【正文】 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 學(xué)生姓名： 系 別： 化學(xué)化工系 專業(yè)年級： 2010級化學(xué)工程與工藝專業(yè) 指導(dǎo)教師： 2014年 6 月 1 日摘 要現(xiàn)代化工工業(yè)最常用的技術(shù)之一便是輕烴分離技術(shù)，因此研究輕烴分離技術(shù)是至關(guān)重要。而精餾又是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。本裝置通過分離丙烷、異丁烷、正丁烷、異戊烷、異己烷、正己烷而得到液化氣、異戊烷和正戊烷。混合戊烷在我國的儲量與液化石油氣產(chǎn)量相當(dāng)，作為一次能源替代液化氣、柴油、電等二次能源，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，作為天然氣投入產(chǎn)出不經(jīng)濟(jì)市場的有益補(bǔ)充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義?？梢酝ㄟ^三個塔根據(jù)揮發(fā)度的不同以及產(chǎn)品的要求實(shí)現(xiàn)分離，設(shè)計(jì)包括精餾塔的工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量衡算、塔體設(shè)計(jì)、設(shè)備計(jì)算及選型。對板式塔，采用了F型浮閥塔板，并進(jìn)行了塔板水力學(xué)的校核計(jì)算。得到了比較理想的工藝流程及設(shè)備選用。關(guān)鍵詞：輕烴分離；混合戊烷；設(shè)計(jì)ABSTRACTTechnology of light hydrocarbon separation technology is one of the most monly used is important now, separation of light hydrocarbon. Distillation separation is the most mon unit operation in liquid mixtures,is widely used in chemical industry,oil refining, petrochemical and other industries. The device through the separation of propane, nbutane, isobutane, pentane, hexane, hexane and liquefied gas, iPentane and npentane. Pentane hydrocarbon mixture is in China39。s reserves and liquefied petroleum gas production, as an alternative energy of liquefied gas, diesel, electricity and other two energy, to optimize China39。s energy structure, improving energy efficiency, asa useful supplement to natural gas input and output is not the economic market, has important strategic and practical significance.According to the volatility and different product requirements can be met by threetowers to achieve separation, this design including distillation process design, materialbalance, heat balance calculation, design, calculation and selection of tower the plate, the F type float valve tray, calculation and check of tower plate hydraulics. The process flow and equipment ideal selection.Keywords: Light hydrocarbon separation。 Mixed pentane。 Process design 目 錄第一章 總 述 1 前言 1 主題 1 輕烴的分離原理 1 分離順序的選擇 2 產(chǎn)品性能用途 2 生產(chǎn)現(xiàn)狀 4 發(fā)展前景 4第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 6 工藝流程設(shè)計(jì) 6 工藝方案 6第三章 物料衡算 8 原始數(shù)據(jù)的獲得 8 塔T101物料衡算 10 T101清晰分割物料衡算 10 確定塔的操作壓力及溫度 11 確定最小回流比 13 確定最適宜的回流比 14 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù) 15 進(jìn)料溫度及壓力的確定 16 塔T201物料衡算 16 塔T201清晰分割物料衡算 