【正文】 .......... 4 第二章 物料衡算 ..................................................... 5 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計(jì)算 ...................................... 7 原始數(shù)據(jù) ...................................................... 7 物料衡算 ...................................................... 7 丙烯精餾塔塔頂 ，塔底及進(jìn)料溫度的確定 .......................... 8 最小回流比 RMIN和塔板數(shù)粗算 ..................................... 9 ． 1 最小回流比 Rmin ............................................ 9 簡捷法求取 精餾塔塔板數(shù) ................................... 10 結(jié)論 ......................................................... 10 第四章丙烯精餾塔的計(jì)算及應(yīng)用 ....................................... 12 模擬過程及計(jì)算結(jié)果 ........................................... 12 結(jié)論 ......................................................... 23 第五章 塔設(shè)備參數(shù)的計(jì)算 ............................................ 25 浮閥塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................ 25 精餾段 ................................................... 25 提餾段： ................................................. 32 塔高 Z.................................................... 40 塔頂冷凝器 ............................................... 40 塔底再沸器 ............................................... 44 主要設(shè)備選型 ............................................... 47 接管 ..................................................... 47 筒體壁厚 ................................................. 48 封頭 ..................................................... 49 裙座 ..................................................... 49 塔盤結(jié)構(gòu) ................................................. 49 塔主體 ................................................... 49 除沫器 ................................................... 49 工藝設(shè)計(jì)結(jié)果表 .............................................. 50 第六章 結(jié)論 .................................................... 52 結(jié)果與討論 ....................................................... 52 結(jié)語 ............................................................. 52 1 第一章 緒論 丙烯 丙烯的 性質(zhì)及應(yīng)用 丙烯：分子式 C3H6，分子量 ，是一種無色略帶甜味的易燃?xì)怏w。最后以優(yōu)化后的精餾塔結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了該塔的設(shè)備參數(shù)，塔徑，熱負(fù)荷，從而設(shè)計(jì)了塔底再沸器，塔頂冷凝器。