丙烯、丙烷精馏装置设计

过程工艺与设备课程设计（精馏塔及辅助设备设计）设计日期： 2010年7月6日班级：化机0701班姓名：梁昊穹指导老师：韩志忠化工原理是化工及其相关专业学生的一门重要的技术基础课，其课程设计涉及多学科知识，包括化工，制图，控制，机械等各种学科，是一项综合性很强的工作；是锻炼工程观念和培养设计思维的好方法，是为以后的各种设计准备条件；是化工原理教学的关键环节，也是巩固和深化理论知识的重要环节。

本设计说明书包括概述、方案流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共七章。

说明中对精馏塔的设计计算做了较为详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路和控制方案的设计也做了简要的说明。

在设计过程中，得到了韩志忠老师的指导，得到了同学们的帮助，同学们一起讨论更让我感受到设计工作是一种集体性的劳动，少走了许多弯路，避免了不少错误，也提高了效率。

鉴于学生的经验和知识水平有限，设计中难免存在错误和不足之处，请老师给予指正感谢老师的指导和参阅！前言- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2 第一章概述- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.1精馏塔- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.2再沸器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 1.3冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 第二章方案流程简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.1 精馏装置流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.2 工艺流程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 2.3 调节装置- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.4 设备选用- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 2.5 处理能力及产品质量- - - - - - - - - - - - - - - - 8 第三章精馏过程系统设计- - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.1设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 3.2物料衡算及热量衡算- - - - - - - - - - - - - - - - - 10 3.3塔板数的计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 3.4精馏塔工艺设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 3.5溢流装置的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 3.6塔板布置和其余结构尺寸的选取- - - - - - - - - - - - 18 3.7塔板流动性能校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 3.8负荷性能图- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 3.9 塔计算结果表- - - - - - - - - - - - - - - - - - -24附：塔设计图第四章再沸器的设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 4.1设计任务与设计条件- - - - - - - - - - - - - - - - - 25 4.2估算设备尺寸- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26 4.3传热系数的校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26 4.4循环流量校核- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30 4.5 再沸器主要结构尺寸和计算结果表- - - - - - - - - - - 35 附：再沸器设计图第五章辅助设备的设计- - - - - - - - - - - - - - - - 36 5.1冷凝器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36 5.2其它换热设备- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36 5.3容器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38 5.4 管路设计及泵的选择- - - - - - - - - - - - - - - - 39 第六章管路设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43 第七章控制方案- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 45 附：工艺流程图设计心得及总结- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 46 附录一主要符号说明- - - - - - - - - - - - - - - - - - 48 附录二参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49第一章概述精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔，再沸器和冷凝器。

1.1精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。

两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分离。

简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。

精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。

本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。

但易漏液，易堵塞。

然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。

1.2再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。

本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。

液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。

立式热虹吸特点：▲循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。

▲结构紧凑、占地面积小、传热系数高。

▲壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。

▲塔釜提供气液分离空间和缓冲区。

1.3冷凝器（设计从略）用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。

第二章方案流程简介2.1精馏装置流程精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。

流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内。

气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。

将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。

另一部分凝液作为回流返回塔顶。

回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。

当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。

2.2工艺流程物料的储存和运输精馏过程必须在适当的位置设置一定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以暂时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳定的运行。

必要的检测手段为了方便解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的仪表，以及时获取压力、温度、液位等各项参数。

另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。

2.3调节装置由于实际生产中各状态参数都不是定值，应在适当的位置放置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进行切换。

2.4设备选用精馏塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。

2.5处理能力及产品质量处理量：70kmol/h产品质量：（以丙稀摩尔百分数计）进料：x f＝65％塔顶产品：x D＝98％塔底产品: x w≤2％第三章精馏过程系统设计————丙烯、丙烷精馏装置设计3.1 设计条件1. 工艺条件：饱和液体进料，进料丙烯含量xf＝65％（摩尔分数）塔顶丙烯含量xD＝98％，釜液丙烯含量xw≤2％，总板效率为0.6。

2．操作条件：1）塔顶操作压力：P=1.62MPa（表压）2）加热剂及加热方法：加热剂——水蒸气加热方法——间壁换热3）冷却剂：循环冷却水4）回流比系数：R/Rmin=1.4。

3．塔板形式：筛板4．处理量：qnfh=70kmol/h5．安装地点：大连6．塔板设计位置：塔底3.2 物料衡算及热量衡算1物料衡算：wd f Wx Dx Fz WD F +=+=其中：D ——塔顶采出W ——塔底采出F ——进料量Xd ——塔顶产品组成，摩尔分数Xw ——塔底产品组成，摩尔分数Zf ——进料组成，摩尔分数解得结过果： h kmol D /9375.45= h kmol W /0625.24=2．求质量流量：Md=0.98*42+0.02*44=42.04 kg/kmol;Mw=0.02*42+0.98*44=43.964 kg/kmol;Mf=0.65*42+0.35*44=42.7 kg/kmol则 qMd = D •Md/3600 =0.5364kg/s ;qMw = W•Mw/3600 =0.2939kg/sqf=F•Mf/3600=0.8303 kg/s其中：Md ，Mw ，Mf ——塔顶，塔底，进料物流摩尔质量kg/kmol ； qMd ，qMd ，qf ——塔顶。

塔底，进料物流质量流量kg/s 。

3. 塔内气、液相流量：1）精馏段：L =R•D; V =(R+1)•D;2）提馏段：L'=L+q•F; V'=V-(1-q)•F; L'=V'+W;其中q=1；则：L’=L+F; V’=V4. 热量衡算1）再沸器热流量：Qr=V'•r'再沸器加热蒸气的质量流量：Gr= Qr/Rr2）冷凝器热流量：Qc=V•Cp•(t2-t1)冷凝器冷却剂的质量流量：Gc= Qc/(Cl•(t2-t1))3.3 塔板数的计算1相对挥发度的计算：通过对给定的温度—组成表格，计算相对挥发度αα=Ka/Kb=(ya*xb)/(yb*xa)计算后平均，算得，1.72Mpa（绝）下α=1.1315831.82Mpa（绝）下α=1.127408平衡关系：x=y/(α-(α-1)y).2估算塔底的压力：已知塔顶的压力为1.62Mpa（表）即1.72Mpa（绝）工程经验每块塔板压降100mm液柱，丙烷-丙烯：密度460。