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1、精品名师归纳总结过程工艺与设备课程设计任务书丙烯 -丙烷精馏装置设计学 院（系）：化工与环境生命学部专业：学 生 姓 名： 学号：指 导 教 师：吴雪梅、李祥村评 阅 教 师：吴雪梅、李祥村完 成 日 期： 2021 年 7 月 4 日大连理工高校Dalian University of Technology前言本设计说明书包括概述、流程简介、精馏塔、再沸器、帮助设备、管路设计和掌握方案共七章.说明中对精馏塔的设计运算做了具体的阐述，对于再沸器、帮助设备和可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结管路的设计也做了正确的说明.由于只有两周的时间做，其次周内，我几乎每天都在熬夜写，只有封面、
2、目录和前言部分为打印、其余部分均为手写，部分数据上可能会有一些错误，如保留位数的不同，运算的错误等.前后的数据由于工程量浩大或许有不一样的的方，属于同学我自己的才能不够，请老师谅解！感谢老师的指导和参阅！目录第一章概述1其次章方案流程简介 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章 精馏过程系统分析 5 第四章 再沸器的设计 14 第五章 帮助设备的设计 21 第六章 管路设计 25 第七章 掌握方案 27 设计心得及总结 28附录一 主要符号说明 29附录二 参考文献 31第一章其次章可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章 第四章概述精馏是分别过程中的重要单元操
3、作之一，所用设备主要包括精馏塔及再沸器和冷凝器 .1. 精馏塔精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部相宜位置设有进料板 .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别.简洁精馏中，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步增加，塔顶最低，塔底最高.本设计为浮阀塔，浮阀的突出优点是效率较高取消了结构复杂的上升管和泡罩 .当气体负荷较低时，浮阀的开度较小，漏夜量不多。气体负荷较高时，开度较大，阻力又不至
4、于增加较大，所以这种塔板操作弹性较大，阻力比泡罩塔板大为减小，生产才能比其大.缺点是使用久后，由于频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常.所以塔板和浮阀一般采纳不锈钢材料 .2. 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.本设计采纳立式热虹吸式再沸器，它是一垂直放置的管壳式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结换热器 .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： 循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差. 结构紧凑、占的面积小、传热系数高. 壳程不能机械清洗，不相宜高粘度、或脏的传热介质. 塔釜供应
5、气液分别空间和缓冲区.3. 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 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章 方案流程简介1. 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别，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别，进而得到高纯度的产品 .流程如下：原料（丙稀和丙烷的混合液体）经进料管由精馏塔中的某一位置（进料板处）流入塔内，开头精馏操作。当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分汽化返回塔内.气相沿塔上升直至塔顶
6、，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别.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，而其液相就作为塔底产品采出 .2. 工艺流程1） 物料的储存和运输精馏过程必需在适当位置置设置肯定数量不同容积的原料储罐、泵和各种换热器，以临时储存，运输和预热（或冷却）所用原料，从而保证装置能连续稳固的运行 .2） 必要的检测手段为了便利解决操作中的问题，需在流程中的适当位置设置必要的外表，以准时猎取压力、温度等各项参数.可编辑资料 - -
7、 - 欢迎下载精品名师归纳总结另外，常在特定的方设置人孔和手孔，以便定期的检测修理.3） 调剂装置由于实际生产中各状态参数都不是定值，应在适当位置置放置肯定数量的阀门进行调剂，以保证达到生产要求，可设双调剂，即自动和手动两种调剂方式并存，且随时进行切换.3. 设备选用精馏塔选用浮阀塔，配以立式热虹吸式再沸器.4. 处理才能及产品质量处理量： 70kmol/h产品质量：（以丙稀摩尔百分数计） 进料： xf 65塔顶产品： xD 98塔底产品 : xw 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三章 精馏过程系统设计 丙烯、丙烷精馏装置设计第一节 设计条件1. 工艺条件：饱和液体进料，进
8、料丙烯含量xf 65（摩尔分数） 塔顶丙烯含量 xD98，釜液丙烯含量xw2，总板效率为 0.6. 2操作条件：1） 塔顶操作压力：P=1.62MPa （表压）2） 加热剂及加热方法：加热剂 水蒸气加热方法 间壁换热3） 冷却剂：循环冷却水4） 回流比系数： R/Rmin=1.6.3塔板形式：浮阀 4处理量： qnfh=70kmol/h 5安装的点：大连6. 塔板设计位置：塔顶其次节 物料衡算及热量衡算一 物料衡算全塔物料衡算：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnF =qnD +qnW可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总
9、结qnFxF =qnDxD +qnWxW可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnF=60 kmol/h ， xF=0.65 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xD =0.98 ,xW =0.02可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解得：qnD=45.93 kmol/h ，qnW=24.06 kmol/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结进料状态混合物平均摩尔质量M V =0.98*42+0.02*4
10、4=42.04kg/kmol。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结M L =0.018*42+0.982*44=43.964 kg/kmol。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二塔内气、液相流量：塔内气、液相流量：1） 精馏段： LR D 。 V R1 D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2） 提馏段： L LqF ; V V q1F ; L V W 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三 热量衡算1） 再沸器加热蒸气的质量流量：GRQR / rR
11、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2） 冷凝器热流量：QCv r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结冷凝器冷却剂的质量流量：GCQC / c1t1t2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第三节 塔板数的运算假设塔顶温度 t=42.5C塔顶压力 Pt=1.72MPa查P-K-T 图得： kA=1.05 。 kB=0.92就顶=kA/kB=1.05/0.92=1.141。假设精馏塔的塔板数是143 块，每块板的压降为100mmH2O 。 塔底压力为 P=1.86Mp
