【導(dǎo)讀】和輕烴分餾產(chǎn)品的深加工具有重要意義。輕烴是多種低碳飽和烷烴的混合物，每一種。使輕烴精制及其綜合利用成為一個(gè)涉及石油化工研究各個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)復(fù)雜過程。本設(shè)計(jì)主要針對輕烴生產(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。通過計(jì)算理論塔板數(shù)、回流比、型浮閥塔板，并進(jìn)行了塔板水力學(xué)的校核計(jì)算。

　　

【正文】 T， oC 回流罐 塔頂 進(jìn)料 塔釜 Rm R Nm N NR NS N 實(shí)際 17 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第四章 能量衡算 T101 能量衡算 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》 [13]得回流罐液相 各 組分焓值 ， 塔頂氣相組分焓值 HLDi，進(jìn)料飽和液體組分焓值 HFi，和塔底液相組分焓值 HWi。 根據(jù)各部分組成，計(jì)算回流罐的焓值 HLd，塔頂焓值 HV，進(jìn)料焓值 HF及塔底焓值 HW。列表如下 ： 表 41 T101 混合焓表 注 ：混合熱焓由 H=∑Hixi求得（ xi為質(zhì)量分率）。 冷凝器熱負(fù)荷 體系選取如圖 ： 組分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊烷 熱焓 ， kJ/kg 回流 (40℃ ) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， % HLDi， kJ/kg 進(jìn)料 (℃ ) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， % HFi， kJ/kg 塔頂 (℃ ) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， % HVi， kJ/kg 塔底(200.℃ ) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， % HWi， kJ/kg 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 41 冷凝器負(fù)荷體系示意 Q=(R+1)D(HVHLD) (41) =(+1)() =106kmol/h 再沸器熱負(fù)荷 能量衡算范圍如圖 ： 圖 42 再沸器熱負(fù)荷衡算范圍示意 由全塔熱量衡算式 ： QF+QB =Qˊ+QD+QC+QW 即： FHF+DRHLD+QB=D(R+1)HV +WHW+Qˊ 其中 Qˊ=5%max(QB， QC)，令 Qˊ= 則有 ： QB=[(R+1)DHV+WHWFHFRDHLD ] / (42) =106kmol/h QD QL QW QB QV QF Qˊ QC V QC L D 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 由于 QBQC，所以假設(shè)成立。 計(jì)算傳熱劑用量 1. 冷卻水用量 ： 取循環(huán)水上水溫度為 25oC，循環(huán)下水 40 oC，水的 Cp=(kg. oC)。 mc= QC/Cp△ t =105 kg/h (43) 2. 蒸汽用量 ： 低壓蒸汽 ( oC)， Br =Bm = QB/ Br =3491kg/h (44) 3. 原料預(yù)熱蒸汽用量： 設(shè)定原料儲(chǔ)罐中的溫度為 25 oC， 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》 得出各組分焓值。計(jì)算混合焓值如下表： 表 42 組分混合焓 組分 甲烷 乙 烷 丙烷 正丁烷 正戊烷 合計(jì) xi ， mol% 100 H， kJ/kg 從 25 oC～ oC需熱量為： Q=F(HF1HF )=16250() =106 kmol/h 低壓蒸汽 ( oC)， Br = kJ/kg Bm = QB/ Br =3491 kg/h T201 能量衡算 查 《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》 得回流罐液相 各 組分焓值 ， 塔頂氣相組分焓值 HLDi，進(jìn)料飽和液體組分焓值 HFi，和塔底液相組分焓值 HWi。 根據(jù)各部分組成，計(jì)算回流罐的焓值 HLD，塔頂焓值 HV，進(jìn)料焓值 HF及塔底焓值 HW。如下 表： 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 表 43 T201 混合焓表 注 ：混合熱焓由 H=∑Hixi求得（ xi為質(zhì)量分率）。 冷凝器熱負(fù)荷 體系選取如圖： 圖 43 冷凝器負(fù)荷體系示意 Q=(R+1)D(HV－ HLD) =(+1)() =106kJ/h 再沸器熱負(fù)荷 能量衡算范圍如圖 ： 組分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 混合熱焓 ,kJ/kg 回流 (40 oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù) ， % HLDikJ/kg 進(jìn)料 (125 oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HFi， kJ/kg 塔頂 ( oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HVi， kJ/kg 塔底 ( oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HWi， kJ/kg V QC L D 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 44 再沸器熱負(fù)荷衡算范圍示意 由全塔熱量衡算式： QF+QB+ =Qˊ+QD+QC+QW 即： FHF+DRHLD+QB=D(R+1)HV +WHW+Qˊ ， 其中 Qˊ=5%max(QB， QC) 假設(shè) Qˊ= 則： QB= [(R+1)DHV+WHWFHFRDHLD ]/ =106 kJ/h 由于 QBQC，所以假設(shè)成立。 計(jì)算傳熱劑用量 1. 冷卻水用量 ： 取循環(huán)水上水溫度為 25℃ ，循環(huán)下水 40℃ ，水的 Cp=(kg.℃ )。 mC=QC/CpΔt=104(kg/h) 2. 