糠醛精馏装置设计--过控毕业设计.doc

糠醛精馏装置设计过程装备与控制工程 摘要在工业生产中，为了加工和回收的需要，常常要对液体混合物进行分离，工业上最常用的过程就是蒸馏，而精馏是其方法之一。本设计是分离质量分数为5%的糠醛-水溶液，使塔顶产品糠醛的质量分数达到35%，塔釜残夜的质量分数小于等于0.2%。主要设计任务包括工业生产一定量糠醛的精馏塔设计，换热器在化工生产中的选用与计算。整个精馏装置包括精馏塔、再沸器、冷却器等，其中精馏塔设备设计包括化工计算、结构设计，在质量载荷，风载荷，地震载荷及试验压力下强度的计算及施工图。换热器的设计包括化工计算和施工图。关键字：糠醛 塔设备 换热设备 Abstract In industrial production, processing and recycling needs, we often required for liquid mixture separation, the most commonly in the industrial process is distillation, and fractionating is one of the distillation methods. The design is the separation of the mass fraction of 5% furfural - water solution, so that the mass fraction of the top product of furfural to 35%, The quality score of the tower kettle liquid will arrive at 0.2%. The design of the main tasks include: design a certain amount of furfural distillation tower, Selection and calculation of the heat exchangers in chemical production.The entire distillation unit includes the distillation column, reboiler , heat exchanger, in which the distillation column equipment design includes chemical engineering calculation, structural design, with mass loading, wind loading, seismic loading and the strength test pressure calculations and construction drawings.The heat exchanger design including chemical engineering calculation, the structural design and construction drawings.Key words: furfural tower equipment heat exchanger equipment一 .前言精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种操作单元。在化工、炼油、石油化工等行业中得到广泛的应用。精馏过程在能量剂的驱动下，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分的挥发度不同，使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合物中各组分的分离。该过程是同时进行传质传热的过程。鉴于设计任务的处理量不大，糠醛易挥发，设计决定选用筛板塔。二.概述（一）板式塔 精馏塔的基本功能是为气液两相提供充分接触的机会，使传热和传质过程迅速而有效地进行；并且使接触后的气液两相及时分开，互不夹带。根据塔内气液接触部件的结构形式，精馏塔可分为板式塔和填料塔两大类型，大多为板式塔。板式塔通常是由一个呈圆柱形的壳体及沿塔高按一定的间距，水平设置的若干层塔板（或称塔盘）所组成。在操作时，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体则在压力差推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔依次穿过各层塔板由塔顶排出。塔内以塔板作为气液两相接触传质的基本构件。气液两相在塔内进行逐级接触，气液两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，所以板式塔是逐级接触型的气液传质设备。 板式塔的类型很多，主要是在于塔内所设置的塔板结构不同。板式塔的塔板可分为有降液管及无降液管二大类。在有降液管式的塔板上，有专供液体流通的降液管，每层板上的液层高度可以由适当的溢流挡板调节之。在塔板上气液两相呈错流方式接触。常用的板型有泡罩塔浮阀塔筛板塔、喷射型塔等。在无降液管式的塔板上，没有降液管，气液两相同时逆向通过塔板上的小孔，故又称穿流板。这种塔板结构简单，在塔板上，气液两相呈逆流方式接触。常用的板型有穿流板塔等。（二）换热器管壳式换热器(又称列管式换热器)主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 19mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径最低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着中国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。