1、. z.課程設(shè)計(jì)乙烯-乙烷精餾塔及輔助設(shè)備設(shè)計(jì)班 級： 姓 名：學(xué) 號： 指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)日期：成 績：目 錄前言 *第一章 精餾過程工藝及設(shè)備概述*第二章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)*第三章 再沸器的設(shè)計(jì)*第四章 輔助設(shè)備及管路的設(shè)計(jì) *第五章 控制方案 *附錄一 主要符號說明 *附錄二 參考文獻(xiàn) *前言本設(shè)計(jì)說明書包括概述、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備及管路設(shè)計(jì)及控制方案共5章容。說明書中對精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算做了詳細(xì)的闡述，對于再沸器、輔助設(shè)備和管路的設(shè)計(jì)也做了正確的說明。鑒于本人經(jīng)歷有限，設(shè)計(jì)中難免存在錯誤和不妥之處，希望教師給予指正。 感教師的指導(dǎo)和參閱！第一章、 精餾過程工藝及設(shè)備概述精餾是別離液體混合

2、物含可液化的氣體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。精餾過程在能量劑驅(qū)動下有時加質(zhì)量劑，使氣、液兩相屢次直接接觸和別離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度不同，使易揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)原料混合液中各組分的別離。該過程是同時傳熱、傳質(zhì)的過程。為實(shí)現(xiàn)精餾過程，必須為該過程提供物流的貯存、輸送、傳熱、別離、控制等的設(shè)備、儀表。1.精餾裝置流程精餾就是通過多級蒸餾，使混合氣、液兩相經(jīng)過屢次混合接觸和別離，并進(jìn)展質(zhì)量和熱量的傳遞，是混合物中的組分到達(dá)高程度的別離，進(jìn)而得到高純度的產(chǎn)品。其流程如下：原料乙烯和乙烷混和液體經(jīng)過料管由精餾塔的

3、*一位置進(jìn)料板處流入精餾塔，開場精餾操作，塔底設(shè)再沸器加熱釜液中的液體，產(chǎn)生蒸汽通過塔板的篩孔上升，與沿降液管下降并橫向流過塔板的液體在各級篩板上錯流接觸并進(jìn)展傳熱及傳質(zhì)，釜液定期作為塔底產(chǎn)品輸出;塔頂設(shè)冷凝器使上升的蒸汽局部冷凝回流，其余作為塔頂產(chǎn)品輸出精餾塔。2.工藝流程1精餾裝置必須在實(shí)彈的位置設(shè)置一定數(shù)量不同容積的原料儲罐，泵和各種換熱器，以暫時儲存，運(yùn)輸和預(yù)熱或冷卻所用原料，從而保證精餾裝置能連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。2必要的檢測手段為了隨時了解操作情況及各設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時地發(fā)現(xiàn)操作中存在問題并采取相應(yīng)的措施予以解決，需在流程中的適當(dāng)位置設(shè)置必要的測量儀表，以及時獲取壓力，溫度等各項(xiàng)參數(shù)，

4、從而間接了解運(yùn)行情況。另外。常在特定地方設(shè)置人孔和手孔，以便定期檢修各設(shè)備及檢查裝置的運(yùn)行情況。3調(diào)節(jié)裝置由于實(shí)際生產(chǎn)過程中各種狀態(tài)參數(shù)都不是定值，都會或多或少隨著時間有所波動，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量的閥門進(jìn)展調(diào)節(jié)，以保證到達(dá)生產(chǎn)要求，有時還可以根據(jù)需求設(shè)置雙調(diào)節(jié)，即自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式并可以根據(jù)需要隨時進(jìn)展切換。3.設(shè)備簡介及選用所用設(shè)備主要包括精餾塔及再沸器和冷凝器。1、精餾塔精餾塔是一圓形筒體，塔裝有多層塔板或填料，塔中部適宜位置設(shè)有進(jìn)料板。兩相在塔板上相互接觸時，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相中轉(zhuǎn)移；氣相被局部冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物中的組分得到

