化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)

（精儲(chǔ)塔及輔助設(shè)備設(shè)計(jì)）

前百

本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括任務(wù)書(shū)、精儲(chǔ)過(guò)程工藝及設(shè)備概述、精館塔工藝設(shè)計(jì)、

再沸器的設(shè)計(jì)、輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)、管路設(shè)計(jì)和控制方案共7章。

說(shuō)明中對(duì)精儲(chǔ)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算做了一些闡述，對(duì)于再沸器、輔助設(shè)備和管

路的設(shè)計(jì)也做了比較正確的說(shuō)明。

鑒于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)有限，本設(shè)計(jì)中肯定會(huì)存在許多各種各樣的錯(cuò)誤，希望

各位老師給予指正

最后感謝老師的指導(dǎo)和參閱！

目錄

第一章任務(wù)書(shū).....................................4

第二章精儲(chǔ)過(guò)程工藝及設(shè)備概述.....................5

第三章精儲(chǔ)塔工藝設(shè)計(jì).............................7

第四章再沸器的設(shè)計(jì)...............................18

第五章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì).............................26

第六章管路設(shè)計(jì)...................................30

第七章控制方案...................................30

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第一章、任務(wù)書(shū)

處理量：140kom1/h

產(chǎn)品質(zhì)量：（以乙烯摩爾質(zhì)量計(jì)）進(jìn)料65%,塔頂產(chǎn)品99%

塔底產(chǎn)品虬

*￡**A**1**1**￡**1**1**￡**1**￡**1**^*A**1**1**L**1**￡**1**￡**A*

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設(shè)計(jì)條件

1.工藝條件：飽和液體進(jìn)料，

進(jìn)料乙烯含量X/=65%（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）

塔頂乙烯含量X。=99%

釜液乙烯含量％wWl臨總板效率為0.6

2.操作條件

塔頂壓力2.5MPa（表壓）

加熱劑及加熱方式：加熱劑：水蒸汽；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=l.7

塔板形式：篩板

處理量：140kmol/h,

安轉(zhuǎn)地點(diǎn)：大連

塔板位置：塔底

第二章、精儲(chǔ)過(guò)程工藝及設(shè)備概述

精儲(chǔ)是分離液體混合物（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。精儲(chǔ)過(guò)程在能量劑驅(qū)

動(dòng)下（有時(shí)加質(zhì)量劑），使氣、液兩相多次直接接觸和分離，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分離。該過(guò)程是同時(shí)傳熱、傳質(zhì)的

過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)精儲(chǔ)過(guò)程，必須為該過(guò)程提供物流的貯存、輸送、傳熱、分離、

控制等的設(shè)備、儀表。

1.精儲(chǔ)裝置流程

精餌就是通過(guò)多級(jí)蒸儲(chǔ)，使混合氣、液兩相經(jīng)過(guò)多次混合接觸和分離，

并進(jìn)行質(zhì)量和熱量的傳遞，是混合物中的組分達(dá)到高程度的分離，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(guò)料管由精儲(chǔ)

塔的某一位置（進(jìn)料板處）流入精儲(chǔ)塔內(nèi)，開(kāi)始精儲(chǔ)操作，塔底設(shè)再沸器加

熱釜液中的液體，產(chǎn)生蒸汽通過(guò)塔板的篩孔上升，與沿降液管下降并橫向流

過(guò)塔板的液體在各級(jí)篩板上錯(cuò)流接觸并進(jìn)行傳熱及傳質(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部分冷凝回流，其余作為塔頂產(chǎn)品輸出

精儲(chǔ)塔。

2.工藝流程

（1）精微裝置必須在實(shí)彈的位置設(shè)置一定數(shù)量不同容積的原料儲(chǔ)罐，泵和各

種換熱器，以暫時(shí)儲(chǔ)存，運(yùn)輸和預(yù)熱（或冷卻）所用原料，從而保證精饋裝

置能連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。

（2）必要的檢測(cè)手段

為了隨時(shí)了解操作情況及各設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)操作中存在問(wèn)

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(cè)量?jī)x表,

以及時(shí)獲取壓力，溫度等各項(xiàng)參數(shù)，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)各及檢查裝置的運(yùn)行情況。

(3)調(diào)節(jié)裝置

由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中各種狀態(tài)參數(shù)都不是定值，都會(huì)或多或少隨著時(shí)間

有所波動(dòng)，應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置一定數(shù)量的閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證達(dá)到生產(chǎn)要

求，有時(shí)還可以根據(jù)需求設(shè)置雙調(diào)節(jié)，即自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)方式

并可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行切換。

3.設(shè)備簡(jiǎn)介及選用

所用設(shè)備主要包括精播塔及再沸器和冷凝器。

1)、精儲(chǔ)塔

精儲(chǔ)塔是一圓形筒體，塔內(nèi)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口寸，液相被加熱，液相中易揮發(fā)組分向氣相

