12.3万吨年轻烃分离装置工艺设计 毕业设计.doc

《12.3万吨年轻烃分离装置工艺设计 毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《12.3万吨年轻烃分离装置工艺设计 毕业设计.doc（105页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、摘 要 现代化工工业最常用的技术之一便是轻烃分离技术，因此研究轻烃分离技术是至 关重要。而精馏又是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化 工等工业中具有广泛应用。本装置通过分离丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、异己烷、 正己烷而得到液化气、异戊烷和正戊烷。混合戊烷在我国的储量与液化石油气产量相 当，作为一次能源替代液化气、柴油、电等二次能源，对优化我国能源结构，提高能 源利用效率，作为天然气投入产出不经济市场的有益补充，具有重要的战略意义和现 实意义。 可以通过三个塔根据挥发度的不同以及产品的要求实现分离，设计包括精馏塔的 工艺流程设计、物料衡算、热量衡算、塔体设计、设备计算及选

2、型。对板式塔，采用 了 F 型浮阀塔板，并进行了塔板水力学的校核计算。得到了比较理想的工艺流程及设 备选用。 关键词：轻烃分离；混合戊烷；设计 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） ABSTRACT Technology of light hydrocarbon separation technology is one of the most commonly used is important now, separation of light hydrocarbon. Distillation separation is the most common unit operation in

3、 liquid mixtures,is widely used in chemical industry,oil refining, petrochemical and other industries. The device through the separation of propane, n-butane, isobutane, pentane, hexane, hexane and liquefied gas, i-Pentane and n-pentane. Pentane hydrocarbon mixture is in Chinas reserves and liquefie

4、d petroleum gas production, as an alternative energy of liquefied gas, diesel, electricity and other two energy, to optimize Chinas energy structure, improving energy efficiency, asa useful supplement to natural gas input and output is not the economic market, has important strategic and practical s

5、ignificance. According to the volatility and different product requirements can be met by thr eetowers to achieve separation, this design including distillation process design, materi albalance, heat balance calculation, design, calculation and selection of tower equipme nt.On the plate, the F type

6、float valve tray, calculation and check of tower plate hyd raulics. The process flow and equipment ideal selection. Keywords: Light hydrocarbon separation; Mixed pentane; Process design 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 目 录 第一章 总 述 .1 1.1 前 言 1 1.2 主题 1 1.2.1 轻烃的分离原理 .1 1.2.2 分离顺序的选择 .2 1.2.3 产品性能用途 .2 1.2.4 生产现

7、状 .4 1.2.5 发展前景 .4 第二章 工艺流程设计 .6 2.1 工艺流程设计 6 2.1.1 工艺方案 .6 第三章 物料衡算 .8 3.1 原始数据的获得 8 3.2 塔 T-101 物料衡算 10 3.2.1 T-101 清晰分割物料衡算 10 3.2.2 确定塔的操作压力及温度 .11 3.2.3 确定最小回流比 .13 3.2.4 确定最适宜的回流比 .14 3.2.5 全塔效率及确定实际塔板数 .15 3.2.6 进料温度及压力的确定 .16 3.3 塔 T-201 物料衡算 16 3.3.1 塔 T-201 清晰分割物料衡算 .16 3.3.2 确定塔的操作压力及温度 .

8、17 3.3.3 验证 T-201 清晰分割是否成立 .19 3.3.4 确定最适宜的回流比 .19 3.3.5 全塔效率及确定实际塔板数 .20 3.3.6 进料温度及压力的确定 .21 3.4 塔 T-301 物料衡算 22 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 3.4.1 清晰分割物料衡算 .22 3.4.2 确定塔的操作压力及温度 .23 3.4.3 验证 T-301 清晰分割是否成立 .24 3.4.4 确定最小回流比 .25 3.4.5 全塔效率及确定实际塔板数 .26 3.4.6 进料温度及压力的确定 .27 第四章 能量衡算 .29 4.1 T-101 能量衡算 .29 4

