.XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)選題審批表屆：2014 學(xué)院系： 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 2013 年 11 月 11 日學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱所選題目年產(chǎn)100萬噸 乙烷熱裂解制乙烯丙烯精餾工序初步設(shè)計(jì)題目來源生產(chǎn)實(shí)踐選題理由選題意義、擬解決的問題、對(duì)專業(yè)知識(shí)的綜合訓(xùn)練情況等：乙烯是世界石油化工工業(yè)最重要的基礎(chǔ)原料之一,約75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn), 一個(gè)國(guó)家乙烯工業(yè)的水平標(biāo)志了這個(gè)國(guó)家石化工業(yè)的實(shí)力。在順序分離流程和前脫乙烷分離流程中,由脫丙烷塔塔頂獲得含有丙烯、丙烷、丙炔甲基乙炔和丙二烯的碳三餾分。由脫丙烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分可直接送至丙烯精餾塔而獲得化學(xué)級(jí)或聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品。在本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的分離流程中,以脫甲烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分作為丙烯精餾塔進(jìn)料,進(jìn)料以碳三餾分丙烯、丙烷和乙烷為主,乙丙烯和丙烷含量約占99.6%mol以上,另含乙烷等輕組分0.03%左右,丁烷、丁烯等重組分在0.037%mol左右。因此,丙烯精餾塔可以近似看作丙烯-丙烷二元精餾系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的目標(biāo)是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù),利用軟件對(duì)乙烷裂解制乙烯丙烯精餾的流程進(jìn)行模擬,本設(shè) 計(jì)的內(nèi)容涉及工藝流程的選擇,工藝過程的物料衡算,主要設(shè)備的熱量衡算,主要非標(biāo)設(shè)備的 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算,車間的工藝布置,車間附屬設(shè)備的計(jì)算、選型,生產(chǎn)控制方案的設(shè)計(jì),工藝流 程圖、設(shè)備工藝條件圖、車間布置圖的繪制等多方面的內(nèi)容,最后撰寫設(shè)計(jì)說明書,使學(xué)生在 正確運(yùn)用四年大學(xué)學(xué)習(xí)的知識(shí)于實(shí)踐以及多種設(shè)計(jì)規(guī)范的使用方面得到較全面的綜合訓(xùn)練。簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師意見院系專家組意見教研室研究所意見簽字：2013 年 11 月 12 日簽字：20XX 11 月 13 日簽字：20XX 11 月 14 日塔板序號(hào) 252 53 143氣相體積流量Vh<m3/h>10885.029210724.626910721.38599815.8129液相體積流量Lh<m3/h>967.9673992.6194993.33841130.6775操作壓強(qiáng)P<MPag>1.797861.840871.84171.9191操作溫度t<>45.658147.293247.367758.4235分子量M<kg/kmol>42.083942.256042.245444.4678液相密度L<kg/m3>436.8637431.5179431.6693402.5670氣相密度V<kg/m3>41.184842.391542.365945.9588液體表面張力mN/m5.07985.10995.11404.7470注：1"選題理由"由擬題人填寫。 2本表一式二份,一份院系留存,一份發(fā)給學(xué)生,最后裝訂在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)論文中。69 / 81.XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告屆：2014 學(xué)院系：化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 20XX2月 24 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn)30萬噸 乙烷熱裂解制乙烯丙烯精餾工序初步設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 職稱 一、課題的來源及意義乙烯是石油化工最基礎(chǔ)原料,是生產(chǎn)各種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)。由于乙烯裝置是石油化工生產(chǎn)的有機(jī)原料的基礎(chǔ),是石油化學(xué)工業(yè)的龍頭,所以它的生產(chǎn)規(guī)模,產(chǎn)量和技術(shù)標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展水平。