16 確定塔的操作壓力及溫度 17 驗(yàn)證T201清晰分割是否成立 19 確定最適宜的回流比 19 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù) 20 進(jìn)料溫度及壓力的確定 21 塔T301物料衡算 22 清晰分割物料衡算 22 確定塔的操作壓力及溫度 23 驗(yàn)證T301清晰分割是否成立 24 確定最小回流比 25 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù) 26 進(jìn)料溫度及壓力的確定 27第四章 能量衡算 29 T101能量衡算 29 焓值計(jì)算 29 熱負(fù)荷的計(jì)算 29 計(jì)算傳熱劑用量 31 T201 能量衡算 31 焓值計(jì)算 31 熱負(fù)荷的計(jì)算 31 計(jì)算傳熱劑用量 32 T301 能量衡算 32 焓值計(jì)算 32 熱負(fù)荷的計(jì)算 32 計(jì)算傳熱劑用量 33 三塔熱量衡算表 33第五章 設(shè)備工藝計(jì)算及選型 35 T101的設(shè)計(jì)與選型 35 塔徑的計(jì)算 35 塔高的計(jì)算 38 塔體設(shè)計(jì) 39 T201的設(shè)計(jì)與選型 51 塔徑的計(jì)算 51 塔高的計(jì)算 54 塔板的設(shè)計(jì)與布置 54 T301的設(shè)計(jì)與選型 65 塔徑的計(jì)算 65 塔高的計(jì)算 68 塔板的設(shè)計(jì)與布置 68第六章 塔體設(shè)計(jì) 80 T101塔體初步設(shè)計(jì) 80 初步設(shè)計(jì) 80 接管的設(shè)計(jì) 80 T201塔體初步設(shè)計(jì) 82 初步設(shè)計(jì) 82 接管的設(shè)計(jì) 82 T301塔體初步設(shè)計(jì) 84 初步設(shè)計(jì) 84 接管的設(shè)計(jì) 84第七章 換熱器的設(shè)計(jì)與選型 86 T101換熱器的計(jì)算與選型 86 進(jìn)料換熱器E101的選用 86 塔頂冷凝器E102的選用 86 再沸器E103的選用 87 T201換熱器的計(jì)算與選型 87 進(jìn)料換熱器E201的選用 87 塔頂冷凝器E202的選用 87 再沸器E203的選用 88 T301換熱器的計(jì)算與選型 88 進(jìn)料換熱器E301的選用 88 塔頂冷凝器E302的選用 89 再沸器E303的選用 89第八章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表 90第九章 小 結(jié) 96 設(shè)計(jì)陳述 96 體會和收獲 96參考文獻(xiàn) 97致 謝 98第一章 總 述 前言“烴”就是碳、氫兩種元素以不同的比例混合而成的一系列物質(zhì)。其中較輕的部分，就叫做輕烴[6]。天然氣的主要成份是C1，含少量的C2，液化石油氣的主要成份是CC4，它們在常溫常壓下呈氣態(tài)，叫氣態(tài)輕烴。C5C16的烴在常溫常壓下是液態(tài)，我們就叫它液態(tài)輕烴。液態(tài)輕烴中最輕的部分是CC6，飽和的C5 、C6是鼓泡制氣的最好原料，再重一點(diǎn)的部分就是汽油、煤油和柴油等。如果把石油按碳原子數(shù)排列起來分成段，第一段就是天然氣，即碳一、碳二；第二段是液化石油氣，即碳三、碳四，這兩段在常溫常壓下呈氣態(tài)，是氣態(tài)輕烴；我們制氣所用的原料主要是油氣田開采過程中以碳五碳六為主的這段伴生副產(chǎn)品，在常溫常壓下呈液態(tài)。用其所制成的燃?xì)庠谑褂蒙虾吞烊粴狻⒁夯蜌馐且粯拥?。輕烴永遠(yuǎn)與石油、天然氣共存。輕烴具有一系列優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)。輕烴燃?xì)馀c天然氣一樣，都是清潔燃料。除了熱值高、燃燒排放清潔外，與天然氣和液化石油氣相比，其運(yùn)輸、貯存、分銷更為方便安全，不僅可作為居民飲食、洗浴、采暖等各種生活用燃?xì)庠O(shè)施的氣源，也是機(jī)關(guān)、學(xué)校、飯店等公用事業(yè)和玻璃、陶瓷、建材、食品等工業(yè)企業(yè)烹飪、采暖、制冷和生產(chǎn)加熱設(shè)施的理想氣源。所以設(shè)計(jì)合理優(yōu)化的輕烴分離裝置，在化工生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。 主題 輕烴的分離原理輕烴分離技術(shù)是現(xiàn)在最常用的技術(shù)之一，研究輕烴分離技術(shù)至關(guān)重要。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。精餾按操作壓力可分為以下三類[6]。常壓精餾：精餾在常壓下進(jìn)行。減壓精餾:用于常壓下物系沸點(diǎn)較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)濟(jì)或熱敏性物質(zhì)不能承受的情況。減壓可降低操作溫度。加壓精餾:對常溫常壓下為氣體的物系(如空氣)進(jìn)行精餾分離，可采用加壓精餾以提高混合物的沸點(diǎn)。精餾過程中，傳熱、傳質(zhì)過程同時進(jìn)行，屬傳質(zhì)過程控制。