完整word版脱丙烯精馏塔工艺.docx
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完整word版脱丙烯精馏塔工艺
目
录
第一章
概述...........................................
4
第二章
脱丙烯精馏塔工艺计算..............................
5
2.1
设计方案简介......................................
5
2.2
主要物性数据......................................
5
2．3物料衡算.........................................
5
2.3.1
确定关键组分塔顶、塔底的分布量................
6
2.4
确定塔操作条件.....................................
6
2.4.1.
确定塔顶温度：
...............................
6
2.4.2.
确定进料温度。
...............................
6
2.4.3.
确定塔底温度.................................
7
2.4.4.
各组分相对挥发度............................
7
2.5
确定最小回流比。
...................................
8
2.6
理论塔板数与实际板数。
.............................
8
2.6.1.
求定最少理论板数.............................
8
2.6.2.
计算实际回流比R及理论塔板数................
9
2.6.3.
计算全塔平均板效率...........................
9
2.6.4.
计算实际塔板数和进料板位置..................
9
2.7
确定冷凝器和再沸器的热负荷QC,Qr...................
10
第三章
物料的性质计算..................................
12
3.1
求气液负荷......................................
12
3.2
平均摩尔质量的计算...............................
12
1
3.2.1
塔顶平均摩尔质量计算........................
12
3.2.2
进料平均摩尔质量计算........................
12
3.2.3
塔底平均摩尔质量计算........................
13
3.3
平均密度计算.....................................
13
3.3.1
气体平均密度计算............................
13
3.3.2
液体平均密度计算............................
13
3.3.3
液体平均表面张力计算。
......................
15
3.3.4
液体平均粘度的计算。
........................
15
第四章
精馏塔的工艺尺寸计算。
.........................
17
4.1
塔高的计算。
.....................................
17
4.1.1
塔径D的计算。
..............................
17
4.2
塔板设计.........................................
18
4.2.1
确定塔板溢流形式............................
18
4.2.2
降液管以及溢流堰的尺寸.......................
18
4.2.3
核算阀孔动能因数及孔速.......................
20
4.2.4
计算塔板开孔率...............................
20
4.2.5
浮阀塔板设计的校核.........................
20
4.2.6
塔板负荷性能图。
............................
22
第五章
塔附属设备的设计................................
25
5.1
主要接管尺寸的计算................................
25
5.1.1
进料管......................................
25
5.1.2
回流管......................................
25
2
5.1.4
塔顶蒸汽出料管..............................
25
5.1.5
加热蒸汽管................................
26
5.2
筒体与封头......................................
26
5.2.1
筒体........................................
26
5.2.2
封头........................................
26
5.3
裙座
.............................................
26
5.4
人孔
.............................................
27
5.5
塔体总高度的设计.................................
27
5.5.1
塔顶空间....................................
27
5.5.2
塔底空间....................................
27
5.5.3
塔高计算....................................
27
第六章
全塔设计结果汇总表...............................
28
第七章
心得体会.......................................
29
第八章
主要参考文献...................................
31
3
第一章概述
精馏是在精馏塔中进行的，它由精馏塔、冷凝器、再沸器
及其他设备构成。
本设计板式塔中有气液两相物流，塔底部分存液被再沸器加热而部分汽化，蒸汽沿塔逐板上升，使全塔处于沸腾状态。
蒸汽在塔顶冷凝器中冷凝，一部分作为馏出液，一部分作为回流液回到塔顶，逐板下流，使塔中各板保持一定液层，与上升气相密切接触，发生传热与传质，料液于塔中适当位置进入。
精馏塔中料液加入板称为进料板，进料板以上称为精馏段，以下称为提馏段。
对于多组分精馏分离过程和设备的开发，包括以下内容：
（1）塔设备类型的选择。
（2）精馏塔设计计算。
（3）进行流体力学计算。
（4）绘制塔板性能负荷图。
（5）绘制主体装置图及工艺流程图。
4
第二章脱丙烯精馏塔工艺计算
2.1设计方案简介
本次课程设计的任务是设计丙烯精馏塔，塔型为浮阀塔，进料为五组分（甲
烷，乙烷，丙烯，丙烷，丁烷）。
因其中最轻组分甲烷，乙烷和最重组分丁烷含
量都很小，按清晰分割的原则，在精馏是可以认为甲烷和乙烷全部由塔顶蒸出，
而最重组分丁烷则完全存在于塔底产品中。
因此，虽然是对多组分进行分离，却
可以看成是对两个关键组分（丙烯，丙烷）的分离，所以可用一个塔进行精馏分
离。
由于要分离的混合物各组分在常压下均是气相，无法分离，因此操作必须在
加压条件下进行。
本设计选取操作压力为0.6MPa，同时在塔顶设冷凝器，由于
塔顶部需要气相出料，故采用全凝器，又因所设计的塔较高，应用泵强制回流。
2.2主要物性数据
表2-2-1物性数据表
组成
相对分子质量
沸点/K
TC/K
PC/MPa
Cp（KJ.Kg.℃）
CH4
16.04
111.57
190.6
4.619
0
C2H6
30.07
184.5
305.4
1.884
12.042
C3H6
42.081
225.4
365.0
4.62
4.245
C3H8
44.097
231.1
369.8
4.246
4.55
C4H10
58.124
272.7
425.2
3.80
3.614
2．3物料衡算
选取丙烯为轻关键组分，丙烷为重关键组分，由于精馏的任务是把丙烯，丙
5
烷与甲烷、乙烷、丁烷混合物分开，按清晰分割情况确定各组分在塔顶、进料和
塔底的数量，组成以及操作温度。
2.3.1确定关键组分塔顶、塔底的分布量.