為了更好的提高生產(chǎn)能力，本著投資少，能耗低，效益高的想法，本文對年產(chǎn) 餾塔進(jìn)行了設(shè)計(jì)。丙稀分離工段工藝設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要 丙烯是石油化工的基本原料之一，在原油加工中占有重要作用。由裂解氣凈化與分離工段的丙烯精餾塔分離出的丙烯除了用于生產(chǎn)聚丙烯外，還大量地作為生產(chǎn)丙烯腈，丁醇，辛醇，環(huán)氧丙烷，異丙醇等產(chǎn)品的主要原料。本設(shè)計(jì)首先采用簡捷法初步算出了理論塔板數(shù) 122，利用恩特伍德公式確定最小回流比 ，然后以簡捷法的計(jì)算結(jié)果作為初值，應(yīng)用 Aspen Plus 軟件對丙烯精餾塔操作進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)模擬，并以經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，對操作條件進(jìn)行了優(yōu)化，得出了塔頂丙烯收率為 %的最佳塔板數(shù) 160、回流比 11以及進(jìn)料位置 100（ murphree 板效率為 60%）。流程簡單，投資和操作費(fèi)用較省。沸點(diǎn)℃，熔點(diǎn) ℃，常溫下的密度是空氣的 倍，臨界溫度 ℃，臨界壓力 。 丙烯約有 37%用于生產(chǎn)聚丙烯， 丙烯聚合可得到聚丙烯樹脂，重要的化工原料丙烯腈、環(huán)氧丙烷、異丙醇、異丙苯、氯丙烯、丙烯醛和正、異丁醛等生產(chǎn)均以丙烯為主要原料。 [1] 丙烯的生產(chǎn)工藝 丙烯由于化學(xué)性質(zhì)活潑，不能存在于自然界中，只能以天然氣或石油為原料 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)得到。裂解氣中丙烯的含量與裂解原料和操作條件有關(guān)，乙烷裂解得的裂解氣中丙烯僅占3%左右，其余裂解氣中丙烯含量在 12— 20%。一般催化裂化氣中丙烯含量達(dá) 20%左右，熱裂解氣中則為 15%左右，石油焦氣中僅為 5%左右。因?yàn)橄N易位轉(zhuǎn)化為可逆反應(yīng)，丙烯可從乙烯和丁烯 — 1 生成。 ⑸ 由甲醇制丙烯 2 首先，甲醇在催化劑的作用下轉(zhuǎn)換成二甲醇、未反應(yīng)的甲醇與水蒸氣的混合 物，然后這種混合物在一個(gè)固定床反應(yīng)器（ FBR）內(nèi)反應(yīng)生產(chǎn)丙烯，這個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的溫度為 420— 490℃，壓力為 130— 160kPa,催化劑使用沸石催化劑，反應(yīng)收率為 70%，未反應(yīng)的原料可以經(jīng)一循環(huán)泵輸送至反應(yīng)器入口處。丙烯生產(chǎn)和消費(fèi)大多集中在北美、西歐和日本，占世界總能力的 60%，需求的 70%。 1991— 2020 年，世界 GDP 的年均增長速度是 %，丙烯的增長速度是 %。煉油廠 、易位轉(zhuǎn)化和丙烷脫氫裝置將使丙烯生產(chǎn)能力有所增長，但大多數(shù)新增能力將來自現(xiàn)有丙烯裝置的擴(kuò)建和新建。 [2] 丙烯的生產(chǎn)工藝介紹及工藝流程的選擇 裂解氣的凈化與分離 烴類經(jīng)過裂解得到的裂解氣組成十分復(fù)雜，必須加以凈化和分離，除去其中雜質(zhì)，進(jìn)而分離出純凈的單一烯烴產(chǎn)品，為有機(jī)合成和高分子聚合提供原料。 (1) 裂解氣的壓縮裂解氣中的低級烴類都是沸點(diǎn)很低的氣體，為了使其在不太低的溫度下部分 液化，需要對氣體進(jìn)行加壓。 (2) 水分的脫除裂解氣分離是在 100℃以下進(jìn)行的，低溫下水會(huì)結(jié)冰，并且與烴類生產(chǎn)固體水合物，堵塞閥門和管路，應(yīng)在冷卻前加以干燥。 (3) 酸性氣體的脫除裂解氣中含有硫化物、二氧化碳、一氧化碳等雜質(zhì)，必須通過氫氧化鈉溶液洗滌進(jìn)行脫除，如果硫含量大于 %，可先用乙醇胺溶液除去大部分硫化氫。 (4) 炔烴的脫除裂解氣中含有少量乙炔、丙炔和丙二烯等，為了延長聚合催化劑的壽命，聚合用乙烯嚴(yán)格限制乙炔含量。目前多采用固定床催化加氫，鈀催化劑加氫活性和選擇性較好，可將炔烴轉(zhuǎn)化為同碳數(shù)的烯烴或烷烴。常見的順序分離流程為先分離出甲烷和氫，再分離出乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、碳四餾分、碳五餾分和裂解汽油等產(chǎn)品。