中轉(zhuǎn)移；氣相被部分冷凝，氣相中難揮發(fā)組分向液相中轉(zhuǎn)移，從而使混合物

中的組分得到高程度的分離。

簡(jiǎn)單精微中，只有一股進(jìn)料，進(jìn)料位置將塔分為精儲(chǔ)段和提憎段，而在

塔頂和塔底分別引出一股產(chǎn)品。精儲(chǔ)塔內(nèi)，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)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、塔板阻力小且

效率高。但易漏液，易堵塞。然而經(jīng)長(zhǎng)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

作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精儲(chǔ)塔，使塔內(nèi)氣液兩相間接觸

傳質(zhì)得以進(jìn)行。

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(guò)換熱器管程時(shí)部分汽化，由在殼程內(nèi)的載熱體供熱。

立式熱虹吸特點(diǎn)：

※循環(huán)推動(dòng)力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。

※結(jié)構(gòu)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)。

※塔釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。

3).冷凝器(設(shè)計(jì)從略)

用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產(chǎn)品，其余作回流液返

回塔頂，使塔內(nèi)氣液兩相間的接觸傳質(zhì)得以進(jìn)行，最常用的冷凝器是管殼式

換熱器。精儲(chǔ)塔選用篩板塔，配合使用立式虹熱吸式再沸器

第三章精儲(chǔ)塔工藝設(shè)計(jì)

一、精僧過(guò)程工藝流程

1,分離序列的選擇

對(duì)于雙組分精儲(chǔ)或僅采用單塔對(duì)多組分混合物進(jìn)行初分的流程較為簡(jiǎn)

單。如果將三個(gè)或三個(gè)以上組分的混合物完全分離，其流程是多方案的。如

何選擇分離序列通常有經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，如有序直觀推斷法來(lái)指導(dǎo)選擇。（詳見(jiàn)有關(guān)

參考書(shū)

2.能量的利用

精儲(chǔ)過(guò)程是熱能驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，過(guò)程的能就在整個(gè)生產(chǎn)耗能中占有相當(dāng)大

的比重，而產(chǎn)品的單位能耗是考核產(chǎn)品的重要指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能

力及企業(yè)的生存，故合理、有效地利用能量，降低精鐳過(guò)程或生產(chǎn)系統(tǒng)能耗

量是十分必要的。

1）.精儲(chǔ)操作參數(shù)的優(yōu)化在保證分離要求和生產(chǎn)能力的條件下，通

過(guò)優(yōu)化操作參數(shù)，以減小回流比，降低能耗。

2）,精儲(chǔ)系統(tǒng)的能量集成著眼于整個(gè)系統(tǒng)的有效能的利用情況，盡

量減少有效能浪費(fèi)，按照?定的規(guī)則（如夾點(diǎn)技術(shù)理論），實(shí)現(xiàn)能量的匹配和

集成。

3.輔助設(shè)備（略）

4.系統(tǒng)控制方案〔略）

二、精ts過(guò)程工藝計(jì)算

一）、理論板個(gè)數(shù)的計(jì)算

精儲(chǔ)塔的分離計(jì)算是精僧裝置過(guò)程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過(guò)分離計(jì)算確定給定

原料達(dá)到規(guī)定分離要求所需理論級(jí)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；確定精儲(chǔ)塔

內(nèi)溫度、壓力、組成及氣相、液相流量的分布。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通過(guò)建

立嚴(yán)格的物料衡算方程（M）、氣液相平衡方程（E）、組分歸一方程（S）以及

熱量衡算方程（H）,即描述復(fù)雜精儲(chǔ)塔的基本方程（MESH）.基本方程中熱力

學(xué)性質(zhì)及由熱力學(xué)性質(zhì)決定的關(guān)系，如熱焰及相平衡關(guān)系，由熱力學(xué)方程進(jìn)

行推算。根據(jù)不同物系選擇不同的方法對(duì)基本方程進(jìn)行求解。

1.處理能力及產(chǎn)品質(zhì)量（物料衡算及熱量衡算）

◎物料衡算

F=q〃D+einw

〔q〃FXF=QnDXD+QnWXW

QnF=140kmol/h,-0.65,-0.99,-0.01

解得：QnD=91.43kmol/h,Qnw=48.57kmol/h

※塔內(nèi)氣、液相流量

精微段：QnLq〃D,q〃V=q〃L+q〃D

提饋段：q“L=q〃L+q*,q〃v-

◎熱量衡算

再沸器熱流量分二v'9

再沸器加熱蒸汽的質(zhì)量流量G,=2~

冷凝器熱流量二丫%

冷凝器冷卻劑的質(zhì)量流量G,=/?