5、高程度的別離。簡單精餾中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精餾段和提餾段，而在塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精餾塔，氣、液兩相的溫度和壓力自上而下逐漸增加，塔頂最低，塔底最高。本設(shè)計(jì)為篩板塔，篩板的突出優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、造價低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而經(jīng)長期研究發(fā)現(xiàn)其尚能滿足生產(chǎn)要求，目前應(yīng)用較為廣泛。2.再沸器設(shè)計(jì)從略作用：用以將塔底液體局部汽化后送回精餾塔，使塔氣液兩相間接觸傳質(zhì)得以進(jìn)展。本設(shè)計(jì)采用立式熱虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時局部汽化，由在殼程的載熱體供熱。立式熱虹吸特點(diǎn)：循環(huán)推動力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。 構(gòu)

6、造緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。殼程不能機(jī)械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質(zhì)。塔釜提供氣液別離空間和緩沖區(qū)。3.冷凝器 設(shè)計(jì)從略 用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，局部冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返回塔頂，使塔氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)展，最常用的冷凝器是管殼式換熱器。精餾塔選用篩板塔，配合使用立式虹熱吸式再沸器建議根據(jù)自己所查資料進(jìn)展補(bǔ)充！第二章 精餾塔工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書 將任務(wù)書中本人的設(shè)計(jì)條件詳細(xì)列舉！例如：1.工藝條件：飽和液體進(jìn)料， 進(jìn)料乙烯含量=65%摩爾分?jǐn)?shù)，下同塔頂乙烯含量=99%釜液乙烯含量1%，總板效率為0.62.操作條件塔頂壓力2.5MPa表壓加熱劑及加熱方式：加熱劑：熱水；

7、加熱方式：間壁換熱冷卻劑：循環(huán)冷卻水回流比系數(shù)：R/Rmin=*塔板形式：*處理量：* kmol/h，安轉(zhuǎn)地點(diǎn)： 塔板位置：塔頂二、精餾過程工藝計(jì)算 精餾塔的別離計(jì)算是精餾裝置過程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過別離計(jì)算確定給定原料到達(dá)規(guī)定別離要求所需理論級數(shù)、進(jìn)料位置、再沸器及冷凝器的熱流量；確定塔頂、塔底以及側(cè)線采出產(chǎn)品的流量、組成、溫度及壓力；確定精餾塔溫度、壓力、組成及氣相、液相流量的分布。1.處理能力及產(chǎn)品質(zhì)量物料衡算物料衡算= +=+解得：= kmol/h ，= kmol/h。2.塔板計(jì)算。 經(jīng)過模擬計(jì)算，得到理論板數(shù)= 塊包括精餾段、提餾段及總塔板數(shù)。須附上：程序及計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算數(shù)據(jù)！3.初估

8、塔徑4.塔高計(jì)算5.溢流裝置的設(shè)計(jì)6.溢流堰7.塔板布置及其他構(gòu)造尺寸的選取8.塔板流動性能的校核1.液沫夾帶量的校核2.塔板阻力計(jì)算3.降液管液泛校核 4.液體在降液管停留時間5.嚴(yán)重漏液校核 9.塔板性能負(fù)荷圖1過量液沫夾帶線 2液相下限線3嚴(yán)重漏液線 4液相上限線5降液管液泛線10.五條曲線聯(lián)合構(gòu)成負(fù)荷性能圖須附上坐標(biāo)紙或者電腦畫出的負(fù)荷性能圖！其中:操作點(diǎn)為 = m3/h, = m3/h塔板的操作彈性：= 詳細(xì)討論設(shè)計(jì)是否合理？ 第三章 再沸器的設(shè)計(jì)一.物性數(shù)據(jù) 1.選用立式熱虹吸再沸器塔頂壓力:2.5MP(絕壓)塔底壓力:2.52MP(絕壓) 2.再沸器殼程與管程設(shè)計(jì)殼程 管程溫度/

9、C 1090 5.53壓力(絕壓)/MP 0.1 2.52蒸發(fā)量/(Kg/h) 20718.19 3物性數(shù)據(jù) 殼程凝液(水)在定性溫度50C下的物性數(shù)據(jù): 密度 =988.1Kg/定壓比熱容=4.174KJ/(KgK)熱導(dǎo)率 =0.648W/(mK) 粘度 =0.549mPas管程流體5.53 潛熱 =296KJ/Kg 液相熱導(dǎo)率 =0.083 W/(mK) 液相粘度 =0.057 mPas 液相密度 =385.578 Kg/ 液相定壓比熱容 =3.43 KJ/(KgK) 外表力 =2.721mN/m 氣相粘度 =0.087 mPas 氣相密度 =35.55 Kg/蒸汽壓曲線斜率 1.84二.

