丙烯-丙烷精餾裝置設(shè)計(jì)概述

化工原理課程設(shè)計(jì)丙烯-丙烷精餾裝置設(shè)計(jì)處理量：60kmol/h產(chǎn)品質(zhì)量：〔以丙稀摩爾百分?jǐn)?shù)計(jì)〕進(jìn)料：xf＝65％塔頂產(chǎn)品：xD＝98％塔底產(chǎn)品:xw≤2％安裝地點(diǎn)：總板效率：0.6塔板位置：塔底塔板形式：篩板回流比：1.2班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：設(shè)計(jì)日期：成績(jī)：前言本設(shè)計(jì)說(shuō)明書包括概述、流程簡(jiǎn)介、精餾塔、再沸器、輔助設(shè)備、管路設(shè)計(jì)和控制方案共七章。說(shuō)明中對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算做了詳細(xì)的闡述，對(duì)于再沸器、輔助設(shè)備和管路的設(shè)計(jì)也做了正確的說(shuō)明。鑒于本人體會(huì)有限，本設(shè)計(jì)中還存在許多錯(cuò)誤，希望各位老師給予指正感謝老師的指導(dǎo)和參閱！目錄第一章精餾過(guò)程工藝設(shè)計(jì)概述-1-一、概述-1-二、工藝設(shè)計(jì)根本內(nèi)容-1-1、塔型選擇-1-2、板型選擇-1-3、進(jìn)料狀態(tài)-2-4、回流比-2-5、加熱劑和再沸器的選擇-2-6、冷凝器和冷卻劑選擇-3-三、工藝流程〔見(jiàn)丙烯——丙烷工藝流程圖〕-3-第二章篩板塔的工藝設(shè)計(jì)-4-一、物性數(shù)據(jù)確實(shí)定-4-1、塔頂、塔底溫度確定-4-2、回流比計(jì)算-5-3、全塔物料衡算-5-4、逐板計(jì)算塔板數(shù)-6-5、確定實(shí)際塔底壓力、板數(shù)：-6-二、塔板設(shè)計(jì)-7-1、塔高計(jì)算-7-2、塔徑計(jì)算-7-3、塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取-8-4、塔板校核-9-5、負(fù)荷性能圖-11-第三章立式熱虹吸再沸器的工藝設(shè)計(jì)-14-一、設(shè)計(jì)條件及物性參數(shù)-14-二、工藝設(shè)計(jì)-14-1、估算再沸器面積-14-2、傳熱系數(shù)校核-15-3、循環(huán)流量校核-18-第四章管路設(shè)計(jì)-22-一、物料參數(shù)-22-二、設(shè)計(jì)-22-第五章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)-24-一、儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)-24-二、傳熱設(shè)備-25-三、泵的設(shè)計(jì)-26-第六章控制方案-30-附錄1.理論塔板數(shù)計(jì)算-31-附錄2.過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書-33-附錄3.主要說(shuō)明符號(hào)-37-參考資料：-38-第一章精餾過(guò)程工藝設(shè)計(jì)概述一、概述化學(xué)工程工程的建設(shè)過(guò)程就是將化學(xué)工業(yè)范疇的某些設(shè)想，實(shí)現(xiàn)為一個(gè)序列化的、能夠到達(dá)預(yù)期目的的可平安穩(wěn)定生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)裝置?；瘜W(xué)工程工程建設(shè)過(guò)程大致可以分為四個(gè)階段：1〕工程可行性研究階段2〕工程設(shè)計(jì)階段3〕工程的施工階段4〕工程的開車、考核及驗(yàn)收單元設(shè)備及單元過(guò)程設(shè)計(jì)原那么：1〕技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性2〕過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性3〕過(guò)程的平安性4〕清潔生產(chǎn)5〕過(guò)程的可操作性和可控制性蒸餾是別離液體混合物〔含可液化的氣體混合物〕常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。其中，簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾只能將混合物進(jìn)行初步的別離。為了獲得較高純度的產(chǎn)品，應(yīng)使得混合物的氣、液兩相經(jīng)過(guò)屢次混合接觸和別離，使之得到更高程度的別離，這一目標(biāo)可摘用精餾的方法予以實(shí)現(xiàn)。精餾過(guò)程在能量劑驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相屢次直接接觸和別離，利用液相混合物中各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)原料中各組分的別離。該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的傳質(zhì)、傳熱的過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程，必須為該過(guò)程提供物流的存儲(chǔ)、輸送、傳熱、別離、控制等的設(shè)備、儀表。由這些設(shè)備、儀表等構(gòu)成精餾過(guò)程的生產(chǎn)系統(tǒng)，即所要設(shè)計(jì)的精餾裝置。二、工藝設(shè)計(jì)根本內(nèi)容1、塔型選擇一個(gè)精餾塔的別離能力或別離出的產(chǎn)品純度如何，與原料體系的性質(zhì)、操作條件以及塔的性能有關(guān)。