年產(chǎn)68萬(wàn)噸異丙醇裝置丙烯精制工段工藝的設(shè)計(jì)脫乙烷塔部分

1、年產(chǎn)9.8萬(wàn)噸異丙醇裝置丙烯精制工段工藝設(shè)計(jì)-脫乙烷塔部分摘 要丙烯是石油化工的原料之一，在原油加工中具有重要作用。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。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，本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中確定的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行的，年產(chǎn)9.8萬(wàn)噸異丙醇，開(kāi)工周期為8000小時(shí)/年，原料組成為乙烷、丙烯、丙烷、異丁烷，其中丙烯含量為74.1%，按其各組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同使各組分分離。由于對(duì)丙烯純度要求極高，本文設(shè)計(jì)的精餾塔塔板數(shù)較多，丙烯塔較高。最后以優(yōu)化后的精餾塔

2、結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了該塔的設(shè)備參數(shù)，塔徑，浮閥塔盤，塔高，熱負(fù)荷，從而設(shè)計(jì)了塔底再沸器，塔頂冷凝器以與塔體主要設(shè)備。流程簡(jiǎn)單，投資較少，操作較為簡(jiǎn)單，基本可以滿足丙烯優(yōu)等品的工業(yè)生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)采用多組分精餾，按揮發(fā)度遞減流程方案，兩塔流程設(shè)計(jì)即先經(jīng)過(guò)脫乙烷塔塔頂分離出乙烷，再由丙烯塔精餾塔塔頂?shù)玫奖浼兌葹?3.5%以上，丙烯作為產(chǎn)品出裝置為生產(chǎn)異丙醇提供原料，塔底的丙烷可作為商品出售或作為燒火油。設(shè)塔設(shè)備一般分為級(jí)間接觸式和連續(xù)接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，后者的代表則為填料塔，在各種塔型中，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是篩板塔與浮閥塔。計(jì)時(shí)依次進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，塔結(jié)構(gòu)的相關(guān)工藝計(jì)算，換熱設(shè)

3、備的計(jì)算與附屬設(shè)備的選型，并根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分別繪制了自控流程圖，設(shè)備選型方面主要按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，并兼顧工藝控制要求與經(jīng)濟(jì)的合理性。隨著先進(jìn)控制技術(shù)的興起，關(guān)鍵控制指標(biāo)由定值控制向區(qū)間控制轉(zhuǎn)變，調(diào)節(jié)變量與控制變量的關(guān)系由單對(duì)單向多變量預(yù)估控制轉(zhuǎn)變。它是裝置控制技術(shù)發(fā)展的方向，正在逐步普與。為了為裝置以后上先進(jìn)控制提供方便，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，注意為塔頂溫度，塔底溫度，回流量等指標(biāo)保留較大的操作彈性。關(guān)鍵詞：丙烯；脫乙烷塔；熱量衡算。物料衡算；丙烯精餾塔； Annual output of 98,000 tons refined isopropyl alcohol propylene Process Des

4、ign Section - DeethanizingTowerAbstractTitle I design production capacity is 98,000 tons annual output of isopropyl alcohol, started a period of 8,000 hours / year, material composition of ethane, propylene, propane, butane, propylene is 74.1% in material,boiling point of each component and its rela

5、tive volatility differences of degree of separation of each component. The design uses a multi-component distillation, the process by decreasing volatility program, process design the two towers that is, first isolated by de-ethane ethane tower, tower distillation top separated from the ethane , top

6、 of the propylene tower geit that propylene, the purity of 93.5%, and propylene as the product of a device to provide raw materials production and isopropanol, the bottom of the propane can be sold as a commodity or as fires, oil.In turn the design of the material balance, heat balance, the tower st

7、ructure of the relevant process calculation, the calculation of heat transfer equipment and ancillary equipment selection, and the data were plotted according to the design automation flow, selection of equipment in accordance with terms of the main site practical, taking into account the requiremen

8、ts of process control and economic rationality.Key words: de-ethane tower, propylene distillation column, material balance, heat balance.1 / 36目 錄摘要IAbstractII1 概述11.1 丙烯的性質(zhì)與用途11.2 丙烯的來(lái)源與丙烯生產(chǎn)在化工生產(chǎn)中的地位11.3 丙烯精制生產(chǎn)方法的確定11.4 丙烯精制工藝流程的敘述22 丙烯精制裝置的物料衡算32.1 脫乙烷塔的物料衡算32.1.1 脫乙烷塔的進(jìn)料量與進(jìn)料組成32.1.2 脫乙烷塔塔頂與塔底的流量與

