【正文】 具體計(jì)算數(shù)據(jù)如表 44 中所示。氣體的摩爾質(zhì)量為 ，流量為 ，假設(shè)，中段冷卻將溫度降低 10℃。 塔頂回流：流量為 ，摩爾質(zhì)量為 溫度由 99℃到 ℃，壓力為 ，查得平均定壓熱容為 KJ/（ Kg.℃），所以 3 9 K J / h3 0 3 4 4 8 3 . 3 424 ) 3 4(2 9 5 1 5 5 9 5 8 6 25 ????????bQ 分離罐 3 中分離出來(lái)的液相，流量為 kmol/d，摩爾質(zhì)量為 ，節(jié)流后壓力為 ，溫度為 ℃，換熱后溫度為125℃，查得熱容為 KJ/（ Kg.℃），則： K J / h2 8 1 3 2 6 . 5 9 724 4 3 ) 5 71 2 5(0 6 5 7 6 0 6 5 7 6 35 ???????cQ 低壓甲烷摩爾質(zhì)量為 kg/kmol 流量為 kmol/d，富氫組分流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，其溫度都為℃，分 別查得定壓熱容分別為 KJ/（ Kg.℃）、 KJ/（ Kg.℃）。塔頂氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)后的壓力設(shè)置為 30atm，即高壓甲烷的壓力為： 表 314 脫甲烷塔全塔熱量衡算 物料 流率 kg/h 溫度 ℃ 焓值 KJ/Kg 熱量 105 KJ 汽相 液相 入相 塔頂回流 第三進(jìn)料 液相 125 汽相 第二進(jìn)料 液相 汽相 入相 第一進(jìn)料 液相 汽相 塔底再沸回流與抽出熱量差（預(yù)冷原料換熱量） 合計(jì)： 出相 塔頂甲烷氣體 汽相 塔底液相抽出 液相 合計(jì)： 由表 314 可以知道，塔底再沸器所吸入得熱量為： ???Q hKJ/105 換熱器及冷箱熱負(fù)荷計(jì)算 過(guò)程中所使用的定壓熱容均由石油化工計(jì)算方法圖表集和石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得純組分的定壓熱容 432 5432 ETDTCTBTACp ?????? （ 1111 ?? ?? RbBtu ） 根據(jù)《石油化工計(jì)算方法圖表集》（下冊(cè)）圖 829 和圖 8210 進(jìn)行校正。露點(diǎn)泡點(diǎn)視差計(jì)算如表 311 和表 312中所示。 表 36 低壓甲烷的組成 組分 4L kmol/d 5L kmol/d L kmol/d ix H2 CO CH4 C2H4 C2H6 ∑ 1 脫甲烷塔的計(jì)算 進(jìn)料的確定 物料 1 由第一分離器出來(lái)的液相經(jīng)過(guò)減壓（節(jié)流閥）后送入脫甲烷塔， 物料 2 由第二分離器出來(lái)的液相經(jīng)過(guò)減壓（節(jié)流閥）后送入脫甲烷塔， 物料 3 由第三分離器中出來(lái)的液相經(jīng)過(guò)減壓后送入冷凝器 5 中回?zé)岷笏腿朊摷淄樗? 計(jì)算步驟同 ，計(jì)算結(jié)果如表 32 中所示。 脫甲烷塔在低壓操作的時(shí)候，其相對(duì)揮發(fā)度增大，大幅度的降低了回流比，從而降低了塔頂冷凝器的能耗，而且分離產(chǎn)品的純度高。 30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 4 前脫氫低壓深冷法 該法是前脫氫高壓深冷法的改進(jìn)。 帶膨脹機(jī)的前脫氫高壓深冷法 在高壓深冷法中，脫甲烷塔塔頂餾出的甲烷，大部分是經(jīng)過(guò)節(jié)流閥減壓，從而為原料預(yù)冷系統(tǒng)提供冷量。 30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 3 2 脫甲烷系統(tǒng)流程及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 脫甲烷系統(tǒng)流程的確定 對(duì)于深冷法脫甲烷，有以下幾種較為典型的工藝流程 ]3[ ： 后 脫氫高壓深冷法、前脫氫高壓深冷法、帶膨脹機(jī)的前脫氫高壓深冷法、帶 C2 回收塔的高壓脫甲烷法 和 前脫氫低壓深冷法 。 在順序分離流程中，進(jìn)入脫甲烷系統(tǒng)的裂解氣除含有氫、甲烷之外，還有碳二至碳五以上的各種烴類。 此外，尚對(duì)絡(luò)合分離法和吸附分離法進(jìn)行過(guò)研究，但現(xiàn)在還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。 Demethanizer。從能耗來(lái)看，在深冷分離的三種流程中，以順序流程的能耗最低。 