正己烷-正戊烷

化工原理课程设计盐城师范学院化工原理课程设计2010－2011学年度化学化工学院应用化学专业班级08（2）学号08233220课题名称正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计学生姓名李薇指导教师李万鑫设计时间：2010年12月6日～2010年12月19日化工原理课程设计毕业论文（设计）承诺书本人郑重承诺：1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。学生（签名）：2010年月日化工原理课程设计盐城师范学院化工原理课程设计任务书化学化工学院应用化学专业班级08（2）姓名李薇学号08233220课题名称：正戊烷－正己烷混合液板式精馏塔设计课程设计任务：化工原理课程设计是学生学完基础课程及化工原理之后，进一步学习化工设计的基础知识，培养学生化工设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用《化工原理》和相关先修课程的知识，联系化工生产实际，完成以化工单元操作为主的一次化工设计的实践。通过这一环节，使学生初步掌握化工单元操作设计的基本程序和方法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选用公式和数据，运用简洁文字和工程语言正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学生养成尊重实际向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树立正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的工作作风，提高学生综合运用所学知识，独立解决实际问题的能力。课题研究的主要内容：1.工艺设计（1）选择工艺流程和工艺条件a．加料方式b.加料状态c.塔顶蒸汽冷凝方式d.塔釜加热方式e.塔顶塔底产品的出料状态塔顶产品由塔顶产品冷却器冷却至常温。（2）精馏工艺计算：a.物料衡算确定各物料流量和组成。b.经济核算确定适宜的回流比根据生产经常费和设备投资费综合核算最经济原则，尽量使用计算机进行最优化计算，确定适宜回流比。c.精馏塔实际塔板数用近似后的适宜回流比在计算机上通过逐板计算得到全塔理论塔板数以及精馏段和提馏段各自的理论塔板数。然后根据全塔效率ET，求得全塔、精馏段、提馏段的实际塔板数，确定加料板位置。2.精馏塔设备设计(1)选择塔型和板型采用板式塔，板型为筛板塔或浮阀塔。(2)塔板结构设计和流体力学计算(3)绘制塔板负荷性能图化工原理课程设计画出精馏段或提馏段某块的负荷性能图。(4)有关具体机械结构和塔体附件的选定*接管规格：根据流量和流体的性质，选取经验流速，选择标准管道。*全塔高度：包括上、下封头，裙座高度。课题研究思路和要求：思路：查阅文献→搜集资料→设计方案→进行合成实验→结构表征→整理数据→理论探讨→分析总结→补充数据→完成论文。要求：按课题设计方案进行，完成课题预定任务。记录实验数据、理论分析、得到结论、撰写论文。主要参考书：[1]夏清，陈常贵.化工原理（上册）.天津：天津大学出版社，2006[2]夏清，陈常贵.化工原理（下册）.天津：天津大学出版社，2006[3]陈敏恒，丛德滋等.化工原理（上册）.北京：化学工业出版社，2007[4]陈敏恒，丛德滋等.化工原理（下册）.北京：化学工业出版社，2007[5]申迎华，郝晓刚.化工原理课程设计.北京：化学工业出版社，2009[6]贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计.天津：天津大学出版社，2002[7]上海医药设计院.化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社，2000[8]卢焕章等。石油化工基础数据手册.北京：化学工业出版社，1982[9]马沛生等。石油化工基础数据手册（续篇）.北京：化学工业出版社，1993化工原理课程设计[10]时钧主编.化学工程手册（第二版）.