丙烯精馏塔工艺设计

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过程工艺和设备课程设计

（精馏塔及辅助设备设计）

设计日期： 2010年7月6日

班 级： 化机0701班

姓 名： 梁昊穹

指导老师： 韩志忠

2 / 49 前言

化工原理是化工及其相关专业学生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。

本设计说明书包括概述、方案流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。

说明中对精馏塔的设计计算做了较为详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路和控制方案的设计也做了简要的说明。

在设计过程中，得到了韩志忠老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，少走了许多弯路，避免了不少错误，也提高了效率。

鉴于学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正

感谢老师的指导和参阅！

3 / 49 目录

前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2

第一章 概述- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

1.1 精馏塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

1.2 再沸器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5

1.3 冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

第二章 方案流程简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

2.1 精馏装置流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

2.2 工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7

2.3 调节装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8

2.4 设备选用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8

2.5 处理能力及产品质量- - - - - - - - - - - - - - - - 8

第三章 精馏过程系统设计- - - - - - - - - - - - - - - - 9

3.1设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

3.2物料衡算及热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - 10

3.3塔板数的计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11

3.4精馏塔工艺设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16

3.5溢流装置的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17

3.6塔板布置和其余结构尺寸的选取- - - - - - - - - - - - 18

3.7塔板流动性能校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - 19

3.8负荷性能图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21

3.9 塔计算结果表- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24 4 / 49 附：塔设计图

第四章 再沸器的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - 25

4.1设计任务和设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - 25

4.2估算设备尺寸- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26

4.3传热系数的校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26

4.4循环流量校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30

4.5 再沸器主要结构尺寸和计算结果表- - - - - - - - - - - 35

附：再沸器设计图

第五章 辅助设备的设计- - - - - - - - - - - - - - - - 36

5.1冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36

5.2其它换热设备- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36

5.3容器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38

5.4 管路设计及泵的选择- - - - - - - - - - - - - - - - 39

第六章 管路设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43

第七章 控制方案- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 45

附：工艺流程图

设计心得及总结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 46

附录一 主要符号说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - 48

附录二 参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49

5 / 49 第一章 概述

精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔，再沸器和冷凝器。

1.1精馏塔

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。

简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，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。

1.2再沸器

作用：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。 6 / 49 ▲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。

7 / 49 第二章 方案流程简介

2.1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（丙稀和丙烷的混合液体）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，在下降过程中和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

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。

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、液位等各项参数。 8 / 49 另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。

2.3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。

2.4设备选用

精馏塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。

2.5处理能力及产品质量

处理量： 70kmol/h

产品质量：（以丙稀摩尔百分数计）

进料：xf＝65％

塔顶产品：xD＝98％

塔底产品: xw≤2％

9 / 49 第三章 精馏过程系统设计

————丙烯、丙烷精馏装置设计

3.1 设计条件

1. 工艺条件：饱和液体进料，进料丙烯含量xf＝65％（摩尔分数）

塔顶丙烯含量xD＝98％，釜液丙烯含量xw≤2％，总板效率为0.6。

2．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——水蒸气

加热方法——间壁换热

3）冷却剂：循环冷却水

4）回流比系数：R/Rmin=1.4。

3．塔板形式：筛板

4．处理量：qnfh=70kmol/h

5．安装地点：大连

6．塔板设计位置：塔底