9、組成32.1.3 脫乙烷塔的物料平衡52.2 丙烯塔的物料衡算52.2.1 丙烯塔的進(jìn)料量與進(jìn)料組成52.2.2 丙烯塔塔頂與塔底的流量與組成62.2.3 丙烯塔的物料平衡73 脫乙烷塔和丙烯塔精制工藝條件的確定83.1脫乙烷工藝條件的確定83.1.1操作壓力的確定83.1.2 回流溫度的確定93.1.3塔頂溫度的計(jì)算93.1.4 塔底溫度的計(jì)算103.1.5 進(jìn)料溫度的計(jì)算113.1.6 脫乙烷塔操作條件匯總113.2丙烯塔工藝條件的確定123.2.1 操作壓力的確定123.2.2 塔頂溫度的計(jì)算133.2.3 塔底溫度的計(jì)算133.2.4 進(jìn)料溫度的計(jì)算133.2.5 丙烯塔操作條件匯總1

10、44 脫乙烷塔和丙烯塔塔板數(shù)的確定154.1 脫乙烷塔塔板數(shù)的計(jì)算154.1.1 最小回流比的計(jì)算154.1.2 最少理論塔板數(shù)的計(jì)算164.1.3 理論塔板數(shù)和實(shí)際回流比的確定174.1.4 實(shí)際塔板數(shù)的確定174.1.5 實(shí)際進(jìn)料位置的確定184.1.6 脫乙烷塔塔板數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總194.2 丙烯塔塔板數(shù)的計(jì)算194.2.1 最小回流比的計(jì)算194.2.2 最少理論塔板數(shù)的計(jì)算214.2.3 理論塔板數(shù)和實(shí)際回流比的確定214.2.4 實(shí)際塔板數(shù)的確定214.2.5 進(jìn)料位置的確定224.2.6 丙烯塔塔板數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總235 熱量衡算245.1 脫乙烷塔熱量衡算245.1.1 脫乙烷塔再

11、沸器熱負(fù)荷的計(jì)算245.1.2 脫乙烷塔冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算265.2丙烯塔的熱量衡算275.2.1再沸器熱負(fù)荷的圍285.2.2 丙烯塔冷凝器熱負(fù)荷的計(jì)算29結(jié)論1參考文獻(xiàn)2辭31 概述我國(guó)化工工藝發(fā)展我國(guó)石油工業(yè)具有一定的水平，但還是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家,擺在我們石油工作者面前的任務(wù)是繁重的。煉油工業(yè)要對(duì)現(xiàn)有的煉油廠進(jìn)行技術(shù)改造，繼續(xù)堅(jiān)持“自力更生，革新挖潛，全面提高，綜合利用，大搞化工原料，趕超世界先進(jìn)水平”的發(fā)展方針。要立足現(xiàn)有基礎(chǔ)，搞好一、二次加工和系統(tǒng)工程的配套，擴(kuò)大綜合生產(chǎn)能力;要革新工藝，革新技術(shù)，革新設(shè)備，把老裝置開(kāi)出新水平;要發(fā)展加氫技術(shù)，發(fā)展新型催化劑和添加劑，全面提高產(chǎn)品質(zhì)量

12、，增加品種;要開(kāi)展綜合利用，大搞三次加工，增產(chǎn)有機(jī)化工原料;要充分利用熱能，大力降低消耗，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要?jiǎng)?chuàng)出新水平;要治理“三廢”，保護(hù)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)趕超世界先進(jìn)水平而奮斗。1.1 丙烯的性質(zhì)與用途丙烯常溫下為無(wú)色、無(wú)臭、稍帶有甜味的氣體。易燃，爆炸極限為2%11%。不溶于水，溶于有機(jī)溶劑。分子量42.08，密度5.139kg/m（20/4），冰點(diǎn)-185.3，沸點(diǎn)-47.4。 丙烯是三大合成材料的基本原料,主要用于生產(chǎn)丙烯腈、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。丙烯與乙烯共聚生成乙丙橡膠。丙烯與氯和水起加成反應(yīng)，生產(chǎn)環(huán)氧丙烷，加水丙二醇。丙烯在酸性催化劑存在下與苯反應(yīng)，生成異丙苯 C6H5CH（CH

13、3 )2，丙烯在催化劑存在下與氨和空氣中的氧起氨氧化反應(yīng)，生成丙烯腈，丙烯在高溫下氯化，生成烯丙基氯CH2=CHCH2Cl。本文利用丙烯與硫酸起加成反應(yīng)，生成異丙基硫酸，后者水解生成異丙醇，但由于所用原料丙烯含量為74.1%，需精制后丙烯含量為93.5%以上才可作異丙醇生產(chǎn)原料。1.2 丙烯的來(lái)源與丙烯生產(chǎn)在化工生產(chǎn)中的地位丙烯主要通過(guò)石油加工獲得，丙烯精制產(chǎn)品中，聚丙烯、丙烯腈需求旺盛，特別是聚丙烯需求高于總體平均水平為6.1%。亞洲地區(qū)需求年均增長(zhǎng)率5.6%，北美5.8%，西歐3.8%。根據(jù)新裝置增設(shè)計(jì)劃，中東地區(qū)從110萬(wàn)噸提高為240萬(wàn)噸，增幅為14.9%。亞洲地區(qū)新增能力將達(dá)340萬(wàn)

