脱丙烯精馏塔工艺

目目录录 第一章概述 . 4 第二章 脱丙烯精馏塔工艺计算 5 2.1 设计方案简介 5 2.2 主要物性数据 5 2．3 物料衡算 . 5 2.3.1 确定关键组分塔顶、塔底的分布量 6 2.4 确定塔操作条件. 6 2.4.1.确定塔顶温度： . 6 2.4.2.确定进料温度。 . 6 2.4.3.确定塔底温度. 7 2.4.4. 各组分相对挥发度 7 2.5 确定最小回流比。. 8 2.6 理论塔板数与实际板数。. 8 2.6.1.求定最少理论板数 . 8 2.6.2. 计算实际回流比 R 及理论塔板数 9 2.6.3.计算全塔平均板效率 . 9 2.6.4. 计算实际塔板数和进料板位置 9 2.7 确定冷凝器和再沸器的热负荷Q C,Qr . 10 第三章物料的性质计算 12 3.1 求气液负荷 12 3.2 平均摩尔质量的计算 . 12 1 3.2.1 塔顶平均摩尔质量计算 12 3.2.2 进料平均摩尔质量计算. . 12 3.2.3 塔底平均摩尔质量计算. . 13 3.3 平均密度计算 . 13 3.3.1 气体平均密度计算 13 3.3.2 液体平均密度计算 13 3.3.3 液体平均表面张力计算。 15 3.3.4 液体平均粘度的计算。 15 第四章精馏塔的工艺尺寸计算。 . 17 4.1 塔高的计算。 . 17 4.1.1 塔径 D 的计算。 17 4.2 塔板设计 . 18 4.2.1 确定塔板溢流形式 18 4.2.2 降液管以及溢流堰的尺寸. 18 4.2.3 核算阀孔动能因数及孔速. 20 4.2.4 计算塔板开孔率. 20 4.2.5浮阀塔板设计的校核 . 20 4.2.6 塔板负荷性能图。 22 第五章塔附属设备的设计 25 5.1 主要接管尺寸的计算 25 5.1.1 进料管 25 5.1.2 回流管 25 2 5.1.4 塔顶蒸汽出料管 25 5.1.5加热蒸汽管 26 5.2筒体与封头 26 5.2.1 筒体 26 5.2.2 封头 26 5.3 裙座 . 26 5.4 人孔 . 27 5.5 塔体总高度的设计 . 27 5.5.1 塔顶空间 27 5.5.2 塔底空间 27 5.5.3 塔高计算 27 第六章 全塔设计结果汇总表. 28 第七章心得体会 . 29 第八章主要参考文献 . 31 3 第一章概述 精馏是在精馏塔中进行的，它由精馏塔、冷凝器、再沸器 及其他设备构成。本设计板式塔中有气液两相物流，塔底部分存液被再沸器 加热而部分汽化，蒸汽沿塔逐板上升，使全塔处于沸腾状态。蒸汽在塔顶冷 凝器中冷凝，一部分作为馏出液，一部分作为回流液回到塔顶，逐板下流， 使塔中各板保持一定液层，与上升气相密切接触，发生传热与传质，料液于 塔中适当位置进入。精馏塔中料液加入板称为进料板，进料板以上称为精馏 段，以下称为提馏段。 对于多组分精馏分离过程和设备的开发，包括以下内容： （1） 塔设备类型的选择。 （2） 精馏塔设计计算。 （3） 进行流体力学计算。 （4） 绘制塔板性能负荷图。 （5） 绘制主体装置图及工艺流程图。 4 第二章 脱丙烯精馏塔工艺计算 2.1 设计方案简介 本次课程设计的任务是设计丙烯精馏塔， 塔型为浮阀塔， 进料为五组分 （甲 烷，乙烷，丙烯，丙烷，丁烷） 。因其中最轻组分甲烷，乙烷和最重组分丁烷含 量都很小，按清晰分割的原则，在精馏是可以认为甲烷和乙烷全部由塔顶蒸出， 而最重组分丁烷则完全存在于塔底产品中。因此，虽然是对多组分进行分离，却 可以看成是对两个关键组分（丙烯，丙烷）的分离，所以可用一个塔进行精馏分 离。 由于要分离的混合物各组分在常压下均是气相， 无法分离，因此操作必须在 加压条件下进行。本设计选取操作压力为 0.6MPa，同时在塔顶设冷凝器，由于 塔顶部需要气相出料，故采用全凝器，又因所设计的塔较高，应用泵强制回流。 2.2 主要物性数据 表 2-2-1物性数据表 组成 CH 4 C 2H6 相对分子质量 16.04 30.07 沸点/K 111.57 184.5 225.4 231.1 272.7 T C/K P C /MPaC p(KJ.Kg.℃) 4.619 1.884 4.62 4.246 3.80 0 12.042 4.245 4.55 3.614 190.6 305.4 365.0 369.8 425.2 C 3H6 42.081 C 3H8 C 4H10 44.097 58.124 2．3 物料衡算 选取丙烯为轻关键组分，丙烷为重关键组分，由于精馏的任务是把丙烯，丙 5 烷与甲烷、乙烷、丁烷混合物分开，按清晰分割情况确定各组分在塔顶、进料和 塔底的数量，组成以及操作温度。 2.3.1 确定关键组分塔顶、塔底的分布量. 表 2-3-1各组分在塔顶、塔底的分布量 组分 i甲烷乙烷 0.003 0.3 0.007 0.3 0 0 丙烯 0.440 44 0.97 41.65 0.041 2.35 丙烷 0.550 55 0.018 0.79 0.95 54.21 丁烷 0.005 0.5 0 0 0.009 0.5 ∑ 1.00 100 1.00 42.94 1.00 57.06 0.002 Z（kmol/h） i F（kmol/h） i xd,i 0.2 0.005 (kmol/h) 0.2 D( kmol/h) i xw,i 0 ( kmol/h 0 W(kmol/h) i 2.4 确定塔操作条件 2.4.1.确定塔顶温度： 设塔顶的温度为 3℃。用露点方程计算列表如下: 表 2-4-1 塔顶温度的确定 组分 i Di yd,i 甲烷 0.2 乙烷 0.3 0.007 3.3 0.0021 丙烯 41.65 0.97 0.99 0.9798 丙烷 0.79 0.018 0.84 0.0214 ∑ 42.94 1.00 —— 1.0035 0.005 22.00 Ki yd,i/Ki 0.002 所以所设塔顶温度 3℃正确。 2.4.2.确定进料温度。 设进料温度为 4℃， ，用泡点方程计算列表计算如下： 表 2-4-2进料温度的确定 6 组分 i F i x f ,i 甲烷 0.2 乙烷 0.3 0.003 3.4 0.0102 丙烯 44 0.44 1.06 0.4664 丙烷 55 0.55 0.88 0.484 丁烷 0.5 0.005 0.22 0.0011 ∑ 100 1．00 —— 1.0056 0.002 22.5 Ki x f ,i 0.045 所以所设进料温度 4℃正确。 2.4.3.确定塔底温度. 设进料温度为 9℃，用泡点方程计算列表计算如下： 表 2-4-3塔底温度的确定 组分 i Wi xw,i 丙烯 2.35 丙烷 54.21 0.95 0.99 0.9405 丁烷 0.5 0.009 2.257 0.0023 ∑ 57.06 1.00 —— 0.9912 0.041 1.18 0.0484 Ki xK w,ii 所以塔底所设温度 9℃正确。 2.4.4. 各组分相对挥发度 以重关键组分丙烷为对比组分，各组分的平均相对挥发度，用泡点方程计算 列表如下： 表 2-4-4平均相对挥发度