年產(chǎn)100萬(wàn)噸乙烷熱裂解制乙烯乙烯精餾工序初步設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　XXXX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表</p><p>　　屆：2014 學(xué)院（系）：化學(xué)化工學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝 2013 年 11月 11 日</p><p>　　注：（1）“選題理由”由擬題人填寫(xiě)。</p><p>　?。?）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(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）中

2、。</p><p>　　XXXX大學(xué)教務(wù)處制表</p><p><b>　　XXXX大學(xué)</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　題目：年產(chǎn)100萬(wàn)噸乙烷熱裂解制乙烯乙烯精餾工序初步設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名 屆

3、 2014</p><p>　　學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)化學(xué)工程與工藝</p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p>　　下達(dá)任務(wù)日期 2013年11月10日 </p><p>　　XXXXX大學(xué)教務(wù)處制</p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計(jì)

4、內(nèi)容及要求</p><p>　　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。在順序分離流程中，最后一步分離過(guò)程為乙烯精餾過(guò)程，其目的是將脫乙烷系統(tǒng)中分離出的混合碳二餾分分開(kāi)，得到合格的乙烯產(chǎn)品，并在塔釜得到乙烷產(chǎn)品。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)項(xiàng)目的分離流程中，以脫乙烷塔塔頂產(chǎn)品作為乙烯精餾塔進(jìn)料，進(jìn)料

5、以碳二餾分乙烷和乙烯為主，乙烷和乙烯含量約占99.9%（mol）以上，另含甲烷等輕組分0.0063%左右，丙烯等重組分在0.093%（mol）左右。因此，乙烯精餾塔可以近似看作乙烯-乙烷二元精餾系統(tǒng)。</p><p>　　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(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課和專(zhuān)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 ONE 7.2模擬軟件對(duì)乙烯精餾過(guò)程

6、進(jìn)行模擬計(jì)算，乙烯精餾工序設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，詳細(xì)查閱資料，掌握國(guó)內(nèi)外乙烯精餾技術(shù)狀況，在充分論證的基礎(chǔ)上，確定乙烯精餾工藝路線(xiàn)和流程；</p><p>　　乙烯精餾工序工藝計(jì)算，包括①生產(chǎn)流程的物料能量衡算，②乙烯精餾塔的工藝條件和外形尺寸計(jì)算；</p><p>　　進(jìn)行乙烯精餾工段車(chē)間的平、立面設(shè)計(jì)，包括車(chē)間廠房、設(shè)備平臺(tái)的空

7、間方位；</p><p>　　繪制設(shè)計(jì)圖紙，包括①PFD、PID圖 1張，②能表達(dá)分樓層設(shè)備布置的車(chē)間平面布置圖(1號(hào)圖1～2張)，③車(chē)間立面布置圖(1號(hào)圖1～2張)，④主要設(shè)備工藝條件圖 </p><p>　　說(shuō)明在生產(chǎn)過(guò)程中的安全控制體系和控制方法及＂三廢＂處理；</p><p>　　使用HAZOP分析方法進(jìn)行危險(xiǎn)性分析</p><p>

8、<b>　　對(duì)本設(shè)計(jì)評(píng)述和結(jié)論</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)依據(jù):</b></p><p>　　1.本設(shè)計(jì)中產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)遵照GB/T 7715-2003執(zhí)行，具體指標(biāo)列于下表。</p><p>　　乙烯 GB/T 7715-2003</p><p>　　注：*該項(xiàng)目按用戶(hù)要求，需要時(shí)測(cè)定

9、</p><p>　　2.每年生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)。</p><p>　　3.年產(chǎn)乙烯43萬(wàn)噸</p><p>　　4.由于實(shí)際生產(chǎn)中受條件影響存在一定的波動(dòng)，要求設(shè)計(jì)具有良好的彈性以應(yīng)對(duì)不可避免的變化，所以本設(shè)計(jì)的參數(shù)條件應(yīng)比理論值更寬泛一些。</p><p>　　5.本設(shè)計(jì)中，采用Aspen軟件進(jìn)行流程模擬，表格和部分流股計(jì)算采用Mic