實(shí)現(xiàn)精餾過(guò)程的氣、液傳質(zhì)設(shè)備，主要有兩大類，板式塔和填料塔。本設(shè)計(jì)選取的是板式塔，相比較而言，在塔效率上，板式塔效率穩(wěn)定；在液氣比方面，板式塔適應(yīng)范圍較達(dá)，而填料塔那么對(duì)液體噴淋量有一定要求；在安裝維修方面，板式塔相比照擬容易進(jìn)行；由于所設(shè)計(jì)的塔徑較大，所以在造價(jià)上，板式塔比填料塔更經(jīng)濟(jì)一些；而且，板式塔的重量較輕，所以，在本次設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者選擇了板式塔。在眾多類型的板式塔中，設(shè)計(jì)者選擇了溢流型篩板塔，相比較其它類型的板式塔，溢流型篩板塔價(jià)格低廉，裝卸方便，而且金屬消耗量少，非常適合板間距小、效率較高而且塔單位體積生產(chǎn)能力大的別離要求，同時(shí)其操作彈性大、阻力降小、液沫夾帶量少以及板上滯液量少的優(yōu)點(diǎn)也為之提供了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，這些都是設(shè)計(jì)者選擇其作為別離設(shè)備的原因。2、板型選擇板式塔大致分為兩類：〔1〕有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板等；〔2〕無(wú)降液管的塔板，如穿流式篩板、穿流式波紋板等。工業(yè)應(yīng)用較多的是有降液管的塔板，如浮閥、篩板、泡罩塔板等。本設(shè)計(jì)為篩板塔，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便，造價(jià)低，氣體壓降小，板上液面落差小，相同條件下生產(chǎn)能力高于浮閥塔，塔板效率接近浮閥塔。其缺點(diǎn)是穩(wěn)定操作范圍窄，小孔徑篩板易堵塞，不適宜處理粘度性大的、臟的和帶固體粒子的料液。操作壓力精餾操作可以在常壓、加壓或減壓下進(jìn)行，操作壓力的大小應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)上的合理性和物料的性質(zhì)來(lái)決定。提壓操作可以減少氣相體積流量，增加塔的生產(chǎn)能力，但也使物系的相對(duì)揮發(fā)度降低，不利別離，回流比增加或塔高增加，同時(shí)還使再沸器所用的熱源品位增加，導(dǎo)致操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用的增加。對(duì)于我們所要處理的丙烯—丙烷物系來(lái)說(shuō)，加壓操作是有利的。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中，塔頂蒸汽要作為熱源，所以當(dāng)我們?cè)?.6MPa的絕對(duì)壓力下進(jìn)行操作時(shí)，精餾塔內(nèi)塔頂溫度為42.99℃，塔底溫度為53、進(jìn)料狀態(tài)進(jìn)料可以是過(guò)冷液體、飽和液體、飽和蒸汽、氣液混合物或過(guò)熱蒸汽。不同的進(jìn)料狀態(tài)對(duì)塔的熱流量、塔徑和所需的塔板數(shù)都有一定的影響，通常進(jìn)料的熱狀態(tài)由前一工序的原料的熱狀態(tài)決定。從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，如果進(jìn)料為過(guò)冷液體，那么可以考慮加原料預(yù)熱器，將原料預(yù)熱至泡點(diǎn)，以飽和液態(tài)進(jìn)料。這樣，進(jìn)料為飽和液體，汽化每摩爾進(jìn)料所需熱量等于r。這時(shí)，精餾段和提餾段的氣相流率接近，兩段的塔徑可以相同，便于設(shè)計(jì)和制造，另外，操作上也易于控制。對(duì)冷進(jìn)料的預(yù)熱器，可摘用比再沸器熱源溫位低的其他熱源或工藝物流作為熱源，從而減少過(guò)冷液體進(jìn)料時(shí)再沸器熱流量，節(jié)省高品位的熱能，降低系統(tǒng)的有效能缺失，使系統(tǒng)的用能趨于合理。但是，預(yù)熱進(jìn)料導(dǎo)致提餾段氣、液流量同時(shí)減少，從而引起提餾段液氣比的增加，為此削弱了提餾段各板的別離能力，使其所需的塔板數(shù)增加。4、回流比回流比是精餾塔的重要參數(shù)，它不僅影響塔的設(shè)備費(fèi)還影響到其操作費(fèi)。對(duì)總本錢的不利和有利影響同時(shí)存在，只是看哪種影響占主導(dǎo)。根據(jù)物系的相對(duì)揮發(fā)度與進(jìn)料狀態(tài)及組成我們可以算出到達(dá)別離要求所需的最小回流比為Rmin=11.02。由體會(huì)操作，回流比為最小回流比的1.2~2.0倍，根據(jù)任務(wù)書要求，取回流比系數(shù)為1.2，所以計(jì)算時(shí)所用的回流比為R=13.22。5、加熱劑和再沸器的選擇再沸器的熱源一般摘用飽和水蒸氣，因?yàn)槠湎鄬?duì)容易生產(chǎn)、輸送、控制，并且具有較高的冷凝潛熱和較大的外表傳熱系數(shù)。所以，設(shè)計(jì)者在本次設(shè)計(jì)中摘用的是100℃我們所要?jiǎng)e離的物系為丙烯—丙烷，加熱劑——熱水不能與塔內(nèi)物料混合，故摘用間壁式換熱器。本設(shè)計(jì)摘用立式熱虹吸式再沸器，該再沸器是利用塔底單相釜液與換熱管內(nèi)氣液混合物的密度差形成循環(huán)推動(dòng)力，構(gòu)成工藝物流在精餾塔底與再沸器間的流動(dòng)循環(huán)。這種再沸器具有傳熱系數(shù)高，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，釜液在加熱段停留時(shí)間短，不易結(jié)垢，調(diào)劑方便，占地面積小，設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)。