【正文】 布置 流體力學(xué)計算 塔板負(fù)荷性能圖 脫輕塔提餾段的塔板工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計 堰及降液管設(shè)計 塔板布置 浮閥布置 流體力學(xué)計算 塔板負(fù)荷性能圖 塔高 塔效率 塔的實際 板數(shù)及進(jìn)料位置 6 塔高 第四章 換熱器工藝尺寸計算 確定設(shè)計方案 選擇換熱器的類型 流動空間及流速的確定 確定物性數(shù)據(jù) 計算傳熱面積 傳熱量 鹽水用量 平均傳熱量 Δ tm 換熱器的選取 校核傳熱系數(shù) 1 管內(nèi)鹽水的對流傳熱系數(shù) ai 2 管外有機蒸汽的對流傳熱系數(shù) ao 計算傳熱面積 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 1 管程流動阻力 2 殼程阻力 第五章 選泵 泵的選型 泵的必需汽蝕余量 NPSHr 核算 第六章 選管 脫重塔 脫輕塔 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 附錄 A 主要符號說明 69 致謝 7 第一篇 設(shè)計說明書 第一章 總說明 工業(yè)生產(chǎn)狀況 目前 , 世界丁二烯的來源主要有兩種 , 一種是從乙烯裂解裝置副產(chǎn)的混合 C4 餾分中抽提得到 , 這種方法價格低廉 , 經(jīng)濟上占優(yōu)勢 , 是目前丁二烯的主要來源。此外 , C4餾分選擇加氫除炔工藝 (簡稱 KLP 工藝 )等新工藝正在不斷地開發(fā)和應(yīng)用。目前 , 全世界丁 二烯生產(chǎn)能力的 97% 采用裂解 C4混合物抽提工藝 , 其余采用正丁烷、正丁烯或乙醇脫氫工藝。在消費結(jié)構(gòu)中 , 丁苯橡膠的消費量占總消費量的 31. 59% , 聚丁二烯橡膠占 27. 46% , 丁腈橡膠占 4. 22% , 氯丁橡膠占 2. 00% , 己二腈 /1, 6 己二胺占 4. 56%, ABS 樹脂占 12. 53%, 丁苯聚合物膠乳占 12. 07% , 其他方面占 5. 57% 。隨著中東和亞洲地區(qū)乙烯工業(yè)的快速發(fā)展 , 今后中東地區(qū)對世界丁二烯貿(mào)易的貢獻(xiàn)將逐漸增大 , 而亞洲地區(qū)將從凈進(jìn)口轉(zhuǎn)變成為凈出口。截止到 2020 年 l1 月底．我國丁二烯的總生產(chǎn)能力達(dá)到 171． 4 萬 t／ a．生產(chǎn)裝置主要集中在中國石化和中國石油兩大集團公司所屬企業(yè)．其中中國石化的生產(chǎn)能力為99． 8 萬 t／ a(含合資企業(yè) )，約占總生產(chǎn)能力的 58． 23％ ：中國石 油的生產(chǎn)能力為 53． 1萬 t／ a．約占總生產(chǎn)能力的 30． 98％。 丁二烯的性質(zhì)及其用途 丁二烯，通常指 l， 3— 丁二烯，又稱乙烯基乙烯，分子式 C4H6，無色氣體。 丁二烯是碳四餾分中最重要的組分。 丁二烯是生產(chǎn)合成橡膠 (丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠 )的主要原料。以丁二烯為原料制取的精細(xì)化學(xué)品。四氫苯酐再經(jīng)硝酸氧化，可得丁烷四羧酸，是制造水溶性漆的原料。 (4)丁二烯的線型調(diào)聚反應(yīng)在工業(yè)上很有用處，線型二聚后得到八碳直鏈烯烴，再經(jīng)醛化、加氫即得壬醇，在合成香料、表面活性劑、潤滑油添加劑方面都有重要用途。還有通過丁二烯齊聚得到的線性辛三烯，也是用傳統(tǒng)方法難以獲得的精細(xì)化學(xué)品 . 丁二烯毒性較小，但對皮膚和粘膜刺激性較強，高濃度時有麻醉作用，空氣中允許濃度為 100 毫克／米 3。另一種是從煉油廠C4 餾分脫氫得到 , 該方法只在一些丁烷、丁烯資源豐富的少數(shù)幾個國家采用。近幾年 , 隨著中國多套乙烯新建裝置的建成投產(chǎn) , 為丁二烯的發(fā)展提供了大量的裂解 C4原料 , 使得中國丁二烯的生產(chǎn)能力大幅度增加。 中海油的生產(chǎn)能力為 15. 5 萬 t /a, 占總生產(chǎn)能力的 6. 35% 。 再次是中石化天津石油化工公司 ,生產(chǎn)能力為 20. 0萬 t /a, 占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的 8. 20% 。隨著生產(chǎn)能力的不斷增加 , 中國丁二烯產(chǎn)量也不斷增加。急性中毒：輕者有頭痛、頭暈、惡心、咽痛、耳鳴、全身乏力、嗜睡等。