筛板精馏塔工艺设计.doc

-第一章 概述精馏是别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；气相被局部冷凝，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别离简单精馏中，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，筛板的突出优点是构造简单、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． 再沸器作用：用以将塔底液体局部汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进展。

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局部汽化，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▲构造紧凑、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▲塔釜提供气液别离空间和缓冲区3． 冷凝器 〔设计从略〕 用以将塔顶蒸气冷凝成液体，局部冷凝液作塔顶产品，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展，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，使混合气液两相经屡次混合接触和别离，并进展质量和热量的传递，使混合物中的组分到达高程度的别离，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，开场精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进展加热，使之局部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展全部或局部冷凝将塔顶蒸气凝液局部作为塔顶产品取出，称为馏出物另一局部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屡次逆向接触和别离。

当流至塔底时，被再沸器加热局部汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相那么作为塔底产品采出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展调节，以保证到达生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进展切换3． 设备选用精馏塔选用筛板塔，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 精馏塔工艺设计第一节 设计条件1． 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xw≤2％，总板效率为0.62．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=1.43．塔板形式：筛板4．处理量：qnfh=70kmol/h 5．安装地点：XX6．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1．换算将摩尔百分数换算成质量百分数：W=X·MA/[X·MA+(1-X)·MB]xf＝65％ wf＝63.93％xD＝98％ wD＝97.91％xw≤2％ wW≤1.91％将摩尔流量换算成质量流量：进料状态混合物平均摩尔质量：〔MA为丙稀摩尔质量 MB为丙烷摩尔质量〕M=xf·MA+(1-xf)·MB=0.65×42＋0.35×44=42.7kg/kmol进料状态下的质量流量：qmfs=M·qnfh/3600=0.830kg/s2．求质量流量｛qmDs+ qmws = qmfsqmDs·wD + qmws·wW = qmfs·wf解得： qmDs =0.536kg/s ;qmws= 0.294kg/s详细DWG图 纸 请 加：三 二 ③1爸 爸 五 四 0 六全套资料低价拾元起塔内气、液相流量：1〕精馏段：L =R·D; V =(R+1)·D;2〕提馏段：L’=L+q·F; V’=V-(1-q)·F; L’=V’+W; 二 热量衡算1〕再沸器热流量：QR=V’·r’再沸器加热蒸气的质量流量：GR= QR/rR2） 冷凝器热流量：QC=V·r冷凝器冷却剂的质量流量：GC= QC/(cl·(t2-t1))第三节 塔板数的计算〔经Excel计算 见附表1〕利用程序进展迭代计算：流程图如下：1．泡点计算：① 计算过程包括：假设塔顶温度Tto=316K 经泡点迭代计算得塔顶温度Tt=316.13K塔顶压力Pt=1620+101.3=1721.3KPaKA=1.03 ;KB=0.92BAKK=a ＝1.11957②计算过程包括：泡点进料：q=1 ｛q线：x=xf 代入数据，解得 xe=0.65;ye=0.6889=7.3544R=1.4 Rmin=10.29616③为逐板计算过程：y1=xD=0.98｛ynynxn)1(--=aa直至xi< xf 理论进料位置：第i块板进入提馏段：｛ynynxn)1(--=aa ＝ 直至xn< xW 计算完毕。

理论板数：Nt=74〔含釜〕迭代结果：进料板Nf=[i/0.6]+1=59实际板数Np=[(Nt-1)/0.6]+1=123那么塔底压力Pb=Pt+0.98×0.47×Np= 1788KPa同①可算得：塔底温度Tb=325.52Kα2＝1.18885 符合假设所以假设成立，上述计算结果均为正确结果塔内气、液相流量： 精馏段：qmLs=R·qmDs=5.400kg/s qmVs=(R+1)·qmDs=5.9994kg/s提馏段：q,mLs=qmLs+qmFs=6.345kg/s q,mVs= qmVs =5.9994kg/s第四节 精馏塔工艺设计1． 物性数据常压43℃下，丙稀的物性数据：气相密度：ρV =28.13kg/ m3液相密度：ρL =463.92kg/ m3液相外表X力：σ=4.5mN/m2． 初估塔径气相流量：qmVs=6.0547kg/s 液相流量：qmLs=5.5187kg/s 两相流动参数： =0.218初选塔板间距 HT=0.45m,查"化工原理"〔下册〕P107筛板塔泛点关联图，得：C20=0.062所以，气体负荷因子：C =0.046109液泛气速： ＝0.181485m/s 取泛点率0.75 操作气速：u = 泛点率×uf=0.136114 m/s 气体流道截面积： =1.586214 m2 选取单流型弓形降液管塔板，取Ad / AT=0.15;那么A / AT=1-Ad / AT=0.85 截面积: AT=A/0.85=1.866134 m2塔径： =1.54144m 圆整后，取D=1.6m 符合化工原理书P108表6.10.1及P110表6.10.2的经历关联 实际面积： =2.010619 m2降液管截面积：Ad=AT×0.15=0.301053 m2气体流道截面积：A=AT-Ad=1.709026 m2实际操作气速： = 0.126333 m/s 实际泛点率：u / uf=0.6961043． 塔高的估算Np=123 有效高度：Z= HT ×Np=55.35m 釜液高度〔略〕，进料处两板间距增大为0.7m设置7个人孔，每个人孔0.8m裙座取5m,塔顶空间高度1.5m,釜液上方气液别离高度取1.5m.设釜液停留时间为30min釜液高度：ΔZ=0.5673m 取其为0.6m所以，总塔高h=Z+0.7-0.45+5+1.5+1.5+0.6=64.2m第五节 溢流装置的设计1． 降液管〔弓形〕由上述计算可得：降液管截面积：Ad=AT×0.15=0.241274 m2由Ad/AT=0.15,查"化工原理"〔下册〕P113的图6.10.24可得：lw/D=0.81所以，堰长lw=0.81D=1.296m2． 溢流堰取E近似为1那么堰上液头高： =0.0293028m取堰高hw=0.03m,底隙hb=0.04m液体流经底隙的流速：ub =0.4247m/sub<0.5m/s 符合要求第六节 塔板布置和其余构造尺寸的选取取塔板厚度б=3mm 进出口平安宽度bs=bs’=70mm 边缘区宽度bc=50mm由Ad/AT=0.15,查"化工原理"〔下册〕P113的图6.10.24可得：bd/D=0.2所以降液管宽度：bd =0.2D=0.32m =0.41mr= =0.75m有效传质面积： =1.16564595m2取筛孔直径：do=7mm,取孔中心距：t=3.8do=0.0266m开孔率： = =0.06281163筛孔面积： =0.07321613m2筛孔气速： =2.9488866m/s筛孔个数：=1903第七节 塔板流动性能校核1． 液沫夹带量校核质量夹带量ev ：ev=0.006413ev<0.1 kg液/kg气 故符合要求2． 塔板阻力hf的核对hf= ho+hl+hσ又 б=3mm,do=7mm,故do/б=2.333查"化工原理"〔下册〕P118图6.10.30得：Co=0.72那么 =0.051842m液柱。