但由于結(jié)構(gòu)上的原因，殼程不易清洗，因此不適宜用于高粘度的液體或較臟的加熱介質(zhì)。同時(shí)由于是立式安裝，因而，增加了塔的裙座高度。6、冷凝器和冷卻劑選擇本設(shè)計(jì)用水作為冷卻劑。冷凝器將塔頂蒸氣冷凝成液體，局部冷凝液作塔頂產(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。精餾塔選用篩板塔，配合使用立式虹熱吸式再沸器三、工藝流程〔見(jiàn)丙烯——丙烷工藝流程圖〕由P-101A/B泵將要?jiǎng)e離的丙烯—丙烷混合物從原料罐V-101引出，送入塔T-101中。T-101塔所需的熱量由再沸器E-102參加，驅(qū)動(dòng)精餾過(guò)程后，其熱量由冷凝器E-102從塔頂移出，使塔頂蒸汽全部冷凝。凝液一局部經(jīng)回流泵P-103A/B一局部送至T-101塔頂作為回流，余下局部作為產(chǎn)品送入丙烯產(chǎn)品罐V-104中。T-101塔排出的釜液，由泵P-102A/B送入丙烷產(chǎn)品罐V-103中。第二章篩板塔的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件工藝條件：飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料量丙烯含量x=65%〔摩爾百分?jǐn)?shù)〕塔頂丙烯含量=98%，釜液丙烯含量≤2%，總板效率為0.6。操作條件：建議塔頂壓力1.62MPa〔表壓〕安裝地點(diǎn)：大連設(shè)計(jì)方案：塔板設(shè)計(jì)位置塔板形式處理量〔kmol/h〕回流比系數(shù)R/Rmin塔頂篩板601.4一、物性數(shù)據(jù)確實(shí)定1、塔頂、塔底溫度確定①、塔頂壓力Pt=1620+101.325=1721.325KPa；假設(shè)塔頂溫度Tto=316K經(jīng)泡點(diǎn)迭代計(jì)算得塔頂溫度Tt=316.145K查P-T-K圖得KA、KB因?yàn)閅A=0.98結(jié)果小于10-3。所以假設(shè)正確，得出塔頂溫度為316.145。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。α1=KA/KB=1.15②、塔底溫度設(shè)NT=128〔含塔釜〕那么NP=(NT-1)/NT=213按每塊阻力降100液柱計(jì)算pL=470kg/m3那么P底=P頂+NP*hf*pL*g=1620+101.325+213*0.1*470*9.81/1000=1885KPa假設(shè)塔頂溫度Tto=324K經(jīng)泡點(diǎn)迭代計(jì)算得塔頂溫度T=324.37K查P-T-K圖得KA、KB因?yàn)閄A=0.02結(jié)果小于10-3。所以假設(shè)正確，得出塔頂溫度為324.37。用同樣的計(jì)算，可以求出其他塔板溫度。α2=KA/KB=1.112所以相對(duì)揮發(fā)度α=〔α1+α2〕/2=1.1312、回流比計(jì)算泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1q線：x=xf=65%代入數(shù)據(jù)，解得xe=0.65;ye=0.677;R=1.2Rmin=13.2189;3、全塔物料衡算qnDh+qnWh=qnFhqnDhxd+qnWhxw=qnFhxf解得：qnDh=39.375kmol/h;qnWh=20.625kmol/h塔內(nèi)氣、液相流量：精餾段：qnLh=RqnDh;qnVh=(R+1)qnDh提留段：qnLh’=qnLh+q×qnFh;qnVh’=qnVh-(1-q)×qnFh代入回流比R得：精餾段：qnLh=520.494kmol/h；qnVh=559.869kmol/h；提餾段：qnLh’=580.494kmol/h；qnVh’=559.869kmol/h；M=xf·MA+(1-xf)·MB=0.65×42＋0.35×44=42.7kg/kmolMD=xd·MA+(1-xd)·MB=0.98×42＋0.02×44=42.04MW=xw·MA+(1-xw)·MB=0.02×42＋0.98×44=43.96qmfs=qnfh×M/3600=0.7117kgqmDs=qnDh×MD/3600=0.4598qnWs=qnWh×MW/3600=0.25qmLs=R×qmDs=6.078qmVs=(R+1)qmDs=6.538qmLS’=qmLs+q×qmfs=6.7899qmVs’=qmVs-(1-q)×qmfs=6.5384、逐板計(jì)算塔板數(shù)精餾段：y1=xD=0.98直至xi<xf理論進(jìn)料位置：第51塊板進(jìn)入提餾段：直至xn<xW計(jì)算結(jié)束。理論板數(shù)：Nt=128〔含釜〕由excel計(jì)算的如表附錄1.5、確定實(shí)際塔底壓力、板數(shù)：進(jìn)料板Nf=i/0.6=101,實(shí)際板數(shù)Np=[(Nt-1)/0.6]+1=213；塔底壓力Pb=Pt+0.47×9.81×0.1×213〔Np〕=1819KPa;〔0.47為塔頂丙烯密度〕二、塔板設(shè)計(jì)1、塔高計(jì)算取塔板間距HT=0.45m塔的有效高度Z=HT×(NP-1)=0.45×212=95.4頂部高度取1.3m釜液高度取2m，液面-板取0.6m每20塊板設(shè)一人孔，那么共有10個(gè)人孔，人孔高為0.6m10*0.6進(jìn)料板與上一板間距為2HT=0.9m塔體高度=塔有效高度Z+頂部高度+底部高度+其他=95.4+1.3+(2+0.6)+6+(0.9-0.45)=1062、塔徑計(jì)算物性參數(shù)確定塔頂壓力溫度氣相密度液相密度液相外表張力1721.325KPa42.99526kg/m3470kg/m34.76mN/m塔底壓力溫度氣相密度液相密度液相外表張力188552.2235kg/m3447kg/m33.6mN/m氣相流量：qmVs=6.538kg/sqVVs=qmVs/ρv=0.25146液相流量：qmLs=6.0782kg/sqVLs=qmLs/ρL=0.0129m兩相流動(dòng)參數(shù)：=0.219初選塔板間距HT=0.45m,查?