2022年万吨的脱丙烯塔设计.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -分别工程课程设计 年 处 理 量5 万吨的脱 丙 烯塔设计河 南 城 建 学 院化 学 化 工 系；* 1 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -前言石油是进展国民经济和建设的主要物质,产品种类繁多, 用途极广；精细化工的产生和进展与人们的生活和生产活动紧密相关,近十几年来,随着生产和科学技术的不断提高, 进展精细

2、化工已成为趋势；我国的有机化工原料工业起步较晚,全国解放前除有少量炼焦苯和发酵酒精外,大量有机原料依靠进口；在解放初期的有机 化工原料工业,只能在煤炭和农副产品基础上起步,随着新油田 的相继开发和新炼油厂的间续建设,与此同时,对自然气资源的 利用,也取得了长足进展；以石油为原料生产化工产品, 并非起源于近代, 在其次次世界大战以 后,石油化学工业进展特别快速, 以石油为原料可以得到三烯、 一炔、一萘及其他化工基础有机原料,进而制得醛、酮、酸、酐等基本有机 产品和原料,再制得合成纤维、合成塑料、合成橡胶、合成洗涤剂、涂料、炸药、农药、染料、化学肥料等重要的化工产品；目前,全世界每年生产的石油虽然

3、仅有 业,但石油化工的总产值却占化学工业总产值的5%左右用于化学工 60%左右,某些国家甚至达到 80%,由此可见,石油在化工领域中占有重要的地位；丙烯是重要的化工原料,美国将生产量的二分之一用于制造化工产品,余下的大部分就与异丁烷反应制造汽油中所需要的烷化物；由 丙烯可以得到大量的化工产品,如聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、环氧丙 烷、丙酮等；当前各炼厂的气体分别装置大部分仍旧采纳精馏分别；化工 生产中所处理的原料中间产物和粗产品等几乎都是由如干组分 组成的混合物,蒸馏是分别液体混合物的典型单元操作；低沸点 其基本原理是 烃类混合物是利用精馏方法使混合物得到分别的,利用被分别的各组分具有不同的挥发度

4、,即各组分在同一压力下具有不同的沸点将其分别的；其实质是不平稳的汽液两相在塔盘上多次逆向接触,多次进行部分汽化和部分冷凝,传质、传热,2 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -使气相中轻组分浓度不断提高,液相中重组分浓度不断提高,从 而使混合物得到分别；塔设备是能够实现蒸馏的气液传质设备,广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中,其结构形式基本上可以分为板式塔和 填料塔两大类；板式塔用途较广,它是逐级

5、接触式的气液传质设 备；浮阀塔于 50 岁月初期在工业上开头推广使用,由于它兼有 泡罩塔和筛板塔的优点,已成为国内应用最广泛的塔型,特殊是 在石油、化学工业中使用最普遍,对其性能讨论也较充分；浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有如干大孔,每个孔上装有一个可以上、下浮动的阀片,浮阀的型式许多,目前国内最常用型 式的为 F1 型和 V-4 型； F1 型浮阀的结构简洁、制造便利、节约材 料、性能良好,广泛用于化工及炼油生产中,现已列入部颁标准（ JB1118-68 ）；操作时,由阀孔上升的气流,经过阀片与塔板 的间隙与塔板上横流的液体接触,浮阀开度随气体负荷而变,当 气量很小时,气体仍能通过静止开度的

6、缝隙而鼓泡；我国石油工业具有肯定的水平,但仍是一个进展中的国家 ,摆在我们石油工作者面前的任务是繁重的；炼油工业要对现有的炼油厂进行技术改造,连续坚持“ 自力更生,革新挖潜,全面提 高,综合利用,大搞化工原料,赶超世界先进水平” 的进展方针；要立足现有基础,搞好一、二次加工和系统工程的配套,扩大综 合生产才能 ;要革新工艺,革新技术,革新设备,把老装置开出新 水平 ;要进展加氢技术,进展新型催化剂和添加剂,全面提高产品 ;要开展综合利用,大搞三次加工,增产有机化工 质量,增加品种原料 ;要充分利用热能,大力降低消耗, 各项经济技术指标要创出新水平 ;要治理“ 三废” ,爱护环境,为实现赶超世界

