年產(chǎn)5.4萬(wàn)噸丙烯精餾裝置工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)〔論文〕題目：年產(chǎn)5.4萬(wàn)噸丙烯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)〔論文〕的主要任務(wù)及目標(biāo)：通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)加深學(xué)生精餾過(guò)程的理解，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；掌握本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、工程設(shè)計(jì)或撰寫(xiě)論文的步驟和方法；提高制圖能力，學(xué)會(huì)應(yīng)用有關(guān)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和理論分析的方法，以提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份〔不少于8000字〕；繪制主要設(shè)備裝配圖一張；繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一張。2.〔論文〕的根本要求和內(nèi)容：1〕設(shè)計(jì)方案的選擇及流程說(shuō)明；2〕物料衡算、熱量衡算；3〕塔板數(shù)、塔徑計(jì)算；4〕溢流裝置、塔盤(pán)設(shè)計(jì)；5〕流體力學(xué)計(jì)算、塔板負(fù)荷性能圖；6〕繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一張、主體設(shè)備裝配圖一張。7〕完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份〔不少于8000字〕。3.設(shè)計(jì)條件1〕設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)下表原始數(shù)據(jù)組成進(jìn)料組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%〕塔頂組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%〕塔釜組成〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%〕丙烯92.7599.6<15.2丙烷7.250.42〕操作壓力p=1.74Mpa3〕年開(kāi)工時(shí)間為8000h；4〕年生產(chǎn)能力54000t。目錄摘要 I第1章緒論 21.1丙烯的性質(zhì) 21.1.1丙烯的物理性質(zhì) 21.1.2丙烯的化學(xué)性質(zhì) 21.2丙烯的開(kāi)展前景 21.3丙烯的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 31.3.1概況 31.3.2丙烯的來(lái)源 31.3.3丙烯的生產(chǎn)方法 31.3.4丙烯生產(chǎn)新技術(shù)現(xiàn)狀及開(kāi)展趨勢(shì) 4第2章丙烯精餾塔的物料衡算及熱量衡算 42.2.1確定關(guān)鍵組分 5計(jì)算每小時(shí)塔頂產(chǎn)量 5物料衡算計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.5 72.3塔溫確實(shí)定 72.3.1確定進(jìn)料溫度 72.3.2確定塔頂溫度 82.3.3確定塔釜溫度 8第3章精餾塔板數(shù)及塔徑的計(jì)算 103.1塔板數(shù)的計(jì)算 103.1.1最小回流比的計(jì)算 103.1.2計(jì)算最少理論板數(shù) 113.1.3塔板數(shù)和實(shí)際回流比確實(shí)定 113.2確定進(jìn)料位置 113.3全塔熱量衡算 123.3.1冷凝器的熱量衡算 123.3.2再沸器的熱量衡算 133.3.3全塔熱量衡算 133.4板間距離的選定和塔徑確實(shí)定 143.4.1計(jì)算混合液塔頂、塔釜、進(jìn)料的密度及氣體的密度 143.4.2求液體及氣體的體積流量 153.4.3初選板間距及塔徑的估算 163.5浮閥塔塔板結(jié)構(gòu)尺寸確定 18塔板布置 183.5.2溢流堰及降液管設(shè)計(jì)計(jì)算 193.6塔高的計(jì)算 20第四章流體力學(xué)計(jì)算及塔板負(fù)荷性能圖 224.1水利學(xué)計(jì)算 