5万吨年炼厂气体分离工艺设计(参考)

淮海工学院专业设计报告书

题目： 50000吨/年炼厂液化气分离

工艺初步设计

系（院）：化学工程学院

专业：化学工程与工艺

班级：

姓名：

学号：

2013年12月20 日

设计任务书

班级：姓名：学号：

一、设计题目： 50000吨/年炼厂液化气分离工艺设计。

二、设计条件：

液化石油气

组分 wt%

乙烷 0.31

乙烯 0.02

丙烯 35.58

丙烷 8.46

正丁烷 7.51

异丁烷 14.66

异丁烯 12.08

丁烯-1 5.01

反丁烯-2 9.81

顺丁烯-2 6.55

异戊烷 0.01

总硫量 20~50ppm

水分饱和水

合计 100

丙烯：

分子式： C

3H

6

熔点(℃)： -191.2

沸点(℃)： -47.72

相对密度(水=1)： 0.5

相对蒸气密度(空气=1)： 1.48

饱和蒸气压(kPa)： 602.88(0℃)

性能：

主要成分：乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等。

外观与性状：无色气体或黄棕色油状液体, 有特殊臭味。

闪点(℃)： -74

引燃温度(℃)： 426～537

爆炸上限%(V/V)： 33

爆炸下限%(V/V)： 5

健康危害：本品有麻醉作用。急性中毒：有头晕、头痛、兴奋或嗜睡、恶心、呕吐、脉缓等；重症者可突然倒下，尿失禁，意识丧失，甚至呼吸停止。可致皮肤冻伤。慢

性影响：长期接触低浓度者，可出现头痛、头晕、睡眠不佳、易疲劳、情绪不稳以及植物神经功能紊乱等。

环境危害：对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。

燃爆危险：本品易燃，具麻醉性。

危险特性：极易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

特点：

①污染少。②发热量高。③易于运输。④压力稳定。⑤储存设备简单，供应方式灵活。

目录

1 工艺流程的确定 (1)

2主要工艺设计计算 (1)

2.1 精馏塔的物料衡算 (1)

2.2 塔板数的确定 (1)

2.3塔高的确定 (1)

2.4 塔径的确定 (1)

2.5 塔盘开孔数的确定 (1)

2.6 塔溢流堰高度的确定 (1)

2.7塔流出管径的确定 (1)

2.8 储罐容量的确定 (1)

3浮阀塔的工艺设计计算结果总表 (1)

结论 (21)

参考文献 (22)

附图

图1带控制点的工艺流程图

图2 分离工段的平立面布置图

产品方案和技术指标等

产品的方案及建设规模

(1)产品名称：精丙烯

副产品：丙烷，C4馏分等

(2)设计规模：液化石油气, 50000吨 /年

(3)产品规格：丙烯， 99.61%

丙烷， 0.39%

设计指导思想

(1)技术方案的选择在已学知识的基础上，力求先进，运行可靠，护理，维修方便，以期取得较好的经济效益。

(2)丙烯生产的主要设备立足于国内自己开发，制造，运行可靠。

(3)贯彻工厂布置一体化，装置露天化，建(构)筑物轻型化，公用工程社会化，引进技术国产化等“五化”原则，以求达到节省投资和用地之目的。

生产方法和主要技术方案

本设计分离丙烯采用精馏流程。

工艺设计

生产工艺综述

本设计是关于年处理量5×104t/a的液化石油气分馏装置的初步设计

生产方法和工艺流程的选择与评述

经脱硫后的液化石油气进入脱丙烷塔进料缓冲罐，再经脱丙烷塔进料泵送至脱丙烷塔进料预热器，由脱丙烷塔底物流加热至59.3℃后，进入脱丙烷塔第14层塔板。碳二，碳三馏分从顶部蒸出，经脱丙烷塔冷凝器冷凝后，进入脱丙烷塔回流罐，冷凝液一部分用脱丙烷塔回流泵抽出，作为脱丙烷塔回流；另一部分用脱乙烷塔进料泵抽出，送至脱乙烷塔第14层塔板作为该塔进料。塔底物料经脱丙烷塔进料预热器冷却后至碳三碳四冷却器。

脱乙烷塔塔顶碳二，碳三气体经脱乙烷塔冷凝器部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐。不凝气自脱乙烷塔回流罐顶经压控阀送至燃料气管网，冷凝液用脱乙烷塔回流泵全部送回脱乙烷塔顶作为回流，脱乙烷塔底物料自压至精丙烯塔A第134层塔板，作为该塔进料。

