【正文】 其衍生物需求和產(chǎn)能近年來均以較高的增長率發(fā)展。隨著中國石油進口量的迅速增長，必須考耗，應(yīng)更充分利用我國豐富的煤炭、天然氣資源，適度建設(shè)和發(fā)展 MTO/MTP 裝置，解決目前存在的丙烯供求關(guān)系，具有 重要的意義。 丙烯的來源 世界上丙烯的來源有蒸汽裂解制乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯、煉廠催化裂化裝置干氣、丙烷脫氫、甲醇制烯烴以及近年來所開發(fā)的烯烴轉(zhuǎn)化、烯烴易位等工藝。丙烯主要來源也裂解裝置，煉廠催化裂化和催化裂解裝置，現(xiàn) 有生產(chǎn)裝置多已采用國內(nèi)開發(fā)的增產(chǎn)丙烯技術(shù)，裝置開工率超過 100%，在中國其他丙烯生產(chǎn)技術(shù)如丙烷脫氫、甲醇制烯烴技術(shù)、烯烴相互轉(zhuǎn)化、乙烯丁烯異位歧化技術(shù)等方面。近年來，中國丙烯工業(yè)都是以進口為主，出口相對較少。 丙烯的生產(chǎn)方法 （ 1） 從裂解氣、煉廠氣中分離：石油化工廠裂解石油得到的石油裂解氣中含有丙烯，煉油廠煉制石油時得到的煉廠氣中含有丙烯，經(jīng)過一系列的步驟，可以從它們中分離出丙烯，這是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)丙烯的方法。 （ 2） 醇脫水：是實驗室中制備烯烴的重要方法，在催化劑的作用下，加熱時，醇脫水可以生 成烯烴，醇催化脫水一般分為兩類：液相催化脫水，以濃硫酸為催化劑，加熱時，醇即脫水生成烯烴；氣相催化脫水，以氧化鋁為催化劑，加熱時，醇的蒸汽即在氧化鋁表面上生成烯烴。 （ 3） 鹵代烷脫鹵代氫：鹵代烷與濃硫酸的強堿醇溶液（如濃的氧化鉀乙醇溶液）西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 4 丙烯 丙烷 CW 1 2 3 進料 圖 1 丙烯精餾段流程圖 共熱，則脫去一分子鹵代氫生成烯烴。 丙烯生產(chǎn)新技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前增產(chǎn)丙烯的新技術(shù)研究主要集中在四個方面。一是改進 FCC 等煉油技術(shù)，挖掘現(xiàn)有裝置潛力，增產(chǎn)丙烯的 FCC 裝置升級技術(shù)；二是充分利用煉油及乙烯裂解副產(chǎn)品的 C48等資源，轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂 解技術(shù)、烯烴歧化技術(shù)；三是丙烷脫氫技術(shù)；四是以天然氣、煤等為原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯的甲醇制烯烴技術(shù)等。 2 丙烯精餾塔的物料衡算及熱量衡算 本設(shè)計的初步流程是把從裝置外脫乙烷塔來的混合物料 1 做為進料，送入精餾塔內(nèi)。經(jīng)過反應(yīng)后塔頂氣體物料 2 經(jīng)過精餾塔頂冷凝器冷凝后，冷凝液用回流泵抽出，一部分送回精餾塔頂部作為回流，另一部分經(jīng)丙烯冷卻器冷卻至 40℃后送出裝置，即為目標產(chǎn)物丙烯；而塔底物料 3 大部分為丙烷，經(jīng)過丙烷冷卻器冷卻至 40℃ 后，用丙烷送出泵送出裝置。在塔釜有再沸器作用。流程圖如右圖所示： 原始數(shù)據(jù) 根據(jù)已知條件，設(shè)計初始數(shù)據(jù)如 表 所示： 表 原始數(shù)據(jù)列表 物料名稱 進料組成 重量 % 塔頂組成 重量 % 塔釜組成 重量 % 丙烯 丙烷 設(shè)定其操作壓力為 P=(表壓 )。 計劃每年生產(chǎn) 54000t 丙烯 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 5 物料衡算 確定 關(guān)鍵組分 按多組分精餾確定關(guān)鍵組分；揮發(fā)度高的丙烯作為輕關(guān)鍵組分在塔頂分出；揮發(fā)度低的丙烷作為重關(guān)鍵組分在塔底分出。 計算每小時塔頂產(chǎn)量 每年的操作時間 8000h 按計算。 由題目給定 ： 54000000/8000=6750kg/h 計算塔釜質(zhì)量組成 設(shè)計比丙烷重的全部在塔底，比丙烷輕的全部在塔頂。 以 100kg/h 進料為基準，進行物料衡算見表 。 