224.1.1塔板總壓力降的計(jì)算 224.1.2霧沫夾帶 234.1.3淹塔情況校核 264.2浮閥塔的負(fù)荷性能圖 274.2.1霧沫夾帶線 274.2.2液泛線 284.2.3降液管超負(fù)荷線 29泄露線 294.2.5液相下限線 304.2.6操作點(diǎn) 30總論 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄 36年產(chǎn)5.4萬(wàn)噸丙烯精餾裝置工藝設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔來(lái)進(jìn)行丙烯－丙烷混合物的別離，采用連續(xù)操作方式的浮閥精餾塔。原料為年產(chǎn)量54000噸的產(chǎn)品，其中丙烯的含量為92.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，塔頂丙烯的含量為99.6％，塔釜?dú)堃怪斜┑暮坎桓哂?％。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，操作壓力為1.74MPa(表壓)。將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)溫度后送入精餾塔內(nèi)，塔頂上升蒸汽采用全凝汽冷凝，全凝汽主要用于準(zhǔn)備控制回流比，冷凝器在泡點(diǎn)下一局部回流至塔內(nèi)，其余局部經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送入貯罐。浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高、氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小、塔的造價(jià)低。浮閥塔已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔型。該物系屬于別離物系，操作回流比取最小回流比的1.2倍，塔釜采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的熱量，塔底產(chǎn)品冷卻后至貯罐。本文就是對(duì)精餾塔的一些物料、熱量衡算，工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及冷制精餾裝置工藝流程圖，設(shè)備裝備圖和塔板負(fù)荷性能圖等。

關(guān)鍵詞：丙烯，精餾塔，浮閥塔，霧沫夾帶量，開(kāi)孔率1緒論1.1丙烯的性質(zhì)丙烯的物理性質(zhì)化學(xué)式C3H6,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為CH3-CH=CH2,烯烴同系列中第二個(gè)成員，是僅次于乙烯和苯的重要有機(jī)工業(yè)原料，丙烯是無(wú)色易燃?xì)怏w，帶有甜味，熔點(diǎn)為-185.20C,沸點(diǎn)為-47.40C；液態(tài)時(shí)相對(duì)密度為；易液化，臨界溫度為920C丙烯的化學(xué)性質(zhì)丙烯的化學(xué)性質(zhì)活潑，雙鍵上可以發(fā)生加成、聚合、氧化反響。在與極性試劑加成時(shí)，主要得到符合馬爾可夫尼可夫規(guī)那么的產(chǎn)物，如與硫酸加成，主要生成硫酸氫異丙酯，再經(jīng)水解生成異丙醇。丙烯與氯和水起加成反響，生成1-氯-2-丙醇，再與堿反響生成環(huán)氧丙烷，它是生產(chǎn)丙二醇、聚酯纖維的原料.丙烯在酸性催化劑〔如硫酸、無(wú)水氫氟酸等〕存在下聚合，生成二聚體、三聚體和四聚體的混合物，可用做高辛烷值燃料；在齊格勒-納塔催化劑存在下聚合生成高分子聚丙烯，與乙烯共聚合成乙丙橡膠。丙烯與苯發(fā)生傅氏反響，生成異丙苯，它是合成苯酚和丙酮的原料。除了在雙鍵發(fā)生反響之外，與雙鍵相連的甲基上的氫〔稱為-氫〕具有一定的活性，在甲基上可以發(fā)生鹵代和多種氧化反響。與氯在高溫下發(fā)生-氫取代反響，生成3-氯-1-丙烯，這是制取甘油、樹(shù)脂的原料〔-位在不同的條件下得到不同的氧化產(chǎn)物〕。丙烯醛、丙烯酸和丙烯晴分子中具有雙鍵，可以作為單體進(jìn)行聚合，得到不同性質(zhì)和用途的高聚物。丙烯還能直接氧化制取丙酮。1.2丙烯的開(kāi)展前景丙烯用量最大的是生產(chǎn)聚丙烯，另外丙烯可制丙烯晴、異丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂類以及制環(huán)氧丙烷和丙二醇、環(huán)氧氯丙烷和合成甘油等。近年來(lái)，由于丙烯下游產(chǎn)品的快速開(kāi)展，極大的促進(jìn)了中國(guó)丙烯需求量的快速增長(zhǎng)。