2.塔板計(jì)算

1）.假設(shè)塔頂溫度T二256.65K,查取乙烯乙烷Antoine常數(shù)。由Antoine公

式ln《=4-鳥(niǎo)，計(jì)算得乙烯乙烷的Pi,由％=上二"計(jì)算出乙烯塔頂

T+C]P,「PB

含量為0.99滿足設(shè)計(jì)要求，故溫度假設(shè)正確。得到塔頂相對(duì)揮發(fā)度為

a=P\/PH=1.47406；對(duì)歸一方程判據(jù)，收斂誤差在1%。以?xún)?nèi)。

2).根據(jù)此時(shí)得到的相對(duì)揮發(fā)度，由相平衡方程由二一「；、，Xe=0.65,

解得兄=0.732486。/?minX="。一y"二3.121912,則廬1.7治山二5.30725。

%X

3).根據(jù)得到的〃值計(jì)算精儲(chǔ)段操作方程

笫討儲(chǔ)+]=0.841452297Z+0.156962226

R+1R+1

即可計(jì)算第二快塔板上升到第一塊板內(nèi)值。

4).由第一塊板計(jì)算得到的再和當(dāng)值，及按工程經(jīng)驗(yàn)，相鄰塔板的壓降

為100mm液柱。由密度和混合物組成計(jì)算△〃=().382kpa,即從上到下每塊板壓

力增加0.382kpa。由這些參數(shù)按照同第一塊板的計(jì)算方法，可計(jì)算出第二塊

的各個(gè)參數(shù)。以此類(lèi)推，得到逐板的數(shù)據(jù)。

5).經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，得到理論板數(shù)N,=42塊。(各板的計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)咐表)

3.摩爾流量

QnL-R*夕〃。=485.2418675kmol/h

q“v=+縱。=576.6718675kmol/h

qnL=%也+%F=625.2418675kmol/h

Qnv=^nv=576.6718675kmol/h

4.操作線方程

精微段操作方程：》川=白七，+3％，

K+1+1

yn+I=0.841452297尤〃+0.156962226

提儲(chǔ)段操作方程：），,川=qjq%；4——3—，

q〃L+qq〃F-4w/比+qq〃一功舟.

yn+1=l.08422Xn-0.00001734

5.確定實(shí)際塔板數(shù)

理論板數(shù)：42（包括釜）；進(jìn)料位置：從上至下第19塊

實(shí)際板數(shù)：41/0.6=68.3333,取整：69。

實(shí)際進(jìn)料：從上至下第19塊。

二）、塔板設(shè)計(jì)計(jì)算

1.物性參數(shù)（以塔底查?。?/p>

T=278.594,P=2.6226Ma

塔底（釜液）中乙烯含量相對(duì)乙烷少的多，故計(jì)算釜液氣液相密度P時(shí)，

可近似取乙烷對(duì)應(yīng)密度：

液相：PL-386kg/m5

氣相:Pv=1.353*2.6226/0.10325=34.37kg/m3

液相表面張力取。=2.69mN/m

q〃v=576.6718675kmol/h=17300.15603kg/h=503.3505m7h=0.1398196

m3/s

3

qnL=485.2418675kmol/h=14557.25603kg/h=37.7130985m/h=0.0105

m3/s

2.初估塔徑

兩相流動(dòng)參數(shù)心，=方居=%居=0.30477

設(shè)間距：HT=0.5/77查費(fèi)克關(guān)聯(lián)圖得Go=0?0615

/\0.2

氣體負(fù)荷因子C：C=c2o三=0.0412

ucP，Pv

液泛氣速f：uf=^'~=0.14

泛點(diǎn)率取%,二0.7操作氣速〃=0.098M

V

所需氣體流道截面積44=工=1.716475序

u

A

選取單流型，弓形降液管踏板，取j=D0.l

_AA。

則丁=1-7=0.9

丹多

故塔板截面積4=90719//

塔徑D：。=/^=1.558305加圓整：取1.5加

則實(shí)際塔板截面面積Az-=1.77481nf

AA

參數(shù)學(xué)取推薦值-0.103

/Ay'

降液管截面積A”=0.1828加二’

氣體流道截面積/占1.597329ni'

實(shí)際操作氣速產(chǎn)0.0991ni

實(shí)際泛點(diǎn)率%/

=0.704

且%=。-5/〃，D=l.5/7/符合經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

3.塔高計(jì)算

實(shí)際板數(shù)Np=69,精微段32,提館段37（含釜）

塔有效高度Z。=0.5x69=34.5m

釜液流出量：。7卬=48.57癡。//77質(zhì)量流量為：qmW=1457.1kg/h

體枳流量外w二與匕=3.7754/%

PL

設(shè)釜液停留時(shí)間為20加〃

釜液高度AZ二普7=0.712/〃

3兀D

進(jìn)料處兩板間距增至0.8加

69塊塔板，共設(shè)置6個(gè)人孔，每個(gè)人孔處H尸0.8勿

裙坐取5m

塔頂及釜液上方氣液分離高度取1.5加

總塔高Z=Z0+AZ+（0.8-0.6）x5+l.5x2+5=44.212/77

（圓整取Z=45m）

4.溢流裝置的設(shè)計(jì)