化工原理?〔下冊(cè)〕P237篩板塔泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖，得：C20=0.062所以，氣體負(fù)荷因子：=0.0465液泛氣速：＝0.1923m取泛點(diǎn)率0.7那么操作氣速：u=泛點(diǎn)率×uf=0.135m/s氣體流道截面積：=1.選取單流型弓形降液管塔板，取Ad/AT=0.103;(查書164)那么A/AT=1-Ad/AT=0.897截面積:AT=A/0.88=2.0塔徑：=1.6圓整后，取D=1.符合化工原理書P237表及P231表10.2.2的要求。塔板實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)校正：實(shí)際面積：=2.2698降液管截面積：Ad=AT×0.103=0氣體流道截面積：A=AT-Ad=2.實(shí)際操作氣速：=0.124實(shí)際泛點(diǎn)率：u/uf=0.6423〔要求在0.6-0.8之間〕降液管流速ud=qvLs/Ad=0.553、塔板布置和其余結(jié)構(gòu)尺寸的選取取進(jìn)、出口安定區(qū)寬度；邊緣寬度根據(jù)，由?化工原理?圖可查得，故降液管寬度由故，有效傳質(zhì)區(qū)面積取篩孔直徑，篩孔中心距那么開孔率故，篩孔總截面積篩孔氣速篩孔個(gè)數(shù)〔個(gè)〕選取塔板厚度〔書241頁(yè)〕，取堰高〔書234和238頁(yè)〕由，查?化工原理?圖得，液流強(qiáng)度由式考慮到物料比較清潔，且液相流量不大，取底隙〔書234〕降液管低隙液體流速4、塔板校核、液沫夾帶量由和泛點(diǎn)率0.6243，查?化工原理?圖得，那么＝kg液體/kg氣體<0.1kg液體/kg氣體，符合要求。、塔板阻力由式＝，式中，根據(jù)查?化工原理?圖得，故，液柱由氣體動(dòng)能因子查?化工原理?圖得塔板上液層的充氣系數(shù)，故，液柱液柱故，液柱、降液管液泛校核由，取，又液柱那么取降液管中泡沫層的相對(duì)密度〔書244〕那么，故不會(huì)產(chǎn)生液泛、液體在降液管中的停留時(shí)間，滿足要求、嚴(yán)重漏液校核，滿足穩(wěn)定性要求并可求得漏液點(diǎn)氣速各項(xiàng)校核均滿足要求，故所設(shè)計(jì)篩板塔可用。5、負(fù)荷性能圖、過(guò)量液沫夾帶線令式＝中的＝0.1，并將有關(guān)變量與的關(guān)系帶入整理，可得：將前面選取的塔板結(jié)構(gòu)尺寸及有關(guān)值代入，得：＝①線、液相下限線令，得：②線、嚴(yán)重漏液線由式，近似取當(dāng)前計(jì)算值不變，并將式以及和關(guān)系代入上式整理之，可得：③線、液相上限線令，得：④線、降液管液相線令，將，以及和，和，和，的關(guān)系全部代入前式整理之，可得：，式中：有：⑤線由所繪出的負(fù)荷性能圖可以看出：設(shè)計(jì)點(diǎn)qVVh=905.3;qVLh=45.56位于正常操作區(qū)內(nèi)，說(shuō)明該塔板對(duì)氣液負(fù)荷的波動(dòng)有較好的適應(yīng)能力，但是比較靠近液相上限線。在給定的氣液負(fù)荷比條件下，塔板的氣〔液〕相負(fù)荷的上下限，分別由降液管液泛線和嚴(yán)重漏液所限制。由圖查得故操作彈性為所涉及篩板的主要結(jié)果匯總?cè)缦卤恚航Y(jié)構(gòu)及其尺寸操作性能型式塔徑D/m塔板間距HT/m降液管截面積Ad/m2有效傳質(zhì)區(qū)面積Aa/m溢流堰高h(yuǎn)w/m溢流堰長(zhǎng)lw/m篩孔直徑do/m開孔率φ低隙hb/m單流型弓形降液管1.70.450.23380.6280.061.2410.0060.10.03操作氣速u/(m﹒s-1)泛點(diǎn)率堰上方液頭高度how/m篩孔氣速uo/(m﹒s-1)塔板阻力hf/m降液管中清夜層高度Hd/m液體在降液管中停留時(shí)間τ/s穩(wěn)定系數(shù)k操作彈性降液管內(nèi)液體流速ud/(m﹒s-1)0.1240.64230.03184.0070.1340.24448.1351.99894.160.055第三章立式熱虹吸再沸器的工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)條件及物性參數(shù)、再沸器殼程與管程的設(shè)計(jì)條件殼程管程溫度/℃10049.6壓力〔絕壓〕/MPa0.1011.819冷凝量/〔kg/s〕0.868蒸發(fā)量/〔kg/s〕6.538、物性數(shù)據(jù)管程流體在49.6℃潛熱液相熱導(dǎo)率液相粘度液相密度〔丙烷〕液相定壓比熱容300kJ/kg0.082W〔〕0.074463.228〔塔底丙烷〕汽相粘度汽相密度蒸汽壓曲線斜率2.2mN/m0.009mPa·s35.30.000025K·m2/Kg殼程凝液在定性溫度100℃潛熱熱導(dǎo)率粘度密度2285.4kJ/kg0.63/〔〕0.283mPa·s958.4二、工藝設(shè)計(jì)1、估算再沸器面積①再沸器的熱流量再沸器的熱流量根據(jù)式，求得熱流量W計(jì)算傳熱溫差K假定傳熱系數(shù)，那么可用式估算傳熱面積為：擬用單程傳熱管規(guī)格為，管長(zhǎng)，那么可得：根查表3-6取NT=169根假設(shè)將傳熱管按正三角形排列，那么可得：，求得，殼體內(nèi)徑，取焊接，取且查表3-16取管程進(jìn)口管直徑，管程出口管直徑2、傳熱系數(shù)校核①、顯熱段傳熱系數(shù)設(shè)傳熱管出口出氣含率，那么用式顯熱段傳熱管內(nèi)外表傳熱系數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)質(zhì)量流速計(jì)算雷諾數(shù)計(jì)算普朗特?cái)?shù)計(jì)算顯熱段傳熱管內(nèi)外表傳熱系數(shù)計(jì)算管外冷凝外表傳熱系數(shù)計(jì)算蒸汽冷凝的質(zhì)量流量計(jì)算傳熱管外單位潤(rùn)濕周邊上凝液的質(zhì)量流量計(jì)算冷凝液膜的計(jì)算管外冷凝外表傳熱系數(shù)污垢熱阻及管壁熱阻查表3-9至3-11得：沸騰側(cè)，冷凝側(cè)，管壁熱阻計(jì)算顯熱段傳熱系數(shù)②、蒸發(fā)段傳熱系數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)釜液的質(zhì)量流量當(dāng)時(shí)，計(jì)算Lockhat-Martinell參數(shù)計(jì)算由?