试差法)1)相对挥发度的计算：塔顶操作压力(绝)：P=1.62MPa+0.IOIMPa=1.72IMPa在P-K-T图上，运用试差法查得：kA=1.00,kB=0.88,t=42oC;则a顶=kAkB=1136；假设精储塔的塔板数是200块，每块板的压降为IOOmm

9、H20；p=200*100mmH20=0.1963Mpa塔底压力(绝)为P=1.9173MPa在P-K-T图上，运用试差法查得：kA=1.1；kB=1.00,t=53oC；则底=kAkB=1.1/1.00=1.1；(X平均=(X顶+底)/2=1.118。2)逐板计算过程包括：泡点进料：q=1q代y=).67493;11+(6Z-1)xRnm=-R=1.3Rmin=17.1318;3)据得到的R值计算精储段的操作方程：y1=xD=0.98yyJnJnXna-(a-1)y1.118-1.118v+XdR+1nR+1：xf理论进料位置：第93块板到的R值计算提储段的操作方程：yyJnJnXna-(a

10、-1)y1.118-1.118vJY1JY1qn1+qqnFxnyn+=fZcIn1+c1c1nFQnW直至xnxW计算结束。理论板数：Nf=56Nt=118（不含釜）（具体EXCE1计算见附件一）由此得实际板数：80.6=1972、摩尔流量qri1=RqriD=17.1318*45.9kmo1h=786.34962kmo1hqnv-qn1+qnD=(786.34962+45.9)kmo1/h=832.24962kmo1hq%=qn1+qqriF=(786.34962+1*70)kmo1h=856.34962kmo1!hqnv=qnv=832.24962kmo1h3、相关方程：q线方程：X=X

11、1。65X=相平衡方程41.118-。也旦小人精储段操作线方程:R+1A+1=0.94485乙+0,05405提储段操作线方程：v_+YqnwYyn+1XnXWQn1+QQnF-QnWQn1WnF-QnW3.4精储塔工艺设计1 .物性数据操作条件：塔顶t=42oC,压强（绝）P=1.721MPa在此操作条件下，丙烯的物性数据：1）气相密度：P=1.721mpaP=28kgm32）液相密度：J-=，Pi代入数据得：0=4824g/加3）液相表面张力：=4.8mNm4）摩尔质量：M=42.0S1kgkmo12 .初估塔径（按精储段）1）塔高计算口1sp10.01907482HE=-1-0.22/3

12、Vsp34744V28、几E匚HT=O5m设间距：11查筛板塔泛点关联图得020=0065液泛气速K/：气体负荷因子：CM”/2。产=0048864W228=0.04886J=0.1967428取泛点率空塔气速：=0.7x0.19674=0.1377机3/S气相通过塔截面积：A=VJ=034744/0.1377=2.5232疗选取单流型、弓形降液管塔板，取AA=8-=1-=0.92则ATAT所以，塔板截面积A=A092=2.5232/0.92=27426疗D塔径D：由圆整后的数据可计算得:42.74261“cc=1.8692m314圆整后取D=1.8mAr=-D2=1.82=2.5434机2实

13、际塔板截面面积：44A=4*A=2.5434*0.08=0.203472方降液管截面面积：49A=Ar*=2.339928m气体流道截面面积：AT=匕=0.148483m/s实际气速：A1、一上七/叫=07547/一几代廿一36八实际泛点率：f（与所设值基本相符）2）塔高计算N=118/0.6=197实际塔板数块/Vp其中，精储段93块，提储段104块（不含釜）/曰班钻七f-*7=0.5*197=98.5m得:塔的有效图度乙。=2kmo1/h=1060.4/h釜液流出量：YWVmWQmW1060.433/Z7qvw=FTmmP1设釜液停留时间为20min釜液高度取3.5m进料处两板间间距增至0

14、.8m197块板，共设置20个人孔,每个人孔处H=05m裙座取5m塔顶及釜液上方气液分离高度取1.5m总塔高Z=Z。+Z+1.5*2+5=109.5m3 .塔板布置和其余结构尺寸的选取整个塔板面积：受液区和降液区面积：4=84进出口安全宽度bs=bs,=60mm=0.06m边缘区宽度bc=50mm=0.05mbd=1.8*0.135=0.243m选择塔板为单流型有效传质面积：Aa=2(Wr2-%2+r1sin1)其中,D1QrX=-+)=-(0.234+0.06)m=0.597mD1Qr=y-7c=(-0.05)=0.85m7七RA=Q72ZIm求得：v筛孔的尺寸和排列：选用三角形排列2=y=0907*(-)开孔率：t=0.0566875取筛孔直径d。=6m现筛孔中心距4*d0=24mm得R=0.90777筛孔总截面积：A=。*A=(O0566875*0.7227)m=0.04096