蒸汽用量 ： 低壓蒸汽 （ ℃ ） ， Br =， Bm =QB/ Br =3. T201的原料水的用量 T201進(jìn)料溫度為 125℃ ，將 T101的塔釜出料有 40℃ ，加熱至 125℃ 。所需 冷卻水有 40℃ ～ 125℃ 。 已知 Gm=， rB=， 則 Q=Gm(HW1HF2 )=106kJ/h m=Q/CpΔ t= T301 能量衡 算 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》得各組分焓值，根據(jù)各組分的焓值計(jì)算各部分混合焓值。如下表： QD QL QW QB QV QF Qˊ QC 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 表 44 T301混合焓表 注 ：混合熱焓由 H=∑Hixi求得（ xi為質(zhì)量分率）。 冷凝器熱負(fù)荷 體系選取如圖 ： 圖 45 冷凝器負(fù)荷體系示意 Q=(R+1)D(HV－ HLD) =(+1)() =105 kJ/h 再沸器熱負(fù)荷 能量衡算范圍如圖 ： 組分 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊 烷 混合熱焓 ， kJ/kg 回流 (40 oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HLDi， kJ/kg 進(jìn)料 ( oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HFi， kJ/kg 337 塔頂 (42 oC) 質(zhì)量 分?jǐn)?shù)， % HVi， kJ/kg 塔釜 ( oC) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % HWi， kJ/kg V QC L D 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 46 再沸器熱負(fù)荷衡算范圍示意 圖 由全塔熱量衡算式： QF+QB+=Qˊ+QD+QC+QW 即： FHF+DRHLD+QB=D(R+1)HV +WHW+Qˊ ， 其中 Qˊ=5%max(QB， QC) 假設(shè) Qˊ= 則： QB= [(R+1)DHV+WHWFHFRDHLD ]/ =104 kJ/h 由于 QCQB，所以假設(shè)成立。 計(jì)算傳熱劑用量 1. 冷卻水用量 ： 取循環(huán)水上水溫度為 25 oC，循環(huán)下水 40 oC，水的 Cp=(kg. oC)。 mC=QC/Cp△ t=4141(kg/h) 2. 蒸汽用量 ： 低壓蒸汽 ( oC)， Br =； Bm =QB/ Br =3. 冷卻進(jìn)入 T301的原料水的用量 T101 的塔釜出料的溫度為 200 oC，混合焓為 ，進(jìn)入 T301 冷卻至 oC。冷水有 25 oC～ 45 oC， Δt=4025=15 oC， Cp= kJ/(kgoC) Q= GW2 (HWH)=106kJ/h m=Q/CpΔt= 105kg/h QD QL QW QB QV QF Qˊ QC 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 表 45 T10 T20 T301 能量匯總表 項(xiàng)目 設(shè)備 質(zhì)量流 率 ，kg/h 熱焓 ， kJ/kg 溫度 ， oC 熱量 ， kJ/h T101 進(jìn)塔 進(jìn)料 16250 107 再沸器 107 小計(jì) 107 出塔 冷凝器 106 塔頂出料 106 塔釜出料 107 損失 105 小計(jì) 107 T201 進(jìn)塔 進(jìn)料 107 再沸器 106 小計(jì) 107 出塔 冷凝器 107 塔頂出料 106 塔釜出料 107 損失 105 小計(jì) 106 T301 進(jìn)塔 進(jìn)料 106 再沸器 104 小計(jì) 106 出塔 冷凝器 105 塔頂出料 106 塔釜出料 105 損失 104 小計(jì) 106 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 第五章 設(shè)備工藝計(jì)算 精餾塔 T101 的設(shè)計(jì) 選用板式塔 塔徑的計(jì) 算 （ 1）精餾段 選取代表性塔板 為 塔頂?shù)谝粔K板， 由《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》 查得各組分相應(yīng)密度數(shù) 據(jù) 。 如表 51： 表 51 精餾段 各組分?jǐn)?shù)據(jù) 液 相密度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 精 餾段組分 T= oC P= 甲烷 乙烷 丙烷 合 計(jì) 氣液相摩爾分?jǐn)?shù) xi 分子量 Mi 氣液相平均分子量 液相質(zhì)量分?jǐn)?shù) xi 液相密度 ρi 132 243 360 xi/ρi 103 103 105 103 液相密度 ρL 氣相密度 ρG ① 液相密度的計(jì)算： ?? ? iiL /ρx1ρ kg/m3 (51) ② 氣相密度的計(jì)算： 由于 T101 操作壓力 P3atm，需用壓縮因子法求算 ， 查《化工熱力學(xué)》 [14]295 頁得各組分 Pc， Tc， ? i。 壓縮因子 Z： Tcm=∑yiTc， Pcm=∑ yiPc， ωm=∑ yiωi 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 表 52 精餾段氣相密度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 組分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 合計(jì) xi， yi， mol% 100 Tc， K Pc， MPa ? i 由 Kay式混合規(guī)則： Tcm=? yiTci= Pcm=?yiPci= (52) 由 Trm=(+273)/Tcm=， Prm= 落在普遍化關(guān)系曲線下方，適用普遍化壓縮因子。 由 Trm， Prm查 《化工熱力學(xué)》 1516頁普遍化關(guān)系 圖，得 Z0=， Z1 = m? =? yi? i= (53) Z=Z0+ m? (Z1)=+= (54) 氣相密度 Gρ = ZRTMP = 液相密度 Lρ = 1/∑xi/ Gρ = kg/m3 選金屬絲網(wǎng)波紋填料 JWB250Y。 V=(R+1)D=(+1)=L=RD==Lm=L LM ==32138kg/h=G=V gM ==40595kg/h=流動(dòng)參數(shù) ： LGmm ρρGL?? = (55)