表2-3-1
各组分在塔顶、塔底的分布量
组分i
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
丁烷
∑
0.002
0.003
0.440
0.550
0.005
1.00
Z（kmol/h）
i
0.2
0.3
44
55
0.5
100
F（kmol/h）
i
xd,i
0.005
0.007
0.97
0.018
0
1.00
（kmol/h）
D
0.2
0.3
41.65
0.79
0
42.94
（kmol/h）
i
x
0
0
0.041
0.95
0.009
1.00
（kmol/h
w,i
W
（kmol/h）0
0
2.35
54.21
0.5
57.06
i
2.4确定塔操作条件
2.4.1.
确定塔顶温度：
设塔顶的温度为3℃。
用露点方程计算列表如下:
表2-4-1塔顶温度的确定
组分i
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
∑
Di
0.2
0.3
41.65
0.79
42.94
yd,i
0.005
0.007
0.97
0.018
1.00
Ki
22.00
3.3
0.99
0.84
——
yd,i
/
K
0.002
0.0021
0.9798
0.0214
1.0035
i
所以所设塔顶温度3℃正确。
2.4.2.确定进料温度。
设进料温度为4℃，，用泡点方程计算列表计算如下：
表2-4-2进料温度的确定
6
组分i
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
丁烷
∑
F
0.2
0.3
44
55
0.5
100
i
xf
i
0.002
0.003
0.44
0.55
0.005
1．00
K
22.5
3.4
1.06
0.88
0.22
——
i
xf
i
0.045
0.0102
0.4664
0.484
0.0011
1.0056
所以所设进料温度4℃正确。
2.4.3.
确定塔底温度.
设进料温度为9℃，用泡点方程计算列表计算如下：
表2-4-3
塔底温度的确定
组分i
丙烯
丙烷
丁烷
∑
Wi
2.35
54.21
0.5
57.06
x
0.041
0.95
0.009
1.00
w,i
K
1.18
0.99
2.257
——
i
xK
0.0484
0.9405
0.0023
0.9912
i
w,i
所以塔底所设温度9℃正确。
2.4.4.各组分相对挥发度
以重关键组分丙烷为对比组分，各组分的平均相对挥发度，用泡点方程计算
列表如下：
表2-4-4平均相对挥发度
组分i甲烷乙烷丙烯丙烷丁烷
22.00
3.3
0.99
0.84
0.21
Kd,i
21.1905
3.9286
1.1786
1
0.25
lh,d
23.0
3.7
1.18
0.99
0.257
Kw,i
7
lh,w
23.2323
3.7374
1.1919
1
0.2596
=（
lh,w
×24.6671
3.8318
1.1852
1
0.2548
lh
lhd
2.5确定最小回流比。
n
ijXFi
根据恩德伍德公式求取最小回流比
R，恩德伍德公式如下：
=1-q，
min
i
1ij
n
ijXDi
Rmin=
-1
i1
ij
为i组分对重关键组分的相对挥发度，
n
ij
XFi
其中
为
ij
=1-q的根，
i1ij
且其值介于轻重关键组分的相对挥发度之间，由于本设计所选取的轻重关键组分
为两个相邻的组分，因此仅有一个值。
值在1.0~1.1919之间，下面就运用
n
ijXFi
试差法求取
值，再求出Rmin的值。
因为为泡点进料，所以
q=1，
=0。
i
1
ij
通过试差法求θ，最终求得θ=1.093
各组分塔顶含量和以丙烷为对比组分求各组分的相对挥发度
ij
如下表：
表2-5-1各组分的相对挥发度
组分i
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
丁烷
Ki
22.90
3.59
1.11
0，94
0.24
i
24.3617
3.8191
1.1809
1
0.2553
Zi
0.002
0.003
0.44
0.55
1.00
y
0．005
0.007
0.97
0.018
0
d,i
Rm+1=
iXDi4.817
0.977
2.081
0.0563
