正戊烷正己烷分離過程篩板精餾塔設(shè)計30萬噸年正己烷

《化工原理課程設(shè)計》報告正戊烷-正己烷分離日產(chǎn)量100噸正己烷年級三年級專業(yè)化工091設(shè)計者姓名林桂鵬設(shè)計單位化學(xué)化工學(xué)院完成日期2011年12月

目錄TOC\o"1-3"\p""\h\z\u一、概述……………41.1設(shè)計依據(jù)…………………41.2技術(shù)來源…………………41.3設(shè)計任務(wù)及要求…………51.4操作壓力…………………5二、流程的確定和說明……………52.1加料方式…………………52.2進(jìn)料狀態(tài)………………62.3冷凝方式…………………62.4加熱方式…………………6三、設(shè)計計算………………………63.1最小回流比及操作回流比的確定………73.2進(jìn)料液量、釜殘液量及加熱蒸汽量的計算……………73.3理論塔板層數(shù)的確定……………………83.4全塔效率的估算…………83.5實際塔板數(shù)………….9四、精餾塔主題尺寸的計算……………………..94.1精餾段與提餾段的體積流量……………9精餾段…………...10提餾段…………...114.2塔徑的計算……………..114.3塔高的計算……………..13五、塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定………………………..145.1溢流裝置計算…………..14堰長：…………14溢流堰高度：………………..14弓形降液管寬度和截面積：…………….14降液管底隙高度：……………155.2塔板布置………………..15塔板的分塊：……………………15邊緣區(qū)寬度確定：………………15開孔區(qū)面積計算：………………16篩孔計算及其排列：…………….16六、篩板的流體力學(xué)驗算………………………..176.1塔板壓降………………..17干板阻力計算：………………17氣體通過液層的阻力計算：…………………..17液體表面張力的阻力計算：…………………176.2液面落差………………..186.3液沫夾帶………………..186.4漏液……………………..186.5液泛……………………..19七、塔板負(fù)荷性能圖……………197.1漏液線…………………..197.2液沫夾帶線……………..207.3液相負(fù)荷下限線………………………..217.4液相負(fù)荷上限線………………………..217.5液泛線…………………..21八、設(shè)計一覽表…………………23九、參考資料……………………23

