《丙烯-丙烷說明書格式 化工課程設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《丙烯-丙烷說明書格式 化工課程設(shè)計(jì)（20頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、課程設(shè)計(jì) （丙烯-丙烷精餾塔及輔助設(shè)備設(shè)計(jì)） 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)日期：2011?2.28-2011?3?11 成 績： 目錄 前言 x 第一章精餾過程工藝及設(shè)備概述 ?x 第二章精餾塔工藝設(shè)計(jì) ?x 第三章再沸器的設(shè)計(jì) x 第四章 輔助設(shè)備及管路的設(shè)計(jì) x 第五章控制方案 x 附錄一主要符號(hào)說明 x 附錄二參考文獻(xiàn) x 前言 本設(shè)計(jì)說明書包括概述、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備及管路設(shè)計(jì) 及控制方案共5章內(nèi)容。 說明書中對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算做了詳細(xì)的闡述，對(duì)于再沸器、輔 助設(shè)備和管路的設(shè)計(jì)也做了正確的說明。 鑒于本人經(jīng)驗(yàn)

2、有限，設(shè)計(jì)中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，希望老師 給予指正。 感謝老師的指導(dǎo)和參閱！ 第一章、精餾過程工藝及設(shè)備概述 精餾是分離液體混合物（含可液化的氣體混合物）最常用的一種單元操作，在化工、 煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑驅(qū)動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、 液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度不同，使易揮發(fā)組分由液相向 氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的分離。該過程是同時(shí) 傳熱、傳質(zhì)的過程。為實(shí)現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的貯存、輸送、傳熱、分離、 控制等的設(shè)備、儀表。 1. 精餾裝置流程 精餾就是通過多級(jí)蒸餾，使混合

3、氣、液兩相經(jīng)過多次混合接觸和分離，并進(jìn)行質(zhì)量和熱 量的傳遞，是混合物中的組分達(dá)到高程度的分離，進(jìn)而得到高純度的產(chǎn)品。其流程如下：原 料（乙烯和乙烷混和液體）經(jīng)過料管由精餾塔的某一位置（進(jìn)料板處）流入精餾塔內(nèi)，開始 精餾操作，塔底設(shè)再沸器加熱釜液中的液體，產(chǎn)生蒸汽通過塔板的篩孔上升，與沿降液管下 降并橫向流過塔板的液體在各級(jí)篩板上錯(cuò)流接觸并進(jìn)行傳熱及傳質(zhì)，釜液定期作為塔底產(chǎn)品 輸出;塔頂設(shè)冷凝器使上升的蒸汽部分冷凝回流，其余作為塔頂產(chǎn)品輸出精餾塔。 2. 工藝流程 （1） 精餾裝置必須在實(shí)彈的位置設(shè)置一定數(shù)量不同容積的原料儲(chǔ)罐，泵和各種換熱器，以 暫時(shí)儲(chǔ)存，運(yùn)輸和預(yù)熱（或冷卻）所用原料，從而

4、保證精餾裝置能連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。 （2） 必要的檢測手段 為了隨時(shí)了解操作情況及各設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)操作中存在問題并采取相應(yīng)的 措施予以解決，需在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的測量儀表，以及時(shí)獲取壓力，溫度等各項(xiàng) 參數(shù)，從而間接了解運(yùn)行情況。另外。常在特定地方設(shè)置人孔和手孔，以便定期檢修各設(shè)備 及檢查裝置的運(yùn)行情況。 （3） 調(diào)節(jié)裝置 由于實(shí)際生產(chǎn)過程中各種狀態(tài)參數(shù)都不是定值，都會(huì)或多或少隨著時(shí)間有所波動(dòng)，應(yīng)在 適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證達(dá)到生產(chǎn)要求，有時(shí)還可以根據(jù)需求設(shè)置雙 調(diào)節(jié)，即自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式并可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行切換。 3. 設(shè)備簡介及選用

5、 所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器。 1） 、精餾塔 精餾塔是一圓形筒體，塔內(nèi)裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板。兩相在 塔板上相互接觸時(shí)，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被部分冷凝，氣相 中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到高程度的分離。 簡單精餾中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精餾段和提餾段，而在塔頂和塔底分別 引出一股產(chǎn)品。精餾塔內(nèi)，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最 高。 本設(shè)計(jì)為篩板塔，篩板的突出優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、塔板阻力小且效率高。但易漏 液，易堵塞。然而經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)其尚能滿足生產(chǎn)要求，目前應(yīng)用較為

