二硫化碳-四氯化碳连续精馏塔设计

实用标准文案精彩文档东北石油大学石化装备设计综合实训2014年3月21日题目二硫化碳-四氯化碳连续精馏塔设计学院机械科学与工程学院专业班级过程装备与控制工程11-2学生姓名学生学号指导教师实用标准文案精彩文档东北石油大学课程实训任务书课程石油装备设计综合实训题目二硫化碳-四氯化碳连续精馏塔设计专业过程装备与控制工程姓名学号主要内容：1设计方案的确定及工艺流程的说明和绘制；2.塔的工艺计算；3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算；4.塔内流体力学性能的设计计算、负荷性能图的绘制；5.塔体的强度校核；6.绘制塔体装配图。设计条件在连续精馏塔中分离二硫化碳和四氯化碳混合液，原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h，组成为0.3（质量分率），馏出液组成为0.90，釜液组成0.025，操作回流比取为最小回流比的1.8倍，操作压强为1atm，全塔操作平均温度为61℃，空塔速度取0.8m/s，板间距取0.4m，全塔效率取60%，试设计此连续精馏塔。主要参考资料：[1]GB150-2011，压力容器[S].[2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社,2010.[3]JB4710－2005，钢制塔式容器[S].[4]SH3098-2011，石油化工塔器设计规范[S].完成期限2014年3月21日指导教师专业负责人实用标准文案精彩文档2014年2月24日实用标准文案精彩文档目录第1章工艺综述............................................11.1流程的设计及说明....................................11.2工艺流程图..........................................1第2章塔设备的工艺设计....................................22.1已知参数............................................22.2选塔依据............................................22.3精馏流程的确定......................................32.4塔的物料衡算........................................32.5塔板数的确定........................................32.6塔工艺条件及物性数据计算............................52.7精馏塔气液负荷计算..................................8第3章塔设备的结构设计....................................93.1塔和塔板的主要工艺尺寸的计算........................93.2筛板的流体力学验算.................................143.3塔板负荷性能图.....................................173.4接管设计...........................................223.5塔总高度计算.......................................23第4章塔设备的强度校核...................................244.1按设计压力初步确定塔体的厚度.......................244.2确定危险截面位置...................................24实用标准文案精彩文档4.3塔的质量载荷计算...................................244.4塔的自振周期计算...................................264.5地震载荷计算.......................................264.6风载荷计算.........................................274.7截面的最大弯矩组合.................................284.8筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核...............304.9筒体和裙座水压试验应力校核.........................314.10基础环设计........................................324.11地脚螺栓计算......................................33第5章设计结果汇总.......................................35参考文献..................................................37实用标准文案精彩文档第1章工艺综述1.1流程的设计及说明自罐区来的渣油、自预处理装置的加氢尾油和自罐区来的加氢尾油经过速度、温度、压力监测装置，经过自动流量控制、通过管道混合器混合，进入原料油缓冲罐；自一段提升管近入返回线、二段提升管进料返回线、开工循环线、油浆返塔线来的油和开工循环油经过截止阀之后分为两部分，第一部分经过102-100-P-2045-4.0A1-ST进入原料油缓冲罐，第二部分经过102-100-P-2045A-4.0A1-ST进入回炼油罐，在原料油缓冲罐中缓冲，其缓冲过程中产生的油气排至102-7-201，沉降后的油经过原料升压泵升压。