14、噸，增幅為3.2%。中國(guó)是生產(chǎn)能力增幅最高的國(guó)家，同期能力將從370萬(wàn)能膠和增加到620萬(wàn)噸，年均增幅達(dá)9.2%。日本年均增長(zhǎng)率僅為2.2%。1.3 丙烯精制生產(chǎn)方法的確定由于原料中的和常壓沸點(diǎn)相近，都在40以下，常壓下分離這兩個(gè)組分需采用深冷的方法，使用制冷劑，工藝流程復(fù)雜，附屬設(shè)備多，設(shè)備的投資費(fèi)用加大，根據(jù)烴的沸點(diǎn)隨壓力增加而升高的特點(diǎn)，采用高壓分離的方法，用冷卻水即可滿足工藝要求，所以本設(shè)計(jì)采用常溫加壓分離方法。流程安排有兩種，一種是相對(duì)揮發(fā)度遞減順序流程，另一種是對(duì)揮發(fā)度遞增順序流程，本設(shè)計(jì)采用相對(duì)揮發(fā)度遞減順序流程分離出丙烯。圖1-1 工藝流程比較1.4 丙烯精制工藝流程的敘述丙烯

15、含量為74.1%的飽和液體原料（86,4.05Mpa），定量進(jìn)入脫乙烷塔、經(jīng)精餾處理該塔輕關(guān)鍵組分乙烷經(jīng)過(guò)冷卻（35,3.9Mpa）作為塔頂產(chǎn)品在塔頂引出（35,3.9Mpa），另一部分塔頂餾分經(jīng)過(guò)冷卻作為回流液返回脫乙烷塔（35,3.9Mpa）。脫乙烷塔塔底餾分經(jīng)再沸器加熱（86,4.1Mpa）進(jìn)一步脫除輕關(guān)鍵組分后進(jìn)入脫丙烯塔（44,1.75Mpa），經(jīng)精餾處理該塔輕關(guān)鍵組分丙烯在塔頂經(jīng)過(guò)冷卻（35,1.6Mpa），在塔頂引出作為合成異丙醇的原料（35,1.6Mpa），另一部分塔頂餾分回流返回脫丙烯塔（35,1.6Mpa），重關(guān)鍵組分丙烷則在塔底引出（52,1.8Mpa）。工藝流程見(jiàn)附錄中

16、“丙烯精制工段工藝流程圖”共1。2丙烯精制裝置的物料衡算2.1 脫乙烷塔的物料衡算確定關(guān)鍵組分按多組分精餾確定關(guān)鍵組分；揮發(fā)度高的丙烯作為輕關(guān)鍵組分在塔頂分出；揮發(fā)度低的丙烷作為重關(guān)鍵組分在塔底分出。 脫乙烷塔進(jìn)料量=2.1.1脫乙烷塔的進(jìn)料量與進(jìn)料組成年處理量9.8萬(wàn)噸，年工作時(shí)間8000小時(shí)，則原料質(zhì)量流量為F=（生產(chǎn)任務(wù)消耗定額1000）/(8000脫乙烷回收率丙烯塔回收率進(jìn)料中丙烯的濃度)年處理量9.8萬(wàn)噸，年工作時(shí)間8000小時(shí)原料質(zhì)量流量為Fw=（980000.831000）/(800094%97%74.1%)=15048.61（kg/h）計(jì)算示例：以乙烷為例，進(jìn)行原料組成與流量的

17、換算：乙烷的質(zhì)量流量：Fwc2=15048.612.7%=406.31(kg/h）乙烷的摩爾數(shù)：406.31/30=13.5437kmol/h表2-1 原料中的脫乙烷塔濃度組成kg/hWt%kmol/hmol%摩爾質(zhì)量(kg/kmol)C2406.312.713.54373.7930C3=11150.6974.1265.492574.2942C3o3310.6922.075.243121.0544iC4o180.581.23.11350.875815048.61100355.6918100由上表可見(jiàn)原料摩爾流量為： Fw=355.6918 ( kmol/h )2.1.2脫乙烷塔塔頂與塔底的流量

18、與組成選乙烷為輕關(guān)鍵組分，丙烯作為重關(guān)鍵組分，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，脫乙烷塔頂72；脫乙烷塔底0.1，丙烯在塔頂產(chǎn)品中的含量28%（mol%），進(jìn)行清晰分割物料衡算，物料衡算圖見(jiàn)下圖。圖2-1 脫乙烷塔物料衡算圖（1） 計(jì)算塔頂餾出液量D和塔底釜液量W列于下表。表2-2 塔頂餾出液量D和塔底釜液量W分布組分進(jìn)料F(kg/h)塔頂餾出液D(kg/h)塔底釜液W(kg/h)C2406.31406.31-0.001W0.001wC3=11150.690.28D11150.69-0.28DC3o3310.6903310.69iC4o180.580180.5815048.61DW列全塔物料衡算式： 1504