6、廣泛。 2） .再沸器（設(shè)計(jì)從略） 作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內(nèi)氣液兩相間接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行。 本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通 過換熱器管程時(shí)部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。 立式熱虹吸特點(diǎn)： ※循環(huán)推動(dòng)力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。 ※結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。 ※殼程不能機(jī)械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質(zhì)。 ※塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。 3）.冷凝器（設(shè)計(jì)從略） 用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔內(nèi) 氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，最常用的

7、冷凝器是管殼式換熱器。精餾塔選用篩板塔，配 合使用立式虹熱吸式再沸器 （建議根據(jù)自己所查資料進(jìn)行補(bǔ)充!） 第二章精餾塔工藝設(shè)計(jì) 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)書 （將任務(wù)書中本人的設(shè)計(jì)條件詳細(xì)列舉！例如：） 1. 工藝條件：飽和液體進(jìn)料， 進(jìn)料丙烯含量xf == **摩爾分?jǐn)?shù)，下同） 塔頂丙烯含量x D =**% 釜液丙烯含量X w W2%，總板效率為0.6 2. 操作條件 塔頂壓力****MPa （表壓） 加熱劑及加熱方式：加熱劑：熱水； 加熱方式：間壁換熱 冷卻劑：循環(huán)冷卻水 回流比系數(shù)：R/Rmin=**** 塔板形式：****** 處理量：***** kmol/h，

8、安轉(zhuǎn)地點(diǎn)：煙臺(tái) 塔板位置：塔頂 二、精餾過程工藝計(jì)算 精餾塔的分離計(jì)算是精餾裝置過程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過分離計(jì)算確定給定原料達(dá)到規(guī)定分 離要求所需理論級(jí)數(shù)、進(jìn)料位置、再沸器及冷凝器的熱流量；確定塔頂、塔底以及側(cè)線采出 產(chǎn)品的流量、組成、溫度及壓力；確定精餾塔內(nèi)溫度、壓力、組成及氣相、液相流量的分布。 1. 處理能力及產(chǎn)品質(zhì)量（物料衡算） 物料衡算 rq nF qnD + q nW q nF 解得：q nD = kmol/h，q nw = kmol/h 2. 塔板計(jì)算 經(jīng)過模擬計(jì)算，得到理論板數(shù)N廣塊（包括精餾段、提餾段及總塔板數(shù)）。 （須附上：程序及計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)

9、算數(shù)據(jù)?。? 3. 初估塔徑 4. 塔高計(jì)算 5. 溢流裝置的設(shè)計(jì) 6. 溢流堰 7. 塔板布置及其他結(jié)構(gòu)尺寸的選取 8. 塔板流動(dòng)性能的校核 1） .液沫夾帶量的校核 2） .塔板阻力hf計(jì)算 3） .降液管液泛校核 4） .液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 5） .嚴(yán)重漏液校核 9. 塔板性能負(fù)荷圖 1） 過量液沫夾帶線 2） 液相下限線 3） 嚴(yán)重漏液線 4） 液相上限線 5） 降液管液泛線 10. 五條曲線聯(lián)合構(gòu)成負(fù)荷性能圖 （須附上坐標(biāo)紙或者電腦畫出的負(fù)荷性能圖?。? 其中：操作點(diǎn)為V h = ma/h, L h = ma/h V h m a y 塔板的

10、操作彈性：廣"^ = h , m in （詳細(xì)討論設(shè)計(jì)是否合理？） 第三章再沸器的設(shè)計(jì) 3. 1 再沸器類型選擇 我們選用立式熱虹吸式再沸器，需要加熱的流體為丙烯與丙烷的混合物，丙烯的摩爾百 分比為2%，溫度為47.88^，被加熱的流體走管程，因?yàn)楸患訜岬牧黧w溫度較高，所以用 于加熱的流體選用常壓下的飽和水蒸氣，溫度為100°C，出口為飽和冷凝水，溫度為100°C。 3. 2 再沸器中管程、殼程的物性數(shù)據(jù) 殼程為水蒸氣，其物性數(shù)據(jù)如下： 殼程水蒸氣冷凝焓變（潛熱）為y c = 2258 kJ / kg 殼程水蒸氣粘度h = 0.2856 mPa - s 殼程水蒸氣密度p =

11、 965 .1kg / m 3 殼程水蒸氣熱導(dǎo)率人=0.6819 W /（m - K） 管程為釜液，釜液氣、液相混合物的物性數(shù)據(jù)如下： 管程混合物（釜液）總液相當(dāng)量蒸發(fā)焓為y b = 325.37 kJ / kg 管程混合物流體總液相當(dāng)量粘度七=0.075 mPa - s 管程混合物流體總氣相當(dāng)量粘度h v = 0.0088 mPa - s 管程混合物流體總液相當(dāng)量密度p. = 440 kg / m 3 管程混合物流體總氣相當(dāng)量密度p v = 34.5kg / m 3 管程混合物流體總液相當(dāng)量比熱容C = 2977 J /（kg - K） pb 管程混合物流體總液相當(dāng)量熱導(dǎo)

