1、山东大学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T0
2、408给出了详细的计算和选型说明。第一部分：C2精馏塔-连续精馏筛板塔T0408设计说明书一设计任务书进料组成：组分 摩尔流量 kmol/hCH4 0.29C2H4 131.21C2H6 20.91C3H6-2 0.23C3H8 0.000386C4H8-1 4.67e-09C4H10 3.13e-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：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
3、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 1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。FWDB2连续精馏塔流程流程图2设计思路在本次设计中，我们进行的是轻烃多元物系的精馏分离，这次所用的就是筛板式连续精馏塔。蒸馏是物料在塔内的多次部分汽化与多
4、次部分冷凝所实现分离的。热量自塔釜输入，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。本设计用全凝器，因为可以准确的控制回流比。此次设计采用高压法。 故采用间接加热，所以需要再沸器。山东大学2设计思路流程图三塔板的工艺设计1.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/m 3）气相密度（kg/m 3）液相粘度（mPa*s）表面张力（N/m）塔顶冷凝器 1 266.4114 3546375 28.0288 28.0288 373.4247 79.2867 0.0524 0.0055 2 266.59
5、 3547106 28.0445 28.0425 373.2133 79.3725 0.0525 0.0054 3 266.6645 3547837 28.0506 28.0478 373.1140 79.4197 0.0526 0.0054 4 266.7004 3548569 28.0531 28.0501 373.0564 79.4526 0.0526 0.0054 5 266.7223 3549300 28.0544 28.0512 373.0143 79.4802 0.0526 0.0054 6 266.7392 3550031 28.0552 28.0519 372.9780 79
6、.5057 0.0526 0.0054 7 266.7546 3550762 28.0559 28.0525 372.9439 79.5304 0.0526 0.0054 8 266.7696 3551493 28.0566 28.0531 372.9106 79.5549 0.0526 0.0054 塔板工艺计算流体力学验算全塔热量衡算塔附属设备计算山东大学39 266.7849 3552225 28.0573 28.0538 372.8776 79.5791 0.0526 0.0054 10 266.8006 3552956 28.0581 28.0544 372.8447 79.6033
7、 0.0526 0.0054 11 266.8169 3553687 28.0589 28.0551 372.8118 79.6274 0.0526 0.0054 12 266.8338 3554418 28.0597 28.0559 372.7790 79.6514 0.0526 0.0054 13 266.8514 3555150 28.0607 28.0567 372.7462 79.6754 0.0526 0.0054 14 266.8697 3555881 28.0617 28.0576 372.7135 79.6993 0.0526 0.0054 15 266.8888 35566
8、12 28.0628 28.0586 372.6807 79.7231 0.0526 0.0054 16 266.9088 3557343 28.0640 28.0597 372.6479 79.7469 0.0526 0.0054 17 266.9298 3558074 28.0654 28.0608 372.6152 79.7705 0.0526 0.0054 18 266.9517 3558806 28.0668 28.0620 372.5824 79.7941 0.0525 0.0054 19 266.9748 3559537 28.0683 28.0634 372.5497 79.8
9、175 0.0525 0.0054 20 266.9991 3560268 28.0700 28.0649 372.5169 79.8408 0.0525 0.0054 21 267.0246 3560999 28.0718 28.0664 372.4842 79.8640 0.0525 0.0054 22 267.0516 3561730 28.0737 28.0681 372.4514 79.8870 0.0525 0.0054 23 267.08 3562462 28.0758 28.0700 372.4187 79.9099 0.0525 0.0054 24 267.11 356319
10、3 28.0781 28.0720 372.3859 79.9326 0.0525 0.0054 25 267.1418 3563924 28.0806 28.0741 372.3531 79.9552 0.0525 0.0054 26 267.1755 3564655 28.0832 28.0765 372.3202 79.9775 0.0525 0.0054 27 267.2111 3565387 28.0861 28.0790 372.2872 79.9997 0.0525 0.0054 28 267.2489 3566118 28.0892 28.0817 372.2542 80.02
11、16 0.0525 0.0054 29 267.289 3566849 28.0925 28.0846 372.2211 80.0433 0.0525 0.0054 30 267.3316 3567580 28.0961 28.0878 372.1878 80.0648 0.0525 0.0054 31 267.3769 3568311 28.1000 28.0912 372.1544 80.0860 0.0525 0.0054 32 267.425 3569043 28.1042 28.0949 372.1208 80.1069 0.0525 0.0054 33 267.4761 35697
