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山东大学 塔设备设计说明书塔设备设计说明书 概述 塔设备的设计和选型是建立在对冷却工段 精制工段流程的模拟 优化的基础上 在满 足工艺要求的条件下 考虑设备的固定投资费用和操作费用 进行进一步模拟计算 设计和 选型 设计主要包括工艺参数设计 基本参数设计和机械设计 工艺参数设计对该塔的生产 能力 分离效果 物料和能量等操作参数作了设计 基本参数设计部分完成了塔设备的选型 塔板的选型和参数设计 塔板负荷性能校核等内容的设计 机械工程设计部分设计内容为塔 设备的材质壁厚 封头 开口和支座地基等 同时对塔的机械性能做了校核 我们完成了对全厂14座塔设备的工艺参数设计 基本参数设计和机械设计 并选取其中 最有代表性的C2精馏塔T0408给出了详细的计算和选型说明 第一部分 第一部分 C2C2精馏塔精馏塔 连续精馏筛板塔连续精馏筛板塔T0408T0408设计说明书设计说明书 一 设计任务书一 设计任务书 进料组成 组分摩尔流量 kmol h CH40 29 C2H4131 21 C2H620 91 C3H6 20 23 C3H80 000386 C4H8 14 67e 09 C4H103 13e 10 合计 152 64 进料状态 气液两相进料 气相分率 0 2227491 山东大学 进料压力 35 53atm 单板压降 0 7KPa 分离要求 馏出液中轻关键组分 C2H4摩尔含量 99 7 回流比 自定 摘要 摘要 采用筛板精馏塔 塔高 58 33 米 塔径 1 6 米 按模拟结果显示塔板数为 98 含塔顶冷凝和塔底再沸部分 塔顶使用全凝器 回流比为 7 精馏段实际 板数为 50 提馏段实际板数为 46 实际加料位置在第 51 块板 从上往下数 操 作弹性为 2 94 通过板压降 漏液 液泛 雾沫夹带的流体力学验算 均在安 全操作范围内 塔的附属设备中 所有管线均采用无缝钢管 山东大学 1 二 设计方案的选择和论证二 设计方案的选择和论证 1 1 设计流程 设计流程 本设计任务为分离轻烃混合物 对于多元混合物的分离 采用连续精馏流程 设计中采用气液两相进料 塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝 F W D 山东大学 2 设计思路流程图 三 塔板的工艺设计三 塔板的工艺设计 1 1 基础物性数据基础物性数据 精馏过程 Aspen 模拟数据 stage 温度 K 压力 Pa 液相摩 尔质量 g mol 气相摩 尔质量 g mol 液相密度 kg m3 气相密度 kg m3 液相粘度 mPa s 表面张 力 N m 塔顶冷凝 器 1 266 4114354637528 0288 28 0288 373 4247 79 2867 0 0524 0 0055 2266 59354710628 0445 28 0425 373 2133 79 3725 0 0525 0 0054 3266 6645354783728 0506 28 0478 373 1140 79 4197 0 0526 0 0054 4266 7004354856928 0531 28 0501 373 0564 79 4526 0 0526 0 0054 5266 7223354930028 0544 28 0512 373 0143 79 4802 0 0526 0 0054 6266 7392355003128 0552 28 0519 372 9780 79 5057 0 0526 0 0054 7266 7546355076228 0559 28 0525 372 9439 79 5304 0 0526 0 0054 8266 7696355149328 0566 28 0531 372 9106 79 5549 0 0526 0 0054 塔板工艺计算塔板工艺计算 流体力学验算流体力学验算 全塔热量衡算全塔热量衡算 塔附属设备计算塔附属设备计算 山东大学 3 9266 7849355222528 0573 28 0538 372 8776 79 5791 0 0526 0 0054 10266 8006355295628 0581 28 0544 372 8447 79 6033 0 0526 0 0054 11266 8169355368728 0589 28 0551 372 8118 79 6274 0 0526 0 0054 12266 8338355441828 0597 28 0559 372 7790 79 6514 0 0526 0 0054 13266 8514355515028 0607 28 0567 372 7462 79 6754 0 0526 0 0054 14266 8697355588128 0617 28 0576 372 7135 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9827360194729 1654 29 1436 364 6790 80 7494 0 0503 0 0049 78280 1301360267829 2609 29 2411 363 5233 80 8246 0 0498 0 0048 79281 2787360341029 3545 29 3367 362 2928 80 9182 0 0493 0 0047 80282 4023360414129 4442 29 4283 361 0209 81 0272 0 0487 0 0047 81283 477360487229 5284 29 5143 359 7433 81 1477 0 0481 0 0046 82284 4831360560329 6058 29 5934 358 4948 81 2750 0 0475 0 0046 83285 4066360633429 6757 29 6648 357 3048 81 4046 0 0469 0 0045 84286 2391360706629 7378 29 7283 356 1964 81 5322 0 0464 0 0045 85286 978360779729 7921 29 7838 355 1844 81 6549 0 0459 0 0044 86287 6249360852829 8392 29 8318 354 2765 81 7702 0 0454 0 0044 87288 1847360925929 8795 29 8730 353 4741 81 8770 0 0450 0 0044 