【導(dǎo)讀】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。流程確立后，將要根據(jù)已知產(chǎn)品的產(chǎn)量和要求，對整個(gè)脫甲烷系統(tǒng)。設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算，并做出流程圖和主設(shè)備圖。

　　

【正文】 摩爾體積為 kmolm /3 ， ℃時(shí)候的摩爾體積為 kmolm /3 hmV / 1 2 8 7 31 ?? ?? hmV / 3 3 5 3 5 1 2 8 7 31 ?? ?? 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 29 查圖 )1( 可得進(jìn)排氣的相對壓力損失為 ?? ， ?? ， ?? ， ?? 則由功率計(jì)算公式可計(jì)算理論功率 ?L 千瓦 選壓縮機(jī)的機(jī)械效率為 ，齒輪傳動(dòng)功率為 ，則壓縮機(jī)的軸功率為 2 6 4 1 ???N 千瓦 原動(dòng)機(jī)功率為 ?? NN d 千瓦 分離器 立式分離器工作時(shí)，氣流和液滴的沉降速度相反。顯然，液滴沉降的必要條件是液滴的沉降速度大于氣流的速度，即： gvv?0 （ 49） 在立式分離器中，取允許的氣流速度為 vvgv ? （ 410） 立式分離器氣體的處理能力： gvsss vTTPPZDQ 142?? （ 411） 式中： sQ —— 分離器操作條件下氣體的流量， sm/2 D —— 分離器的直徑， m sP —— 給定狀態(tài)壓力， MPa P —— 操作壓力， MPa sT —— 給定狀態(tài)的溫度， K T —— 操作溫度 在確定分離器直徑的時(shí)候，將引入載荷波動(dòng)系數(shù) ?? ～ 2，則分離器的直徑： gvsss vPT ZTPQD ? ?4? （ 412） 立式分離器的總高度大約為直徑的 ～ 5倍 粘度的查詢方法見《深冷手冊》第九章，首先查出各個(gè)組分的粘度，然后根30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 30 據(jù)以下公式計(jì)算粘度。 ??? 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 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 31 3/ 5 8 11 0 0 0184 6 6 8 mkgl ???? 取 md ? 查深冷手冊得氣相的粘度為 smPa? 計(jì)算阿基米德準(zhǔn)數(shù) Ar )1000/( )( 23 ??????Ar 所以可以知道流態(tài)為過渡區(qū)內(nèi)，則 46 12 ??? 根據(jù)雷諾數(shù)表達(dá)式可以計(jì)算 smdv gg /25 12 00 00 08 12 00 ????? ?? smvv gv /1 7 5 8 7 0 ?? 載荷波動(dòng)系數(shù) ? 取 ，則分離器的直徑 mmmD 13 5035 58 17 58 21 ??? ???? 分離罐的總高度，依據(jù)《天然氣地面工程》中可知 mmDH 5 4 0 041 3 5 04 ???? 同理： 后 4 個(gè)分離器尺寸計(jì)算方法同分離器一的計(jì)算方法相同，計(jì)算過程中載荷波動(dòng)系數(shù)取 ?? 其計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果如 表 42 中所示。 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 32 表 42 分離器工藝計(jì)算數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 單位 第一分離器 第二分離器 第三分離器 第四分離器 第五分離器 溫度 ℃ 72 98 136 155 180 壓力 MPa 臨界壓力 MPa 臨界溫度 K 氣相流量 kmol/d 氣相分子量 液相流量 kmol/d 液相分子量 粘度 Cp 壓縮因子 基方壓縮因子 氣相的體積流率 m2/s 氣相密度 Kg/m3 液相密度 Kg/m3 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 33 續(xù)表 42 分離器工藝計(jì)算數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 單位 第一分離器 第二分離器 第三分離器 第四分離器 第五分離器 d0 m 阿基米德 Ar 雷諾數(shù) Re 液相流率 0v m/s 氣相流率 vgv m/s 分離器直徑 D mm 1350 1250 1100 1000 850 分離器總高度 H mm 5400 5000 4400 4000 3400 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 34 脫甲烷塔 脫甲烷塔的起泡性很高，所以設(shè)計(jì)過程中選用浮閥塔精餾。