12、74 28.1087 28.0988 372.0869 80.1275 0.0525 0.0054 34 267.5304 3570505 28.1136 28.1030 372.0528 80.1478 0.0525 0.0054 35 267.5882 3571236 28.1188 28.1076 372.0182 80.1677 0.0525 0.0054 36 267.6497 3571967 28.1243 28.1125 371.9833 80.1873 0.0525 0.0054 37 267.715 3572699 28.1303 28.1177 371.9479 80.20
13、65 0.0525 0.0054 38 267.7845 3573430 28.1367 28.1233 371.9119 80.2254 0.0525 0.0054 39 267.8583 3574161 28.1436 28.1293 371.8752 80.2438 0.0525 0.0054 40 267.9366 3574892 28.1509 28.1357 371.8377 80.2618 0.0525 0.0054 41 268.0198 3575623 28.1587 28.1426 371.7994 80.2793 0.0525 0.0054 42 268.108 3576
14、355 28.1671 28.1499 371.7599 80.2963 0.0525 0.0054 43 268.2016 3577086 28.1760 28.1577 371.7193 80.3129 0.0525 0.0054 44 268.3006 3577817 28.1854 28.1659 371.6775 80.3289 0.0525 0.0054 45 268.4054 3578548 28.1954 28.1747 371.6342 80.3444 0.0525 0.0054 46 268.5163 3579280 28.2061 28.1841 371.5897 80.
15、3592 0.0525 0.0054 47 268.6336 3580011 28.2175 28.1940 371.5442 80.3731 0.0525 0.0054 48 268.7578 3580742 28.2296 28.2046 371.4987 80.3856 0.0525 0.0054 49 268.8899 3581473 28.2427 28.2161 371.4555 80.3958 0.0525 0.0054 50 269.0315 3582204 28.2573 28.2288 371.4194 80.3837 0.0525 0.0053 51 269.1659 3
16、582936 28.2715 28.2317 371.3917 80.4455 0.0525 0.0053 山东大学452 269.2048 3583667 28.2745 28.2348 371.3436 80.4735 0.0525 0.0053 53 269.2418 3584398 28.2773 28.2377 371.3011 80.4982 0.0525 0.0053 54 269.2813 3585129 28.2805 28.2409 371.2604 80.5212 0.0525 0.0053 55 269.326 3585860 28.2841 28.2447 371.2
17、196 80.5431 0.0524 0.0053 56 269.3777 3586592 28.2885 28.2492 371.1775 80.5639 0.0524 0.0053 57 269.4385 3587323 28.2938 28.2546 371.1336 80.5837 0.0524 0.0053 58 269.5103 3588054 28.3003 28.2611 371.0871 80.6023 0.0524 0.0053 59 269.5956 3588785 28.3081 28.2691 371.0371 80.6196 0.0524 0.0053 60 269
18、.6973 3589516 28.3175 28.2787 370.9826 80.6352 0.0524 0.0053 61 269.8185 3590248 28.3290 28.2904 370.9224 80.6489 0.0524 0.0053 62 269.9634 3590979 28.3427 28.3045 370.8548 80.6605 0.0524 0.0053 63 270.1364 3591710 28.3593 28.3214 370.7774 80.6695 0.0524 0.0054 64 270.3429 3592441 28.3792 28.3416 37
19、0.6873 80.6757 0.0524 0.0054 65 270.589 3593173 28.4030 28.3659 370.5805 80.6788 0.0523 0.0054 66 270.8816 3593904 28.4313 28.3947 370.4521 80.6786 0.0523 0.0054 67 271.2283 3594635 28.4647 28.4288 370.2953 80.6751 0.0523 0.0053 68 271.6371 3595366 28.5040 28.4688 370.1018 80.6684 0.0522 0.0053 69 2
20、72.1163 3596097 28.5498 28.5155 369.8614 80.6592 0.0522 0.0053 70 272.6741 3596829 28.6027 28.5695 369.5616 80.6485 0.0521 0.0053 71 273.3173 3597560 28.6631 28.6310 369.1883 80.6381 0.0520 0.0053 72 274.051 3598291 28.7311 28.7004 368.7261 80.6304 0.0518 0.0052 73 274.8774 3599022 28.8067 28.7775 3
