年产10万吨丙烯分离工段工艺设计--毕业论文Word文档下载推荐.doc
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丙烯精馏塔物料衡算………………………………………………………16
4.热量衡算…………………………………………………………………………18
乙烯精馏装置热量衡算………………………………………………………18
丙烯精馏装置热量衡算………………………………………………………23
脱甲烷精馏装置热量衡算……………………………………………………26
脱乙烷精馏装置热量衡算……………………………………………………30
脱丙烷精馏装置热量衡算……………………………………………………33
5.设备选型…………………………………………………………………………37
丙烯精馏塔…………………………………………………………………37
丙烯精馏塔操作压力及温度的确定…………………………………37
丙烯精馏塔密度、表面张力的计算…………………………………39
塔板数的确定…………………………………………………………42
精馏塔主要尺寸计算…………………………………………………44
塔板流体力学验算……………………………………………………50
主要设备设计与选型…………………………………………………53
塔高的计算……………………………………………………………55
浮阀塔设计一览表……………………………………………………56
换热器………………………………………………………………………57
试算和初选换热器规格………………………………………………57
核算总传热系数………………………………………………………58
6.生产安全及三废处理……………………………………………………………62
生产安全……………………………………………………………………62
废气处理……………………………………………………………………62
废渣处理……………………………………………………………………62
废水处理……………………………………………………………………62
结束语………………………………………………………………………………63
参考文献……………………………………………………………………………64
致谢…………………………………………………………………………………65
附录…………………………………………………………………………………66
刘洋
指导老师:
崔秀云
(黄山学院化学化工学院,黄山,安徽245041)
摘要:
本设计为年产10万吨丙烯分离工段工艺设计。
在设计中简单介绍了丙烯的性质、用途、生产方法和分离方法。
结合国内丙烯的生产状况,选择了烃类热裂解法生产丙烯。
在设计过程中,通过对各个设备的物料衡算、热量衡算,确定了浮阀塔工艺参数和工艺指标,进行设备选型。
同时,绘制了带控制点的工艺流程图和浮阀塔设备图。
关键词:
丙烯;
热裂解;
浮阀塔
TheSeparationProcessDesignofPropyleneof100,000tons
LiuYang
Director:
CuiXiuyun
(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,HuangshanUniversity,Huangshan,Anhui245041)
Abstract:
Thedesignisabouttheseparationprocessofpropyleneof100,000tons.Inthedesignofpropylene,itsimplyintroducedthenature,purpose,methodofproductionandseparation.Combiningthedomesticpropyleneproductionsituation,choosethehydrocarbonsheatcrackingmethodtoproduceacrylic.Inthedesignprocess,throughthevariousequipmentmaterialbalancecalculations,heatbalancecalculations,determinethefloatvalvetowerprocessparametersandprocessindexofequipmenttypeselection.Atthesametime,paintedwiththecontrolpointsoftheprocessflowdiagramandfloatvalvetowerequipmentfigure.