到2021年，中國(guó)將不斷新增大型乙烯生產(chǎn)裝置，同時(shí)煉廠生產(chǎn)能力還將繼續(xù)擴(kuò)大，這將增加丙烯的產(chǎn)出。預(yù)計(jì)2021年，乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)能力將到達(dá)約722萬(wàn)噸/年，丙烯總生產(chǎn)能力將到達(dá)1080萬(wàn)噸/年。乙烯裝置聯(lián)產(chǎn)的丙烯占丙烯總供給的比例將進(jìn)一步提高。但同期下游裝置對(duì)丙烯的需求量年均增長(zhǎng)速度將到達(dá)5.8%，丙烯資源供給略微緊張。到2021年，中國(guó)丙烯的表觀消費(fèi)量將到達(dá)1049萬(wàn)噸。從當(dāng)量需求來(lái)看，丙烯供需矛盾十分突出。到2021年，丙烯當(dāng)量需求的年均增長(zhǎng)率將到達(dá)7.6%，超過(guò)丙烯生產(chǎn)能力的增長(zhǎng)速度。到2021年，中國(guó)對(duì)丙烯的當(dāng)量需求將到達(dá)1905萬(wàn)噸，供需缺口將到達(dá)825萬(wàn)噸，屆時(shí)將還有大量丙烯衍生物進(jìn)口，中國(guó)丙烯開(kāi)發(fā)利用前景的廣闊。由于聚丙烯〔PP〕需求的快速增長(zhǎng)，亞洲丙烯市場(chǎng)正逐漸趨于供給短缺。在今后10年中，將有大量以乙烷為原料的裂解裝置生產(chǎn)能力逐漸建立起來(lái)，市場(chǎng)供給丙烯原料。事實(shí)上，從全球范圍來(lái)說(shuō)，丙烯并不短缺，但從亞洲的情景來(lái)看，今后幾年中亞洲丙烯的需要主要來(lái)自北美，北美估計(jì)有100萬(wàn)噸/年裂解生產(chǎn)能力，由于目前的港口限制，其中約50萬(wàn)噸/年丙烯出口。1.3丙烯的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展概況丙烯是最早被采用的化工原料，也是生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品的主要烯烴之一。一方面廣泛用于制取烷基化合物和疊合汽油，以提高汽油的辛烷值；另一方面大量用于制造化工產(chǎn)品，如聚丙烯、環(huán)氧丙烷、異丙醇、丙三醇、丙烯晴和異丙基苯等。在所有石油化工原料中，丙烯的產(chǎn)量和消費(fèi)量增長(zhǎng)最快。世界丙烯及其衍生物需求旺盛，市場(chǎng)多呈供缺乏需的狀態(tài)，有研究說(shuō)明，未來(lái)五年，乙烯、丙烯缺口近兩千萬(wàn)。丙烯需求增長(zhǎng)速度一直高于乙烯，丙烯及其衍生物需求和產(chǎn)能近年來(lái)均以較高的增長(zhǎng)率開(kāi)展。隨著中國(guó)石油進(jìn)口量的迅速增長(zhǎng)，必須考慮，應(yīng)更充分利用我國(guó)豐富的煤炭、天然氣資源，適度建設(shè)和開(kāi)展MTO/MTP裝置，解決目前存在的丙烯供求關(guān)系，具有重要的意義。丙烯的來(lái)源世界上丙烯的來(lái)源有蒸汽裂解制乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯、煉廠催化裂化裝置干氣、丙烷脫氫、甲醇制烯烴以及近年來(lái)所開(kāi)發(fā)的烯烴轉(zhuǎn)化、烯烴易位等工藝。丙烯主要來(lái)源是裂解裝置，煉廠催化裂化和催化裂解裝置，現(xiàn)有生產(chǎn)裝置多已采用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的增產(chǎn)丙烯技術(shù)，裝置開(kāi)工率超過(guò)100%，在中國(guó)其他丙烯生產(chǎn)技術(shù)如丙烷脫氫、甲醇制烯烴技術(shù)、烯烴相互轉(zhuǎn)化、乙烯丁烯異位歧化技術(shù)等方面。近年來(lái)，中國(guó)丙烯工業(yè)都是以進(jìn)口為主，出口相對(duì)較少。丙烯的生產(chǎn)方法〔1〕從裂解氣、煉廠氣中別離：石油化工廠裂解石油得到的石油裂解氣中含有丙烯，煉油廠煉制石油時(shí)得到的煉廠氣中含有丙烯，經(jīng)過(guò)一系列的步驟，可以從它們中別離出丙烯，這是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)丙烯的方法。〔2〕醇脫水：是實(shí)驗(yàn)室中制備烯烴的重要方法，在催化劑的作用下，加熱時(shí)，醇脫水可以生成烯烴，醇催化脫水一般分為兩類：液相催化脫水，以濃硫酸為催化劑，加熱時(shí)，醇即脫水生成烯烴；氣相催化脫水，以氧化鋁為催化劑，加熱時(shí)，醇的蒸汽即在氧化鋁外表上生成烯烴。