一、概述篩板精餾塔是化學(xué)工業(yè)中常用的傳質(zhì)設(shè)備之一。它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力較大；氣體分散均勻，傳質(zhì)效率高的優(yōu)點。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。在正常操作狀況下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。氣體在壓差推動下，經(jīng)均布在塔板上的開孔由下而上穿過各層塔板后由塔頂排出，在每塊塔板上皆貯有一定的液體，氣體穿過板上液層時兩相接觸進(jìn)行傳質(zhì)。在生成的氣相中，混合物的組成將發(fā)生改變，相對揮發(fā)度大的輕相在氣相中得到富集，而相對揮發(fā)度小的重相則在液相中富集，從而達(dá)到分離提純的目的。整個過程熵增為負(fù)，需外界提供能量。在化工、煉油和石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中,塔設(shè)備作為分離過程工藝設(shè)備,在蒸餾、精餾、萃取、吸收和解吸等傳質(zhì)單元操作中有著重要的地位。據(jù)統(tǒng)計,在整個化工工藝設(shè)備總投資中塔設(shè)備所占的比重,在化肥廠中約為21%,石油煉廠中約為20一25%,石油化工廠中約占10。若就單元裝置而論,塔設(shè)備所占比重往往更大,例如在成套苯蒸餾裝置中,塔設(shè)備所占比重竟高達(dá)75.7%。此外,蒸餾用塔的能量耗費(fèi)巨大,也是眾所周知的。故塔設(shè)備對產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、成本乃至能源消耗都有著至關(guān)重要的影響。因而強(qiáng)化塔設(shè)備來強(qiáng)化生產(chǎn)操作是生產(chǎn)、設(shè)計人員十分關(guān)心的課題。1.1設(shè)計依據(jù)本設(shè)計依據(jù)于教科書的設(shè)計實例，對所提出的題目進(jìn)行分析并做出理論計算。1.2技術(shù)來源目前，精餾塔的設(shè)計方法以嚴(yán)格計算為主，也有一些簡化的模型，但是嚴(yán)格計算法對于連續(xù)精餾塔是最常采用的，我們此次所做的計算也采用嚴(yán)格計算法。1.3設(shè)計任務(wù)及要求原料：正戊烷-正己烷正乙烷含量：料液含量0.5（摩爾分?jǐn)?shù)）設(shè)計要求：塔頂?shù)恼彝楹坎恍∮?.97（摩爾分?jǐn)?shù)）塔底的正乙烷含量不大于0.04（摩爾分?jǐn)?shù)）回流比為最小回流比的2倍其中正乙烷和正戊烷的基本數(shù)值如下圖①石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊.pdf1.4操作壓力為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓其中塔頂壓力為101.3kPa塔底壓力二、流程的確定和說明2.1加料方式加料分兩種方式：泵加料和高位槽加料。高位槽加料通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺，增加基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用：泵加料屬于強(qiáng)制進(jìn)料方式，本次加料可選泵加料。泵和自動調(diào)節(jié)裝置配合控制進(jìn)料。2.2進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料方式一般有冷液進(jìn)料，泡點進(jìn)料、汽液混合物進(jìn)料、露點進(jìn)料、加熱蒸汽進(jìn)料等。泡點進(jìn)料對塔操作方便，不受季節(jié)氣溫影響。泡點進(jìn)料基于恒摩爾流，假定精餾段和提餾段上升蒸汽量相等，精餾段和提餾段塔徑基本相等。由于泡點進(jìn)料時，塔的制造比較方便，而其他進(jìn)料方式對設(shè)備的要求高，設(shè)計起來難度相對加大，所以采用泡點進(jìn)料。2.3冷凝方式選全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。冷凝后回流液和產(chǎn)品溫度不高，無需再次冷凝，制造設(shè)備較為簡單，為節(jié)省資金，選全凝器。2.4加熱方式采用間接加熱，因為塔釜設(shè)了再沸器，故采用間接加熱。三、設(shè)計計算原料液的摩爾組成：=0.50.8598，=0.00043.1最小回流比及操作回流比的確定由于是泡點進(jìn)料，0.5,過點e（0.5，0.5）做直線0.5交平衡線于點，由點可讀得=，因此：可取回流比3.2進(jìn)料液量、釜殘液量及加熱蒸汽量的計算塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量：要求年產(chǎn)量3.0萬頓，出去每年的設(shè)備維護(hù)及放假時間，每年按300天的工作日計算，連續(xù)操作，每天24小時，日產(chǎn)量為100頓所以塔頂?shù)牧髁繛椋河扇奈锪虾馑惴匠炭蓪懗觯航獾茫?3.3理論塔板層數(shù)的確定精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：q線方程：在相圖中分別畫出上述直線，利用圖解法可以求出：塊（含塔釜）其中，精餾段15塊，提餾段4塊。3.4全塔效率的估算用奧康奈爾法()對全塔效率進(jìn)行估算：由相平衡方程式可得根據(jù)乙醇~水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得：(塔頂?shù)谝粔K板)(加料板)(塔釜)因此可以求得：全塔的相對平均揮發(fā)度：全塔的平均溫度：在溫度下查得因為所以，全塔液體的平均粘度：全塔效率3.5實際塔板數(shù)塊(含塔釜)其中，精餾段的塔板數(shù)為：塊四、精餾塔主題尺寸的計算4.1精餾段與提餾段的體積流量精餾段整理精餾段的已知數(shù)據(jù)列于表3，由表中數(shù)據(jù)可知：液相平均摩爾質(zhì)量：液相平均溫度：表3精餾段的已知數(shù)據(jù)位置進(jìn)料板塔頂（第一塊板）質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾質(zhì)量/kg/kmol溫度/℃84.2678.23在平均溫度下查得液相平均密度為：其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)所以，精餾段的液相負(fù)荷同理可計算出精餾段的汽相負(fù)荷。精餾段的負(fù)荷列于表4。表4精餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol32.152637.1059平均密度/kg/m3822.40731.2767體積流量/m3/h12.0556（0.0033m3/s）12849.5607（3.5693m3/s）提餾段整理提餾段的已知數(shù)據(jù)列于表5，采用與精餾段相同的計算方法可以得到提餾段的負(fù)荷，結(jié)果列于表6。表5提餾段的已知數(shù)據(jù)位置塔釜進(jìn)料板質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾質(zhì)量/kg/kmol溫度/℃99.905384.2277表6提餾段的汽液相負(fù)荷名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量/kg/kmol20.268025.1176平均密度/kg/m3914.24740.8387體積流量/m3/h23.2184（0.0064m3/s）13240.5390(3.6779m3/s)4.2塔徑的計算塔徑可以由下面的公式給出：由于適宜的空塔氣速，因此，需先計算出最大允許氣速。取塔板間距，板上液層高度，那么分離空間：功能參數(shù)：從史密斯關(guān)聯(lián)圖查得：，由于，需先求平均表面張力：精餾段：乙醇表面張力：水表面張力：因為，所以聯(lián)立方程組代入求得：所以：根據(jù)塔徑系列尺寸圓整為塔截面積：空塔氣速：4.3塔高的計算精餾段有效高度為：提餾段有效高度為：實際塔板數(shù)為塊，板間距由于料液較為清潔，無需經(jīng)常清洗，可取每隔8塊板設(shè)一個人孔，則人孔的數(shù)目S為：個人孔的高度為，故精餾塔的有效高度為：五、塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定5.1溢流裝置計算因塔徑，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。堰長：取溢流堰高度：由，選用平直堰，堰上液層高度的計算：近似取,則取板上清液層高度，故弓形降液管寬度和截面積：由,查圖得：，驗算液體在降液管中停留時間，即：故降液管設(shè)計合理。降液管底隙高度：取降液管底隙的流速，則故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度。5.2塔板布置塔板的分塊：因，故塔板采用分塊式。查表得，塔極分為5塊。邊緣區(qū)寬度確定：取，。開孔區(qū)面積計算：篩孔計算及其排列：本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取篩孔直徑。篩孔按正三角形排列，取孔中心距為：篩孔數(shù)目為：個開孔率為：氣體通過篩孔的氣速為：篩孔氣速：六、篩板的流體力學(xué)驗算6.1塔板壓降干板阻力計算：由，查圖得：故液柱氣體通過液層的阻力計算：查圖得，故液柱液體表面張力的阻力計算：液柱氣體通過每層塔板的液柱高度為：液柱氣體通過每層塔板的壓降為：（設(shè)計允許值）6.2液面落差對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。6.3液沫夾帶故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。6.4漏液實際孔速：穩(wěn)定系數(shù)：故在本設(shè)計中無明顯漏液。6.5液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從以下關(guān)系，即乙醇-水物系屬于一般物系，取，則板上不設(shè)進(jìn)口堰。液柱液柱，故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。七、塔板負(fù)荷性能圖7.1漏液線由得：整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值。計算結(jié)果列于下表：0.00060.00150.00300.00451.90071.93831.98562.0243由表數(shù)據(jù)即可作出漏液線（1）。7.2液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下：整理得：在操作范圍內(nèi)，任取幾個值，依上式計算出值，計算結(jié)果列于下