19、8.61=D+W406.31-0.001W +0.28D=D解得： D=543.42（kg/h）W=14505.193（kg/h）表2-3 塔頂餾出液量D和塔底釜液量W計(jì)算結(jié)果組分進(jìn)料F(kg/h)塔頂餾出液D(kg/h)塔底釜液W(kg/h)C2406.31543.42137.11C3=7737.44105.7257631.715C3o2297.2202297.22iC4o125.300125.3015048.61377.59110064.299（2） 求出塔頂與塔底的產(chǎn)品量與組成。表2-4 塔頂與塔底的產(chǎn)品量與組成組分塔頂餾出液塔底釜液kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%kmo

20、l/hmol%C2271.86672.009.062278.2610.0640.10.33550.142C3=105.72528.002.517321.747631.71575.83181.707579.86C3o00002297.2222.8352.209522.08iC4o0000125.301.252.16030.914377.59110011.579510010064.299100236.41281002.1.3 脫乙烷塔的物料平衡組分進(jìn)料塔頂餾出液塔底釜液kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%C2281.932.79.3

21、9773.79271.86672.009.062278.2610.0640.10.33550.142C3=7737.4474.1184.224874.29105.72528.002.517321.747631.71575.83181.707579.86C3o2297.2222.052.209521.0500002297.2222.8352.209522.08iC4o125.301.22.16030.870000125.301.252.16030.91415048.61100247.992100377.59110011.579510010064.299100236.4128100脫乙烷塔物料平衡

22、數(shù)據(jù)見(jiàn)下表表2-5 脫乙烷塔物料平衡數(shù)據(jù)2.2 丙烯塔的物料衡算2.2.1丙烯塔的進(jìn)料量與進(jìn)料組成丙烯塔以脫乙烷塔底物料為原料，進(jìn)行原料組成與流量的換算：原料的摩爾流量為 F=10064.299(kmol/h )原料各組分組成與流量見(jiàn)下表。表2-6 丙烯塔進(jìn)料中各組份的量與組成組成kg/hWt%kmol/hmol%摩爾質(zhì)量(kg/kmol)C210.0640.10.33550.1430C3=7631.71575.83181.707579.8642C3o2297.2222.8352.209522.0844iC4o125.301.252.16030.915810064.299100236.4128

23、1002.2.2丙烯塔塔頂與塔底的流量與組成選丙烯為輕關(guān)鍵組分，丙烷為重關(guān)鍵組分，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，丙烯塔頂 93.5；丙烯塔底 93；丙烯塔頂0.5進(jìn)行清晰分割物料衡算，物料衡算圖見(jiàn)圖2-2圖2-2丙烯塔物料衡算圖（1）計(jì)算塔頂餾出液量D和塔底釜液量W列于下表。表2-7 塔頂餾出液量D和塔底釜液量W分布組分進(jìn)料F(kg/h)塔頂餾出液D(kg/h)塔底釜液W(kg/h)C210.06410.0640C3=7631.7157631.715-0.005 w0.005 wC3o2297.222297.22-0.93 w0.93wiC4o125.300125.3010064.299DW計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表

24、表2-8 塔頂餾出液量D和塔底釜液量W計(jì)算結(jié)果組分進(jìn)料F(kg/h)塔頂餾出液D(kg/h)塔底釜液W(kg/h)C210.06410.0640C3=7631.7157622.0779.638C3o2297.22504.471792.75iC4o125.300125.3010064.2998136.6091927.6910064.299=D+W0.005w +0.93w +125.30=W解得： D=8136.609（kg/h）W=1927.69（kg/h）2.2.3丙烯塔的物料平衡求出塔頂與塔底的產(chǎn)品量與組成如下表。表2-9 塔頂與塔底的產(chǎn)品量與組成組分塔頂餾出液塔底釜液kg/hWt%kmo

25、l/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%C210.0640.1240.33550.1740000C3=7622.07793.68181.4893.899.6380.500.2290.531C3o504.476.2011.4655.931792.7593.0040.7494.46iC4o0000125.306.52.165.018136.609100193.2811001927.6910043.129100丙烯塔物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)下表表2-10 丙烯塔物料平衡組分進(jìn)料塔頂餾出液塔底釜液kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%C21

26、0.0640.10.33550.1410.0640.1240.33550.1740000C3=7631.71575.83181.707579.867622.07793.68181.4893.899.6380.500.2290.531C3o2297.2222.8352.209522.08504.476.2011.4655.931792.7593.0040.7494.46iC4o125.301.252.16030.910000125.306.52.165.0110064.299100236.41281008136.609100193.2811001927.6910043.1291003 脫乙烷塔和