12、率人=0.083 W /（m - K） b 管程混合物流體總液相當(dāng)量表面張力c = 4.1mN /m 管程混合物流體總液相當(dāng)量蒸汽壓曲線斜率(At / Ap ) = 5.2 x 10 -4 K - m 2 / kg 3. 3 再沸器面積的確定 釜液中的相變質(zhì)量流量為D = 5.05 kg / s ， 傳熱速率 Qr = Dy c = 5.05 x 325 .37 = 1642 .94 kJ /s，塔底的溫度可視為恒定的47.88°C,由此可以 =700 W /(m 2 . K )，可以得出 得出At = 100 - 47.88 = 52.12 C。假定總傳熱系數(shù)K 1642

13、x 1000 =45.03 m 2。 700 x 52.12 取用中38 x 2.5mm L=3000 mm 作為 傳熱管，則傳熱管數(shù) 45.03 =126 兀 —D 2 4 (38 A I1000 ) 外徑計(jì))為: 對(duì)管數(shù)取整得Nt= 130。則實(shí)際的總傳熱面積(以 兀 2 = 130 x—x 4 (38 A2 =46 .56 m2。 11000 3.4管束排列方式及管束、殼徑參數(shù)的確定 管束的排列方式為正三角形排列。 由公式N = 3a(a + 1) + 1可求得中間參量a = 5.97。 由公式b = 1.1*Nt可求得中間參量b =

14、12.94 取管心距t = 47.5 mm , 由公式 D $ = t (b — 1) + (2 ~ 3) d 0 可求殼徑 D $ = 47.5 x (12.94 — 1)+ 2 x 38 = 642 .9 ,取 整后可得D = 600 mm。L / D = 皿 =5，在4~6之間，故符合設(shè)計(jì)計(jì)算要求。管材 $ $ 600 料類型設(shè)計(jì)為普通碳鋼。 3. 5 傳熱能力核算 3. 5. 1顯熱段總傳熱系數(shù)Kl的求解 假設(shè)傳熱管 出口處氣含率 七=10.2% 則釜液循環(huán)質(zhì)量流量 D 5.05 W = 一 = = 49 .27 kg / s e 總流通截面積

15、兀 k ( 33 A2 =—-d 2 - N = — x x 130 =0.111m2 管束內(nèi)總質(zhì)量流速 W 49.27 G = — = = 443 .11 kg /(m 2 - s)。 S 0.111 0 在顯熱段，管程內(nèi)全部為釜液流出的泡點(diǎn)液體， 傳熱管內(nèi)流動(dòng)雷諾數(shù) 33 x 443 .11 1000 =195077 > 10 4 0.075 x 10 -3 2977 x 0.075 x 10 -3 =2.68 , 0.6 < P < 160 , 3000 =91 33 0.0831

16、 經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)公式求 得顯熱段管內(nèi) 傳熱 系數(shù) =0.023 0.083 r Re 0.8 p n = 0.023 x 33 1000 x 195077 0.8 x 2.680.4 = 1467 .71W /(m 2 -K)(液體 被加熱，n =0.4 ) 對(duì)于管外的加熱蒸汽，蒸汽冷凝液質(zhì)量流量m 1642 .94 0.728 38 =0.047 =0.728 kg / s，中間參 2258 程冷凝雷諾數(shù) 兀 x x 130 1000 Re 故可以用經(jīng)驗(yàn)管外傳熱系數(shù)公式 4 x 0.0

17、47 =656 .63 < 2100 ， 0.2856 x 10 -3 =1.88 R -1/3 1.88 R t/3 1.88 x 656 .63 3 、1 { ().2856 x 10 -3 ) =7110 W /(m 2 - K)，取沸騰側(cè) [p2 g 沁 J [965.12 x 9.8x 0.6819 3 J 傳熱系數(shù) 污垢熱阻阻為3.3 x 10 - 4( m 2 - K)/W，冷凝側(cè)污垢熱阻為1.72 x 10 - 4( m 2 - K)/W，所用碳 鋼材料熱導(dǎo)率為48.85 W /(m - K)，由此可以得到顯熱 2.

