乙烯——乙烷精馏塔设计

乙烯——乙烷精馏塔设计

过程工艺与设备课程设计

乙烯——乙烷精馏塔设计

设计日期：2014年6月25日

班级：化高1102班

*名：**

指导老师：***

前言………………………………………………………………第一章任务书……………………………………………………第二章精馏过程工艺及设备概述………………………………第三章精馏塔工艺设计…………………………………………第四章再沸器的设计……………………………………………第五章辅助设备的设计…………………………………………第六章管路设计…………………………………………………第七章控制方案…………………………………………………附录主要符号说明……………………………………………参考资料……………………………………………………………

精馏工艺的设计能够极大地体现学生对知识的应用能力，而设计说明书即是这种能力的结晶。本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、辅助设备、管路设计和控制方案共7章。

说明中对精馏塔的设计计算做了详细的阐述，对于再沸器、辅助设备和管路的设计也做了正确的说明。

鉴于设计者经验有限，本设计中还存在一些错误，希望各位老师给予指正

感谢老师的指导和参阅！

（2）必要的检测手段

为了随时了解操作情况及各设备的运行状况，及时地发现操作中存在问题并采取相应的措施予以解决，需在流程中的适当位置设置必要的测量仪表，以及时获取压力，温度等各项参数，从而间接了解运行情况。另外。常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期检修各设备及检查装置的运行情况。

（3）调节装置

由于实际生产过程中各种状态参数都不是定值，都会或多或少随着时间有所波动，应在适当位置设置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，有时还可以根据需求设置双调节，即自动调节和手动调节两种调节方式并可以根据需要随时进行切换。

2.3、设备简介及选用

所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。

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。

本设计为浮阀塔，浮阀的突出优点是操作弹性大，阻力相对来说

较小，生产能力大，塔板效率高。缺点则是浮阀使用久后，由于频繁活动而易脱落或卡住，操作失常。浮阀塔已经在工业上得到广泛的应用。

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。

3）.冷凝器（设计略）

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。精馏塔选用浮阀塔，配合使用立式虹热吸式再沸器。

第三章精馏塔工艺设计

3.1、精馏过程工艺流程

3.1.1.分离序列的选择

对于双组分精馏或仅采用单塔对多组分混合物进行初分的流程较为简单。如果将三个或三个以上组分的混合物完全分离，其流程是多方案的。如何选择分离序列通常有经验规则，如有序直观推断法来指导选择。（详见有关参考书）。

3.1.2.能量的利用

精馏过程是热能驱动的过程，过程的能耗在整个生产耗能中占有相当大的比重，而产品的单位能耗是考核产品的重要指标，直接影响产品的竞争能力及企业的生存，故合理、有效地利用能量，降低精馏过程或生产系统能耗量是十分必要的。

1) 精馏操作参数的优化在保证分离要求和生产能力的条件下，通过优化操作参数，以减小回流比，降低能耗。

2) 精馏系统的能量集成着眼于整个系统的有效能的利用情况，尽量减少有效能浪费，按照一定的规则（如夹点技术理论），实现能量的匹配和集成。

3) 辅助设备（略）

4) 系统控制方案（略）

3.2、精馏过程工艺计算

3.2.1．理论板个数的计算

精馏塔的分离计算是精馏装置过程设计的关键。通过分离计算确定

给定原料达到规定分离要求所需理论级数、进料位置、再沸器及冷凝器的热流量；确定塔顶、塔底以及侧线采出产品的流量、组成、温度及压力；确定精馏塔内温度、压力、组成及气相、液相流量的分布。在实际工程设计中，通过建立严格的物料衡算方程（M ）、气液相平衡方程（E ）、组分归一方程（S ）以及热量衡算方程（H ），即描述复杂精馏塔的基本方程（MESH ）。基本方程中热力学性质及由热力学性质决定的关系，如热焓及相平衡关系，由热力学方程进行推算。根据不同物系选择不同的方法对基本方程进行求解。

1. 处理能力及产品质量（物料衡算及热量衡算）

物料衡算

（1）全塔

nF nD nW q q q =+

nF F nD nD nW nW

q z q x q x =+ 代入nF q =210kmol/h,nD x =0.99,nW x =0.01,解得：

nD q =137.15kmol/h ，nW q =72.85kmol/h

（2）精馏段

'nV nV q q =

nV nD nL q q q =+

(3) 提馏段 '

nL nL nF q q qq =+

'

nV nV q q =