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化工与材料工程学院毕业设计文献综述化工与材料工程学院毕业论文外文翻译试验设计VBA程序研制及化工应用 Experimental design VBA procedures for the development and chemical application学生学号 06110123 学生姓名 专业班级 化工061101 指导教师 教 授 联合指导教师 完成日期2010.6 化工与材料工程学院毕业设计（论文）外文翻译摘要：在乙烯生产中分离丙烯和丙烷的新工艺提出了,其中丙烯腈作为夹带剂进行萃取精馏已被应用。使用PRO/II（化工流程模拟软件）通过软件仿真过程可选择一个适当的汽液平衡模型。这一萃取精馏新的工艺，需要少量的塔板数，相对较少的能量供给和较小的塔径。在最近几年，精馏塔设计中一种新型多溢流复合斜孔塔板已被广泛应用。据认为，通过使用这种新工艺流程将会大大改善对丙烯和丙烷分离。关键词：丙烷;丙烯;萃取精馏; PRO/II;斜孔塔板1.导言- 7 -自20世纪70年代以来，随着对丙烯衍生物的需求增加，生产丙烯已变成越来越重要。由于大多数丙烯来自裂解气体分离，因此在乙烯工艺中分离丙烯具有很大的商业意义。在乙烯工艺里，丙烯主要是由包括丙烯和丙烷的混合物提纯而来。众所周知，在一定范围的压力下，纯组分之间的沸点非常接近 ，通过普通蒸馏很难将他们分开。本文因此着眼于分离丙烷和丙烯。 在一般情况下，丙烷和丙烯的分离过程可分为三种类型：低压蒸馏，高压蒸馏和带热泵制冷系统精馏 1,2 。高压蒸馏使用水冷却塔顶（当温度高于313.15K）且当塔釜温度保持约为343.15K时，可用普通低压蒸汽满足供热。但是回流比非常高，因此需要的理论板数非常多。低压蒸馏将会改变丙烷和丙烯的相对挥发度。因此，理论塔板数和回流比有明显减少。但是，这项工艺需要一种特殊的的制冷剂而不是普通的水来冷却塔顶。塔顶产品可以压缩作为制冷剂或在塔底汽化。由于这一工艺的复杂性 高压蒸馏往往是首选。针对在高压蒸馏情况下的高回流比和众多的理论板数，本文提出在优化过程中加入溶剂，即采用萃取精馏的方法。新的工艺发挥了溶质和溶剂之间早已存在差异的这一优势。而丙烷和丙烯不同的电子流动性是生产的基础。丙烯腈（丙烯腈）之所以被选为萃取精馏的夹带剂，是因为它的低成本和低沸点将继续保持传统工艺中的低热耗。丙烯腈，水，丙烯和丙烷的物理性质介绍如表1 。 汽液相平衡模型在现有工艺由实验和仿真得出，新型萃取精馏过程使用PRO/II软件模拟。塔板类型是根据新工艺在模拟仿真中的结果进行设计。名 称L 液相流率 (m3 h1) V 气相流率 (m3 h1) 相对挥发度L 液相密度(kgm3) V 气相密度(kgm3) 表面张力(Nm1)下 标1 .1丁烷 2 .1丁烯 3 .反2丁烯 4.顺2丁烯 5 .1，3丁二烯表1 丙烯腈，水，丙烯，丙烷物理性质质 量沸 点 液体密度丙烯腈水丙烯丙烷41.05318.01542.08144.097354.8373.2225.4231.17829986125822.选择汽液平衡模型和实验数据在这项实验中，在无限稀释的条件下采用惰性气体剥离法和气相色谱法使用气升式仪器衡量相对挥发度 3,4 。每个样品的组成决定于配备了热传导栅的SQ-206型气相色谱仪。癸二腈被用作起固定的作用的塔的填充物，氢气作为载气。填充物操作条件是在室温下。这个方法是基于惰性气体的持续流动使高度稀释液体混合物从溶液中分离出来的气相组成的变化不同。浮选槽的出口气体在平衡状态下，一定的时间间隔内，通过六方煤气阀，与液相注入气相色谱仪。此外，该方法采用这一研究涉及改变反应平衡，扩大气液界面，并增加气体和液体之间的接触时间。实验结果列于表2，其比较了众多参考文献 5 证明是正确的。在此基础上，无限稀释条件下的丙烯腈+丙烷+丙烯系统的一系列的相对挥发度可以测定出来。 在模拟蒸馏工艺过程中，选择适当的汽液平衡模型是至关重要的。解决的关键是汽液相平衡模型采用活度系数模型。UNIFAC基团贡献 6-9 的模型是在萃取精馏的计算中最常用的模型，它也被用于这项研究。表3结果表明，计算结果UNIFAC能够良好的吻合实验数据。此次用于仿真的软件为PRO/II。