化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)?圖3-29，根據(jù)及，得到：當(dāng)，得到：，再次查圖3-29，得到：計(jì)算泡核沸騰壓抑因數(shù)計(jì)算泡核沸騰外表傳熱系數(shù)c、計(jì)算以液體單獨(dú)存在為基準(zhǔn)的對(duì)流外表傳熱系數(shù)計(jì)算沸騰外表傳熱系數(shù)計(jì)算對(duì)流沸騰因子計(jì)算兩相對(duì)流外表傳熱系數(shù)計(jì)算沸騰傳熱膜系數(shù)計(jì)算沸騰傳熱系數(shù)=1124.388C、顯熱段和蒸發(fā)段的長(zhǎng)度計(jì)算顯熱段的長(zhǎng)度與傳熱管總長(zhǎng)的比值D、計(jì)算平均傳熱系數(shù)實(shí)際需要傳熱面積E、傳熱面積裕度>30%該再沸器的傳熱面積適宜。3、循環(huán)流量校核A、循環(huán)系統(tǒng)的推動(dòng)力當(dāng)時(shí)，計(jì)算Lockhat-Martinell參數(shù)計(jì)算兩相流的液相分率當(dāng)時(shí)，計(jì)算Lockhat-Martinell參數(shù)計(jì)算兩相流的液相分率計(jì)算兩相流的平均密度根據(jù)公式，計(jì)算得出循環(huán)系統(tǒng)的推動(dòng)力〔查表3-19〕B、循環(huán)阻力管程進(jìn)口管阻力的阻力計(jì)算釜液在管程進(jìn)口管內(nèi)的質(zhì)量流速計(jì)算釜液在進(jìn)口管內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)計(jì)算進(jìn)口管長(zhǎng)度與局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度計(jì)算進(jìn)口管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)=0.0496計(jì)算管程進(jìn)口管阻力傳熱管顯熱段阻力計(jì)算釜液在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速計(jì)算釜液在傳熱管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)計(jì)算進(jìn)口管內(nèi)流體流動(dòng)的摩擦系數(shù)計(jì)算傳熱管顯熱段阻力傳熱管蒸發(fā)段阻力汽相流動(dòng)阻力的計(jì)算計(jì)算汽相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速計(jì)算汽相在傳熱管內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)汽相流動(dòng)阻力液相流動(dòng)阻力的計(jì)算計(jì)算液相在傳熱管內(nèi)的質(zhì)量流速計(jì)算液相在傳熱管內(nèi)的流動(dòng)雷諾數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)液相流動(dòng)的摩擦系數(shù)計(jì)算傳熱管內(nèi)液相流動(dòng)阻力計(jì)算傳熱管內(nèi)兩相流動(dòng)阻力蒸發(fā)段管程內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力計(jì)算蒸發(fā)段管內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力系數(shù)計(jì)算蒸發(fā)段管程內(nèi)因動(dòng)量變化引起的阻力管程出口管阻力氣相流動(dòng)阻力的計(jì)算計(jì)算管程出口管中汽、液相總質(zhì)量流速計(jì)算管程出口管中汽相質(zhì)量流速計(jì)算管程出口管的長(zhǎng)度與局部阻力的當(dāng)量長(zhǎng)度之和計(jì)算管程出口管中汽相質(zhì)量流動(dòng)雷諾準(zhǔn)數(shù)計(jì)算管程出口管汽相流動(dòng)的摩擦系數(shù)計(jì)算管程出口管汽相流動(dòng)阻力液相流動(dòng)阻力的計(jì)算計(jì)算管程出口管中液相質(zhì)量流速計(jì)算管程出口管中液相流動(dòng)雷諾準(zhǔn)數(shù)計(jì)算管程出口管中液相流動(dòng)的摩擦系數(shù)計(jì)算管程出口液相流動(dòng)阻力計(jì)算管程出口管中的兩相流動(dòng)阻力計(jì)算系統(tǒng)阻力循環(huán)推動(dòng)力與循環(huán)阻力的比值為循環(huán)推動(dòng)力略大于循環(huán)阻力，說(shuō)明所設(shè)的出口氣化率Xe=0.215根本正確，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。第四章管路設(shè)計(jì)一、物料參數(shù)查P-T-K圖，用求塔頂溫度的方法得進(jìn)料出溫度為45.9℃，第62快理論版為進(jìn)料板，第101塊為實(shí)際進(jìn)進(jìn)料出壓力：P=1620+470*9.81*0.1*101/1000=1658.26kpa.