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1、精选优质文档-倾情为你奉上项目设计说明书题目:80 万吨/年气体分离装置工艺设计脱丙烷塔设计计算学生XXX学 号班别化工11-8班专业化学工程与工艺指导教师 XX 日期2014年7月13日专心-专注-专业目 录一、总论11.1 综述11.2 设计依据2二、工艺流程物料衡算4三、塔设备设计计算83.1 简捷计算83.2 严格计算10第一步、严格计算数据输入以及结果输出10四、塔设备尺寸计算154.1 塔径计算154.2 塔高计算15(1)精馏塔有效高度的计算(除去进料板)154.3 水力学计算16五、 总结19参考文献20附录:设计图纸21一、总论1.1 综述气体分离设备是为国民经济基础产业(钢
2、铁、有色冶炼、石化、化肥、城市煤气化等)和尖端产业(国防、航天等)服务的重大技术装备,2000年以来,随着国民经济的快速发展,特别是西部大开发和城市化进程的加快,电力、汽车行业的发展,使国内钢铁需求呈上升趋势:“一大化工”行业的发展和“煤改油”工程的上马,使气体分离设备市场领域有了扩展;民营经济的发展使得小空分、制氢设备、变压吸附设备、低温贮运设备的市场需求增加。 1.1.1液化石油气的主要来源及运用我国炼油厂气体分离装置是以液化气为原料,液化气主要来自催化裂化、加氢裂化和催化重整等装置(见图1-1),其中催化裂化装置液化气产量占总产量的90以上。图1-1气体分离装置原料来源示意图液化石油气主
3、要用于生产丙烯、丙烷、烷基化料、橡胶料、碳五和液化气等产品(见图1-2),分离丙稀后其丙烷和丁烷含量占30,其余基本为烯烃。配有气体分离装置后,可将其中的丙烷抽出。丙烷燃烧热值高,燃烧后几乎不产生污染,替代汽油用作汽车燃料,技术成熟,且比燃油费用低,有很好的社会效益和经济效益。由三个精馏塔及附属装置组成(脱丙烷塔,脱乙烷塔,丙烯塔)。装置原则工艺流程见图1-3。1.2 设计依据(1)气体分离装置原则流程图图1.3 气体分离装置原则流程图进装置物流101F的压力为958kPa,温度40。所有出装置物流温度为401。(2)原料性质:本装置原料为经过产品精制脱硫后的催化裂化液化石油气,其组成如表1.
4、1所示。表1.1 液化石油气组成组分mol乙烯0.01乙烷0.46丙烯37.89丙烷7.32异丁烷17.71异丁烯10.701-丁烯4.94正丁烷4.90反丁烯-28.74顺丁烯-26.82异戊烷0.51合计100(3)分离要求:脱丙烷塔:碳四馏分中异丁烯回收率99.9%,塔顶馏分中丙烯回收率99.9%;脱乙烷塔:乙烷馏分中乙烷回收率98.2%,塔底馏分中丙烯回收率99%;丙烯塔:丙烯产品中丙烯纯度99.6mol%、丙烯回收率99.3%。(4)设计处理量:80万吨/年。(5)需要设计计算的塔:脱丙烷塔二、工艺流程物料衡算2.1装置物料衡算。(1)先对脱丙烷塔进行物料衡算脱丙烷塔进料量:8010
5、7/8400=95238kg/h根据表1.1进料组成,计算出101F的摩尔流量1kmol进料的质量=xi*Mi=0.01%*28+30*0.46%+42*37.89%+0.0144*7.32%+ 58*17.71%+56*10.70%+56*4.90%+56*8.74%+56*6.82%+72*0.51%=51.423kg 摩尔进料量为:95238/51.423=1852.1kmol/h 如图1.1,脱丙烷塔一股进料,两股出料,其中分离要求为 碳四馏分中异丁烯回收率99.9%,塔顶馏分中丙烯回收率99.9%; 所以,关键组分是C3= 和i-C4=。 假设清晰分割,由于C3和i-C4的相对挥发度