3.093
0.0095961
1
0.003760=12.85，
ih
4.817
1.3406
2.081
1.3406
3.093
1.3406
1.3406
则Rm=11.85取R=1.8Rm=21.33
2.6理论塔板数与实际板数。
2.6.1.求定最少理论板数
8
平均相对挥发度为：
=（1.1986+1.1919）/2=1.1853
lh
XL
Xh
0.97
0.95
lg
XLW
lg
0.0041
XhD
0.018
Nm
41.8342块
lg
lh
lg1.1853
该塔最小理论板数为42块。
2.6.2.计算实际回流比R及理论塔板数
R
Rm
21.33
11.85
0.4242
R
1
21.331
x
R
Rm
R
1
y
NT
Nm
0.750.75（0.4245）0.5668
NT
1
则NT=59.48
块
2.6.3.计算全塔平均板效率
利用奥康奈尔关联式计算
ET，其表达式是ET
（
-0.245，其中
=0.49
LwL）
Lh
=
顶
底
=1.1853。
L为t=
tD
tW
=6.42℃时进料的液相平均粘度，并且
2
L=Xfi
Li。
查得t=6.42℃时进料中个组分的粘度
Li
，最终求得
L。
计算
结果列于下表。
表2-6-1进料的液相平均粘度
组分
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
丁烷
xfi
0.002
0.003
0.440
0.55
0.005
1.00
Li/（mps.）
0
0.058
0.1
0.126
0.187
—
xfiLi
0
0.000174
0.044
0.0693
0.000935
0.1144
那么T=0.49
（1.1852
0.1144）0.245=0.80
2.6.4.计算实际塔板数和进料板位置
ET=NT/N,
N
NT1
59.48
1
74块，包括再沸器
T0.80
73.1
9
lhd
1.1786，lhf
1.2045，lhw1.1919
lh,n
lhd
lhf
1.149
1.167
1.158
lh,m
lhw
lhf
1.19
1.167
1.178
XL
Xh
/lg
n
Xh
XL
D
F
m
XL
Xh
/lg
lg
Xh
F
XL
W
ih,n
ih,n
l.8284/1.1915
l.2680/1.1982
1.45
由NTnm1
即59.48=1.45m+m+1可以解得n=35.14，m=23.86
理论上NT=59.48
n=35.14m=23.86
实际塔板数
NT
1
59.481
Na
0.80
73.174
T
n
35.14
na
0.80
43.9
44
T
m
23.86
ma
0.80
29.8
30
T
精馏段实际塔板数44
块，提馏段实际塔板数：
30块.进料板位置为自上而下
的第45块板。
2.7确定冷凝器和再沸器的热负荷QC,Qr
冷凝器的热量衡算.（t=3℃）
表2-7-1
组分i
甲烷
乙烷
丙烯
丙烷
∑
M
16
30
42
44
——
ydi
0.005
0.007
0.97
0.018
1.00
rdi
0
8.8039
15.5341
16.351
40.689
10
Cpdi
0
1.8488
632.859
12.95
647.658
QcVMydiCpdi=647.658×958.85×4.187=2600155KJ/h
再沸器的热量衡算（t=9℃）
表2-7-2
组分i
丙烯
丙烷
丁烷
∑
M
42
44
58
——
ywi
0.0484
0.9405
0.0023
1.00
rwi
15.1183
15.973
21.95
53.0413
Cpwi
30.7325
660.9947
2.9281
694.6553
QrV
MydiCpdi=694.6553×958.85×4.187=2788836KJ/h
11
第三章物料的性质计算
3.1求气液负荷
L=RD=21.33×42.94=915.91Kmol/h
V=（R+1）D=22.33×42.94=958.85Kmol/h
L′=L+F=915.91+958.85=1015.91Kmol/h
V′=V=958.85Kmol/h
3.2平均摩尔质量的计算
3.2.1
塔顶平均摩尔质量计算
表
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