【正文】 中國(guó)石油大學(xué) 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(jí)： 2007級(jí)化學(xué)工程與工藝專業(yè) 指導(dǎo)教師： ************ 2011年6月14日中國(guó)石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要輕烴具有一系列優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，可用于燃料、制藥、染料和制冷劑等。另外，輕烴作為一種新型清潔能源，市場(chǎng)前景非常可觀。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。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)輕烴生產(chǎn)工藝的分離工段進(jìn)行計(jì)算。選擇出合適的輕烴餾分，根據(jù)原料組成及產(chǎn)品指標(biāo)要求，調(diào)優(yōu)出合理分離序列。 通過(guò)計(jì)算理論塔板數(shù)、回流比、塔的操作壓力、操作溫度、產(chǎn)品流率、塔高、塔徑， 確定了填料塔的填料和板式塔F型浮閥塔板，并進(jìn)行了塔板水力學(xué)的校核計(jì)算。關(guān)鍵詞：輕烴；分離；精餾；設(shè)計(jì)ABSTRACT Light hydrocarbon,which has many excellent physical and chemical properties for manufactacturing pharmacy,dye,gasoline and refrigerant, is widely used as raw materials. As a novel clean fuel, light hydrocarbon has a very promising future for , reasonable design optimization of separation device, in chemical light hydrocarbons pivotal status in the production of chemical reaction.The design of the main production process for the separation of light hydrocarbon section in the calcultion. Suit light hydrocarbon fictions from oil refinery were selected,the rational separation sequence was oprimized according the demand for raw materials’ position and the product target. By calculating the required number of theoretical plates, reflux ratio, the tower operating pressure, operating temperature, product flow rate, high tower, tower diameter calculations,it calculate tower on the plate using the Ftype floating valve tray and a tray of checking hydraulics calculation.Keywords: Lighter hydrocarbon。Abruption。 Distillation 。Design目錄第一章 前言 1 生產(chǎn)任務(wù)情況 1 產(chǎn)品性能用途及市場(chǎng)需求 1 2 2 3第二章 工藝方案及工藝流程示意圖 4 4 確定方案是否合適 5 T101驗(yàn)算 6 T201驗(yàn)算 6 T301驗(yàn)算 6 裝置原則工藝流程圖 7 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 7第三章 物料衡算 8 T101物料衡算 8 清晰分割 8 操作條件的確定 9 驗(yàn)證T101清晰分割是否成立 10 確定最小回流比Rm 12 確定最適宜的回流比 12 確定進(jìn)料溫度 13 T201物料衡算 13 清晰分割 13 T201操作條件確定 14 驗(yàn)證T201清晰分割是否成立 16 確定最小回流比 17 T301的物料衡算 19 清晰分割 19 T301操作條件 20 驗(yàn)證T301清晰分割是否成立 21 確定最小回流比 21 確定理論塔板數(shù) 22 全塔效率及確定實(shí)際板數(shù) 23 確定進(jìn)料溫度及壓力 23 各塔操作條件匯總 24第四章 能量衡算 25 T101能量衡算 25 冷凝器熱負(fù)荷 25 再沸器熱負(fù)荷 26 計(jì)算傳熱劑用量 26 T201能量衡算 27 冷凝器熱負(fù)荷 28 再沸器熱負(fù)荷 28 計(jì)算傳熱劑用量 29 T301能量衡算 30 冷凝器熱負(fù)荷 30 再沸器熱負(fù)荷 31 計(jì)算傳熱劑用量 31第五章 設(shè)備工藝計(jì)算及選型 34. 