10、rosoft Excel。</p><p>　　二、畢業(yè)論文進(jìn)度計(jì)劃及檢查情況記錄表</p><p>　　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(xiě)，其余各項(xiàng)均要求打印。</p><p>　?。?）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)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</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）內(nèi)

11、。</p><p>　　XXXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　屆：2014 學(xué)院（系）：化學(xué)化工學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝 2014 年2 月 24 日</p><p>　　天津理工大學(xué)教務(wù)處制表</p><p>　　XXXXX學(xué)教務(wù)處制表</p><p>　　年產(chǎn) 100 萬(wàn)噸

12、乙烷熱裂解制乙烯</p><p>　　乙烯精餾工序初步設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　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。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)為乙烷熱裂解制乙烯流程中裂解氣順序分離

13、流程中的最后一步乙烯 精餾過(guò)程，以脫乙烷塔塔頂產(chǎn)品作為乙烯精餾塔進(jìn)料，進(jìn)料以碳二餾分乙烷和 乙烯為主，由側(cè)線(xiàn)采出合格的乙烯產(chǎn)品，并在塔釜得到乙烷產(chǎn)品。 </p><p>　　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(guò) Aspen Plus 軟件進(jìn)行模擬完成塔的初步設(shè)計(jì)，畫(huà)出 PDF 圖，塔板布置圖，車(chē)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

14、 危險(xiǎn)性分析，完成乙烯精餾工序的初步設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：乙烷； 乙烯； 乙烯精餾； 溢流式篩板塔； 側(cè)線(xiàn)</p><p>　　The Primary Design of Ethylene Fractionator in Annual Output of 1000000 Tons of Ethylene from Ethane Heat Cracking</p&

15、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　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 outp

16、utted by ethylene. What the industry of ethylene respect the level of the petrochemical industry in the country. </p><p>　　The design which is ethylene distillation is the final circuit of sequential separat

17、ion of cracking gas. The separation is one step of the circuit that ethylene is produced by cracking of ethane. Using overflow sieve-plate tower, I feed the tower the product which is from the top of the ethane distillat

18、ion tower. Most of the feed is ethylene and ethane. So we can take ethylene distillation as ethylene-ethane distillation. From the lateral line, we can get qualified ethylene product. The ethane p</p><p>　　T

19、he first step of the design is that look over a lot of data to master the circuit of ethylene distillation. After that, the second step is that we can imitate the tower by Aspen Plus. The size of the tower and can be cal

20、culated. 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 a

21、nd some storage tanks. The last step of the design is that </p><p>　　Key words: Ethane; Ethylene; Ethylene distillation; Overflow sieve-plate tower; Lateral line</p><p><b>　　第一章 文獻(xiàn)綜述</

22、b></p><p><b>　　乙烯精餾介紹</b></p><p>　　1.1.1乙烯在石油化工工業(yè)的作用和地位</p><p>　　石油化工業(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，在烯烴生產(chǎn)中，乙烯工業(yè)是石油化工的龍頭工業(yè)，其生產(chǎn)能力也是一個(gè)衡量國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)。乙烯生產(chǎn)的規(guī)模、成本、生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)整個(gè)石油

23、化工聯(lián)合企業(yè)起到支配作用，因此,乙烯裝置成為關(guān)系全局的核心生產(chǎn)裝置。</p><p>　　1.1.2 乙烯的性質(zhì)及用途</p><p><b>　?、盼锢硇再|(zhì)：</b></p><p>　　通常情況下，乙烯是一種無(wú)色稍有氣味的氣體，密度為1.25g/L，比空氣的密度略小。其外觀與性狀：無(wú)色氣體，略具烴類(lèi)特有的臭味。少量乙烯具有淡淡的甜味，不溶于