9、.1.1 焓值计算 .29 4.1.2 热负荷的计算 .29 4.1.3 计算传热剂用量 .31 4.2 T-201 能量衡算 31 4.2.1 焓值计算 .31 4.2.2 热负荷的计算 .31 4.2.3 计算传热剂用量 .32 4.3 T-301 能量衡算 32 4.3.1 焓值计算 .32 4.3.2 热负荷的计算 .32 4.3.3 计算传热剂用量 .33 4.4 三塔热量衡算表 33 第五章 设备工艺计算及选型 .35 5.1 T-101 的设计与选型 .35 5.1.1 塔径的计算 .35 5.1.2 塔高的计算 .38 5.3.4 塔体设计 .39 5.2 T-201 的设计与

10、选型 .51 5.2.1 塔径的计算 .51 5.2.2 塔高的计算 .54 5.2.3 塔板的设计与布置 .54 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 5.3 T-301 的设计与选型 .65 5.3.1 塔径的计算 .65 5.3.2 塔高的计算 .68 5.3.3 塔板的设计与布置 .68 第六章 塔体设计 .80 6.1 T-101 塔体初步设计 .80 6.1.1 初步设计 .80 6.1.2 接管的设计 .80 6.2 T-201 塔体初步设计 .82 6.2.1 初步设计 .82 6.2.2 接管的设计 .82 6.3 T-301 塔体初步设计 .84 6.3.1 初步设计

11、.84 6.3.2 接管的设计 .84 第七章 换热器的设计与选型 .86 7.1 T-101 换热器的计算与选型 .86 7.1.1 进料换热器 E-101 的选用 .86 7.1.2 塔顶冷凝器 E-102 的选用 .86 7.1.3 再沸器 E-103 的选用 .87 7.2 T-201 换热器的计算与选型 .87 7.2.1 进料换热器 E-201 的选用 .87 7.2.2 塔顶冷凝器 E-202 的选用 .87 7.2.3 再沸器 E-203 的选用 .88 7.3 T-301 换热器的计算与选型 .88 7.3.1 进料换热器 E-301 的选用 .88 7.3.2 塔顶冷凝器

12、E-302 的选用 .89 7.3.3 再沸器 E-303 的选用 .89 第八章 设计结果汇总表 .90 第九章 小 结 .96 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 9.1 设计陈述 96 9.2 体会和收获 96 参考文献 .97 致 谢 .98 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 1 第一章 总 述 1.1 前言 “烃”就是碳、氢两种元素以不同的比例混合而成的一系列物质。其中较轻的部分， 就叫做轻烃 6。天然气的主要成份是 C1，含少量的 C2，液化石油气的主要成份是 C3、C 4，它们在常温常压下呈气态，叫气态轻烃。C 5-C16 的烃在常温常压下是液态， 我们就叫它液态轻

13、烃。液态轻烃中最轻的部分是 C5、C 6，饱和的 C5 、C 6 是鼓泡制气 的最好原料，再重一点的部分就是汽油、煤油和柴油等。如果把石油按碳原子数排列 起来分成段，第一段就是天然气，即碳一、碳二；第二段是液化石油气，即碳三、碳 四，这两段在常温常压下呈气态，是气态轻烃；我们制气所用的原料主要是油气田开 采过程中以碳五碳六为主的这段伴生副产品，在常温常压下呈液态。用其所制成的燃 气在使用上和天然气、液化石油气是一样的。轻烃永远与石油、天然气共存。 轻烃具有一系列优良的物理化学性质。轻烃燃气与天然气一样，都是清洁燃料。 除了热值高、燃烧排放清洁外，与天然气和液化石油气相比，其运输、贮存、分销更