27、丙烯塔精制工藝條件的確定3.1脫乙烷工藝條件的確定3.1.1操作壓力的確定塔頂采用水作為冷卻劑，設(shè)水溫為25，冷凝器冷凝液的出口溫度比水溫度高10，則回流罐中冷凝液的溫度為35。脫乙烷塔頂?shù)睦淠鳛槿?，則回流罐中冷凝液的溫度為泡點(diǎn)，因此采用泡點(diǎn)方程計(jì)算回流罐的壓力。泡點(diǎn)就是多組分混合液開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的溫度。當(dāng)混合液處于泡點(diǎn)時(shí)，各組分均服從帶入得或式中 yi 任意組分i在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；xi 任意組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；ki 相平衡常數(shù)。圖3-1脫乙烷塔頂示意圖按上式求壓力時(shí)需用試差法。式中xA，xB，xCxn均為已知，因此，在試差時(shí)，可先在泡點(diǎn)溫度，查出各組分在假設(shè)壓力下的K

28、值，若1說(shuō)明所設(shè)壓力偏高，ki值太小，若1說(shuō)明壓力偏低，ki值太大，經(jīng)反復(fù)假設(shè)壓力，并求出相應(yīng)的kixi直到滿足為止，此時(shí)的壓力即泡點(diǎn)時(shí)回流罐的壓力。根據(jù)冷凝液的泡點(diǎn)，假設(shè)回流罐的壓力，由p-T-k圖查得液相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程與結(jié)果列表如下表表3-1 液相各組分的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分xi=yDiT=35，P=3.8mpaT=35，P=3.5mpaT=35，P=3.9mpayi =kixiyi =kixiyi =kixi乙烷0.78261.210.939121.260.99861.180.9235丙烯0.21740.480.10440.510.11090.460.06739合計(jì)11

29、.04351.1090.9909如上，當(dāng)回流罐壓力為3.9 MPa時(shí)，滿足歸一條件：平衡汽相組成之和=0.99091，故回流罐壓力為3.9 MPa。設(shè)塔頂?shù)交亓鞴薜膲毫Σ顬?.1MPa，則塔頂壓力P頂4.0MPa；塔頂?shù)剿獕毫禐?.1MPa，則塔釜壓力P底4.1MPa；進(jìn)料口壓力取塔頂壓力和塔釜壓力的平均值，故設(shè)進(jìn)料壓力P進(jìn)4.05MPa。3.1.2 回流溫度的確定回流液溫度即為全凝器的冷凝溫度，T回=353.1.3塔頂溫度的計(jì)算塔頂為飽和汽相，故應(yīng)采用露點(diǎn)方程計(jì)算塔頂溫度。露點(diǎn)就是多組分混合液開(kāi)始冷凝，產(chǎn)生第一個(gè)液滴的溫度。當(dāng)混合液處于泡點(diǎn)時(shí)，各組分均服從帶入 得 式中 yi 任意組分i

30、在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；xi 任意組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；ki 相平衡常數(shù)。按上式求露點(diǎn)時(shí)也需用試差法。式中yA，yB，yC.yn均為已知，因此，在試差時(shí)，可先假定一個(gè)露點(diǎn)溫度，查出各組分在該溫度下的K值。若1說(shuō)明所設(shè)溫度偏低，ki值太小，若1說(shuō)明溫度偏高，ki值太大，經(jīng)反復(fù)假設(shè)溫度，并求出相應(yīng)的直到滿足為止，此時(shí)的溫度即露點(diǎn)。在塔頂壓力下，假設(shè)塔頂露點(diǎn)溫度，由p-T-k圖查得汽相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程與結(jié)果列表如下。表3-2 塔頂壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分yi =yDiP=4.0MPa，設(shè)T=45P=4.0 Mpa，設(shè)T=43P=4.0 MPa，設(shè)T=39kiXi= yi/

31、 kikiXi=yi/ kikiXi=yi/ kiC20.78261.470.53241.460.53601.440.5435C3=0.21740.540.40260.520.41810.480.452910.93500.95410.9964當(dāng)塔底溫度為39時(shí)，組成之和=0.99431，故塔頂?shù)臏囟葹?93.1.4 塔底溫度的計(jì)算塔底為飽和液相，故應(yīng)采用泡點(diǎn)方程計(jì)算塔底溫度。泡點(diǎn)就是多組分混合液開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的溫度。當(dāng)混合液處于泡點(diǎn)時(shí)，各組分均服從帶入得或式中 yi 任意組分i在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；xi 任意組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；ki 相平衡常數(shù)。按上式求泡點(diǎn)時(shí)需用試差法。式中xA

