中国石油大学课程设计-曹震-正戊烷-正己烷-正庚烷-正辛烷

化工原理课程设计说明书设计题目：设计连续精馏分离装置（分离正戊烷,正己烷,正庚烷,正辛烷混合物）班级：化工06-2班姓名：曹震指导老师：马庆兰设计成绩：日期：2009年6月8日——2009年7月1日目录设计方案简介……………………………………………………………………………………2工艺流程简图……………………………………………………………………………………3第一章塔的工艺计算…………………………………………………………………………41§1.1产品的组成及产品量的确定………………………………………………………4§1.2操作温度与压力的确定……………………………………………………………5§1.3最小回流比的确定…………………………………………………………………9§1.4最小理论板数的确定…………………………………………………………11§1.5适宜回流比的确定…………………………………………………………11§1.6理论板数及理论加料位置的确定………………………………………………13§1.7实际板数及实际加料位置的确定…………………………………………14§1.8计算塔径…………………………………………………………………………14§1.9全塔热量衡算………………………………………………………………18§2.0第一章总结………………………………………………………………21第二章塔板的结构设计……………………………………………………………………22§2.1塔板的布置……………………………………………………………………22§2.2塔板流体力学计算…………………………………………………………………23§2.3塔板负荷性能图……………………………………………………………………30第三章塔体结构设计…………………………………………………………………………33§3.1塔体的尺寸、材料及开孔…………………………………………………………33§3.2确定各接管的流速和直径…………………………………………………………34§3.3塔的辅助设备选用…………………………………………………………………35计算结果汇总表……………………………………………………………………………………41自我评述……………………………………………………………………………………………44工艺流程简图2设计方案简介所设计的任务是：设计连续精馏分离装置，分离正戊烷、正己烷、正庚烷和正辛烷，是一个多元精馏过程，轻关键组分是正己烷，重关键组分是正庚烷。根据工艺操作条件和分离任务，初步确定精馏方案，画出工艺流程草图。确定方案流程后，逐步计算和确定多元混合物精馏塔的操作条件及装备设施。3首先，通过清晰分割法以及全塔物料衡算，确定塔顶、塔底的组分及其组成，根据回流罐的温度及泡露点方程，计算出塔顶、塔底和进料的压力和温度，进而确定精馏操作条件。通过经验估算出达到分离目的所需的最少理论板数，再结合全塔操作条件，得出最小回流比，通过作理论板数与回流比的关系曲线图，得出适宜回流比，便可确定理论板数和实际板数，并得出实际加料位置。其次，进行全塔热量衡算，算出塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷，然后算出精馏段和提馏段的流量，确定塔径，便可以进行塔体的设计了。我们先从塔板入手，通过计算开孔率，设计并选择出最佳塔板，并进行合理布图。通过塔板水力学计算来验证塔板的设计是否合理，是否会发生过量雾沫夹带、过量漏液和淹塔等现象，并作出塔板负荷性能图，进一步验证计算结果的合理性。接下来，在设计条件下，为精馏塔定出尺寸、材料和规格：选择筒体壁厚和材料，选择适宜的封头，确定人孔的数目和位置，塔体的高度和裙座的形式、尺寸。完成这以后，就可以确定各接管的管径，塔顶冷凝器、塔底再沸器和回流泵等辅助设备的型号，并将所设计的精馏塔反映在图纸上，使设计更加清晰明了。最后，将计算的结果汇总，整理出一份完整的设计说明书。第一章塔的工艺计算§1.1产品的组成及产品量的确定采用清晰分割法。已知进料组成1,F2,F3,F4,Fx=0.15,x=0.3,x=0.4,x=0.15，轻关键组分是正己烷，重关键组分是正庚烷，现将已知和未知列入下表中：正戊烷（1,Fx）正己烷（2,Fx）正庚烷（3,Fx）正辛烷（4,Fx）进料（F）0.150.30.40.15塔顶产品（D）未知未知0.040塔底产品（W）00.04未知未知可见需要求1,Dx、2,Dx、3,Wx、4,Wx。列全塔总物料衡算及组分1、2、3、4的全塔物料衡算可得：1,D2,D3,W4,W1,D2,D3,W4,WF=D+W0.15F=Dx0.3F=Dx+0.04W0.4F=0.04D+Wx0.15F=Wxx+x+0.04=10.04+x+x=1已知进料平均摩尔质量72015860.31000.41140.1593.7kgkmoliiMMx进料则进料的摩尔流率12000kgh128.07kgkmol93.7kgkmolFFM质量流率进料代入方程组可求得：1,0.34Dx，2,0.62Dx，3,0.69Wx，4,0.27Wx57.07kgkmolD，71kgkmolW由此可以求出塔顶、塔底产品的平均摩尔质量：720.34860.621000.04114081.8kgkmoliiMMx顶720860.041000.691140.27103.22kgkmoliiMMx底由以上结果得出全塔物料衡算表：项目进料塔顶塔底1流率Kmol/hkg/hKmol/hkg/hKmol/hkg/h正戊烷19.21138019.41395.800正己烷38.42330035.43043.72.8424.19正庚烷51.2351242.27228.748.994904.9正辛烷19.2121960019.172184.9合计128.071200057.074668.3717331.7组成mol%kg%mol%kg%mol%Kg%正戊烷0.150.1150.340.29900正己烷0.30.2750.620.6520.040.033正庚烷0.40.4270.040.0490.690.669正辛烷0.150.183000.270.298合计111111§1.2操作温度与压力的确定1.