14、为方便安全，不仅可作为居民饮食、洗浴、采暖等各种生活用燃气设施的气源，也是 机关、学校、饭店等公用事业和玻璃、陶瓷、建材、食品等工业企业烹饪、采暖、制 冷和生产加热设施的理想气源。所以设计合理优化的轻烃分离装置，在化工生产中占 有举足轻重的地位。 1.2 主题 1.2.1 轻烃的分离原理 轻烃分离技术是现在最常用的技术之一，研究轻烃分离技术至关重要。精馏是分 离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中具有广泛应 用。 精馏按操作压力可分为以下三类 6。 常压精馏：精馏在常压下进行。 减压精馏:用于常压下物系沸点较高，使用高温加热介质不经济或热敏性物质不能 承受的情况。减压

15、可降低操作温度。 加压精馏:对常温常压下为气体的物系(如空气)进行精馏分离，可采用加压精馏以 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 2 提高混合物的沸点。 精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。在精馏塔中，原料从 塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提 馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。在精馏段，气相在 上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分 产品。在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液 相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。气、液相回流是精馏操作

16、的重要特点。 1.2.2 分离顺序的选择 用经验法确定分离顺序。经验法又称启发法，它凭借在分离过程和工程领域长期 积累的经验所归纳出来的经验规则，对具体的问题进行定性的分析而确定分离顺序的 方法。使用该方法可免于对所用可能的分离顺序进行考察，在不作设计和设备费估计 的情况下很快地选出较好的分离顺序 10。 (1)按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各种组分。 (2)最困难的分离应该放在塔序的最后。 (3)应使各个塔的馏出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近。 (4)分离很好回收率的组分的塔应放在塔序的最后。 (5)进料中含量很高的组分尽量提前分出 上述五条规则在实际应用中常常是相互矛盾的，根据某

17、些规则导出一个塔序，而 从另外 规则又导出不同的塔序。在实际设计中有必要评比若干不同的塔序方案，以 明确在该具体条件下哪个因素是主要的。所以上述方法的真正作用是在于减少需要评 比的不同方案的数目，因为有很多塔序，由经验法已可以确定是不可取的，大大缩小 了评比的范围。进一步评比的方法有调优合成法和算法合成技术。 1.2.3 产品性能用途 (一)液化气产品 高压或低温液化的石油气，是由丙烷、正丁烷、异丁烷及少量的乙烷、不饱和烃 等组成；具有污染少、发热量高、压力稳定、储存设备简单、供应方式灵活等特点。 产品用途：炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品；主要用作石 油化工原料，用于烃类裂解

18、制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 3 燃料 1。 (二)异戊烷 中文名称 2，2-甲基丁烷。分子式：C 5H12；熔点-159.4，沸点：27.8，相对密 度( 水=1) 1.02，相对蒸气密度 (空气=1) 2.48，饱和蒸气压 (kPa) 79.31(22.9)， 燃烧热 (kJ/mol) 3504.1，临界温度() 187.8，临界压力(MPa) 3.33；纯品为无色透明的易挥发 液体，具有令人愉快的芳香气味，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂； 极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸，且对人体

19、 具有麻醉及轻度的刺激作用，皮肤长期接触可发生轻度皮炎。 生产方法：石油炼厂和石油化工厂的副产品。在炼厂铂重整拔头油的碳五馏分中 含有异戊烷 在催化裂化汽油的碳五馏分中也含有异戊烷 (胜利原油中约含 2%)工业级 的异戊烷含杂质是沸点相近的烷烃、环烷不饱和烃及水分其不饱和烃用浓硫酸洗涤除 去水分用无水氯化钙、五氧化二磷或金属钠等脱水剂脱除工业生产可用分子筛脱水最 后再分馏精制分馏液用高温活化的硅胶吸附柱除去微量的直链烃即得精制异戊烷产品。 此外工戊烷在氯化铝或氯化氢存在下经异构化也可生成异戊烷 1。 产品用途：可以作聚乙烯生产中催化剂的溶剂、可发性聚苯乙烯的发泡剂、聚氨 酯泡沫体系的发泡剂、脱

