过程工艺与设备课程设计

过程工艺与设备课程设计丙烯—丙烷精馏塔设计班级：09级高分子1班姓名：赵健学好：20092412844指导老师：刘诗丽设计日期：2012-2-20至2012-2-29目录前言第一章：任务书第二章：数据求算过程第三章：溢流装置的设计第四章：塔盘布置第五章：塔盘流动性能的校核第六章：负荷性能图前言本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案等内容。说明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，本设计中还存在许多错误，希望各位老师给予指正。感谢老师的指导和参阅！第一章：任务书————设计条件1、工艺条件：饱和液体进料；进料丙烯含量（摩尔百分数）xf＝65％；塔顶丙烯含量xD＝98％；釜液丙烯含量xw＝2％；总板效率为0.6；2、操作条件：塔顶操作压力为1.62MPa(表压)；3、其他条件：塔设计位置在塔顶；踏板形式为筛板；处理量90Kmol/h；回流比系R/Rmin=1.6；用3#图纸绘制带控制点的工艺流程图及精馏塔工艺条件图；4、物性数据：定性温度T取塔顶温度TD=316.1K，塔底温度T2=325.23K的平均温度320.65K，液相密度表面张力丙烯474.84.76丙烷460.924.75气相密度表面张力丙烯31丙烷32.1液相密度m3L/Kg5224.47492.46002.08.47498.0气相密度m3V/Kg022.311.3202.03198.0液相表面张力：mmN/7502.402.076.498.075.4第二章：数据求算过程：1、的确定：假设塔顶温度为316.1K，压力为1.62MPa（表压），则根据“烃类的p--T--K图”可知，C43。，1721.33/101.33的压力下，KA=1.08，98.0KB，所以10.198.008.1假设塔底温度为325.23K，压力为1.76MPa（表压），则根据“烃类的p--T--K图”可知，在C23.52。，1861.33/101.33的压力下，02.119.1KKBA，，所以17.102.119.1所以14.1217.110.12、R的确定：R/Rmin=1.8又xyyqqqDRxminxqyq是q线与平衡线的交点坐标，因为是饱和液体进料，q=1，所以q线方程为%65xfx,平衡线方程为xxxx14.0114.1)1(1y联立可得xq=0.65，yq=0.679；所以38.1065.0679.0679.098.0minR；所以R=1.8Rmin=1.810.38=18.68因此可以确定精馏段方程为：05.095.068.1998.068.1968.1811y1xxxxnnDnnRRR提留段的方程：因为q=1,所以xxwmmRfRfR111y1其中52.102.0-65.002.0-98.0fxxxxfwwD，所以xxwmmRfRfR111y1=000528.003.102.068.1952.0168.1852.168.18xxmm3、塔板的计算：(1)利用编程计算：已知平衡方程xxxx14.0114.1)1(1y精馏段方程05.095.0y1xnn提馏段方程xxwmmRfRfR111y1=1.03Xm-0.000528根据程序运算所需理论塔板数：程序如下：#includestdio.h#includemath.hintmain(){floatx,y,f,R,a;inti=1;scanf(%f%f%f,&a,&R,&f);x=0.98/(a-(a-1)*0.98);while(x0.65){y=(R*x)/(R+1)+0.98/(R+1);x=y/(a-(a-1)*y);i++;}printf(进料板为第%d块,i);while(x0.02){y=(R+f)*x/(R+1)-(f-1)*0.02/(R+1);x=y/(a-(a-1)*y);i++;}printf(\n);printf(理论塔板数为%d块,i);}运行后可知结果：进料板为第39块；总的理论塔板数为85块；又已知总板效率为0.6；所以实际塔板数为85/0.6=142；（2）利用吉利兰关联图估算理论塔板数：已知R=18.68；Rmin=10.38则423.01-RminRR由吉利兰关联图可查得：295.02N-NminN又已知D=1.10；W=1.17；所以134.117.110.1mWD又111lnln1minxxxxNWWDDm代入数据可得：Nmin=61所以N=88；则实际塔板数为88/0.6=147块；两种方法计算的塔板数相差不到5块，所以数据基本准确。