【正文】 ...............................................36 西北大學專科畢業(yè)論文（設(shè)計）I年產(chǎn) 萬噸丙烯精餾裝置工藝設(shè)計摘 要本設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一個精餾塔來進行丙烯－丙烷混合物的分離，采用連續(xù)操作方式的浮閥精餾塔。設(shè)計中采用泡點進料，操作壓力為(表壓)。浮閥塔的優(yōu)點是：生產(chǎn)能力大、操作彈性大、塔板效率高、氣體壓強降及液面落差較小、塔的造價低。該物系屬于分離物系，操作回流比取最小回流比的 倍，塔釜采用間接蒸汽加熱，以提供足夠的熱量，塔底產(chǎn)品冷卻后至貯罐。關(guān)鍵詞： 丙烯，精餾塔，浮閥塔，霧沫夾帶量，開孔率西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）21 緒 論 丙烯的性質(zhì) 丙烯的物理性質(zhì)化學式 C3H6,結(jié)構(gòu)簡式為 CH3CH=CH2,烯烴同系列中第二個成員，是僅次于乙烯和苯的重要有機工業(yè)原料，丙烯是無色易燃氣體，帶有甜味，熔點為, 0C；液態(tài)時相對密度為 ；易液化，920C，臨界壓力為 ；由于它易燃，與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限為 （體積） ；遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險，該氣體比空氣重，2.%~1.能在較低處擴散到相對遠的地方，遇火源會著火回燃，燃燒會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等氣體，不溶于水，溶于有機溶劑。 丙烯的化學性質(zhì)丙烯的化學性質(zhì)活潑，雙鍵上可以發(fā)生加成、聚合、氧化反應(yīng)。丙烯與氯和水起加成反應(yīng)，生成 1氯2丙醇，再與堿反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，它是生產(chǎn)丙二醇、烯在酸性催化劑（如硫酸、無水氫氟酸等）存在下聚合，生成二聚體、三聚體和四聚體的混合物，可用做高辛烷值燃料；在齊格勒納塔催化劑存在下聚合生成高分子聚丙烯，與乙烯共聚合成乙丙橡膠。除了在雙鍵發(fā)生反應(yīng)之外，與雙鍵相連的甲基上的氫（稱為 氫）具有一定的活性，在甲基上可以發(fā)生鹵代和多種氧化?反應(yīng)。丙烯醛、丙烯酸和丙烯晴分子中具有雙鍵，可以作為單體進行聚合，得到不同性質(zhì)和用途的高聚物。 丙烯的發(fā)展前景丙烯用量最大的是生產(chǎn)聚丙烯，另外丙烯可制丙烯晴、異丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂類以及制環(huán)氧丙烷和丙二醇、環(huán)氧氯丙烷和合成甘油等。到 2022 年，中國將不斷新增大型乙烯生產(chǎn)裝置，同時煉廠生產(chǎn)能力還將繼續(xù)擴大，這將增加丙烯的產(chǎn)出。乙烯裝置聯(lián)產(chǎn)的丙烯占丙烯總供給的比例將進一步提高。到 2022 年，中國丙烯西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）3的表觀消費量將到達 1049 萬噸。到2022 年，丙烯當量需求的年均增長率將達到 %，超過丙烯生產(chǎn)能力的增長速度。由于聚丙烯（PP）需求的快速增長，亞洲丙烯市場正逐漸趨于供應(yīng)短缺。事實上，從全球范圍來說，丙烯并不短缺，但從亞洲的情景來看，今后幾年中亞洲丙烯的需要主要來自北美，北美估計有 100 萬噸/年裂解生產(chǎn)能力，由于目前的港口限制，其中約 50 萬噸/年丙烯出口。一方面廣泛用于制取烷基化合物和疊合汽油，以提高汽油的辛烷值；另一方面大量用于制造化工產(chǎn)品，如聚丙烯、環(huán)氧丙烷、異丙醇、丙三醇、丙烯晴和異丙基苯等。世界丙烯及其衍生物需求旺盛，市場多呈供不足需的狀態(tài)，有研究表明，未來五年，乙烯、丙烯缺口近兩千萬。隨著中國石油進口量的迅速增長，必須考耗，應(yīng)更充分利用我國豐富的煤炭、天然氣資源，適度建設(shè)和發(fā)展 MTO/MTP 裝置，解決目前存在的丙烯供求關(guān)系，具有重要的意義。丙烯主要來源也裂解裝置，煉廠催化裂化和催化裂解裝置，現(xiàn)有生產(chǎn)裝置多已采用國內(nèi)開發(fā)的增產(chǎn)丙烯技術(shù)，裝置開工率超過 100%，在中國其他丙烯生產(chǎn)技術(shù)如丙烷脫氫、甲醇制烯烴技術(shù)、烯烴相互轉(zhuǎn)化、乙烯丁烯異位歧化技術(shù)等方面。 丙烯的生產(chǎn)方法（1）從裂解氣、煉廠氣中分離：石油化工廠裂解石油得到的石油裂解氣中含有丙烯，煉油廠煉制石油時得到的煉廠氣中含有丙烯，經(jīng)過一系列的步驟，可以從它們中分離出丙烯，這是工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)丙烯的方法。（3）鹵代烷脫鹵代氫：鹵代烷與濃硫酸的強堿醇溶液（如濃的氧化鉀乙醇溶液）西北大學專科畢業(yè)論文（設(shè)計）4丙烯丙烷CW123進料圖 1 丙烯精餾段流程圖共熱，則脫去一分子鹵代氫生成烯烴。一是改進 FCC 等煉油技術(shù)，挖掘現(xiàn)有裝置潛力，增產(chǎn)丙烯的 FCC 裝置升級技術(shù)；二是充分利用煉油及乙烯裂解副產(chǎn)品的 C48 等資源，轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯的低碳烯烴裂解技術(shù)、烯烴歧化技術(shù)；三是丙烷脫氫技術(shù)；四是以天然氣、煤等為原料，生產(chǎn)乙烯、丙烯的甲醇制烯烴技術(shù)等。