（三）糠醛糠醛，有机化合物，是呋喃2位上的氢原子被醛基取代的衍生物。分子式C5H4O2。又称2-呋喃甲醛。糠醛是呋喃环系最重要的衍生物，是一个重要的由农副产品中制得的产品。无色液体，具有与苯甲醛类似的气味。熔点38.7，沸点161.7，相对密度1.1594（204)。在空气中容易变黑。在20可形成8.3的水溶液，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。糠醛经氧化生成2-呋喃甲酸；经还原生成呋喃甲醇。糠醛与芳香醛的性质类似 ，在氰化钾的催化下，发生安息香缩合反应。主要用作溶剂，以及作为合成香料、糠醇、四氢呋喃的中间体。三.设计参数（一）原始数据及条件生产能力：年处理量1550吨（开工率300天/年）原 料：糠醛含量为5%（质量百分比，下同）的液体分离要求：塔顶糠醛含量不低于35% 塔底糠醛含量不高于0.2% 设计温度：100 压 力：常压 建设地点：兰州（二）工艺流程图四设计过程及记录（一）精馏塔1.物料衡算本设计为年产1550t糠醛，考虑到设备检修等原因，一年以300天计（24/d），同时考虑到生产裕度和过程损失，使设计生产增量为15%，以单位时间计算，得到理论产量I。然后上面物料衡算得出的结果进行了校核。2.确定精馏塔板数先计算精馏段、提馏段的操作线方程，相对挥发度，板效率后，用作图法求得理论塔板数，再计算塔的实际板数。 3.精馏塔的工艺参数及有关物性参数的计算精馏塔的工艺条件为：1、操作压力：精馏塔的各部分压力都视为常压0.1MPa。 2、 操作温度：精馏塔的各部分的操作温度都视为100。相关的物性参数计算：1、平均摩尔流量2、平均密度3、液相平均表面张力4、气液相平均粘度的 5、气液相体积流量4.塔体主要工艺尺寸的计算塔体主要工艺尺寸计算主要包括：1、计算精馏塔塔径2、计算溢流装置3、塔板的布置4、计算筛孔数与开孔率。5. 筛板的水力学性能验算，绘制塔板的负荷性能图筛板水力学性能验算包括：1、计算塔板阻力2、雾沫夹带校核3、降液管溢流液泛校核4、液体在降液管中停留时间校核5、严重漏液校核绘制塔板符合性能图步骤：1、分别计算漏液线、雾沫夹带线、液相负荷上限线、液相负荷下限线、液泛线2、按计算结果画出符合性能图。 6.强度计算强度计算内容包括：1、计算塔高2、计算筒体和封头的壁厚3、水压试验校核4、计算塔壳质量、5、计算塔器基本自振周期、6、计算风载荷及风弯矩和地震载荷及地震弯矩7、计算各界面的最大弯矩8、圆筒应力校核9、裙座轴向应力校核10、计算基础环厚度及地脚螺栓11、验算裙座与塔壳连接焊缝强度12、验算筋板和盖板的强度。 综合上述各项计算及相关规定，本次设计的筛板塔所有参数如下： 塔高12390mm，公称直径DN=8 00mm，筒体及封头的名义厚度均为8mm,进料管75mm3.5mm,回流管25mm3mm，塔顶蒸汽出料管273mm8mm，塔釜进气管直径273mm8mm，塔釜馏出液管路直径57mm3.5mm，基础环厚度20mm，地脚螺栓为8个M27，筋板厚度14mm，盖板厚度20mm。（二）换热器 1、根据任务要求确定设计方案 初选用固定管板式换热器，换热管规格为25mm2.5mm。冷却介质为水，冷却水走壳程，糠醛走管程。 2、初算换热器的实际传热面积 计算两种介质的相关物性参数、传热量，初定换热器尺寸，计算实际换热面积。 3、换热器主要工艺及结构基本参数的计算，主要构件尺寸与接管尺寸的确定 换热管的规格、换热管数量及长度的确定、换热管的排列方式及管子与管板连接方式的选定、计算换热器的外壳直径、画出换热器的布管图、实际传热面积S0及过程的总传热系数K0（选）、折流板直径DC、数量、及相关尺寸的确定、拉杆直径与数量级定距管的选用。换热器的主要构件有封头、筒体法兰、管板、筒体、折流板、支座等。主要接管有：流体进出口接管、排气管、排液管。 综合上述各项计算及相关规定，本次设计的固定管板式换热器所有参数如下： 公称直径DN=400mm,壳程圆筒、管箱圆筒以及封头的名义厚度均取8mm，封头深度100mm；糠醛进出口管为1258mm，冷却水进出口接管和蒸汽出口接管为1596mm,排气口和排净口接管为25mm2.5mm；换热管长度1500mm，规格25mm2.5mm，折流板厚5mm,拉杆直径16mm，定距管和换热管外径、壁厚相同；管板厚度为38mm，管箱法兰选取板式平焊法兰，密封面类型选取突面密封；鞍座B 400-F。 4、总传热系数校核 根据初定换热器尺寸计算及其他相关参数计算管内传热系数、管间传热系数和其他热阻，最终算出总传热系数，并验证换热面积是否合适。五总结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几个月的奋战我的毕业设计终于完成了。通过这次毕业设计我不仅把在大学学到的知识融会贯通，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，是自己在专业知识方面和动手能力方面又上了一个新的台阶。 在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导和帮助。在设计过程中，我发现自己学到的知识还比较欠缺，要学习的东西还有很多，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，我学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献