【正文】 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 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 6 工藝流程設(shè)計 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 焓值計算 29 熱負(fù)荷的計算 29 計算傳熱劑用量 31 T201 能量衡算 31 焓值計算 31 熱負(fù)荷的計算 31 計算傳熱劑用量 32 T301 能量衡算 32 焓值計算 32 熱負(fù)荷的計算 32 計算傳熱劑用量 33 三塔熱量衡算表 33第五章 設(shè)備工藝計算及選型 35 T101的設(shè)計與選型 35 塔徑的計算 35 塔高的計算 38 塔體設(shè)計 39 T201的設(shè)計與選型 51 塔徑的計算 51 塔高的計算 54 塔板的設(shè)計與布置 54 T301的設(shè)計與選型 65 塔徑的計算 65 塔高的計算 68 塔板的設(shè)計與布置 68第六章 塔體設(shè)計 80 T101塔體初步設(shè)計 80 初步設(shè)計 80 接管的設(shè)計 80 T201塔體初步設(shè)計 82 初步設(shè)計 82 接管的設(shè)計 82 T301塔體初步設(shè)計 84 初步設(shè)計 84 接管的設(shè)計 84第七章 換熱器的設(shè)計與選型 86 T101換熱器的計算與選型 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)計結(jié)果匯總表 90第九章 小 結(jié) 96 設(shè)計陳述 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?、液化石油氣是一樣的。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。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。 分離順序的選擇用經(jīng)驗法確定分離順序。經(jīng)驗法又稱啟發(fā)法，它憑借在分離過程和工程領(lǐng)域長期積累的經(jīng)驗所歸納出來的經(jīng)驗規(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)計和設(shè)備費估計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。在實際設(shè)計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，因為有很多塔序，由經(jīng)驗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。 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：℃，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，聚苯乙烯理想的發(fā)泡劑，液態(tài)空氣機(jī)的潤滑劑；用于低溫溫度計，制人造冰，麻醉劑，以及合成戊醇等。(四)正己烷低毒、有微弱的特殊氣味的無色液體，℃，℃；具有一定的毒性，會通過呼吸道、皮膚等途徑進(jìn)入人體，長期接觸可導(dǎo)致人體出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、四肢麻木等慢性中毒癥狀，嚴(yán)重的可導(dǎo)致暈倒、神志喪失、甚至死亡。極易揮發(fā)著火，極易燃易爆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。與氧化劑接觸發(fā)生強烈反應(yīng)甚至引起燃燒。在火場中受熱的容器有爆炸危險其蒸氣比空氣重能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方遇明火會引著回燃。產(chǎn)品用途：正己烷的主要作溶劑、如丙烯等烯烴聚合時的溶劑、食用植物油的提取劑、橡膠和涂料的溶劑以及顏料液化氣的使用涉及有色金屬冶煉、窯爐培燒、汽車燃料、居民生活等領(lǐng)域。有色金屬冶煉中要求燃料熱質(zhì)穩(wěn)定無燃爐產(chǎn)物無污染而液化石油氣都具備了這些條件。液化石油氣被加熱氣化后可以方便地引入冶煉爐燃燒。山東金升有色金屬集團(tuán)公司已將液化石油氣成功地用于德國克虜伯熔煉爐的銅冶煉工藝代替了原煤氣燃燒工藝減少了硫、磷等雜質(zhì)的危害提高了銅材質(zhì)量。 生產(chǎn)現(xiàn)狀正戊烷的生產(chǎn)現(xiàn)狀：目前，國內(nèi)戊烷生產(chǎn)技術(shù)主要來自于天津大學(xué)和北京化工研究院。[1]主要生產(chǎn)原料為油田輕烴、原油預(yù)處理裝置的拔頭油、加氫裝置的輕石腦油、重整加氫后的混合烴、煉廠氣分裝置的C5及乙烯裝置裂解副產(chǎn)的C5餾分，也可采用C5醚化后的混合C5分離精制處理得到，也可采用環(huán)戊二烯加氫制得。從直餾汽油、天然氣凝析油、加氫裂化尾油、重整汽油中經(jīng)分餾獲得的C5餾分，以戊烷分離塔和異戊烷塔高效精餾分離而得到正戊烷和異戊烷產(chǎn)品居主導(dǎo)地位。目前戊烷產(chǎn)品還沒有國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但生產(chǎn)企業(yè)有各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且與國外同類產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。 發(fā)展前景 戊烷混合烴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)市場的有益補充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。我國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)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。[1] 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)問題，戊烷燃料可以罐裝形式供用戶使用，也可通過建立戊烷燃?xì)夤?yīng)站。它具有建站靈活，占地少，可集群管網(wǎng)供氣，儲運安全便捷，價格適宜等優(yōu)勢，具備了向市場推廣的條件。在天然氣、液化氣無法滿足經(jīng)濟(jì)生活增長需求的情況下，戊烷燃料將是一些地區(qū)未來較長一段時間內(nèi)的理想燃料?？梢灶A(yù)見，其市場開發(fā)潛力較大。99第二章 工藝流程設(shè)計工藝流程設(shè)計是工藝設(shè)計的核心，在整個設(shè)計中，設(shè)備選型、工藝計算、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。只有流程確定后，其他各項工作才能展開，工藝流程設(shè)計影響各個方面，而各個方面的變化又反過來影響工藝流程的設(shè)計，設(shè)計使工藝流程發(fā)生較大的變化。 工藝流程設(shè)計 工藝方案 表11 原料組成表序號原料組分組成，m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計 （一）由產(chǎn)品要求將原料分為四組：A丙烷，異丁烷，正丁烷 B 異戊烷C 正戊烷，異己烷 D 正己烷根據(jù)以下原則，來選擇最佳方案： 　　。 　　。 　　 。 　　 。(二)生產(chǎn)方案的確定圖21 方案流程圖優(yōu)點：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)備費用，同時分離很高回收率的組分的塔放在了塔序的最后，這時非關(guān)鍵組分減少了，使得塔徑減小，進(jìn)而減少了設(shè)備費用。缺點：A、B兩組份相對揮發(fā)度較近，且放在第一個塔分離，增加了板間汽相流率，造成了塔直徑增加，設(shè)備費用增加。第二個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)備費用增加。 第三章 物料衡算簡捷計算主要步驟：一．假設(shè)滿足清晰分割，進(jìn)行初步物料衡算二．確定塔的操作壓力及溫度三．確定、四．校核物料平衡五．確定R、N六．確定進(jìn)料位置