6、处于C3=和i-C4=之间,不妨设其分离 效果分别与C3=和i-C4=相同。计算结果如下页表表2-1脱丙烷塔各股物流组成组分进料组成Mol%101F流量Kmol/h102D流量Kmol/h103B流量Kmol/hC2=0.010.1850.1850C20.468.5208.5200C3=37.89701.761701.0590.702C37.32135.574135.4380.136I-C417.71328.0070.328327.697I-C4=10.70198.1750.198197.977L-C4=4.9491.4940.00091.494N-C44.9090.7530.00090.75
7、3T-C4=8.74161.8740.000161.874I-C56.82126.3130.000126.313C-C4=0.519.4460.0009.446合计1001852.100845.7281006.394(2)脱乙烷塔进行物料衡算 由设计工艺流程可知,脱乙烷塔进料为脱丙烷塔中102D物流股。脱乙烷塔进料量:0.185+8.520+701.059+135.438+0.328+0.198=845.728 Kmol/h该设计脱乙烷塔的分离要求为:乙烷馏分中乙烷回收率98.2%,塔底馏分中丙烯回收率99%;可采用清晰分割,关键组分是C2和C3=。表2-2 脱乙烷塔各股物料组成组分102D流
8、量Kmol/h202D流量Kmol/h203B流量Kmol/hC2=0.1850.1850C28.5208.3670.153C3=701.0597.011694.048C3135.4380135.438I-C40.32800.328I-C4=0.19800.198合计845.72815.563830.165(3)脱丙烯塔物料衡算由设计工艺流程可知,脱乙烷塔进料为脱丙烷塔中203B物流股。脱乙烷塔进料量:0+0.153+694.048+135.438+0.328+0.198=830.165Kmol/h该设计丙烯塔分离要求:丙烯产品中丙烯纯度99.6mol%、丙烯回收率99.3%。设其为清晰分割,
9、则关键组分为C3=和C3。表2-3 丙烯塔各股物料组成组分203D流量Kmol/h302D流量Kmol/h303B流量Kmol/hC20.1530.1530C3=694.048691.2722.776C3135.4380.948134.535I-C40.3280.0000.328I-C4=0.1980.0000.198合计830.165692.373137.837汇总三个塔的各股物料流组成,见表2-4.表2-4 气体分离装置各股物料组成组分进料组成 mol/h101F流量Kmol/h102D流量Kmol/h103B流量Kmol/h202D流量Kmol/h203B流量Kmol/h302D流量Km
10、ol/h303B流量Kmol/hC2=0.010.1850.18500.1850/C20.468.5208.52008.3670.1530.1530C3=37.89701.761701.0590.7027.011694.048691.2722.776C37.32135.574135.4380.1360135.4380.948134.535I-C417.71328.0070.328327.69700.3280.0000.328I-C4=10.70198.1750.198197.97700.1980.0000.198L-C4=4.9491.4940.00091.494/N-C44.9090.753
11、0.00090.753/T-C4=8.74161.8740.000161.874/I-C56.82126.3130.000126.313/C-C4=0.519.4460.0009.446/合计1001852.100845.7281006.39415.563830.165692.373137.8372)Fenske方程校核查T-p-K图,得到各组分Ki值用以下公式校核di、bi经过校核符合清晰分割,脱丙烷塔的轻关键组分、重关键组分分别是丙烯、异丁烯。脱乙烷塔的轻关键组分、重关键组分分别是乙烷和丙烯。丙烯塔的轻关键组分、重关键组分分别是丙烯和丙烷。对脱丙烷塔校核: Nm=lg(701.059/0.