88288 6647360999029 9137 29 9080 352 7741 81 9745 0 0447 0 0044 89289 0734361072229 9428 29 9377 352 1703 82 0628 0 0444 0 0043 90289 4198361145329 9674 29 9628 351 6552 82 1421 0 0441 0 0043 91289 713361218429 9884 29 9843 351 2214 82 2128 0 0439 0 0043 92289 9622361291530 0069 30 0032 350 8629 82 2751 0 0437 0 0043 93290 1771361364630 0238 30 0205 350 5771 82 3290 0 0435 0 0043 94290 368361437830 0409 30 0379 350 3667 82 3737 0 0434 0 0042 山东大学 5 95290 5476361510930 0603 30 0577 350 2438 82 4071 0 0433 0 0042 96290 7332361584030 0855 30 0835 350 2357 82 4252 0 0432 0 0042 97290 9502361657130 1224 30 1212 350 3947 82 4208 0 0431 0 0042 塔底再沸 器 98 291 2392361730330 1808 350 8141 0 0430 0 0042 精馏段平 均 267 4317356502128 1098 28 0995 372 2888 79 9535 0 0525 0 0054 提馏段平 均 278 512360011929 0775 29 0543 363 2018 81 1389 0 0492 0 0049 1 操作温度 精馏段平均温度 tm1 267 4317 K 提馏段平均温度 tm2 278 512 K 2 操作压强 精馏段平均操作压力 Pm1 3565021 Pa 提馏段平均操作压力 Pm2 3600119 Pa 3 平均摩尔质量的计算 精馏段平均摩尔质量 MV1 28 0995 g mol ML1 28 1098 g mol 提馏段平均摩尔质量 MV2 29 0543 g mol ML2 29 0775 g mol 4 平均密度计算 精馏段气相密度 v1 79 9535 kg m3 提留段气相密度 v2 81 1389 kg m3 精馏段液相密度 L1 372 2888 kg m3 提馏段液相密度 L2 363 2018 kg m3 山东大学 6 5 液体平均表面张力计算 精馏段平均表面张力 1 0 005396 N m 提馏段平均表面张力 2 0 004895 N m 6 液体平均粘度计算 塔顶液相平均的黏度 D 0 05243 mPa s 进料板液相平均黏度 F 0 05246 mPa s 塔底板液相平均黏度 W 0 04300 mPa s 精馏过程 Aspen 模拟数据 Stage 液相质量流量 kg s 气相质量流量 kg s 液相体积流量 m3 s 气相体积流量 m3 s 塔顶冷凝器 1 8 183624398 18362440 02191510 1032155 27 178269028 20122210 01923370 1033258 37 186005128 20895820 01925950 1033617 47 190053228 21300630 01927340 1033698 57 192722628 21567570 01928270 1033676 67 194874628 21782770 01929030 1033615 77 196829918 2197830 01929740 1033539 87 198707668 22166070 01930410 1033458 97 200551858 22350490 01931080 1033375 107 202378438 22533150 01931740 103329 117 204192868 22714590 01932390 1033205 127 205996658 22894970 01933050 103312 137 207789788 23074280 0193370 1033034 147 209571628 23252470 01934350 1032948 157 211341328 23429440 01934990 1032861 167 213097798 23605080 01935630 1032774 177 214839898 23779290 01936270 1032687 187 216566378 23951940 0193690 1032598 197 21827598 2412290 01937530 1032509 207 219967038 24292010 01938160 103242 217 22163828 24459120 01938780 1032329 227 223287788 24624080 01939390 1032238 237 224914018 24786710 01940 1032146 247 226515018 24946810 0194060 1032053 257 228088838 25104190 01941190 1031959 山东大学 7 267 229633328 25258640 01941780 1031863 277 231146298 25409930 01942360 1031767 287 232625398 25557840 01942930 1031669 297 234068178 25702120 01943490 1031569 307 235472038 25842510 01944040 1031468 317 236834288 25978730 01944580 1031365 327 238152148 26110520 01945110 103126 337 239422718 26237580 01945630 1031154 347 240643058 26359610 01946130 1031045 357 241810118 26476320 01946630 1030934 367 242920848 26587390 01947110 1030821 377 243972138 