浮閥型式為 F1型，閥的排列采用叉排法 ，如圖 41 所示 。 由塔板計(jì)算過程中可知道，將精餾塔分成四個(gè)部分，具體分割及分 割后的各種相關(guān)參數(shù)列于下表 43 中。 圖 41 叉排法 表 43 脫甲烷塔中各種參數(shù) 1～ 17塊板 18～ 29塊板 30～ 37塊板 38～ 66塊板 氣相流量 kmol/d 氣相分子量 氣相密度 氣相流率 液相流量 kmol/d 液相分子量 液相密度 液相流率 表面張力 操作壓力 MPa 臨界壓力 MPa 操作溫度℃ 臨界溫度 K 壓縮因子 Z 基方下壓縮因子 z 液相的粘度 上表中汽液相密度計(jì)算方法同分離罐尺寸設(shè)計(jì)一節(jié)的計(jì)算方法相同，關(guān)于表面張力和粘度，首先查出各組分的表面張力和粘度，然后根據(jù)液體混合規(guī)則 ]3[ 表hm/3?30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 35 面張力混合規(guī)則： ??iimx??1 （ 417） 式中： m? —— 液體混合物的表面張力 i? —— i 組分的表面張力 ix —— i 組分的質(zhì)量分率 粘度混合規(guī)則： ?? iix ?? lglg （ 418） 式中： ix —— i 組分的分子分 率 i? —— i 組分的粘度 塔徑和板間距 利用史密斯法確定塔徑，其計(jì)算步驟如下： （ 1） 算出 21????????VLVL ?? ； （ 2） 選取板間距 TH 和清液層高度 Lh ； （ 3） 根據(jù) LL hH ? 和 21????????VLVL ?? 的值在《化工原理》圖 1013 中求取 20C 的值 ； （ 4） 對表面張力進(jìn)行校正， 20 20 ???????? ?? CC； （ 5） 計(jì)算最大允許氣速 GGLCu ? ??? ??m a x ， sm/ ； （ 6） 取實(shí)際空塔氣速 uu? ， （ 7） 計(jì)算塔徑 uVD s?4? 式中： sV 為氣體的流量， sm/3 根據(jù)計(jì)算的塔徑，由《化工原理》表 104 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷板間距取值是否合理，如果不合理則要重新取值，返回②開 始計(jì)算，直到合理為止。具體計(jì)算數(shù)據(jù)如表 44 中所示。 由表 44 中可以知道，從 1 到 39 塊塔板間的塔直徑取 1150mm， 40 到 62 塊塔板間的塔直徑取 1400mm 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 36 表 44 各段直徑和板間距計(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 21???????? VLVL ?? 取板間距 TH mm 700 680 680 500 取清液層高度 Lh mm 60 70 70 70 20C ?C maxu sm/ u sm/ D m 取塔的直徑 m 堰及降液管 計(jì)算溢流堰的相關(guān)步驟如下 （ 1） 此次設(shè)計(jì)中塔板采用單溢流的形式，其 ~?Dlw ，根據(jù)選取的值求出堰長；并從《化工原理》圖 1019 中查出TfAA 值。 （ 2） 根據(jù)液體的體積流量 hL （ hm/3 ）和堰長 wl （ m ）求取堰上液層高度 owh ，計(jì)算式如下： 3/ ??????????whow lLh mm （ 3） 求堰高 owLw hhh ?? 根據(jù)實(shí)際條件和計(jì)算值選取實(shí)際堰高 （ 4） 根據(jù)板間距 TH 、液相流率 sL 和降液管面積 fA 求取停留時(shí)間 ? ，計(jì)算式如下： sTfLHA ??? 30 萬噸 /年乙烯 裂解氣 脫甲烷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì) 37 （ 5） 判斷停留時(shí) 間是否大于 5 秒，符合則設(shè)計(jì)合理，不符合則必須重新選取Dlw/ 值進(jìn)行計(jì)算。 （ 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 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)為開孔區(qū)。 塔板設(shè)計(jì)步驟如下 （ 1） 選取浮閥動(dòng)能因素 11~80 ?F ，計(jì)算閥孔的速度，計(jì)算式為 GFu ?00 ? sm/ （ 2 ） 計(jì) 算 每 塊 板 上 的 浮 閥 數(shù) 0837 uVn s?? （ 3）