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,低級(jí)烯烴的需求呈逐年增加的的趨勢(shì)。面對(duì)新的形勢(shì),乙烯生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該依靠技術(shù)創(chuàng)新,努力提高裝置技術(shù)水平,以增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r未來幾年,中國(guó)將進(jìn)入新一輪乙烯建設(shè)高峰,乙烯裝置等項(xiàng)目相繼投產(chǎn),除此以外,有些石化企業(yè)正在醞釀新建乙烯裝置,現(xiàn)有乙烯裝置也在策劃新一輪乙烯擴(kuò)能,已有數(shù)套乙烯裝置單套能力達(dá)到世界級(jí)規(guī)模。半個(gè)世紀(jì)以來,石油化學(xué)工業(yè)一直以高于國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)速度發(fā)展,許多國(guó)家還把它列為國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。1960年世界乙烯產(chǎn)量為2910kt,1970年為19760kt,1980年達(dá)到34020kt1990年達(dá)到56300kt。20世紀(jì)80年代末、90年代初,由于全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,特別是亞洲發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,對(duì)石化產(chǎn)品的需求大大增加,刺激了各國(guó)石油化工裝置的增建和擴(kuò)建。三、研究?jī)?nèi)容1根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù),詳細(xì)查閱資料,掌握國(guó)內(nèi)外丙烯精餾技術(shù)狀況,在充分論證的基礎(chǔ)上,確定丙烯精餾工藝路線和流程；2丙烯精餾工序工藝計(jì)算,包括生產(chǎn)流程的物料能量衡算,丙烯精餾塔的工藝條件和外形尺寸計(jì)算；3進(jìn)行丙烯精餾工段車間的平、立面設(shè)計(jì),包括車間廠房、設(shè)備平臺(tái)的空間方位；4繪制設(shè)計(jì)圖紙,包括PFD、PID圖 1張,能表達(dá)分樓層設(shè)備布置的車間平面布置圖<1號(hào)圖12張>,車間立面布置圖<1號(hào)圖12張>,主要設(shè)備工藝條件圖； 5說明在生產(chǎn)過程中的安全控制體系和控制方法及三廢處理；6使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析；7對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述和結(jié)論；四、研究方法在順序分離流程和前脫乙烷分離流程中,在前脫丙烷分離流程中則由脫乙烷塔塔釜獲得這樣的碳三餾分。由脫丙烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分可直接送至丙烯精餾塔而獲得化學(xué)級(jí)或聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品。本課題的研究方法XXXX大學(xué)教務(wù)處制表是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù),利用軟件將乙烷裂解制乙烯中丙烯精餾的流程進(jìn)行模擬,設(shè)計(jì)出主要設(shè)備的工藝條件和參數(shù)并畫出設(shè)備條件圖,然后對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行控制、安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)等方面的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià),使設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目符合實(shí)際生產(chǎn)的要求,使學(xué)生在正確運(yùn)用四年大學(xué)學(xué)習(xí)的知識(shí)于實(shí)踐以及多種設(shè)計(jì)規(guī)范的使用方面得到較全面的綜合訓(xùn)練。五、研究手段利用Aspen plus軟件進(jìn)行流程模擬,嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于設(shè)備的要求,參考現(xiàn)有工程的實(shí)際情況,結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì),并使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析,產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)遵照GB/T 7715-2003執(zhí)行,表格和部分流股計(jì)算采用Microsoft Excel。