7、先进水平而 奋斗；3 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -设计方案简介在工业生产中, 为了加工和回收的需要,经常需对液体混合物进行分别；利用其中各组分某种性质的差异,发性质的不同进行液体分别；蒸馏利用各液体组分挥第一脱甲烷塔设计采纳连续操作板式精馏塔,原料液经过蒸 汽预热至指定的温度后, 在塔中部的某一适合位置不断加入塔内；整个塔有如干层塔板按肯定间距叠置而成,的场所,一层塔板就是一个接触级；由塔

8、板供应气, 液两项接触依据物料衡算算出各组分的量, 由泡点方程及露点方程确定塔 顶及塔底温度；依据塔顶及塔底温度及各组分相对挥发度求最小理论版及最小回 流比；由公式算出理论板, 再有总版效率求出实际塔板数,和进料位 置；塔的工艺条件及物性数据运算 塔和塔板的主要工艺运算；塔高的初步确定；筛板的流体力学性质；塔板的复合性能确定操作弹性 . 管子尺寸的确定；基础设计数据运算完毕；进行设备图及工艺流程图的设计,在设 计过程中要依据实际情形进行适当的调整；4 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 33 页 - - - - - - - -

9、 - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -目 录 一 、设 计 任 务 书 - 一 、设 计 任 务 -二 、设 计 条 件 - 三 、 设 计 主 要 内 容 - 二 、设 计 计 算 - 一 、 丙烯塔物料设计运算- 1. 全 塔 物 料 衡 算 - 2. 确 定 塔 的 操 作 温 度 - 3. 确定汽化分率和进料温度 -4. 确 定 最 小 回 流 比 R min-5. 确 定 最 小 理 论 板 数 N min - 6. 确 定 理 论 板 数 - 7. 实 际 塔 板 数 -8. 确 定 进 料 位 置 - 9. 塔 工 艺 的 计

10、 算 结 果 -二 、塔 和 塔 板 主 要 工 艺 尺 寸 计 算 - 1.塔 的 工 艺 条 件 及 物 性 计 算 - 2.塔 和 塔 板 主 要 工 艺 尺 寸 据 算 -3.塔 的 水 力 学 性 能 验 算 -4.塔 板 负 荷 性 能 图 -5.塔 板 的 工 艺 计 算 结 果 - 三 、塔 的 接 管 及 换 热 计 算 -三、终止语 - - - - - - -四、参考书目 - -5 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - -

11、- - - - - - - - - - -一 、 设 计 任 务 书 一 、 设 计 任 务 ：处理量 5 万吨 /年的脱丙烯塔设计 二 、 设 计 条 件 ：进 料 组 成 ：组分 i C2H6C3H6C3H8iC4H10Zi1.00 0.05 0.25 0.65 0.05 分 离 要 求 ：塔 顶产 品 ： 丙 烯 的 回 收 率 98% 塔 底产 品 ： 丙烷 的 回 收 率 97% 操 作压 力 ： 0.3Mpa 进 料压 力 ： 0.817 Mpa 进 料温 度 ： 80工 作日 ： 每 年 8000h 每 天 24 小 时 连 续 运 作 三 、 设 计 主 要 内 容（1） 化工

12、单元设备设计 1）方案设计 2）物料衡算与热量横算 3）主要设备工艺 4）帮助设备的挑选6 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -（2） 制图工艺流程图一张 设备图一张二 、 设 计 计 算一 、 丙 烯 塔 物 料 设 计 计 算1、 全 塔 物料衡算选取丙烯为轻关键组分,丙烷为重关键组分；可以先按抱负的切割情形确定各组分在塔顶、作温度；确定关键组分塔顶、塔底的量塔底的数量组成以及操组分 i C2

