1、 设计脱丙稀精馏塔 1 毕业设计 (论文 ) 设计脱丙烯精馏塔 设计脱丙稀精馏塔 2 目 录 摘要 1 1. 前言 . 4 2.脱丙烯精馏塔工艺计算 7 2.1 全塔物料平衡计算 . 7 2.2 确定塔操作条件 . 8 2.2.1 回流罐压力确定 . 8 2.2.2 确定塔顶温度 . 9 2.2.3 塔底温度的求定 . 9 2.2.4 进料温度的求定 10 2.3 回流比及理论塔板数的求定 11 2.3.1 求取相对挥发度 11 2.3.2 求最小回流比 Rmin . 11 2.3.3 求定最少理论塔板数 13 2.3.4 计算实际回流比 R 及理论塔板数 14 2.3.5 确定实际塔板数及进
2、料板位置 15 2.3.5.1 计算全塔平均板效率 . 15 2.3.5.2 计算实际塔板数 15 2.3.5.3 计算精馏段实际塔板数和进料板位置 的确定 15 精馏塔设计计算草图 18 3.浮阀塔板设计计算 .19 3.1 选取设计塔板 19 3.2 气体摩尔流量的计算 19 3.2.1 根据恒摩尔流假定 求摩尔流量 19 3.2.2 求定气体的压缩因子 Z 19 3.2.3 求气体体积流量 20 3.2.4 求气体密度 20 3.3 计算液体的密度及流量 20 3.3.1 液体密度的计算 21 设计脱丙稀精馏塔 3 3.3.2 计算液体的体积流量 22 3.4 求定液体表面张力 m 22
3、 3.5 初选塔径 22 3.5.1 求上限空塔气速 umax 22 3.5.2 计算空塔气速 22 3.5.3 初算塔径 23 3.6 选取塔径及实际空塔气速 23 3.6.1 根据浮阀塔直径系列标准圆整 23 3.6.2 实际空塔气速的求取 23 3.7 计算塔截面积 23 3.8 计算塔的有效高度 23 3.9 塔板设计 23 3.9.1 确定塔板溢流形式 23 3.9.2 确定降液管的结构形式 23 3.9.3 塔板四区尺寸的确定 24 3.9.4 初算浮阀个数 25 3.9.5 确定浮阀排列方式及实际浮阀个数 25 3.9.6 核算阀孔动能因数及孔速 26 3.9.7 计算塔板开孔率
4、 26 3.10 塔 板的水力学计算 26 3.10.1 气体通过浮阀塔板的压强降 26 3.10.2 淹塔（液泛） 27 3.10.3 雾沫夹带 28 3.11 塔板负荷性能图 29 3.11.1 泄漏线 29 3.11.2 液相负荷下限线 29 3.11.3 液相负荷上限线 29 设计脱丙稀精馏塔 4 3.11.4 液泛线 30 3.11.5 雾沫夹带线（上限） 31 浮阀塔板设计计算结果及符号意义一览表 31 浮阀阀孔排列图 33 浮阀塔板布置图 34 浮阀塔板负荷性能图 35 4.技术分析 36 5.结束语 36 6.参考文献 37 English Summary： Oil is an
5、 important substance used in developing national economy and construction . It can produce various products and has many purposes . The produce and the development of fine chemical industry are closely related to the life of the people and to the other produce movement . Relatively , the organic che
6、mical material industry of our country developed late , but as new fields developed and new oil-refining factories constructed gradually , the use of the resources of natural gas has achieved a remarkable development . Propylene is one of the important chemical industry material , a 设计脱丙稀精馏塔 5 half
7、of its produce outputs are used to make chemical industry products in America , then the reactions product between the rest and isobutane is alkane chemical compound demanded in petroleum . Plenty of chemical industry products are all come from propylene . For instance , polypropylene, acrylic acid
8、, acrylonitrile , ethyiene oxide and acetone and so on . Now , most of gas-seperating device of oil-refining factory are still using the seperation of distillation . Distillation is the unit operation of seperating liquids compounds . Its basic theory is applying the differences of eyery seperated p
