分离工程设计课题

《分离工程》课程设计说明书院别：化学与化工学院专业：化学工程与工艺姓名：孙世强学号：101410241指导老师：刘晓燕河南城建学院化学与化工学院2013-6-201目录一、设计任务书……………………………………………………1二、绪论……………………………………………………………2三、设计方案简介…………………………………………………3四、填料塔的主要工艺尺寸计算…………………………………44.1、物料衡算……………………………………………………44.2、填料吸收塔的工艺尺寸计算………………………………64.3、填料层高度计算……………………………………………94.4、填料压降计算………………………………………………10五、填料塔内部结构设计…………………………………115.1、泵的选择……………………………………………………115.2、工艺管道的材质选择………………………………………115.3、液体分布器设计……………………………………………115.4、液体再分布器设计…………………………………………1415.5、支承板的设计………………………………………………155.6、压板的选取…………………………………………………16六、壁厚的计算………………………………………………176.1、筒体的设计计算…………………………………………………176.2、封头设计计算……………………………………………186.3、法兰和垫片的选取…………………………………………18七、各接管尺寸的设计…………………………………………………197.1、进气管直径…………………………………………………197.2、出气管直径…………………………………………………197.3、吸收剂进料管直径…………………………………………197.4、吸收剂进料管直径…………………………………………19八、设计结果一览表…………………………………………………20九、主要符号说明……………………………………………………20十、参考文献…………………………………………………………21十一、设计体会及今后改进意见……………………………………221一、设计任务书1.设计题目炼油厂中催化裂化装置生产的富气用稳定汽油进行吸收。试设计一座稳定汽油吸收富气的填料吸收塔。2.设计任务富气处理量：4.1万吨∕年富气组成：组成22NCO2H4CH42HC62HC63HC83HC104HC125HC总和摩尔组成0.070.380.020.040.070.150.090.150.031.00吸收剂组成：组分C5H12C6以上组分总和摩尔组成0.140.861.00吸收剂在该塔操作温度下不挥发。分离要求：C3H6吸收率：≥95%CO2、N2、H2不吸收。操作条件：平均操作压力：atm12（绝）平均液气比：min/4.1VL平均温度：45℃工作日：每年300天，24小时连续生产填料类型：填料规格和类型自选2二、绪论课程设计是“分离工程”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练1．查阅资料选用公式和搜集数据的能力。2．树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力。3．迅速准确的进行工程计算（包括电算）的能力。4．用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。塔的种类很多，对塔设备进行分类：①按操作压力分有加压塔，常压塔，减压塔；②按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等；③按内部结构分有填料塔，板式塔。目前工业上应用最广泛的还是填料塔和板式塔。填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。3三、设计方案简介根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。对选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。稳定汽油吸收炼油厂催化裂化产生的富气，该设计任务是富气年处理量为4.1万吨，关键组分丙烯的吸收分率大于等于95%。采用常规逆流操作流程．流程如附图1。首先，据富气处理量及关键组分的吸收分率，求出塔顶尾气的量及塔底吸收液的量，吸收剂汽油的进料量，再据富气及吸收剂的特性选择合适的填料（种类、材质、规格），该设计选取了直径mmd50的拉西环填料，由此求取塔径mmD1000及填料层高度mZ2.11。再由吸收条件℃45T，atmP12(绝),选择合适的钢号——筒体和封头都选用MnR16。其次，塔内部构件及附属构件的设计与选取：液体分布器、液体再分布器、塔底支承板、塔顶压板、手孔、人孔。再次，各种接管的求取及法兰规格的查取，裙座、封头的设计求算等。即完成设计。最后，整体论证该塔的可行性及经济价值。