5.脱异戊烷塔设计说明书

1、广东致远化工有限公司广东致远化工有限公司 30 万吨万吨/年年 c5/c6异构化装置异构化装置 指导老师：程丽华 茂名学院化工与环境工程学院 “561”参赛组提交 华南地区第三届大学生化工设计创业大赛 目目 录录 1 1 脱异戊烷塔脱异戊烷塔 .1 1.1 脱异戊烷塔的物料衡算脱异戊烷塔的物料衡算.1 1.2 塔板数的确定塔板数的确定.2 1.3 适宜进料位置适宜进料位置.3 1.4 塔径的计算塔径的计算.3 1）精馏段的气、液相负荷：.3 2）精馏段的气、液相体积流率：.3 3）塔径的计算.4 4）溢流装置.5 5）塔板布置及浮阀数目与排列.6 6）塔板流体力学验算.7 7）塔板负荷性能图.

2、9 1.5 脱异戊烷塔的高度脱异戊烷塔的高度.14 1）塔的有效高度.14 2）塔的附加高度.14 3) 塔的总高度.14 1 1 脱异戊烷塔脱异戊烷塔 1.1 脱异戊烷塔的物料衡算脱异戊烷塔的物料衡算 塔顶馏出液中占其总量的 97，塔底釜液中占其总量的 125h cn 125h ci 98，进料温度为 101。 原料的进料质量流率为：hkghtatm/41700/ 7 . 41/300000 原料的平均摩尔质量为：kmolkgm/81 进料各组分的摩尔分数如表 1.1（1）： 表 1.1（1）进料各组分的摩尔分 序号组分质量分数% i w摩尔分数 i x 1 2 3 4 5 6 7 8 9

3、10 11 12 13 14 15 异丁烷 正丁烷 2，2-二甲基丁烷 异戊烷 正戊烷 2-甲基戊烷 3-甲基戊烷 正己烷 甲基环戊烷 环己烷 苯 大于碳七组分 辛烷值（马达法） 辛烷值（研究法） 密度（20） 1.23 3.27 4.76 14.09 16.06 18.44 11.62 16.50 10.18 0.85 0.82 2.18 68.8 70.3 656.9 0.0172 0.0457 0.04408 0.158 0.181 0.174 0.109 0.155 0.0959 0.0082 0.0085 0.0027 塔顶产品摩尔流率： hkmol fxfxxfd i i /84.

4、135 0181 . 0 8 . 514)98. 01 (158 . 0 8 . 51497 . 0 )04408 . 0 0457. 00172 . 0 ( 8 . 514 )98 . 0 1 (97 . 0 )( 54 3 3 1 塔底产品摩尔流率： hkmol fxfxxfw i i /96.378 158. 08 .514)97 . 0 1 (181 . 0 8 . 51498 . 0 )181 . 0 158 . 0 04408. 00457 . 0 0172 . 0 1 (8 .514 )97. 01 (98 . 0 )1 ( 45 5 1 塔顶产品各组分的有关数据如表 1.1（2

5、）： 表 1.1（2）塔顶产品各组分参数 序号组分 摩尔流率 hkmoldi/ 摩尔分数 i x 1 2 3 4 5 异丁烷 正丁烷 2，2-二甲基丁烷 异戊烷 正戊烷 8.8546 23.5264 22.6924 78.8982 1.8636 0.0652 0.1732 0.1670 0.5808 0.0137 塔底产品各组分的有关数据如表 1.1（3）： 表 1.1（3）塔底产品各组分参数 序号组分 摩尔流率 hkmoldi/ 摩尔分数 i x 4 5 6 7 8 9 10 11 12 异戊烷 正戊烷 2-甲基戊烷 3-甲基戊烷 正己烷 甲基环戊烷 环己烷 苯 大于碳七组分 2.4402