〔3〕鹵代烷脫鹵代氫：鹵代烷與濃硫酸的強(qiáng)堿醇溶液〔如濃的氧化鉀乙醇溶液〕共熱，那么脫去一分子鹵代氫生成烯烴。丙烯生產(chǎn)新技術(shù)現(xiàn)狀及開(kāi)展趨勢(shì)目前增產(chǎn)丙烯的新技術(shù)研究主要集中在四個(gè)方面。一是改良FCC等煉油技術(shù)，挖掘現(xiàn)有裝置潛力，增產(chǎn)丙烯的FCC裝置升級(jí)技術(shù)；二是充分利用煉油及乙烯裂解副產(chǎn)品的C4-8等資源，轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術(shù)、烯烴歧化技術(shù)；三是丙烷脫氫技術(shù)；四是以天然氣、煤等為原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯的甲醇制烯烴技術(shù)等。2丙烯精餾塔的物料衡算及熱量衡算本設(shè)計(jì)的初步流程是把從裝置外脫乙烷塔來(lái)的混合物料1做為進(jìn)料，送入精餾塔內(nèi)。經(jīng)過(guò)反響后塔頂氣體物料2經(jīng)過(guò)精餾塔頂冷凝器冷凝后，冷凝液用回流泵抽出，一局部送回精餾塔頂部作為回流，另一局部經(jīng)丙烯冷卻器冷卻至40℃后送出裝置，即為目標(biāo)產(chǎn)物丙烯；而塔底物料3大局部為丙烷，經(jīng)過(guò)丙烷冷卻器冷卻至40丙烯丙烷CW123進(jìn)料丙烯丙烷CW123進(jìn)料圖1丙烯精餾段流程圖圖1丙烯精餾段流程圖2.1原始數(shù)據(jù)根據(jù)條件，設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)如表2.1所示：表2.1原始數(shù)據(jù)列表物料名稱進(jìn)料組成重量%塔頂組成重量%塔釜組成重量%丙烯92.7599.6<15.2丙烷7.250.4設(shè)定其操作壓力為P=1.74MPa(表壓)。方案每年生產(chǎn)80000t丙烯2.2物料衡算確定關(guān)鍵組分按多組分精餾確定關(guān)鍵組分；揮發(fā)度高的丙烯作為輕關(guān)鍵組分在塔頂分出；揮發(fā)度低的丙烷作為重關(guān)鍵組分在塔底分出。計(jì)算每小時(shí)塔頂產(chǎn)量每年的操作時(shí)間8000h按計(jì)算。由題目給定：80000000/8000=10000kg/h計(jì)算塔釜質(zhì)量組成設(shè)計(jì)比丙烷重的全部在塔底，比丙烷輕的全部在塔頂。以100kg/h進(jìn)料為基準(zhǔn)，進(jìn)行物料衡算見(jiàn)表2.2。表2.2物料衡算項(xiàng)項(xiàng)目組分進(jìn)料量/(kg/h)餾出液量/(kg/h)釜液量/(kg/h)丙烯92.750.996D0.152W丙烷7.250.004D共計(jì)100D7.25-0.004D+0.152W〔2.1〕或解得：丙烷：式中——原料液流量，kg/h；——塔頂產(chǎn)品〔餾出量〕流量，；——塔底產(chǎn)品〔釜?dú)堃骸沉髁?，；——釜液中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！?〕將質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算：〔2.2〕式中——液相中A組分的摩爾分?jǐn)?shù)；——AB組分的摩爾質(zhì)量，；——液相中AB組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。各組分的相對(duì)分子質(zhì)量見(jiàn)表2.3。表2.3各組分的相對(duì)分子質(zhì)量項(xiàng)項(xiàng)目組分分子式相對(duì)分子質(zhì)量丙烯42.08丙烷44.09計(jì)算舉例：丙烯進(jìn)料摩爾組成：丙烷進(jìn)料摩爾組成：丙烯塔頂摩爾組成：丙烷塔頂摩爾組成：丙烯塔釜摩爾組成：丙烷塔釜摩爾組成：同理，計(jì)算得各組分的摩爾分?jǐn)?shù)如表2.4所示。表2.4各組分的摩爾分?jǐn)?shù)項(xiàng)項(xiàng)目組分進(jìn)料塔頂產(chǎn)品塔釜液丙烯0.93060.99620.1581丙烷0.06940.00380.8419共計(jì)1.00001.00001.0000〔2〕計(jì)算進(jìn)料量和塔底產(chǎn)品量根據(jù)進(jìn)料、塔頂產(chǎn)量和塔底產(chǎn)量的關(guān)系有：〔2.3〕：那么：解得：式中——原料液易揮發(fā)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；——餾出液中易揮發(fā)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；——釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。