18、5 38 + 3.3 x 10 -4 x 38 1000 1467 .71 x 33 33 48.85 38 x 35.5 + 1.72 x 10 -4 + 7110 652 .74 W /(m 2 - K) 3. 5. 2沸騰段總傳熱系數(shù)K^的求解 (1) 管內(nèi)沸騰傳熱膜系數(shù)a V 首先對(duì)于管內(nèi)沸騰，可采用雙機(jī)理模型，求解公式為：a =a tP + 需要將氣化 nb 率控制在x < 25%以內(nèi)，本設(shè)計(jì)取x = 10.2%，可滿足設(shè)計(jì)要求。 首先對(duì)兩相對(duì)流經(jīng)熱膜系數(shù)a 進(jìn)行求解，a = F a，由管內(nèi)混合物物流的物性

19、可以 (p : 0.5 f日： 0.1 f 34.5 ) 0.5 f 0.075 x 10 - 3 ) V . —b = x [p J [七J [ 440 J [0.0088 x 10 - 3 J tP tP 0.1 得到中間參量9 = =0.347，將出口氣含 V 氣含率的平 tp i 率的 40%作為 均值，求出中間 參量 1/X = [x /(1 — x)]0.9 /9 = [(40% x 10.2%)/G — 40% x 10.2%)]0.9 /0.347 = 0.169 ， 求得 F = 3

20、.5U/X )0.5 = 3.5 x 0.175 0.5 = 1.438。 tt 液 體單獨(dú) 存在為 基礎(chǔ)而 求得的 管程表 面?zhèn)鳠? 系數(shù) 入 a = 0.023 x (f) x [R - (1 — x)]爵 x P 0.4 i 0.083 =0.023 x 33 x 1188216 x(1 — 40% x 10.2% )h8 x 2.68 0.4 = 1419 .37 W /(m 2 - K) 進(jìn)而求 1000 得 a . = Fa = 1.438 x 1419 .37 = 2041 .01W /(m 2 - K) 下一步要進(jìn)行泡核沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a 3的

21、求解，應(yīng)力麥克內(nèi)利公式， a nb =0.225 x、x P0.69 x (—^-^t— )o.69 ? (J — 1)o.33 ? ( P di )0.31 d r A ? r ? ^ p b =0.025 0.083 x 33 x 2.68 0? x 33 1642 .94 x 10 3 x 1000 46 .56 x 325 .37 x 10 3 x 0.075 x 10 -3 0.69 1000 r 440 V33 x———1 k 34.5 ) r 33 ) 1.88 x 10 6 x 1000 0.31 4.1 x 10 -3 =611

22、9 .40 W /(m 2 ? K) 下一步進(jìn)行泡核沸騰壓抑因數(shù)0的求解，首先求出傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速 G = 3600 G = 3600 x 427 .52 = 1539078 kg /(m 2 ? h)，按照氣含率等于出口氣含率來計(jì)算 1/X = [ x /(1 — W] 0.9 仰=110.2%/G —10.2% )h9 /0.347 = 0.4087，可查表得 a = 0.2。 按照氣含率等于出 口 汽化率 40% 來計(jì)算 1/X = [x/(1 — x)]0.9 仰=[(40% x 10.2%)/G — 40% x 10.2%)h9 /0.347 = 0.169，可查表 得a'

23、 = 1.0。取平均值得泡核沸騰壓抑系數(shù)a = aE^-a- = 0.2 + 1.0 = 0.6。 2 2 有了以上a 、a nb、a這三個(gè)參數(shù)，即可計(jì)算得到管內(nèi)沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) a = a + a a = 2041 .01 + 0.6 x 6119 .40 = 5712 .65 W /(m 2 - K) （2） 沸騰段總傳熱系數(shù)K E 1 K = E d 0 + R d 0 + Rw d 0 + R + 1 a d t d d O a 1 2.5 38 + 3.3 x 10 -4 x 竺 + 1000 x + 1.72 x 10 -4 + ^^~ 5712 .65

24、x 33 33 48.85 35.5 7110 =1053 .7W /(m 2 ? K) 3. 5. 3顯熱段和蒸發(fā)段長度的求解 查得管程混合物流體總液相當(dāng)量蒸汽壓曲線斜率（A t / A p ） = 5.2 x 10 - 4 K - m 2/kg，則 對(duì)于顯熱段長度Lbc有 L —BC L (at/ Ap)+ "?", .七 KqL 5.20 x 10 -4 5.20 x 10 -4 + 33 兀 x x 130 x 652 .74 x 52.12 1000 =6.8% 3.5. 4總平均傳熱系數(shù)、的求解 2977 x 440 x 49.27 BC