32、，xB，xCxn均為已知，因此，在試差時(shí)，可先假定一個(gè)泡點(diǎn)溫度，查出各組分在假設(shè)溫度下的K值，若1說(shuō)明所設(shè)溫度偏高，ki值太大，若1說(shuō)明溫度偏低，ki值太小，經(jīng)反復(fù)假設(shè)溫度，并求出相應(yīng)的kixi直到滿足為止，此時(shí)的溫度即泡點(diǎn)。在塔底壓力下，假設(shè)塔底泡點(diǎn)溫度，由p-T-k圖查得液相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程與結(jié)果列表如下。表3-3 在塔底壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分xi=xWiP=4.1MPa，設(shè)T=82P=4.1MPa，設(shè)T=84P=4.1MPa，設(shè)T=86kiyi= ki xikiyi= ki xikiyi= ki xiC20.03791.440.072391.960.0743

33、2.000.0758C3=0.74290.480.68350.950.70581.000.7429C3o0.21050.840.17680.880.18520.920.1937iC4o0.00870.460.00400.480.00420.500.004410.93670.96950.98014當(dāng)塔底溫度86時(shí)，滿足歸一條件，平衡汽相組成之和=0.98014，故塔底溫度為86。3.1.5 進(jìn)料溫度的計(jì)算乙烷塔采用飽和液相進(jìn)料，與上塔底溫度計(jì)算同理，故采用泡點(diǎn)方程計(jì)算。計(jì)算結(jié)果列表如下表3-4 進(jìn)料壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分P=4.05Mpa,設(shè)T=84P=4.05Mpa,設(shè)T=

34、86C20.03792.000.07582.050.0777C3=0.74290.960.71320.980.7280C3o0.21050.880.18520.980.2063iC4o0.00870.480.00420.480.004210.97841.0162當(dāng)進(jìn)料溫度為86時(shí)，組分之和=0.99401，故進(jìn)料溫度為86。3.1.6 脫乙烷塔操作條件匯總表3-5 脫乙烷塔操作條件匯總表項(xiàng)目塔頂進(jìn)料塔釜回流壓力（mpa）4.04.054.13.9溫度（）398686353.2丙烯塔工藝條件的確定3.2.1 操作壓力的確定塔頂采用水作為冷卻劑，設(shè)水溫為15，冷凝器冷凝液的出口溫度比水溫高20，則

35、回流罐中冷凝液的溫度為35。丙烯塔頂?shù)睦淠鳛槿?，則回流罐中冷凝液的溫度為泡點(diǎn)，因此采用泡點(diǎn)方程計(jì)算回流罐的壓力。式中 yi 任意組分i在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；xi 任意組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；ki 相平衡常數(shù)。根據(jù)冷凝液的泡點(diǎn)，假設(shè)回流罐的壓力，由p-T-k圖查得液相各組分的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果列表如下。表3-6 回流溫度下不同壓力的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分xi=yDiT=35，設(shè)P=1.5MPaT=35，設(shè)P=1.6MPakikiC20.00172.50.000432.650.004505C3=0.93901.010.94841.050.98595C3o0.00590.90.0053

36、0.920.00542810.954140.99588當(dāng)回流罐壓力為1.6MPa時(shí)，滿足歸一條件：平衡汽相組成之和=0.995881，故回流罐壓力為1.6MPa。設(shè)塔頂?shù)交亓鞴薜膲毫Σ顬?.1MPa，則塔頂壓力P頂1.7MPa；塔頂?shù)剿獕毫禐?.1MPa，則塔釜壓力P底1.8MPa；進(jìn)料口壓力取塔頂壓力和塔釜壓力的平均值故設(shè)進(jìn)料壓力P進(jìn)1.75MPa。丙烯塔頂?shù)睦淠鳛槿?，采用露點(diǎn)進(jìn)料方程計(jì)算回流罐的壓力。計(jì)算過(guò)程與計(jì)算結(jié)果列表如下3.2.2 塔頂溫度的計(jì)算表3-7 塔頂壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分P=1.7MPa,設(shè)T=38P=1.7MPa,設(shè)T=40乙烷0.00172

37、.30.000742.400.00071丙烯0.93900.950.9884210.980.95816丙烷0.00590.820.0071950.860.00686合計(jì)1.0000.996360.96573當(dāng)塔頂溫度為38時(shí)，平衡液相組成之和=0.996361，故塔頂溫度為38。3.2.3 塔底溫度的計(jì)算塔底為飽和液相，故應(yīng)采用泡點(diǎn)方程計(jì)算塔底溫度表3-8 塔底壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分P=1.8Mpa,設(shè)T=52P=1.8Mpa,設(shè)T=51丙烯0.00531.150.00611.130.005989丙烷0.94501.020.96391.010.95445異丁烷0.05010