10、估算設(shè)備尺寸計(jì)算熱流量Q為Q=1703.496Kw計(jì)算傳熱溫差=27.22 K假設(shè)傳熱系數(shù)K=600 則估算傳熱面積為=104.30 擬用傳熱規(guī)格為 ,管長L=3000,則計(jì)算傳熱管數(shù)=443 根假設(shè)將傳熱管按正三角形排列,則管子排列面積是一個正六邊形= 解得 =12 個故正六邊形個數(shù)為12 個, 則取管心距 0.035 m又因?yàn)槭菃喂軗Q熱器,所以殼徑徑D 為=0.89 m管程進(jìn)口管取 =250mm 出口管徑去 =600mm三.傳熱系數(shù)效核顯熱段傳熱系數(shù) 設(shè)傳熱管出口汽化率 =0.23 則計(jì)算循環(huán)流量 =25.02 kg/s.顯熱段傳熱管外表傳熱系數(shù) 計(jì)算傳熱管質(zhì)量流速G 為=20mm 故 =

11、0.139=180計(jì)算雷諾數(shù)Re為 Re=計(jì)算普朗特?cái)?shù)為 =2.36計(jì)算顯熱段傳熱管外表傳熱系數(shù) =932.21.計(jì)算管外冷凝外表傳熱系數(shù) 計(jì)算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量 =5.10Kg/s計(jì)算傳熱管外單位濕潤周邊上凝液的質(zhì)量流量 =0.147 計(jì)算冷凝液膜的=1071.04 20%傳熱面積裕度校核成功，符合設(shè)計(jì)計(jì)算要求。第四章 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)一傳熱設(shè)備1.進(jìn)料冷卻器與塔頂冷凝器的集成,但采用臥式殼柱冷凝器 入口 出口塔頂產(chǎn)品溫度/K 256.51 263.15進(jìn)料溫度/K 273.15 264.28 傳熱溫差 =8.84 K 平均摩爾質(zhì)量 =28.7 管柱液體流率 F=180 =18028.7=51

12、66 傳熱速率 =57.91 假設(shè)傳熱系數(shù)K=650 則傳熱面積為=10.08 圓整后 A=10 2.釜液冷卻器 塔頂產(chǎn)品與進(jìn)料熱交換后,繼續(xù)冷卻塔釜 入口 出口 塔頂產(chǎn)品溫度/K 263.15 273.15 塔釜產(chǎn)品溫度/K 278.51 273.15傳熱溫差=7.44 K管柱液體流率F=62.45=1873.5 傳熱速率 =9.80 假設(shè)傳熱系數(shù) K=650 則傳熱面積為=2.03 圓整后 A=2 泵的設(shè)計(jì)進(jìn)料泵(兩臺,一用一備)選擇原料流速 0.5 V=管線直徑 =0.096 m根據(jù)管材規(guī),該直徑應(yīng)選擇 (由GB3092-82選取)其徑為0.106m實(shí)際流速 =0.408 選擇原料泵 為

13、確定泵輸送一定流量的揚(yáng)程H,應(yīng)對輸送系統(tǒng)進(jìn)展機(jī)械能衡算 即 根據(jù)前面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對上式各項(xiàng)進(jìn)展估算 =35m=9810Pa =0.17 局部阻力系數(shù) 局部阻力 數(shù)量 由儲槽進(jìn)入管中 0.5 1 0.5 孔板 8.25 1 8.25 全開閥 0.17 2 0.34 標(biāo)準(zhǔn)方頭 0.75 4 3.0=12.09雷諾數(shù) =取=0.2 = 查取=0.024取管長=80m=2.702=40.218m 平安系數(shù)取 1.1 =40.218=44.24m=12.96 平安系數(shù)取 1.5 =1.5=19.44所以選擇泵的型號為31357 揚(yáng)程60m 流量30釜液輸送管及釜液泵(兩臺,一用一備)=62.45流體密度 =

14、386.83所以=4.84選擇流速 0.5 得管線直徑 =0.059 m根據(jù)管材規(guī),該直徑應(yīng)選擇 (由GB3092-82選取)其徑為0.079m實(shí)際流速 =0.274 選擇原料泵 為確定泵輸送一定流量的揚(yáng)程H,應(yīng)對輸送系統(tǒng)進(jìn)展機(jī)械能衡算 即 根據(jù)前面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對上式各項(xiàng)進(jìn)展估算 = -6.5m雷諾數(shù) =取=0.2 = 查取=0.027取管長=45m=1.031= -2.881 m 平安系數(shù)取 1.1 =-2.881= -3.169m=4.84 平安系數(shù)取 1.5 =1.5=7.26選擇50F-16型3回流泵(兩臺,一用一備)=573.06流體密度 =404.86所以=42.46選擇流速 0.5