北京：化学工业出版社，1996指导教师李万鑫职务(称)2010年月日目录1概论1.1塔设备在化工生产中的作用和地位1.2塔设备的分类及一般构造1.3对塔设备的要求1.4塔设备的发展及现状1.5塔设备的用材1.6板式塔的常用塔型及其选用1.6.1泡罩塔：1.6.2筛板塔：1.6.3浮阀塔：1.7塔型选择一般原则1.7.1与物性有关的因素1.7.2与操作条件有关的因素1.7.3其他因素1.8板式塔的强化2塔板计算2.1设计任务与条件2.2设计计算2.2.1设计方案的确定2.2.2精馏塔的物料衡算2.2.3塔板数的确定2.2.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算化工原理课程设计2.2.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算2.2.6塔板主要工艺尺寸计算2.2.7塔板流体力学验算2.2.8塔板负荷性能图3塔附件设计3.1接管——进料管3.2法兰3.3筒体与封头3.4人孔85000t/年正戊烷—正己烷常压精馏塔设计李薇[摘要]本文设计了一个常压浮阀精馏塔，分离含正戊烷0.45（以下皆为质量分率）的正戊烷—正己烷混合液，其中混合液进料量为85000t/年，要求获得0.99的塔顶产品和0.98的塔釜产品。通过翻阅大量的资料进行物性数据处理、塔板计算、结构计算、流体力学计算、画负荷性能图以及计算接管壁厚对浮阀塔展开了全方面的设计。[关键词]常压塔塔板物性化工原理课程设计第1章概论1.1塔设备在化工生产中的作用和地位:塔设备是石油、化工生产中广泛使用的重要生产设备，在石油、化工、轻工等生产过程中，塔设备主要用于气、液两相直接接触进行传质传热的过程，如精馏、吸收、萃取、解吸等，这些过程大多是在塔设备中进行的。塔设备可以为传质过程创造适宜的外界条件，除了维持一定的压强、温度、规定的气、液流量等工艺条件外，还可以从结构上保证气、液有充分的接触时间、接触空间和接触面积，以达到相际之间比较理想的传质和传热效果1.2塔设备的分类及一般构造分类：按照操作压力可分为加压塔、常压塔和减压塔，按操作单元分为精馏塔、吸收塔、介吸塔、反应塔、萃取塔、干燥塔，按形成相际接触界面分为：固定相界面塔和流动过程中形成的相界面塔，按内件结构分为板式塔和填料塔。填料塔的结构：塔体为圆筒形,里面填充一定高度的填料,填料的下方有支承板,上方为填料压网及液体分布装置.操作时,液体经塔顶的液体分布器分散后沿填料表面流下而润湿填料,气体用机械输送设备从塔底进入,在压强差推动下,通过填料间的空隙与液体逆向接触,在填料表面进行传质,气,液两相的组成沿塔高连续地变。液体由上往下流动时,由于塔壁处阻力较小而向塔壁偏流,使填料不能全部润湿,导致气液接触不良,影响传质效果,称化工原理课程设计之为塔壁效应.为了防止塔壁效应,通常在填料层较高的塔中将填料分层装置,各层间设置液体再分布器,将液体重新分布后再送入下层填料.选择尺寸合适的填料,也可以减弱和防止塔壁效应.为分离气体可能夹带的少量雾状液滴,在塔顶还安装有除沫器.板式塔的结构板式塔的壳体通常为圆筒形,里面沿塔高装有若干块水平的塔板.液体靠重力作用自上而下逐板流向塔底,并在各块塔板的板面上形成流动的液层;气体则在压差推动下经塔板上的开孔由下而上穿过塔板上液层最后由塔顶排出.1.3对塔设备的要求（1）满足工艺要求（p、t、耐腐）（2）生产能力大即气液处理量大（3）压力降小即流体阻力小（4）操作稳定，操作弹性大（5）效率高，即气液两相充分接触，相际间传热面积大。（6）结构简单、可靠、省材，制造、安装方便，设备成本低。（7）操作、维修方便。（8）耐腐蚀，不易堵塞。1.4塔设备的发展及现状在化工、炼油和石油化学工业生产中,塔设备作为分离过程工艺设备,在蒸馏、精馏、萃取、吸收和解吸等传质单元操作中有着重要的地位。据统计L’],在整个化工工艺设备总投资中塔设备所占的比重,在化肥厂中约为21%,石油炼厂中约为20一25%,石油化工厂中约占10。若就单元装置而论,塔设备所占比重往往更大,例如在成套苯蒸馏装置中,塔设备所占比重竟高达75.7%。此外,蒸馏用塔的能量耗费巨大,也是众所周知的。