20、沥青溶剂等；其辛烷值高，可用于汽车、飞机燃料。 (三)正戊烷 无色液体，具有微弱的薄荷香味；极易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物； 遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应，甚至引起燃烧；液体比水轻， 不溶于水，可随水漂流扩散到远处，遇明火即引起燃烧；属于低毒类，高浓度可引起 眼与呼吸道粘膜轻度刺激症状和麻醉状态，甚至意识丧失，慢性作用为眼和呼吸道的 轻度刺激。 生产方法：生产方法由石油裂解产物分离而得。例如在炼厂拔头油的碳五馏分中 主要含有正戊烷和异戊烷。大庆原油的汽油馏分中正戊烷约占 8%胜利原油的碳五馏 分中正戊烷约占 3%通过戊烷分离塔或分子筛分离可得正戊烷和异戊烷。南京栖霞

21、山 采用五塔精馏生产流程制得发泡戊烷不仅发泡率大(达到 50%-60%)且稳定性好、沸点 高、能耗小大大提高了发泡戊烷的附加值。 产品用途：在三氯化铝存在下，经异构化可制备异戊烷；也用作萃取溶剂，聚苯 乙烯理想的发泡剂，液态空气机的润滑剂；用于低温温度计，制人造冰，麻醉剂，以 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 4 及合成戊醇等。 (四)正己烷 低毒、有微弱的特殊气味的无色液体，熔点-95.3，沸点 68.74；具有一定的毒 性，会通过呼吸道、皮肤等途径进入人体，长期接触可导致人体出现头痛、头晕、乏 力、四肢麻木等慢性中毒症状，严重的可导致晕倒、神志丧失、甚至死亡。极易挥发 着火，极易燃

22、易爆其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热极易燃烧爆炸。 与氧化剂接触发生强烈反应甚至引起燃烧。在火场中受热的容器有爆炸危险其蒸气比 空气重能在较低处扩散到相当远的地方遇明火会引着回燃。 产品用途：正己烷的主要作溶剂、如丙烯等烯烃聚合时的溶剂、食用植物油的提 取剂、橡胶和涂料的溶剂以及颜料液化气的使用涉及有色金属冶炼、窑炉培烧、汽车 燃料、居民生活等领域。有色金属冶炼中要求燃料热质稳定无燃炉产物 无污染 而 液化石油气都具备了这些条件。液化石油气被加热气化后可以方便地引入冶炼炉燃烧。 山东金升有色金属集团公司已将液化石油气成功地用于德国克虏伯熔炼炉的铜冶炼工 艺代替了原煤气燃烧工艺减少了

23、硫、磷等杂质的危害提高了铜材质量。 1.2.4 生产现状 正戊烷的生产现状：目前，国内戊烷生产技术主要来自于天津大学和北京化工研 究院。 1主要生产原料为油田轻烃、原油预处理装置的拔头油、加氢装置的轻石脑油、 重整加氢后的混合烃、炼厂气分装置的 C5 及乙烯装置裂解副产的 C5 馏分，也可采用 C5 醚化后的混合 C5 分离精制处理得到，也可采用环戊二烯加氢制得。从直馏汽油、 天然气凝析油、加氢裂化尾油、重整汽油中经分馏获得的 C5 馏分，以戊烷分离塔和 异戊烷塔高效精馏分离而得到正戊烷和异戊烷产品居主导地位。目前戊烷产品还没有 国家统一标准，但生产企业有各自的企业标准，且与国外同类产品的标准

24、相当。 1.2.5 发展前景 戊烷混合烃在我国的储量与液化石油气产量相当，作为一次能源替代液化气、柴 油、电等二次能源，对优化我国能源结构，提高能源利用效率，作为天然气投入产出 不经济市场的有益补充，具有重要的战略意义和现实意义。我国的油田和炼厂的轻石 脑油资源丰富，“ 碳五轻石脑油综合利用技术 ”利用廉价的原料生产较高附加值的产品， 使石油资源得到合理利用，可给企业带来良好的经济效益。 1 由于戊烷燃料成功地解 决了汽化、管输、压力调配等技术问题，戊烷燃料可以罐装形式供用户使用，也可通 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 5 过建立戊烷燃气供应站。它具有建站灵活，占地少，可集群管网供气