采用弓型降液管（根據(jù)課設(shè)P207）

0=1.5/〃AT=1.90719//；—=0.1A〃=0.1828nf

查得￡—0.732，7-0.732。二L098〃/即為堰長(zhǎng)

D

堰寬〃廣255n】m,降液管面積AjO.1828M

5.溢流堰

取代1.0；堰高取=0.050/77

堰上液頭高華產(chǎn)2.84x10-3E(六產(chǎn)=o0357m>6mm

取底隙%=50mnF0.05nb則液體流經(jīng)底隙的流速物二-^=0.307m/s<0.5,

符合要求

6.塔板布置及其他結(jié)構(gòu)尺寸的選取

※由于DXO.8-0.9m),采用分塊式塔板；取塔板厚度5=4mm;

※整個(gè)塔板面積：受液區(qū)和降液區(qū)面積2Ad=0.3656m2

入口安定區(qū)和出口安定區(qū)bs=70mni=0.07m

※邊緣區(qū)bc=50mm=0.05m

※選擇塔板為單流型，有效傳質(zhì)面積+r2si/(為］

r

堰長(zhǎng)=D*0.732=1.098m

堰寬bd=0.255m

x=--(Z?5+bd)=0.425

廠2_/,=0.7

20

求得Aa=l.0812m2

※篩孔的尺寸和排列：選用三角形排列

開(kāi)空率。=4/4尸0.907*(0)2=0.057

取do=4m,t=4*do,得。=0.058345

篩孔總截面積A。=二0.063m2

篩孔氣速劭=\/4=2.72435m/s

篩孔個(gè)數(shù)n=A)/(￡*42)=2640個(gè)

7.塔板流動(dòng)性能的校核

1）.液沫夾帶量的校核

由FLV=0,30477泛點(diǎn)率0.7查得°=0.0049

夕火心PL

二液體/kg氣體

1一。Qvv^Pv

<10%,故不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的液沫夾帶。

2）.塔板阻力為計(jì)算

※干板阻力%=；***（善）>據(jù)do/8=4/4=1,查圖Co=O.82

2gPLJ

故小二0.0469925m

※塔板清液層阻力V伙兒+廄，），由

=_2-_=().10982m/s

氣體動(dòng)能因子Fa=〃.*2°，=o.64383

查圖，得。=0.76故人尸0.76*(0.05+0.0288)=0.064758m液柱

X表面張力阻力力0

.4x10%

%二—-----二0.0004927田液柱

所以為二"0+4+包=0.0469925+0.064758+0.0004927=0.1122432m液柱

3).降液管液泛校核

由Hd=%+力ow+A+%，取△=()；

其中hd=1.18x10-8(與＞=0.01464415于是

應(yīng)=3a產(chǎn)。.05+0.0288+0.01373+0.00868=0.21258m液柱

取降液管中泡沫層密度。=0.6,則HJ=〃〃0.6=0.3543m

而叫+瓜，=0.5+0.05>“〃，故不會(huì)發(fā)生降液管液泛

4）.液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間「應(yīng)保證液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間大于

3?5s,才能保證液體所夾帶氣體的釋出

T=A（JHT/LS^405>5s帶氣體可以釋放，滿足要求口

5）.嚴(yán)重漏液校核

%=0.0056+0.13（%,+%）=0.016165液柱,

穩(wěn)定系數(shù)k4。/%;下而r0.05514/0.0147二1?698>1.5?2.0不會(huì)發(fā)生嚴(yán)

重漏液。

8.塔板性能負(fù)荷圖

1）過(guò)量液沫夾帶線

令Q0.1,代入關(guān)系式，得到匕=7393-125.3142。一

2）液相下限線

令如=2.84、10-3石*=0.006,得到￡*3.41nf/h

3）嚴(yán)重漏液線匕=。9+。以3產(chǎn)

式中：a=15940XAoXC°x血質(zhì)>3204,12234

b=0.0056+0.13%-心=0.011532

0=3.69x10^/4°=3.32X10-4

所以，匕產(chǎn)3204.12234(0.011532+3.32XIO-4XL//3)05

4）液相上限線一一保證液體在降液管中有一定的停留時(shí)間

A.H

令7口=5一則降液管最大流量%=88.48146m/h

5）降液管液泛線

Hd=7+How）或。（%+電，）=4,+如,+△+%+砥，顯然為避免降液

管發(fā)生液泛，應(yīng)使0（Hr+〃ow）

將上式表示為乙與V/i的關(guān)系，axK2=b-cxC-dx窗3

式中：a=3.934x103年/（產(chǎn)9.7363x10"

b=0.304c=3.442lx106d=4.3814x103

9.五條曲線聯(lián)合構(gòu)成負(fù)荷性能圖

其中：操作點(diǎn)為匕二818.269iri7hf乙=61.0605m/h

在可見(jiàn)操作點(diǎn)在圖中，基本處于圖形中間偏右位置，故基本滿足要求。

V

塔板的操作彈性：音”=2.49

第四章再沸器的設(shè)計(jì)

1.選用立式熱虹吸式再沸器

塔頂壓力：2.60696Mpa（絕對(duì)壓力）

壓力降A(chǔ)P=382pa

塔底壓力：2.6226225Mpa（絕對(duì)壓力）

※再沸器殼程與管程的設(shè)計(jì)條件

殼程/加熱水管程/釜液

溫度/??100（度）5.5(Z?)