物料衡算計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.5表2.5物料衡算組分共計(jì)相對(duì)分子質(zhì)量42.0844.09進(jìn)料10094.2618789.039310883.3011質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%92.757.25100239.882617.8966257.7787摩爾分?jǐn)?shù)/%93.066.94100.00塔頂99604010000質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%99.600.4100236.69200.9072237.5992摩爾分?jǐn)?shù)/%99.620.38100塔釜134.2618749.0393883.3011質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%15.2084.801003.190616.988920.1795摩爾分?jǐn)?shù)/%15.8184.191002.3塔溫確實(shí)定確定進(jìn)料溫度操作壓力為〔絕對(duì)壓力〕假設(shè)：泡點(diǎn)進(jìn)料，溫度為,依.查參考資料1，圖1-44得到平衡常數(shù)值。因?yàn)樗源_定進(jìn)料溫度為，進(jìn)料組成的值確定塔頂溫度假設(shè)：塔頂露點(diǎn)溫度為，同理查參考資料1，圖1-44得值。塔頂物料組成的值見(jiàn)表2.7。表2.6進(jìn)料組成的值進(jìn)料0.93061.010.93990.06940.90.06315共計(jì)1.00001.911.0031表2.7塔頂物料組成的值塔頂物料0.99620.981.01650.00380.890.004270共計(jì)1.00001.861.02077因?yàn)樗源_定塔頂溫度為，塔頂物料組成的值見(jiàn)表1.6。確定塔釜溫度假設(shè)：塔釜溫度為，查參考資料1，圖1-35得值。因?yàn)檎`差超過(guò)，說(shuō)明假設(shè)的溫度過(guò)高。再假設(shè)：塔釜溫度為，查參考資料1，圖1-35得值。因?yàn)樗裕捍_定塔釜溫度為,計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.8、表2.9。表2.8塔釜溫度計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)〔一〕塔釜物料0.15811.150.18180.84191.050.8840共計(jì)1.00002.201.06580表2.9塔釜溫度計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)〔二〕塔釜物料0.15811.120.17710.84191.000.8419共計(jì)1.00002.121.0190

3精餾塔板數(shù)及塔徑的計(jì)算3.1塔板數(shù)的計(jì)算最小回流比的計(jì)算〔1〕求相對(duì)揮發(fā)度查參考資料6,66頁(yè)式〔7-18〕〔3.1〕計(jì)算舉例：丙烯丙烷其相對(duì)揮發(fā)度為相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)表3.1表3.1相對(duì)揮發(fā)度見(jiàn)組分丙烯0.981.01.04771.1170丙烷0.890.990.9380〔2〕求最小回流比查參考資料6,87頁(yè)式〔7-40〕因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料塔頂丙烯-丙烷的相對(duì)揮發(fā)度：塔釜丙烯-丙烷的相對(duì)揮發(fā)度：進(jìn)料丙烯-丙烷的相對(duì)揮發(fā)度：平均相對(duì)揮發(fā)度：由相平衡方程式最小回流比：計(jì)算最少理論板數(shù)塔板數(shù)和實(shí)際回流比確實(shí)定取回流比由.查參考資料2,107頁(yè)吉利蘭聯(lián)圖得解得實(shí)際塔板數(shù)其余實(shí)際塔板數(shù)確實(shí)定見(jiàn)表3.2。表3.2實(shí)際塔板數(shù)確實(shí)定130.31090.2384.14150.39710.1878.95140.35690.2080.9515.50.41530.1777.9414.50.37760.1979.94160.432501677.05由上表可見(jiàn)，當(dāng)之間時(shí)塔板數(shù)變化為最慢，所以。