38、.480.02400.450.022545合計(jì)11.0119480.976995當(dāng)塔底溫度為52時(shí)，組成之和=1.0119481，故塔底溫度為52。3.2.4 進(jìn)料溫度的計(jì)算乙烷塔底的飽和液體靠自壓進(jìn)入丙烯塔，故丙烯塔為飽和液體進(jìn)料，溫度采用泡點(diǎn)方程計(jì)算。 計(jì)算結(jié)果列表如下：表3-9 進(jìn)料壓力下不同溫度的平衡常數(shù)計(jì)算過(guò)程與結(jié)果組分P=1.75Mpa,設(shè)T=44P=1.75Mpa,設(shè)T=45乙烷0.00142.500.000352.510.0003514丙烯0.76861.030.7916581.050.80703丙烷0.22080.920.2031360.960.211197異丁烷0.0091

39、0.450.0040950.460.00419合計(jì)10.9992391.02276 當(dāng)進(jìn)料溫度為44時(shí)，組成之和=0.9992391，故丙烯塔進(jìn)料溫度44。3.2.5 丙烯塔操作條件匯總 表3-10 丙烯塔操作條件匯總表項(xiàng)目塔頂進(jìn)料塔釜回流壓力（mpa）1.71.751.81.6溫度（）384452354脫乙烷塔和丙烯塔塔板數(shù)的確定4.1 脫乙烷塔塔板數(shù)的計(jì)算4.1.1 最小回流比的計(jì)算采用恩德伍德（underwood）法計(jì)算最小回流比。乙烷為輕關(guān)鍵組分，丙烯為重關(guān)鍵組分。 （A） （B）式中 xFi組分i在進(jìn)料中的摩爾分?jǐn)?shù)；組分i對(duì)基準(zhǔn)組分j的相對(duì)揮發(fā)度，取塔頂、塔釜條件下的平均值；q原料的

40、液化分率（飽和液相進(jìn)料q=1）；方程（A）的根，且；xDi組分在塔頂產(chǎn)品中的摩爾分?jǐn)?shù)；Rmin最小回流比。1確定相對(duì)揮發(fā)度由p-T-k圖查得液相各組分的平衡常數(shù)，選取丙烯為基準(zhǔn)組分j，計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，詳見(jiàn)下表。表4-1 相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算組成塔頂，T =39，P4.0MPa塔底，T =86，P4.1MPakiki乙烷1.202.52.002.02.236丙烯0.481.01.001.001.00丙烷0.420.8750.920.920.879異丁烷0.220.4580.500.500.4782值計(jì)算根據(jù)，輕關(guān)鍵組分的=2.236，重關(guān)鍵組分的=1.00。故2.2361.0。通過(guò)試差法計(jì)算值。表4-

41、2 試差法計(jì)算值組分設(shè)設(shè)=2.115乙烷0.03792.2360.335910.70030.6946丙烯0.74291.00-0.7429-0.66663-0.6669丙烷0.21050.879-0.165-0.1497-0.1498異丁烷0.00870.478-0.00273-0.00254-0.00254合計(jì)1-0.57470.1185-0.09688因?yàn)閝=1，所以=0；當(dāng)?shù)臅r(shí)候，=-0.096880故取3最小回流比計(jì)算將=2.114帶入到方程中，計(jì)算Rmin。Rmin計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)下表。表4-3 Rmin計(jì)算過(guò)程所以 Rmin14.34-113.344.1.2 最少理論塔板數(shù)的計(jì)算最少理

42、論板數(shù)采用芬斯克方程計(jì)算。式中 輕關(guān)鍵組分l、重關(guān)鍵組分h之間的相對(duì)揮發(fā)度，取塔頂、塔底的平均值；xl、xh輕關(guān)鍵組分l、重關(guān)鍵組分h的摩爾分?jǐn)?shù)；下標(biāo)D、W塔頂、塔底。根據(jù)前面相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算可知，=2.24把相關(guān)條件帶入芬斯克方程可得=9.414.1.3 理論塔板數(shù)和實(shí)際回流比的確定應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，根據(jù)實(shí)際回流比R=（1.2-2）Rmin，采用簡(jiǎn)捷法計(jì)算理論板數(shù)。取R=18，則=(18-13.34)/19=0.245查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖得 =0.41則N-=0.41(N+2)整理得N-9.41=0.41 N+0.82得理論塔板數(shù)為N=17.344.1.4 實(shí)際塔板數(shù)的確定1全塔效率全塔效率由下式

43、計(jì)算。Et=0.49()-0.245 式中 塔頂與塔底平均溫度下組分i的液相黏度，mPas。計(jì)算塔頂與塔底平均溫度t=(tD+tW)/2=(39+86)/2=62.5由參考資料12P264,P268,P269查得62.5各組分粘度得：表4-4 各組分粘度組分xFi(mPas)xFi (mPas)乙烷0.03790.01650.000625丙烯0.74290.0750.05572丙烷0.21050.0730.011537異丁烷0.00870.0980.00085310.2570.06873Et=0.49()-0.245 Et=0.49()-0.245 =0.49(2.240.06873)-0.2