壓力（絕壓）/勵(lì)a101.325Kpa2.6226Mpa

冷凝量/（他仍）

蒸發(fā)量（kg/11）19149.188AM?

q'〃v=q〃v=576.6718675kmol/h

q'〃L=QnL+q〃F=625.2418675而。

※殼程流體在定性溫度100C下的物性數(shù)據(jù)

潛熱4=2258.妹J/kg熱導(dǎo)率=0.683w/m?K

粘度〃=0.283x10-3mpa?密度Pc=958.4kg/m

逆流傳熱

※管程流體在5.5。五的

潛熱L=283.733口/口熱導(dǎo)率4=0.0961w/(m?K)

粘度4二（）.0566團(tuán)尸。?密度2二386kg/m3

液相定壓比熱容或=3.431kJ/（kg?K）表面張力q=2.6897mN?〃2

氣相粘度4=0.0088mPa?氣相密度。,=35.012kg//

蒸汽壓曲線斜率(△〃△〃),=2.56545X10'3m2^K/kg

塔底壓力下飽和溫度為tb=5.5℃

2,估算設(shè)備尺寸

(1)用式QR=Vh7h=VK.計(jì)算熱流量Q=2045.254kJ/s

(2)計(jì)算傳熱溫差m=94.5℃

(3)假設(shè)傳熱系數(shù)的658/〃(方’?齡，則可以用式-估算傳熱面積

4=32.8924

(4)擬用傳熱管規(guī)格為①38x25〃〃?，管長(zhǎng)人3”則可用式計(jì)算傳

兀d°L

熱管數(shù)乂產(chǎn)92。

(5)若將傳熱管按正三角形排列，則可以用式b=l.1歷=10.55取管心距

t=48〃倒，則殼體內(nèi)徑。=?。-1)+(2?3)4計(jì)算殼徑。=572.44mm,取

D=600mm=0.6mL/D=5(4一6)

且取管程進(jìn)口管直徑,=300mm,出口管直徑Q=45()mm

2.傳熱能力校核

(1)顯熱段傳熱系數(shù)勺

1)設(shè)傳熱管出口汽化率匕=0.216,則用式叱計(jì)算叱為33.372口6

2)顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)見(jiàn)

※用式G=W/%,計(jì)算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流量

G=424.11kg/(m2?s)

※用式計(jì)算R?=跑雷諾數(shù)Re=247272.1,分=4吆普朗特?cái)?shù)為丹=

2.020755,Re>104,0.6〈為<160,顯熱段管長(zhǎng)與管徑之比大于50時(shí)，用式

4

%=0.0234Re。8P產(chǎn)計(jì)算顯熱段傳熱管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)生=1831///(//?2

3）計(jì)算管外冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)里,

計(jì)算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量DC=Q/rc=0.9062kg/s

計(jì)算傳熱管外單位潤(rùn)濕周邊上凝液的質(zhì)量流量M為

M=0.9062/（冗x0.038x92）=0.0825

計(jì)算冷凝液膜的Re0=4M/u=ll66.2<2100

計(jì)算管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

%=L88xR,T/3[p2*g*入3/112f/3*075=4416.41W/面?心

4）污垢熱阻及管壁熱阻

沸騰側(cè)R=0.00051177lm2*KAV,冷凝側(cè)R〃=0.00015m2*K/W,

管壁熱阻%=0.0000511771n?*K/W

5）用式K/=r——------^計(jì)算顯熱段傳熱系數(shù)勺

山性+氏+上

'd.tdtn0%

勺=606.27收（序?冷

（2）蒸發(fā)段傳熱系數(shù)KE

1）.用式Gh=3600G計(jì)算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量Gh=1526792.748kg/nfh

090J

※當(dāng)9=0.216,用式X〃=[（1-x）/x]（pv/ph）°\jLih/）計(jì)算

Lockhat-Martinell參數(shù)為,=0.864,由&及工，查垂直管內(nèi)流型

X”X"

