精馏装置设计

精馏装置设计（Q=1000t/y，T(y)=80，ψ=5.5，全凝器）过程装备与控制工程10150209何秉臻指导老师：韩越余龙摘要鉴于石油炼化工业乃在国民经济生产中的命脉，研究和发展精馏工艺成了重要课题。该设计重点介绍了工业生产中糠醛精馏塔设备，及其辅助换热设备的设计方法和作用。精馏塔是一种大型的化工设备，分为板式塔和填料塔两大类；精馏塔的设计颇为复杂，分工艺设计和机械设计两大部分，工艺设计部分着眼在根据设计条件，结合物料的流体力学性质设计出相关整个分离流程，机械设计部分则重在结合材料的力学性质解决精馏塔的物质实体实现问题；进而，能够满足各种校核条件的才是真正可用的设计。本设计的主要内容如下：质解决精馏塔的物质实体实现问题；进而，能够满足各种校核条件的才是真正可用的设计。对该设计过程相关的理论指导进行详略得当的介绍，是设计的理论根据部分.根据进料条件和流体的性质，设计出整条流程线，是机械设计部分的基础.根据工艺设计的结果完成精馏塔各零部件的强度、材料及尺寸的确定。关键词：精馏;精馏塔;工艺设计;机械设计AbstractConsideringoftheimportantrolewhichrefinementindustryplaysinnationaleconomicdevelopment,itismagnatudetostudyrefinementtechnics.Thedesignfocusesontheindustrialproductionoffurfuralindistillationequipment,andauxiliaryheatequipmentdesignandfunction.Thefractionatingcolumnisoneofthebiggestchemicalequipments,havingtwokindscalledtheplankcolumnandthefillingcolumn.Thedesignoffractionatingcolumnisaverycomplicatedandhardjob,whichcontainsthedesignofcraftworkandthedesignofmechanism.Incraftworkdesign,itneedtocarryoutthewholeseparationprocessaccordingtothehydrodynamiccharacterandgivenconditionsforthedesign.Inmechanismdesign,thepointistoshowhowtomakethecolumnaccordingtotheresultsofthecraftworkdesign，thenagooddesignmustbetheonewhichcanmeetallkindsofrequirement,technicalandmechanical.Thesummaryofthisdesignisasfollow:Itfilestherelatedtheorieshereandthispartisthebasisofwholedesign.Itdesignsthefractioningprocessaccordingtoformerconditions.Itmakessurethematerialandthesizeofthecolumnpartsaccordingtotheformerconditions.Keywords:rectification;fractionatingcolumn;craftworkdesign;Mechanicaldesign一．前言糠醛又叫呋喃甲醛，分子式C6H4O2。分子量96.08（按1987年国际相对分子量）。呋喃甲醛为浅黄色至琥珀色透明油状液体。有类似杏仁的刺激性气味，在空气和光的作用下，有浅黄色变褐色并产生树脂化。它能溶于很多有机溶剂，如酒精，乙醇，丙酮，乙醚，苯等。纯糠醛为无色、有芳香味、易燃的液体，放置后色泽逐渐由黄变深。沸点161.7℃，熔点-36.5℃，闪点56.8℃，相对密度（20℃）1.1598，折光指数1.528，粘度（25℃）1.49mpa.s，能部分溶于水，与乙醚或酒精可互融。二．概述精馏设备指的是精馏操作所用的设备，主要包括精馏塔及预热器和冷凝（一）．精馏塔它是完成精馏操作的主体设备。塔体为圆筒形，塔内设有供气液接触传质用的塔板或填料。在简单精馏塔中，只有一股原料引入塔中，从塔顶和塔底分别引出一股产品。随化工生产的发展，出现了多股进料和多股出料或有中间换热的复杂塔。在实际生产中，常有组分相同而组成不同的几宗物料都需要分离。如果把这些物料混合以后进行分离，则能耗较大。