筛板精馏塔工艺设计

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。

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。

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

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．工艺流程

1）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。

2）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。

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。

3．设备选用

精馏塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。

4．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％

第三章精馏塔工艺设计第一节设计条件

1．工艺条件：

饱和液体进料，进料丙稀含量x f＝65％（摩尔百分数）

塔顶丙稀含量x D＝98％，釜液丙稀含量x w≤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：q nfh=70kmol/h

5．安装地点：大连

6．塔板设计位置：塔顶

第二节物料衡算及热量衡算

一物料衡算

1．换算

将摩尔百分数换算成质量百分数：

W=X·M A/[X·M A+(1-X)·M B]

x f＝65％ w f＝63.93％

x D ＝98％ w D ＝97.91

％

x w ≤2％ w W ≤1.91 ％

将摩尔流量换算成质量流量：

进料状态混合物平均摩尔质量：

（M A 为丙稀摩尔质量 M B 为丙烷摩尔质量）

M =x f ·M A +(1-x f )·M B =0.65×42＋0.35×44=42.7kg/kmol

进料状态下的质量流量：

q mfs =M ·q nfh /3600=0.830kg/s

2．求质量流量

q mDs + q mws = q mfs

q mDs ·w D + q mws ·w W = q mfs ·w f

解得：

q mDs =0.536kg/s ; q mws = 0.294kg/s

详细DWG 图 纸 请 加：三 二 ③ 1爸 爸 五 四 0 六

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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;

二热量衡算

1）再沸器热流量：Q R=V’·r’

再沸器加热蒸气的质量流量：G R= Q R/r R

2）冷凝器热流量：Q C=V·r

冷凝器冷却剂的质量流量：G C= Q C/(c l·(t2-t1))

第三节塔板数的计算（经Excel计算见附表1）

利用程序进行迭代计算：

流程图如下：

1．泡点计算：

①计算过程包括：

假设塔顶温度Tto=316K 经泡点迭代计算得塔顶温度Tt=316.13K 塔顶压力Pt=1620+101.3=1721.3KPa