該工藝流程比較復(fù)雜，設(shè)備較多，能量消耗較大，在組織生產(chǎn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行全面考慮。 工藝流程的選擇及分離流程的確定 由于世界丙烯產(chǎn)量的 95%以上是用烴類裂解方法生產(chǎn)的 ,再加上我國煉油工業(yè)規(guī)模大 ,并且考慮到經(jīng)濟(jì)效益等因素 ,因此選擇烴類裂解生產(chǎn)丙烯為最佳。分離的目的是得到高純度的丙烯，同時(shí)分出多種副產(chǎn)品，如富氫、 C4餾分、裂解汽油等。因?yàn)榉蛛x過程很復(fù)雜，所以，裂解氣分離過程單元操作多，流程長，操作要求嚴(yán)格在丙烯生產(chǎn)裝置中占有極為重要的地位。（ 2）吸收精餾法（工業(yè)上稱為油吸收法）。（ 4）絡(luò)合法。 深冷分離法是利用裂解氣中各組分的相對揮發(fā)度不同，用精餾法分離，最后得到丙烯。 在深冷分離流程中，由于針對不同的裂解氣組成和能量消耗水平，可采用多種流程方案，采用較多的有三種：順序分離流程，前脫乙烷分離流程和前脫丙烷分離流程。 順序分離流程：按裂解氣中各組分含碳原子數(shù)由少到多逐步分離，即先從裂解氣中分出氫及甲烷，再從其余餾分中逐步分出 C C C4餾分，最后得到產(chǎn)品乙烯、丙烯。 ，由裂解氣的組成和年產(chǎn) 萬噸丙烯的條件下，得到裂解氣中各組分的含量，以及解裝置中乙烯精餾塔、丙烯精餾塔和脫丁烷塔的塔頂、塔底的物料含量。 ASPEN PLUS 分離過程模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化 ,所以估算初值輸入 ASPEN PLUS進(jìn)行優(yōu)化。 由于浮筏塔具有 生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，所以本 次 丙烷塔采用的是浮閥塔。 ； 溢流裝置；對塔板進(jìn)行布置及確定浮閥數(shù)目與排列方式；對浮閥塔進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算并繪制出塔的負(fù)荷性能圖。 5 第 二章 物料衡算 查《合成纖維單體工藝學(xué)》 [2] 表 2— 1，裂解氣的組成得： 丙烯的質(zhì)量含量 %，并且在丙烯塔可得到純度為 %的丙烯，則可認(rèn)為裂解氣中的丙烯全部從丙烯塔分離得出丙烯產(chǎn)品。 表 3— 1 各組分的分布情況 組分 aF aD aW C3H6 C3H8 C4H10（正） 0 a質(zhì)量分率，操作壓強(qiáng)： P= 泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。 物料衡算：以 100kg/h 為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法： 表 3— 2 物料在塔頂塔底的分布情況 組分 進(jìn)料， F 塔頂， D 塔底， C3H6 C3H8 C4H10（正） —— 合計(jì) 100 D W F=D+W F’ =D’ +W’ ??? DW W= D= W== D aD=D=3487kg/h 8 F=3487/=W==F 丙烯 = = =F 正丁烷 ==因此物料衡算結(jié)果如下表： 表 3— 3 物料衡算結(jié)果表 組分 Fi Di Wi kg/h kmol/h Xi kg/h kmol/h Xi kg/h kmol/h Xi C3H6 3519.2 3487 6 8 C3H8 5 14.0 4 3 3 C4H10（正） 5 0 0 0 9 總計(jì) 3794.3 90 1 3501 1 1 丙烯精餾塔塔頂，塔底及進(jìn)料溫度的確定 本次設(shè)計(jì)采用查《分離過程》 ]6[ 圖 2— 1（ a） PKT圖，操作壓強(qiáng)： P== +760= ⑴ 讓 K 值滿足 F(T)=∑ yi/Ki1 ， |F(T)|≤ ? ， ? = 其中 y1=xD1=,y2=xD2=,y3=xD3=0 查得塔頂露點(diǎn) T=℃各組分 K 值見下表 4— 4： 表 3— 4 塔頂位置 K 值 組分 Ki C3H6 C3H8 C4H10（正） ⑵ 讓 K 值滿足 F(T)=∑ （ Ki xi） 1， |F(T)|≤ ? ， ? = 其中 x1=,x2=,x3= 查得塔底泡點(diǎn) T=℃，各組分 K值見下表 4— 5： 表 3— 5 塔底 K值 組分 Ki 9 C3H6 1 C3H8 C4H10（正） ⑶ 讓 K 值滿足 F(T)=∑ （ Ki xi） 1， |F(T)|≤ ? ， ? = 其中 x1=,x2=,x3= 查得進(jìn)料泡點(diǎn) T=43℃，各組分 K 值見下表 4— 6： 表 3— 6 進(jìn)料位置 K值 組分 Ki C3H6 C3H8 C4H10（正） 最小回流比 Rmin和塔板數(shù)粗算 ． 1 最小回流比 Rm