4、塔径的计算：已知qnF=90Kmol/h,xD=98%;；xF=65％；对全塔进行物料衡qnD+qnW=qnFqnDxD+qnWxw=qnFxF带入数据计算可得：qnD=59.06Kmol/h；qnW=30.94Kmol/h气相流量=59.06Kmol/h=2480.52kg/h=79.96m3/h液相流量=30.94Kmol/h=1361.36kg/h=2.87m3/h两相流动参数14.0022.315224.47496.7987.2FDwnDnWLVqq初选塔板间距HT=0.45m可得C20=0.07因此气体负荷因子053.007.0C207502.4202.02.020c液泛气速hmvvlCuf/2.0022.31022.315224.474053.0取泛点率为0.8，则操作气速hmuuf/16.02.08.08.0所需气体流量截面积mquAvv25.016.08.0取07.0AATd，则93.007.011AAATdTA，故At=0.5/0.93=0.538m2塔径mD828.0538.045、塔高的计算：实际塔板数142块，初选踏板间距0.45m,则塔高Z=142*0.45=63.9m；进料处两板间距增大为0.9m,设置20个入孔，入孔处两板间距增大为0.8m；群座取5m,塔顶空间高度1.5m，釜液上方气液分离高度取4m；设釜液停留时间为30min,所以釜液高度：Hw=30*60*4*qv/(Dl2)=1800*4*0.3211/460/3.14/828.02=2.33m所以总塔高h=63.9+0.9-0.45+5+1.5+4+2.33+20*(0.8-0.45)=84m6、数据汇总：名称数值实际塔板数N142理论塔板数Nt85进料板位置Nf39回流比R18.68相对挥发度α1.14塔顶产品量qnd,Kmol/h59.06塔底产品量qnw,Kmol/h30.94塔顶温度tbd,°C43.1塔底温度tbw,°C52.23塔顶压力Pd,MPa1.62（表）塔底压力Pw,MPa1.76（表）塔径m0.828m塔高m84m第三章：溢流装置的设计1、降液管：由以上计算可得，降液管截面积Ad=AT*0.12=0.3052m2由Ad/AT=0.12，可查图得，Lw/D=0.68;Bd/D=0.14;所以，堰长Lw=0.68D=1.224m;堰宽Bd=0.14D=0.252m;降液管面积=0.3052m22、溢流堰：溢流强度：qvl*h'/lw=0.0206*3600/1.224=60.59(100-130)合格收缩系数E近似为1mmwnlhElqhow006.00439.0'84.23/2310，所以，合适。取堰高hw=0.04m;3、受液盘和底隙：取平行受液盘，底隙hb取0.05m;液体流经底隙的流速，smlwhbsquvlb/4.0337.0'合适；第四章：塔盘布置：1、有效传质面积：取进、出口安定区宽度mbbss1.0'；边缘宽度mbc05.0根据103.0TdAA，由《化工原理》图10.2.23可查得16.0Dbd，故降液管宽度mDbd272.07.116.016.0由mbDrmbbDxrxrxrxAcsda8.005.085.02478.0)1.0272.0(24.1)(2)arcsin180(2222故，有效传质区面积mAa2628.12、筛孔个数：取筛孔直径mmd60，筛孔中心距mmdt1830则开孔率1.0)31(907.0)(907.02200tdAAa故，筛孔总截面积200628.0628.01.0mAAa筛孔气速smAquVVs/007.400筛孔个数22010640628.0462200dAn（个）第五章：塔盘流动性能的校核①、液沫夹带量ve由2187.0LVF和泛点率0.6243，查《化工原理》图10.2.27得007.0，则ve＝006554.01mmVsLsqqkg液体/kg气体ve0.1kg液体/kg气体，符合要求。②、塔板阻力fh由式fh＝hhhl0，式中2000)(21cughLV，根据5.1004.0006.0do查《化工原理》图10.2.28得82.00c，故，mh067323.00液柱)(owwlhhh由smAAqudTVVsa/1395.02气体动能因子711.05.0VaauF查《化工原理》图10.2.29得塔板上液层的充气系数72.0，故，mhl066.0液柱mgdhL433031088.610681.947061.74104104液柱故，mhhhhlf134.00液柱③、降液管液泛校核由fdowwdhhhhH，取0，又mhlqhbwVLhd01845.0)(1018.128液柱则mHd2444.0134.001845.000415.006.0取降液管中泡沫层的相对密度6.0（书244）则mHHdd4073.0'mhHHwTd51.006.045.04073.0'，故不会产生液泛④、液体在降液管中的停留时间ssqHAVLsTd5135.8，满足要求⑤、严重漏液校核mhhhhoww0168.0)(13.00056.0'05.0''10000hhuuk0.2~5.19989.1k，满足稳定性要求并可求得漏液点气速smkuu/005.2'00各项校核均满足要求，故所设计筛板塔可用。第六章：负荷性能图参考书1.《化工单元过程及设备课程设计》，匡国柱、史启才主编，化学工业出版社，2002年。2.《化工物性算图手册》，刘光启、马连缃、刘杰主编，化学工业出版社，2002年。3.《化工原理》（下册）,大连理工大学编,高等教育出版社,2002年4、《化学化工物性数据手册》（有机卷），刘光启、马连湘、刘杰主编，化学工业出版社，2002年。5、《石油化工基础数据手册》，卢焕章，刘光启、马连湘、刘杰主编,化学工业出版社，1982年。6、《石油化工基础数据手册》（续篇），马沛生，化学工业出版社，1993年。7、《石油化工设计手册》，王松汉，化学工业出版社，2002年。