圖（Fair）得。小。」

X當(dāng)x=0Axe,用式X”=[（1）/蛾9g/4嚴(yán)（“/“）?！褂?jì)算

Lockhat-Martinell參數(shù),=0.33,再由色及工出查垂直管內(nèi)流型

X”X,,

圖（Fair）得優(yōu)=0.5；

※用式〃=芻*:計(jì)算泡核沸騰壓抑系數(shù)a=0.6

2

※用式”汩C計(jì)算泡核沸騰壓抑系數(shù)a=0.3

2

/、0.69(x0.33(、031

2)用式4b=0-225xa普J(rèn)1年(等]計(jì)算泡核沸騰

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)6b=1615494.7/(/'?給

3)用式q=0.023(4/4)r(17)]”尸計(jì)算以液體單獨(dú)存在為基準(zhǔn)的對(duì)流表

面?zhèn)鳠嵯禂?shù)〃=1703.287W/面?2

4)計(jì)算沸騰表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用式〃=3.5(1/Xu嚴(yán)計(jì)算對(duì)流沸騰因子

5=2.01064

※用式多〃=耳出計(jì)算兩相對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多〃=3424.7叫面?4

※用式即=即+aa.計(jì)算沸騰傳熱膜系數(shù)即=488073.11M5?K)

※用式用=-----—-------計(jì)算沸騰傳熱系數(shù)K:

工心0十%」r

%。44"%

=977.63144///(^?A)；

(3(3)顯熱段和蒸發(fā)段的長(zhǎng)度用式2"/、-----計(jì)算顯熱段長(zhǎng)

度L與傳熱管總長(zhǎng)L的比值2=0.17184；LBC=0.5155m

BCjLz

(4)用式Kc=KJBC+MD計(jì)算傳熱系數(shù)Kc=913.8174〃(//?冷

實(shí)際需要傳熱面積為4=—^一=23.684-

K』

(5)傳熱面積裕度

用式”=33x100%=38.878%>30%,該再沸器傳熱面積合適

3.循環(huán)流量的校核

(I)循環(huán)系統(tǒng)的推動(dòng)力△今=[LCD(pb-plp)-lplp]g

X當(dāng)x=xe/3=0.072時(shí)，用式乂“=[(17)/幻。9(2/4產(chǎn)(外/外,嚴(yán)計(jì)算

Lockhat-Martinell參數(shù)X”=3.62111

用式々=2壬2計(jì)算兩相流的液相分率&=0.38137

(X。+21Xf/+1)

用式品=&("%.)+。內(nèi).計(jì)算x=xe/3出的兩相流平均密度

用,二168.8679依加§

X當(dāng)x=z=0.216時(shí)，用式乂〃=[(1-幻/幻。9(外/4)。5(從,/4嚴(yán)計(jì)算

Lockhat-Martinell參數(shù)X〃=1.15751

用式凡L一計(jì)算兩相流的液相分率占二0.22423

(X“+21Af/+1)

3

用式p,p=pv(l--)+4&計(jì)算x=z的兩相流平均密度plp=113.7144kg/m

式"口=1/3「九中/值，參照表p98表3-19并根據(jù)焊接需要取為

0.8,于是計(jì)算的循環(huán)系統(tǒng)的推動(dòng)力為△6=4398.3412/

(2)循環(huán)阻力

1)管程進(jìn)口管阻力M的計(jì)算△…工曰

。2Pb

用式G=券計(jì)算釜液在管程進(jìn)口管內(nèi)的質(zhì)量流速G=472.118kg/nfs

用式Re產(chǎn)生計(jì)算釜液在進(jìn)口段內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)=2502393.532

用式4=——⑷")必4)2——計(jì)算進(jìn)口管長(zhǎng)度與局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度

￡,=35.04255/77

用式4=0.01227+等計(jì)算進(jìn)口管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)

A=0.015064

用式3=.畀計(jì)算管程進(jìn)口管阻力“二508.03Pa

2）傳熱管顯熱段阻力"，的"算出

42Pb

用式G=—%計(jì)算釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速G=424.11kg/nfs

0.7854叫

用式R用型計(jì)算釜液在傳熱管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)Re=247272.1

用式2=0.01227+二涪計(jì)算進(jìn)口管內(nèi)流動(dòng)的摩擦系數(shù)九=0.019

Ov.2>o

用式AH=4生xC計(jì)算傳熱管顯熱段阻力△R=69.16RZ

42Pb

3）傳熱管蒸發(fā)段阻力M的計(jì)算"二口唯+皿譽(yù)了

※汽相流動(dòng)阻力人的計(jì)算A%=4，絲xg_

42必

釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速G=424.11依/勿2s

當(dāng)戶生=0.144

3

用式Gy=A-G計(jì)算汽相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流量G,,=61.072kg/m2s

用式二衛(wèi)計(jì)算汽相在傳熱管內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)R%=229018.9

A

用式4=00227+竺泮計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)4=0.0192

用式△電=4x且計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)阻力=76.998&

42A

※液相流動(dòng)阻力△義的計(jì)算△%=4

42Pb

2

用式G〃=G-Gv計(jì)算液相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速Q(mào)=363.0374kg/ms

用式Re=皿計(jì)算液相在傳熱管內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)也=1361390.2

用式乙=0.01227+需^計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)%=0.01579

Rel.