25、，储运安全便捷， 价格适宜等优势，具备了向市场推广的条件。在天然气、液化气无法满足经济生活增 长需求的情况下，戊烷燃料将是一些地区未来较长一段时间内的理想燃料。可以预见， 其市场开发潜力较大。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 6 第二章 工艺流程设计 工艺流程设计是工艺设计的核心，在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布 置等工作都与工艺流程有直接关系。只有流程确定后，其他各项工作才能展开，工艺 流程设计影响各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程的设计，设计使工 艺流程发生较大的变化。 2.1 工艺流程设计 2.1.1 工艺方案 表 1-1 原料组成表 （一）由产品要求将原料

26、分为四组： A 丙烷，异丁烷，正丁烷 B 异戊烷 C 正戊烷，异己烷 D 正己烷 根据以下原则，来选择最佳方案： a.分离回收率要求高的组分放在塔序的最后。 b.按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各组分。 c.最难分离的放在塔序的最后。 d.应使各个塔的馏出液的摩尔分数与釜液的摩尔分数尽量接近。 (二)生产方案的确定 序号 原料组分 组成， m% 1 丙烷 8.345 2 异丁烷 6.565 3 正丁烷 7.312 4 异戊烷 29.58 5 正戊烷 37.038 6 异己烷 3.124 7 正己烷 8.036 合计 - - 100.00 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 7 图

27、2-1 方案流程图 优点：进料中含量多的组分提前分离，减少了后续塔的流率及再沸器的热负荷， 节约能耗和设备费用，同时分离很高回收率的组分的塔放在了塔序的最后，这时非关 键组分减少了，使得塔径减小，进而减少了设备费用。 缺点：A、B 两组份相对挥发度较近，且放在第一个塔分离，增加了板间汽相流 率，造成了塔直径增加，设备费用增加。第二个塔馏出液与塔釜液的摩尔数相差很大， 塔顶的馏出物很多，需要的塔径相应增加，同样使得设备费用增加。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 8 第三章 物料衡算 简捷计算主要步骤： 一假设满足清晰分割，进行初步物料衡算 二确定塔的操作压力及温度 三确定 、mRN 四

28、校核物料平衡 五确定 R、N 六确定进料位置 七板式塔还需计算全塔效率及实际板数 3.1 原始数据的获得 装置总进料量为 3.5 万吨/年，每年按开工 7200 小时计算，则流量为 17083kg/h。 各组分原始数据表如下： 表 3-1 原料各组分性质及原料数据汇总 先假设回收率，看回收率是否合格。 T-101 取轻关键组分为正丁烷，重关键组分为异戊烷，设回收率为 99%，假设进 料 为 100kmol/h，则可估算物料平衡表： 编号 组分 M 摩尔流量 kmol/h 摩尔分数 mol% 质量流量 kg/h 质量分数 m% 1 丙烷 44.0956 32.3292 12.7797 1425.

29、5764 8.345 2 异丁烷 58.1222 19.2955 7.6275 1121.4990 6.565 3 正丁烷 58.1222 21.4911 8.4954 1249.1090 7.312 4 异戊烷 72.1488 70.0379 27.6859 5053.1514 29.58 5 正戊烷 72.1488 87.6966 34.6663 6327.2015 37.038 6 异己烷 86.1754 6.1929 2.4480 533.6729 3.124 7 正己烷 86.1754 15.9302 6.2972 1372.7899 8.036 合计 - - 252.9734 10