在精餾塔中，原料從塔中部適當(dāng)位置進(jìn)塔，將塔分為兩段，上段為精餾段，不含進(jìn)料，下段含進(jìn)料板為提餾段，冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。在精餾段，氣相在上升的過程中，氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷地增濃，在塔頂獲得輕組分產(chǎn)品。在提餾段，其液相在下降的過程中，其輕組分不斷地提餾出來，使重組分在液相中不斷地被濃縮，在塔底獲得重組分的產(chǎn)品。氣、液相回流是精餾操作的重要特點(diǎn)。 分離順序的選擇用經(jīng)驗(yàn)法確定分離順序。經(jīng)驗(yàn)法又稱啟發(fā)法，它憑借在分離過程和工程領(lǐng)域長期積累的經(jīng)驗(yàn)所歸納出來的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，對具體的問題進(jìn)行定性的分析而確定分離順序的方法。使用該方法可免于對所用可能的分離順序進(jìn)行考察，在不作設(shè)計(jì)和設(shè)備費(fèi)估計(jì)的情況下很快地選出較好的分離順序[10]。(1)按相對揮發(fā)度遞減的順序逐個從塔頂分離出各種組分。(2)最困難的分離應(yīng)該放在塔序的最后。(3)應(yīng)使各個塔的餾出液的摩爾數(shù)與釜液的摩爾數(shù)盡量接近。(4)分離很好回收率的組分的塔應(yīng)放在塔序的最后。(5)進(jìn)料中含量很高的組分盡量提前分出上述五條規(guī)則在實(shí)際應(yīng)用中常常是相互矛盾的，根據(jù)某些規(guī)則導(dǎo)出一個塔序，而從另外 規(guī)則又導(dǎo)出不同的塔序。在實(shí)際設(shè)計(jì)中有必要評比若干不同的塔序方案，以明確在該具體條件下哪個因素是主要的。所以上述方法的真正作用是在于減少需要評比的不同方案的數(shù)目，因?yàn)橛泻芏嗨?，由?jīng)驗(yàn)法已可以確定是不可取的，大大縮小了評比的范圍。進(jìn)一步評比的方法有調(diào)優(yōu)合成法和算法合成技術(shù)。 產(chǎn)品性能用途 (一)液化氣產(chǎn)品高壓或低溫液化的石油氣，是由丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、不飽和烴等組成；具有污染少、發(fā)熱量高、壓力穩(wěn)定、儲存設(shè)備簡單、供應(yīng)方式靈活等特點(diǎn)。 產(chǎn)品用途：煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時所得到的副產(chǎn)品；主要用作石油化工原料，用于烴類裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機(jī)燃料[1]。(二)異戊烷中文名稱2，2甲基丁烷。分子式：C5H12；℃，沸點(diǎn)：℃，相對密度(水=1) ，相對蒸氣密度(空氣=1) ，飽和蒸氣壓(kPa) (℃)， 燃燒熱(kJ/mol) ，臨界溫度(℃) ，臨界壓力(MPa) ；純品為無色透明的易揮發(fā)液體，具有令人愉快的芳香氣味，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多數(shù)有機(jī)溶劑；極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸，且對人體具有麻醉及輕度的刺激作用，皮膚長期接觸可發(fā)生輕度皮炎。生產(chǎn)方法：石油煉廠和石油化工廠的副產(chǎn)品。在煉廠鉑重整拔頭油的碳五餾分中含有異戊烷在催化裂化汽油的碳五餾分中也含有異戊烷(勝利原油中約含2%)工業(yè)級的異戊烷含雜質(zhì)是沸點(diǎn)相近的烷烴、環(huán)烷不飽和烴及水分其不飽和烴用濃硫酸洗滌除去水分用無水氯化鈣、五氧化二磷或金屬鈉等脫水劑脫除工業(yè)生產(chǎn)可用分子篩脫水最后再分餾精制分餾液用高溫活化的硅膠吸附柱除去微量的直鏈烴即得精制異戊烷產(chǎn)品。此外工戊烷在氯化鋁或氯化氫存在下經(jīng)異構(gòu)化也可生成異戊烷[1]。產(chǎn)品用途：可以作聚乙烯生產(chǎn)中催化劑的溶劑、可發(fā)性聚苯乙烯的發(fā)泡劑、聚氨酯泡沫體系的發(fā)泡劑、脫瀝青溶劑等；其辛烷值高，可用于汽車、飛機(jī)燃料。 (三)正戊烷無色液體，具有微弱的薄荷香味；極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，甚至引起燃燒；液體比水輕，不溶于水，可隨水漂流擴(kuò)散到遠(yuǎn)處，遇明火即引起燃燒；屬于低毒類，高濃度可引起眼與呼吸道粘膜輕度刺激癥狀和麻醉狀態(tài)，甚至意識喪失，慢性作用為眼和呼吸道的輕度刺激。生產(chǎn)方法：生產(chǎn)方法由石油裂解產(chǎn)物分離而得。例如在煉廠拔頭油的碳五餾分中主要含有正戊烷和異戊烷。大慶原油的汽油餾分中正戊烷約占8%勝利原油的碳五餾分中正戊烷約占3%通過戊烷分離塔或分子篩分離可得正戊烷和異戊烷。南京棲霞山采用五塔精餾生產(chǎn)流程制得發(fā)泡戊烷不僅發(fā)泡率大(達(dá)到50%60%)且穩(wěn)定性好、沸點(diǎn)高、能耗小大大提高了發(fā)泡戊烷的附加值。產(chǎn)品用途：在三氯化鋁存在下，經(jīng)異構(gòu)化可制備異戊烷；也用作萃取溶劑