脱丙烷塔设计

项目设计指南标题：80万吨/年气体分离装置的工艺设计脱丙烷塔的设计计算学生XXX学号夜雨化学11-8班职业化学工程和技术指导教师XX日期2014年7月亮13工作列表一、总论11.1汇总11.2设计标准2二、工序物料平衡4三、塔式设备设计和计算83.1简单计算83.2严格计算10第一步，数据输入严格计算和结果输出10四、塔式设备尺寸计算154.1塔式直径计算154.2塔式高度计算15(1)精馏塔有效高度的计算(拆卸供应板)154.3水力计算16五、摘要19参考文献20附录：设计图21一、总论1.1概述气体分离设备是服务于国民经济基础产业(钢铁、有色金属、石油化学、化肥、城市煤气化等)和高新技术产业(国防、航空航天等)的主要技术设备，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、汽车产业的发展，国内钢铁需求呈上升趋势：随着民营经济的发展，小型空分、制氢设备、变压吸附设备、低温储存和运输设备的市场需求增加。1.1.1液化石油气的主要来源及应用我国炼油厂的煤气分离装置以液化气为原料，液化气主要发生在催化裂化、加氢裂化、催化重整等方面(见图1-1)，其中催化裂化装置的液化气生产占总产量的90%以上。图1-1气体分离装置原料图液化石油气主要用于生产丙烯、丙烷、烷基化、橡胶、碳5和液化气等产品(见图1-2)，丙烷和丁烷含量为30%，其他基本上是烯烃。安装气体分离装置后，可以提取丙烷。丙烷燃烧的热值大，燃烧后污染极少，使用替代汽油作为汽车燃料，技术成熟，低于燃料成本，社会效益和经济效益突出。由三个蒸馏塔和附属装置(脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔)组成。设备原理流程如图1-3所示。1.2设计标准(1)气体分离装置原理流程图图1.3气体分离装置原理流程图输入设备物流101F的压力为958kPa，温度为40 。所有出站物流温度为401 。(2)原料特性：本装置的原料是产品精制脱硫后FCC液化石油气的组成，见表1.1。表1.1液化石油气成分成分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丁烯-28.74顺丁-26.82异戊烷0.51总计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：丙烯产品的丙烯纯度99.6mol%，丙烯回收率99.3%。(4)设计吞吐量：每年80万吨。(5)需要设计和计算的塔：脱丙烷塔20二、工艺材料平衡计算2.1设备材料平衡计算。(1)脱丙烷塔的物料平衡计算脱丙烷塔供应：80017/8400=95238千克/h表1.1根据进料配置计算101F的摩尔流量1kmol馈送品质=Xi * mi=0.01% * 28 30 * 0.46% 42 * 37.89% 0.0144 * 7.32% 58 * 17.71% 56 * 10.70摩尔供应量为95238/51.423=1852.1kmol/h图1.1，1个脱丙烷塔供应，分离要求如下碳四馏分中异丁烯回收率99.9%，塔馏分中丙烯回收率99.9%；因此，核心组件是C3=和i-C4=。由于C3和i-C4的相对挥发度在C3=和i-C4=之间，因此可以通过假定明确的拆分来分离效果分别等于C3=和i-C4=。计算结果是以下页面表格表2-1脱丙烷塔的各物流配置成分配置种子Mol%101F流Kmol/h102D流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-C44.9090.7530.00090.753T-C4=8.74161.8740.000161.874I-C56.82126.3130.000126.313C-C4=0.519.4460.0009.446总计1001852.100845.7281006.394(2)计算物质平衡的脱乙烷塔从设计过程中可以看出，脱埃坦塔的供应是脱丙烷塔的102D物流股票。脱乙烷塔供应：0 . 1858 . 520701 . 059 135 . 438 0 . 3280 . 198=845 . 728 kmol/h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%。可以使用明确的分割，核心元件为C2和C3=。