9、arts volatility , that is , under the same pressure , they are seperated as the different boiling point . Column device is a device that can realize distillations chance between gases and liquids , widely used in chemical industry , petrochemical industry and others . Its constructure style basicly
10、can be divided into two types-board column and fioat-valve column .Board column is a device that complete the transmition between gases and liquids through touch , and floatvalve columns advantages are the strong produce capacity and the large elasticity of operation , because the plate dfficiency i
11、s very high , the pressure drop from air to liquid level is relative small , and its cost is cheaper , float-valve column has become the most widely useful column type . Our countrys petrochemical industry developed rapidly these years , but because of the original low foundation , the duties lie be
12、fore our petroleum workers are still heavy , we must insist on maintain independence , self-reliance , comprehensive utilization , overall improvement , work hard , are determined to catch up with the advanced level of the world , and build the more beautiful 设计脱丙稀精馏塔 6 country . 中文摘要： 石油是发展国民经济和建设的
13、主要物质，产品种类繁多，用途极广。精细化工的产生和发展与人们的生活和生产活动紧密相关。我国的有机化工原料工业起步较晚，随着新油田的相继开发和新炼油厂的陆续建设，与此同时，对天然气资源的利用，也取得了长足进展。 丙烯是 重要的化工原料，美国将生产量的二分之一用于制造化工产品，余下的大部分则与异丁烷反应制造汽油中所需要的烷化物。由丙烯可以得到大量的化工产品，如聚丙烯、丙烯酸、丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等。 当前各炼厂的气体分离装置大部分仍然采用精馏分离。蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，其基本原理是利用 被分离的各组分的挥发度不同，即各组分在同一压力下具有不同的沸点将其分离的。 塔设备是能够实现蒸馏
14、的气液传质设备，广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。板式塔用途较广，它是逐级接触 式的气液传质设备。浮阀塔的优点是：生产能力大、操作弹性大、塔板效率高、气体压强降及液面落差较小、塔的造价低。浮阀塔已成为国内应用最广泛的塔型。 我国石油工业具有一定的水平，但还是一个发展中的国家 ,摆在我们石油工作者面前的任务是繁重的。因此必须坚持独立自主、自力更生，革新挖潜，全面提高，综合利用，大搞化工原料，赶超世界先进水平。 设计脱丙稀精馏塔 7 关键词：塔板 浮阀 丙烯 开孔率 雾沫夹带等。 1.前言 石油是发展 国民经济和建设的主要物质，产品种类繁多，用途
15、极广。精细化工的产生和发展与人们的生活和生产活动紧密相关，近十几年来，随着生产和科学技术的不断提高，发展精细化工已成为趋势。 我国的有机化工原料工业起步较晚，全国解放前除有少量炼焦苯和发酵酒精外，大量有机原料依靠进口。在解放初期的有机化工原料工业，只能在煤炭和农副产品基础上起步，随着新油田的相继开发和新炼油厂的陆续建设，与此同时，对天然气资源的利用，也取得了长足进展。 以石油为原料生产化工产品，并非起源于近代，在第二次世界大战以后，石油化学工业发展非常迅速，以石油 为原料可以得到三烯、一炔、一萘及其他化工基础有机原料，进而制得醛、酮、酸、酐等基本有机产品和原料，再制得合成纤维、合成塑料、合成橡
16、胶、合成洗涤剂、涂料、炸药、农药、染料、化学肥料等重要的化工产品。 目前，全世界每年生产的石油虽然仅有 5%左右用于化学工业，但石油化工的总产值却占化学工业总产值的 60%左右，某些国家甚至达到 80%，由此可见，石油在化工领域中占有重要的地位。 丙烯是重要的化工原料，美国将生产量的二分之一用于制造化工产品，余下的大部设计脱丙稀精馏塔 8 分则与异丁烷反应制造汽油中所需要的烷化物。由丙烯可以得到大量的化工产 品，如聚丙烯、 丙烯酸、丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等。 当前各炼厂的气体分离装置大部分仍然采用精馏分离。化工生产中所处理的原料中间产物和粗产品等几乎都是由若干组分组成的混合物，蒸馏是分离液体混