皮膚直接接觸丁二烯可發(fā)生灼傷或凍傷。 燃爆危險： 本品易燃，具刺激性。就醫(yī)。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。若遇高熱，可發(fā)生聚合反應(yīng)，放出大量熱量而引起容器破裂和爆炸事故。若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰。切斷火源。合理通風(fēng)，加速擴散。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗后再用。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。在傳送過程中，鋼瓶和容器必須接地和跨接，防止產(chǎn)生靜電。遠(yuǎn)離火種、熱源。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。 呼吸系統(tǒng)防護： 一般不需要特殊防護，高濃度接觸時可佩戴自吸過濾式防毒面具（半面罩）。 其他防護： 工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙。 pH： 熔點 (℃ )： 沸點 (℃ )： 相對密度 (水 =1)： 相對蒸氣密度 (空氣 =1)： 飽和蒸氣壓 (kPa)： (21℃ ) 燃燒熱 (kJ/mol)： 臨界溫度 (℃ )： 臨界壓力 (MPa)： 14 辛醇 /水分配系數(shù)的對數(shù)值： 無資料 閃點 (℃ )： 無意義 引燃溫度 (℃ )： 415 爆炸上限 %(V/V)： 爆炸下限 %(V/V)： 溶解性： 溶于丙酮、苯、乙酸、酯等多數(shù)有機溶劑。 聚合危害： 分解產(chǎn)物： 第十一部分：毒理學(xué)資料 急性毒性： LD50：無資料 LC50： 285000mg/m3， 4 小時 (大鼠吸入 ) 亞急性和慢性毒性： 刺激性： 致敏性： 致突變性： 致畸性： 致癌性： 第十二部分：生態(tài)學(xué)資料 生態(tài)毒理毒性： 生物降解性： 非生物降解性： 生物富集或生物積累性： 其它有害作用： 該物質(zhì)對環(huán)境有危害，對魚類應(yīng)給予特別注意。 運輸注意事項： 本品鐵路運輸時限使用耐壓液化氣企業(yè)自備罐車裝運，裝運前需報有關(guān)部門批準(zhǔn)。裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置，禁止 15 使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具裝卸。公路運輸時要按規(guī)定路線行駛，勿在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留。碳四原料由碳四原料泵 B101a/b 抽出，由 FRC1111 調(diào)節(jié)進(jìn)料量送至碳四原料蒸發(fā)器 H102 的殼程，利用循環(huán)溶劑的熱量使碳四原料全部汽化，然后進(jìn)入丁二烯萃取精餾塔 T101A 第 38 板或 39 板。 V0102 內(nèi)物料由丁二烯萃取精餾塔回流泵 P0102A/B抽出。作為碳四炔釋氣送至炔烴側(cè)線塔 T0104 第 20 板。其中 E0106A/B 是以蒸汽為熱源的重 沸器E01 T0101B 塔釜由 P0104A/B 抽出。 T0102 塔底為解吸干凈的乙腈，由 P0105A/B抽出，經(jīng) E0303A,E0108A/B,E0106A/B,E0102A/B,E0102 回收熱量后，再由溶劑冷卻器E0104， E0105 分別冷卻后作為萃取精餾溶劑進(jìn)入 T0101A 和 T0103 塔中，各換熱器均有溫度調(diào)節(jié)，同時為了除去循環(huán)溶劑中的二聚物及各種雜質(zhì)。炔烴側(cè)線塔 T0104的塔底接收來自溶劑解吸塔 T0102側(cè)線抽出的物料為了防止塔頂?shù)奶妓娜矡N濃縮。 (2) 對設(shè)備和人身安全有較大危險的過程定量，要求設(shè)置報警高限和低限。 