13、HC3HC3H8iC4H10Zi661.00 0.05 0.25 0.65 0.05 f i/（kmol/h）7.1686 35.843 93.1918 7.1686 143.372 Di/（kmol/h）7.1686 35.126 2.7958 0 45.0904 X Di0.519 0.779 0.062 0 1 W i/（kmol/h）0 0.717 90.396 7.1686 98.2816 X Wi /（kmol/h ）0 0.0073 0.9198 0.0729 1 2、 确 定 操 作 温 度估算塔顶、塔底温度及各组分相对挥发度,按抱负的组成运算设塔顶的温度为 -28,压力为 0

14、.3Mpa,用露点方程运算,列表如下：组C2H6C3H67 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -分 i Di 7.1686 35.843 43.0016 Y 0.167 0.833 1.000 diK i3.4 0.8766 Y di/0.049 0.950 0.999 K i 塔顶温度为 -28正确设塔底温度为 -13,压力为 0.3Mpa,列表运算如下：组分 iC3H8iC4H10Wi100.

15、3604 93.1918 7.1686 X Wi0.9286 0.0714 1.0000 K i1.05 0.35 Ki X Wi0.975 0.025 1.000 塔底温度为 -13求以重关键组分丙烷为对比组分,运算,列表如下：各组分的相对挥发度, 用泡点方程组分 i C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10K di 3.4 0.8766 0.66 0.18 ihd 5.152 1.328 1 0.273 K Wi 4.5 1.4 1.05 0.35 8 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 33 页 - - - - - -

16、 - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -ihW4.286 1.333 1 0.333 d hihihd/hihW4.699 1.330 1 h0.302 2. 7958kmolwh90. 396k m o l hd0. 031wwl0. 717kmol/hd l35.1 2 6 k m o l hdl48. 99w代入汉斯特殊克公式,得到：lg（d/h） i =lg（d/w） h + lg ihlg d l lg d h lg lh w w= 1 . 5086 25 . 83 lg ih即 lg d i 1 . 5086 25 . 8

17、3 lg ihh分别将除关键组分以外的各组分的平均相对挥发度 ih 代入上式,求得 d i,进一步求得 id、wi、Xdi、Xwi,列表如下：w组分 i C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 ih 4.699 1.330 1 0.302 d i 7.0681 49.0329 0.031 1.1481 wif 7.1686 35.843 93.1918 7.1686 143.372 d i 6.2796 35.126 2.7958 3.8316 48.003 iw 0.8809 0.717 90.396 3.337 95.339 x Di 0.1307 0.7313 0.0582 0.07

18、98 1.0000 x wi 0.0093 0.0075 0.9482 0.035 1.0000 确定塔顶和塔底温度设塔顶温度为-28,列表如下：C3H8 iC4H10 组分 iC2H6 C3H6 9 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Y di0.13070.7313 0.0582 0.0798 1.0000 KiKi3.55 1.05 0.78 0.32 Y di /0.0368 0.6359

19、 0.0746 0.249 0.9963 故所设温度正确设塔底温度为 -13,列表如下：组分 i C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 X wi 0.0093 0.0075 0.9482 0.035 1.0000 K i 4.5 1.4 0.99 0.35 K i X wi 0.0419 0.0105 0.9387 0.01225 1.00335 故所设温度正确3、 确定汽化分率和进料温度进料压力大于操作压力故需要绝热闪蒸求汽化分率和进料温度1 求进料时的泡点温度和露点温度：进料时的泡点温度为： -22 组分 iC2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 Zi 0.05 0.25 0.6

20、5 1.00 0.05 Ki3.9 1.02 0.821 0.24 KZi0.195 0.255 0.534 0.012 0.996 进料时的露点温度： -14组分 iC2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 10 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Zi 0.05 0.25 0.65 0.05 1.00 Ki4.5 1.35 1.0026 0.341 i0.0111 0.1851 0.648