26692520 01947580 1030705 387 244960938 2679140 01948030 1030586 397 245884158 26883720 01948470 1030465 407 246738788 26969180 0194890 103034 417 247521768 27047480 01949310 1030213 427 248229888 27118290 01949710 1030082 437 248859358 27181240 01950090 1029948 447 249404928 2723580 01950460 102981 457 2498588 2728110 0195080 1029669 467 250202068 27315510 01951130 1029522 477 250403838 27335680 01951420 102937 487 250393668 27334670 01951660 1029208 497 250024728 27297770 01951790 1029032 507 24898138 27193430 0195170 1029057 518 183731938 00556990 02203530 0995154 528 186785668 00862360 02204640 0995188 538 189090318 01092830 02205510 0995168 548 191014098 0128520 02206270 0995123 558 192707278 01454520 02206970 0995063 568 194222548 01606040 02207630 0994994 578 195567368 01740530 02208250 0994916 588 196726718 01856460 02208840 099483 598 197672758 01951060 02209390 0994735 608 198368968 02020680 02209910 0994629 618 198772088 02060990 02210370 0994509 628 198833428 02067120 02210790 0994375 638 198500578 02033840 02211170 0994222 648 197720248 01955810 02211490 0994049 658 1964438 01828080 02211780 0993852 668 194630738 01646850 02212060 099363 678 192268038 01410580 02212360 099338 688 189378218 0112160 02212740 0993104 山东大学 8 698 186044688 00788250 02213270 0992805 708 18243688 00427460 02214090 0992489 718 178837488 00067530 02215360 0992171 728 17566647 99750420 02217270 0991873 738 173488967 99532680 02220090 0991626 748 172998537 99483640 02224080 0991474 758 174961337 99679920 02229520 0991463 768 180120788 00195870 02236640 0991647 778 189073578 01091150 02245560 099207 788 202145088 0239830 02256290 0992764 798 219300848 04113880 02268690 0993737 808 240124598 06196260 02282450 099497 818 263872618 08571060 02297160 0996419 828 2895888 1114260 02312330 0998022 838 316241438 13807940 02327490 0999708 848 342861668 16469970 02342210 1001408 858 368638 1904680 02356140 1003059 868 392929068 21476710 02369030 1004616 878 415349698 23718770 02380750 1006045 888 435667528 25750560 02391240 1007326 898 453801888 27563990 02400490 1008452 908 469766378 29160440 02408540 1009422 918 483616288 30545430 02415460 1010239 928 495391988 317230 02421290 1010905 938 505052088 32689010 02426020 1011416 948 512383418 33422140 02429560 1011758 958 516866168 33870420 0243170 1011891 968 517461168 33929920 02431920 1011741 978 51227828 33411620 02429340 1011167 塔底再沸器 98 0 1781619800 00050790 精馏段平均 7 244967428 24389820 01946080 103097 提溜段平均 8 279905628 10174350 02281610 0998445 7 气液相体积流率为 精馏段 VS1 0 103097 m3 s LS1 0 019461 m3 s 提馏段 VS2 0 099845 m3 s LS2 0 022816 m3 s 山东大学 9 2 2 物料衡算 物料衡算 回流比和塔板数的确定 回流比和塔板数的确定 1 塔的物料衡算 Aspen 模拟数据如下 摩尔流量 kmol h FWD CH40 2906962 59E 200 290696 C2H4131 20710 214689130 9924 C2H620 9084620 804070 104391 C3H6 20 2322320 2322323 94E 19 C3H80 0003860 0003861 86E 24 C4H8 14 