乙烯乙烷精馏塔设计格式资料.docx
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乙烯乙烷精馏塔设计格式资料
课程设计
（乙烯-乙烷精馏塔及辅助设备设计）
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
设计日期：
成绩：
前言………………………………………………………………x
第一章精馏过程工艺及设备概述………………………………x
第二章精馏塔工艺设计…………………………………………x
第三章再沸器的设计………………………………………………x
第四章辅助设备及管路的设计…………………………………x
第五章控制方案…………………………………………………x
附录一主要符号说明………………………………………………x
附录二参考文献……………………………………………………x
前言
本设计说明书包括概述、精馏塔、再沸器、辅助设备及管路设计及控制方案共5章内容。
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正确的说明。
鉴于本人经验有限，设计中难免存在错误和不妥之处，希望老师给予指正。
感谢老师的指导和参阅！
第一章、精馏过程工艺及设备概述
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不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分的分离。
该过程是同时传热、传质的过程。
为实现精馏过程，必须为该过程提供物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。
1.精馏装置流程
精馏就是通过多级蒸馏，使混合气、液两相经过多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，是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。
其流程如下：
原料（乙烯和乙烷混和液体）经过料管由精馏塔的某一位置（进料板处）流入精馏塔内，开始精馏操作，塔底设再沸器加热釜液中的液体，产生蒸汽通过塔板的筛孔上升，与沿降液管下降并横向流过塔板的液体在各级筛板上错流接触并进行传热及传质，釜液定期作为塔底产品输出;塔顶设冷凝器使上升的蒸汽部分冷凝回流，其余作为塔顶产品输出精馏塔。
2.工艺流程
（1）精馏装置必须在实弹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，从而保证精馏装置能连续稳定的运行。
（2）必要的检测手段
为了随时了解操作情况及各设备的运行状况，及时地发现操作中存在问题并采取相应的措施予以解决，需在流程中的适当位置设置必要的测量仪表，以及时获取压力，温度等各项参数，从而间接了解运行情况。
另外。
常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期检修各设备及检查装置的运行情况。
（3）调节装置
由于实际生产过程中各种状态参数都不是定值，都会或多或少随着时间有所波动，应在适当位置设置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，有时还可以根据需求设置双调节，即自动调节和手动调节两种调节方式并可以根据需要随时进行切换。
3.设备简介及选用
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（设计从略）
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。
精馏塔选用筛板塔，配合使用立式虹热吸式再沸器
（建议根据自己所查资料进行补充！
）
第二章精馏塔工艺设计
一、设计任务书
（将任务书中本人的设计条件详细列举！
例如：
）
1.工艺条件：
饱和液体进料，
进料乙烯含量
==65%（摩尔分数，下同）
塔顶乙烯含量
=99%
釜液乙烯含量
≤1%，总板效率为0.6
2.操作条件
塔顶压力2.5MPa（表压）
加热剂及加热方式：
加热剂：
热水；
加热方式：
间壁换热
冷却剂：
循环冷却水
回流比系数：
R/Rmin=****
塔板形式：
******
处理量：
*****kmol/h，
安转地点：
烟台
塔板位置：
塔顶
二、精馏过程工艺计算
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。
1.处理能力及产品质量（物料衡算）
物料衡算
=
+
=
+
解得：
=kmol/h，
=kmol/h
。
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2.塔板计算