30、0 17083 100 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 9 表 3-2 T-101 清晰分割物料衡算汇总 所以 组分含量：0.2769/29.0945=0.00805053=0.9517%3%，所以合格。5C及 T-201 取轻关键组分为异己烷，重关键组分为正己烷，回收率均为 99%，设进料 为 100kmol/h。 表 3-3 T-201 估算物料平衡表 正己烷纯度：6.2342/6.2587=0.996089=99.6089% 98%，所以合格。 T-301 取轻关键组分为异戊烷，重关键组分为正戊烷，回收率为 99%，设进料为 100 kmol/h，则可估算物料平衡如下表： 组分

31、 进料 kmol/h 塔顶 kmol/h 塔釜 kmol/h 丙烷 12.7797 12.7797 - 异丁烷 7.6275 7.6275 - 正丁烷 8.4954 8.4104 0.08495 异戊烷 27.6859 0.2769 27.4090 正戊烷 34.6663 - 34.6663 异己烷 2.4480 - 2.4480 正己烷 6.2972 - 6.2972 合计 100 29.0945 70.9055 组分 进料 kmol/h 塔顶 kmol/h 塔釜 kmol/h 正丁烷 0.08495 0.08495 - 异戊烷 27.4090 27.4090 - 正戊烷 34.6663 3

32、4.6663 - 异己烷 2.4480 2.4235 0.02448 正己烷 6.2972 0.06297 6.2342 合计 70.9055 64.6467 6.2587 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 10 表 3-4 T-301 估算物料平衡表 异己烷的纯度：27.1439/27.5666=98.4340% 98%，所以合格。 3.2 塔 T-101 物料衡算 3.2.1 T-101 清晰分割物料衡算 令正丁烷为轻关键组分，异戊烷为重关键组分，回收率均为 99%，假设清晰分割， 可得下表： 表 3-5 T-101 清晰分割物料衡算表 组分 进料，kmol/h 塔顶， kmol/

33、h 塔釜， kmol/h 正丁烷 0.08495 0.08495 - 异戊烷 27.4090 27.1349 0.2741 正戊烷 34.6663 0.3467 34.3196 异己烷 2.4235 - 2.4235 正己烷 0.06297 - 0.06297 合计 64.6467 27.5666 37.0802 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 合计 质量流量 kg/h 1425.5764 1121.4990 1249.1090 5053.1514 6327.2015 533.6729 1372.7899 17083 质量分数 m% 8.345 6.565 7.31

34、2 29.58 37.038 3.124 8.036 100 进 料 摩尔流量 kmol/h 32.3292 19.2955 21.4911 70.0379 87.6966 6.1929 15.9302 252.9734 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 11 续表 3.2.2 确定塔的操作压力及温度 (一) 确定回流罐压力 取 =40，塔顶采用冷凝器，查得 40下，塔顶各组分的饱和蒸汽压 ，由T回 iP = /P 及泡点方程 2 =1 可得： = 。iKPiKxiPx回 表 3-6 T-101 回流罐各组分基本数据 摩尔分数 mol% 12.7797 8.1255 8.4954 27

35、.6859 34.6663 2.4480 6.2972 100 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 合计 质量流量 kg/h 1425.5764 1121.4990 1236.6179 50.5315 - - - 3834.1748 质量分数 m% 37.1808 29.2488 32.2525 3.4179 - - - 100 摩尔流量 kmol/h 32.3292 19.2955 21.2762 0.7004 - - - 73.6013 塔 顶 馏 出 液 摩尔分数 mol% 43.9248 26.2162 28.9074 0.9516 - - - 100 质量流量

36、 kg/h - - 12.4911 5002.6199 6327.20150533.6729 1372.7899 13248.7753 质量分数 m% - - 0.09428 37.7591 47.7569 4.0281 10.3616 100 摩尔流量 kmol/h - - 0.2149 69.3375 87.6966 6.1929 15.9302 179.3451 塔 釜 馏 出 液 摩尔分数 mol% - - 0.1198 38.6615 48.8832 3.4531 8.8824 100 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 Pi，atm 13.5933 5.2547 3.7532 1.