67E 094 67E 097 74E 44 C4H10 13 13E 103 13E 104 51E 36 总摩尔流量 kmol h 152 638821 25138131 3875 总质量流量 kg h 4324 014641 38323682 631 2 回流比的确定 由模拟数据得回流比 R 7 3 求精馏塔的气液相负荷 L R D 7 131 39 919 73 kmol h V R 1 D 7 1 131 39 1051 12 kmol h L L 1 F 919 73 1 0 2276 152 64 1037 63 kmol h V V F 1051 12 0 2276 152 64 1016 38 kmol h 4 实际板数的求取 有 Aspen 模拟得到 N 96 3 3 精馏塔工艺尺寸的计算精馏塔工艺尺寸的计算 1 塔径的计算 由 Aspen 模拟数据得塔径 D 1 6 m 则实际空塔气速为 u 4VS D2 4 0 101471 1 62 0 05049 m s 2 精馏塔有效高度的计算 山东大学 10 取板间距 HT 0 5 m 精馏段有效高度为 Z精 N精 1 HT 49 0 5 24 5 m 提馏段有效高度为 Z提 N提 1 HT 45 0 5 22 5 m 在进料板上方开一人孔 其高度为 0 8 m 故精馏塔的有效高度为 Z Z精 Z提 0 8 24 5 22 5 0 8 47 8 m 4 4 降液管 溢流装置设计降液管 溢流装置设计 因塔径 D 1 6 m 可采用单溢流 弓形降液管 凹形受液盘及平直堰 不设 进口堰 1 溢流堰长 lw 取堰长 lw 1 12 m 2 溢流堰堰高 hw hw hL how 取 E 1 0 则 how 2 84 1000 E Lh lw 2 3 2 84 1000 82 1376 1 12 2 3 0 04976 m 取板上清液层高度 hL 0 09 m 故 hw hL how 0 09 0 04976 0 04024 m 3 降液管的宽度 Wd和降液管的面积 f A 由 lw D 0 7 查得 Wd D 0 1430 Af AT 0 0878 山东大学 11 故 Wd 0 1430 1 6 0 2288 m Af 0 0878AT 0 0878 2 0096 0 1764 m 4 降液管底隙高度 h0 h0 hw 0 006 0 03424 m 选用凹形受液盘 深度 mmhW58 5 5 筛孔布置筛孔布置 1 安定区 Ws和边缘区 Wc 取 Ws 80 mm Wc 50 mm 2 孔径 do和孔中心距 t 取 do 5 mm t 4do 20 mm 3 开孔区面积 Aa x D 2 Wd Ws 0 4912 m r D 2 Wc 0 75 m 由图可查得 Aa 1 42 m2 4 筛孔数 n n 1158 103 t2 Aa 1158 103 202 1 42 4111 个 采用正三角形排列 6 6 精馏段塔板流体力学性能的验算精馏段塔板流体力学性能的验算 Aspen 模拟数据如下 stage 液泛因子 降液管内停 留时间 s 单板压降 Pa 降液管内液 层高度 m 10 4562715 28551194280 92530 2044236 20 4567835 27859317280 96860 20457942 30 4570555 27487224280 98910 2046636 山东大学 12 40 4572385 27234407281 00120 20472099 50 4573875 27026313281 010 20476834 60 4575235 26835221281 01750 2048119 70 4576545 26650833281 02460 20485396 80 4577835 2646935281 03140 20489541 90 457915 26289389281 0380 20493654 100 4580385 26110462281 04450 20497747 110 4581645 25932435281 05080 20501822 120 458295 2575529281 05710 20505881 130 4584165 2557907281 06310 20509921 140 4585415 25403836281 06910 20513942 150 4586655 25229661281 07480 20517941 160 4587885 25056623281 08040 20521918 170 4589115 24884806281 08580 20525869 180 4590325 24714306281 09090 20529793 190 4591535 24545218281 09580 20533687 200 4592725 24377645281 10040 20537549 210 4593915 242117281 10480 20541376 220 4595085 24047493281 10880 20545166 230 4596235 23885144281 11250 20548915 240 4597385 23724782281 11580 20552621 250 4598515 23566533281 11870 2055628 260 4599625 23410538281 12120 2055989 270 4600715 23256929281 12310 20563446 280 4601785 23105855281 12460 20566946 290 4602845 2295746281 12550 20570386 300 4603875 22811886281 12570 20573762 310 4604885 2266928281 12530 20577071 320 4605875 2252979281 12420 2058031 330 4606835 22393548281 12220 20583475 340 4607765 2226069281 11950 20586563 350 4608675 22131335281 11570 20589571 360 4609555 22005602281 1110 20592497 370 461045 21883576281 12830 20595972 380 4611225 21765341281 12140 20598726 390 4612015 21650955281 11320 20601393 400 