乙烯裝置是最復(fù)雜的化工裝置之一，近年來(lái)隨著我國(guó)乙烯工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)乙烯技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)取得了重大的進(jìn)展。W、 Kellogg 等公司均采用順序流程， Linde 公司采用前脫乙烷流程，三菱油化及 Brawn、 UOP 公司等多采用前脫丙烷流程。 30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)過(guò)程主要解決的問(wèn)題 （ 1） 根據(jù)導(dǎo)師給的題目要求，確定一個(gè)合適的工藝流程； （ 2） 查找 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； （ 3） 假設(shè)工藝流程中的各種主要的操作參數(shù)； （ 4） 通過(guò)工藝的計(jì)算，確定工藝過(guò)程中各種工藝操作參數(shù)； （ 5） 計(jì)算工藝流程的主 要設(shè)備的工藝尺寸； （ 6） 對(duì)主要的設(shè)備，畫(huà)其設(shè)備圖； （ 7） 翻譯與乙烯脫甲烷相關(guān)的外語(yǔ)文獻(xiàn)。因此，可在進(jìn)入脫甲烷塔之前，在預(yù)冷過(guò)程中分離出大部分的氫和相當(dāng)部分的甲烷。與 Lummus 公司的前脫氫流程相比，其主要的特點(diǎn)是增設(shè)了 C2 回收塔。 低壓脫甲烷塔操作壓力降至 ～ (G)左右時(shí)，其塔頂操作溫度將降至一 120℃ 甚至更低。 根據(jù)壓力和溫度查出各組分的平衡常數(shù)，然后利用牛頓迭代法計(jì)算出氣化率30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 9 e，并依據(jù)公式（ 31）、（ 32）、（ 33）求出分離后氣相和液相中各組分的分子含量和流量。 表 34 第四分離器等溫閃蒸結(jié)果 第四分 離罐 dk m olF /3 4 9 0 9 5 3 5? 氣化率 e= 組分 iZ iK ix iy iV kmol/d iL kmol/d H2 CO CH4 C2H4 C2H6 ∑ 1 1 1 第五分離器 第四分離器出來(lái)的氣相將通過(guò)冷箱換熱后進(jìn)入第五分離氣進(jìn)行等溫閃蒸分離，分離的溫度為 180℃，壓力為 。 所以進(jìn)料條件如表 3 38中所示 表 37 進(jìn)料溫度、壓力及流量 溫度 /℃ 壓力 /Mpa 流量 koml/d F1 F2 F3 125 表 38 進(jìn)料中各組分的組成 組分 1Fx 2Fx 3Fx H2 CO CH4 C2H4 C2H6 C2H2 C3H6 C3H8 0 C3H4 0 C4+ 0 ∑ 1 1 1 脫甲烷塔塔板數(shù)計(jì)算 塔頂和塔底抽出物料 由進(jìn)料總量 4321 FFFFF ???? ，所以進(jìn)料的總的組成如表 39 中所示。?。? ??? mRRR ???? R RRX m 5 6 6 ??? XY 1??? N NNY m 可以求得理論板數(shù) ?N 查奧康奈爾關(guān)聯(lián)圖，取塔板效率為 ，所以實(shí)際進(jìn)料位置在第 16 塊和第17塊塔板之間。所以交換的熱量： hKJQ a /103 5 8 4 )7298( 7 7 4 1 4 3 7 2 8 9 64 ????????? (5) 從分離器二中出來(lái)的 98℃的氣體通過(guò)冷箱 5，將溫度降低到 136℃，其流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，查得 ?Cp KJ/（ Kg.℃），則交換的熱量為： hKJQ a /103 9 7 3 7 9 )981 3 6(5 6 8 0 7 5 4 2 9 9 65 ????????? (6) 從分離罐 3中出來(lái)的 136℃的氣體 通過(guò)冷箱 6，將溫度降低到 155℃，30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 23 流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，查得 ?Cp KJ/（ Kg.℃） hKJQ a /105 8 6 8 )136155( 0 8 2 0 8 0 9 5 3 9 56 ????????? (7) 從分離罐 4 中出來(lái)的 155℃的氣體通過(guò)冷箱 6 以后，溫度降低為180℃，流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，查得平均定壓熱容為 KJ/（ Kg.