丁正醇脱水化工工艺设计学位论文.docx
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丁正醇脱水化工工艺设计学位论文
目录
1.物料衡算1
1.1物料流程简图1
1.2物料衡算1
2.热量衡算2
2.1原料预热器热量衡算2
2.2Ⅰ塔塔顶冷凝器热量衡算2
2.3Ⅰ塔塔釜再沸器热量衡算2
2.4Ⅰ塔塔顶冷却器热量衡算2
2.5Ⅱ塔塔顶冷凝器热量衡算2
2.6Ⅱ塔塔釜再沸器热量衡算3
2.7Ⅱ塔塔顶冷却器热量衡算3
2.12物料装置带出的热量3
2.13系统热量衡算4
3.精馏塔的设计4
3.1精馏塔的工艺计算4
3.2精馏塔的塔体工艺尺寸计算9
3.3塔板主要工艺尺寸11
3.4筛板的流体力学验算13
3.5塔板负荷性能图14
4.设备选型16
4.1罐体选型16
4.2换热设备17
4.3泵的选型26
5.管径计算与选型(摘自GB8163-88)28
5.1物料管道的计算和选型28
5万吨/年正丁醇脱水装置工艺设计
1.物料衡算
1.1物料流程简图
图1正丁醇脱水工艺流程简图
1.2物料衡算
(1)原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
水的摩尔质量M水=18kg/kmol
正丁醇的摩尔质量MC4H9OH=74kg/kmol
XF=0.4
XD=0.001
XW=0.999
(2)原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量
MF=0.4×74+(1-0.4)×18
=40.4kg/kmol
MD=0.001×74+(1-0.001)×18
=18.056kg/kmol
MW=0.999×74+(1-0.999)×18
=73.944kg/kmol
(3)物料衡算
原料处理量:
5万吨/年,年操作330天
F==6313.13kg/h
==156.26kmol/h
总物料衡算156.26=D+W
正丁醇物料衡算156.260.4=0.001D+0.999W
得:
(4)对塔Ⅰ物料衡算
塔及塔顶、塔底产品的摩尔分率
水的摩尔质量M水=18kg/kmol
正丁醇的摩尔质量MC4H9OH=74kg/kmol
XF=0.476
XD=0.246
XW=0.999
物料衡算:
204.618=D+W
正丁醇物料衡算:
204.6180.476=0.246D+0.999W
F=204.618kmol/h
D=142.114kmol/h
W=62.504kmol/h
(5)对塔Ⅱ及塔顶、塔底产品的摩尔分率
水的摩尔质量M水=18kg/kmol
正丁醇的摩尔质量MC4H9OH=74kg/kmol
XF=0.022
XD=0.249
XW=256PPM
物料衡算:
F=D+W
对正丁醇物料衡算:
FXF=DXD+WXW
F=102.087kmol/h
D=8.331kmol/h
W=93.756kmol/h
热量衡算
1.3原料热量衡算
查Aspen物性数据库的t=40℃水和正丁醇定压比热容:
Cp水=71.056kJ/kmol·K
CpC4H9OH=215.059kJ/kmol·K
Q1=
=156.260.4215.059(313.15-293.15)+156.260.671.056(313.15-293.15)
=112kw
1.4Ⅰ塔塔顶冷却器热量衡算
查Aspen的冷却器的结果得到在93℃冷却到40℃过程中:
Q2=1899.1227kw
1.5Ⅰ塔塔釜再沸器热量衡算
查Aspen物性数据库水和正丁醇在117.6℃的汽化潜热:
rC4H9OH=43090.92kJ/kkmolr水=39945.5kJ/kmol
Q3=
=62.50443090.92=748.154kW
1.6Ⅱ塔塔釜再沸器热量衡算
查Aspen物性数据库水和C4H9OH在99.8℃的汽化潜热:
r水=40813.26kJ/kmol
rC4H9OH=45256.62kJ/kmol
Q4=
=0.99993.75640813.26+0.00193.75645256.62
=1063.03kW
1.7分层器的热量衡算
Q5=7.33kW
1.8物料装置带出的热量
查Aspen物性数据库水和C4H9OH在27℃的定压比热容:
Cp水=3.86kJ/kg·K
CpC4H9OH=2.814kJ/kg·K
Q6=
=4631.3312.814(303.15-298.15)+1694.6493.86(303.15-298.15)
=27.2kW
1.9系统热量衡算
Q加=Q移+Q损
外界向系统提供的热量------------------------------------------------------------Q加
物料离开系统带走的热量---------------------------------------------------------Q移
系统损失的热量---------------------------------------------------------------------Q损
Q加=Q1+Q3+Q4+Q5