表 物料衡算 進料量 /(kg/h) 餾出液量 /(kg/h) 釜液量 /(kg/h) 丙烯 丙烷 共計 100 D + F D W?? （ ） 0 .1 5 2 1 5 .2 %7 .2 5 0 .0 0 4 0 .1 5 2100 WDWDW? ?????? ??? 或 9 2 .7 5 0 .9 9 6 0 .1 5 2100 DWDW???? ??? 解得： /W kg h? 100 /D k g h? ? ? 丙烷： 38 1 % %WX C H ? ? ? 式中 F —— 原料液流量， kg/h； D —— 塔頂產(chǎn)品（餾出量）流量， /kgh ； W —— 塔底產(chǎn)品（釜殘液）流量， /kgh ； wx —— 釜液中各組分的質(zhì)量分數(shù)。 （ 1） 將質(zhì)量分數(shù)換算成摩爾分數(shù) 項 目 組 分 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 6 按下式計算： w A AA W A A W B BxMx x M x M? ? （ 2.2） 式中 Ax —— 液相中 A 組分的摩爾分數(shù)； AM BM —— AB組分的摩爾質(zhì)量， /kg kmol ； WAWBxx—— 液相中 AB 組分的質(zhì)量分數(shù)。 各組分的相對分子質(zhì)量見表 。 表 各組分的相對分子質(zhì)量 分子式 相對分子質(zhì)量 丙烯 36CH 丙烷 38CH 計算舉例： 丙烯進料摩爾組成： 36 0 .9 2 7 5 4 2 .0 8 0 .9 3 0 60 .9 2 7 5 4 2 .0 8 0 .0 7 2 5 4 4 .0 9Fx C H ??? 丙烷進料摩爾組成： 38 1 0 .9 3 0 6 0 .0 6 9 4Fx C H ? ? ? 丙烯塔頂摩爾組成： 38 0 .9 9 6 0 / 4 2 .0 8 0 .9 9 6 20 .9 9 6 0 / 4 2 .0 8 0 .0 0 4 / 4 4 .0 9Dx C H ??? 丙烷塔頂摩爾組成： 38 1 0 .9 9 6 2 0 .0 0 3 8Dx C H ? ? ? 丙烯塔釜摩爾組成： 36 0 . 1 5 2 0 / 4 2 . 0 8 0 . 1 5 8 10 . 1 5 2 0 / 4 2 . 0 8 0 . 8 4 8 0 / 4 4 . 0 9wx C H ??? 丙烷塔釜摩爾組成： 38 1 81 19Fx C H ? ? ? 同理，計算得各組分的摩爾分數(shù)如表 所示。 表 各組分的摩爾分數(shù) 進料 塔頂產(chǎn)品 塔釜液 丙烯 丙烷 共計 （ 2）計算進料量和塔底產(chǎn)品量 項 目 組 分 項 目 組 分 西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 根據(jù)進料、塔頂產(chǎn)量和塔底產(chǎn)量的關(guān)系有： ? FDF D WF x D x W x???? ? ? ? ? （ ） 已知： 6750 /D kg h? 則 ： ? 67500 . 9 3 0 6 6 7 5 0 0 . 9 9 6 2 0 . 1 5 8 1FW??? ? ? ? ? 解得： kg h? 675 0 573 .12 97 732 297F k g h? ? ? 式中 Fx —— 原料液易揮發(fā)組分的質(zhì)量 分數(shù)； Dx —— 餾出液中易揮發(fā)組分的質(zhì)量 分數(shù)； Wx —— 釜殘液中易揮發(fā)組分的質(zhì)量 分數(shù)。 物料衡算計算結(jié)果見表 表 物料衡算 組分 36CH 38CH 共計 相對分子質(zhì)量 進料 kgh 質(zhì)量分數(shù) /% 100 /kmol h 摩爾分數(shù) /% 塔頂 kgh 6723 27 6750 質(zhì)量分數(shù) /% 100 /kmol h 摩爾分數(shù) /% 100 塔釜 kgh 質(zhì)量分數(shù) /% 100 kmol h 摩爾分數(shù) /% 100 塔溫的確定 確定進料溫度 操作壓力為 MP? （絕對壓力） 假設(shè)：泡點進料，溫度為 45C? ,依 T .P 查 參考資料 1，圖 144 得到平衡常數(shù) k 值。 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 8 因為 222 1iikx ??? 