4612775 21540471281 10360 2060397 410 4613495 2143394281 09260 20606457 420 4614195 21331451281 080 20608851 430 4614845 21233247281 06580 20611146 440 4615465 21139888281 04970 2061333 450 4616035 21052721281 03160 20615371 460 4616535 20974788281 01130 20617198 山东大学 13 470 461695 20912789280 98830 20618654 480 4617045 20881228280 96190 20619397 490 4616775 20911493280 92990 2061868 500 4725294 61748157292 38960 22219213 510 4727434 61519359292 40060 22226359 520 4729124 61338067292 40620 22232039 530 4730574 61179674292 40850 22237014 540 473194 61033798292 40810 22241602 550 4733144 60896361292 40510 22245932 560 4734314 6076607292 39910 22250043 570 4735394 60642914292 38970 22253934 580 4736394 60527462292 3760 22257588 590 473734 6042051292 35720 22260981 600 473814 60322867292 33210 22264087 610 4738784 60235149292 29930 22266889 620 4739334 60157512292 29870 22270527 630 4739754 60089281292 24460 22272728 640 4740064 60028423292 17640 2227471 650 4740284 59970812292 09120 22276609 660 4740464 59909248291 98590 22278665 670 4740714 59832187291 86150 22281384 680 4741174 59722268291 7090 22285187 690 4742064 5955476291 5240 22290862 700 4743684 59296273291 30270 22299479 710 4746424 5890429291 04250 22312406 720 4750784 5832828290 74230 22331286 730 4757284 57513211290 40360 22357935 740 4766474 56405912290 03080 22394161 750 4778844 54963979289 6010 22440646 760 4794694 53165574289 18940 22500153 770 4814084 51017565288 77490 22571859 780 4836764 48559057288 37060 22654864 790 486224 45858618287 98730 2274723 800 4889614 43005506287 63390 22846238 810 4918094 40097347287 31650 22948718 820 4946694 37227607287 03830 23051455 830 4974574 34475774286 79920 23151511 840 5001064 31901763286 59790 23246523 850 5025664 29544544286 43090 23334761 860 5048064 2742399286 2960 23415218 870 5068144 2554466286 18370 23487254 880 5085884 23900403286 09390 23550926 890 5101354 22479051286 0230 23606459 山东大学 14 900 5114644 21266996285 96780 23654179 910 5125824 20253859285 9260 23694323 920 5134864 19437976285 89560 23726817 930 514159487540 23750961 940 514549486520 2376496 950 514555487040 23765306 960 513993488210 23744999 1 计算气相通过筛板塔板的压降 f P 单板压降 设计允许值 KpaPf7 00 3KPa 2 降液管中清夜层高度 d H 由模拟数据得 Hd 0 2377 m 最大液泛因子 0 5146 0 8 故不会产生液泛 3 核算雾沫夹带量 V e Ug Vs AT Af 0 1031 2 0096 0 1764 0 0562 m s hf 2 5 hL 2 5 0 09 0 225 m Ug HT hf 0 0562 0 5 0 225 0 2044 s 1 5 396 dyn cm ev 0 0057 Ug HT hf 3 2 0 0057 5 396 0 20443 2 6 6 10 6kg kg 汽 则 ev1 5 符合要求 7 7 小结小结 1 从塔板负荷性能图中可看出 按生产任务规定的气相和液相流量所得到的操 作点 P 在适宜操作区的适中位置 说明塔板设计合理 2 因为液泛线在雾沫夹带线的上方 所以塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制 操作下限由漏液线控制 3 按固定的液气比 气相负荷上限 0 2 m3 s 气相负荷下限 0 0681 maxs V mins V m3 s 所以可得 94 2 0681 0 2 0 min max s s V V 操作弹性 四 辅助设备四 辅助设备 1 1 冷凝器冷凝器工艺参数工艺参数 由模拟数据得 冷凝器热负荷为 1774 98K

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