此溫度下，丙烯的密度ΡLa=517kg/m3丙烷的密度ΡLb=499kg/m3平均密度ρ=510.19kg/m3二、設(shè)計(jì)①進(jìn)料管線取流體流速u=0.5液體密度ρ=510.19kg/m3qVfs=qnfh×42.7/510.19/3600=0.001395m3那么管內(nèi)徑0.0596m選取管規(guī)格Φ70×3.5實(shí)際流速0.4475m/s塔頂蒸汽管線取流體流速u=10液體密度ρ=26kg/m3qVVS=qmVs/26=0.25146那么管內(nèi)徑0.1789選取管規(guī)格Φ197×6實(shí)際流速9.66m塔頂產(chǎn)品接管線取流體流速u=0.5液體密度ρ=470kg/m3qVDS=qmDs/470=0.4598/470=0.00097m那么管內(nèi)徑0.0497m選取管規(guī)格Φ57×3實(shí)際流速0.474m/s回流管線取流體流速u=0.5液體密度ρ=470kg/mqVLS=qmLs/470=0.014447那么管內(nèi)徑0.1918選取管規(guī)格Φ219×8實(shí)際流速0.446m釜液流出管線取流體流速u=0.5液體密度ρ=447kg/m3qvWs=qmWs/447=4.5206/447=0.000563那么管內(nèi)徑0.037878選取管規(guī)格Φ45×2實(shí)際流速0.42676m塔底蒸汽回流管取流體流速u=10液體密度ρ=26kg/m3qVVS’=qmvS/26=4.5206/26=0.1852那么管內(nèi)徑0.154選取管規(guī)格Φ194×6實(shí)際流速7.11m/s儀表接管選取規(guī)格為Φ25×2.5的管子管路設(shè)計(jì)結(jié)果表名稱管內(nèi)液體流速〔m/s〕管線規(guī)格〔mm〕進(jìn)料管0.4475Φ70×3.5頂蒸氣管9.666Φ194×6頂產(chǎn)品管0.475Φ57×3回流管0.4464Φ219×8釜液流出管0.42676Φ45×2塔底蒸氣回流管7.119Φ194×6儀表接管/Ф25×2.5第五章輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)一、儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)容器填充系數(shù)?。簁=0.71．進(jìn)料罐〔常溫貯料〕20℃丙稀ρL1=499kg/m丙烷ρL2=517kg/m壓力取p=1.819MPa由上面的計(jì)算可知進(jìn)料Xf=65%Wf=63.93%那么=510.19kg/m進(jìn)料質(zhì)量流量：qmfh=3600qmfs=2562kg/h取停留時(shí)間：x為2天，即x=48h進(jìn)料罐容積：344.34m圓整后取V=3452．回流罐〔43℃質(zhì)量流量qmLh=3600R·qmDs=21881.52kg設(shè)凝液在回流罐中停留時(shí)間為0.25h，填充系數(shù)φ=0.7那么回流罐的容積1取V=173．塔頂產(chǎn)品罐質(zhì)量流量qmDh=3600qmDs=1653.75kg/h產(chǎn)品在產(chǎn)品罐中停留時(shí)間為72h，填充系數(shù)φ=0.7那么產(chǎn)品罐的容積340.88取V=3404.釜液罐取停留時(shí)間為72h質(zhì)量流量qmWh=3600qmWs=906.67kg那么釜液罐的容積186.88取V=190儲(chǔ)罐容積估算結(jié)果表序號(hào)位號(hào)名稱停留時(shí)間/h容積/1V－101原料罐483452V－102回流罐0.25173V－103塔頂產(chǎn)品罐723404V－104塔底產(chǎn)品罐72190二、傳熱設(shè)備1．進(jìn)料預(yù)熱器用90℃水為熱源，出口約為70料液由20℃加熱至46管程液體流率：qmfh=3600qmfs=2562kg/h管程液體焓變：ΔH=370kj/kg傳熱速率：Q=qmfsΔH=2562×370/3600=263.317kw殼程水焓變：ΔH’=175kj/kg殼程水流率：q=5416.8kg/h假設(shè)傳熱系數(shù)：K=600w/(m2?K)那么傳熱面積：圓整后取A=102．塔頂冷凝器擬用10℃水為冷卻劑，出口溫度為管程溫度為43管程流率：qmVs=4.52kg/s取潛熱r=504kj/kg傳熱速率：Q=qmVs?r=2278.371kw殼程取焓變：ΔH=128kj/kg那么殼程流率：qc=Q/ΔH=64079.19kg/h假設(shè)傳熱系數(shù)：K=700w/(m2?K)那么傳熱面積：圓整后取A=152m根據(jù)計(jì)算再沸器傳熱面積的相同方法，可獲得其他換熱設(shè)備的傳熱面積A，其結(jié)果列與表中：序號(hào)位號(hào)名稱熱流量/kW傳熱系數(shù)/W(/m2·k)傳熱溫差/℃?zhèn)鳠崦娣e/㎡備注1E－101進(jìn)料預(yù)熱器263.3137046.941090℃2E－102塔頂冷凝器2279.3750421.46415230℃3E－103塔底再沸器1961.480048.7850．26100℃4E－104塔頂產(chǎn)品冷卻器128.62528014.841320℃5E－105塔底產(chǎn)品冷卻器79.1232817.17720℃三、泵的設(shè)計(jì)1．進(jìn)料泵(兩臺(tái)，一用一備)液體流速：u=0.4475m液體密度：kg/m3選用Φ70×3.5di=63mm液體粘度取ε=0.2相對(duì)粗糙度：ε/d=0.003175查得：λ=0.025取管路長(zhǎng)度：l=100m取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)取△Z=N*HT+2=83*0.45+2≈40△P=0.06MPa那么qVLh=5.021m3選取泵的型號(hào)：GL揚(yáng)程：10~1500m流量：0.1~90m參考(化工原理上冊(cè)400頁(yè))2．