25、 L = 6.8% L = 6.8% x 3 = 0.20 m。沸騰傳熱蒸發(fā)段長度 LD = L — LC = 3 — 0.2 = 2.8m 652 .74 x 0.2 + 1053 .7 x 2.8 =1026 .39 W /(m 2 ? K) 3.5. 傳熱所需面積A。的求解 1642 .94 x 10 3 =30.71 m 2。 1026 .39 x 52.12 3. 5. 6面積裕度H的校核 H =氣—Ac x 100 % = 46.56 — 30.71 x 100 % = 51 .6% > 30% ,傳熱面積裕度校核 30.93 成功

26、，符合設(shè)計(jì)計(jì)算要求。 第四章輔助設(shè)備及管路設(shè)計(jì) 4. 1輔助容器的設(shè)計(jì) 所有容器填充系數(shù)均取k = 0.7。 4. 1. 1 進(jìn)料罐（20°C常溫貯料） 進(jìn)料罐內(nèi)裝常溫料液，在常溫狀況下求得下丙烷、丙烯混合物料（丙烯的摩爾百分比為 65%）的物性數(shù)據(jù)為: 混合物總平均密度p =473 .3kg / m 3 +q nF — Z )M F C 3 H 8 =60 x 0.65 x 42.081 + 60 x U — 0.65 )x 44 .097 = 2567 .2kg / h ，取料液的停留時(shí)間t =4 天，即 T = 96 h。 則可以得出進(jìn)料罐所需的體積應(yīng)

27、為V = 竺 =2567 ° x 96 = 743 .9m 3，取整后進(jìn)料 6/ 473 .3 x 0.7 罐的體積為V = 750 m 3。 4. 1. 2 回流罐（40°C） 回流罐中盛裝塔頂回流液，成分為接近純組分的丙烯（丙烯摩爾含量為98%），泡點(diǎn)回 流液的溫度應(yīng)為塔頂?shù)臏囟?8.6C，考慮到回流管線的少量熱損失，可將回流罐溫度設(shè)定 為 40Co 回流液的摩爾流量q l = R - q D = 9.96 x 39.38 = 392 .19 kmol / h，回流液的質(zhì)量流量 q = q X M + q G - x）M = mR 泅D C 3 H,, nR D C 3 H

28、8 ，取凝液在回流罐中的停留 392 .19 x 0.98 x 42.081 + 392 .19 x 0.02 x 44 .097 = 16519 .6kg / h 時(shí)間t = 0.25 h o 則可以得出進(jìn)料罐所需的體積應(yīng)為V = %二=16519 * x 0.25 = 12.3 m 3，取整后回流 p k 480 .36 x 0.7 罐的體積為V = 15 m3 o 4. 1. 3 塔頂產(chǎn)品罐（20C常溫貯料） 塔頂產(chǎn)品罐與回流罐內(nèi)組成相同，由于塔頂產(chǎn)品在罐內(nèi)停留時(shí)間較長，與外界熱交換非 常充分，所以應(yīng)選用常溫貯料罐，塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 q = q x M + q G - x）M

29、 = mD nD D C 3H 6 nD D C 3H 8 ，取塔頂產(chǎn)品在塔頂產(chǎn)品罐內(nèi) 39.38 x 0.98 x 42.081 + 39.38 x 0.02 x 44 .097 = 1658 .7 kg / h 的停留時(shí)間為t = 4天，即t = 72h o 則可以得出塔頂產(chǎn)品罐所需的體積應(yīng)為V = # = I658 ' x 72 = 355 .2m 3，取整后 p k 480 .36 x 0.7 進(jìn)料罐的體積為V = 360 m3 o 4. 1. 4 釜液罐（塔底產(chǎn)品罐）（20C常溫貯料） 釜液中的物料物性與塔底產(chǎn)品組成相同，丙烯摩爾含量為2%，由于長時(shí)間與外界接觸， 能夠

30、充分進(jìn)行換熱，所以選擇常溫貯料罐，由于溫度從塔底溫度47.88 C變至室溫，溫度變 化不大，盛裝液的密度可按再沸器設(shè)計(jì)時(shí)所用的塔底混合物液體當(dāng)量密度p/ 440 kg / m 3 q = q x M + q G - x）M = 來計(jì)算。流出釜液的質(zhì)量流量為mW nW W C 3H 6 nW W C 3H 8 20 .63 x 0.02 x 42 .081 + 20 .63 x 0.98 x 44 .097 = 908 .9kg / h 取釜液在釜液罐內(nèi)的停留時(shí)間為T = 5天，即T = 120 h。 則可以得出釜液罐所需的體積應(yīng)為v = q mW T 908 .9 x120 =