6、91.3152 89.5752 56.1132 79.7940 49.3693 4.2214 4.3758 1.3900 0.00644 0.2410 0.2364 0.1481 0.2106 0.1303 0.0111 0.0115 0.00367 1.2 塔板数的确定塔板数的确定 由方程和用试差法可计算在上述条件下的 i m dii m a xa r , 1 i fii a xa q , 1 最小回流比为，取53 . 4 min r154 . 8 8 . 1 min rr 查资料可得以异戊烷为基准组分时，异戊烷的相对挥发度为 1，正戊烷的相 对挥发度为 0.835，则异戊烷、正戊烷组分相对

7、挥发度的平均值为： 198. 1 835. 0 1 , h l avlh a a a 由 fenske 方程可得最少理论塔板数为： 79.40 198 . 1 log ) 00644 . 0 2410 . 0 0137 . 0 5808 . 0 log( log )log( , min avlh lb hb hd ld a x x x x n 因,则可由 gilliland 图查得，即396 . 0 1154. 8 53 . 4 154. 8 1 min r rr 27 . 0 1 min n nn ,解得 n=56270 . 0 1 79.40 n n 1.3 适宜进料位置适宜进料位置 用

8、kirkbride 公式可求得适宜进料位置： 56 9308 . 0 03112 . 0 ) 0137 . 0 00644 . 0 ( 84.135 96.378 158 . 0 181 . 0 log206 . 0 log 2 sr s r s r nn n n n n 又因 即 解得 29 s n27 r n 故进料板在第 30 块（自上而下） 1.4 塔径的计算塔径的计算 1）精馏段的气、液相负荷： hkmoldrv hkmolrdl /479.124384.135) 1154 . 8 () 1( /639.110784.135154 . 8 2）精馏段的气、液相体积流率： 由资料查得塔

9、顶各组分在 76、0.3mpa 下的气体密度和液体密度如下表： 表 1.4 塔顶各组分气体密度和液体密度 序号组分摩尔流率 气体密度 3 /mkg 液体密度 3 /mkg 1 2 3 4 5 异丁烷 正丁烷 2，2-二甲基丁烷 异戊烷 正戊烷 0.0652 0.1732 0.1670 0.5808 0.0137 19.08 27.20 13.83 15.67 14.85 505.64 476.34 593.22 558.28 564.98 塔顶气相平均密度为： 5 1 20.271732. 008.190652. 0 i iivm x 85.140137 . 0 67.155808 . 0 8

10、3.131670 . 0 3 /57.17mkg 塔顶液相平均密度为： 98.5640137 . 0 28.5585808. 022.5931670. 034.4761732 . 0 64.5050652. 0 5 1 i iilm x 3 /53.546mkg 塔顶各组分的平均摩尔质量为： 5 1 720137 . 0 725808 . 0 861670 . 0 581732 . 0 580652 . 0 i iim mxm kmolkg /99.70 精馏段的气、液相体积流率为： sm vm v vm m s /396 . 1 57.173600 99.70479.1243 3600 3

11、sm lm l lm m s /040 . 0 53.5463600 99.70639.1107 3600 3 3）塔径的计算 由可算得，式中 c 可近似等于 ， 其中的可由 v vl cu maxmax u 20 c 20 c 化工原理下册图 3-5 查取。图的横坐标为 1598 . 0 57.17 53.546 3600396 . 1 3600040 . 0 2 1 2 1 v l h h v l 取板间距，板上液层高度,则mht50 . 0 mhl05 . 0 mhh lt 45 . 0 05 . 0 50 . 0 查图 3-5 得083 . 0 20 cc smu/455. 0 57.

12、17 57.1753.546 083 . 0 max 取安全系数为 0.7，则空塔气速为： smuu/3185 . 0 455 . 0 7 . 07 . 0 max m u v d s 36 . 2 3185 . 0 396 . 1 44 按标准塔径圆整后为md4 . 2 塔截面积： 222 52 . 4 4 . 2 44 mdat 实际空塔气速：sm a v u t s /3088 . 0 52 . 4 396 . 1 4）溢流装置 选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。各项计算如下： （1）堰长：取堰长，即 w ldlw8 . 0 mlw92 . 1 4 . 28 . 0 （2）出口堰高： w

