化工原理课程设计-丙烯—丙烷精馏装置设计

1、化工原理课程设计丙烯丙烷精馏装置设计 全套图纸加扣3012250582 学 院（系）： 化工与环境生命学部 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2014年7月1日 大连理工大学Dalian University of Technology丙烯-丙烷精馏装置前 言化工原理课程是化学化工专业学生的专业基础课程，作为化工专业出身的学生，学好化工原理相关知识对今后从事化工专业相关工作及进一步深造科研都有着非常重要的意义。经过一年化工原理基础知识的学习，我们已经基本了解了化工原理在化工生产中的重要应用，同时也基本掌握了最基础的化工过程计算方法和设计原理。本设计说明书主要包括概述、方案流程简介、精馏塔设计、再沸器设计、辅助设备设计、管路设计和控制方案等部分，对丙烯-丙烷精馏装置进行了详细的分析设计计算和校核，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了详细的设计说明和校对。通过本次化工原理课程设计，完成了对丙烯-丙烷精馏装置的设计和计算，本次课程设计既是对化工原理课程学习的一个总结，充分利用所学的理论知识，也为今后从事化工相关行业工作打下良好的基础，在加深对所学知识

2、的认识和理解的同时，也将所学的知识应用到实际化工生产设备的设计计算之中，锻炼了将理论应用于实际和理论联系实际的能力，相信课程设计在以后的学习、工作中都会起到良好的作用。 鉴于设计者经验和水平有限，本设计说明书中还存在很多问题和不足，希望老师给予指导和帮助。目 录前 言I1 概述- 1 -1.1 方案的确定和论证- 1 -1.1.1 精馏过程简介- 1 -1.1.2 精馏塔简介- 1 -1.1.3 常用塔板类型的比较- 2 -1.1.4 回流比- 3 -1.1.5 压力的选择- 3 -1.1.6 再沸器- 4 -1.1.7 冷凝器- 5 -1.2 精馏过程流程设计- 5 -1.2.1 分离序列的选择- 5 -1.2.2 能量的利用- 5 -2 方案流程- 5 -2.1 精馏装置流程- 5 -2.2 工艺流程- 6 -2.2.1 物料的储存和运输- 6 -2.2.2 必要的检测手段- 6 -2.2.3 调节装置- 6 -2.3 设备选用- 6 -2.4 处理能力及产品质量要求- 6 -2.5 设计的目的和意义- 7 -3 精馏塔工艺设计- 7 -3.1 精馏过程工艺流程- 7 -3.2 设

3、计条件- 7 -3.3 系统物料衡算和热量衡算- 8 -3.3.1 物料衡算- 8 -3.3.2 热量衡算- 8 -3.4 精馏塔塔板数的确定- 9 -3.4.1 塔顶，底温度确定- 9 -3.4.2 最小回流比- 12 -3.4.3 塔板数计算- 12 -3.5 精馏塔工艺设计- 13 -3.5.1 物性数据- 13 -3.5.2 塔径估算- 14 -3.5.3 塔高计算- 16 -3.6 溢流装置的设计- 16 -3.6.1 降液管（弓形）- 16 -3.6.2 溢流堰- 16 -3.7 浮阀- 17 -3.7.1 浮阀数- 17 -3.7.2 浮阀排列方式- 17 -3.8 塔板流动性能的校核- 18 -3.8.1 液沫夹带量校核- 18 -3.8.2 塔板阻力hf计算- 19 -3.8.3 降液管液泛校核- 20 -3.8.4 液体在降液管中的停留时间校核- 20 -3.8.5 严重漏液校核- 21 -3.9 塔板负荷性能图- 21 -3.9.1 过量液沫夹带线关系式- 21 -3.9.2 液相下限线- 21 -3.9.3 严重漏液线- 22 -3.9.4 液相上限线- 22

4、-3.9.5 降液管液泛线关系式- 22 -3.10 塔板设计结果- 23 -4 再沸器工艺设计- 25 -4.1 设计任务与设计条件- 25 -4.1.1 设计任务- 25 -4.1.2 再沸器壳程与管程的设计条件- 25 -4.1.3 物性参数- 25 -4.2 估算设备尺寸- 26 -4.3 传热系数的校核- 27 -4.3.1 显热段传热系数KCL- 27 -4.3.2 蒸发段传热系数KCE- 29 -4.3.3 显热段和蒸发段长度- 31 -4.3.4 平均传热系数- 31 -4.3.5 传热面积裕度- 32 -4.4 循环量校核- 32 -4.4.1 循环推动力- 32 -4.4.2 循环阻力- 33 -5 辅助设备的设计- 40 -5.1 辅助容器的设计- 40 -5.1.1 进料罐- 40 -5.1.2 回流罐- 40 -5.1.3 塔顶产品罐- 41 -5.1.4 釜液罐- 41 -5.1.5 残液罐- 41 -5.2 传热设备的设计- 41 -5.2.1 进料预热器- 41 -5.2.2 塔顶冷凝器- 42 -5.2.3 塔顶产品冷却器- 43 -5.2.4 釜液冷