37、4926ix 0.4392 0.2622 0.2891 0.009516 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 12 所以， =8.4473atm1atm，所以采用加压操作。管线压力 =0.15atm。P回 DLP 则塔顶压力 = + =8.4473+0.15=8.5973atm.，采用板式塔，设 Np=26 块，设单D回 L 块塔板压降为 P=0.005263atm,Pw= +Np P=8.5973+260.005263=8.7341atm.DPL =0.1atm 则 =5.32atm。FWPW (二) 计算塔顶、塔底温度 (1) 求塔顶温度 由前面计算得知，塔顶压力等于 8.4473

38、个大气压，应用露点方程 =1 试/iPK 差求得，其中， = / 。 由石油化工基础数据 7查得，其中塔顶 与回流iKiPDi iy 罐中的 近似相同。ix 表 3-7 T-101 塔顶温度基本数据 所以，塔顶温度取 53。 (2)求塔底温度 TW 由前面计算可知，Pw=8.7341atm ，用泡点方程 进行验证。/1iwPx 表 3-8 T-101 塔底各组分基本数据 ,atmix5.9702 3.4778 1.0851 0.01420 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷温度 iy 0.4392 0.2622 0.2891 0.009516 /iyK 50 iK17.3001 6.9285

39、5.0454 2.0963 1.251 53 i18.4121 7.4306 5.4331 2.2773 2.965 组分 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 /iwPxix 0.001453 0.3764 0.4047 0.007377 0.1455 - 123 23.3213 11.4941 9.4956 5.2022 4.2270 2.9369,atmiP 122 22.8756 11.2527 9.2892 5.0772 4.1214 2.9123 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 13 所以， =122。wT (三) 验证 T-101 清晰分割是否成立 以重关键组分异戊烷

40、为基准，则有 = /iPH 表 3-9 T-101 各组分相对挥发度表 由表 3-9 可知，轻关键组分正丁烷的 =2.2023。平 均 由 Fensk 公式： Nm= （3-LH WDxlg)/( 1） （上式中 Nm 包括再沸器） Nm = = 11.6409LH WDlg)x/(1950.2lg48.7/34/.5l 以计算釜液中乙烷的摩尔分率为例，则 = = = 6.0310-4kmol/h乙 烷 1iNmhifdw1709.5.2701.68 x 乙烷 =W 乙烷 /W=1.599310-6 同理， 釜液异丁烷 x 异丁烷 =3.616710-4，塔顶正戊烷 x 正戊烷 =9.4659

41、10-4 塔顶异戊烷 x 异戊烷 =6.823810-8，塔顶正己烷 x 正己烷 =7.81410-9 所以塔 1-101 清晰分割是合理的。 3.2.3 确定最小回流比 温度 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 53 DH8.0851 3.2629 2.3858 1.00 0.7792 0.3598 0.2717 122 W4.0652 2.5853 2.0329 1.00 0.8255 0.4512 0.3664 - 平 均 5.7330 2.9044 2.2023 1.00 0.8020 0.4029 0.3155 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 14

42、由 Underwood3公式： (3-2)1,imjDRx (3-3)qjiF, 取饱和液相进料 q=1，由式（3-2）来试算 的值，示例列于表 3-11： 表 3-10 T-101 确定 基础数据表 由表 3-11 得到，当 =1.7 时，将 =1.7 代入式（3-3），计算得 =1.5105。mR 3.2.4 确定最适宜的回流比 表 3-11 T-101 求适宜的 R 及 N 计算数据表 以 R/Rm 为 x 轴，N（R+1）为 y 轴作图可得： 组分 进料组成 ，mol%iFxijji Fx, =1.7 丙烷 0.127797 5.7330 0.1816 异丁烷 0.076275 2.9

43、044 0.1839 正丁烷 0.084954 2.2023 0.3725 异戊烷 0.276859 1.00 -0.3956 正戊烷 0.346663 0.8020 -0.3096 异己烷 0.02448 0.4029 -0.007604 正己烷 0.062972 0.3155 -0.01435 合计 1.00 - 0.01 R/Rm 1.5 1.6 1.7 1.8 R 2.2017 2.1565 1.7448 2.4260 X 0.2230 0.2562 0.2867 0.3147 Y 0.418 0.379 0.342 0.33 N 20.7198 19.3557 18.2111 17.