44、45 =0.7749=77.49%實(shí)際生活中全塔效率全塔效率達(dá)不到75.8%而在60%左右，所以全塔效率取61%2實(shí)際塔板數(shù)的確定實(shí)際塔板數(shù)由下式計(jì)算。式中 N理論塔板數(shù)；NP實(shí)際塔板數(shù)；塔板效率。把相關(guān)條件帶入方程可得乙烷塔的實(shí)際塔板數(shù)Np=N/=17.34/0.61=28.59取脫乙烷塔的實(shí)際塔板數(shù)為Np=29塊4.1.5實(shí)際進(jìn)料位置的確定由于進(jìn)料是泡點(diǎn)的液體，故可用寇克勃列特經(jīng)驗(yàn)公式（與下式不同的是公式中的xlW與xhD換成與）或按以下兩式經(jīng)驗(yàn)公式估算與 式中 n精餾段塔板數(shù)；m提餾段塔板數(shù)；W塔底釜液的流量，kmol/h；D塔頂餾出液的流量，kmol/h；xhF料液中重關(guān)鍵組分的組成，

45、mol%；xlF料液中輕關(guān)鍵組分的組成，mol%；xlW釜液中輕關(guān)鍵組分的組成，mol%；xhD餾出液中重關(guān)鍵組分的組成，mol%；NP實(shí)際塔板數(shù)。將相關(guān)條件帶入方程可得：=0.206lg(236.4128/11.5795)(0.7429/0.0379)(0.0014/0.2174)2=0.206lg(0.016596)=-0.366857n/m=0.43（或n/m=（0.016596）0.206 =0.43）將n=0.43m帶入下式n+m=Np=29解得：精餾段塔板數(shù)n=8.72提餾段塔板數(shù)m=20.28精餾塔相當(dāng)于多塔串聯(lián)，提餾段進(jìn)料口取二個(gè)（提餾段又相當(dāng)于兩塔串聯(lián)，可保證塔底0.1），兩

46、個(gè)進(jìn)料口分別是由上向下數(shù)的第9塊和第11板上。4.1.6 脫乙烷塔塔板數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總脫乙烷塔塔板數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。表4-5 脫丙烷塔操作條件項(xiàng)目最 小回流比實(shí) 際回流比最少理論板數(shù)理論板數(shù)實(shí)際板數(shù)全塔效率進(jìn)料位置數(shù)值13.34189.4117.342961%第9塊和第11塊4.2 丙烯塔塔板數(shù)的計(jì)算4.2.1 最小回流比的計(jì)算采用恩德伍德（underwood）法計(jì)算最小回流比。1確定相對(duì)揮發(fā)度由p-T-k圖查得液相各組分的平衡常數(shù)，選取丙烷組分為基準(zhǔn)組分j，計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度，詳見(jiàn)下表。表4-6 確定相對(duì)揮發(fā)度組成塔頂，T =38，P1.7MPa塔底，T =52，P1.8MPakikiC22.30

47、2.8752.652.7042.79C3=0.941.1751.101.1221.148C3o0.8010.9811.0C4o0.380.4750.480.4080.442值計(jì)算根據(jù)，輕關(guān)鍵組分丙烯的=1.148，重關(guān)鍵組分丙烷的=1.00。故1.1481.00。通過(guò)試差法計(jì)算值。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)下表。通過(guò)初步取=1.01,1.02，,1.03,1.04計(jì)算確定=1.03左右表4-7 試差法計(jì)算值組分=1.031=1.029=1.030乙烷0.00142.790.002220.0022180.00221丙烯0.76861.1487.5414777.4147297.47757丙烷0.22081.0-

48、7.122580-7.613793-7.36000異丁烷0.00910.44-0.006775-0.006798-0.006786合計(jì)10.4143420.203640.11299因?yàn)閝=1，所以=0；當(dāng)=1.030的時(shí)候，=0.112990故取=1.0303最小回流比計(jì)算將=1.030帶入到方程中，計(jì)算Rmin。Rmin計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)下表。表4-8 Rmin計(jì)算過(guò)程組成xDixDiC22.790.00170.0047431.760.00269C3=1.1480.93901.0779720.1189.1354C3o1.00.05930.0593-0.03-1.976717.1614所以 Rmin

49、7.161416.164.2.2 最少理論塔板數(shù)的計(jì)算根據(jù)前面相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算可知，=1.148=1.15最少理論板數(shù)采用芬斯克方程計(jì)算，把相關(guān)條件帶入芬斯克方程可得：=59.854.2.3 理論塔板數(shù)和實(shí)際回流比的確定應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，根據(jù)實(shí)際回流比R，采用簡(jiǎn)捷法計(jì)算理論板數(shù)。Rmin6.16 R=(1.2-2.0) Rmin= =7.392-12.32不同實(shí)際回流比下的理論板數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表。表4-9 不同實(shí)際回流比下的理論板數(shù)計(jì)算結(jié)果RN7.50.15760.46106.988.50.24630.41598.5989.50.31810.3791.4110.50.37740.35589.2411.50.42720.3082.07