用式△片3=42X攵計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)阻力陰3=202.9596RZ

42Pb

※用式4二（DP^+DP；；/計(jì)算傳熱管內(nèi)兩相流動(dòng)阻力*=2059.6P〃

4）蒸發(fā)段管程內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力△8的計(jì)算3=可6

管程內(nèi)流體的質(zhì)量流速（釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速）G=424.11kg/m2s

用式加=支立+乙一J-1計(jì)算蒸發(fā)段管內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力系

RLPV（1-&）

數(shù)M=2.40422用式AE=G2M/4計(jì)算蒸發(fā)段管程內(nèi)因動(dòng)量變化引起

的阻力記=1120.32出

5）管程出口阻力的計(jì)算

※氣體流動(dòng)阻力幽，的計(jì)算AR,5豆

42p\,

用式G=N計(jì)算管程出口管中汽、液相總質(zhì)量流速G=209.83kg/nfS

50

用式G”xG計(jì)算管程出口管種種汽相質(zhì)量流速5,=45.323kg/m飛

用式L=——（2/0.0254）2——計(jì)算管程出口管的長(zhǎng)度與局部阻力的當(dāng)

0.3426（0,/0.254-0.1914）

量長(zhǎng)度之和L'=52.2768加

用式/?與=上計(jì)算管程出口管中汽相質(zhì)量流動(dòng)雷諾數(shù)穴〃=2317671.4

氏

用式4=0.01227+專(zhuān)翳計(jì)算管程出口汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)4=0.015146

用式△兒二兒匚豆計(jì)算管程出口管汽相流動(dòng)阻力△電=13.78244

42月，

※液體流動(dòng)阻力△電的計(jì)算45=%與X*

■42PL

用G=G-Gy式計(jì)算管程出口管種種汽相質(zhì)量流速G=164.507依/"s

用式R/二炮計(jì)算管程出口管中汽相質(zhì)量流動(dòng)雷諾數(shù)RQ=1307917.7

用式4=0.01227+與浮計(jì)算管程出口汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)乙=0.015845

<\C-

用式曲5=4々X且計(jì)算管程出口管汽相流動(dòng)阻力八名二64.5257

420

※用式△4二0暇+DP：；/計(jì)算管程出口阻力短=513.796出

6)AP,=△[+△6+A4+A8+△乙計(jì)算系統(tǒng)阻力阻力△P,=4270.9PQ

循環(huán)推動(dòng)力△兒與循環(huán)阻力巧的比值為卓=1.03

循環(huán)推動(dòng)力△凡略大于循環(huán)阻力△寫(xiě),說(shuō)明所設(shè)的出口汽化率乙=0.216

基本正確，因此所設(shè)計(jì)的再沸器可以滿足傳熱過(guò)程對(duì)循環(huán)流量的要求。

第五章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)

一.輔助容器的設(shè)計(jì)

容器填充系數(shù)取攵=0.7

1.進(jìn)料罐（常溫貯料）

近似取a=386伙加3

進(jìn)料質(zhì)量流量歹=140*0.65*28+140*0.35*30=4018依〃2

進(jìn)料罐容積V二二，其中「為停留時(shí)間，取1天，7=1x24=24〃

pLk

%4018*24/（386*0.7尸356.89―

圓整取358加

2.回流罐（20。）

3

近似取PL=386kg/m取停留時(shí)間為r=0.5h

所以V'=886.0041*28*0.5/386=32.035m3

V=—=45.9m3,圓整后取46加

k

3.儲(chǔ)出產(chǎn)品罐

取產(chǎn)品停留時(shí)間為2天，即7=48〃

QnD=91.43kmol/hf所以%=91.43*28/386=6.6322標(biāo)歷

V=^=455.349m3

k

圓整為456m3

4.釜液罐

取停留時(shí)間為5天,HPT=120/z

QnW=48.57kmol/h

幾=如-中=181.195加

P

v=%=258.85m3圓整取260m3

k

二泵的設(shè)計(jì)

L進(jìn)料泵（兩臺(tái)，一用一備）

管路直徑d=0.065/7/

流體流速u(mài)=0.5m/s

流體密度「二386kg/m

粘度〃=0.0568mPa

取￡=0.25mm,相對(duì)粗糙度為“d=0.004

dup

/3M=2.046xlO5

查得4=0.024

取管路長(zhǎng)度為/=80m,取90度彎管4個(gè)e=0.75,截止閥1個(gè)e=7,文氏管

流量計(jì)1個(gè)。

則地二。上2+ZGt+.）=2.496

d2gpg

取AZ=50/77

AO2

貝lj”e=AZ+—-+—+X/?=52.51m

pg2g'r

Q=汕、3600=5.973加3〃？

4

選取泵的型號(hào)為SJA,揚(yáng)程為17-220m,流量為5-9()(加3〃?