取實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算板效率，查參考資料2,109頁(yè)式〔6-53〕〔3.2〕式中——塔板效率；——理論塔板數(shù)，塊；——實(shí)際塔板數(shù)，塊。3.2確定進(jìn)料位置因?yàn)橐巡榈糜纱私獾茫簩印膊话ㄟM(jìn)料板〕，故進(jìn)料板為塔頂數(shù)起的第34層理論板處。3.3全塔熱量衡算冷凝器的熱量衡算按參考資料6,31頁(yè)式〔6-27〕〔3.3〕式中——冷凝器的熱負(fù)荷，；——每千克塔頂蒸汽的焓，；——每千克塔頂液產(chǎn)品的焓，；——每千克氣相純組分的焓，；——每千克液相純組分的焓，；——混合熱。查參考資料11.，158~159頁(yè)圖10-4，圖10-5得丙烯丙烷式中——每千克由冷凝器上升蒸汽的焓，；——每千克冷凝液的焓，。再沸器的熱量衡算依據(jù)參考資料6,32頁(yè)式〔6-30〕，再沸器熱損失忽略不計(jì)，得〔3.4〕式中——再沸器的熱負(fù)荷，；——提餾段上升蒸汽的量，；——提餾段下降液體的量，；——每千克有再沸器上升的蒸汽焓，；——每千克釜液的焓，；——每千克在提餾段底層塔板上的液體焓，。查參考資料11,158~160頁(yè)圖10-4，圖10-5，圖10-6，丙烯丙烷全塔熱量衡算依據(jù)參考資料6，33頁(yè)式〔6-32〕〔3.5〕式中——熱量損失，；——每千克進(jìn)料的焓，。丙烯丙烷所以，左邊=右邊。3.4板間距離的選定和塔徑確實(shí)定計(jì)算混合液塔頂、塔釜、進(jìn)料的密度及氣體的密度〔1〕液體的密度查參考資料11,25～26頁(yè)圖，得、、下純組分的密度，見(jiàn)表2.12。按參考資料11,10頁(yè)式〔2-17〕計(jì)算〔3.6〕式中——液體平均密度，。計(jì)算舉例：塔頂溫度塔頂進(jìn)料溫度塔釜溫度液體平均密度見(jiàn)表3.3表3.3液體密度組分密度〔〕/()密度〔〕/()密度〔〕/()477475460462460449液體平均密度見(jiàn)表3.4表3.4液體平均密度工程液體平均密度/()476.9412474．0546455.9499〔2〕氣體的密度查參考資料11,10頁(yè)，得公式：〔3.7〕式中——?dú)怏w平均密度，；——操作壓力，；——壓縮因子，由比照溫度和比照壓力查圖而得；——平均相對(duì)分子質(zhì)量；——操作溫度，；——通用氣體常數(shù)。計(jì)算舉例：塔頂比照溫度比照壓力塔釜比照溫度比照壓力式中——臨界溫度，；——臨界壓力，。由、查參考資料11，附圖〔2-3〕得:同理，求得塔釜表3.5各組分的物性常數(shù)組分摩爾分?jǐn)?shù)臨界溫度臨界壓力丙烯0.9962364.8745.50364.045.327141.9201丙烷0.0038369.8341.951.40520.15950.1675共計(jì)1.0000364.769245.486142.0876求液體及氣體的體積流量；〔3.8〕所以〔3.9〕因?yàn)樗浴惨罁?jù)恒摩爾流假定，精、提餾段上升氣體的摩爾流量相等〕式中、——精餾塔內(nèi)精、提餾段上升蒸汽的流量，；、——精餾塔內(nèi)精、提餾段下降液體的流量，。轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為體積流量計(jì)算結(jié)果匯總見(jiàn)表3.6。表3.6精餾段、提餾段上升蒸汽及下降液體量工程工程104624.81992359.000.6550108812.78582518.490.707997874.8317205.21360.0570109385.914241.86900.0672初選板間距及塔徑的估算〔1〕計(jì)算塔徑查參考資料6,148頁(yè)表9-4，依據(jù)流量初選塔徑，板間距為。根據(jù)公式：〔3.10〕式中——負(fù)荷系數(shù)；——踏板間距，；——下降液體的體積流量，；——上升蒸汽的體積流量，；——液相密度，；——汽相密度，；——重力加速度，。精餾段式中——最大空塔氣速，。實(shí)際氣速取所以式中D——塔徑，。提餾段所以取塔徑為?！?〕計(jì)算實(shí)際空塔氣速〔3.11〕精餾段提餾段3.5浮閥塔塔板結(jié)構(gòu)尺寸確定塔板布置〔1〕浮閥型式：選擇型重閥，發(fā)片厚度，閥質(zhì)量為，，，，浮閥最大開(kāi)度，最小開(kāi)度?！?〕溢流型式：當(dāng)直徑大于時(shí)，采用雙溢流塔板，浮閥排列采用三角形叉排方式?！?〕求閥孔氣速根據(jù)閥孔動(dòng)能因數(shù)取〔3.12〕式中——?dú)怏w通過(guò)閥孔時(shí)的動(dòng)能因數(shù)；——?dú)怏w通過(guò)閥孔時(shí)的速度，。