=112+748.154+1063.03+7.33=1930.514kw
Q移=Q2+Q6
=1899.1227+27.2=1926.3227kw
Q损=Q加+Q移
=1930.514—1926.3227=4.1913kw
3精馏塔的设计
3.1精馏塔的工艺计算
(1)塔板数NT
1最小回流比及操作回流比的确定
利用Aspen工程软件中的精馏捷算模块(DSTWU)模拟出双塔精馏5万吨/正丁醇脱水工艺,使塔顶与塔釜产品的质量分数都达到99.9%。
2理论板数求取
用Aspen工程软件中的严格计算的模块(RadFrac)建立双塔精馏的连续流程,调整各塔的塔板数、进料板位置、塔压、板压降和各塔塔顶馏出流量来实现两个塔的塔顶产品与最终塔釜产品的质量分数达到99.9%。
并实现塔之间冷凝放热与再沸需热的热集成。
得出理论板数:
Ⅰ塔总理论板数NT=7(包括再沸器)
NF=1
Ⅱ塔总理论板数NT=5(包括再沸器)
NF=1
3实际板数的求取
全塔效率为50%
Ⅰ塔提馏段实际板数N提=7/0.5=14
Ⅱ塔提馏段实际板数N提=5/0.5=10
(2)精馏塔的工艺条件及相关物性数据的计算
①操作压力计算
Ⅰ塔塔顶操作压力PD1=101.325kPa
进料板压力PF1=101.325kPa
塔釜操作压力PW1=101.325kPa
精馏段操作压力P精1=101.325kPa
提馏段操作压力P提1=101.325kPa
Ⅱ塔塔顶操作压力PD2=101.325kPa
进料板压力PF2=101.325kPa
塔釜操作压力PW2=1101.325Pa
精馏段操作压力P精2=101.325kPa
提馏段操作压力P提2=101.325kPa
②操作温度计算
Ⅰ塔塔顶温度tD1=366.103K
进料板温度tF1=366.103K
塔釜温度tW1=390.74K
精馏段平均温度t精1=366.103K
提馏段平均温度t提1=378.42K
Ⅱ塔塔顶温度tD2=365.59K
进料板温度tF2=365.59K
塔釜温度tW2=372.61K
精馏段平均温度t精2=365.59K
提馏段平均温度t提2=369.1K
③平均摩尔质量计算
Ⅰ塔塔顶平均摩尔质量
MVD1=0.24574+(1-0.245)18=31.72kg/kmol
MLD1=0.46174+(1-0.461)18=43.816kg/kmol
进料板平均摩尔质量
MVF1=0.24574+(1-0.245)18=31.72kg/kmol
MLF1=0.46174+(1-0.461)18=43.816kg/kmol
塔釜平均摩尔质量
MVD1=0.99674+(1-0.996)18=73.77kg/kmol
MLD1=0.9994674+(1-0.99946)18=73.97kg/kmol
精馏段平均摩尔质量
MV精1=31.72kg/kmol
ML精1=43.648kg/kmol
提馏段平均摩尔质量
MV提1==52.745kg/kmol
ML提1==58.9kg/kmol
Ⅱ塔塔顶平均摩尔质量
MVD2=0.25874+(1-0.258)18=32.448kg/kmol
MLD2=0.039574+(1-0.0395)18=20.212kg/kmol
进料板平均摩尔质量
MVD2=0.25874+(1-0.258)18=32.448kg/kmol
MLD2=0.039574+(1-0.0395)18=20.212kg/kmol
塔釜平均摩尔质量
MVD2=0.020774+(1-0.0207)18=19.16kg/kmol
MLD2=0.0010774+(1-0.00107)18=18.06kg/kmol
精馏段平均摩尔质量
MV精2=32.448kg/kmol
ML精2=20.212zkg/kmol
提馏段平均摩尔质量
MV提2==25.44kg/kmol
ML提2==18.906kg/kmol
4平均密度计算
Ⅰ塔气相密度
精馏段ρV精1===1.056kg/m3
提馏段ρV提1===1.70kg/m3
液相平均密度
塔顶液相密度ρLD1=790.14kg/m3
进料板液相密度ρLF1=790.14kg/m3
塔釜液相密度ρLW1=715.55kg/m3
精馏段液相平均密度ρL精1=790.14kg/m3
提馏段液相平均密度ρL提1==752.845kg/m3
Ⅱ塔气相密度
精馏段ρV精2===1.08kg/m3
提馏段ρV提2===0.84kg/m3
液相平均密度
塔顶液相密度ρLD2=895.230kg/m3
进料板液相密度ρLF1=895.230kg/m3
塔釜液相密度ρLW1=917.48kg/m3
精馏段液相平均密度ρL精2=895.230kg/m3
提馏段液相平均密度ρL提2==906.355kg/m3
5液体表面张力
Ⅰ塔塔顶液相表面张力σLD1=40.65mN/m
进料板液相表面张力σLF1=40.65mN/m
塔釜液相表面张力σLW1=16.48mN/m
精馏段液相平均表面张力σL精1=40.65mN/m
提馏段液相平均表面张力σL提1==28.565mN/m
Ⅱ塔塔顶液相表面张力σLD2=58
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