表2-2脱乙烷塔各成分组成成分102D流Kmol/h202D流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总计845.72815.563830.165(3)丙烯塔材料平衡计算从设计过程中可以看出，脱埃坦塔的供应是脱丙烷塔的203B物流股票。脱乙烷塔供应：0 . 153694 . 048 135 . 438 0 . 3280 . 198=830 . 165 kmol/h本设计丙烯塔分离要求：丙烯产品的丙烯纯度99.6mol%，丙烯回收率99.3%。设定为明确分割时，关键群组分为C3=和C3。表2-3丙烯塔角材料组成成分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总计830.165692.373137.837参考表2-4，配置汇总三个塔的各个材料流。表2-4气体分离装置各单元材料配置成分种子配置mol/h101F流量Kmol/h102D流Kmol/h103B流量Kmol/h202D流Kmol/h203B流量Kmol/h302D流量Kmol/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-C44.9090.7530.00090.753/T-C4=8.74161.8740.000161.874/I-C56.82126.3130.000126.313/C-C4=0.519.4460.0009.446/总计1001852.100845.7281006.39415.563830.165692.373137.8372)Fenske方程式检查研究T-p-K图形，以取得每个群组的Ki值使用以下公式检查di，bi为了明确的分割检查后，脱丙烷塔的轻主要成分分别是丙烯，异丁烯。脱碳塔的轻主要成分和重主要成分分别是乙烷和丙烯。丙烯塔的轻主要成分，重的核心成分分别是丙烯和丙烷。检查脱丙烷塔：nm=LG(701.059/0.702)/(0.198/197.977/lg4。=9.7796成分Mol%钥匙/I101F流量Kmol/h102D流Kmol/h103B流量Kmol/h迪BiC2=0.011.58533.72340.1850.18500.1850.000C20.460.94122.021288.528.5208.5200.000C3=37.890.1934.701.761701.0590.702701.0590.702C37.320.1523.135.574135.4380.136134.1851.389I-C417.710.0491.4328.0070.328327.6978.580319.427I-C4=10.70.0471198.1750.198197.9770.198197.977L-C4=4.940.0460.91.494091.4940.07491.420N-C44.90.0280.90.753090.7530.00190.752T-C4=8.740.0340.161.8740161.8740.007161.867I-C56.820.0350.126.3130126.3130.007126.306C-C4=0.510.0060.127669.44609.4460.0009.446总计1001852.1845.7281006.394852.816999.286三、塔式设备的设计计算3.1简单计算第一步，输入供应物流数据步骤2，输入DSTW模块数据第三步，仿真结果3.2严格计算第一步，严格计算数据输入和结果输出第二步，敏感度分析结果四、塔式设备尺寸计算4.1塔式直径计算4.2塔式高度计算(1)精馏塔有效高度的计算(拆卸供应板)蒸馏段有效高度：z精加工=(N精加工-1)HT=(11-1)0.6=6m蒸馏段有效高度：z ti=(N ti-1)HT=(25-1)0.6=14.4m每隔4.6米安装一个检修孔，因此共安装5个洞，托盘距离为0.8米。因此，脱丙烷塔的有效高度为Z=(6 14.4-0.6 0.8)=20.6m(2)塔式附件和总高度计算1)塔顶空间获取塔顶空间以安装检修孔和泡沫网=1.62)供应板高度安装检修孔和气液进料，稍微大一点3)塔底空间假设塔底部空间根据储存液量停留3分钟，塔底部液很高：塔底部距底部1.37米，是塔底部空间4)头部高度5)裙子高度取一个平台高度6)塔式墙厚度计算年腐蚀1.5毫米，限制年数为15年，寿命最低那么墙很厚因此，根据标准，墙厚度为28mm7)塔的总高度H=20.6 1.6 1.8 2 1.22 0.3=26.52m4.3水力计算(1)托盘负载性能图表1)雾带线大气压力，塔直径900的风扇点与塔的比率=80%是雾带数的上限：根据风扇点比率以80%计算，