精餾段閥孔氣速提餾段閥孔氣速〔4〕確定浮閥數(shù)及開(kāi)孔率根據(jù)〔3.13〕式中——閥孔數(shù)，個(gè)；——閥孔直徑，。精餾段提餾段開(kāi)孔率所以確定用個(gè)浮閥。對(duì)于加壓塔應(yīng)小于，故滿足要求。查參考資料10,120頁(yè)表4-5得雙溢流型塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)，見(jiàn)表3.7。表3.7雙溢流型塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)塔徑塔截面積板間距弓型降液管降液管截面積降管長(zhǎng)度降管寬度降管寬度24004.521650014862582400.5429120.620查參考資料4,603頁(yè)得到浮閥數(shù)見(jiàn)表3.8。表3.8浮閥數(shù)塔徑浮閥總數(shù)240012304溢流堰及降液管設(shè)計(jì)計(jì)算塔盤(pán)為雙溢流塔板，溢流堰為弓型，降液管為弓型。計(jì)算停留時(shí)間按參考資料2,196頁(yè)式〔7-14〕計(jì)算〔3.14〕精餾段提餾段式中——液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間，；——降液管的截面積，。液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間不應(yīng)小于，計(jì)算結(jié)果均滿足要求。降液管底隙高度計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)參考資料2,197頁(yè)式〔7-16〕〔3.15〕式中——弓型降液管出口堰長(zhǎng)度，；——降液管底隙液體流速，。其中〔因?yàn)殡p溢流〕，取精餾段提餾段根據(jù)參考資料1取。〔3〕計(jì)算溢流堰上液層高度采用平堰，根據(jù)參考資料2,195頁(yè)式〔7-10〕取E=1.0〔3.16〕式中——液流收縮系數(shù)；——塔內(nèi)液體流量，。精餾段提餾段取出口堰高根據(jù)參考資料2,194頁(yè)式〔7-9〕板上液層高度〔3.17〕精餾段提餾段取。3.6塔高的計(jì)算〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕〔5〕〔6〕〔7〕〔8〕那么：=(1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)+(7)+(8)=65.65

4流體力學(xué)計(jì)算及塔板負(fù)荷性能圖4.1水利學(xué)計(jì)算塔板總壓力降的計(jì)算根據(jù)參考資料2,201頁(yè)式〔7-23〕〔4.1〕式中——塔板總壓力降，；——干板壓力降，；——板上清液層阻力，；——外表張力的壓力降，。〔1〕干板壓降：對(duì)于型重閥，根據(jù)參考資料2,201頁(yè)式〔7-25〕全開(kāi)前：〔4.2〕式中——干板壓降系數(shù)。精餾段提餾段全開(kāi)后：〔4.3〕精餾段提餾段取兩者較大的值，〔2〕板上清液層阻力，根據(jù)參考資料2,201頁(yè)式〔7-26〕〔4.4〕精餾段提餾段〔3〕忽略外表張力的壓力降故氣體通過(guò)塔板的壓力降：精餾段提餾段霧沫夾帶〔1〕根據(jù)參考資料2,202頁(yè)式〔7-33〕、式〔7-34〕泛點(diǎn)率〔4.5〕或式中——泛點(diǎn)率；——?dú)庀嘭?fù)荷，；——溢流的流程長(zhǎng)度，；——?dú)庀嘭?fù)荷系數(shù)；——塔的截面積，；——鼓泡區(qū)面積，。其中氣相負(fù)荷〔4.6〕精餾段提餾段溢流的流程長(zhǎng)度鼓泡區(qū)面積查圖得最大氣相負(fù)荷系數(shù)精餾段：提餾段：不同物系的系數(shù)因素為所以氣相負(fù)荷系數(shù)精餾段：提餾段：將所有參數(shù)代人，得：精餾段提餾段取大值及，對(duì)于大塔，均滿足?！?〕用夾帶量經(jīng)驗(yàn)式：〔4.7〕式中——霧沫夾帶量，對(duì)于一般大塔，真值應(yīng)在以下；、——當(dāng)時(shí)，，，當(dāng)時(shí)，，；——系數(shù)，對(duì)于浮閥塔；——開(kāi)孔區(qū)截面積占塔總截面積的比率，；——?dú)怏w流速，；——?dú)庖何镄杂绊憛?shù)，根據(jù)參考資料2,203頁(yè)式〔7-37〕〔4.8〕——?dú)怏w黏度，；——液體外表張力，。①計(jì)算液體外表張力由參考資料11，65頁(yè)查外表張力見(jiàn)表2-17.計(jì)算液體平均外表張力〔4.9〕式中——外表張力，。