24、水，微溶于乙醇、酮、苯，溶于醚，溶于四氯化碳的有機(jī)溶劑。</p><p><b>　?、苹瘜W(xué)性質(zhì)：</b></p><p>　　乙烯是現(xiàn)代石油化學(xué)工業(yè)最為重要的基礎(chǔ)原料之一。由于它有活躍的雙鍵結(jié)構(gòu)，因此反應(yīng)能力很強(qiáng)，通過(guò)乙烯的聚合、氧化、鹵化、烷基化、水合、羰基化、齊聚反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)，可以得到一系列極有價(jià)值的乙烯衍生物。乙烯裝置主要裂解產(chǎn)品及副產(chǎn)品的用途見(jiàn)圖1.1。<

25、;/p><p>　　圖1.1 乙烯系列產(chǎn)品</p><p>　　Fig. 1.1 Ethyleneseries product</p><p>　　1.1.3乙烯市場(chǎng)分析</p><p>　　改革開(kāi)放30年來(lái)，中國(guó)乙烯產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)能從1978年的僅49.5萬(wàn)噸/年增加到2009年的1269.9萬(wàn)噸/年。2009年是中國(guó)乙烯克服全球金融危機(jī)

26、，實(shí)現(xiàn)繼續(xù)發(fā)展的一年。這二年中國(guó)乙烯產(chǎn)能突破千萬(wàn)噸大關(guān)，至年底時(shí)已經(jīng)恢復(fù)了危機(jī)前的水平，保證國(guó)內(nèi)供應(yīng)。201010年中國(guó)乙烯工業(yè)繼續(xù)發(fā)展，產(chǎn)能繼續(xù)增加，全年新增乙烯產(chǎn)能257萬(wàn)噸。今后三年，中國(guó)乙烯的發(fā)展將更加注重區(qū)域化和規(guī)?；幼⒅毓?jié)能增效，將加快重大項(xiàng)目建設(shè)，加快科技創(chuàng)新，進(jìn)一步提高裝置的國(guó)產(chǎn)化程度和規(guī)模，使乙烯平均規(guī)模提高到60萬(wàn)噸/年。截止至2009年底，我國(guó)乙烯產(chǎn)能為1268.9萬(wàn)噸/年，裝置總規(guī)模比2008年增加273萬(wàn)

27、噸/年，增長(zhǎng)27.4%。</p><p>　　目前，我國(guó)共有21家乙烯生產(chǎn)企業(yè)，乙烯生產(chǎn)主要集中在中國(guó)石化和中國(guó)石油兩個(gè)集團(tuán)，兩者合計(jì)產(chǎn)能占全國(guó)總產(chǎn)能的91.2%。中國(guó)石化共擁有12家乙烯生產(chǎn)企業(yè)，共13套乙烯裝置，2009年乙烯生產(chǎn)能力8094萬(wàn)噸/年，占全國(guó)總產(chǎn)能的63.7%，中國(guó)石油擁有6家乙烯生產(chǎn)企業(yè)，共7套乙烯裝置，2009年乙烯生產(chǎn)能力349.4萬(wàn)噸/年，占全國(guó)總產(chǎn)能的27.5%。</p>

28、<p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)乙烯的進(jìn)口量非常?。ㄖ饕M(jìn)口的是其下游產(chǎn)品），因此一般以乙烯當(dāng)量消費(fèi)量（當(dāng)量消費(fèi)量=產(chǎn)量+進(jìn)口量—出口量+下游產(chǎn)品凈進(jìn)口量折算量）來(lái)評(píng)價(jià)國(guó)內(nèi)乙烯的實(shí)際市場(chǎng)容量。據(jù)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2008年，我國(guó)乙烯產(chǎn)量為1025萬(wàn)噸，乙烯當(dāng)量進(jìn)口量近1000萬(wàn)噸，對(duì)外依存度接近50%，乙烯產(chǎn)量無(wú)法滿(mǎn)足下游市場(chǎng)的需求。2010年我國(guó)乙烯當(dāng)量需求量約2484萬(wàn)噸，產(chǎn)量約1784萬(wàn)噸，供需缺口700萬(wàn)噸。我