2.回流泵（兩臺(tái)，一用一備）

管路直徑d=0.025//7

流體流速u(mài)=0.5m/s

流體密度p=386kg/ir!

粘度〃=0.0566mPa

取￡二0.25戰(zhàn)，相對(duì)粗糙度為“法0.01

后反二8.525*104

查得X=0.035

去管路長(zhǎng)度為L(zhǎng)lOOm，取90度彎管4個(gè)—0.75,截止閥1個(gè)。二7,文

氏管流量計(jì)1個(gè)。

貝IJZhf=（2+zg=+募=2.0846m

取AZ=60m

AD2

貝I」"e=AZ+1+<+1/?.=62.82m

pg2g

Q=^-x3600=0.8836m3/h

4

選取泵的型號(hào)為SJA,揚(yáng)程為17-220加，流量為5-900m/h

3.釜液泵（兩臺(tái)，一用一備）

管路直徑d=0.02m

流體流速u(mài)=0.3m/s

流體密度p=386kg/m

粘度〃=0.0566mPa?s

取"0.2,相對(duì)粗糙度為“dR.Ol

丘迪=4.092*IO4

查得”0.033

去管路長(zhǎng)度為/=3()“，取9()度彎管4個(gè)小0.75,截止閥1個(gè)￡=7,文

氏管流量計(jì)1個(gè)。

貝ljZV上9+1^)—+—=2.39456m

d2gpg

取AZ=-5.2m

AD2

則He=AZ+—-+—+￡/?.=-2.8m

Pg2g

Q=-“x3600=0.34m5/h

4

這里揚(yáng)程為負(fù)值，說(shuō)明工作時(shí)不需要開(kāi)釜液泵，但非正常工作或停止工作時(shí),

需用該泵，不可忽略。

第六章管路設(shè)計(jì)

進(jìn)料管線取料液流速u(mài)=0.5m/s

進(jìn)料乙烯（摩爾質(zhì)量）X,=65%M=0.65*28+0.35*30=28.7

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65*28/165*28+35*30）*100%=63.4%

進(jìn)料密度P=416.612kg/例

貝ljd==0.10116m

取管子規(guī)格為。114x6,其他各處管線類(lèi)似求得

管子名稱(chēng)管內(nèi)液體流速(m/s)管線規(guī)格(mm)

進(jìn)料管0.5068X4

1121x8

塔頂蒸氣管14

塔頂產(chǎn)品管0.50200X9.4

回流管0.50150X9

釜液流出管0.5045X5

儀表接管

塔底蒸汽回流管140114X6

第七章控制方案

精福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(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。精

儲(chǔ)塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品濃度。由于檢測(cè)上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制。

最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。

系統(tǒng)捽制方案

序號(hào)位置用途控制參數(shù)介質(zhì)物性PL(kg/m')

1FIC-01進(jìn)料流量控制0~3000kg/h乙烷、PL=386

乙烯

2FIC-02回流定量控制0?1500kg/h乙烯PL=386

3PIC-01塔壓控制0~3MPa乙烯Pv=35.01

4HIC-02回流罐液面控制0?1m乙烯PL=386

5HIC-01釜液面控制0~3m乙烷PL=386

6TIC-01釜溫控制5~6℃乙烷PL=386

系統(tǒng)所需的主要設(shè)備及主要參數(shù)

序位號(hào)設(shè)備名稱(chēng)形式主要結(jié)構(gòu)參數(shù)操作條件

號(hào)或性能

1T-101乙烯-乙烷精篩板塔D-1600min,Np操作溫度

儲(chǔ)塔二65U5.38℃

H=^9m操作壓力

P=2.6Mpa

2E-101原料預(yù)熱器

3E-102塔T-101頂冷

凝器

4E-103塔T-101再沸

器

5E-104塔頂產(chǎn)品冷

卻器

6E-105塔底產(chǎn)品冷

卻器

7P-101進(jìn)料泵2臺(tái)離心泵乙烯、乙烷混合液

8P-102釜液泵2臺(tái)離心泵乙烷液

9P-103回流泵2臺(tái)離心泵乙烯液

10P104塔頂產(chǎn)品泵2離心泵乙烯液

臺(tái)

11P-105塔底產(chǎn)品泵2離心泵乙烷液

臺(tái)

12V-101原料中間罐臥式

13V-102回流罐臥式

14V-103塔頂產(chǎn)品罐立式常壓

15V-104塔底產(chǎn)品罐立式常壓

16V-105不合格產(chǎn)品立式常壓

罐

附錄主要符號(hào)說(shuō)明

符號(hào)意義與單位符號(hào)意義與單位

A塔板上方氣體通道截面積，F(xiàn)LV兩相流動(dòng)參數(shù)

/n2

降