精餾塔的設(shè)計(jì)與選型 34 T101的設(shè)計(jì)與選型 34 T201的設(shè)計(jì)與選型 40 T301的選型與設(shè)計(jì) 44 塔體的初步設(shè)計(jì) 58 換熱器的計(jì)算及選型 60 T101換熱器的計(jì)算及選型 60 T201換熱器的計(jì)算及選型 61 T301換熱器的計(jì)算及選型 62第六章 原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量 65 原材料 65 動(dòng)力消耗 65 冷卻水及蒸汽用量 65第七章 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 66第八章 小結(jié) 75 設(shè)計(jì)陳述 75 體會(huì)和收獲 75致謝 76參考文獻(xiàn) 77中國(guó)石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 前言 生產(chǎn)任務(wù)情況表11原料組成序號(hào)原料組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6環(huán)戊烷7異己烷合 計(jì)100 產(chǎn)品及規(guī)格：①液化氣：C5及C5+組分含量≤%；②異戊烷：iC50純度≥%；③正戊烷：n C50純度≥%。公用工程：排水、供電、供熱、冷凍以及采暖通風(fēng)等。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：。年開(kāi)工周期：8000小時(shí)/年。采用的生產(chǎn)方式：3塔順序精餾。 產(chǎn)品性能用途及市場(chǎng)需求 輕烴主要來(lái)自石油煉廠的塔頂油、催化重整油或是溶劑油廠的直餾餾分。液化石油氣的主要成份是CC4，常溫常壓下呈氣態(tài)，叫氣態(tài)輕烴。C5C6的烴在常溫常壓下是液態(tài)，叫液態(tài)輕烴。液態(tài)輕烴中最輕的部分是CC6，飽和的CC6是鼓泡制氣的最好原料。液化氣、天然氣、汽油，都是由碳?xì)鋬煞N元素組成，這種由碳?xì)鋬煞N元素組成的物質(zhì)統(tǒng)稱為輕烴。 油氣田開(kāi)采過(guò)程中的伴生副產(chǎn)品，C4 –C10的液態(tài)烴類混合物。對(duì)其叫法各地不同，有稱輕質(zhì)油、輕油、也有稱輕石腦油、輕汽油。石化廠生產(chǎn)的副產(chǎn)品“拔頭油”是以戊烷為主的液態(tài)烴類混合物。煉油廠生產(chǎn)的碳五是以戊烷為主的液態(tài)烴類混合物。 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(chǔ)存設(shè)備簡(jiǎn)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(shí)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。異戊烷：純品為無(wú)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，且對(duì)人體具有麻醉及輕度的刺激作用。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。 正戊烷：無(wú)色液體，具有微弱的薄荷香味；微溶于水，極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；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(shí)喪失，慢性作用為眼和呼吸道的輕度刺激。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，聚苯乙烯理想的發(fā)泡劑，液態(tài)空氣機(jī)的潤(rùn)滑劑；用于低溫溫度計(jì)，制人造冰，麻醉劑，以及合成戊醇等。 戊烷混合烴[1]在我國(guó)的儲(chǔ)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(duì)優(yōu)化我國(guó)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(chǎng)的有益補(bǔ)充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)的油田和煉廠的輕石腦油資源豐富，“碳五輕石腦油綜合利用技術(shù)”利用廉價(jià)的原料生產(chǎn)較高附加值的產(chǎn)品，使石油資源得到合理利用，可給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于戊烷燃料成功地解決了汽化、管輸、壓力調(diào)配等技術(shù)問(wèn)題，戊烷燃料可以罐裝形式供用戶使用，也可通過(guò)建立戊烷燃?xì)夤?yīng)站。它具有建站靈活，占地少，可集群管網(wǎng)供氣，儲(chǔ)運(yùn)安全便捷，價(jià)格適宜等優(yōu)勢(shì)，具備了向市場(chǎng)推廣的條件。在天然氣、液化氣無(wú)法滿足經(jīng)濟(jì)生活增長(zhǎng)需求的情況下，戊烷燃料將是一些地區(qū)未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的理想燃料?？梢灶A(yù)見(jiàn)，其市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力較大。 目前，我國(guó)乃至世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家所使用的清潔燃料還是以天然氣 、液化石油氣及柴油為主。