12、a。塔顶温度 t=53 C, kA=1.19 。kB=1.03 。就 底=kA/kB=1.19/1.03=1.155=1.148 。当 Xe=0.65 时， Ye=0.681 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Rmin=0.980.6810 .6810.65=9.74 R=1.6Rmin=15.59 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Nmin=lg 1X D X DX W1X Wlg=56.39。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NTNminR=0.75
13、1-R min 0. 5668 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NT1R1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解得 NT =87。NP =N T1E=143。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结进料位置：Nr ,minlg 1=X D X DZ F1Z Flg=23.67。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NrN min=Nr1NTN NTmin。1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结解得：Nr =40可编辑资料 - - - 欢迎下
14、载精品名师归纳总结P=P+P =1.72+0.1*9.8*37*0.001=1.756 Mpa查表 Pc=45.5Tc=91.6 CPr=P/Pc=17.2/45.5=0.378可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Tr=T/Tc=42.5 91.6273.15273.15PM=0.86517.2 * 105* 42.04 * 10 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结查表 Z=0.72V =RTZ=8.314* 42.5273.15 * 0.72=38.29可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结53C 纯丙烷的v =474 kg3m第四节 精馏塔工艺设计1.
15、 物性数据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结液相密度 L = 0.982*453.7+0.018*445.36=453.55 kg/ m3 V =47.86*0.98+40.35*0.02=47.71 kg/ m 3液相表面张力：= 4.65*0.982+4.16*0.018=4.63 mN/m2.初估塔径摩尔质量： Mv=0.98*42+0.02*44=42.04g/mol。ML=0.976*42+0.024*44=42.048g/mol。质量流量：Wv=V Mv=738.675*42.04/3600=8.63kg/sWL=LML=746.175*42.048/3600=8.7
16、2kg/s假设板间距 HT=0.45m 。两相流淌参数：FLV0.267WvWlvl定性温度T取塔顶温度 TD=316.1K，塔底温度T2=325.23K的平均温度320.65K液相密 度（51.77 ，表 面 张 力（ 51.77 ，1.78MPa ）1.78MPa）丙烯453.74.16丙烷445.364.65气相密 度（51.77 ，表 面 张 力（ 51.77 ，1.78MPa ）1.78MPa）丙烯47.86丙烷40.35可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结查化工原理（下册）P107 筛板塔泛点关联图，得：C20=0.053可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结
17、=4.63 所以，气体负荷因子：CC200 .2=0.039620可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结uCLV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结液泛气速：f取泛点率 0.7 0.155m/sV可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结操作气速： u = 泛点率 uf=0.11 m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结气体体积流量qnvs= Wv/ V=0.181 m3/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结气体流道截面积：A=1.6q5VVms 2u可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师
18、归纳总结选取单流型弓形降液管塔板，取Ad / AT=0.09 。就 A / AT=1- Ad / AT =0.91截面积 : AT=A/0.91=2.19 m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结塔径： D=14.67AmT可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结圆整后，取 D=1.6m符合化工原理书 P108 表 6.10.1 及 P110 表 6.10.2 的体会关联可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实际面积：AT =2 m2D 24可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结降液管截面积： Ad=AT-A=0.18 m2可编辑资料 - - - 欢迎下
19、载精品名师归纳总结气体流道截面积：A=AT1-Ad AT =1.82 m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实际操作气速：qVVsu= 0.11 m/sA可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实际泛点率： u / uf =0.71 与所取 0.7 基本符合就实际 HT=0.45m ， D=1.6m ，uf =0.155m/s,u=0.11m/s,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AT =2 m2 ,A=1.82 m2 ,u / uf =0.713. 塔高的估算实际塔板数为Np ，理论板数为 NT=140 （包括再沸器），其中精馏段61块，提馏段 79 块，
20、就Np= （ NT-1） /0.6+1=139/0.6+1=233 （块）实际精馏段为 102-1=101 块。提馏段为 132 块，塔板间距HT =0.45 m有效高度： Z= HT （ Np-1 ） =104.4m 。进料处两板间距增大为0.8m设置 8 个人孔，每个人孔0.8m裙座取 5m,塔顶空间高度 1.5m, 釜液上方气液分别高度取1.8m.设釜液停留时间为20min ，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结排出釜液流量qnvs= Wv/ V=0.181 m3/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结密度为 b =453.55kg/m3可编辑资料 - - - 欢
21、迎下载精品名师归纳总结釜液高度： Z=qnvs/3* 1.62 =0.024m取其为 0.03m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结总塔高 h=Z+8*0.8-0.45+5+1.5+1.8+0.03+2*0.7-0.45=116.03m第五节 溢流装置的设计1. 降液管（弓形）由上述运算可得：降液管截面积：Ad=A-AT = 0.18 m2由 Ad / AT =0.099,查化工原理（下册）P113 的图 6.10.24 可得：lw/D=0.73所以，堰长 lw=0.73D=1.168 m2. 溢流堰取 E 近似为 1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 -
22、- - 欢迎下载精品名师归纳总结就堰上液头高：3qnlh2 / 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结how2.8410El w29.51mm6mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取堰高 hw=0.029m, 底隙 hb=0.035m液体流经底隙的流速：qnls可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ubl w hb/3600=0.266m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第六节 塔板布置和其余结构尺寸的选取1. 取塔板厚度 =4mm进出口安全宽度 bs=bs =80mm边缘区宽度 bc=50mm由 Ad / AT =0.09,查化工原理（