T－溫度 K 進(jìn)料溫度 tp＝ 44℃，把丙炔的安托因常數(shù)代入方程得： Pis =（ 44+ ） Pis = = 依次計算 Pis得 表 32 各組分飽和蒸汽壓 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Pis /KPa 6 5 3 7 8 2 2 2 7 25 相平衡常數(shù)與相對揮發(fā)度 Ki=Psi/P,PF=480Kpa,則 Ki＝ ＝ 依次計算 Ki 表 33各組分相平衡常數(shù) 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ki 9 4 9 4 7 9 9 7 9 相對揮發(fā)度：以 1,3丁二烯為參考組分 aij=Ki/Kj a15=K1/K5 = / = 依次計算 aij列表 表 34 各組分相對揮發(fā)度 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 aij 2 0 7 6 0 5 7 8 6 最少理論板數(shù) 依設(shè)計分離要求可知：輕關(guān)鍵組分 1,3 丁二烯的回收率 ?HKw= 又裝置的年處理量： ，生產(chǎn)天數(shù)： 300 天 /年（ 7200 小時 /年） 查化學(xué)工程手冊知各組分的分子式量為： 表 35 各組分的分子式量 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Mi/(Kg/K mol) 則進(jìn)料混合物的平均分子式量為： MF=X1M1+X2M2+…… +X9M9 MF= * + *( ++ )+*( ++)+ * + * = Kmol 裝置的摩爾流率 ： F= / h 所以塔頂、塔釜關(guān)鍵組分的摩爾流率 ： dLK=FLK?LKD= Kmol / h wLK=FLKdLK= Kmol / h wHK=FHK?HKw= Kmol / h dHk=FHKwHK= Kmol / h 由芬斯克方程： 26 代入相關(guān)數(shù)據(jù)解得最少理論板數(shù) ： Nm= 非關(guān)鍵組分的餾出液與釜液的摩爾流率 設(shè) i 為非關(guān)鍵組分， r 為輕關(guān)鍵組分 （ d/w） i=(d/w)r*(air))Nm 代入數(shù)據(jù)： ｛ d1/w1=( *) { d1 + w1=* 解得 ｛ d1= h { w1=0 依次計算結(jié)果列于表： 表 36 各組分塔頂塔釜餾出液摩爾流率 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 di/(Kmol/ h) 1 7 7 2 0 8 8 8 Wi/(Kmol /h) 0 0 5 0 3 1 0 0 0 脫輕塔各組分飽和蒸氣壓計算 經(jīng)脫重塔分離塔頂組分有：丙炔、反 2丁烯、 1丁烯、順 2丁烯、 1,3丁二烯、 乙烯基乙炔 6 種組分 表 37 脫輕塔進(jìn)料摩爾流率 序號 1 2 3 4 5 6 組分 丙炔 反 2丁烯 1丁烯 順 2丁烯 1,3丁二烯 乙烯基乙炔 進(jìn) 料 量 Kmol/h 已知脫輕塔進(jìn)料溫度 T=41℃ =，由安托因公式計算各組分飽和蒸氣壓： 表 37 各組分飽和蒸氣壓 序號 1 2 3 4 5 6 Psi/Kpa 相平衡常數(shù)與相對揮發(fā)度 以 1,3丁二烯為參考組分，計算結(jié)果： 表 38 各組分的相平衡常數(shù) 序號 1 2 3 4 5 6 K1 27 表 39 各組分相對揮發(fā)度 序號 1 2 3 4 5 6 aij 脫輕塔最少理論板數(shù) 脫輕塔的兩關(guān)鍵組分為丙炔， 1,3丁二烯： Nm= 所以塔頂、塔釜關(guān)鍵組分的摩爾流率 ： dLK=FLK?LKD= h wLK=FLKdLK= h wHK=FHK?HKw= h dHk=FHKwHK= h 非關(guān)鍵組分塔頂餾出液及塔釜液的摩爾流率 依次計算結(jié)果： 表 310 各組分塔頂塔釜餾出液摩爾流率 序號 1 2 3 4 5 6 di/(Kmol/h) 0 0 wi/(Kmol/h) 28 第二章 熱量橫算 脫重塔的最小回流比 Rm，實際回流比 R 由恩特伍德方程： ∑ (ai*xiF)/(aiθ )=1q ∑ (ai*xId)m/(aiθ ) = Rm +1 又脫重塔飽和氣相進(jìn)料： q=0 且代入相關(guān) ai， xi,F 于方程： * / ( – θ )+0 . 8440* / ( – θ )+…… +*（ )+ *（ – θ )= 采用 Excel 試差法解： θ = 又塔頂餾出液總流量： D =∑ di= 塔頂各組分摩爾分率 (xi,D)m； （ x1D） m=d1/D= 依次計算結(jié)果： 表 41 塔頂各組分摩爾分率 組分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (xi,D)m 0 將數(shù)據(jù)代入方程： ∑ (ai*xId)m/(aiθ ) = Rm= 在實際情況下，如果取 R/Rm= 常需要很多理論板數(shù)；如果取為 ，則需 要較少的