Keywords:
Propylene;
ThermalCracking;
FloatValveTower
引言
丙烯,是三大合成材料之一,它主要用于生产丙烯晴、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等,而这些产品广泛应用于合成纤维、合成塑料、涂料、橡胶、树脂等高聚物的合成。
丙烯系列产品的重要性,在基本有机化学工业中仅次于乙烯系列产品。
丙烯的生产方法有烃类热裂解法、丙烷脱氢法和甲醇制丙烯生产工艺。
基于国内生产丙烯的概况,本设计采用低碳烃裂解法制丙烯,该方法是国内比较流行的生产方法,有着大量的实际经验,易于操作,风险小。
由于本人能力的限制和一些条件的制约,在设计的过程中可能不尽完善,请相关阅读人士批评指正。
1.绪论
概述
简介
丙烯结构式为:
,其分子量:
。
主要用途:
用于制丙烯腈、异丙烯、环氧丙烷和丙酮。
丙烯的性质
丙烯(propylene)常温下为无色、无臭、稍带有甜味的气体。
不溶于水,溶于有机溶剂,是一种属低毒类物质。
丙烯是三大合成材料的基本原料,主要用于生产丙烯晴、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。
分子式C3H6,分子量,TboC,Tf=-185.25oC,oC,,ρc3,,,ac[1]。
丙烯的用途
用于制丙烯腈、环氧丙烷、丙酮、聚丙烯等。
丙烯在酸性催化剂存在下聚合,生成二聚体、三聚体和四聚体的混合物,可用作高辛烷值燃料。
丙烯在酸性催化剂存在下与苯反应,生成异丙苯,它是合成苯酚和丙酮的原料。
丙烯在催化剂存在下与氨和空气中的氧起氨氧化反应,生成丙烯腈,它是合成塑料、橡胶、纤维等高聚物的原料。
丙烯生产工艺选择及分离流程确定
生产工艺选择
丙烯的生产方法有烃类热裂解法、丙烷脱氢法和甲醇制丙烯生产工艺:
(1)烃类热裂解
以乙烷、丙烷、轻石脑油、石脑油、轻柴油或重柴油为原料,在800-900oC高温下裂解,在很短的时间内碳链经历了断裂、脱氢等一次反应,和几乎同时发生的一次反应产物的进一步脱氢、叠合、缩合等复杂反应,得到含有乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯、环戊二烯等重要的化工基本原料的裂解气和含有苯、甲苯、二甲苯的液体产物[4]。
这可以解决炼厂和石脑油裂解副产的出路问题,还可以增产高附加值的乙烯、丙烯产品,成为近年研究较为活跃的领域。
(2)丙烷脱氢法
丙烷脱氢是强吸热过程,可在高温和相对低压下获得合理的丙烯收率。
其优势在于进料单一,产品单一。
与其它生产技术相比,获得同等规模的丙烯产量,丙烷脱氢技术的基建投资相对较低。
虽然丙烷脱氢技术已经成熟,但是,我国目前尚不具备建设丙烷脱氢厂的条件。
其原因关键在于能否获得稳定而又相对低廉的丙烷资源。
目前我国尚不具备这一条件,国内丙烷产量比丙烯更为稀缺,差不多仅为丙烯的一半。
(3)甲醇制丙烯法
甲醇在催化剂的作用下转换成二甲醇、未反应的甲醇和水蒸气的混合物,然后这种混合物在一个固定床反应器内反应生产丙烯,反应器内的温度为420-490oC,压力为130-160kPa,催化剂使用沸石催化剂,反应收率为70%,未反应的原料可以经一循环泵输送至反应器入口[2]。
因为,我国炼油厂工业规模之大、厂家之多,加之烃类裂解制丙烯的技术相对较成熟,故本设计采用烃类热裂解法生产丙烯。
1.2.2分离流程确定
(1)油吸收精馏分离
利用C3、C4作为吸收剂,将裂解气中除了H2、CH4以外的其它组分全部吸收下来,然后在根据各组分相对挥发度不同,将其逐一分开。
此法优点是操作温度高,可节省大量的耐低温钢材和冷量,缺点是得到的裂解气中烯烃纯度低,操作费用高,一般适用小规模生产。
此法已逐步被淘汰。
(2)深冷分离