回流罐温度一般保证塔顶冷凝器与冷却介质之间的传热温差：20t℃已知冷却剂温度为31℃，则t=t+Δt=30+20=50回流罐冷却水℃2.回流罐压力已知°°°°111222333444=γpx+γpx+γpx+γpx(1)P回流罐式中p为组分饱和蒸汽压，为组分活度系数。因所求混合物可视为理想组分，故取1，又因回流罐中液体即为塔顶产品的组成，所以上式可化为：11,22,33,44,(2)DDDDPpxpxpxpx回流罐由安托因公式求饱和蒸汽压，查文献得：12477.07lnP15.833339.94T22697.55lnP15.836648.78T32911.32lnP15.873756.51T43120.29lnP15.942663.63T2Pi——各组分饱和蒸汽压，mmHgT——温度，K已知回流罐温度为50℃，代入安托因公式求得1P1196.19mmHg1.574atm2P405.37mmHg0.533atm3P141.91mmHg0.187atm4P50.37mmHg0.066atm代入（2）式求得11,22,33,44,1.5740.340.5330.620.1870.040.8733atm1atmDDDDPpxpxpxpx回流罐因此，取一个大气压，使其常压操作。3.塔顶压力塔顶管线及冷凝器的阻力可以近似取作0.1atm，则：0.110.11.1atmPP塔顶回流罐4.塔顶温度即求塔顶露点温度。采用试差法，先假设一个温度，由安托因公式求得该温度下各组分的饱和蒸汽压值，并分别求出平衡常数K，用露点方程nii=1iy=1KiiPP塔顶（K=）检验等式是否成立，若成立则该温度为塔顶温度，若不成立，继续假设。试差结果如下表：t（℃）1P（atm）2P（atm）3P（atm）4P（atm）1K2K3K4KiiyK612.1830.7790.2880.1081.9840.7080.2620.0981.200622.2460.8050.2990.1132.0420.7320.2720.1021.161632.3100.8320.3100.1182.1000.7560.2820.1071.123642.3760.8600.3220.1232.1600.7820.2930.1111.087652.4440.8880.3340.1282.2220.8070.3040.1161.053662.5130.9170.3460.1332.2840.8340.3150.1211.02066.12.5190.9200.3480.1342.2900.8360.3160.1221.01666.22.5260.9230.3490.1342.2970.8390.3170.1221.01366.32.5330.9260.3500.1352.3030.8420.3180.1231.01066.42.5400.9290.3520.1352.3090.8440.3200.1231.00766.52.5470.9320.3530.1362.3160.8470.3210.1241.00466.62.5540.9350.3540.1372.3220.8500.3220.1241.00066.72.5620.9380.3550.1372.3290.8520.3230.1250.99766.82.5690.9410.3570.1382.3350.8550.3240.1250.99466.92.5760.9440.3580.1382.3420.8580.3250.1260.991672.5830.9470.3590.1392.3480.8610.3270.1260.9883682.6540.9770.3720.1452.4130.8880.3390.1310.957由该表可知，当t=66.6℃时，nii=1iy=1.000K，等式成立，因此塔顶温度为66.6℃。5.塔底压力P=P+ΔPΔP=NΔP=225mmHg=0.138atmP=1.1+0.138=1.238atm塔顶塔底全塔全塔实际单板塔底故塔底压力为1.238atm。6.塔底温度即求塔底泡点温度。采用试差法，先假设一个温度，由安托因公式计算出该温度下各组分的饱和蒸汽压，并分别求出平衡常数K，由泡点方程：11()niiiiiPKxKP塔底检验等式是否成立，若成立，则该温度即为塔底温度，若不成立，继续假设。试差结果如下表：t（℃）1P（atm）2P（atm）3P（atm）4P（atm）1K2K3K4KiiKx803.6381.4060.5630.2302.9381.1350.4550.1860.4096904.6461.8640.7760.3303.7531.5050.6270.2670.56461005.8482.4281.0470.4624.7231.9610.8460.3730.76281056.5272.7551.2080.5435.2722.2250.9760.4380.88061086.9612.9661.3130.5965.6232.3961.0610.4810.95771097.1103.0391.3500.6155.7432.4551.0900.4960.9846109.17.1253.0461.3540.6165.7552.4611.0930.4980.9873109.27.1403.0541.3570.6185.7682.4671.0960.4990.9901109.3