5、却器- 43 -6 管路设计及泵的选择- 44 -6.1 管路设计- 44 -6.1.1 进料管线- 44 -6.1.2 塔顶蒸汽管线- 45 -6.1.3 塔顶产品接管线- 45 -6.1.4 回流管线- 46 -6.1.5 釜液流出管线- 46 -6.1.6 塔底蒸汽回流管- 46 -6.1.7 仪表接管- 47 -6.2 泵的设计- 47 -6.2.1 进料泵- 47 -6.2.2 回流泵- 48 -6.2.3 釜液泵- 49 -6.2.4 塔顶产品泵- 50 -6.2.5 塔底产品泵- 51 -7 控制方案- 52 -总 结- 54 -参考文献- 55 -附录一 主要符号说明- 56 -附录二 逐板计算法计算理论塔板数- 58 - 60 -丙烯-丙烷精馏工艺设计说明书1 概述1.1 方案的确定和论证1.1.1 精馏过程简介精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下（有时加质量剂），使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由

6、气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传热、传质的过程。1.1.2 精馏塔简介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，为保证精馏过程能稳定、高效地操作，适宜的塔型及合理的设计是十分关键的。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。 按照塔的内件结构，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度的填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相的气体自下而上流动，与液体逆流传质。两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。 本设计选取的是板式塔，相比较而言，在塔效率上，板式塔效率稳定；在液气比方面，板式塔适应范围较达，而填料塔则对液体喷淋量有一定要求；在安装维修方面，板式塔相对比较容易进行

7、；由于所设计的塔径较大，所以在造价上，板式塔比填料塔更经济一些；而且，板式塔的重量较轻，所以，在本次设计中，设计者选择了板式塔。在众多类型的板式塔中，设计者选择了溢流型筛板塔，相比较其它类型的板式塔，溢流型筛板塔价格低廉，装卸方便，而且金属消耗量少，非常适合板间距小、效率较高而且塔单位体积生产能力大的分离要求，同时其操作弹性大、阻力降小、液沫夹带量少以及板上滞液量少的优点也为之提供了广阔的应用市场，这些都是设计者选择其作为分离设备的原因。项目板式塔填料塔压力降一般比填料塔大小，适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）小大塔效率稳定，大塔比小塔有所提高塔径在1400mm以下效率较高；塔径增大，效率常会下降液气比适应范围较大对液体喷淋量有一定要求持液量较大较小安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔低直径小于800mm,一般比板式塔便宜；直径增大，造价显著增加重量较轻重材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料表1.1 板式塔和填料塔的性能比较1.1.3 常用塔板类型的比较 筛板塔板：突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小，但过去认为它很容易漏液、操作弹性小，且易堵塞，应用不广。

8、经过长期研究发现，只要设计合理和操作适当，筛板仍能满足生产上所要求的操作弹性，而且效率较高。目前已成为应用日趋广泛的一种塔板。浮阀塔板：浮阀塔板是综合了泡罩和筛板的优点研制出来的。这种塔操作弹性大，阻力比泡罩塔板大为减少，其生产能力大于泡罩塔板。另外，这种塔的板效率高。主要缺点是浮阀使用久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。常用的浮阀有F1和V4型两种，后者用于减压塔。泡罩塔板：在气液负荷有较大变动时也可操作，且具有较高的塔板效率，操作弹性较大，不易堵塞，对物料适应性强，长期以来应用较广。但泡罩塔板的生产能力不大，结构过于复杂，不仅制造成本高，且塔板阻力大，液面落差也大，近些年来在许多场合已逐渐为其他型式的塔板所取代。本次设计中采用浮阀塔板，浮阀塔性能优越，具有显著特点，收到人们的广关注。浮阀塔的主要缺点是长期使用后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，而操作失常。1.1.4 回流比精馏塔在开车时原料由进料板加入，或有开车前将料液直接加入釜中。当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器开始加热，使液体部分汽化返回塔内。从塔底部上升的气相沿塔上升至塔顶，再由塔顶冷凝器将其全部冷凝。开车的初始阶段将凝液全部返回塔顶做回流液，即全回流。回流液从塔顶沿塔流下，在下降的过程中与来自塔底的上升蒸汽多次逆向接触和分离。只要塔板数足够多，塔顶的液相回流量足够大，在塔顶即可获得所要求纯度的易挥发组分产品。塔底上升蒸汽和塔顶液体回流是精馏过程连续进行的必要条件。回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。精馏过程的回流比是一直重要的设计和操作参数，直接关系到设备投资和操作费用大小。当其他条件不变时，增大回流比加入再沸器和移出冷凝器的热流量均随之增加，使设备费用和操作费用增加。因回流比R增大，使精馏段操作线斜率增大而远离平衡线，每块板的分离能力提高，从而使完成相同分离要求所需的理论板数NT减少，精馏塔高度随之降低。

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