21、3 0.1466 0.9911 ZKi2 在进料泡点温度和露点温度之间取三个值： T 1 =-16 ,T 2=-18,T3 =-20；1在T 1 =-16 时,各组分的 K i 值如下表：组分 i C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 Zi 0.05 0.25 0.65 0.05 1.00 K i 4.3 1.28 0.96 0.32 fe= xi = 1 K Zi i1 e 1 fe = 1 Z K i Ki i1 e 12 代入数据 用牛顿试差法求得 T 1 =-16 时, e1=0.531, T 2 =-18时,e2 =0.481,T3=-20 时,e3 =0.176；2用热量衡算

22、求取汽化分率e e=h FVhhLLhhF =icM h Z i1h V =icV M h yFi1h L =icM h xFi111 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -在不同温度下查组分的焓值列表如下单位是（Kcal/Kg ）温度焓值C2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 80hFi122 190 124 333 -16 L hi 67 61 60.5 57 -16 V hi 160 1

23、57 154 143 -18 L hi 66 59 60 56 -18 V hi 159 156 153 142 -20 L hi 65 58 59 55 -20 V hi 158 155 152 140 在T 1 =-16 时组分 iC2H6 C3H6 C3H 8 i-C 4H10 Zi ii1 0.05 0.25 0.65 0.05 1.00 Ki4.3 1.28 0.96 0.32 0.0182 0.2176 0.6641 0.1009 1.0008 xFi =1Z0 . 531 K0.0182 0.2174 0.6636 0.1008 1.0000 调整后的 xFiyFi=K xFi0

24、.07826 0.2783 0.6371 0.0323 1.02596 调整后的 yFi0.0763 0.2713 0.6210 0.0314 1.0000 12 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -V T1 =-16 时, P=0.3Mpa,用已知的xFiyFi来运算hL h组分 iC2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 Mi 30.070 42.081 44.097 58.124 xFi

25、0.0182 0.2174 0.6636 0.1008 1.0000 L hKJ/Kg 280.06 254.98 251.009 238.26 MiL h xFi153.27 2332.66 7345.22 1395.94 11227.09 yFi0.0763 0.2713 0.6210 0.0314 1.0000 V hiKJ/Kg 668.8 656.26 643.72 597.74 MiV hiyFi1534.46 7492.24 17627.78 1090.93 27745.41 代入公式求得：T1 =-16 时,1e=1.05,同理可得 T 2=-18时, eT3=-20时,e两种

26、数据作图,不难看出汽化分率 露点时的温度 -14；4、 确 定 最小回流比 Rmin e=1,故为露点进料,进料温度为in依据恩德伍德公式求取最小回流比ij Z i =e, R min= n ij X Di-1 ij i 1 ijRmin,恩德伍德公式如下1in其 中i j 为 i 组 分 对 重 关 键 组 分 的 相 对 挥 发 度 ,为ijX Fi=e 的根,且其值介于轻重关键 组 分 的 相 对 挥 发 度1ij13 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品

27、学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -之 间 , 由 于 本 设 计 所 选 取 的 轻重关 键 组 分 为 两 个 相 邻 的 组分 , 因 此仅 有 一 个 值 ； 下 面 就 运 用 试 差 法 求 取值组分 iC2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 Zi 0.05 0.25 0.65 0.05 1.00 Ki4.0 1.1 0.86 0.26 ih4.65 1.28 1 0.3 ih Zi0.23250 .320. 650 .0154. 651 .2810.3ih=1.15 0.0664 2.46 -4.333 -0.0176 -1.889 =1.21

28、 0.0676 4.571 -3.095 -0.0165 1.5271 =1.2034 0.067 4.177 -3.196 -0,0166 1.0314 =1.203 0.0674 4.156 -3.202 -0.0166 1.0048 故=1.203 时,接近 e=1；各组分塔顶含量如下表所示：组分 iC2H6 C3H6 C3H8 iC4H10 xDi0.1307 0.7313 0.0582 0.0798 1.0000 Rmin=nij X Di-1 2 倍取 R=1.2 Rm ini1ij代入数据求得Rmin =11, R 一般取 Rm in的 1.2故 R=13.2 5、 确 定最少理