所以 確定進料溫度為 45C? ，進料組成的 iikx值 確定塔頂溫度 假設(shè)：塔頂露點溫度為 44C? ，同理查 參考資料 1，圖 144得 k 值。 塔頂物料組成的 /iiyk值見表 。 表 進料組成的 iikx 值 進料 ix ik iikx 36CH 38CH 共計 表 塔頂物料組成 的 /iiyk值 塔頂物 料 iixy? ik iiiiyxkk? 36CH 38CH 共計 因為 1 .0 2 0 8 9 4 8 1iiyk ??? 所以 確定塔頂溫度為 44C? ，塔頂物料組成的 iiyk值見表 。 確定塔釜溫度 假設(shè)：塔釜溫度為 50℃ ，查 參考資料 1，圖 135得 k 值。 因為 ?? 誤差超過 2% ，說明假設(shè)的溫度過高。 再假設(shè)：塔釜溫度為 49℃ ，查 參考資料 1，圖 135 得 k 值。 因為 1. 00 83 1iikx ??? 所以 ： 確定塔釜溫度為 49℃ ,計算過程數(shù)據(jù)見表 、表 。 表 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù) （一） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 共計 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 9 表 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù) （二） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 1， 00 共計 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 10 3 精餾塔板數(shù)及塔徑的計算 塔板數(shù)的計算 最小回流比的計算 （ 1）求相對揮發(fā)度 ij? 查 參考資料 6,66 頁式（ 718） iiiijj jjyxky kx? ?? （ ） 計算舉例： 丙烯 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 1 .0 1 .1 2 1 .0 4 7 7ik k k? ? ? ?℃ ℃ 丙 烷 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 0 .8 8 0 .9 9 0 .9 3 8 0jk k k? ? ? ?℃ ℃ 其相對揮發(fā)度為 1 .0 4 7 7 1 .1 1 7 00 .9 3 8 0iij jkk? ? ? ? 相對揮發(fā)度見表 表 相對揮發(fā)度見 組分 44k℃ k49℃ 44 49kk℃ ℃ ij? 丙烯 丙烷 （ 2）求最小回流比 查 參考資料 6,87 頁式（ 740） 因為是泡點進料 ?? ? ? ? 塔頂丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： ? ? 塔釜丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： ? ? 進料丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： 1 1F? ?? 平均相對揮發(fā)度 ： 1 .1 1 3 6 1 .1 2 1 .1 1 6 8m D W? ? ?? ? ? ? 西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 由相平衡方程式 ? ? 1 . 1 1 6 8 0 . 9 3 0 6 0 . 9 3 7 41 1 1 0 . 1 1 6 8 0 . 9 3 0 6mqq xy x?? ?? ? ?? ? ? ? 最小回流比 ? ?minR ： m i n 0 .9 9 6 2 0 .9 3 7 4 8 .6 4 7 10 .9 3 7 4 0 .9 3 0 6DqqqxyR yx? ?? ? ??? 計算最 少理論板數(shù) m in1 0 .9 9 6 2 1 0 .1 5 8 1lg lg1 1 0 .9 9 6 2 0 .1 5 8 11 1 6 4 .5 5 9 0l g l g 1 .1 1 6 8WDDWmxxxxN??? ???? ? ? ? ?? ? ? ??? ????? ? ? ???? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? 塔板數(shù)和實際回流比的確定 取