而天然氣、液化石油氣都是非常寶貴的化工原料，深加工后的附加值很高，因沒(méi)有很好的替代能源，只能將其作為普通燃料燒掉。在當(dāng)今世界能源供應(yīng)日趨緊張的形勢(shì)下，將其作為普通燃料燒掉是對(duì)有限資源的浪費(fèi)。我們國(guó)家提出貫徹開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重的方針，改善能源結(jié)構(gòu)與布局，依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，因地制宜地開(kāi)拓可替代氣源、以提高城市現(xiàn)代化，發(fā)展經(jīng)濟(jì)、減少環(huán)境污染、提高城市品位，這將是各級(jí)政府主管部門(mén)今后的首要任務(wù)?！　⑤p烴作為替代燃料可解決我國(guó)石油資源短缺，緩解石油供需矛盾，加快我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，加強(qiáng)資源綜合利用，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效措施。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展以及小城鎮(zhèn)、新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快，對(duì)潔凈能源需求將日益加大，這也為輕烴的應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)，其間蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī)，是二十一世紀(jì)最具投資價(jià)值的新能源項(xiàng)目。79中國(guó)石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第二章 工藝方案及工藝流程示意圖表21 原料組成序號(hào)原料組分摩爾分?jǐn)?shù)，mol%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，kg%分子量1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6環(huán)戊烷7異己烷 （1）根據(jù)以下原則，來(lái)選擇最佳方案： 。 。 。 。（2）生產(chǎn)方案的確定實(shí)現(xiàn)輕烴多組分混合物分離根據(jù)各組分相對(duì)揮發(fā)度和物性（沸點(diǎn)）不同。各組分沸點(diǎn)的沸點(diǎn)相差大且溫度差范圍較寬，可以用精餾方法分離各組分。根據(jù)工藝要求，將原料分為：A. 丙烷、異丁烷、正丁烷，B. 異戊烷，C. 正戊烷，D. 環(huán)戊烷、異己烷。選擇方案如下：需要三個(gè)塔ABCDA BCDBCDC DCD圖21分離方案優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)料中含量多的組分提前分離，減少了后續(xù)塔的流率及再沸器的熱負(fù)荷，節(jié)約能耗和設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)分離很高回收率的組分的塔放在了塔序的最后，這時(shí)非關(guān)鍵組分減少了，使得塔徑減小，進(jìn)而減少了設(shè)備費(fèi)用。缺點(diǎn)：A、B兩組份相對(duì)揮發(fā)度較近，且放在第一個(gè)塔分離，增加了板間汽相流率，造成了塔直徑增加，設(shè)備費(fèi)用增加。第二個(gè)塔餾出液與塔釜液的摩爾數(shù)相差很大，塔頂?shù)酿s出物很多，需要的塔徑相應(yīng)增加，同樣使得設(shè)備費(fèi)用增加。 確定方案是否合適，每年按8000小時(shí)計(jì)算，則進(jìn)料量為8500kg/h。各組分原始數(shù)據(jù)如下表：表22 原料各組分性質(zhì)及原始數(shù)據(jù)匯總編號(hào)組分相對(duì)分子質(zhì)量摩爾流率kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%質(zhì)量流率kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%A丙烷異丁烷正丁烷B異戊烷C正戊烷D環(huán)戊烷異己烷合計(jì)1008500100 假設(shè)生產(chǎn)總進(jìn)料為100kmol/h，并進(jìn)行清晰分割。 T101驗(yàn)算 T101取輕關(guān)鍵組分為正丁烷，重關(guān)鍵組分為異戊烷。假設(shè)回收率分別為99%，99%，則估算物料平衡如下表：表23 T101物料平衡計(jì)算表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)進(jìn)料，kmol/h100塔頂，kmol/h塔底，kmol/h液化氣C5及C5+組分含量=100%=%% 合格。 T201驗(yàn)算T201取輕關(guān)鍵組分為異戊烷，重關(guān)鍵組分為正戊烷，假設(shè)回收率為99%，99%，物料平衡計(jì)算如下表：表24 T201物料平衡表組分正丁烷異戊烷正戊烷環(huán)戊烷異己烷合計(jì)進(jìn)料，kmol/h塔頂，kmol/h塔釜，kmol/h 異戊烷：iC50純度的計(jì)算，D=，D=， iC50純度=D/D100%=%97% 合理。 T301驗(yàn)算 T301取輕關(guān)鍵組分為正戊烷，