4四、填料塔的主要工艺尺寸计算4.1、物料衡算（1）、物料计算据设计任务书计算富气处理量为:mG=4.1万吨/年=hkg/44.569424300101.47富气平均摩尔质量：1M=iiyM=0.07×22844+0.38×2+0.02×16+0.04×28+0.07×30+0.15×42+0.09×44+0.15×58+0.15×72=27.94kmolkg/富气的摩尔流量：hkmolG/81.20394.2744.5694因2CO、2N、2H极易挥发，它们的吸收量可忽略不计，其余部分各自的平衡常数如下表：组分4CH42HC62HC63HC83HC104HC125HCiK15.85.253.61.481.320.420.16表1设关键组分63HC吸收分率为95%在最小液气比下，理论级数最多。此时关键组分63HC的吸收因数为：关A=关=0.95由关关GVLAminGL=关关AK=1.48×0.95=1.4065GL=1.4minGL=1.4×1.406=1.97关键组分的吸收因子为：关关GKLA=48.197.1=1.331（2）、理论级由AANlg/1/lg1求得8102.7331.1lg/95.01/95.0331.1lg1N理论级圆整后取为7。各组分iK及GL=1.97，求得iA，再由iA及N=7求各组分吸收分率i：表2组分4CH42HC62HC63HC83HC104HC125HCiK15.85.253.61.481.320.420.16iiGKLA/0.0890.2680.3910.951.073.358.97i0.0980.2680.3910.8510.9031.001.00（3）、各组分吸收率及尾气组成见表：表3组成22NCO2H4CH42HC62HC63HC83HC104HC125HC总和i000.0890.2680.3910.8510.9031.001.00—进气量14.26777.4484.0768.15214.26730.57218.34230.5726.114203.81iL000.3632.1855.57826.01716.56330.5726.11487.392iG14.26777.4483.7135.9768.6894.5551.77900116.4186iy0.1230.6650.0320.0510.0750.0390.0015001.00由吸收分率计算可知，由于104HC、125HC的i=1.0。故这两组分几乎全部被吸收，不进塔顶尾气中，尾气主要组成及含量表3.（4）、吸收剂用量0L操做液气比：GL=1.97入塔气体量：F=203.81hkmol/塔顶尾气量：NG=116.418hkmol/吸收剂用量：hkmolGFGLFLN/81.3572418.11681.20397.181.2032220塔底吸收液量：hkmolGFLLNN/202.445418.11681.20381.3570塔底吸收液质量流量：h/kg78.3741404.84202.445WN4.2、填料吸收塔的工艺尺寸计算（塔径、塔高）（1）、填料选择直径mm50的瓷质拉西环如图1(乱堆)7图1（2）、塔径计算公式：uVDs4首先求出操作气速u塔底混合气质量流量：hkgGm/44.5694吸收剂平均摩尔质量：kmolkgM/04.8486.08614.0722吸收剂质量流量：hkgMLLm/35.3007004.8481.35720吸收剂密度：查得3/626125mkgHC3/659146mkgHC质量分率：12.004.8408.107214.02125MaHC88.004.8496.738686.02146MaHC吸收剂密度：kgmaaHCHCHCHCL/00153.065988.062612.0131461461251253/595.653mkgL富气密度：31/681.1245273314.894.271200mkgRTMpG（3）、采用贝恩——霍根关系式吸收剂粘度：查得smPaHC229.0125smPaHC313.0146smPaL30124.086.0313.014.0229.08查得：3/1.988mkg水527.1595.6531.988水L则：由贝恩——霍根关系式8/1v4/1qvmqm2.0v3atgu2FlgLLKAULL、、ε75.1,02.0/93mma32tKA，即：8/14/12.032595.653681.1244.569435.3007075.102.0124595.653681.1281.0938.9ulg0.30F解得303.0uFm/sFuu)85.0~5.0(取smuuF/182.0303.06.06.0smVs/125.0681.12360024300101.437塔径：muVDs9354.0182.014.3125.044圆整后取塔径：mmD1000（4）、核算操作气速把D=1.0m代入塔径计算公式，解得:空塔气速smDVus/16.00.114.3125.0442253.0303.016.0Fuu(在允许范围内)（5）、填料规格校核9820501000dD（合理）（6）、喷淋密度校核填料表面充分润湿，应保证喷淋密度高于最小喷淋密度minU据Morris等推荐,mmd75的环形及其填料的最小润湿速率minwL为hmm/08.03查填料手册得:32/93mmathmmaLLtw/44.79308.03minmin喷min喷22喷