六、研究步驟本設(shè)計(jì)從二月底開始,六月初完成定稿,歷時(shí)約16周,其中：2013-11-52014-2-26查閱文獻(xiàn),做文獻(xiàn)綜述, 完成開題報(bào)告2014-2-272014-3-11進(jìn)行丙烯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算2014-3-122014-3-21運(yùn)用ASPEN PLUS 11.1模擬軟件對(duì)丙烯精餾過程進(jìn)行模擬計(jì)算,畫出 PFD圖,2014-3-222014-3-28設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及工藝控制設(shè)計(jì)做出PID 2014-3-222014-4-25車間的平、立面設(shè)計(jì)2014-4-262014-5-16使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析2014-5-172014-6-3完成設(shè)計(jì)說明書七、參考文獻(xiàn)及資料1王漢松 何細(xì)藕.乙烯工藝與技術(shù).北京,中國(guó)石化出版社,20002王漢松.乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行.北京,中國(guó)石化出版社,20093錢伯章 朱建芳.國(guó)內(nèi)外乙烯生產(chǎn)與發(fā)展趨勢(shì)J.石化技術(shù),2007141：504陳濱.乙烯工學(xué).北京,化學(xué)工業(yè)出版社,1997指導(dǎo)教師意見簽字： 2014 年 3 月 5 日 XXXX大學(xué)教務(wù)處制表.XXXXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：年產(chǎn)100萬噸乙烷熱裂解制乙烯丙烯精餾工序初步設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 屆學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師 職稱教 授 下達(dá)任務(wù)日期 20XX11月10日 XXXXX大學(xué)教務(wù)處制一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求乙烯是世界石油化工工業(yè)最重要的基礎(chǔ)原料之一,約75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn), 一個(gè)國(guó)家乙烯工業(yè)的水平標(biāo)志了這個(gè)國(guó)家石化工業(yè)的實(shí)力。在順序分離流程和前脫乙烷分離流程中,由脫丙烷塔塔頂獲得含有丙烯、丙烷、丙炔甲基乙炔和丙二烯的碳三餾分。由脫丙烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分可直接送至丙烯精餾塔而獲得化學(xué)級(jí)或聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品。在本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的分離流程中,以脫甲烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分作為丙烯精餾塔進(jìn)料,進(jìn)料以碳三餾分丙烯、丙烷和乙烷為主,乙丙烯和丙烷含量約占99.6%mol以上,另含乙烷等輕組分0.03%左右,丁烷、丁烯等重組分在0.037%mol左右。因此,丙烯精餾塔可以近似看作丙烯-丙烷-乙烷三元精餾系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是理論學(xué)習(xí)的一次復(fù)習(xí)、綜合、鞏固和提高,在畢業(yè)設(shè)計(jì)中要結(jié)合以往學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課和專業(yè)選修課的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)運(yùn)用ASPEN PLUS 11.1模擬軟件對(duì)丙烯精餾過程進(jìn)行模擬計(jì)算,丙烯精餾工序設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù),詳細(xì)查閱資料,掌握國(guó)內(nèi)外丙烯精餾技術(shù)狀況,在充分論證的基礎(chǔ)上,確定丙烯精餾工藝路線和流程；(2) 丙烯精餾工序工藝計(jì)算,包括生產(chǎn)流程的物料能量衡算,丙烯精餾塔的工藝條件和外形尺寸計(jì)算；(3) 進(jìn)行丙烯精餾工段車間的平、立面設(shè)計(jì),包括車間廠房、設(shè)備平臺(tái)的空間方位；(4) 繪制設(shè)計(jì)圖紙,包括PFD、PID圖 1張,能表達(dá)分樓層設(shè)備布置的車間平面布置圖<1號(hào)圖12張>,車間立面布置圖<1號(hào)圖12張>,主要設(shè)備工藝條件圖 (5) 說明在生產(chǎn)過程中的安全控制體系和控制方法及三廢處理；(6) 使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析(7) 對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述和結(jié)論 <8> 設(shè)計(jì)依據(jù)： 1.