【正文】 具體計算數(shù)據(jù)如表 44 中所示。氣體的摩爾質量為 ，流量為 ，假設，中段冷卻將溫度降低 10℃。 塔頂回流：流量為 ，摩爾質量為 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 中分離出來的液相，流量為 kmol/d，摩爾質量為 ，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 低壓甲烷摩爾質量為 kg/kmol 流量為 kmol/d，富氫組分流量為 ，摩爾質量為 ，其溫度都為℃，分 別查得定壓熱容分別為 KJ/（ Kg.℃）、 KJ/（ Kg.℃）。塔頂氣體經過壓縮機后的壓力設置為 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 第三進料 液相 125 汽相 第二進料 液相 汽相 入相 第一進料 液相 汽相 塔底再沸回流與抽出熱量差（預冷原料換熱量） 合計： 出相 塔頂甲烷氣體 汽相 塔底液相抽出 液相 合計： 由表 314 可以知道，塔底再沸器所吸入得熱量為： ???Q hKJ/105 換熱器及冷箱熱負荷計算 過程中所使用的定壓熱容均由石油化工計算方法圖表集和石油化工設計手冊中查得純組分的定壓熱容 432 5432 ETDTCTBTACp ?????? （ 1111 ?? ?? RbBtu ） 根據(jù)《石油化工計算方法圖表集》（下冊）圖 829 和圖 8210 進行校正。露點泡點視差計算如表 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 脫甲烷塔的計算 進料的確定 物料 1 由第一分離器出來的液相經過減壓（節(jié)流閥）后送入脫甲烷塔， 物料 2 由第二分離器出來的液相經過減壓（節(jié)流閥）后送入脫甲烷塔， 物料 3 由第三分離器中出來的液相經過減壓后送入冷凝器 5 中回熱后送入脫甲烷塔。 計算步驟同 ，計算結果如表 32 中所示。 脫甲烷塔在低壓操作的時候，其相對揮發(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，而且分離產品的純度高。 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 4 前脫氫低壓深冷法 該法是前脫氫高壓深冷法的改進。 帶膨脹機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，大部分是經過節(jié)流閥減壓，從而為原料預冷系統(tǒng)提供冷量。 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 3 2 脫甲烷系統(tǒng)流程及基礎數(shù)據(jù) 脫甲烷系統(tǒng)流程的確定 對于深冷法脫甲烷，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，尚對絡合分離法和吸附分離法進行過研究，但現(xiàn)在還沒有實現(xiàn)工業(yè)化。 Demethanizer。從能耗來看，在深冷分離的三種流程中，以順序流程的能耗最低。 乙烯裝置是最復雜的化工裝置之一，近年來隨著我國乙烯工業(yè)的迅速發(fā)展，對乙烯技術的研究和開發(fā)取得了重大的進展。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 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 2 設計過程主要解決的問題 （ 1） 根據(jù)導師給的題目要求，確定一個合適的工藝流程； （ 2） 查找 基礎數(shù)據(jù)； （ 3） 假設工藝流程中的各種主要的操作參數(shù)； （ 4） 通過工藝的計算，確定工藝過程中各種工藝操作參數(shù)； （ 5） 計算工藝流程的主 要設備的工藝尺寸； （ 6） 對主要的設備，畫其設備圖； （ 7） 翻譯與乙烯脫甲烷相關的外語文獻。因此，可在進入脫甲烷塔之前，在預冷過程中分離出大部分的氫和相當部分的甲烷。與 Lummus 公司的前脫氫流程相比，其主要的特點是增設了 C2 回收塔。 低壓脫甲烷塔操作壓力降至 ～ (G)左右時，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算出氣化率30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 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 第四分離器出來的氣相將通過冷箱換熱后進入第五分離氣進行等溫閃蒸分離，分離的溫度為 180℃，壓力為 。 所以進料條件如表 3 38中所示 表 37 進料溫度、壓力及流量 溫度 /℃ 壓力 /Mpa 流量 koml/d F1 F2 F3 125 表 38 進料中各組分的組成 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)計算 塔頂和塔底抽出物料 由進料總量 4321 FFFFF ???? ，所以進料的總的組成如表 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 查奧康奈爾關聯(lián)圖，取塔板效率為 ，所以實際進料位置在第 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) 從分離器二中出來的 98℃的氣體通過冷箱 5，將溫度降低到 136℃，其流量為 ，摩爾質量為 ，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中出來的 136℃的氣體 通過冷箱 6，將溫度降低到 155℃，30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 23 流量為 ，摩爾質量為 ，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 中出來的 155℃的氣體通過冷箱 6 以后，溫度降低為180℃，流量為 ，摩爾質量為 ，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 出來的氣相，溫度為 180℃，壓力 ，流量為，摩爾質量為 ，定壓熱容 KJ/（ Kg.℃）液相通過節(jié)流后的壓力為 ，溫度為 ℃，換熱后溫度為 160℃，流量為 ，摩爾質量為 ，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 中出來的液相節(jié)流后，溫度為 ℃，壓力為 ，流量為 ，摩爾質量為 ，定壓熱容為 （ Kg.℃） 冷箱 7 中出來的甲烷氣體， 170℃、 ，定壓熱容為 （ Kg.℃）流量 ，摩爾質量為 假設混合后的 溫度為 t，由兩股物料混合前后熱量守恒可以計算的混合后的溫度為 ℃，兩股物料混合后的壓力不變，摩爾質量為 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 ?? 計算并選取降液管下端到下塔板的距離 0h 具體計算相關數(shù)據(jù)將在表 45中體現(xiàn) 表 45 堰及降液管計算相關數(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 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 實際清液層高度 Lh mm TfAA 降液管面積 fA 2m 停留時間 ? 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 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 38 塔板設計 塔板結構如圖 42 中所示，陰影區(qū)為開孔區(qū)。 ??? 2/1 2/1)( )( ii iii My My ?? （ 413） 阿基米德準數(shù) Ar 230 )(gggl gdAr ? ??? ?? （ 414） 表 41 不同流態(tài)下 Re?Ar 對照關系表 流態(tài) 雷諾數(shù)范圍 Ar范圍 ArRe關系 層流區(qū) 2Re? 36?Ar ? 過渡區(qū) 500Re2 ?? ??? Ar Ar? 紊流區(qū) 500Re? ??Ar Ar? 表 41 中的雷諾數(shù)表達式為： ggdv ?? /Re 00? （ 416） 對于第一 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 ,取關聯(lián)式 )8( （ 45）、（ 46）、（ 47）、（ 48），代入關聯(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 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設計 31 3/ 5 8 11