完整word版5万吨的脱丙烯塔设计docWord下载.docx
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水平;
要发展加氢技术,发展新型催化剂和添加剂,全面提高产品质量,增加品种;
要开展综合利用,大搞三次加工,增产有机化工原料;
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”,保护环境,为实现赶超世界先进水平而奋斗。
3
设计方案简介
在工业生产中,为了加工和回收的需要,常常需对液体混合物进行分离。
利用其中各组分某种性质的差异,蒸馏利用各液体组分挥发性质的不同进行液体分离。
第一脱甲烷塔设计采用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。
整个塔有若干层塔板按一定间距叠置而成,由塔板提供气,液两项接触的场所,一层塔板就是一个接触级。
根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。
根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计算
塔和塔板的主要工艺计算。
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。
基础设计数据计算完毕。
进行设备图及工艺流程图的设计,在设计过程中要根据实际情况进行适当的调整。
4
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、丙烯塔物料设计计算---------------------------------------------
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Rmin-------------------------------------------
5.确定最小理论板数Nmin-------------------------------------
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、结束语--------------------------------------------------------------
四、参考书目----------------------------------------------------------
5
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
C2H6
C3H6
C3H8
i—C4H10
∑
Zi
0.05
0.25
0.65
1.00
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:
0.817Mpa
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)辅助设备的选择
6
(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。
可以先按理想的切割情况确定各组分在塔顶、塔底的数量组成以及操作温度。
确定关键组分塔顶、塔底的量
C2H
C3HC3H8
i—C4H10
fi/(kmol/h)
7.1686
35.843
93.1918
143.372
Di/(kmol/h)
35.126
2.7958
45.0904
XDi
0.519
0.779
0.062
Wi/(kmol/h)
0.717
90.396
98.2816
XWi/(kmol/h)
0.0073
0.9198
0.0729
2、确定操作温度
估算塔顶、塔底温度及各组分相对挥发度,按理想的组成计算
设塔顶的温度为-28℃,压力为0.3Mpa,用露点方程计算,列表
如下:
组C2H6C3H6∑
7
分i
Di7.168635.84343.0016
Y0.1670.8331.000
di
Ki
3.4
0.8766
——
Ydi/
0.049
0.950
0.999
Ki
∴塔顶温度为-28℃正确
设塔底温度为-13℃,压力为0.3Mpa,列表计算如下:
i
—4
10∑
CH
Wi93.19187.1686100.3604
XWi0.92860.07141.0000
Ki1.050.35——
KiXWi0.9750.025
1.000
∴塔底温度为-13℃
求以重关键组分丙烷为对比组分,各组分的相对挥发度,用泡点方程
计算,列表如下:
C3H8i—C4H10
Kdi
0.660.18
ihd
5.1521.32810.273
KWi
4.5
1.4
1.050.35
8
ihW
4.286
1.333
0.333
ih
ihdihW
4.699
1.330
0.302
dh
2.7958kmol/h
wh
90.396kmo/lh
d
0.031
()h
w
wl
0.717kmol/h
dl
35.126kmo/lh
(d)l
48.99
代入汉斯特别克公式,得到:
lg(d/h)i=lg(d/w)h+
lg
)l
[lg(
lg()h]
lh
=1.508625.83lgih
即
1.5086
25.83lg
lg(h)i
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di
、wi、Xdi、Xwi,列表如下:
(d)i
7.0681
49.0329
1.1481
fi
di
6.2796
3.8316
48.003
wi
0.8809
3.337
95.339
xDi
0.1307
0.7313
0.0582
0.0798
1.0000
xwi
0.0093
0.0075
0.9482
0.035
确定塔顶和塔底温度
设塔顶温度为-28℃,列表如下:
组分iC2H6C3H6C3H8i—C4H10∑
9
Ydi
3.55
1.05
0.78
0.32
Ydi/Ki
0.0368
0.6359
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iC2H6C3H6C3H8i—C4H10∑
Xwi
0.00930.00750.94820.0351.0000
4.51.40.990.35——
KiXwi0.04190.01050.93870.012251.00335
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℃
—
10
3.9
1.02
0.821
0.24
KiZi
0.195
0.255
0.534
0.012
0.996
进料时的露点温度:
-14℃
1.35
1.0026
0.341
0.0111
0.1851
0.6483
0.1466
0.9911
2在进料泡点温度和露点温度之间取三个值:
T1=-16℃,T2=-18℃,
T3=-20℃。
○在T1=-16
℃时,各组分的Ki值如下表:
i—C4H10∑
4.3
1.28
0.96
f(e)=
=
1f
′(e)=
(
1)
xi
1(Ki
1)e
[1(Ki1)e]
代入数据用牛顿试差法求得T1
=-16℃时,
e1=0.531,T2=-18℃时,
e2=0.481,T3=-20℃时,e3=0.176。
○2用热量衡算求取汽化分率e
hF
L
e=
h
V
hF=
c
i1
MihFiZi
=i1
MihiVyFi
MihiLxFi
11
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
hFi
122
190
124
333
-16℃
67
61
60.5
57
hi
-16
℃
160
157
154
143
-18
℃℃
66
59
60
56
-18℃
159
156
153
142
-20
65
58
55
158
155
152
140
在T1=-16℃时
组分iC2H6C3H6C3H8i-C4H∑
xFi
Zi
0.0182
0.2176
0.6641
0.1009
1.0008
0.531(Ki
调整后的xFi
0.2174
0.6636
0.1008
yFi
=Ki
0.07826
0.2783
0.6371
0.0323
1.02596
调整后的yFi
0.0763
0.2713
0.6210
0.0314
12
T1
=-16℃时,P=0.3Mpa,用已知的xFiyFi
VL
来计算hh
Mi
30.070
42.081
44.097
58.124
(KJ/Kg)
280.06
254.98
251.009
238.26
153.27
2332.66
7345.22
1395.94
11227.09
MihixFi
(KJ/Kg
668.8
656.26
643.72
597.74
1534.46
7492.24
17627.78
1090.93
27745.41
MihiyFi
代入公式求得:
T=-16℃时,e'
=1.05,
11
同理可得T2
'
=1.02
=-18℃时,e2
T3
=0.9928
=-20℃时,e3
两种数据作图,不难看出汽化分率e=1,故为露点进料,进料温度为露点时的温度-14℃。
4、确定最小回流比
Rmin
根据恩德伍德公式求取最小回流比
R,恩德伍德公式如下
min
n
ij
ijXDi-1
=e,Rmin=
其中ij为i组分对重关键组分的相对挥发度,为
XFi
=e的根,且其值介于轻重关
键组分的相对挥发度
13
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
4.0
1.1
0.86
0.26
4.65
0.3
ihZi
0.2325
0.015
=1.15
0.0664
2.46
-4.333
-0.0176
-1.889
=1.21
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:
26
36
38
C4H10
Rmin=
代入数据求得
R=11,R一般取Rmin的1.2
~2倍取R=1.2Rmin
故R=13.2
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