經(jīng)過反應(yīng)后塔頂氣體物料 2 經(jīng)過精餾塔頂冷凝器冷凝后，冷凝液用回流泵抽出，一部分送回精餾塔頂部作為回流，另一部分經(jīng)丙烯冷卻器冷卻至40℃后送出裝置，即為目標產(chǎn)物丙烯；而塔底物料 3 大部分為丙烷，經(jīng)過丙烷冷卻器冷卻至 40℃后，用丙烷送出泵送出裝置。流程圖如右圖所示： 原始數(shù)據(jù)根據(jù)已知條件，設(shè)計初始數(shù)據(jù)如表 所示：表 原始數(shù)據(jù)列表物料名稱 進料組成 重量 % 塔頂組成 重量 % 塔釜組成 重量 %丙烯 丙烷 設(shè)定其操作壓力為 P=(表壓)。 計算每小時塔頂產(chǎn)量每年的操作時間 8000h 按計算。以 100kg/h 進料為基準，進行物料衡算見表 。wx（1）將質(zhì)量分數(shù)換算成摩爾分數(shù)項 目組分西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）6 按下式計算： wAAWBxM??（）式中 ——液相中 A 組分的摩爾分數(shù)；Ax——AB 組分的摩爾質(zhì)量， ；MB /kgmol——液相中 AB 組分的質(zhì)量分數(shù)。 表 各組分的相對分子質(zhì)量分子式 相對分子質(zhì)量丙烯 丙烷 計算舉例：丙烯進料摩爾組成： . .Fx???丙烷進料摩爾組成： ?丙烯塔頂摩爾組成： 09/././.Dx???丙烷塔頂摩爾組成： 383丙烯塔釜摩爾組成： 丙烷塔釜摩爾組成： ??同理，計算得各組分的摩爾分數(shù)如表 所示。W 物料衡算計算結(jié)果見表 表 物料衡算組分 36CH38C共計相對分子質(zhì)量 質(zhì)量分數(shù)/% 100/mol 進料摩爾分數(shù)/% 6723 27 6750質(zhì)量分數(shù)/% 100/ol 摩爾分數(shù)/% 100kgh 質(zhì)量分數(shù)/% 100mol 摩爾分數(shù)/% 100 塔溫的確定 確定進料溫度操作壓力為 （絕對壓力）?假設(shè)：泡點進料，溫度為 ,依 . 查參考資料 1，圖 144 得到平衡常數(shù)5C?TP西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）8值。? k塔頂物料組成的 值見表 。C?iyk 確定塔釜溫度假設(shè)：塔釜溫度為 ，查參考資料 1，圖 135 得 值。?2%再假設(shè)：塔釜溫度為 ，查參考資料 1，圖 135 得 值?！姹? 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù)（一）塔釜物料 ixikikx36CH 西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）9共計 表 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù)（二）塔釜物料 ixikikx36CH 1，00 共計 西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）103 精餾塔板數(shù)及塔徑的計算 塔板數(shù)的計算 最小回流比的計算（1）求相對揮發(fā)度 ij?查參考資料 6,66 頁式（718） （）iiijjjyxk?計算舉例：丙烯 ?℃ ?℃ ?℃ ℃丙烷 ℃ 49k℃ ??℃ ℃其相對揮發(fā)度為 107..3iijjk?相對揮發(fā)度見表 表 相對揮發(fā)度見組分 4k℃ k49℃ 49k℃ ℃ ij?丙烯 丙烷 （2）求最小回流比查參考資料 6,87 頁式（740）因為是泡點進料 ????塔頂丙烯丙烷的相對揮發(fā)度： 1D?塔釜丙烯丙烷的相對揮發(fā)度： .2w進料丙烯丙烷的相對揮發(fā)度： ?平均相對揮發(fā)度： ???西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）11由相平衡方程式 ??????????最小回流比 ： ?? 計算最少理論板數(shù) ???????????????????????????????????? 塔板數(shù)和實際回流比的確定取回流比 15R由 .查參考資料 2,107 ???解得實際塔板數(shù) ?其余實際塔板數(shù)的確定見表 。~R? ?塊取實際塔板數(shù) 0N塊計算板效率，查參考資料 2,109 頁式（653） （）%%1TE???式中 ——塔板效率； ——理論塔板數(shù)，塊；TN ——實際塔板數(shù)，塊。 全塔熱量衡算 冷凝器的熱量衡算按參考資料 6,31 頁式（627） ???1PVDLVDivLiLQRHyx?????混 合混 合（） 式中 ——冷凝器的熱負荷， ；P /kcalh ——每千克塔頂蒸汽的焓， ；VDH/kcalg——每千克塔頂液產(chǎn)品的焓， ；L——每千克氣相純組分 的焓， ；i i/l——每千克液相純組分 的焓， ；kc——混合熱。L /kcalg西北大學?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）13 再沸器的熱量衡算依據(jù)參考資料 6,32 頁式（630） ，再沸器熱損失忽略不計，得 （）``WVLWLmQH??? ??式中 ——再沸器的熱負荷， ；/kcalh ——提餾段上升蒸汽的量， ；39。L/ ——每千克有再沸器上升的蒸汽焓， ；WH/kcalg——每千克釜液的焓， ；L /kcal——每千克在提餾段底層塔板 上的液體焓， 。kg丙烯 ?丙烷 0kc?2 ?? WFQ左 邊 ??