故塔设备对产品产量、质量、成本乃至能源消耗都有着至关重要的影响。因而强化塔设备来强化生产操作是生产、设计人员十分关心的课题。1.5塔设备的用材（1）塔体：钢材，有色金属或非金属耐腐蚀材料，钢壳衬砌衬、涂非金属材料。（2）塔板：钢为主，陶瓷、铸铁为辅。（3）填料：瓷、钢、铝、石墨、尼龙、聚丙烯塑料。（4）裙座：一般为炭钢。1.6板式塔的常用塔型及其选用板式塔是分级接触型气液传质设备，种类繁多。根据目前国内外实际使用的情况，主化工原理课程设计要塔型是浮阀塔、筛板塔及泡罩塔。表一塔板类型指标浮阀塔筛板塔泡罩塔F形浮阀十字架形浮阀条形浮阀圆形泡罩条形泡罩S形泡罩液体和气体负荷低高45454542231333操作弹性5553434压力降2333000雾沫夹带量3343112分离效率5544434单位设备体积的处理量4444213制造费用3344213材料消耗4444223安装与拆修4344113维修3333213污垢物料对操作的影响23211001.6.1泡罩塔泡罩塔盘是工业上应用最早的塔盘之一，在塔盘板上开许多圆孔，每个孔上焊接一个短管，称为升气管，管上再罩一个“帽子“，称为泡罩，泡罩周围开有许多条形空孔。工作时，液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，然后横向流过塔盘板、流入再下一层塔盘；气体从下一层塔盘上升进入升气管，通过环行通道再经泡罩的条形孔流散到液体中。泡罩塔盘具有如下特点。（1）气、液两相接触充分，传质面积大，因此塔盘效率高。（2）操作弹性大，在负荷变动较大时，仍能保持较高的效率。（3）具有较高的生产能力，适用于大型生产。（4）不易堵塞，介质适用范围广。（5）结构复杂、造价高，安装维护麻烦；气相压降较大，但若在常或加压下操作，这并不是主要问题。化工原理课程设计1.6.2筛板塔筛板塔是在塔盘板上开许多小孔，操作时液体从上层塔盘的降液管流入，横向流过筛板后，越过溢流堰经降液管导入下层塔盘；气体则自下而上穿过筛孔，分散成气泡通过液层，在此过程中进行传质、传热。由于通过筛孔的气体有动能，故一般情况下液体不会从筛孔大量泄漏。筛板塔盘的小孔直径是一个重要参数，小则气流分布较均匀，操作较稳定，但加工困难，容易堵塞。目前工业筛板塔常用孔径为3～8mm。筛板开孔的面积总和与开孔区面积之比称为开孔率，是另一个重要参数。在同样的空塔速度下，开孔率大则孔速小，易产生漏液，降低效率，但雾沫夹带也减少；开孔率过小，塔盘阻力大，易造成大的雾沫夹带和液泛，限制塔的生产能力。通常开孔率在5～15%。筛孔一般按正三角形排列，孔间距与孔径之比通常为2.5～5。筛板塔具有如下的特点。（1）结构简单，制造方便，便于检修，成本低。（2）塔盘压降小。（3）处理量大，可比泡罩塔提高20~40%。（4）塔盘效率比泡罩塔提高15%，但比浮阀塔盘稍低。（5）弹性较小，筛孔容易堵塞。1.6.3浮阀塔浮阀塔是在塔盘板上开许多圆孔，每一个孔上装一个带三条腿可上下浮动的阀。浮阀是保证气液接触的元件，浮阀的形式主要有F-1型、V-4型、A型和十字架型等，最常用的是F-1型。F-1型浮阀有轻重两种，轻阀厚1.5mm、重25g，阀轻惯性小，振动频率高，关阀时滞后严重，在低气速下有严重漏液，宜用在处理量大并要求压降小（如减压蒸馏）的场合。重阀厚2mm、重33g，关闭迅速，需较高气速才能吹开，故可以减少漏液、增加效率，但压降稍大些，一般采用重阀。操作时气流自下而上吹起浮阀，从浮阀周边水平地吹入塔盘上的液层；液体由上层塔盘经降液管流入下层塔盘，再横流过塔盘与气相接触传质后，经溢流堰入降液管，流入下一层塔盘。综上所述，盘式浮阀塔盘具有如下特点。（1）处理量较大，比泡罩塔提高20～40%，这是因为气流水平喷出，减少了雾沫夹带，以及浮阀塔盘可以具有较大的开孔率的缘故。（2）操作弹性比泡罩塔要大。（3）分离效率较高，比泡罩塔高15%左右。因为塔盘上没有复杂的障碍物，所以液面落差小，塔盘上的气流比较均匀。（4）压降较低，因为气体通道比泡罩塔简单得多，因此可用于减压蒸馏。（5）塔盘的结构较简单，易于制造。（6）浮阀塔不宜用于易结垢、结焦的介质系统，因垢和焦会妨碍浮阀起落的灵活性。1.