29、國(guó)乙烯的市場(chǎng)缺口較大。乙烯的市場(chǎng)前景廣闊。</p><p>　　1.1.4工藝流程方案的選擇</p><p>　　1.1.4.1制取乙烯的方法：</p><p>　　早在30年代就開(kāi)始對(duì)石油烴（碳二以上飽和烷烴）高溫裂解生產(chǎn)烯烴（乙烯、丙烯）的技術(shù)進(jìn)行了研究，并在40年代初建成了管式爐裂解生產(chǎn)烯烴的工業(yè)裝置。經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，石油烷烴經(jīng)管式爐熱裂解生產(chǎn)乙烯的方法至

30、今仍在乙烯生產(chǎn)中占統(tǒng)治地位，其乙烯產(chǎn)量占世界乙烯產(chǎn)量的99%以上。</p><p>　　在石油化工發(fā)展的早期，由乙醇脫水制乙烯和焦?fàn)t氣深冷分離回收乙烯，均為乙烯工業(yè)生產(chǎn)的途徑之一。隨著挺累裂解制乙烯生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展以及生產(chǎn)規(guī)模的大型化，乙醇脫水制乙烯的和焦?fàn)t氣回收乙烯在乙烯工業(yè)中的地位已微乎其微。</p><p>　　隨著碳一化學(xué)發(fā)展，由合成氣制乙烯或以合成氣經(jīng)甲醇制乙烯的生產(chǎn)路線(xiàn)收到廣泛的

31、重視。近期，已甲烷耦合制乙烯在研究又去的很大進(jìn)展。但是。在郵件相對(duì)穩(wěn)定的情況下，預(yù)計(jì)在詳單時(shí)期內(nèi)，碳一化學(xué)的乙烯生產(chǎn)路線(xiàn)，尚難于烴類(lèi)裂解相競(jìng)爭(zhēng)。下列為工業(yè)中制取乙烯的方法</p><p><b>　?、殴苁搅呀庵埔蚁?lt;/b></p><p>　　在原料通過(guò)裂解爐時(shí)，由外界通入大量的高溫溫過(guò)熱蒸汽和原料進(jìn)行混合，進(jìn)入到裂解爐中，原料由于高溫受熱，長(zhǎng)鏈烯烴斷裂成小分子的烷

32、烴或烯烴，生成乙烯、丙烯等產(chǎn)品。</p><p><b>　?、萍状贾葡N</b></p><p>　　隨著石油的短缺，原油價(jià)格不斷的上漲，以石油為原料的烯烴工業(yè)優(yōu)勢(shì)逐漸下跌，開(kāi)發(fā)新的烯烴技術(shù)已成為各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)，而甲醇制烯烴是以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴的新型技術(shù)，生產(chǎn)甲醇的原料有煤炭、石腦油、渣油、天然氣、油田氣和煤層氣等。我國(guó)的煤炭資源豐富，為甲醇制烯烴提供了充足的原料

33、。</p><p><b>　　⑶催化裂解制乙烯</b></p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新的裂解爐，滿(mǎn)足高溫、短停留時(shí)間、低烴分壓、高裂解選擇性來(lái)提高乙烯的收率，降低能耗，優(yōu)化控制。</p><p>　?、壬镆掖贾埔蚁┘夹g(shù)</p><p>　　生物乙烯以大宗可再生生物質(zhì)為原料，通過(guò)為生物發(fā)酵得到乙醇，進(jìn)而在催化劑作

34、用下脫水生成乙烯。發(fā)酵乙醇可由取之不盡的生物質(zhì)資源獲得，低濃度的乙醇更廉價(jià)易得，利用低濃度乙醇脫水制備生物乙烯具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。</p><p><b>　?、杉淄橹迫∠N</b></p><p>　　甲烷通過(guò)甲烷-氯氣高溫反應(yīng)、氯催化氧化法、熱擴(kuò)散反應(yīng)管法、催化氧化偶和制得乙烯，與傳統(tǒng)工業(yè)相比，由于其開(kāi)辟了新的、提供廉價(jià)原料的乙烯生產(chǎn)路線(xiàn)，可以大幅度降低