31、354 .1m3，取整后進(jìn)料 440 x 0.7 罐的體積為V = 360 m 3。 4. 2 傳熱設(shè)備的設(shè)計(jì) 4. 2. 1 進(jìn)料預(yù)熱器的簡單設(shè)計(jì) 考慮到進(jìn)料預(yù)熱器與進(jìn)料之間的管線熱損失， 可以將進(jìn)料加熱至稍高于泡點(diǎn)38.6r， 本設(shè)計(jì)將進(jìn)料由常溫20 r預(yù)熱至45 r。殼程用90 r熱水進(jìn)行加熱，殼程熱水出口溫度設(shè)為 mF 70r，管程流體質(zhì)量流率為q = 2567 .2kg /h，管程流體的混合物的平均比熱容為 C = 1585 J /(kg ? K) Q = C q (T - T )= 1585 x 2567 .2 x(45 - 20 )=

32、 101725 .3kJ / h 殼程熱水的定壓比熱容 p mF 2 1 C' = 4200 J /(kg ? K) ，則殼程熱水供 質(zhì)量流率應(yīng) 101725 .3 x 10 3 7 T = 1211 kg / h。 4200 x(90 - 70 ) 假設(shè)傳熱系數(shù)為 500 W /(m 2 - K) ，平 均傳熱溫 △ tj -△ t (90 - 45) - (70 - 20) ln △ t1 △t 2 ■2 90 - 45 ln 70 - 20 =47.45 K ，則所需傳熱面積應(yīng) 101725 .3x1000 3600 =1.

33、19 m 2。圓整后取A = 1.2m 2，只需微型的預(yù)熱器即可。 500 x 47 .45 4. 2. 2 塔頂冷凝器的簡單設(shè)計(jì) 采用I0r的水作為冷凝劑，出口溫度為30r，冷凝劑走管程，塔頂餾出物走殼程，溫 度恒定為38.6r，由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。管程混合物質(zhì)量流率為Wv = 5.05kg /s，混合物焓變 為△ H = 302 .5kJ /kg，則可得到熱流率Q =用了 NH = 5.05 x 302 .5 = 1527 .6kJ / s。則管 外熱水的質(zhì)量流率應(yīng)為q 1527 .6 x 10 3 7 = 18.19kg /s = 65470 kg /h。 m 4200

34、x(30 - 10 ) 假設(shè)傳熱系數(shù)為 500 W /(m 2 ? K)， 平均傳熱溫差 38.6 - 30 ln 38.6 - 10 竺二竺=E -30) y -10) = 16.64 k，則初步估計(jì)所需傳熱面積應(yīng)為 ln旦 △t 2 1527 * * 10 3 = 183.6m 2。圓整后取A = 190 m 2，需要較大型的換熱器才可 500 x 16.64 以。 4. 2. 3 其它換熱設(shè)備的說明 所以不需要換熱器 所以也不需要換熱 由于塔底產(chǎn)品的出料溫度為47.88^，在釜液罐中停留時(shí)間為5天, 對(duì)其冷卻，也可使其自然冷卻至常溫。 塔頂產(chǎn)品的出料溫度為

35、38.60°C，在塔頂產(chǎn)品罐內(nèi)停留時(shí)間為4天， 器對(duì)其冷卻，也可使其自然冷卻至常溫。 4. 泵的設(shè)計(jì)與選用 4. 3. 1 進(jìn)料泵(兩臺(tái)，一用一備) 取進(jìn)料液體流速為0.5m / s ，進(jìn)料料液的 體積流量為 qv mF 2567 .2 =5.42 m 3 / h。 473 .7 ，進(jìn)料管的內(nèi)管徑D = 1： 5.42 4 x 3600 x 1000 = 61.9mm，圓整 兀 x 0.5 后可取D = 68 mm i 可用中75.5 x 3.75 mm無縫鋼管。進(jìn)料液體的粘度^ = 0.068 mPa ? s， 68 x 0.5 x 473 .