29、论塔板数 N min最少理论塔板数Nmin 利用芬斯克方程求取,由于塔顶采纳全凝器,芬斯克方程式表示如下：14 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -Nmin =logXlDlhXhWlh=lhdlhf=1 .3281 . 333=1.33 X hXllog其中 L 表示轻关键组分,W表示重关键组分；Nmin =logXlDlhX hW=log0 . 7313.09482XhXl0 . 0582.

30、00075loglog.1 33 =26 块lh 表示轻关键组分对重关键组分的相对挥发度,取塔顶塔底的几何平均值,即lh =lhdlhwlhd：塔顶条件下轻关键组分对重关键组分的相对挥发度；lhw：塔底条件下轻关键组分对重关键组分的相对挥发度；6、 确 定理论塔板数用吉利兰图确定NT 0.1550.5668=0.489 xRRmin=13 . 211=0.155 R113 . 21 y=0.75-0.75x0.5668=0.75-0.75求得 NT=51.84YNTTNminN17、 确 定实际板数求塔板效率该塔平均操作温度 t=-20.5lh=1.28 iC4H10 组分 iC2H6 C3H

31、6 C3H8 xfi 0.05 0.25 0.65 0.05 1.00 li 0.08 0.1368 0.17 0.17 0.1572 x fili 0.004 0.0342 0.1105 0.0085 lhxfili =1.280 . 1572=0.2022 15 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 15 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -有奥康奈尔图查的总板效率 T =0.74 实际塔板数 = N=T N = T51.84=70

32、块0.748、 确 定 进料板位置lhd=1.328 lhwlhw=1.333 1lhf =7 =1.06 .6 6log.1189=0.88 l h n= lhf=1.333. 06=1.189 l h m= lhdlhf=1. 3281.06=1.186 n = mlogx x x lldxhf/loglhn=log.0 7313 .0 65/.0 0582 .0 25.0 25 0 . 9482/.0 65 0 . 0075xlhlogfxhw/loglhmloglog.1186xhxl所以 51.84=m+0.88m+1 即 m=27.04 n=51.84-27.04=24.8 精馏段

33、共 24.8 块,提馏段将进料板并入,扣除重沸器之后 共 27.04 块理论板；精馏段实际塔板数：N= n = 0 24 . 74 . 8 =33.534 块提馏段实际塔板数：N=70-34=36 块 9、 塔 工 艺 的 计 算 结 果 精馏塔工艺运算结果一览表项 目符 号数 值单 位h备注F 143.372 K m o l进 料 流 量进 料 温 度t -1416 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 16 页,共 33 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - -

34、- - -操 作 压 力P 0.3 MPa 塔 顶 产 品 流 量D 45.0904 Kmol/h塔 顶 温 度t 顶-28 塔 底 产 品 流 量Kmol/hW 98.2816 塔 底 温 度t 底-13 最 小 回 流 比块11 R min实 际 回 流 比R 13.2 最 少 理 论 板 数26 Nmin全 塔 理 论 板 数N 块51.84 全 塔 平 均 板 效 率块E T 74% 精 馏 段 实 际 塔 板 数34 提 馏 段 实 际 塔 板 数块36 加 料 板 位 置自 上 而 下第 35 块 板全 塔 实 际 板 数块70 二 、 塔 和 塔 板 主 要 工 艺 尺 寸 计 算1、 塔 的 工 艺 条 件 及 物 性 计 算浮 阀 塔 的 设 计 计 算1 选取设计塔板严格来讲应分别对加料板、抽在精馏塔的塔板设计运算时,出板及气、液相负荷较大或较小的塔板逐个进行运算；但本设计因设计时间有限,只对进料板进行了设计运算,重