進(jìn)料組成乙烷的摩爾分率：0.0003丙烷的摩爾分率：0.1236丙烯的摩爾分率：0.8670丁烷的摩爾分率：0.0001丁烯的摩爾分率：0.0050丁二烯/碳四炔烴的摩爾分率：0.0039 2.分離要求項(xiàng)目標(biāo)定時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)聚合級(jí)丙烯丙烯純度99.62mol%99.6mol%乙烷含量0.04mol%0.06mol%丙烷含量0.33mol%0.33mol%塔釜丙烷丙烯含量0.40mol%5.00mol% 3.操作參數(shù)參數(shù)名稱 單位 設(shè)計(jì)值進(jìn)料量 /h 29478進(jìn)料溫度 55.6進(jìn)料壓力 KPa 2.149塔頂壓力 KPa 1.797塔釜壓力 KPa 1.913塔頂量 /h 25421.二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃及檢查情況記錄表序號(hào)起止日期計(jì)劃完成內(nèi)容實(shí)際完成內(nèi)容檢查日期檢查人簽名12013-11-122013-2-26查閱文獻(xiàn),做文獻(xiàn)綜述, 完成開題報(bào)告22014-2-272014-3-11進(jìn)行乙烯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算32014-3-122014-3-21運(yùn)用ASPEN PLUS 11.1模擬軟件對(duì)乙烯精餾過程進(jìn)行模擬計(jì)算,畫出 PFD圖,42014-3-222014-3-28設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及工藝控制設(shè)計(jì)做出PID 52014-3-222014-4-25車間的平、立面設(shè)計(jì)62014-4-262014-5-16使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析72014-5-172014-6-3完成設(shè)計(jì)說明書 注：1表中"實(shí)際完成內(nèi)容"、"檢查人簽名"欄目要求用筆填寫,其余各項(xiàng)均要求打印。 2畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書一式二份,一份學(xué)院系留存,一份發(fā)給學(xué)生,任務(wù)完成后裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)論文內(nèi)。. 年產(chǎn)100萬噸乙烷熱裂解制乙烯 丙烯精餾工序初步設(shè)計(jì) 摘要 乙烯是世界石油化工工業(yè)最重要的基礎(chǔ)原料之一,約75%的石油化工產(chǎn)品由乙烯生產(chǎn),一個(gè)國(guó)家乙烯工業(yè)的水平標(biāo)志了這個(gè)國(guó)家石化工業(yè)的實(shí)力。 本設(shè)計(jì)在順序分離流程和前脫乙烷分離流程中,由脫丙烷塔塔頂獲得含有丙烯、丙烷、丙炔甲基乙炔和丙二烯的碳三餾分。由脫丙烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得碳三餾分作為原料,可直接送至丙烯精餾塔,在塔頂獲得化學(xué)級(jí)或聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品,在塔釜得到丙烷產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)詳細(xì)查閱資料,掌握工藝流程; 采用溢流式篩板塔,然后通過Aspen Plus軟件進(jìn)行模擬完成塔的初步設(shè)計(jì),畫出PDF圖,塔板布置圖,車間布置圖以及工藝流程圖;然后進(jìn)行塔及儲(chǔ)罐的校核;再進(jìn)行HAZOP危險(xiǎn)性分析,完成丙烯精餾工序的初步設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：丙烯；丙烯精餾塔；丙烷；篩板塔；Apen Plus。The Primary Design of Propylene Fractionator inAnnual Output of 450000 Tons of Ethylene from Ethane Heat Cracking Abstract Ethylene is one of the most important basic materials in the petroleum and .chemical industry of the word. About 75% of the petrochemical products are outputted by ethylene. What the industry of ethylene respect the level of the petrochemical industry in the country. The design before order separation