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1、化工单元过程及设备课程设计学生姓名:班级：化机0202指导教师：董时间：2005年7月2日 录第1章 概述1第2章 流程简介3第3章 精馏塔工艺设计5第4章 再沸器的设计19第5章 辅助设备的设计26第6章 管路设计34第7章 控制方案35附录一 主要符号说明51附录二 参考文献54第1章 概述 精馏是分离过程中的重要单元操作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器。11精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中的组分得到高程度的分
2、离。简单精馏中，只有一股进料，进料位置将塔分为精馏段和提馏段，而在塔顶和塔底分别引出一股产品。精馏塔内，气、液两相的温度和压力自上而下逐渐增加，塔顶最低，塔底最高。本设计为筛板塔，筛板的突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小且效率高。但易漏液，易堵塞。然而经长期研究发现其尚能满足生产要求，目前应用较为广泛。12再沸器作用：用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。本设计采用立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。立式热虹吸特点：1. 循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。 2.
3、结构紧凑、占地面积小、传热系数高。3. 壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。4. 塔釜提供气液分离空间和缓冲区。13冷凝器 （设计从略） 用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行，最常用的冷凝器是管壳式换热器。第2章 方案流程简介21精馏装置流程 精馏就是通过多级蒸馏，使混合气液两相经多次混合接触和分离，并进行质量和热量的传递，使混合物中的组分达到高程度的分离，进而得到高纯度的产品。 流程如下：原料（乙烯和乙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸
4、器进行加热，使之部分汽化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸气凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。另一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔底的上升蒸气多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再沸器加热部分汽化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。22工艺流程221物料的储存和运输 精馏过程必须在适当的位置设置一定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以暂时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳定的运行。22 2必要的检测手段 为了方便解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的仪表
5、，以及时获取压力、温度等各项参数。 另外，常在特定地方设置人孔和手孔，以便定期的检测维修。223 调节装置由于实际生产中各状态参数都不是定值，应在适当的位置放置一定数量的阀门进行调节，以保证达到生产要求，可设双调节，即自动和手动两种调节方式并存，且随时进行切换。1) 设备选用 精馏塔选用筛板塔，配以立式热虹吸式再沸器。2) 处理能力及产品质量处理量： 100kmol/h产品质量：（以乙烯摩尔百分数计）进料：xf65塔顶产品：xD99塔底产品: xw1第3章 精馏塔工艺设计31设计条件311工艺条件：饱和液体进料，进料乙烯含量xf65（摩尔百分数）塔顶丙稀含量 xD99，釜液丙稀含量 xw1，总
6、板效率为0.6。312操作条件：1）塔顶操作压力：P=2.5MPa（表压）2）加热剂及加热方法：加热剂热水 加热方法间壁换热3）冷却剂：循环冷却水4）回流比系数：R/Rmin=1.7313塔板形式：筛板314处理量：F=100kmol/h315安装地点：大连316塔板设计位置：塔底32物料衡算及热量衡算321物料衡算可见，线的位置偏上，所以它对操作的影响很小。第6章 管路设计进料管线取料液流速：u=0.5m/s则取管子规格685。其它各处管线类似求得如下：名称管内液体流速（m/s）管线规格（mm）进料管0.5703顶蒸气管1532510顶产品管0.5603回流管0.51803釜液流出管0.53
7、24.5仪表接管/252.5塔底蒸气回流管151594第7章 控制方案 精馏塔的控制方案要求从质量指标、产品产量和能量消耗三个方面进行综合考虑。精馏塔最直接的质量指标是产品浓度。由于检测上的困难，难以直接按产品纯度进行控制。最常用的间接质量指标是温度。 将本设计的控制方案列于下表序号位置用途控制参数介质物性L(kg/m3)1FIC-01进料流量控制03000kg/h 乙烷、乙烯L=4372FIC-02回流定量控制01500kg/h乙烯L=4203PIC-01塔压控制03MPa乙烯V=234HIC-02回流罐液面控制01m乙烯L=4205HIC-01釜液面控制03m乙烷L=4406TIC-01釜
8、温控制46乙烷L=440附录一 主要符号说明符号意义与单位符号意义与单位A塔板上方气体通道截面积 m2e单位时间夹带的液沫量 kg/hAa塔板上有效传质区面积 m2ev单位质量气体夹带的液沫质量Ad降液管截面积 m2Fa气体的动能因子kg1/2/(s*m1/2)Ao板孔总截面积 m2Nt理论塔板数AT塔截面积 m2Np实际塔板数b液体横过塔板流动时的平均宽度mn筛孔个数bc塔板上边缘宽度 mp系统总压力 kPa组分分压 kPabd降液管宽度 m-pf塔板阻力降 N/ m2bs塔板上入口安定区宽度 m热负荷 w(kw)bs塔板上出口安定区宽度 mqnD馏出液摩尔流量 kmol/hC计算液泛速度的
9、负荷因子qnF进料摩尔流量 kmol/hC20液体表面张力20mN/m时的负荷因子 qm质量流量 kmol/hCo孔流系数qnL液相摩尔流量 kmol/hD塔径 mqnv气相摩尔流量 kmol/hdo筛孔直径 mqnW釜液摩尔流量 kmol/hET塔板效率液流收缩系数qVLh液相体积流量 m3 /hqVLs液相体积流量 m3 /sh克服液体表面张力的阻力 mqVVh气相体积流量 m3 /hhow堰上方液头高度 mqVVs气相体积流量 m3 /shw堰高 mR回流比K相平衡常数r摩尔汽化潜热 kj/kmolk塔板的稳定性系数T热力学温度 Klw堰长 mt摄氏温度 M摩尔质量 kg/kmolFLV
10、两相流动参数密度 kg/m3 f汽化分数液体表面张力 mN/mHd气相摩尔焓 kj/kmol时间 sHd降液管内清液层高度 m降液管中泡沫层的相对密度 Hf降液管内泡沫层高度 m筛板的开孔率HT塔板间距 m1馏出液中易挥发组分的回收率hb降液管底隙 m2釜液中难挥发组分的回收率hd液体流过降液管底隙的阻力m液沫夹带分数，筛孔中心距mhf塔板阻力（以清液层高度表示 m）u设计或操作气速 m/sht塔板上的液层阻力（以清液层高度表示 ）mua通过有效传质区的气速 m/sho干板阻力 （以清液层高度表示）muf液泛气速 m/sho严重漏液时的干板阻力muo筛孔气速 m/suo严重漏液时相应的筛孔气速 m/szf进料的摩尔分数x液相摩尔分数相对挥发度y气相摩尔分数塔板上液层的充气系数Z塔高 m下标A.B组分名称min最小c冷缺水max最大D馏出液n塔板序号e平衡opt适宜F进料q精,提馏段交点h小时R再沸器i组分名称s秒j组分名称V气相l液相w釜液提馏段饱和
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