表二 在无限稀释情况下的N，N -二甲基甲酰胺（ DMF ）与C4系统中C4的相对挥发度303.15 K实验值323.15 K实验值文献值152535453.922.351.961.693.322.121.791.613.432.171.761.56表三 比较实验数据与计算模拟值溶剂 温度（K） 无限稀释相对挥发度 实验数据 UNIFA法的计算值 丙烯腈 292.05 1.69 1.71丙烯腈 303.15 1.62 1.70丙烯腈+ 10 wt.%水 288.65 1.75 1.853.模拟两个进程图.1显示了传统的高压精馏分离丙烷和丙烯工艺，这一工艺过程常用于工业。图. 2显示了新的分离工艺过程即萃取精馏。新过程包括四个部分： (1)萃取精馏塔; (2)汽提塔; (3)水洗涤塔; (4)复苏塔（萃取溶剂） 。在萃取精馏塔丙烷和丙烯分离，丙烷由塔顶采出。在汽提塔萃取剂由塔底回收，生产的高浓度丙烯由塔顶采出。在水洗涤塔丙烯中微量的丙烯腈溶解水中，产品丙烯由顶端采出。在恢复塔中蒸馏水和乙腈的混合物回收丙烯腈。 传统高压蒸馏模拟采用与实际操作相同的操作条件以保证PRO / II软件模拟的有效性。然后这两个工艺过程进行比较。表4和表5分别为高压蒸馏操作条件下仿真结果与实测值比较。数据对比了仿真结果与实际值，证明PRO / II的可靠性。图一 高压精馏工艺分离丙烯和丙烷图二 萃取精馏工艺流程表 4 高压精馏操作参数进料流量 (kg h1)32040丙烯的进料浓度 (mol%)84进料板位置90 进料温度 (K)318.15进料压力 (kPa)1910塔顶压力(kPa)1910塔压力降 (kPa)60回流比15塔顶流率(kg h1)26500塔顶流率 (kg h1)5540在同一分离要求下（表6 ），两个工艺过程进行了模拟，计算结果被列于表7 。从表7可以显而易见，新工艺优于传统工艺且冷凝器和再沸器的热负荷分别减少了79.1和13.2 。冷凝器节省的能量是非常大而且理论板数也降低了25 。传统工艺和萃取精馏过程（第1和2栏）精馏塔中塔板上的汽液相负荷分别为表8和表9 。气液负荷性能图如，图第3和第4 。结果表明，在萃取精馏中汽液负荷数值较少。4.塔板设计高压方法分离丙烷和丙烯时，设计和操作一般选用板式塔。有许多类型的板式塔如斜孔塔板，浮动浮阀塔板和筛板，其中斜孔塔板具有高性能和低成本。斜孔塔板散乱的斜洞排列可以使液体和蒸气流横向喷出从而得到较高的气相流率。斜孔塔板可以保证气体的持续，从而减少液漏的可能。在塔板设计中，这种板的特点是具有高生产能力和高效率。表 5 模拟结果和高压蒸馏测量值的比较模拟值测量值塔顶温度 (K) 塔顶丙烯的摩尔浓度 (mol%)塔底丙烯的摩尔浓度 (mol%)再沸器热负荷 (kJ h1)冷凝器热负荷 (kJ h1)319.7599.37.62122.2122.0319.4599.28.2123.3122.5表 6 两种工艺过程控制参数进料速度 (kg h1)丙烯的进料组成 (mol%)产品流率 (kg h1)丙烯的产品组成 (mol%)32000842650099.3表 7 能量消耗的两个过程现有工艺 新工艺 塔1塔2塔3塔4冷却器 (106 kJ h1)122.29.80015.879.1再沸器 (106 kJ h1)122.049.037.4019.513.2理论板数1205010102025.0表8 现有工艺过程塔的汽液负荷板 数V (m3 h1)L (m3 h1)V (kg m3)L (kg m3)(N m1)1909967860.242.7464.20.00408911209737948.144.1459.00.00395表9 萃取精馏过程塔的汽液负荷 板 数V (m3 h1)L (m3 h1)V (kg m3)L (kg m3)(N m1)塔 1322235019812538425.9536.140.838.1632.5589.10.02557 0.02200塔 211010201315.53.4709.40.02601图三 两种工艺的塔内液相负荷图四 两种工艺的塔内液相负荷图五 多溢出（双流量）斜孔塔板这种新型多溢流复合金属板孔塔板能够得到很高的液相和汽相负荷。新型多溢流复合斜孔塔板采用两个降液管类似与多降液管塔板，其优点是结构简单，很长的液相流动路径和高生产能力和板效率。更换筛盘的斜孔塔板也提高了生产能力和板效率。