经过流量自动控制之后作为原料油输送至102-E-205。自102-T-201来的回炼油进入回炼油罐反应，回炼油罐中产生的油气经过截止阀的控制，其中一部分经102-100-P-2046-4.0A1-HI流入102-T-201，另一部分经102-100-P-2046A-4.0A1-PP至管P-2016其中产生的回炼油通过温度和速度的监测，一部分通过截止阀至管P-2037，另一部分回炼油通过回炼油泵升压之后分为两部分，其中一部分通过流量自动控制系统输送至102-T-201，另一部分回炼油通过截止阀控制与来自FL0-5001的冲洗油混合后经过换热器降温并通过温度观测装置达到一定温度标准之后分两部分流出，第一部分经过流量自动控制系统进入102-T-201，第二部分经过流量控制装置之后流入管P-2011，此时来自102-E-205的原料油进入换热装置作为冷凝液，被加热之后与来自FL0-5001的冲洗油混合流入至102-E-206。在换热过程中，被冷凝的回炼油的温度作为传送量通过温度检测控制系统影响原料油的流量，当被冷凝的回炼油的温度高于标准温度，原料油经过换热器时回炼油冷凝，若被冷凝的回炼油的温度低于标准温度，原料油不经过换热器直接被排至102-E-206.1.2工艺流程图见分馏部分汽提塔及柴油冷却部分工艺管道及仪表流程图实用标准文案精彩文档第2章塔设备的工艺设计2.1已知参数主要基础数据:表2-1二硫化碳和四氯化碳的物理性质项目分子式分子量沸点oC密度3g/cm二硫化碳2CS7646.51.260四氯化碳4CCl15476.81.595表2-2液体的表面压力σ(单位:mN/m)温度oC46.55876二硫化碳28.526.824.5四氯化碳23.622.220.2表2-3常压下的二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据液相中二硫化碳摩尔分率x气相中二硫化碳摩尔分率y液相中二硫化碳摩尔分率x气相中二硫化碳摩尔分率y000.39080.63400.02960.08230.53180.74700.06150.15550.66300.82900.11060.26600.75740.87900.14350.33250.86040.93200.25800.49501.01.02.2选塔依据工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。对于一个具体的分离过程，通常按以下五项标准进行综合评价：(1)通过能力大，即单位塔截面能够处理得气液负荷高；(2)塔板效率高；(3)塔板压降低；(4)操作弹性大；(5)结构简单，制造成本低。而筛板塔是现今应用最广泛的一种塔型，设计比较成熟，具体优点如下：实用标准文案精彩文档(1)结构简单、金属耗量少、造价低廉。(2)气体压降小、板上液面落差也较小。(3)塔板效率较高，改进的大孔筛板能提高气速和生产能力，且不易堵塞塞孔。2.3精馏流程的确定二硫化碳和四氯化碳的混合液体经过预热到一定的温度时送入到精馏塔，塔顶上升蒸气采用全凝器冷若冰霜凝后，一部分作为回流，其余的为塔顶产品经冷却后送到贮中，塔釜采用间接蒸气再沸器供热，塔底产品经冷却后送入贮槽。2.4塔的物料衡算(1)料液及塔顶塔底产品含二硫化碳的质量分数0.46Fx0.95Dx0.05Wx(2)平均分子量0.4676(10.46)154118.12kg/mol0.9576(10.95)15479.9kg/mol0.0576(10.05)154150.1kg/molFFFMMM(3)物料衡算每小时处理摩尔量400033.86kmolh0.46760.54154F总物料衡算DWF易挥发组分物料衡算0.950.050.46DWF联立以上三式可得：15.43kmolh18.43kmolh33.86kmolhDWF2.5塔板数的确定(1)根据二硫化碳和四氯化碳的气液平衡数据作出x-y图,如图2-1所示实用标准文案精彩文档(2)进料热状况参数q=1(3)q线方程0.46qFxx(4)最小回流比minR及操作回流比R因为是泡点进料，对于二硫化碳与四氯化碳混合液，由相平衡数据可得到不同的相对挥发度11122212qmin0.0296=0.0823=2.931+10.02960.8604=0.932=2.231-10.860411=+=2.932.23=2.58222.580.460.691112.5810.460.950.690.261.130.690.460.23DqqqxyxxyRyx取操作回流比min1.81.81.132.034RR精馏段操作线方程12.03410.950.670.313112.03412.0341DnnnXRyxxxRRR=2.03415.4331.385F31.38533.8665.245LDLRDLL提馏段操作线方程165.24518.430.051.3940.0265.24518.4365.24518.43mmmyxx利用图解法求得理论板层数，理论10层，第6级为加料板，故精馏段理论版层数为5，因为再沸器相当于一层理论板，故提馏段理论板层数为4。精馏段塔板数5=8.330.6N精，即取为9层提馏段塔板数4=6.670.6N提，即取为7层全塔实际板数p9=150.6N，即取为16层实用标准文案精彩文档图2-1理论板层数的图解法2.6塔工艺条件及物性数据计算(1)操作压强的计算Pm塔顶压强：PD=101.3取每层塔板压降△P=0.9kPa则：进料板压强：PF=101.3+90.9=109.4kPa塔釜压强：Pw=101.3+160.9=115.7kPa精馏段平均操作压强：Pm=101.3109.4105.352kPa提馏段平均操作压强：'m109.4115.7112.552PkPa(2)操作温度的计算近似取塔顶温度为46.5℃，进料温度为58℃，塔釜温度为76℃精馏段平均温度()46.55852.2522DFmttt精=℃提馏段平均温度()58766722WFmttt提