35、乙烯生產(chǎn)成本從而獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　?、势渌呀饧夹g(shù)</b></p><p>　　其他裂解方法，以原油等重質(zhì)油為原料進(jìn)行裂解的技術(shù)占有重要地位，為避免依賴(lài)于煉油廠和氣體加工廠提供原料。一些公司開(kāi)發(fā)出直接裂解原油的工藝</p><p>　　1.1.4.2制取乙烯的工藝流程</p><p>　　目

36、前世界上乙烯裝置的工藝：魯姆斯（Lummus）公司乙烯技術(shù)、Stone Webster 公司乙烯技術(shù)和林德（Linde）公司乙烯技術(shù)。各公司的工藝各有特點(diǎn)，但總的來(lái)說(shuō)，不同公司有不同的裂解技術(shù)，分離工藝流程主要差別在于精餾分離烴類(lèi)的順序和脫炔烴的安排，分離工藝有5種:順序分離流程、前脫乙烷前加氫流程、前脫丙烷前加氫流程、前脫乙烷后加氫流程、前脫丙烷后加氫流程。前3種流程應(yīng)用最多，其中順序分離功耗最小，前加氫前脫乙烷流程次之，前加氫前脫丙

37、烷流程功耗較大，因此，國(guó)內(nèi)大部分乙烯裝置都采用順序流程</p><p>　　(1)順序分離技術(shù)如圖1.2</p><p>　　典型的生產(chǎn)工藝為ABBLummus公司的順序分離低壓脫甲烷技術(shù)。裂解氣首先進(jìn)入急冷系統(tǒng)進(jìn)行快速降溫，同時(shí)分離出重組分燃料油和粗裂解汽油。然后經(jīng)過(guò)裂解氣壓縮機(jī)將裂解氣壓力提高到約3.6 MPa，干燥脫水后進(jìn)人深冷系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)冷箱和脫甲烷塔分離出氫氣和甲烷。脫甲烷塔釜物料

38、含有C2及以上組分，依次進(jìn)入脫乙烷塔、脫丙烷塔、脫丁烷塔，從塔頂分出C2、C3和C4組分。脫乙烷塔和脫丙烷塔頂?shù)腃2和C3分別經(jīng)C2和C3加氫脫炔后進(jìn)入乙烯塔和丙烯塔，精餾后得到乙烯和丙烯產(chǎn)品。C2加氫系統(tǒng)位于冷箱前及脫甲烷下游，為后加氫。乙烯精餾塔須設(shè)置巴氏精餾段，并需設(shè)置綠油洗滌系統(tǒng)，這些使設(shè)備投資和能耗增多。另外，由于C2加氫系統(tǒng)則需要冷箱分離出的氫氣物料，所以在不能從外部引入氫氣的情況下，生產(chǎn)出合格乙烯產(chǎn)品所需要的時(shí)間長(zhǎng)。由于順

39、序分離技術(shù)中的循環(huán)物料稍多，故不利于系統(tǒng)節(jié)能。</p><p>　　圖1.2典型的順序流程深冷分離裝置</p><p>　　Fig.1.2The order of the typical process cryogenic separation device</p><p>　　(2)前脫丙烷前加氫技術(shù)如圖1.3</p><p>　　典型工藝

40、為Stone＆Webster公司的前脫丙烷前加氫技術(shù)。該技術(shù)是在進(jìn)行脫甲烷之前先將C3及輕組分與C4及重組分進(jìn)行分離，并將分離出的C3及輕組分進(jìn)行C2加氫反應(yīng)，然后送入到深冷系統(tǒng)。前加氫技術(shù)聚有很多優(yōu)勢(shì)：(a)前加氫產(chǎn)生的綠油量甚微，無(wú)需進(jìn)行綠油洗滌系統(tǒng)；(b)由于C2加氫位于脫甲烷塔上游，從脫乙烷塔釜進(jìn)人乙烯塔的C2餾分中不含氫氣和甲烷輕組分，乙烯塔可采用開(kāi)式熱泵技術(shù)以降低能耗；(c)由于C2加氫進(jìn)料中富含氫氣，因而不需要冷箱分離出的