36、7 則進(jìn)料管內(nèi)流體流動(dòng)雷諾數(shù)Re =虹通° 0.068 x 10 -3 =236850。取管壁粗糙度 e = 0.2，則相對(duì)粗糙度￡ /d = 0.2/75.5 = 0.00265，再結(jié)合雷諾數(shù)，可查表得摩擦系數(shù) 人=0.026 個(gè)。 ，取進(jìn)料管線長度l = 100 m，取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1 r r 、 、 100 + 20 0.52 0.026 x + 12 +(4 x 0.35 + 9.5； x 68 2 x 9.8 V V 1000 J 7 =0.73m 2 g P g u 2 △ P

37、 + f ，選取泵送實(shí)際高度差 AZ = 50m，則需要的實(shí)際揚(yáng)程H =△ Z + — +?上+￡ h于=50.73 m，泵的有效揚(yáng)程應(yīng) 為H = 1.05 H = 53.3 m，再根據(jù)泵送的體積流量七=5.42 m 3/h，可選用MPH型臥式化工 流程泵（流量0.5 ~ 7.8m 3 /h，揚(yáng)程15 ~130 m）即可。 4. 3. 2 回流泵（兩臺(tái)，一用一備） / s ， 回流液的體積流量為 取回流液體流速為0.5 q = qmD = 4.59 x 3600 = 37.55 m 3 /h。 V p 440 b 因q = — D 2 u，進(jìn)料管的內(nèi)管徑D, ~

38、= . x 1000 = 163 mm，圓整 兀u 兀x 0.5 后可取D = 170 mm，可用中180 x 5mm熱軋無縫鋼管。進(jìn)料液體的粘度R = 0.066 mPa - s， i 170 x 0.5 x 440 則進(jìn)料管內(nèi)流體流動(dòng)雷諾數(shù)Re = -^E =其00 = 5 66666。 口 0.066 x 10 -3 取管壁粗糙度 則相對(duì)粗糙度￡ /d = 0.2/170 = 0.0012，再結(jié)合雷諾數(shù)，可查表得摩擦系數(shù) 人=0.021 個(gè)。 ，取進(jìn)料管線長度l = 150 m，取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1 r r ) ) 1

39、50 + 30 0.52 0.021 x + 12 +(4 x 0.35 + 9.5) x 170 2 x 9.8 l l 1000 J J f J =0.425 m 2 g p g ，選取泵送實(shí)際高度差 AZ = 90 m，則需要的實(shí)際揚(yáng)程H = AZ + — + ^^― + Z h= 90 .425 m，泵的有效揚(yáng)程應(yīng) 為H = 1.05 H = 95.0m，再根據(jù)泵送的體積流量q^ = 37.55 m 3 / h，可選用HY型臥式化 工流程泵（流量1~ 200 m 3 /h，揚(yáng)程15 ~ 220 m ）即可。 4. 3. 3

40、 釜液泵（一臺(tái)） 取釜液液體流速為0.5m / s ， 釜液的體積流量為 q =、= 4皿=41.3 m 3/h。 V p 440 b 因qv =：D 2u ,進(jìn)料管的內(nèi)管徑D ：4 q I 41.3 14 x :——360^ x 1000 = 171 mm , 圓整后 兀 X 0.5 可取D = 170 mm ,可用中180 x 5mm熱軋無縫鋼管。釜液體的粘度R = 0.066 mPa - s，則 i 170 d x 0.5 x 440 進(jìn)料管內(nèi)流體流動(dòng)雷諾數(shù)Re = -^E =其00 = 566666。取管壁粗糙度e = 0-2， 口 0.066

41、 x 10 -3 則相對(duì)粗糙度￡ /d = 0.2/170 = 0.0012，再結(jié)合雷諾數(shù)，可查表得摩擦系數(shù)X = 0.021，取 釜液管線長度l = 10 m，取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)。 / 1 d 72 g P g r r ) \ 0.021 x + 12 +(4 x 0.35 + 9.5) 170 V V 1000 7 7 、 l + l △ P 2 u h + + 0.52 X 2 x 9.8 選取泵送實(shí)際高度差 =0.2 m △ Z = -3m，則需要的實(shí)際揚(yáng)

42、程H = △ Z + — + + E ", = -2.8m，泵送的體積流量 qv = 41.3m 3 /h，此泵對(duì)揚(yáng)程沒有要求，正常工作情況下，不需要此泵，在非正常工作和 停產(chǎn)工況下需要，可選用ZH型臥式化工流程泵（流量6.3 ~ 240 m 3/h，揚(yáng)程4 ~ 86 m ）即 可。 進(jìn)料管線取料液流速：u=0.5m/s則取管子規(guī)格。75.5X3.75。其它各處管線類似求得 如下： 管路設(shè)計(jì)結(jié)果表 名稱 管內(nèi)液體流速（m/s） 管線規(guī)格（mm） 進(jìn)料管 0.5 ?75.5X3.75 頂蒸氣管 15 ?180X5 頂產(chǎn)品管 0.5 ?60X3.5 回流管 0.5