15、得管線直徑 =0.173m根據(jù)管材規(guī),該直徑應(yīng)選擇 (由GB3092-82選取)其0.174m實(shí)際流速 =0.496 選擇原料泵 為確定泵輸送一定流量的揚(yáng)程H,應(yīng)對輸送系統(tǒng)進(jìn)展機(jī)械能衡算 即 根據(jù)前面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對上式各項(xiàng)進(jìn)展估算 = 50m雷諾數(shù) =取=0.2 =0.016 查取=0.024取管長=45m=2.251=54.73m 平安系數(shù)取 1.1 =54.73= 60.203m=42.46 平安系數(shù)取 1.5 =1.5=63.694. 塔頂產(chǎn)品管=117.55流體密度 =404.86 所以=8.71選擇流速 0.5 得管線直徑 =0.079m根據(jù)管材規(guī),該直徑應(yīng)選擇 (由GB3092-82選

16、取)其0.079m實(shí)際流速 =0.494 5.塔頂蒸汽管同回流管 0.496 6塔底蒸汽回流管 14 三 罐的設(shè)計(jì)容器填充系數(shù)取=0.7進(jìn)料罐00乙烯 =346 kg/m 乙烷 =402 kg/m3又進(jìn)料=0.65所以乙烯質(zhì)量分率為=0.634=364.59 kg/m3進(jìn)料質(zhì)量流量F=5166 kg/h進(jìn)料罐容積，其中為停留時間，取2天，=224=48hV=971.61 m圓整取 972 回流罐-16.5=404.58kg/m3 取停留時間為=30min所以= 19.83m3=28.32m3 ，圓整后取餾出產(chǎn)品罐取產(chǎn)品停留時間為2天，即=48 h=117.55 kmol/h，所以=8.14m3

17、/h=558.17 m圓整為5594. 釜液罐取停留時間為2天，即=48 h=72.86 kmol/h=206.22=294.6m3 圓整取295m貯罐容積估算表序號位號名稱停流時間/h容積/m31V-101原料中間罐489722V-102回流罐0.5293V-103塔頂產(chǎn)品罐485594V-104塔底產(chǎn)品罐48295選泵參數(shù)表序號位號名稱揚(yáng)程/m流量/m/s功率/kw1P-101進(jìn)料泵46253.52P-102釜液泵2.58.50.53P-103回流泵6170104P-104塔頂產(chǎn)品泵15140.55P-105塔底產(chǎn)品泵3551.0管路設(shè)計(jì)結(jié)果表序號管線用途管線輸送物流流速管規(guī)格1進(jìn)料管0.

18、482釜液輸送管0.323塔頂冷凝管0.5364回流液管0.5385塔頂蒸汽管0.5386塔底蒸汽管147儀表接收第五章控制方案精餾塔的控制方案要求從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三個方面進(jìn)展綜合考慮。精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)展控制。最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。系統(tǒng)控制方案序號位置用途控制參數(shù)介質(zhì)物性L(kg/m3)1FIC-01進(jìn)料流量控制03000kg/h乙烷、乙烯2FIC-02回流定量控制01500kg/h乙烯3PIC-01塔壓控制03MPa乙烯4HIC-02回流罐液面控制01m乙烯5HIC-01釜液面控制03m乙烷6TIC-01釜溫控制56乙烷系統(tǒng)所需的主要設(shè)備及主要參數(shù)表序號位號設(shè)備名稱形式主要性能參數(shù)操作條件1T-101精餾塔篩板塔D=1400 Np=65H=48430操作溫度 t=256.5操作壓力 p=2.6Mpa2E-101塔頂冷凝器分塊管板式3E-102塔底再沸器分塊管板式4E-103進(jìn)料冷凝器分塊管板式5E-104塔底冷凝器分塊管板式6P-101進(jìn)料泵2臺離心泵Q=20m3H=45m乙烯乙烷混合液7P-102釜液泵2臺離心泵Q=7m3H=3m乙