13、 h owlw hhh 采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，即 ow h 3 2 1000 84 . 2 w h ow l l eh 近似取，则可由化工原理下册的列线图 3-9 查出值。1e ow h 因，由该图查得，则mlw92 . 1 hmlh/1443600040 . 0 3 mhow047. 0 mhw003 . 0 （3）弓形降液管宽度和面积：用化工原理下册图 3-10 求取及， d w f a d w f a 因为 8 . 0 d lw 由该图查得：，则140 . 0 t f a a 2 . 0 d wd mw ma d f 48 . 0 4 . 22 . 0 6328 . 0

14、52 . 4 140 . 0 2 依下式验算液体在降液管中停留时间，即 s l ha l ha s tf h tf 91 . 7 040 . 0 5 . 06328 . 0 3600 停留时间5s，故降液管尺寸可用。 （4）降液管底隙高度 o h 3600 ow s ow h o ul l ul l h 取降液管底隙处液体流速，则smuo/20 . 0 取104 . 0 20 . 0 92 . 1 040 . 0 o hmho10 . 0 5）塔板布置及浮阀数目与排列 取阀孔动能因子，则10 o f sm f u v o o /38 . 2 57.17 10 每层塔板上的浮阀数为： 491 3

15、8 . 2 )039 . 0 ( 4 396 . 1 4 22 oo s ud v n 取边缘区宽度，破沫区宽度。则可计算塔板上的鼓泡mwc06 . 0 mws10 . 0 区面积，即 2222 222 68 . 2 14 . 1 62 . 0 arcsin14 . 1 180 62 . 0 14 . 1 62 . 0 2 62 . 0 10 . 0 48 . 0 2 4 . 2 2 14 . 1 06 . 0 2 4 . 2 2 arcsin 180 2 ma mww d x mw d r r x rxrxa a sd c a 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。取同一横排的孔心距，mmmt07

16、5 . 0 75 则可按下式估算排间距，即 t mm nt a t a 73073 . 0 075 . 0 491 68 . 2 考虑到塔的直径较大，必须采用分块式塔板，而各分块板的支承与衔接也要 占去一部分鼓泡区面积，因此排间距不宜采用 73mm，而应小于此值，故取 。mmmt065. 065 按，以等腰三角形叉排方式排得的阀数为 500 个。mmt75mmt65 按重新核算孔速及阀孔动能因数：500n 81 . 9 57.1734 . 2 /34 . 2 500039 . 0 4 396 . 1 2 o o f smu 阀孔动能因数变化不大，仍在 912 范围内。 o f 塔板开孔率% 6

17、 . 13%100 34 . 2 3185 . 0 o u u 6）塔板流体力学验算 （1）气相通过浮阀塔板的压强降 pcl hhhh 干板阻力： 1.825 73.1 2.18/ 17.57 oc um s 因，故干板阻力 ooc uu 0.1750.175 (2.38) 19.919.90.0424 546.53 o c l u hm 液柱 板上充气液层阻力：本设备分离油品混合物，液相为油，可取充气系数。 o 0.3 则 o 0.3 0.050.015 ll hhm液柱 液体表面张力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不计。 因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相当的液住高度为 0.04240

18、.0150.0574 p hm液柱 则 单板压降0.0574 546.53 9.81308 ppl phgpa （2）淹塔 为了防止淹塔现象的发生，要求控制降液管中清夜层高度， 。而 () dtw hhh dpld hhhh 与气体通过塔板的压强降所相当的液住高度：前已算出 p h 0.0574 p hm液柱 液体通过降液管的压头损失：因不设进口堰，故有 22 0.04 0.153()0.153()0.00664 1.92 0.1 s d wo l hm l h 液柱 板上液层高度：前已选定板上液层高度为 =0.050 l hm 则 0.05740.0500.006640.114 d hm 则

19、，又已选定 。则=0.50.5 t hm0.003 w hm ()0.5(0.50.003)0.2515 tw hhm 可见，符合防止淹塔的要求。() dtw hhh （3）雾沫夹带 计算泛点率 1.36 =100% v ssl lv fb vl z kc a 泛点率 及 =100% 0.78 v s lv ft v kc a 泛点率 板上液体流径长度 22.42 0.481.44 ld zdwm 板上液流面积 2 24.522 0.63283.2544 btf aaam 按表 3-5 取物性系数，又由图 3-13 查得泛点负荷系数，将以1.0k 0.128 f c 上数值入上两式，得 17.