時(shí)時(shí)②計(jì)算氣體黏度依據(jù)參考資料11，43頁(yè)式〔3-5〕〔4.10〕各組分氣體的黏度見(jiàn)表4.1表4.1液體的外表張力表表面張力組分丙烯4.74.3丙烷4.54.1①表4.2各組分氣體的黏度單位：微泊溫溫度組分丙烯9096.1丙烷8488.1計(jì)算氣體的平均黏度：時(shí)時(shí)〔注：〕時(shí)時(shí)③計(jì)算開(kāi)孔區(qū)截面積占塔總截面積的百分率〔4.11〕式中——開(kāi)孔區(qū)面積，。取破沫區(qū)寬度，邊緣區(qū)寬度將以上數(shù)據(jù)代人精餾段提餾段均滿足要求。淹塔情況校核根據(jù)參考資料2，202頁(yè)式〔7-31〕〔4.12〕式中——液體流過(guò)降液管的阻力，；——塔板壓力降，；——降液管內(nèi)清液層高度，。無(wú)進(jìn)口堰〔4.13〕精餾段提餾段精餾段提餾段取所以滿足要求。4.2浮閥塔的負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線取霧沫夾帶按夾帶量經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算精餾段提餾段計(jì)算舉例：假設(shè)〔4.14〕精餾段提餾段在操作范圍內(nèi)任取假設(shè)干個(gè)值，依式計(jì)算出相應(yīng)的值，對(duì)于表4.3中。表4.3霧沫夾帶線不同值對(duì)應(yīng)的值名稱工程123456精餾段00.020.040.060.080.10072.00144.00216.00288.00360.00021.3033.8144.3053.6762.285073.1083.8194.30103.67112.280.31680.25420.23540.22380.21530.20871.94971.56441.44901.37721.32521.2846提餾段00.020.040.060.080.10072.00144.00216.00288.00360.00021.3033.8144.3053.6762.285071.3083.8194.30103.67112.280.29200.23430.21710.20630.19850.19241.79731.44211.33591.26971.22181.1844液泛線取〔4.15〕液泛時(shí)精餾段提餾段計(jì)算舉例：假設(shè)計(jì)算出在操作范圍內(nèi)任取假設(shè)干個(gè)值，依式計(jì)算出相應(yīng)的值，列于表4.4。表4.4液泛線不同值對(duì)應(yīng)的值名稱工程123456精餾段00.020.040.060.080.10072.00144.00216.00288.00360.002.85552.84232.80702.74712.66142.54711.24601.24031.22491.19871.16131.1115提餾段00.020.040.060.080.10072.00144.00216.00288.00360.002.66422.65232.61892.56282.48262.37561.23271.22711.21171.18581.14861.0991降液管超負(fù)荷線按參考資料2,196頁(yè)式〔7-14〕〔4.16〕式中——液體在降液管保存時(shí)間，。以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，那么：泄露線根據(jù)參考資料6,157頁(yè)表9-6取作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，那么：〔4.17〕精餾段提餾段液相下限線設(shè)最小液量時(shí)，平堰上的液量層厚度為。由參考資料2,195頁(yè)式〔7-10〕〔4.18〕式中——液流收縮系數(shù)，一般取。操作點(diǎn)精餾段提餾段精餾段操作彈性提餾段操作彈性===2.7235在回流比不變的操作條件下，作出負(fù)荷性能圖4.1和圖4.2，并作出操作線。圖4.1圖4.2表4.5設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表工程指標(biāo)工程指標(biāo)設(shè)計(jì)壓力〔表壓〕/22.62塔徑/2400設(shè)計(jì)溫度/49塔板型式雙溢流浮閥板操作壓力〔表壓〕/17.4層數(shù)100操作溫度/塔頂44進(jìn)料位置63進(jìn)料45板間距/600塔釜49板效率93%操作介質(zhì)丙烯、丙烷、氣體塔板壓降/精餾段0.1228回流比14.5提餾段0.1313液體密度/塔頂476.9412降液管液面高度/精餾段0.2497進(jìn)料473.9275提餾段0.2758塔釜451.8555堰高50塔頂42.5139板上清液層高度精餾段95.4塔釜45.3825提餾段100