为此可在塔体适当位置设置多个进料口，将各宗物料分别加入塔内。（二）．精馏塔工艺计算1.物料衡算工程中习惯用质量流量，而化工单元设计中使用摩尔流量较方便。最好两者同时算出，便于化工计算。（1）.产品流量本设计为年产1000吨纯糠醛，考虑到检修等原因，一年以300天计（24h/d），同时考虑到生产裕度和过程损失，使设计能力增加15%，于是以单位时间计，计算理论产量I（2）．分离罐衡算分离罐出来的产品是粗糠醛，其组成与分离罐的温度有关。设计规定分离罐的温度为30℃，故分层后的组成可查出。分离罐出来的产品是粗糠醛，其质量分率为94.2%，摩尔分率为75.28%。精馏车间总衡算，原料罐衡算精馏塔衡算（检验），得到I、J、D、W、S、F等的质量和摩尔组成、单位时间流量等数据。2．精馏塔的塔板数计算（1）．物性参数(注意单位换算）根据以质量分率的相平衡数据，画出以摩尔分率表示的气液平衡数据；（2）．理论塔板数（图算法）恒摩尔流假定：各组分摩尔气化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温良好，可忽略热损失。回流比：min)21.1(RR3．塔径与塔板布置（1）．确定工艺参数操作温度、压力；气、液相负荷（精馏段、提馏段分别算）；物性参数计算：比热和潜热；气、液相密度；液体表面张力；粘度。（2）．塔径计算确定塔板流型，初定板间距HT，初算塔径D；核算塔径。选取塔板间距HT：HT↓，则塔高↓，液沫夹带量↑，液泛气速↓；HT↑，则塔内气速↑，塔径↓，但塔高↑；考虑经济性、经验选取HT工业塔中，板间距范围200-900mm塔径确定原则：防止过量液沫夹带液泛，步骤：先确定液泛气速uf(m/s)；然后选设计气速u；最后计算塔径D。①液泛气速C：气体负荷因子，与HT、液体表面张力和两相接触状况有关。2.02020CC②选取设计气速u选取泛点率：u/uf；一般液体，0.6-0.8；易起泡液体，0.5-0.6；设计气速u=泛点率×uf；塔截面积AT=气体流通截面积A+降液管面积Ad，即：A=AT-Ad选取Ad/AT，计算塔径D；系列化标准：0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0m等；选取Ad/AT原则单流型弓形降液管：0.06-0.12多流型：可适当增大；U形流型：可适当减小。（3）．塔盘结构尺寸塔盘结构（直径大小，塔盘形式，整块定距管，分块等）；降液管及堰结构尺寸；确定堰高hw，计算how，必要时调整堰型式；选择合理孔径和孔间距，确定开孔区面积及开孔数。溢流装置设计：①溢流型式的选择依据：塔径、流量；型式：单流型、U形流型、双流型、阶梯流型等②降液管形式和底隙降液管：弓形、圆形；降液管截面积：由Ad/AT=0.06-0.12确定；底隙Hb：通常在30-40mm。③溢流堰（出口堰）作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过；型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰；堰高hw：直接影响塔板上液层厚度。过小，相际传质面积过小；过大，塔板阻力大，效率低；常、加压塔：40-80mm；减压塔：25mm左右。堰长Lw：影响液层高度。单流型：双流型:堰上方液头高度how：④塔板及其布置（1）受液区和降液区，一般两区面积相等。（2）入口安定区和出口安定区（3）边缘区：（4）有效传质区：单流型弓形降液管塔板：⑤筛孔的尺寸和排列筛孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛板开孔率：筛孔直径d0:3-8mm(一般)；12-25mm(大筛孔)孔中心距t:(2.5-5)d0，取整。开孔率φ:通常为0.08-0.12。板厚：碳钢（3-4mm）、不锈钢。筛孔气速：4．塔设备的载荷分析（1）塔设备的质量载荷分析通过计算各段质量进行力学分析。（2）各部件应力校核通过对塔体整体分析找出应力集中点计算应力与许允应力比较。5．各附件的计算和选择按计算数据正确选择合适的附件。参考文献[1]王志奎.《化工原理（第三版）》[M]，化学工业出版社，2009[2]化学工业部科学技术情报研究所壤．化工产品手册。有机化工原料，下册．北京：化学工业出版社，1985[3]南京林产工业学院主壤．林产品化工手册，上册．北京：中国林业出版社，1981黄灏;郑军;刘毅[4]糠醛精制装置存在的问题及其优化[期刊论文]-润滑油2010(02)[5]杨军朝;王万真;刘强糠醛精制装置的节能技术改造2008(01)[6]《化工容器及设备》余国综，天津大学出版社.[7]陆秀林.王者相《塔设备》{M}，化学工业出版社，2004