43、 ?180X5 釜液流出管 0.5 ?48X3.5 儀表接管 / ?25 X 2.5 塔底蒸氣回流管 14 ?180X5 泵設(shè)備及主要參數(shù) 序號(hào) 位號(hào) 名稱 揚(yáng)程/m 流量 m3/h 功率/kw 1 P-101 進(jìn)料泵 54 5.5 0.8 2 P-102 釜液泵 10 42 1.1 3 P-103 回流泵 95 40 10.4 4 P-104 塔頂產(chǎn)品泵 20 3.5 0.2 5 P-105 塔底產(chǎn)品泵 20 2.1 0.11 第五章控制方案 精餾塔的控制方案要求從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)

44、品產(chǎn)量和能量消耗三個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。精 餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制。最 常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。 序號(hào) 位號(hào) 設(shè)備名稱 形式 主要參數(shù) 操作條件 1 T-101 精餾塔 浮閥塔 溫度40r壓力 1.72Mpa 2 E-101 塔頂冷凝器 分塊管 板式 3 E-102 塔底再沸器 分塊管 板式 4 E-103 進(jìn)料預(yù)熱器 分塊管 板式 5 P-101 進(jìn)料泵2臺(tái) 離心泵 Q=5.5m3/h H=54m 丙烯丙烷混合液 7 P-102 釜液泵1臺(tái) 離

45、心泵 Q=42m3/h H=10m 丙烷液 8 P-103 回流泵2臺(tái) 離心泵 Q=40m3/h H=95m 丙烯液 9 P-104 塔頂產(chǎn)品泵2臺(tái) 離心泵 Q=3.5m3/h H=10m 丙烯液 10 P-105 塔底產(chǎn)品泵2臺(tái) 離心泵 Q=2.1m3/h H=10m 丙烷液 11 V-101 原料中間罐 臥式 750m3 20 °C 1.72Mpa 12 V-102 回流罐 立式 15m3 40 C 1.72Mpa 13 V-103 塔頂產(chǎn)品罐 立式 360m3 20 C 1.72Mpa 14 V-1

46、04 塔底產(chǎn)品罐 立式 360m3 20 C 1.88Mpa 15 V-105 不合格產(chǎn)品罐 立式 650m3 20 C 1.88Mpa 將本設(shè)計(jì)的控制方案列于下表 序號(hào) 位置 用途 控制參數(shù) 介質(zhì)物性 PL(kg/m3) 1 FIC-01 進(jìn)料流量控制 0~3000kg/h 丙烯、丙烷 2 FIC-02 回流定量控制 0~1500kg/h 丙烯 3 PIC-01 塔壓控制 0—3MPa 丙烯 4 HIC-02 回流罐液面控制 0—1m 丙烯 5 HIC-01 釜液面控制 0—3m

47、 丙烷 6 TIC-01 釜液溫控制 0—60° C 丙烷 附錄一主要符號(hào)說明 符 號(hào) 意義與單位 符號(hào) 意義與單位 A 塔板上方氣體通道截面積，m2 F ——LV 兩相流動(dòng)參數(shù) A 降液管截面積，m2 G 質(zhì)量流量，kg/h A ——0— 浮閥塔板閥孔總截面積，m2 H d 降液管內(nèi)清液層高度，m A T 塔截面積，m2 H ' d 降液管內(nèi)泡沫層高度，m b 液體橫過塔板流動(dòng)時(shí)的平均寬度，m H ——T 塔板間距，m b 塔板上邊緣區(qū)寬度，m h —b 降液管底隙，m b ——d— 降液管

48、寬度，m u ——f 液泛氣速，m/s b s 塔板上入口安定區(qū)寬度，m h d 液體流過降液管底隙的阻力（以 清液層高度表示），m b' s 塔板上出口安定區(qū)寬度，m h f 塔板阻力（以清液層高度表示）， m C 計(jì)算液泛速度的負(fù)荷因子 h l 塔板上的液層阻力（以清液層高 度表示），m C 20 液體表面張力為20mN/m時(shí)的負(fù)荷因 子 h L 塔板上清液層高度，m C 0 孔流系數(shù) h 0 干板阻力（以清液層高度表示）， m D 塔徑，m l 堰長，m d ——o— 閥孔直徑，m M 摩爾質(zhì)量，kg/kmol d 液滴直徑，m P。 塔板阻力降，N/皿 —p— E 液流收縮系數(shù) Q 熱流量，W E ——T— 塔板效率 N ——T 理論塔板數(shù) e 單位質(zhì)量氣體夾帶的液沫質(zhì)量 N 實(shí)際塔板數(shù) 附錄二參考文獻(xiàn)