process and to take off the ethane separation process, obtained by treating depropanizer containing propylene, propane, propiolic <methyl acetylene and propadiene> carbon three fractions.By depropanizer tower or deethanizer tower kettle three fractions as raw material, the carbon can be directly sent to the propylene rectification column, in the top grade chemical or polymer grade acrylic products, in the tower kettle propane product.The first step of the design is that look over a lot of data to master the circuit of Propylene distillation. After that, the second step is that we can imitate the tower by Aspen Plus. The size of the tower and can be calculated. So do trays and tubes. Than, the main work is draw the PDF, the arrangement diagram of the tray, he arrangement diagram of the plant and the process flow diagram. The third step is that we must check the tower and some storage tanks. The last step of the design is that analyze the risks which may occur in the process of the produce by a way called HAZOP. After all the steps above have been done, we can finish the design. Key words: Propylene；Propylene rectification tower；Propane；Sieve plate tower；Apen Plus。. 目 錄 第一章 文獻(xiàn)綜述. 1 1.1 流程介紹. 1 1.1.1 乙烯生產(chǎn)在石油化工中的作用和地位. 1 1.1.2 乙烯的生產(chǎn)方法. 1 1.1.2.1 烴類裂解生產(chǎn)乙烯. 1 1.1.2.2 甲醇制烯烴. 2 1.1.2.3 由合成氣制乙烯. 3 1.2 分離工藝流程選擇. 3 1.3 塔設(shè)備結(jié)構(gòu)選擇. 6 1.3.1 塔型的選擇. 6 1.3.2 塔板結(jié)構(gòu)選擇. 6 第二章 塔的初步設(shè)計(jì) . 8 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù). 8 2.2 塔的模擬計(jì)算. 9 2.3 塔板數(shù)及塔高的計(jì)算. 14 2.3.1 塔板數(shù)的確定. 14 2.3.2 塔高的計(jì)算. 16 2.4 塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)的計(jì)算. 17 2.5 氣液負(fù)荷計(jì)算. 18 2.6 塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算.19 2.6.1 塔徑的計(jì)算. 19 2.6.2 溢流裝置. 21 2.6.3 塔板布置. 24 2.7 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算. 27 2.7.1 氣體通過篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨? 27 2.7.2 霧沫夾帶量的驗(yàn)算. 29 2.7.3 漏液的驗(yàn)算. 29 2.7.4 液泛驗(yàn)算. 30 2.8 塔板負(fù)荷性能圖. 31 2.8.1 霧沫夾帶線 . 31 2.8.2 液泛線. 32 2.8.3 液相負(fù)荷上限線. 33 2.8.4 漏液線. 34 2.8.5 液相負(fù)荷下限線. 34 2.8.6 塔板負(fù)荷性能圖. 34 2.8.7 操作彈性的計(jì)算. 40 2.9 篩板塔的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果總表. 40 2.10 精餾塔的附屬設(shè)備及接管尺寸. 43 2.10.1 塔頂冷凝器的選型. 43 . 2.10.2 塔釜再沸器的選型. 44 2.10.3 儲(chǔ)罐計(jì)算及選型和校核. 46 2.10.3.1 儲(chǔ)罐的計(jì)算. 46 2.10.3.2儲(chǔ)罐的選型. 46 2.10.3.3 儲(chǔ)罐的校核. 48 2.10.4 回流泵的選型. 50 2.10.5 接口徑的計(jì)算. 51 2.11 精餾塔的校核. 