我们的双溢流斜孔塔板结构见图5 。在气液负荷图中，由塔板软件取得的参数，我们计划修改第3块板。塔板软件的功能就是详细的估计可能的细节 10 。列于表10和表11的这些参数是有意义的，因为设计的价值是在各种条件下均能使之正常运行。设计的新工艺明显显示出增强了生产效率，缩小了塔半径（ 由5米降至3米）。表10 用现有工艺时对塔板的设计结果板 数1-9091-120塔 径 (m)55板间距 (m)0.60.6斜孔的比表面积 (%)88溢流型双溢流双溢流堰长 (m)1818堰宽 (m)0.40.4堰高 (m)0.030.03降液管高度 (m)0.10.1受液区面积 (m2)3.60.36溢出率 (m3 m1h1)47.7952.67通过斜孔的汽速 (m s1)0.1410.138F因子11.5211.44池液高度 (mm)69.1171.73板压降 (mm水柱)65.2066.42降液管压降 (mm水柱)90.08109.43降液管中液体高度(mm水柱)155.29175.85停留时间 (s)7.997.24汽液夹带0.0030.003表11 用萃取精馏工艺时对塔板的计算结果萃取精馏塔汽提塔板 数3222350110塔 径 (m)333板间距 (m)0.450.450.45斜孔的比表面积 (%)666溢流型双溢流双溢流双溢流堰长 (m)101010堰宽 (m)堰高 (m)0.030.030.03降液管高度 (m)受液区面积 (m2)222溢出率 (m3 m1h1)42.5953.6131.55通过斜孔的汽速 (m s1)1.301.666.68F因子8.2910.2712.33池液高度 (mm)66.2272.2259.65板压降 (mm水柱)44.7655.2852.77降液管压降 (mm水柱)49.6978.7327.27降液管中液体高度(mm水柱)94.44134.0180.04停留时间 (s)6.425.108.67汽液夹带0.00110.00210.00415.结论传统工艺和新的萃取精馏工艺运用Pro / II软件分别进行了基于UNIFAC组贡献法上的模拟。设计结果表明，设计的新流动工艺远远优于传统工艺，其节省13.2 再沸器负荷和79.1 冷凝器负荷且减少了理论板数的25 。塔板的设计数据指标是根据模拟数据而来。通过斜孔托盘的设计，可使塔板半径由5降至3米。参考资料1上海高桥化工厂，改良丙烯精馏塔，石油化工技术。 （北京） 5 （ 1976年） 145-151 。2 C. Wenshi, Modification of the operational condition to improve the yield of propylene, Petrochem. Technol. (China) 11 (1982) 429430.3 P. Duhem, J. Vidal, Extension of the dilutor method to measurement of high activity coefficients at infinite dilution, Fluid Phase Equilib.2 (1978) 2312354 J.C. Leroi, J.C. Masson, H. Renon, Accurate measurement of activity coefficients at infinite dilution by inert gas stripping and gas chromatography,Ind. Eng. Chem.Process Des. Dev. 16 (1977) 139144.5化学工程系，浙江大学，研究分离萃取精馏中溶剂C4的气液色谱法，化工技术。 （北京） 2 （ 1973 ） 527-533 。6 A. Fredenslund, R.L. Jones, J.M. Prausnitz, Group-contribution estimation of activity coefficients in nonideal liquid mixture, AIChEJ. 21 (1975) 10861099.7 S. Skjold-Jorgensen, B. Kolbe, J. Gmehling, P. Rasmussen,Vaporliquid equilibria by