丙烯丙烯精馏装置设计化工原理课程设计

丙烯丙烯精馏装置设计化工原理课程设计 过程工艺与设备课程设计任务书 丙烯---丙烷精馏装置设计

学 院（系）：化工与环境生命学部 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师：吴雪梅、李祥村 评 阅 教 师：吴雪梅、李祥村 完 成 日 期：2013年7月4日

大连理工大学 Dalian University of Technology 前言 本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正确的说明。 由于只有两周的时间做，第二周内，我几乎每天都在熬夜写，只有封面、目录和前言部分为打印、其余部分均为手写，部分数据上可能会有一些错误，如保留位数的不同，计算的错误等。前后的数据由于工程量浩大也许有不一致的地方，属于学生我自己的能力不够，请老师谅解！ 感谢老师的指导和参阅！ 目录 第一章 概述………………………………………………………1 第二章 方案流程简介……………………………………………3 第三章 精馏过程系统分析………………………………………5 第四章 再沸器的设计………………………………………… 14 第五章 辅助设备的设计……………………………………… 21 第六章 管路设计……………………………………………… 25 第七章 控制方案……………………………………………… 27 设计心得及总结 …………………………………………………28 附录一 主要符号说明……………………………………………29 附录二 参考文献…………………………………………………31 第一章 第二章 第三章 第四章 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及再沸器和冷凝器。 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。 本设计为浮阀塔，浮阀的突出优点是效率较高取消了结构复杂的上升管和泡罩。当气体负荷较低时，浮阀的开度较小，漏夜量不多；气体负荷较高时，开度较大，阻力又不至于增加较大， 所以这种塔板操作弹性较大，阻力比泡罩塔板大为减小，生产能力比其大。缺点是使用久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。所以塔板和浮阀一般采用不锈钢材料。 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。 ▲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） 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（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． 设备选用 精馏塔选用浮阀塔，配以立式热虹吸式再沸器。 4． 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％ 第三章 精馏过程系统设计 ——丙烯、丙烷精馏装置设计 第一节 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=1.6。 3．塔板形式：浮阀 4．处理量：qnfh=70kmol/h 5．安装地点：大连 6．塔板设计位置：塔顶 第二节 物料衡算及热量衡算 一 物料衡算 全塔物料衡算：

nFq= nDq+ nWq

nFqFx=nDqDx

+nWqWx

nFq=60 kmol/h ，Fx=0.65 ,

Dx=0.98 , Wx=0.02

解得：nDq=45.93 kmol/h ，nWq=24.06 kmol/h 进料状态混合物平均摩尔质量

VM=0.98*42+0.02*44=42.04kg/kmol;

LM=0.018*42+0.982*44=43.964 kg/kmol; 二 塔内气、液相流量： 塔内气、液相流量：

1）精馏段：LRD； (1)VRD 2）提馏段：';LLqF '(1);VVqF '''LVW 三 热量衡算 1） 再沸器加热蒸气的质量流量：/RRRGQr 2） 冷凝器热流量： CQvr 冷凝器冷却剂的质量流量： 112/()CCGQctt 第三节 塔板数的计算 假设塔顶温度t=42.5 °C 塔顶压力Pt=1.72MPa 查P-K-T图得：kA=1.05 ；kB=0.92 则α顶=kA/kB=1.05/0.92=1.141 ； 假设精馏塔的塔板数是143块，每块板的压降为100mmH2O; 塔底压力为P=1.86Mpa; 塔顶温度t=53 °C, kA=1.19 ；kB=1.03; 则α底=kA/kB=1.19/1.03=1.155  =1.148； 当Xe=0.65时，Ye=0.681; Rmin=65.0681.0681.098.0=9.74 R=1.6Rmin=15.59;

Nmin=lg)1()1(lgWWDDXXXX=56.39; 1minTTNNN=0.75[1-(1minRRR)5668.0];

解得TN=87；PN=ENT1=143；

进料位置：min,rN =lg)1()1(lgFFDDZZXX=23.67； 1minrrNNN=1minTTNNN；

解得：rN=40 P=P+P=1.72+0.1*9.8*37*0.001=1.756 Mpa 查表Pc=45.5 Tc=91.6°C Pr=P/Pc=17.2/45.5=0.378 Tr=T/Tc=15.2736.9115.2735.42=0.865

查表Z=0.72 V=RTZMP=72.0*)15.2735.42(*314.810*04.42*10*2.1735=38.29 53°C纯丙烷的v=4743mkg 第四节 精馏塔工艺设计 1. 物性数据 定性温度T取塔顶温度TD=316.1K，塔底温度T2=325.23K的平均温度320.65K 液相 密度（51.77°，1.78MPa） 表面张力（51.77°，1.78MPa） 丙烯 453.7 4.16 丙烷 445.36 4.65 气相 密度（51.77°，1.78MPa） 表面张力（51.77°，1.78MPa） 丙烯 47.86 丙烷 40.35