回流泵〔兩臺(tái)，一開一用〕取液體流速：u=0.48248m液體密度：kg/m3選用Φ159×4di=151mm液體粘度取ε=0.2相對(duì)粗糙度：ε/d=0.001325查得：λ=0.02取管路長(zhǎng)度：l=100m取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)取△P=0.005MPa那么qVLh=31.104m3選取泵的型號(hào)：HY揚(yáng)程：1~200m流量：15~220m33.釜液泵〔兩臺(tái)，一開一用〕取液體流速：u=0.388741m液體密度：kg/m3選用Φ194×6di=182mm液體粘度取ε=0.02相對(duì)粗糙度：ε/d=0.0011查得：λ=0.02取管路長(zhǎng)度：l=40m取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)取=70*0.45+2≈35△P=0.1MPa那么qVLh=36.407m3選取泵的型號(hào)：HY揚(yáng)程：1~200m流量：15~220m4.塔頂產(chǎn)品泵取液體流速：u=0.474848m液體密度：kg/m3選用Φ57×3di=51mm液體粘度取ε=0.02相對(duì)粗糙度：ε/d=0.003922查得：λ=0.25取管路長(zhǎng)度：l=100取90度彎管4個(gè)，截止閥一個(gè)，文氏管流量計(jì)1個(gè)取那么qVLh=3.492m3選取泵的型號(hào)：HY揚(yáng)程：1~200m流量：15~220m35.塔底產(chǎn)品泵為了方便儲(chǔ)罐中的產(chǎn)品運(yùn)輸出去，在兩個(gè)儲(chǔ)罐中還設(shè)置了兩個(gè)料液輸出泵。泵設(shè)備及主要參數(shù)序號(hào)位號(hào)名稱型號(hào)揚(yáng)程/m流量m3/h1P-101進(jìn)料泵GL10-15000.1-902P-102釜液泵HY1-20015-2203P-103回流泵HY1-20015-2204P-104塔頂產(chǎn)品泵HY1-20015-2205P-105塔底產(chǎn)品泵HY1-20015-220第六章控制方案精餾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。精餾塔最直接的質(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。將本設(shè)計(jì)的控制方案列于下表序號(hào)位置用途控制參數(shù)介質(zhì)物性ρL(kg/m3)1FIC-01進(jìn)料流量控制0~3000kg/h丙烯、丙烷4702FIC-02回流定量控制0~1500kg丙烯4703PIC-01塔壓控制0—3MPa丙烯4704HIC-02回流罐液面控制0—1m丙烯4705HIC-01釜液面控制0—3m丙烷4476TIC-01釜液溫控制0—60丙烷447附錄1.理論塔板數(shù)計(jì)算精餾段xf=0.65提留段xw<0.02序號(hào)yxyx10.980.977439620.6816870.654420.9776190.974761630.6777640.65031330.975130.971963640.6735270.64590340.9725280.969041650.6689550.6411550.9698120.965992660.6640270.63603460.9669770.962812670.6587220.63053370.964020.959498680.6530180.62462680.960940.956048690.6468940.61829490.9577320.952459700.6403290.611516100.9543960.948728710.6333020.604274110.9509270.944853720.6257920.596549120.9473250.940833730.6177830.588325130.9435870.936665740.6092570.579589140.9397130.93235750.6001980.570328150.9357010.927885760.5905960.560534160.931550.923271770.5804420.550201170.9272610.918509780.5697290.539329180.9228330.913598790.5584560.52792190.9182680.90854800.5466260.515981200.9135660.903338810.5342480.503526210.9087290.897992820.5213340.490572220.903760.892508830.5079040.477145230.8986610.886887840.4939810.463271240.8934360.881135850.4795970.448988250.8880880.875256860.4647880.434335260.8826230.869257870.4495950.419358270.8770450.863143880.4340660.404107280.8713610.85692890.4182530.388636290.8655760.850598900.4022120.373003300.8596990.844183910.3860030.357267310.8537350.837684920.3696890.341491320.8476930.831111930.3533320.325737330.8415820.824472940.3369970.310067340.835410.817778950.320750.294541350.8291860.811038960.3046520.279218360.8229210.804264970.2887650.264153370.8166240.797467980.2731450.249398380.8103040.790656990.2578470.235390.8039720.7838