年生产2.9万吨丙烯精馏浮阀塔结构设计的设计书

年产2.9万吨丙烯精馏浮阀塔结构设计的设计方案

第一部分工艺计算

设计方案

本设计任务为分离丙烯混合物，在常压操作的连续精馏塔分离丙-丙烯混合液：已知塔底的生产能力为丙烯3.6万吨/年，进料组成为0.50（苯的质量分率），要求塔顶馏出液的组成为0.98，塔底釜液的组成为0.02。

对于二元混合物分离采用连续精馏流程，设计中进料为冷夜进料，将原料液通过泵送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全冷凝器冷凝，冷凝液一部分回流至塔，其余部分经产品冷却器冷却送至储罐。该物系属易分离物系，最小回流比小，故操作回流比取最小回流比的1.2倍。塔釜采用间接加热，塔底产品冷却后送至储罐。

1.1原始数据

年产量：2.9万吨丙烯

料液初温：25~35℃

料液浓度： 50%（丙质量分率）

塔底产品浓度： 98%（丙烯质量分率）

塔顶苯质量分率不低于 97%

每年实际生产天数：330天（一年中有一个月检修）

精馏塔塔顶压强：4 kpa（表压）

冷却水温度：30℃

饱和水蒸汽压力：2.5kgf/cm2(表压)

设备型式：浮阀塔

=45㎏/㎡，地质：地震烈度7级，土质为Ⅱ类场地土，气厂址：地区（基本风压：q

温：-20~40℃）

1.2选取塔基本参数

40.0=苯F x 60.0x F =甲苯 98.0y D =苯 02.0y F =甲苯

03.0x W =苯 97.0x W =甲苯

1.3确定最小回流比

1.3.1 汽液平衡关系及平衡数据

表1-1 常压下苯—甲苯的汽液平衡组成

1.3.2 求回流比

（1）M 苯=78.11 kg/mol, M 甲苯=92.13kg/mol

苯摩尔分率：XF=(50/78.11)/(50/78.11+50/92.13)=0.5412

XD=（97/78.11）/（97/78.11+3/92.13）=0.9744

XW=(2/78.11)/(2/78.11+98/92.13)=0.0235

表1-1 常压下丙烯的汽液平衡组成

进料、塔顶和塔底产品平均相对分子质量：

MF =M 丙*XF+M 丙烯*（1-XF ）=78.11×0.5412+92.13×（1-0.5412）=84.42kg/kmol MD =M 丙*XD+M 丙烯*（1-XD ）=78.11×0.9744+92.13*（1-0.9744）=78.35 kg/kmol MW =M 丙*XW+M 丙烯*（1-XW ）=78.11×0.0235+92.13×（1-0.0235）=91.67 kg/kmol (2)根据汽液平衡组成表（表1-1），利用插法求塔顶温度tD,塔釜温度tW,进料 温度tF 。

a. 塔顶温度 D t :

80.1

- 1001.80t 1.0-0.258 1.0

-0.9744D -=+

求得： D t =80.79℃ b. 塔釜温度 W t :

110.6

- 1006.110t 0-0.2580

-0.0253W -=

求得: W t =109.63℃ c. 进料液温度 F t :

100

90100

0.258-0.7770.258-0.5412--=F t

求得： 54.94=F t ℃ (3)回流比的确定

a 、已知泡点进料q = 1 且求得54.94=F t ℃

在此温度下，利用表1-1 插法计算丙和丙烯的饱和蒸汽压,

0.403.740.4033.1012.17933.1011.801001.8054.94--=--=--o

A o A p p

o A p =157.80kPa o

B p =64.89kPa

b 、求相对挥发度

F ∂=o A p /o A p =157.80 /64.89=2.43

c 、求min R

min R =

()⎥⎦

⎤⎢⎣⎡--∂-⨯-∂F D F F D F X X X X 1111

=

⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡--⨯-⨯-5412.01)9744.01(43.20.54127449.0143.21 =1.16

d 、R = 1.2 Rmin = 1.2 ×1.16= 1.39

1.4物料衡算

已知：D =

h kg /3.618498

.025330108.47

=⨯⨯⨯ mol kg M /35.78D = h kmol M D D

/93.78'

D ==

根据物料恒算方程： F=D+W F=D+50.60

W D F X W X D X F ⨯+⨯=⨯

0.02350352.07449.00.5412⨯+⨯=⨯D F 求得： F=111.07kmol/h D=60.47kmol/h 根据基础数据求 V 、V’、 L 、L’

h kmol D R L /84.0560.4739.1=⨯=⨯=

h kmol F q L L /195.12111.07184.05'=⨯+=⨯+= 由于q=1，所以精馏段和提馏段上升蒸汽的摩尔流量相等：

V ' =V=（R+1）D=（1.39+1）×60.47=144.52kmol/h

表1-2 精馏塔物料恒算表

1.5 热量衡算

（1）热量恒算的物流示意图

图1-1 热量横算物流示意图 （2） 加热介质和冷却剂的选择 a 、加热介质的选择

常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气，饱和水蒸气是一种应用最广泛的加热剂， 由于饱和水蒸气冷凝时的热传递膜系数很高，可通过改变蒸汽压力，准确控制加热温 度；而燃料燃烧所排放的烟道气温度可达到100-1000℃，适用于高温加热，缺点是烟 道气比热膜系数很低，加热温度控制困难。

本设计选用300KPa ，113℃的饱和水蒸气做加热介质。水蒸气不易腐蚀加热管， 且成本相对较低，塔结构也不复杂。 b 、冷却剂的选择

常用的冷却剂是水和空气因地，应因地制宜加以选用，受当地的气温限制，冷却 水一般为10 ~ 25℃，如需冷却到很低温度，则需采用低温介质，如冷却盐水，氟里昂 等。

本设计取夏季平均气温25 ~ 35℃。 （3）理想气体定压比热容的计算

根据公式: Cp °=A 32DT CT BT +++

式中： Cp °—— 理想气体定压比热容 kj /(kmol ⨯ k) T —— 所取的温度 K