21、68.1601 80.6284 0.0516 0.0052 74 275.794 3599753 28.8892 28.8617 367.4771 80.6359 0.0514 0.0051 75 276.7935 3600485 28.9775 28.9518 366.6686 80.6565 0.0511 0.0051 76 277.8627 3601216 29.0702 29.0464 365.7334 80.6936 0.0507 0.0049 77 278.9827 3601947 29.1654 29.1436 364.6790 80.7494 0.0503 0.0049 78
22、280.1301 3602678 29.2609 29.2411 363.5233 80.8246 0.0498 0.0048 79 281.2787 3603410 29.3545 29.3367 362.2928 80.9182 0.0493 0.0047 80 282.4023 3604141 29.4442 29.4283 361.0209 81.0272 0.0487 0.0047 81 283.477 3604872 29.5284 29.5143 359.7433 81.1477 0.0481 0.0046 82 284.4831 3605603 29.6058 29.5934
23、358.4948 81.2750 0.0475 0.0046 83 285.4066 3606334 29.6757 29.6648 357.3048 81.4046 0.0469 0.0045 84 286.2391 3607066 29.7378 29.7283 356.1964 81.5322 0.0464 0.0045 85 286.978 3607797 29.7921 29.7838 355.1844 81.6549 0.0459 0.0044 86 287.6249 3608528 29.8392 29.8318 354.2765 81.7702 0.0454 0.0044 87
24、 288.1847 3609259 29.8795 29.8730 353.4741 81.8770 0.0450 0.0044 88 288.6647 3609990 29.9137 29.9080 352.7741 81.9745 0.0447 0.0044 89 289.0734 3610722 29.9428 29.9377 352.1703 82.0628 0.0444 0.0043 90 289.4198 3611453 29.9674 29.9628 351.6552 82.1421 0.0441 0.0043 91 289.713 3612184 29.9884 29.9843
25、 351.2214 82.2128 0.0439 0.0043 92 289.9622 3612915 30.0069 30.0032 350.8629 82.2751 0.0437 0.0043 93 290.1771 3613646 30.0238 30.0205 350.5771 82.3290 0.0435 0.0043 94 290.368 3614378 30.0409 30.0379 350.3667 82.3737 0.0434 0.0042 山东大学595 290.5476 3615109 30.0603 30.0577 350.2438 82.4071 0.0433 0.0
26、042 96 290.7332 3615840 30.0855 30.0835 350.2357 82.4252 0.0432 0.0042 97 290.9502 3616571 30.1224 30.1212 350.3947 82.4208 0.0431 0.0042 塔底再沸器 98 291.2392 3617303 30.1808 350.8141 0.0430 0.0042 精馏段平均 267.4317 3565021 28.1098 28.0995 372.2888 79.9535 0.0525 0.0054 提馏段平均 278.512 3600119 29.0775 29.05
27、43 363.2018 81.1389 0.0492 0.0049 （1）操作温度精馏段平均温度： t m1=267.4317 K提馏段平均温度： t m2=278.512 K（2）操作压强精馏段平均操作压力： P m1= 3565021 Pa 提馏段平均操作压力： P m2=3600119 Pa（3）平均摩尔质量的计算精馏段平均摩尔质量： M V1= 28.0995 g/mol ML1= 28.1098 g/mol 提馏段平均摩尔质量： M V2=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
28、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 mPas进料板液相平均黏度： F=0.05246 mPas塔底板液相平均黏度： W=0.04300 mPas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(
29、m3/s)塔顶冷凝器 1 8.18362439 8.1836244 0.0219151 0.10321552 7.17826902 8.2012221 0.0192337 0.10332583 7.18600512 8.2089582 0.0192595 0.10336174 7.19005322 8.2130063 0.0192734 0.10336985 7.19272262 8.2156757 0.0192827 0.10336766 7.19487462 8.2178277 0.0192903 0.10336157 7.19682991 8.219783 0.0192974 0.103
30、35398 7.19870766 8.2216607 0.0193041 0.10334589 7.20055185 8.2235049 0.0193108 0.103337510 7.20237843 8.2253315 0.0193174 0.10332911 7.20419286 8.2271459 0.0193239 0.103320512 7.20599665 8.2289497 0.0193305 0.10331213 7.20778978 8.2307428 0.019337 0.103303414 7.20957162 8.2325247 0.0193435 0.1032948