12、702)/(0.198/197.977/lg4.=9.7796组分mol%kii101F流量Kmol/h102D流量Kmol/h103B流量Kmol/hdibiC2=0.011.58533.72340.1850.18500.185 0.000 C20.460.94122.021288.528.5208.520 0.000 C3=37.890.1934.701.761701.0590.702701.059 0.702 C37.320.1523.135.574135.4380.136134.185 1.389 I-C417.710.0491.4328.0070.328327.6978.580 31
13、9.427 I-C4=10.70.0471198.1750.198197.9770.198 197.977 L-C4=4.940.0460.91.494091.4940.074 91.420 N-C44.90.0280.90.753090.7530.001 90.752 T-C4=8.740.0340.161.8740161.8740.007 161.867 I-C56.820.0350.126.3130126.3130.007 126.306 C-C4=0.510.0060.127669.44609.4460.000 9.446 合计1001852.1845.7281006.394852.8
14、16 999.286 三、塔设备设计计算3.1 简捷计算第一步、输入进料物流数据第二步、输入DSTW模块数据第三步、模拟结果3.2 严格计算第一步、严格计算数据输入以及结果输出第二步、灵敏度分析结果四、塔设备尺寸计算4.1 塔径计算4.2 塔高计算(1)精馏塔有效高度的计算(除去进料板)精馏段有效高度:Z精=(N精-1)HT=(11-1)0.6=6m提馏段有效高度:Z提=(N提-1)HT=(25-1)0.6=14.4m按每隔4.6m安装一个人孔,所以共设置5个人孔,取其塔板距为0.8m.故脱丙烷塔的有效高度为Z=(6+14.4-0.6+0.8)=20.6m(2)塔附件及总高度的计算1)塔顶空间
15、为了安装人孔及破沫网,取塔顶塔顶空间=1.62)进料板高度安装人孔及气液相进料,取稍大一点,所以3)塔底空间假定塔底空间依储存液量停留3分钟,那么塔底液高:取塔底液面距最下面一层板留1.37米,故塔底空间4)封头高度5)裙座高度取一个平台高度6)塔壁厚计算取每年腐蚀1.5mm,因限制用年数为15年,年寿终了的最低那么壁厚故按标准,取壁厚28mm7)塔总高度H=20.6+1.6+1.8+2+1.22+0.3=26.52m4.3 水力学计算(1)塔板负荷性能图1)雾沫夹带线对常压,塔径900 的大塔,取泛点率=80%为其雾沫夹带量上限,则:按泛点率为80%计算如下:可整理出:在上式任取两点算出相应
16、的值列下表中。据此,可做出雾沫夹带线表3-20雾沫夹带线数据0.0020.0031.43631.41842)液泛线由确定液泛线。忽略项故,把有关数据代人整理得液泛线:在上式任取三点算出相应的值列下表中。据此,可做出液泛线表3-21液泛线数据0.0020.0030.011.76841.72521.31603)液体负荷上限线液体的最大流量应保证在降液管中停留时间不低于35s,故得液体在降液管内停留时间:=35s ,则Ls=AfHt /5=0.0.6/5=0.01154液相负荷上限线在图中为与气相流量无关的垂线。4)漏夜线对于F1型重阀,依据作为规定气体最小负荷的标准,则故,作气相负荷下限线。5)液
17、相负荷下限线为保证板上液流分布均匀,提高气液接触效果,取堰上液层高度作为液相负荷下限。由于,取E=1可以推出:作液相负荷下限线。由以上五条线在直角坐标上作图,五条线所围成的区域即为适宜操作区。根据以上五个方程可分别做出塔板负荷性能图上的、及共五条线(2)由塔板负荷性能图可以看出:(1)任务规定的气、液负荷下的操作点P(设计点),处在适宜操作区以内的适中位置。(2)塔板的气相负荷上限由雾沫夹带控制,操作下限由漏液控制。(3)按照固定的液气比,由附图查出塔板的气相负荷上限和下限,进而求出操作弹性。(3)塔的操作弹性由塔板负荷性能图查出塔板的气相负荷上限气相负荷下限为故操作弹性 在34范围内。五、
18、总结通过这次课程设计让我认识到之前学习的化工专业知识对于整个设计的重要性,特别是化工原理、传质分离过程及化工热力学,尤其是化工原理的塔设备部分。更特别是对精馏原理及其操作各方面的了解和设计,对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对丙烷塔的设计,不仅让我将所学的知识与实践结合了起来,这是对于所学理论知识的巩固和升华。在和同学们的共同努力下下,及时的按要求完成了设计任务,通过这次课程设计,使我获得了很多重要的知识,同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。同时也让我认识到自己知识面的缺陷,所以在今后的日子里要加强学习。对于这次的设计的结果,经过多次aspen简捷计算
19、、严格计算和灵敏度分析,证明了其可行性,并且也让我快速的初步掌握该软件的基本用途。但是由于对于软件应用不够熟悉,其中可能会存在一些问题,恳请老师认真批阅及指出。参考文献1夏清、贾绍义 主编化工原理上、下册,天津大学出版社,2012年.1月第二版2刘家祺 主编传质分离过程,高等教育出版社,2005年12月第一版3彭秉璞.化工系统分析与模拟M.北京:化学工业出版社,19904李功样、陈兰英、崔英德常用化工单元设备设计,华南理工大学出版社,2003.45陈均志、李磊编著化工原理实验及课程设计,化学工业出版社,2008.76北京石油设计院编石油化工工艺计算图表,烃加工出版社,1985.127谢端绶等合编常用物料物性数据,化学工业出版社,1982.10 8朱开宏.化工流程模拟M.北京,中国石化出版社,1993附录:设计图纸(包括带控制点的工艺流程图和设备设计图)
限制150内