℃） hKJQ a /107 8 6 4 )1 5 51 8 0(5 7 1 2 8 0 8 8 7 0 0 4 47 ????????? (8) 分 離器 5 出來(lái)的氣相，溫度為 180℃，壓力 ，流量為，摩爾質(zhì)量為 ，定壓熱容 KJ/（ Kg.℃）液相通過(guò)節(jié)流后的壓力為 ，溫度為 ℃，換熱后溫度為 160℃，流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，查得 ?Cp KJ/（ Kg.℃） 換熱量： hKJQ b / )( 0 3 1 1 7 47 ???????? hKJQ bac /103 1 7 4 8 9 4 4777 ?????? 24 )1 8 0(2 4 7 7 4 3 1 9 6 0 3 67 ????? tQ c 可以得到富氫第一次換熱后的溫度為 ℃ (9) 冷箱 6 分離器 4 中出來(lái)的液相節(jié)流后，溫度為 ℃，壓力為 ，流量為 ，摩爾質(zhì)量為 ，定壓熱容為 （ Kg.℃） 冷箱 7 中出來(lái)的甲烷氣體， 170℃、 ，定壓熱容為 （ Kg.℃）流量 ，摩爾質(zhì)量為 假設(shè)混合后的 溫度為 t，由兩股物料混合前后熱量守恒可以計(jì)算的混合后的溫度為 ℃，兩股物料混合后的壓力不變，摩爾質(zhì)量為 kg/kmol流量為 kmol/d。 冷箱 1 中不足的冷量將由制冷系統(tǒng)提供。浮閥型式為 F1型，閥的排列采用叉排法 ，如圖 41 所示 。 （ 6） 由 mmhhw 13~60 ?? 計(jì)算并選取降液管下端到下塔板的距離 0h 具體計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)將在表 45中體現(xiàn) 表 45 堰及降液管計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù) 1～ 17塊板 18～ 29塊板 30～ 37塊板 38～ 66塊板 取直徑 D mm 1350 1350 1350 1600 Dlw/ 堰長(zhǎng) wl mm 945 945 1200 堰上液層高度 owh mm 清液層高度 Lh mm 60 60 60 70 堰高 wh mm 取 wh mm 45 45 30 實(shí)際清液層高度 Lh mm TfAA 降液管面積 fA 2m 停留時(shí)間 ? s 都大于 5 秒，符合要求 降液管下端到下塔板的距離 0h mm 39～ 32 39～ 32 39～ 32 24～ 17 36 36 36 20 30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 38 塔板設(shè)計(jì) 塔板結(jié)構(gòu)如圖 42 中所示，陰影區(qū)為開(kāi)孔區(qū)。 ??? 2/1 2/1)( )( ii iii My My ?? （ 413） 阿基米德準(zhǔn)數(shù) Ar 230 )(gggl gdAr ? ??? ?? （ 414） 表 41 不同流態(tài)下 Re?Ar 對(duì)照關(guān)系表 流態(tài) 雷諾數(shù)范圍 Ar范圍 ArRe關(guān)系 層流區(qū) 2Re? 36?Ar ? 過(guò)渡區(qū) 500Re2 ?? ??? Ar Ar? 紊流區(qū) 500Re? ??Ar Ar? 表 41 中的雷諾數(shù)表達(dá)式為： ggdv ?? /Re 00? （ 416） 對(duì)于第一 分離器 入口量為 ，分子量為 ，氣體的壓力為 3500kPa（表），溫度為 72℃，其中氣相的量為 kmol/d，分子量為 ；液相的量為 kmol/d，分子量為 ， 求 ， 72℃時(shí)的壓縮因子 KTcyTc ii 4 5 0 1? ?? ? ?? M P aPcyPc ii 7 7 2 7 由于 P2﹤ P1﹤ 35 Mpa ,取關(guān)聯(lián)式 )8( （ 45）、（ 46）、（ 47）、（ 48），代入關(guān)聯(lián)式迭代 可以求得壓縮因子為 ，基方條件下的壓縮因子為 根據(jù) nRTPV? ，基方條件下的摩爾體積為 kmolm /3 ，所以可以解得氣相的體積流率為 smQ s / 9 9 4 1 9 4 1 7 5 3????? ???? 則可以求得氣體的密度 3/ 4 1 7 58 )( mKgR T ZMWPg ??? ???? 分離罐中液相的分子量為 ， 30 萬(wàn)噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 31 3/ 5 8 11