31、15 7.21134132 8.2342944 0.0193499 0.103286116 7.21309779 8.2360508 0.0193563 0.103277417 7.21483989 8.2377929 0.0193627 0.103268718 7.21656637 8.2395194 0.019369 0.103259819 7.2182759 8.241229 0.0193753 0.103250920 7.21996703 8.2429201 0.0193816 0.10324221 7.2216382 8.2445912 0.0193878 0.103232922 7
32、.22328778 8.2462408 0.0193939 0.103223823 7.22491401 8.2478671 0.0194 0.103214624 7.22651501 8.2494681 0.019406 0.103205325 7.22808883 8.2510419 0.0194119 0.1031959山东大学726 7.22963332 8.2525864 0.0194178 0.103186327 7.23114629 8.2540993 0.0194236 0.103176728 7.23262539 8.2555784 0.0194293 0.103166929
33、 7.23406817 8.2570212 0.0194349 0.103156930 7.23547203 8.2584251 0.0194404 0.103146831 7.23683428 8.2597873 0.0194458 0.103136532 7.23815214 8.2611052 0.0194511 0.10312633 7.23942271 8.2623758 0.0194563 0.103115434 7.24064305 8.2635961 0.0194613 0.103104535 7.24181011 8.2647632 0.0194663 0.103093436
34、 7.24292084 8.2658739 0.0194711 0.103082137 7.24397213 8.2669252 0.0194758 0.103070538 7.24496093 8.267914 0.0194803 0.103058639 7.24588415 8.2688372 0.0194847 0.103046540 7.24673878 8.2696918 0.019489 0.10303441 7.24752176 8.2704748 0.0194931 0.103021342 7.24822988 8.2711829 0.0194971 0.103008243 7
35、.24885935 8.2718124 0.0195009 0.102994844 7.24940492 8.272358 0.0195046 0.10298145 7.249858 8.272811 0.019508 0.102966946 7.25020206 8.2731551 0.0195113 0.102952247 7.25040383 8.2733568 0.0195142 0.10293748 7.25039366 8.2733467 0.0195166 0.102920849 7.25002472 8.2729777 0.0195179 0.102903250 7.24898
36、13 8.2719343 0.019517 0.102905751 8.18373193 8.0055699 0.0220353 0.099515452 8.18678566 8.0086236 0.0220464 0.099518853 8.18909031 8.0109283 0.0220551 0.099516854 8.19101409 8.012852 0.0220627 0.099512355 8.19270727 8.0145452 0.0220697 0.099506356 8.19422254 8.0160604 0.0220763 0.099499457 8.1955673
37、6 8.0174053 0.0220825 0.099491658 8.19672671 8.0185646 0.0220884 0.09948359 8.19767275 8.0195106 0.0220939 0.099473560 8.19836896 8.0202068 0.0220991 0.099462961 8.19877208 8.0206099 0.0221037 0.099450962 8.19883342 8.0206712 0.0221079 0.099437563 8.19850057 8.0203384 0.0221117 0.099422264 8.1977202
38、4 8.0195581 0.0221149 0.099404965 8.196443 8.0182808 0.0221178 0.099385266 8.19463073 8.0164685 0.0221206 0.09936367 8.19226803 8.0141058 0.0221236 0.09933868 8.18937821 8.011216 0.0221274 0.0993104山东大学869 8.18604468 8.0078825 0.0221327 0.099280570 8.1824368 8.0042746 0.0221409 0.099248971 8.1788374
39、8 8.0006753 0.0221536 0.099217172 8.1756664 7.9975042 0.0221727 0.099187373 8.17348896 7.9953268 0.0222009 0.099162674 8.17299853 7.9948364 0.0222408 0.099147475 8.17496133 7.9967992 0.0222952 0.099146376 8.18012078 8.0019587 0.0223664 0.099164777 8.18907357 8.0109115 0.0224556 0.09920778 8.20214508
40、 8.023983 0.0225629 0.099276479 8.21930084 8.0411388 0.0226869 0.099373780 8.24012459 8.0619626 0.0228245 0.09949781 8.26387261 8.0857106 0.0229716 0.099641982 8.289588 8.111426 0.0231233 0.099802283 8.31624143 8.1380794 0.0232749 0.099970884 8.34286166 8.1646997 0.0234221 0.100140885 8.36863 8.1904