41、氫氣，所以，在裝置開(kāi)車(chē)時(shí)，能很快生產(chǎn)出合格的乙烯產(chǎn)品，能縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間；(d)由于在進(jìn)行C2加氫時(shí)也對(duì)50%以上的MAPD加氫，可以減少下游的C3加氫系統(tǒng)負(fù)荷；(e)乙烯塔中不需要巴氏精餾段，也沒(méi)有不凝氣返回。前脫丙烷前加氫技術(shù)中只有丙烯塔頂不凝氣循環(huán)。</p><p>　　圖1.3典型的前脫丙烷深冷分離裝置</p><p>　　Fig.1.3 Typical before depropan

42、ization cryogenic separation device</p><p>　　(3)前脫乙烷前加氫技術(shù)如圖1.4</p><p>　　典型工藝為L(zhǎng)inde公司的前脫乙烷前加氫技術(shù)。從裂解爐來(lái)的裂解氣經(jīng)急冷、壓縮后預(yù)冷，首先進(jìn)入脫乙烷塔系統(tǒng)，把比C2輕的組分和比C3重的組分分開(kāi)。C2及輕組分先進(jìn)行C2加氫，然后進(jìn)入冷箱和脫甲烷系統(tǒng)。脫甲烷塔釜液只含C2，直接進(jìn)入乙烯塔。脫乙烷塔

43、塔釜物料進(jìn)入脫丙烷塔，脫丙烷塔頂?shù)腃3進(jìn)行C3加氫后進(jìn)入丙烯塔。該技術(shù)也采用前C2加氫， 所以具有與前脫丙烷前加氫類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖1.4 典型的前脫乙烷深冷分離裝置</p><p>　　Fig.1.4 Before the typical ethane cryogenic separation device</p><p>　　通過(guò)對(duì)以上幾種

44、工藝的介紹，比較每種工藝的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，根據(jù)國(guó)家的資源及需求選取符合我國(guó)國(guó)情的最優(yōu)的工藝方法。</p><p>　　1.1.5 乙烯精餾塔的節(jié)能措施</p><p>　　乙烯精餾塔是乙烯生產(chǎn)過(guò)程重要的生產(chǎn)單元之一，其操作狀況直接關(guān)系到乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。在乙烯精餾塔中，進(jìn)料組分有20多種，其傳熱與傳質(zhì)過(guò)程較為復(fù)雜，并且要求得到的產(chǎn)品純度不能低于99.95%，所以，對(duì)乙烯精餾塔而言，研究其節(jié)

45、能工藝對(duì)整個(gè)工藝的能耗具有重要意義。</p><p><b>　　采用熱泵精餾技術(shù)</b></p><p>　　常規(guī)精餾塔需從塔頂冷凝器取出熱量,從塔釜再沸器加入熱量,其消耗的能量為精餾塔的主要操作費(fèi)用。熱泵利用機(jī)械能或電能將低溫位熱能提高到高溫位熱能,在精餾中將塔頂氣相加壓冷凝后作為塔底再沸器的熱源,特別是在乙烯裝置乙烯精餾中運(yùn)用熱泵,將乙烯冷劑的循環(huán)和乙烯精餾結(jié)合

46、為一體,利用乙烯冰機(jī)將開(kāi)式熱泵用在乙烯精餾中,可節(jié)約能耗,降低生產(chǎn)成本。</p><p><b>　　采用中間再沸器</b></p><p>　　利用多股進(jìn)料作用原理，在乙烯精餾塔提餾段部分加一個(gè)再沸器，代替一部分由塔底再沸器加熱的熱量，回收較大的能量，從而提高了塔的熱力學(xué)效率，同時(shí)降低了塔的能量的消耗。</p><p><b>　　