44、8670 N（ R+1） 62.6089 61.0959 59.9374 61.2131 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 15 图 3-1 T-101 最小回流比示意图 由化工分离工程 270-71 页的吉利兰图，由图 3-1 得，当 R/Rm=1.7 时， R=1.7448, =59.9374。TN 3.2.5 全塔效率及确定实际塔板数 (一) 全塔效率 平均温度 T= =(53+122)/2=87.5 + 2wDT 查石油化工基础数据手册得到各组分粘度 4如下表： 表 3-12 T-201 各组分粘度表 则：= ixi=0.1276 正戊烷 =2.2023，则全塔效率 = =1.

45、0687TE0.2450.49l (二) 实际塔板数的确定 = / =18.2111/1.0687=27.23，即 28 块PNTE 假设塔板数为 N=26 块塔板，所以在误差范围内，假设合理。 (三) 确定进料位置 根据芬斯克方程可得： 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 u,cP 0.04475 0.073 0.08825 0.1205 0.1383 0.1688 0.2869 xif 0.1278 0.0763 0.0850 0.2769 0.3467 0.0245 0.1000 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 16 （3-4） 0.26WLFHDTNx

46、精提精 提 得到 =15.9799， =12.0207。所以， =12， =16，进料位置在第 17 块板。N提 精 N精 提 3.2.6 进料温度及压力的确定 = + =8.5973+170.005263=8.4573 atm。利用泡点方程试差法 = ，FPD精 iPxF 求 。其中 由化学化工物性手册查得 5。Ti 表 3-13 T-101 进料温度基本数据 所以，进料温度 =80。FT 3.3 塔 T-201 物料衡算 3.3.1 塔 T-201 清晰分割物料衡算 表 3-14 T-201 清晰分割物料平衡表 组分 丙烷 异丁烷 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 合计 ，%ix0.

47、1278 0.0763 0.0850 0.2769 0.3467 0.0245 0.0630 - ,atm iP (80) 4.0424 1.0812 1.0035 2.9772 1.0060 0.09112 0.1406 8.5421 组分 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 合计 质量流量 kg/h 12.4911 5002.61990 6327.20150 533.6729 1372.7899 13248.7753 质量分数 m% 0.09428 37.7591 47.7569 4.02810 10.3616 100 摩尔流量 kmol/h 0.2149 70.0379 87.696

48、6 6.1929 15.9302 180.0725 进 料 摩尔分数 mol% 0.1193 38.6615 48.7007 3.4391 8.8465 100 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 17 续表 3.3.2 确定塔的操作压力及温度 (一) 确定塔的操作压力 取 =40，塔顶采用冷凝器，查得 40下，塔顶各组分的饱和蒸汽压 ，由T回 iP = /P 以及泡点方程 =1 得 = 。iKPiKxP回 ix 表 3-15 T-201 回流罐各组分基本数据 组分 正丁烷 异戊烷 正戊烷 异己烷 正己烷 合计 质量流量 kg/h 12.4911 5002.61990 6327.2015

49、0 528.3362 13.7279 11884.3766 质量分数 m% 0.1051 42.0941 53.2397 4.4456 0.1155 100 摩尔流量 kmol/h 0.2149 70.0379 87.6966 6.1310 0.1593 164.2397 塔 顶 馏 出 液 摩尔分数 mol% 0.1308 42.6437 53.3955 3.7330 0.09699 100 质量流量 kg/h - - - 5.3367 1359.0620 1364.3987 质量分数 m% - - - 0.3911 99.6089 100 摩尔流量 kmol/h - - - 0.06193 15.7709 15.8328 塔 釜 馏 出 液 摩尔分数 mol% - - -