【正文】 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(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 1 緒 論 丙烯的性質(zhì) 丙烯的物理性質(zhì) 化學(xué)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 ,沸點為 ；液態(tài)時相對密度為 ；易液化，臨界溫度為 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，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(xué)性質(zhì) 丙烯的化學(xué)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、聚酯纖維的原料 .丙烯在酸性催化劑（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 2020 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 2020 年，中國丙烯的表觀消費量西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 將到達 1049 萬噸。到 2020 年，丙烯當(dāng)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(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 4 丙烯 丙烷 CW 1 2 3 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 )。 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 。 （ 1） 將質(zhì)量分數(shù)換算成摩爾分數(shù) 項 目 組 分 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 6 按下式計算： w A AA W A A W B BxMx x M x M? ? （ 2.2） 式中 Ax —— 液相中 A組分的摩爾分數(shù)； AM BM —— AB 組分的摩爾質(zhì)量， /kg kmol ； WAWBxx—— 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 36CH 丙烷 38CH 計算舉例： 丙烯進料摩爾組成： 36 27 5 42 .08 30 27 5 42 .08 72 5 44 .09Fx C H ??? 丙烷進料摩爾組成： 38 1 0 .9 3 0 6 0 .0 6 9 4Fx C H ? ? ? 丙烯塔頂摩爾組成： 38 0. 99 60 / 42 .0 8 . 99 60 / 42 .0 8 0. 00 4 / 44 .0 9Dx C H ??? 丙烷塔頂摩爾組成： 38 1 0 .9 9 6 2 0 .0 0 3 8Dx C H ? ? ? 丙烯塔釜摩爾組成： 36 0 .1 5 2 0 / 4 2 .0 8 0 .1 5 8 10 .1 5 2 0 / 4 2 .0 8 0 .8 4 8 0 / 4 4 .0 9wx C H ??? 丙烷塔釜摩爾組成： 38 1 0 .1 5 8 1 0 .8 4 1 9Fx C H ? ? ? 同理，計算得各組分的摩爾分數(shù)如表 所示。 物料衡算計算結(jié)果見表 表 物料衡算 組分 36CH 38CH 共計 相對分子質(zhì)量 進料 kgh 質(zhì)量分數(shù) /% 100 /kmol h 摩爾分數(shù) /% 塔頂 kgh 6723 27 6750 質(zhì)量分數(shù) /% 100 /kmol h 摩爾分數(shù) /% 100 塔釜 kgh 質(zhì)量分數(shù) /% 100 kmolh 摩爾分數(shù) /% 100 塔溫的確定 確定進料溫度 操作壓力為 MP? （絕對壓力） 假設(shè)：泡點 進料，溫度為 45C? ,依 T .P 查 參考資料 1，圖 144 得到平衡常數(shù) k 值。 塔頂物料組成的 /iiyk值見表 。 確定塔釜溫度 假設(shè)：塔釜溫度為 50℃ ，查 參考資料 1，圖 135 得 k 值。 再假設(shè)：塔釜溫度為 49℃ ，查 參考資料 1，圖 135得 k 值。 表 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù) （一） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 共計 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 9 表 塔釜溫度計算過程數(shù)據(jù) （二） 塔釜物料 ix ik iikx 36CH 38CH 1， 00 共計 西北大學(xué)?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 10 3 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） iiiijj jjyxky kx? ?? （ ） 計算舉例： 丙烯 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 1 . 0 1 . 1 2 1 . 0 4 7 7ik k k? ? ? ?℃ ℃ 丙 烷 44 ?℃ 49 ?℃ 4 4 4 9 0 . 8 8 0 . 9 9 0 . 9 3 8 0jk k k? ? ? ?℃ ℃ 其相對揮發(fā)度為 1 .0 4 7 7 1 .1 1 7 00 .9 3 8 0iij jkk? ? ? ? 相對揮發(fā)度見表 表 相對揮發(fā)度見 組分 44k℃ k49℃ 44 49kk℃ ℃ 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 06qFxx?? ? ? ? 塔頂丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： ? ? 塔釜丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： ? ? 進料丙烯 丙烷的相對揮發(fā)度 ： F? ?? 平均相對揮發(fā)度 ： 1 . 1 1 3 6 1 . 1 2 1 . 1 1 6 8m D W? ? ?? ? ? ? 西北大學(xué)專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 由相平衡方程式 ? ? 1 .1 1 6 8 0 .9 3 0 6 0 .9 3 7 41 1 1 0 .1 1 6 8 0 .9 3 0 6mqq xy x?? ?? ? ?? ? ? ? 最小回流比 ? ?minR ： m in 0. 99 62 0. 93 74 . 93 74 0. 93 06DqqqxyR yx? ?? ? ??? 計算最少理論板數(shù) m i n1 0 . 9 9 6 2 1 0 . 1 5 8 1lg lg1 1 0 . 9 9 6 2 0 . 1 5 8 11 1 6 4 . 5 5 9 0l g l g 1 . 1 1 6 8WDDWmxxxxN??? ???? ? ? ? ?? ? ? ??? ????? ? ? ???? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? 塔板數(shù)和實際回流比的確定 取回流比 15R? 由 m in 1 5 8 .6 4 7 1 0 .3 9 7 11 1 5 1RRR? ?????. 查 參考資料 2,107 頁 吉 利 蘭 聯(lián) 圖 得min ? ?? 解得實際塔板數(shù) ? 其余實際塔板數(shù)的確定見表 。 取實際塔板數(shù) 100N? 塊 計算板效率，查 參考資料 2,109 頁式（ 653） 7 8 .9 51 0 0 % 1 0 0 % 7 8 .9 5 %100TT NE N? ? ? ? ? （ ） 式中 TE —— 塔板效率； TN —— 理論塔板數(shù)，塊； N —— 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） ? ?? ?? ?? ?1P V D LDV D i viLD i LiQ R H H DH y H H VH x H H L? ? ?? ? ?? ? ???混 合混 合 （ ） 式中 PQ —— 冷凝器的熱負荷， /kcal h ； VDH —— 每千克塔頂蒸汽的焓， /kcal kg ； LDH —— 每千克塔頂液產(chǎn)品的焓， /kcal kg ； ViH —— 每千克氣相純組分 i 的焓， /kcal kg ； LiH —— 每千克液相純組分 i 的焓， /kcal kg ； H?混 合 —— 混合熱。 西北大學(xué)?？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 ```W V W L W L mQ V H W H L H? ? ? （ ） ? ?`