17、合物的典型单元操作。低沸点烃类混合物是利用精馏方法使混合物得到分离的，其基本原理是利用被分离的各组分具有不同的挥发度，即各组分在同一压力下具有不同的沸点将其分离的。其实质是不平衡的汽液两相在塔盘上多次逆向接触，多次进行部分汽化和部分冷凝，传质、传热，使气相中轻组分浓度不断提高，液相中重组分浓度不断提高，从而使混合物得 到分离。 塔设备是能够实现蒸馏的气液传质设备，广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。板式塔用途较广，它是逐级接触式的气液传质设备。浮阀塔于 50年代初期在工业上开始推广使用，由于它兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型
18、，特别是在石油、化学工业中使用最普遍，对其性能研究也较充分。 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干大孔，每个孔上装有一个可以上、下浮动的阀片，浮阀的型式很多，目前国内最常用型式的为 F1型和 V-4 型。F1 型浮阀的结构简单、制造方 便、节省材料、性能良好，广泛用于化工及炼油生产中，现已列入部颁标准（ JB1118-68）。操作时，由阀孔上升的气流，经过阀片与塔板的间隙与塔板上横流的液体接触，浮阀开度随气体负荷而变，当气量很小时，气体仍能通过静止开度的缝隙而鼓泡。 我国石油工业具有一定的水平， 但还是一个发展中的国家 ,摆在我们石油工作者面前的任务是繁重的。炼油工业要对现有的炼油厂进行技术改
19、造，继续坚持“自力更生，革新挖潜，全面提高，综合利用，大搞化工原料，赶超世界先进水平”的发展方针。要立足现有基础，搞好一、二次加工和系统工程的配套，扩大综 合生产能力 ;要革新工艺，革新技术，革新设备，把老装置开出新水平 ;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。 设计脱丙稀精馏塔 9 2 脱丙烯精馏塔工艺计算 2.1 全塔物料平衡计算 根据进料量 F=170Kmol/h，进料组成 XF=0.558
20、2（为丙烯摩尔分率）及两轻重关键组分的摩尔分率在塔顶塔底中分配情况，既 XD=0.83， XW=0.10 列方程组 WDF WXDXFXWDF WDWD 10.083.05582.0170170 解得 h/K m ol2959.63W ol /h106. 7041K mD 式中： XF 丙烯的进料组成。 XD塔顶产品中丙烯的组成。 XW塔底产品中的丙 烯 组 成。 、塔顶、塔底产品流量。 而 进料摩尔流量 =摩尔百分数进料量。 馏出液的摩尔流量 =摩尔百分数馏出液流量。 釜液摩尔流量 =摩尔百分数釜液流量。 例如：甲烷进料摩尔 流量 =0.05% 170=0.085Kmol/h 甲烷进料质量流
21、量 =0.085 16=1.360Kmol/h 甲烷馏出液摩尔百分数 =0.085/106.7041=0.0796% 其它各组分依此类推。 对全塔的物料平衡进行计算，其结果列于下表。设计脱丙稀精馏塔 10 表 1 脱丙烯塔物料衡算结果汇总表 组 分 进 料 塔 顶 产 品 塔 底 产 品 子 摩尔百分数 摩尔流量 质量流量 摩尔百分数 摩尔流量 质量流量 摩尔百分数 摩尔流量 质量流量 分 量 % Kmol/h Kg/h % Kmol/h Kg/h % Kmol/h Kg/h 甲烷 16 0.05 0.085 1.360 0.0796 0.0850 1.3600 0 0 0 乙烯 28 1.2
22、1 2.057 57.596 1.9278 2.0570 57.5960 0 0 0 乙烷 30 2.87 4.879 146.370 4.5725 4.8790 146.3700 0 0 0 丙烯 42 55.82 94.894 3985.548 83.0000 88.5644 3719.7048 9.9989 6.3289 265.8124 丙烷 44 33.72 57.324 2522.256 10.4201 11.1187 489.2228 73.0000 46.2060 2033.0640 异丁烯 56 3.49 5.933 332.248 0 0 0 9.3734 5.9330 3
23、32.2480 异丁烷 58 2.03 3.451 200.158 0 0 0 5.4522 3.4510 200.1580 1- 丁 烯 56 0.81 1.377 77.112 0 0 0 2.1755 1.3770 77.1120 合 计 100.00 170.000 7322.648 100.0000 106.7041 4414.2536 100.0000 63.2959 2908.3944 由表 1 计算数据可知本塔物料是平衡的。 2.2 确定塔的操作条件 2.2.1 回流罐压力的确定 由已知回流液温度为 t 回 =50 ,根据泡点方程 n1n1i iii 1 XKYi,利 用试差法
24、来确定回流罐的压力。在 t=50时，设 P 回 =2.38MPa 由石油炼制设计数据图表集下册 482 页，图 12-1-1 烃类相平衡常数图查得 ki值及计算数据列于下表。 表 -2 试差法确定回流罐压力数据表 组 分 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 合计 回流液组成 Xi(%) 0.08 1.93 4.57 83.00 10.42 100.00 相平衡常数 ki 10.00 3.20 2.360 0.897 0.750 Yi=kiXi(%) 0.8000 6.1760 10.7852 74.4510 7.8150 100.0272 从表 -2 中数据的最后结果 KiXiYi =1.000272 1。 所以假设的 P 回 值即为所求压力值。 由工艺条件知 P 顶 =P 回 +0.10133=2.38+0.10133=2.48133MPa。 2.2.2 确定塔顶温度 因为 P 顶 =2.48133MPa，利用露点方程 n1in1i iii 1/KYX,应用试差法