56 第三章 控制方案 . 61 第四章 危害性分析 . 62 第五章 結(jié)果評(píng)價(jià) . 66 5.1 設(shè)計(jì)符號(hào)說明. 66 參考文獻(xiàn) . 69 致 謝 . 70 附 錄 . 71 1. 側(cè)線采出乙烯產(chǎn)品儲(chǔ)罐的校核. 71 2. 回流儲(chǔ)罐的校核. 79 3. 塔的校核. 85 . 第一章 文獻(xiàn)綜述 1.1 流程介紹 1.1.1 乙烯生產(chǎn)在石油化工中的作用和地位 石油化學(xué)工業(yè)是化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要部門,它是以石油、天然氣為原料,經(jīng)過多次化學(xué)加工而生產(chǎn)各種有機(jī)化學(xué)品及合成材料的原材料工業(yè)。石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展從根本上改變了化學(xué)工業(yè)的原料結(jié)構(gòu),促進(jìn)和推動(dòng)了化學(xué)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,它提供的大量新型合成材料在性能和生產(chǎn)成本上比天然材料顯示出越來越大的優(yōu)越性。石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展已使各種有機(jī)化學(xué)品及合成材料滲透到人民生活中的各個(gè)方面,在各個(gè)領(lǐng)域越來越廣泛地代替天然材料1,2。 石油化學(xué)工業(yè)中大多數(shù)中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品均以烯烴和芳烴為基礎(chǔ)原料1,2,3。烯烴和芳烴所用原料烴約占石化生產(chǎn)總耗用原料烴的四分之三。在石油化學(xué)工業(yè)中,除由重整生產(chǎn)芳烴以及由催化裂化副產(chǎn)物中回收丙烯、乙烯和丁二烯之外,主要由乙烯裝置生產(chǎn)各種烯烴和芳烴。乙烯主要用于生產(chǎn)聚乙烯、氯乙烯和聚氯乙烯等等。目前乙烯除極少量由酒精脫水制得外,大部分由石油烷烴裂解生產(chǎn)2。 乙烯裝置在生產(chǎn)乙烯的同時(shí),副產(chǎn)大量的丙烯、丁烯、丁二烯和芳烴,成為石油化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料的主要來源。以"三烯"和"三苯"總量計(jì),約65%來自乙烯生產(chǎn)裝置。正因?yàn)橐蚁┥a(chǎn)在石油化工基礎(chǔ)原料生產(chǎn)中所占的主導(dǎo)作用,常常將乙烯生產(chǎn)作為衡量一個(gè)地區(qū)石油化工生產(chǎn)水平的標(biāo)志3。 由于乙烯生產(chǎn)同時(shí)副產(chǎn)大量烯烴和芳烴等基礎(chǔ)原料,因此,石油化學(xué)工業(yè)總是以乙烯生產(chǎn)為中心,配套多種產(chǎn)品加工生產(chǎn)的聯(lián)合企業(yè)。乙烯生產(chǎn)的規(guī)模、成本、生產(chǎn)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)整個(gè)聯(lián)合企業(yè)起到支配作用。乙烯裝置在石油化工聯(lián)合企業(yè)中成為關(guān)系全局的核心生產(chǎn)裝置4。 1.1.2 乙烯的生產(chǎn)方法 1.1.2.1 烴類裂解生產(chǎn)乙烯 制取乙烯的方法很多,但以管式爐裂解技術(shù)最為成熟。世界乙烯產(chǎn)量的99%左右都是由管式爐裂解法生產(chǎn)的。管式爐裂解技術(shù)的典型工藝流程如圖1.1所示。 圖1.1 管式爐裂解工藝典型示意圖Fig. 1.1 Typical tube pyrolysis furnace sketch 1.1.2.2 甲醇制烯烴 甲醇制烯烴是以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴的新技術(shù),隨著石油的短缺,目前已成為各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的烯烴技術(shù)的重點(diǎn)。 甲醇制烯烴技術(shù)MTO,主要是由甲醇轉(zhuǎn)化同時(shí)生產(chǎn)乙烯和丙烯的技術(shù),關(guān)鍵在于催化劑活性和選擇性及相應(yīng)的工藝流程設(shè)計(jì),其研究工作主要集中在催化劑的篩選和制備。MTO 工藝流程圖如圖1.2 所示。 圖1.2MTO工藝流程圖 Fig. 1.2 MTO process flow diagram 1.1.2.3 由合成氣制乙烯 用費(fèi)-托Fischer-Tropsch法由合成氣直接制乙烯,即以CO與H2反應(yīng)制烯烴,副產(chǎn)水和CO2。 由合成氣合成乙烯大多采用H2/CO進(jìn)料比為1以下,溫度為250-350,壓力低于2.1MPa,通常認(rèn)為費(fèi)-托合成最具有活性的催化劑是鐵、鈷、鎳。但是,鈷和鎳易形成飽和烴,活化鐵對(duì)短鏈烯烴具有較高的活性,活化鐵催化劑較有前途。 日本在化學(xué)試驗(yàn)室中成功地將合成乙醇的銠催化劑和脫水的硅鋁酸鹽催化劑結(jié)合使用,由合成氣一步制得乙烯。