23、下册）P113 的图 6.10.24 可得： bd/D=0.14可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结bd1.611 l w2 D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以降液管宽度：bd=0.224m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xDbb 2d =0.49s6mDb可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结r=2=0.75mc2221 x可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有效传质面积：Aa2 xrxrsin r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下
24、载精品名师归纳总结= 1.228 m2采纳 F1Z-41 型浮阀，重阀浮阀孔的直径d=0.039 m0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结初取阀孔动能因子F0 =11，运算相宜的阀孔气速可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结F0u0vnqnvs=1.60 ms可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结浮阀个数2d40u0=95可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. 浮阀排列方式由于直径较大，所以采纳分块式塔板，等腰三角形排列.可编辑资料 - - - 欢迎下载
25、精品名师归纳总结孔心距 t=0.907*Aa/Ao0.5 *Ad=0.110m 取 t=100mm0d2n0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结浮阀的开孔率u00ATqnvs46.6%10%D24m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结24d0n=1.60s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结F0u0v = 11.05 所以F0 =11 正确可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第七节 塔板流淌性能校核1. 液沫夹带量校核可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnvsvF1lv=0.340.8
26、可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结0.78ATKC F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由塔板上气相密度及塔板间距查化工单元过程及设备课程设计书图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5-19 得系数 CF=0.120 依据表 5-11 所供应的数据， K 可取 K=1.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Z=D-2 bd=1.2m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AbAT2 Ad=1.6
27、4m2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnvsF1vlvAb KC1.36FqnlsZ=0.45 Hd 所以不会发生液泛.4. 液体在降液管中的停留时间液体在降液管中的停留时间应大于3-5sAdH=T4.935s5s 满意要求 ,就可防止严峻的气泡夹带.qnLs5. 严峻漏液校核当阀孔的动能因子低于5 时将会发生严峻漏夜，故漏液点的气速可可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取 F0u=5 的相应孔流气速F0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=0.765 m/s0v可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
28、纳总结u 0Ku 0=2.09 1.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结满意稳固性要求第八节 负荷性能图以气相流量为纵坐标，液相流量为横作标1. 过量液沫夹带线依据前面液沫夹带的较核挑选表达式：F1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnvsvlvAb KC1.36FqnlsZ0.8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由此可得液沫夹带线方程：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结qnvs=0.373-3.89qnls可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品
29、名师归纳总结此线记作线（ 1）2. 液相上限线对于平直堰，其堰上液头高度how必需大于 0.006m，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取 how2.84310EqVLh lW2 / 30.006可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结how=0.006m ，即可确定液相流量的下限可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结取 E=1，代入 lw ，可求得 lw 的值，就Lh=3.07*lw=3.59m/h此线记作线（ 2） 与纵轴平行可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3. 严峻漏液线当阀孔的动能因子低于5
30、 时将会发生严峻漏夜，故取F05 时，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结运算相应气相流量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就qnvh3600A0u0=312.38 m3 / h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结此线记作线（ 3） 与横轴平行可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4 液相上限线qnvh3600Ad H T58.32 m3 / h291.6720可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由上述关系可作得线（4）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5 浆液管液泛线H d令Hd =HT+hW可编辑资料 - - - 欢
31、迎下载精品名师归纳总结将H dhWhOWhfhd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中 =0为防止降液管液泛的发生，应使可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结H dHT其中 hwhw=0.05 m（ * ）.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结h2.8410 3 Eqnlh2 / 3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结owl whf= ho+hl+h其中 h可忽视不记可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结h5.34vu0hh可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2l02gu2hd0.153qnLsl021.18whow10 8q2nLs可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总