（精馏塔及辅助设备设计）班级：化机0401姓名：陈玲学号： 200442074 指导老师：吴雪梅、都健设计日期： 2007年7月前言本课程设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。
说明书中对精馏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。
鉴于设计者经验有限，本设计中还存在错误，希望各位老师给予指导.感谢老师的指导和参阅！目录第一章、概述 (4)第二章、流程简介 (5)第三章、精馏塔工艺设计 (6)第四章、再沸器的设计 (15)第五章、辅助设备的设计 (22)第六章、管路设计 (26)第七章、控制方案 (27)附录一主要符号说明 (27)附录二参考文献 (30)第一章概述精馏是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馏塔，辅助设备包括再沸器、冷凝器、储罐、预热器及冷却器。
1．精馏塔精馏塔是精馏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。
精馏塔是一圆形筒体，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。
常规或简单精馏塔设有一个进料口，进料位置将塔分为精馏段和提馏段两段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。
精馏塔内，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。
2 再沸器再沸器是精馏装置的重要附属设备，用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔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。
3 冷凝器（设计从略）1.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1精馏装置流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并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（乙烯和乙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；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，称为馏出物。
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工艺流程1物料的储存和运输精馏过程必须在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。
3 设计条件1工艺条件：饱和液体进料，进料乙烯含量x f＝65％（摩尔百分数）塔顶乙烯含量 x D＝99％，釜液乙烯含量 x w≤1％，总板效率为0.6。
2．操作条件：1）塔顶操作压力： P=2.5MPa（表压）2）加热剂及加热方法：加热剂——热水加热方法——间壁换热3）冷却剂：水4）回流比系数： R/Rmin=1.33．塔板形式：浮阀4．处理量： F=100kmol/h5．安装地点：大连6．塔板设计位置：塔底第三章精馏塔工艺设计一、精馏过程工艺流程1.分离序列的选择对于双组分精馏或仅采用单塔对多组分混合物进行初分的流程较为简单。
如果将三个或三个以上组分的混合物完全分离，其流程是多方案的。
如何选择分离序列通常有经验规则，如有序直观推断法来指导选择。
（详见有关参考书）。
2.能量的利用精馏过程是热能驱动的过程，过程的能耗在整个生产耗能中占有相当大的比重，而产品的单位能耗是考核产品的重要指标，直接影响产品的竞争能力及企业的生存，故合理、有效地利用能量，降低精馏过程或生产系统能耗量是十分必要的。
1）. 精馏操作参数的优化在保证分离要求和生产能力的条件下，通过优化操作参数，以减小回流比，降低能耗。
2）. 精馏系统的能量集成着眼于整个系统的有效能的利用情况，尽量减少有效能浪费，按照一定的规则（如夹点技术理论），实现能量的匹配和集成。
3.辅助设备（略）4.系统控制方案（略）二、精馏过程工艺计算一）、理论板个数的计算精馏塔的分离计算是精馏装置过程设计的关键。
通过分离计算确定给定原料达到规定分离要求所需理论级数、进料位置、再沸器及冷凝器的热流量；确定塔顶、塔底以及侧线采出产品的流量、组成、温度及压力；确定精馏塔内温度、压力、组成及气相、液相流量的分布。
在实际工程设计中，通过建立严格的物料衡算方程（M）、气液相平衡方程（E）、组分归一方程（S）以及热量衡算方程（H），即描述复杂精馏塔的基本方程（MESH）.基本方程中热力学性质及由热力学性质决定的关系，如热焓及相平衡关系，由热力学方程进行推算。
根据不同物系选择不同的方法对基本方程进行求解。
1.处理能力及产品质量（物料衡算及热量衡算） ◎物料衡算nF q = nD q + nW qnF q F x =nD q D x +nW q W x解得：nD q =65.306 kmol/h ，nW q =34.694kmol/h※塔内气、液相流量精馏段：nL q =R nD q , nV q =nL nD q q +提馏段：nLq '= nL nF q q + , nVq '=nV q ◎热量衡算再沸器热流量 r V q =V r '再沸器加热蒸汽的质量流量 rr RQ G =r 冷凝器热流量c V Q =Vr冷凝器冷却剂的质量流量cc V 21Q G =C (t -t )2.塔板计算1) P 顶=2.5+1.01325*10e-3=2.601325MP=25.67atp.查p-t-k 可知 k A =1.0，k B =0.68， a 顶= k A / k B =1.471假设Np=60块。