深冷分离是将裂解气冷却到-100℃以下,此时裂解气中除H2、CH4以外的其它组分全部被冷凝下来,然后再根据裂解气中各低碳烃相对挥发度的不同,用精馏的方法逐一进行分离[3]。
其优点是产品纯度高,分离效果好,缺点是但投资较大,流程复杂,动力设备较多,需要大量的耐低温合金钢。
油吸收精馏分离法得到的裂解气中烯烃纯度低,操作费用高。
又本设计要求的丙烯纯度高(达99.6%以上),且生产规模大(达10万吨/年),故本设计采用深冷分离法制取丙烯。
故而,最终确定的丙烯生产方法是烃类热裂解法,分离工艺是前脱丙烷前加氢工艺。
设计任务书
(1)生产能力:
年产10万吨丙烯;
(2)生产方法:
烃类热裂解法;
(3)分离工艺:
前脱丙烷前加氢工艺;
(4)生产天数:
330天;
(5)产品纯度:
丙烯%;
(6)操作参数:
操作压力为,操作温度为按组分组成计算后的泡点温度。
2.工艺流程
工艺流程图
前脱丙烷分离流程是以脱丙烷塔为界限,将物料分为两部分,一部分为丙烷及比丙烷更轻的组分;
另一部分为碳四及比碳四更重的组分,然后再将这两部分各自进行分离,获得所需产品。
前脱丙烷分离流程如图2-1所示:
1
3
4
5
6
7
10
9
Ⅰ~Ⅲ
Ⅳ
2
8
裂解气
C4、C5+
富气
C2~C3
C2
C3
图2-1裂解气净化与分离工艺流程图
1-碱洗塔;
2-干燥器;
3-脱丙烷塔;
4-脱甲烷塔;
5-脱乙烷塔;
6-乙烯精馏塔;
7-丙烯精馏塔A;
8-丙烯精馏塔B;
9-加氢脱炔反应器;
10-冷箱
工艺流程简述(应为详述)
裂解气首先经过压缩机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段压缩,压力达到,然后送入碱洗塔
(1),脱除酸性气体。
碱洗后的裂解气经过干燥塔
(2)干燥之后后,进入脱丙烷塔(3),塔顶分出C3以下馏分,即甲烷、氢、C2馏分和C3馏分,再进入Ⅳ段压缩,压力达到,然后进入加氢脱炔反应器(9),之后经冷箱(10)进入脱甲烷塔(4),塔顶分出甲烷、氢,塔釜是C2以上馏分,送入脱乙烷塔(5)。
在脱乙烷塔顶分出乙烯和乙烷,送入乙烯精馏塔(6),通过精馏操作塔顶得乙烯产品,塔釜分出丙烯和丙烷,物料平分为两股输送入丙烯精馏塔A(7)与丙烯精馏塔B(8),通过精馏操作塔顶得到丙烯产品。
脱丙烷塔塔釜得到C4以上馏分。
3.物料衡算
设计依据
(一)生产能力:
10万吨/年,一年按330天计算,即7920小时。
(二)产品丙烯的纯度:
脱甲烷塔塔顶C1以下馏分纯度为99.9%,脱乙烷塔塔顶C2以下馏分纯度为99.99%,塔脱丙烷塔塔顶C3以下馏分纯度为99.8%,乙烯精馏塔塔顶乙烯纯度%,脱丁烷塔塔顶C4馏分%。
(三)计算基准(kg/h):
P=1×
108÷
7920=1.2626×
104(kg/h)
裂解气及各组分产量
查《基本有机化工工艺学》[4]得表1-11得,
表3-1轻柴油裂解产物组成
原料
轻柴油
原料规格
173~391oC
裂解条件
辐射管出口温度,oC
790
辐射管出口压力,kPa
107
水蒸气/油(质量)
裂解产物组成,%(质量)
H2
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4
C5+
燃料油
杂质+水
合计
100
裂解产物中丙烯的含量14.75%,并且在丙烯塔可得到纯度为99.6%的丙烯,则可认为裂解气中的丙烯全部从丙烯塔分离得出丙烯产品。
丙烯产量为1.2626×
104(kg/h),则
则
裂解气的总量=裂解产物的总量-燃料油=8.56×
104-1.4766×
104=7.0834×
各裂解产物的相对分子量
查《石油化工基础数据手册》[1]得在常压下:
相对分子质量:
,,,,,,,为便于计算,取,
沸点Tb:
氢气℃,甲烷℃,乙烯℃,乙烷℃,丙烯℃,丙烷℃,正丁烷℃
脱丙烷塔物料衡算
裂解气经碱洗和干燥后,去除了裂解气中的酸性气体和水分,又杂质和水仅占总裂解产物比重的1.15%,且水分居多,故可认为裂解气经碱洗和干燥后进入脱丙烷塔的物料组分有氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、C4、C5+等。
脱丙烷塔
C3H8C4C5+
C3H8C4
图3-1脱丙烷塔物料衡算流程图
(1)进入塔的物料:
①F=69849.6(kg/h)(其中F氢气=513.6(kg/h),F甲烷=8.6456×
103(kg/h),F乙烯=1.9688×
104(kg/h),F乙烷=3.5952×
103(kg/h),F丙烯=1.2626×
104(kg/h),F丙烷(kg/h),FC4=8.2604×
103(kg/h),FC5+=1.6264×
104(kg/h))
②
(2)出塔的物料:
(3)进=出
已知:
脱丙烷塔塔顶C3以下馏分纯度为99.8%,釜液中丙烷含量≤0.05%,则
表3-2脱丙烷塔的进料、出料组成:
(—质量分数%,下同)
组分
aF(%)
aD(%)
aw(%)
氢气
-
甲烷
乙烯
乙烷
丙烯
丙烷
由各裂解产物的相对分子量中各组分的物性数据知,氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯为轻组分,丙烷为轻关键组分,C4为重关键组分,C5+为重组分。
采用清晰分割法
计算塔顶和塔底各组分的分布情况,见表3-3:
表3-3物料在塔底塔顶的分布情况:
进料,F’
塔顶,D’
塔底,W’
W’
D’
D’
物料衡算:
以100kg/h为基准进料,则:
解得:
D’=65kg/h,W’=35kg/h
根据表3-3,以100kg/h为进料基准时,算得的最终塔顶和塔底的分布情况见表3-4。
表3-4最终物料在塔底塔顶的分布情况:
65
35
由表3-4可得,当进料为(kg/h)时,塔顶和塔底的出料为:
(kg/h)(其中D氢气(kg/h),D甲烷=8.6456×
103(kg/h),D乙烯=1.9688×
104(kg/h),D乙烷=3.5952×
103(kg/h),D丙烯=1.2626×
104(kg/h),D丙烷(kg/h),DC4(kg/h))
(kg/h)(其中W丙烷(kg/h),WC4==8.17064×
103(kg/h),WC5+=1.6264×
脱丙烷塔总物料衡算结果见表3-5。
表3-5脱丙烷塔物料衡算结果表:
(必须的)
Fi
Di
Wi
kg/h
kmol/h
Xi
8.6456×
103
1.9688×
104
3.5952×
1.2626×
2.56×
10-3
2.89×
×
10-4
8.2604×
142.42
8.01×
8.17064×
1.6264×
0.599
总计
3.5脱甲烷塔物料衡算
C3H8C4
脱甲烷塔
图3-2脱甲烷塔物料衡算流程图
脱甲烷塔塔顶C1以下馏分纯度为99.9%,釜液中甲烷含量≤0.05%,则
表3-6脱甲烷塔的进料、出料组成:
aW(%)
由各裂解产物的相对分子量中各组分的物性数据知,氢气为轻组分,甲烷为轻关键组分,乙烯为重关键组分,乙烷、丙烯、丙烷和C4为重组分。
采用清晰分割法计算塔顶和塔底各组分的分布情况,见表3-7:
表3-7物料在塔底塔顶的分布情况:
W’
以100kg/h为基准进料,则
;
,
根据表3-7,以100kg/h为进料基准时,算得的最终塔顶和塔底的分布情况见表3-8。
表3-8最终物料在塔底塔顶的分布情况:
由表3-8可得,当进料为(kg/h)时,塔顶和塔底的出料为:
(kg/h)(其中F氢气(kg/h),F甲烷=8.6456×
104(kg/h),F丙烷(kg/h),FC4(kg/h))
(kg/h)(其中D氢气(kg/h),D甲烷(kg/h),D乙烯(kg/h))
(kg/h)(其中W甲烷(kg/h),W乙烯(kg/h),W乙烷=3.5952×
103(kg/h),W丙烯=1.2626×
104(kg/h),W丙烷(kg/h),WC4(kg/h))
脱甲烷塔总物料衡算结果见表3-9。
表3-9脱甲烷塔物料衡算结果表:
1×
3×
4.9×
1.54
1.36×
脱乙烷塔物料衡算
脱乙烷塔
图3-3脱乙烷塔物料衡算流程图
脱乙烷塔塔顶C2以下馏分纯度为99.99%,釜液中乙烷含量≤0.02%,则
表3-10脱乙烷塔的进料、出料组成:
34.83
由各裂解产物的相对分子量中各组分的物性数据知,甲烷、乙烯为轻组分,乙烷为轻关键组分,丙烯为重关键组分,丙烷和C4为重组分。
采用清晰分割法计算塔顶和塔底各组分的分布情况,见表3-11:
表3-11物料在塔底塔顶的分布
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