20、57 1.3961.36 0.040 1.44 546.53 17.57 =100%79.8% 1.0 0.128 3.2544 泛点率 17.57 1.396 546.53 17.57 =100%57.3% 0.78 1.0 0.128 4.52 泛点率 计算出的泛点率都在 80%以下，故可知雾沫夹带量能够满足 的要求。0.1(/( v ekgkg液）气） 7）塔板负荷性能图 （1）雾沫夹带线 1.36 = v ssl lv fb vl z kc a 泛点率 按泛点率为 80%计算如下： 17.57 1.361.44 546.53 17.57 =0.80 0.128 3.2544 ss vl

21、 整理得 0.1822v1.95840.3332 ss l 或 （1）1.82880.1701 ss vl 由式（1）知雾沫夹带线为直线，则在操作范围内任取两个值，依式（1） s l 算出相应的值列于附表 1 中。据此，可做出雾沫夹带（1） 。 s v 附表 1 3 /(/ ) s lms 0.002 0.010 3 /(/ ) s vms 1.8284 1.8271 （2）液泛线 联立以上的式，得 () twpldclold hhhhhhhhhh 由上式确定液泛线。忽略式中，将相应的公式代入上式，得 h 2 22/3 36002.84 ()5.340.153()(1)() 21000 vos

22、s twow lwow ull hhhe gl hl 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则、及等均为 t h w h o h w l v l o 定值，而与又有如下关系，即 o u s v 2 4 s o o v u d n 式中阀孔数与孔径亦为定值，因此可将上式简化成与的如下关系式：n o d s v s l 3 2 22 sss dlclbav 即 3 2 22 5614 . 0 1504 . 4 2476 . 0 02452 . 0 sss llv 或 （2） 3 2 22 8956.222659.1690979.10 sss llv 在操作范围内任取若干个值，依式（2）算出相应的值列于本例

23、附表 2 中。 s l s v 附表 2 smls/ 30.001 0.005 0.009 0.013 smvs/ 3 s v 3.14 3.07 3.02 2.97 据表中数据做出液泛线（2） 。 （3）液相负荷上限线 液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于 35s。液体在降液管内 停留时间为 s l ha h tf 53 3600 以作为液体在降液管中停留时间的下限，则s5 （3） sm ha l tf s /06328. 0 5 50. 06328 . 0 5 2 max 求出上限液体流量值（常数） 。在图上液相负荷上限线为与气体流 s l s v s l 量无关的竖直线（3） 。

24、 s v （4）漏夜线 对于 f1 型重阀，依计算，则。又知5 00 v uf v u 5 0 0 2 0 4 nudvs 则得 v s ndv 5 4 2 0 以作为规定气体最小负荷的标准，则5 0 f （4） sm f ndnudv v s /7125 . 0 57.17 5 500039. 0 444 2202 00 2 0 min 据此做出与液体流量无关的水平漏夜线（4） 。 (5)液相负荷下限线 取堰上液层高度作为液相负荷下限条件，以的计算式计算出mhow006 . 0 ow h 的下限值，依此做出液相负荷下限线，该线为与气相流量无关的竖直线（5） 。 s l 006 . 0 360

25、0 1000 84 . 2 3 2 min w s l l e 取，则1e （5） sm l l w s /001638. 0 3600 92 . 1 84 . 2 1000006 . 0 3600184 . 2 1000006 . 0 3 2 3 2 3 min 根据附表 1、2 及式（3） 、 （4） 、 （5）可分别做出塔板负荷性能图上的（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）及（5）共五条线，见附图 1. 由塔板负荷性能图可以看出： 任务规定的气、液负荷下的操作点 p（设计点） ，处在适宜操作区内的适中位置。 塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制，操作下限由漏液控制。 按照固定的液气比，由附图 1