47、采用側(cè)線(xiàn)采出</b></p><p>　　乙烯精餾塔中組分多達(dá)20余種，采用側(cè)線(xiàn)出料的方法，可以減少設(shè)備的投資和縮短流程。</p><p><b>　　回流比最優(yōu)化</b></p><p>　　蒸餾過(guò)程所需熱能一般與回流比有關(guān)，最小熱能取決于最小回流比[2]。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)達(dá)到分離度的前提下才能確定最佳回流比。</p>

48、<p>　　1.2塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　1.2.1塔設(shè)備的選型</p><p>　　在化工、石油化工及煉油中，由于煉油工藝和化工生產(chǎn)工藝過(guò)程的不同，以及操作條件的不同，塔設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式和材料也不同。塔設(shè)備的工藝性能，對(duì)整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額，以及“三廢”處理和環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，都用重大的影響。</p><p>

49、;　　在石油煉廠和化工生產(chǎn)裝置中，塔設(shè)備的投資費(fèi)用占整個(gè)工藝設(shè)備費(fèi)用的25.93%。塔設(shè)備所耗用的鋼材料重量在各類(lèi)工藝設(shè)備中所占的比例也較多，例如在年產(chǎn)250萬(wàn)噸常壓減壓煉油裝置中耗用的鋼材重量占62.4%，在年產(chǎn)60-120萬(wàn)噸催化裂化裝置中占48.9%。因此，塔設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究，對(duì)石油、化工等工業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。</p><p>　　1.2.2塔型的選擇</p><p>　　塔主

50、要有板式塔和填料塔兩種，它們都可以用作蒸餾和吸收等氣液傳質(zhì)過(guò)程，但兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)具體情況選擇。</p><p>　　a．板式塔。塔內(nèi)裝有一定數(shù)量的塔盤(pán)，是氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬逐級(jí)（板）接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備；氣體自塔底向上以鼓泡或噴射的形式穿過(guò)塔板上的液層，使氣液相密切接觸而進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱；兩相的組分濃度呈階梯式變化。</p><p>　　b．填料塔。塔內(nèi)裝有一定高度的填料，是

51、氣液接觸和傳質(zhì)的基本構(gòu)件；屬微分接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備；液體在填料表面呈膜狀自上而下流動(dòng)；氣體呈連續(xù)相自下而上與液體作逆流流動(dòng)，并進(jìn)行氣液兩相的傳質(zhì)和傳熱；兩相的組分濃度或溫度沿塔高連續(xù)變化。</p><p>　　填料塔與板式塔之間的比較如表1.1</p><p>　　表1.1 填料塔與板式塔的比較</p><p>　　Table 1.1Sieve plate and

52、packing column comparison </p><p>　　1.2.3塔型選擇一般原則</p><p>　　選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素有：物料性質(zhì)、操作條件、塔設(shè)備性能及塔的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維修等。</p><p>　?。?）下列情況優(yōu)先選用填料塔：</p><p>　　a.在分離程度要求高的情況下，因某些新型填料具有很高的傳質(zhì)效率

53、，故可采用新型填料以降低塔的高度；</p><p>　　b.對(duì)于熱敏性物料的蒸餾分離，因新型填料的持液量較小，壓降小，故可優(yōu)先選擇真空操作下的填料塔；</p><p>　　c.具有腐蝕性的物料，可選用填料塔。因?yàn)樘盍纤刹捎梅墙饘俨牧?，如陶瓷、塑料等?lt;/p><p>　　d.容易發(fā)泡的物料，宜選用填料塔。</p><p>　?。?）下列情況

54、優(yōu)先選用板式塔：</p><p>　　a.塔內(nèi)液體滯液量較大，操作負(fù)荷變化范圍較寬，對(duì)進(jìn)料濃度變化要求不敏感，操作易于穩(wěn)定；</p><p><b>　　b.液相負(fù)荷較?。?lt;/b></p><p>　　c.含固體顆粒，容易結(jié)垢，有結(jié)晶的物料，因?yàn)榘迨剿蛇x用液流通道較大的塔板，堵塞的危險(xiǎn)較小；</p><p>　　d.在