P 底=P 顶+Np ρgh=60*103**9.8*100*10-3*10-6=2.660125MP a查物性手册可知（按塔底纯乙烷）t 底=3℃ T 底=276.15k 。
查之p-t-k 图知k A =1.48, k B =0.99 a 底=1.48/0.99=1.495， a=(1.471+1.495)/2=1.4832）.根据此时得到的相对挥发度，由相平衡方程e y =1+(-1)eex x αα和q线方程q=0.65解得，ex =0.65，解得ey =0.7335。
min R =- -D ee e x y y x =3.072，则R =1.3min R=3.9936。
3）.利用简捷计算法计算理论塔板数x e =x f =0.65,y e =ax e /[1+(a-1)x e ]=0.7335R min =(x D -y e )/(y e -x e )=3.072,R=1.3R min =3.9936 N min =lg[(x D /1-x D )/(x w /1-x w )]=23.32(N T -N min )/(N T -1)=0.75{1-[(R-R min )/(R+1)]0.5668}=0.4662N T=44,N p=(N T-1)=43/0.6=724) 因前面假设N p=60块与计算值N p=72块相差很大,所以要迭代一次,由N p=72块编程如下:#include<math.h>#include<stdio.h>main(){ int i=0,j=617,nf,nt;FILE *fp;float x[200], y[300];float f=100,d=65.31,w=34.69,l=260.81,v=326.11,a=1.48,xf=0.65,yf=0.734,r=3.994,xd=0.99,xw=0.01,q=1.0;y[1]=xd;fp=fopen("test.txt", "w");do{i++;x[i]=y[i]/(a-(a-1)*y[i]);y[i+1]=r*x[i]/(r+1)+xd/(r+1);printf("x%i=%f,y%i=%f\n",i,x[i],i,y[i]);fprintf(fp, "x%i=%f,y%i=%f\n",i, x[i],i,y[i]);}while(x[i]>xf);nf=i;x[nf]=x[i];do{ x[i]=y[i]/(a-(a-1)*y[i]);y[i+1]=(l+q*f)*x[i]/(l+q*f-w)-w*xw/(l+q*f-w);printf("x%i=%f,y%i=%f\n",i,x[i],i,y[i]);fprintf(fp, "x%i=%f,y%i=%f\n",i, x[i],i,y[i]);}while(x[i++]>xw);nt=i-1;printf("nf=%d,nt=%d\n",nf,nt);fprintf(fp, "nf=%d,nt=%d\n", nf,nt);fclose(fp);}输出结果如下:x1=0.985271,y1=0.990000x2=0.979736,y2=0.986218x3=0.973285,y3=0.981792x4=0.965799,y4=0.976632x5=0.957158,y5=0.970645x6=0.947246,y6=0.963735x7=0.935953,y7=0.955807x8=0.923189,y8=0.946775 x9=0.908894,y9=0.936568 x10=0.893043,y10=0.925135 x11=0.875662,y11=0.912458 x12=0.856836,y12=0.898557 x13=0.836712,y13=0.883500 x14=0.815503,y14=0.867406 x15=0.793483,y15=0.850445 x16=0.770971,y16=0.832834 x17=0.748318,y17=0.814830 x18=0.725882,y18=0.796712 x19=0.704010,y19=0.778769 x20=0.683012,y20=0.761277 x21=0.663150,y21=0.744483 x22=0.644621,y22=0.728598 x22=0.644621,y22=0.728598 x23=0.625673,y23=0.712127 x24=0.601931,y24=0.691163 x25=0.572767,y25=0.664896 x26=0.537796,y26=0.632629 x27=0.497057,y27=0.593938 x28=0.451168,y28=0.548866 x29=0.401395,y29=0.498096 x30=0.349572,y30=0.443028 x31=0.297862,y31=0.385692 x32=0.248413,y32=0.328483 x33=0.203007,y33=0.273773 x34=0.162845,y34=0.223537 x35=0.128479,y35=0.179103 x36=0.099896,y36=0.141081 x37=0.076681,y37=0.109459 x38=0.058185,y38=0.083774 x39=0.043674,y39=0.063310 x40=0.032427,y40=0.047256 x41=0.023790,y41=0.034812 x42=0.017207,y42=0.025257 x43=0.012215,y43=0.017973 x44=0.008447,y44=0.012451nf=22,nt=44编程运算，得到理论板数t N =44块，进料板为第22块。