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。
。
。
经过模拟计算，得到理论板数
=块（包括精馏段、提馏段及总塔板数）。
（须附上：
程序及计算机输出的计算数据！
）
3.初估塔径
4.塔高计算
5.溢流装置的设计
6.溢流堰
7.塔板布置及其他结构尺寸的选取
8.塔板流动性能的校核
1）.液沫夹带量的校核
2）.塔板阻力
计算
3）.降液管液泛校核
4）.液体在降液管内停留时间
5）.严重漏液校核
9.塔板性能负荷图
1）过量液沫夹带线
2）液相下限线
3）严重漏液线
4）液相上限线
5）降液管液泛线
10.五条曲线联合构成负荷性能图
（须附上坐标纸或者电脑画出的负荷性能图！
）
其中:
操作点为
=m3/h,
=m3/h
塔板的操作弹性：
=
（详细讨论设计是否合理？
）
第三章再沸器的设计
一.物性数据
1.选用立式热虹吸再沸器
塔顶压力:
2.5MP（绝压）
塔底压力:
2.52MP（绝压）
2.再沸器壳程与管程设计
壳程管程
温度/ºC10---905.53
压力（绝压）/MP0.12.52
蒸发量/（Kg/h）20718.19
3物性数据壳程凝液（水）在定性温度50ºC下的物性数据:
密度
=988.1Kg/
定压比热容
=4.174KJ/（Kg·K）
热导率
=0.648W/（m·K）粘度
=0.549mPa·s
管程流体5.53℃下的物性数据:
潜热
=296KJ/Kg液相热导率
=0.083W/（m·K）
液相粘度
=0.057mPa·s液相密度
=385.578Kg/
液相定压比热容
=3.43KJ/（Kg·K）表面张力
=2.721mN/m
气相粘度
=0.087mPa·s气相密度
=35.55Kg/
蒸汽压曲线斜率
1.84
二.估算设备尺寸
1.计算热流量Q为
Q=
=1703.496Kw
2.计算传热温差
=
=27.22K
3.假设传热系数K=600
则估算传热面积
为
=
=104.30
4.拟用传热规格为
管长L=3000
则计算传热管数
=443根
5.若将传热管按正三角形排列,则管子排列面积是一个正六边形
=
解得
=12个
故正六边形个数为12个,
则取管心距
0.035m
又因为是单管换热器,所以壳径内径D为
=0.89m
管程进口管取
=250mm出口管径去
=600mm
三.传热系数效核
1.显热段传热系数
设传热管出口汽化率
=0.23则计算循环流量
=
=25.02kg/s
①.显热段传热管内表面传热系数计算传热管内质量流速G为
=20mm故
=0.139
=180
计算雷诺数Re为Re=
=
计算普朗特数为
=2.36
计算显热段传热管内表面传热系数
=
=932.21
②.计算管外冷凝表面传热系数计算蒸汽冷凝的质量流量
=
=5.10Kg/s
计算传热管外单位湿润周边上凝液的质量流量
=0.147
计算冷凝液膜的
=
=1071.04<2100
计算管外冷凝表面传热系数
=
=2828.57
0.75—校正系数,是对双组分冷凝按单组分计算的校正.
③.污垢热阻及管壁热阻
沸腾侧
冷凝侧
管壁热阻
④.计算显热段传热系数
22.5mm
=
=364.67
2.
蒸发段传热系数
1.计算传热管内的釜液的质量流量
=3600G=
当
=0.23计算Lockhat-Martinell参数
=
=0.86计算1/
为1.282
查图得
=0.1当
0.023
故1/
=
=0.118由
及1/
再查图得
=1.0
②.计算泡核沸腾压抑因数
=
0.55
计算泡核沸腾表面传热系数
=
=4980.93
3.计算液体单独存在为基准的对流表面传热系数
=
=913.52
④.计算沸腾表面传热系数
计算对流沸腾因子
=
1.25
计算两相对流表面传热系数
=
=1141.9
计算沸腾传热膜系数
=
+
=3881.41
计算沸腾传热系数
=
=780.26
3.显热段和蒸发段的长度计算显热段的长度
与传热管总长
的比值
为
=
=0.141
所以解得
=0.423m
=2.577m
4.计算传热系数
=
=721.66
实际需要的传热面积为
=86.72
5.传热面积裕度
=20.3%>20%
传热面积裕度校核成功，符合设计计算要求。
第四章辅助设备的设计
一．传热设备
1.进料冷却器与塔顶冷凝器的集成,但采用卧式壳柱冷凝器
入口出口
塔顶产品温度/K256.51263.15
进料温度/K273.15264.28
传热温差
=8.84K
平均摩尔质量
=
=28.7
管柱液体流率F=180
=180
28.7=5166
传热速率
=
=
=57.91
假设传热系数K=650
则传热面积为
=10.08
圆整后A=10
2.釜液冷却器塔顶产品与进料热交换后,继续冷却塔釜
入口出口
塔顶产品温度/K263.15273.15
塔釜
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