這種方法是將兩種催化劑分成兩層裝于管式反應(yīng)器中,通入合成氣同時(shí)進(jìn)行反應(yīng),乙烯收率可達(dá)52%,選擇性為50%。 1.2 工藝流程在順序分離流程和前脫乙烷分離流程中,由脫丙烷塔塔頂獲得含有丙烯、丙烷、丙炔的碳三餾分。而在前脫丙烷分離流程中則由脫乙烷塔塔釜獲得這樣的碳三餾分。由脫丙烷塔塔頂或脫乙烷塔塔釜所得的碳三餾分可以直接送到丙烯精餾塔,從而獲得化學(xué)級(jí)或聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品,此時(shí),丙烯精餾塔塔釜丙烷產(chǎn)品中含有大量的炔烴,既不宜直接作為民用液化氣使用,也不適于再返回裂解爐循環(huán)裂解。實(shí)際上,絕大多數(shù)的生產(chǎn)廠均在丙烯精餾之前設(shè)置碳三餾分加氫脫炔系統(tǒng),待脫除炔烴后再送入丙烯精餾塔,由此可以使丙烯精餾塔塔釜丙烷產(chǎn)品中炔烴含量控制在0.1%以下。采用前加氫脫烴的工藝流程時(shí),為了節(jié)省投資,一般不再設(shè)置碳三餾分加氫脫炔的設(shè)施。由于前加氫時(shí)丙二烯和甲基乙炔的轉(zhuǎn)化率分別只能達(dá)到20%和80%,有相當(dāng)部分丙炔未能轉(zhuǎn)化。此時(shí),丙烯精餾塔塔釜丙烷產(chǎn)品中炔烴的含量仍然相當(dāng)可觀。由于丙烯對(duì)丙烷的相對(duì)揮發(fā)度比較低,因而塔板數(shù)比較多,回流比較大。早期,為了降低回流比,相應(yīng)的采用較低的操作壓力,為了節(jié)省能耗,不少采用熱泵流程。近年來,由于廣泛采用急冷水加熱丙烯精餾塔再沸器,既節(jié)省了能耗,又簡(jiǎn)化了工藝流程,相應(yīng)的節(jié)省了投資。在餾分油裂解裝置中,用急冷水加熱的高壓丙烯精餾工藝流程已完全的替代了低壓熱泵丙烯精餾的工藝流程。丙烯精餾工藝流程可分為兩類工藝流程。一類是低壓精餾工藝流程,大多采用熱泵系統(tǒng)。另一類是高壓精餾工藝流程,塔頂冷凝多數(shù)采用水冷,塔釜加熱多采用急冷水加熱。低壓熱泵工藝流程可以采用兩種流程,一種是閉式熱泵系統(tǒng),一種是開式熱泵系統(tǒng)。圖1.3<a>為閉式熱泵系統(tǒng),由丙烯壓縮機(jī)、再沸器、冷凝器組成的封閉循環(huán)系統(tǒng)。壓縮機(jī)出口的丙烯冷劑作為再沸器的加熱介質(zhì),同時(shí)在此冷凝。冷凝的丙烯冷劑作為塔頂冷凝器冷劑,蒸發(fā)的冷劑返回丙烯壓縮機(jī)。圖1.3<b>為開式熱泵系統(tǒng),丙烯冷劑與產(chǎn)品丙烯混合在一起。壓縮機(jī)出口丙烯作為再沸器加熱介質(zhì),同時(shí)在此冷凝。冷凝的丙烯減壓節(jié)流后送入回流罐,回流罐中的丙烯液體一部分作為產(chǎn)品輸出,一部分則作為塔頂回流?；亓鞴拗虚W蒸的氣態(tài)丙烯與塔頂氣態(tài)丙烯均進(jìn)入丙烯壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。 圖1.3 低壓丙烯精餾流程圖 Fig.1.3 propylene distillation process in lower pressure 圖1.4 高壓丙烯精餾流程圖 Fig.1.3 propylene distillation process in high pressure 圖1.4為高壓丙烯精餾流程。其中圖1.4為常規(guī)的工藝流程。此時(shí),塔頂為冷卻水冷卻,塔釜為急冷水加熱。僅僅就丙烯精餾過程而言,高壓精餾所需塔釜供熱量和塔頂冷凝熱負(fù)荷比低壓精餾時(shí)的高,但對(duì)餾分油裂解裝置而言,急冷水尚需在循環(huán)過程用冷卻水冷卻,而用急冷水加熱丙烯精餾塔再沸器,無論從塔釜加熱和塔頂冷卻來看,并不增加全裝置供熱和冷卻水負(fù)荷。而高壓精餾的電耗比低壓精餾的電耗低得多,相應(yīng)的,高壓精餾的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)明顯低于低壓精餾的運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用。因此,在有急冷水可供利用時(shí),低壓精制的熱泵流程基本上均被急冷水加熱的高壓精餾流程所替代。高壓與低壓丙烯精餾的比較見表在輕烴裂解裝置中,急冷水提供的熱量有限,可能不足以滿足丙烯精餾塔塔釜加熱所需。此時(shí),除了用急冷水加熱再沸器之外,尚設(shè)置低壓蒸汽加熱的再沸器,以滿足塔釜所需的加熱量。此時(shí),為了減少蒸汽用量,尚可設(shè)置急冷水加熱的中間再沸器。除此之外,也有乙烯工廠在急冷水熱量不足的情況下,用急冷油加熱急冷水,再用急冷水加熱丙烯精餾塔再沸器,由此提高低位能熱量的利用率。在生產(chǎn)聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品時(shí),丙烯精餾塔的實(shí)際塔板數(shù)大多在200240之間。相應(yīng)的塔高一般都在8590m之上。因此,一些工廠采用雙塔丙烯精餾工藝流程以降低單塔高度。同時(shí)在較小回流比之下獲得較高純度的丙烯產(chǎn)品。凱洛格公司在某毫秒爐裂解裝置中采用的是雙塔丙烯精餾工藝流程,如圖1.5a所示。該流程中精餾塔的塔徑分別為5800mm和6000mm,各段塔高分別為61.7m和62.6m。丙烯的產(chǎn)品純度為99.5%,塔地宮的冷凝溫度為42.7,冷凝壓力為1.62MPa,塔頂氣體量為421.9t/h,回流量為389.05t/h,側(cè)線采出丙烯產(chǎn)品量為25.7t/h。