精丙烯塔因板数较多，分为两塔串联操作。精丙烯塔A塔底丙烷馏分和脱丙烷塔底物流混合后，经碳三碳四冷却器冷却至40℃后，自压出装置。塔顶气体进入精丙烯塔B底部，精丙烯塔B底部液体由精丙烯塔中间泵送回精丙烯塔A顶部作为回流。

精丙烯塔B 塔顶气体经精丙烯塔冷凝器冷凝后，进入精丙烯塔回流罐。冷凝液用精丙烯塔回流泵抽出，一部分送回精丙烯塔B 顶部作为回流；另一部分，经精丙烯冷却器冷却至40℃后送出装置。

工艺流程示意图：

脱丙烷塔蒸汽

乙烷气体

脱乙烷塔

热水

脱丙烯塔（下段）脱丙烯塔（上段）

热水

精丙烯出装置

碳三碳四馏分

液化石油气

精丙烯塔的操作条件

进料 塔顶馏出物

塔顶回流液

塔釜液 温度（℃） 70 47 46 68 压力（MPa ）

1.9

1.95

1.9

2.05

物料质量含量表（mol ％）

物质 进料 塔顶馏出物 塔顶回流液 塔釜液 丙烯 71.40 99.61 99.61 1.76 丙烷 28.60

0.39

0.39

98.24

工艺过程的物料和热量衡算

物料平衡计算

物料衡算是工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出原料的消耗量、副产品量以及输出过程物料消耗量以

及三废生产量；并在此基础上作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额；最终可以根据这些计算确定所生产产品的技术指标。同时根据衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷以及其等级，对生产设备和辅助设备进行选型或设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。

物料衡算的步骤

（1）确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。

（2）确定计算任务，明确哪些是已知项，哪些是待求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便。

（3）确定过程所涉及的组分。

（4）对物流流股进行编号，并标注物流变量。

（5）收集数据资料，数据资料包括两类：一类为设计任务所规定的已知条件；另一类为与过程有关的物理化学参数。具体地说包括一下内容：

(a)生产规模和生产时间。

(b)有关的定额和技术指标。

(c)原辅材料、产品、中间产品的规格，包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成等。

(d)与过程有关的物理化学参数。

（6）列出物料衡算方程。

（7）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式，对于有化学反应发生的，要写出其化学方程式，明确反应前后的物料组成的定量关系，必要时还应指出其转化率和选择性，为计算作准备。

（8）选择计算基准。

（9）统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设计变量。

（10）整理计算结果，将计算的结果整理并根据所需的换算基准列成原材料消耗表。

物料衡算计算

物料衡算表

精丙烯塔物料平衡表

塔进料塔顶馏出液釜残液

Kmol/h % Kmol/h % Kmol/h % 丙烯

丙烷

物料平衡总表

序号物料名称数量备注

kg/h ×104t/a

1 进料：液化石油气

合计

2 出料：精丙烯

碳三碳四馏分

乙烷气

合计

塔的进出口物料流量表

精丙烯塔

kmol h kg h 塔进料

塔顶馏出物

塔釜液

精丙烯塔的操作条件

进料塔顶馏出物塔釜

温度（℃）70 47 68

压力（MPa） 2.0 1.95 2.05

物料质量含量表

物质进料（％）塔顶馏出物塔顶回流液塔釜液（％）

（％）

（％） 丙烯 丙烷

根据《化学化工物性数据手册》查得不同温度丙烯、丙烷的热容。

不同温度下丙烯、丙烷的热容

温度（℃） 46 47 68 70 丙烯

热容（()KJ kg K *）

3.10

3.14

3.60

3.68

丙烷

热容（()KJ kg K *）

3.43 3.48 3.68 3.77

根据《化学化工物性数据手册》查得丙烯、丙烷在沸点时的汽化热。

丙烯、丙烷在沸点时的汽化热

汽化热

KJ mol

KJ kg

丙烯 30.64 410.31 丙烷

32.52

435.43

化工生产中 使用的塔型有喷洒塔，板式塔，和填料塔，其中填料塔和板式塔最为普遍。

塔型的选择：

（1）塔径大小的因素，板式塔以单位塔板面积的造价随塔径增大而减小，而填料塔造价与其体积成正比。小直径填料塔（0.8m 以下）的造价一般比板式塔底，所以，从设备投资的角度看，大塔用板式塔而小塔用填料塔是经济的；另外，板式塔在直径大时效率较高，而填料塔在大塔径时由于液体分布难以均匀影响效率，因此，大塔宜用板式塔小塔宜用填料塔。