441000.2429180.221400.7976390.777041010.2284020.207435410.7913140.7702571020.2143380.194337420.7850080.7635051030.2023570.18173430.7787310.7567941040.1876860.169635440.7724920.7501351050.1751460.158066450.7663010.7435381060.1631510.147032460.7601680.7370131070.151710.136537470.7541020.7305681080.1408290.126582480.7481110.7242131090.1305080.117162490.7422030.7179561100.1207410.10827500.7363850.7118041110.1115210.099894510.7306660.7057651120.1028360.092023520.7250510.6998441130.0946730.084636530.7195470.6940491140.0870160.077721540.7141590.6883831150.0798460.071257550.7088920.6828511160.0731450.065225560.7037490.6774581170.0668910.059605570.6987350.6722061180.0610630.054375580.6938530.6670991190.0556410.049515590.6891050.6621381200.0506020.045005600.6844930.6573251210.0459260.040823610.6800180.652661220.041590.036951620.6756810.6481451230.0375750.0333681240.033860.0300561250.0304260.0269971260.0272550.0241741270.0243280.0215711280.0216290.019171附錄2.過(guò)程工藝與設(shè)備課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(二)丙烯——丙烷精餾裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名胡洪班級(jí)化機(jī)0802學(xué)號(hào)202342023表1中圈上序號(hào)的設(shè)計(jì)方案包括了個(gè)人本次課程設(shè)計(jì)的參數(shù)。一、設(shè)計(jì)條件工藝條件：飽和液體進(jìn)料，進(jìn)料丙烯含量(摩爾百分?jǐn)?shù))塔頂丙烯含量，釜液丙烯含量，總板效率為0.6。操作條件：建議塔頂操作壓力1.62MPa(表壓)。安裝地點(diǎn)：大連。設(shè)計(jì)方案序號(hào)塔板設(shè)計(jì)位置塔板形式處理量(kmol/h)回流比系數(shù)R/Rmin4塔頂篩板601.2二、工藝設(shè)計(jì)要求1完成精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；(1)塔高、塔徑(2)溢流裝置的設(shè)計(jì)(3)塔盤布置(4)塔盤流動(dòng)性能的校核(5)負(fù)荷性能圖2完成塔底再沸器的設(shè)計(jì)計(jì)算；3管路尺寸確實(shí)定、管路阻力計(jì)算及泵的選擇；4其余輔助設(shè)備的計(jì)算及選型；5控制儀表的選擇參數(shù)；6用3#圖紙繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及主要設(shè)備(精餾塔和再沸器)的工藝條件圖各一張；7編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。三、其它要求本課程的設(shè)計(jì)說(shuō)明書分兩本裝訂，第一本為工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書，第二本為機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書。1-2周完成工藝設(shè)計(jì)后，將塔的計(jì)算結(jié)果表交由指導(dǎo)老師審核簽字合格后，方可進(jìn)行3-4周的機(jī)械設(shè)計(jì)。圖紙一律用計(jì)算機(jī)〔電子圖板〕出圖。四、參考資料?化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)?，匡國(guó)柱、史啟才主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。?化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)?〔有機(jī)卷〕，劉光啟、馬連湘、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。?化工物性算圖手冊(cè)?，劉光啟、馬連湘、劉杰主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。?石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)?，盧煥章，劉光啟、馬連湘、劉杰主編,化學(xué)工業(yè)出版社，1982年。?石油化工根底數(shù)據(jù)手冊(cè)?〔續(xù)篇〕，馬沛生，化學(xué)工業(yè)出版社，1993年。?石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)?，王松漢，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。時(shí)間安排1.6月20日上午