詹姆斯公司在某輕烴和石腦油裂解裝置中采用的雙塔丙烯精餾流程,如圖1.5b。在該工藝流程中,碳三餾分進(jìn)入丙烯精餾塔第一段的126塊板。其塔頂冷凝器采用冷卻水冷卻,冷凝液一部分作為丙烯精餾塔第一段的回流,另一部分則作為丙烯產(chǎn)品輸出。丙烯精餾塔第一段塔釜用急冷水加熱,塔釜溫度控制在52左右。其釜液用泵送到丙烯精餾塔第二段塔頂作為回流。第二段塔頂氣體第二段塔釜,而第二段塔釜液則作為丙烷產(chǎn)品采出。圖1.5 雙塔丙烯精餾工藝流程 Fig.1.5 propylene distillation process in the twin towers 1.3 塔設(shè)備結(jié)構(gòu)選擇 1.3.1 塔型的選擇 塔設(shè)備是煉油、化工和石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。工業(yè)對(duì)塔設(shè)備主要要求有：生產(chǎn)能力大；傳質(zhì)、傳熱效率高；氣流的摩擦阻力??；操作穩(wěn)定,適應(yīng)性強(qiáng),操作彈性大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,材料耗用量少；制造安裝容易,操作維修方便；不易堵塞、耐腐蝕等。 根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式,可分為板式塔與填料塔兩大類。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板,氣體以鼓泡或者噴射形式穿過板上液層進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞,氣液相組成成階梯變化,屬逐級(jí)接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層,液體自塔頂沿填料表面下流,氣體逆流向上也有并流向下者與液相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞,氣液相組成沿塔高連續(xù)變化,屬微分接觸操作過程6,7,8。 填料塔與板式塔的比較： 1.填料塔操作范圍較小,對(duì)于液體負(fù)荷的變化特別敏感。當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí),填料表面不能很好地潤(rùn)濕,傳質(zhì)效果急劇下降；當(dāng)液體負(fù)荷過大時(shí),容易產(chǎn)生液泛。板式塔具有較大的操作范圍。 2.填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料,而某些類型的板式塔如大孔徑穿流板塔可以有效地處理這種物系。另外,板式塔的清洗亦比填料塔方便。 3.當(dāng)氣液接觸過程中需要冷卻以移除反應(yīng)熱或溶解熱時(shí),填料塔因涉及液體均布問題而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管。 4.填料塔直徑可以很小。板式塔直徑一般不小于0.6m。 5.板式塔的設(shè)計(jì)比較準(zhǔn)確可靠。安全系數(shù)較小。 6.填料造價(jià)高,但塔徑不大時(shí),填料塔因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而造價(jià)便宜。 7.填料塔適用于易起泡物系和腐蝕性物系,因填料對(duì)泡沫有限制和破碎的作用,可以采用瓷質(zhì)填料。 8.對(duì)熱敏性物系宜采用填料塔,因?yàn)樘盍纤?nèi)的滯液量比板式塔少,物料在塔內(nèi)的停留時(shí)間相對(duì)短。 9.填料塔的壓降比板式塔的小,因而對(duì)真空操作更為適宜。 10.填料塔對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。 本設(shè)計(jì)中有側(cè)線進(jìn)料和出料,選擇填料塔不適宜,故選擇篩板塔。 1.3.2 塔板結(jié)構(gòu)選擇 板式塔塔板大致可分為以下幾種：泡罩塔板,篩板,浮閥塔板,舌形塔板,浮動(dòng)噴射型塔板,柵板,波紋板等,其中常用的有泡罩塔板、浮閥塔板和篩板。 泡罩塔是最早使用的板式塔,其主要構(gòu)件是泡罩,升氣管,和降液管。 泡罩種類很多,國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是圓形泡罩。 泡罩塔的主要優(yōu)點(diǎn)是操作彈性大,液氣比范圍大,適用于多種介質(zhì),操作穩(wěn)定可靠,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,安裝維修不便,氣相壓降較大,現(xiàn)在應(yīng)用較少。 浮閥塔廣泛應(yīng)用于精餾,吸收及解吸等過程。其主要特點(diǎn)是在塔板開孔上裝有可浮動(dòng)的浮閥,氣流從浮閥周邊以穩(wěn)定的速度水平地進(jìn)入塔板上液層進(jìn)行兩相接觸。浮閥可以根據(jù)氣體流量大小而上下浮動(dòng),自行調(diào)節(jié)。 浮閥有盤式和條式等多種。其中,F-1型浮閥塔結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,節(jié)省材料,制造方便,性能良好,故在化工和煉油生產(chǎn)