41、68 0.0235614 0.100305986 8.39292906 8.2147671 0.0236903 0.100461687 8.41534969 8.2371877 0.0238075 0.100604588 8.43566752 8.2575056 0.0239124 0.100732689 8.45380188 8.2756399 0.0240049 0.100845290 8.46976637 8.2916044 0.0240854 0.100942291 8.48361628 8.3054543 0.0241546 0.101023992 8.49539198 8.3172
42、3 0.0242129 0.101090593 8.50505208 8.3268901 0.0242602 0.101141694 8.51238341 8.3342214 0.0242956 0.101175895 8.51686616 8.3387042 0.024317 0.101189196 8.51746116 8.3392992 0.0243192 0.101174197 8.5122782 8.3341162 0.0242934 0.1011167塔底再沸器98 0.17816198 0 0.0005079 0精馏段平均 7.24496742 8.2438982 0.01946
43、08 0.103097提溜段平均 8.27990562 8.1017435 0.0228161 0.0998445（7）气液相体积流率为精馏段 V S1=0.103097 m3/sLS1=0.019461 m3/s提馏段 V S2=0.099845 m3/sLS2=0.022816 m3/s山东大学92物料衡算、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） F W DCH4 0.290696 2.59E-20 0.290696C2H4 131.2071 0.214689 130.9924C2H6 20.90846 20.80407 0.104391C3
44、H6-2 0.232232 0.232232 3.94E-19C3H8 0.000386 0.000386 1.86E-24C4H8-1 4.67E-09 4.67E-09 7.74E-44C4H10-1 3.13E-10 3.13E-10 4.51E-36总摩尔流量（kmol/h） 152.6388 21.25138 131.3875总质量流量（ kg/h） 4324.014 641.3832 3682.631(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=RD=7131.39=919.73 kmol/hV=（R1）D=（7+1）131.39=1051.12 kmo
45、l/hL=L+（1-）F=919.73+（1-0.2276）152.64=1037.63 kmol/hV=V-F=1051.12-0.2276152.64=1016.38 kmol/h(4)实际板数的求取有 Aspen 模拟得到 N=963 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=4V S/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）H T=490.5=24.5 m提馏段有效高度为Z 提 =（N 提 -1）
46、H T=450.5=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 m4.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 hwhw=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 h w=hL-how=0.09-0.04976=
47、0.04024 m（3）降液管的宽度 Wd和降液管的面积 fA由 lw/D=0.7，查得 Wd/D=0.1430, Af/AT=0.0878山东大学11故 W d=0.14301.6=0.2288 mAf=0.0878AT=0.08782.0096=0.1764 m（4）降液管底隙高度 h0h0= hw-0.006=0.03424 m选用凹形受液盘，深度 W585.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 Aax=(D/2)-( Wd+Ws)=0.4912 m
48、r=( D/2)- Wc=0.75 m由图可查得，A a=1.42 m2(4) 筛孔数 nn=(1158103/t2) Aa=（115810 3/202）1.42=4111 个采用正三角形排列6.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）1 0.456271 5.28551194 280.9253 0.20442362 0.456783 5.27859317 280.9686 0.204579423 0.457055 5.27487224 280.9891 0.2046636山东大学124 0.45723
49、8 5.27234407 281.0012 0.204720995 0.457387 5.27026313 281.01 0.204768346 0.457523 5.26835221 281.0175 0.20481197 0.457654 5.26650833 281.0246 0.204853968 0.457783 5.2646935 281.0314 0.204895419 0.45791 5.26289389 281.038 0.2049365410 0.458038 5.26110462 281.0445 0.2049774711 0.458164 5.25932435 281.0508 0.2050182212 0.45829 5.2575529 281.0571 0.2050588113 0.458416 5.2557907 281.0631 0.2050992114 0.458541 5.25403836 281.0691 0.2051394215 0.458665 5.25229661 281.0748 0.2051794116 0.458788 5.25056623 281.0804 0.2052191817 0.458911 5