（2）板式塔可适应比较小的液体流量，若此条件下用填料塔易导致填料润湿不足。 （3）处理有腐蚀的物料时，宜用填料塔，塔板需用耐腐蚀的金属材料制造，造价较高，而用填料塔时，可以考虑用廉价的陶瓷填料，当操作温度不高时，还可使用塑料填料，造价会更低。

（4）填料塔适于处理易发泡的液体，因填料能起到破碎泡沫的作用。

（5）含有固体颗粒的物系，宜选用液体通流量较大的板式塔，例如孔径较大的筛板

塔，泡罩塔，浮阀塔，舌形塔等，若用填料塔易被固体颗粒堵塞。

（6）如果工艺上要求侧线出料宜选用板式塔。

化工设备是组成化工装置的基本单元，化工设备的设计是工程设计的基础。化工设备从设计角度可分为两类：一类为标准设备或定型设备，是成批成系列生产的设备，可以从设备生产厂家买到，并可以从产品目录或样本手册中查阅其规格及牌号；另一类为非标准设备或非定型设备，是化工过程中需要专门设计的特殊设备，需要根据工艺要求，通过工艺计算及机械计算而设计，然后提供有关工厂制造。

塔径

一、计算依据

空塔气速的上限由严重的雾沫夹带或液泛决定，下限由漏液决定，适宜的空塔气速应介于二者之间，一般依据最大允许气速（称为极限空塔气速）来确定。

二、计算过程

塔板

一、计算依据

1、计算回流比R

在精馏设计中，一般并不进行详细的经济衡算，而是根据经验选取。通常操作回流比可取最小回流比的1.1～2倍。 2、计算塔板

利用逐板计算法计算塔板数，塔采用全凝器，从塔顶最上一层板（第一层板）上升的蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，则塔顶馏出液组成及回流液组成均与第一层板的上升蒸气组成相同，

由于离开每层理论板的、气、液两相是互成平衡的，故可由1y 用气液平衡方程求得1x 。由于从下一层（第二层）板上升的蒸气组成2y 与1x 符合精馏段操作关系，故用精馏段操作线可由1x 求得2y ，即

二、计算过程 1、计算回流比

2、计算塔板数

表3-2 精丙烯塔进出物料的摩尔分数表

组分 进料 塔顶馏出物 塔釜残液 丙烯 71.40% 99.61% 1.76% 丙烷

28.60%

0.39%

98.24%

塔高

1、计算依据

根据给定的分离任务，求出理论板层数后，就按照公式计算塔的有效段高度，板间距2、计算过程

3．塔釜高度

4.塔顶气相流出管径及回流管径

底层塔板的开孔率和浮阀个数

其他设备选型

换热器

换热器按工艺功能分类可分为8类：

（1）塔顶冷却器面积

冷却工艺物料的设备。一般冷却剂多采用水，若冷却温度低时，可采用氨或者氟利昂为冷却剂。

（2）塔顶回流泵功率

（3）塔顶储罐容量的确定

4 自动控制要求

4.1.重沸器加热量控制

重沸器供热量直接影响塔的平稳操作，本设计对重沸器的热流（蒸汽或热水）采用定值流量控制方案，以消除热流变化对塔的干扰，其中脱乙烷塔和脱丙烷塔采用灵敏塔盘温度与热流串级的控制方案，以提高这两个塔的分流效果。

4.2.塔底液位控制

本装置的三个塔（脱乙烷塔，脱丙烷塔，精丙烯塔A）均采用塔底液位与塔底抽出量串级均匀控制方案，该方案的优点是当塔底液位在允许范围内波动时，塔底抽出量按定值流量进行控制，从而保证至下一工序的流量基本稳定。

4.3.塔压力控制

（1）脱丙烷塔和精丙烯塔塔顶压力均通过调节塔顶冷凝器三通阀的开度来实现，冷凝器一路开度越大，塔顶泄压越大，为了减小冷凝器一路的压力损失，该三通阀口径应于管道通口径，以减小阀上的压力降。

（2）脱乙烷塔塔底压力是影响该塔分馏效果的关键，因此，采用脱乙烷塔塔底压力直接控制塔顶回流罐的不凝气排放量，塔底压力高，说明塔底不凝气含量太高，应及时将其排放至燃料气管网。

4.4.丙烯塔塔顶馏分质量控制

精丙烯塔分馏难度较大，产品质量要求也比较严格，为此，在精丙烯塔B顶设置气体色谱分析仪，并将分析仪的输出作为装置出丙烯流量调节器的给定值，当塔顶丙烯含量指标正常或较高时，提高出装置的丙烯流量，反之，则减少出装置的丙烯量。

数据汇总

结论

参考文献