55、操作過(guò)程中伴隨有放熱或需要加熱的物料，需要在塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)部換熱組件，如加熱盤(pán)管，需要多個(gè)進(jìn)料口或多個(gè)側(cè)線(xiàn)出料口。這是因?yàn)橐环矫姘迨剿慕Y(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)，此外，塔板上有較多的滯液以便與加熱或冷卻管進(jìn)行有效地傳熱；</p><p>　　e.在較高壓力下操作的蒸餾塔仍多采用板式塔。</p><p>　　綜合考慮，本項(xiàng)目采用板式塔。</p><p>　　1.2.4塔盤(pán)的類(lèi)型與選

56、擇</p><p>　　（1）板式塔塔板種類(lèi)：</p><p>　　根據(jù)塔板上氣、液兩相的相對(duì)流動(dòng)狀態(tài)，板式塔分為穿流式和溢流式。目前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不穩(wěn)定，很少使用。</p><p>　?。?）各種塔盤(pán)性能比較：</p><p>　　工業(yè)上需分離的物料及其操作條件多種多樣，為了適應(yīng)各種不同的操作要求，迄今已開(kāi)發(fā)和使用

57、的塔板類(lèi)型繁多。這些塔板各有各的特點(diǎn)和使用體系，現(xiàn)將幾種主要塔板的性能比較列表1.2：</p><p>　　表1.2 幾種主要塔板的性能比較</p><p>　　Table 1.2Several main plate performance comparison</p><p>　　下表給出了幾種主要塔板性能的量化比較如表1.3</p><p&g

58、t;　　表1.3 幾種主要塔板性能的量化比較</p><p>　　Table 1.3Several kinds of main plate performance quantitative comparison</p><p>　　從以上各表可以看出：浮閥塔在蒸汽負(fù)荷、操作彈性、效率和價(jià)格等方面篩板塔較為優(yōu)越，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，初步選擇篩板塔。</p><p>&

59、lt;b>　　第二章 工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p><b>　　2.1.1進(jìn)料組成</b></p><p><b>　　進(jìn)料組成如表2.1</b></p><p><b>　　表2.1 進(jìn)料組

60、成</b></p><p>　　Table 2.1 Feed composition</p><p>　　2.1.2.分離純度指標(biāo)及產(chǎn)品質(zhì)量控制</p><p>　　本設(shè)計(jì)中乙烯產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)遵照GB/T 7715-2003執(zhí)行，具體指標(biāo)列于下表</p><p>　　表2.2 乙烯 GB/T 7715-2003</p>

61、<p>　　Table 2.2 Ethylene GB/T 7715-2003</p><p>　　注：*該項(xiàng)目按用戶(hù)要求，需要時(shí)測(cè)定</p><p>　　乙烯精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控指標(biāo)如表2.3</p><p>　　表2.3 產(chǎn)品控制指標(biāo)</p><p>　　Table 2.3 Product control indicators&

62、lt;/p><p>　　2.1.3.操作參數(shù)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)操作參數(shù)表2.4所示</p><p>　　表2.4 乙烯精餾塔主要操作參數(shù)</p><p>　　Table 2.1 The main operating parameters of the ethylene distillation column</p>&l

63、t;p>　　2.2精餾塔的模擬計(jì)算</p><p>　　化工流程模擬軟件Aspen Plus是為解決化工領(lǐng)域中的研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、過(guò)程優(yōu)化等而被開(kāi)發(fā)的一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的軟件，從而簡(jiǎn)化了人們計(jì)算的復(fù)雜性，大大縮短了設(shè)計(jì)的時(shí)間，從而提高設(shè)計(jì)效率。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用Aspen One V7.2 對(duì)精餾塔的模擬計(jì)算，得出需要的計(jì)算結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，選擇合適的塔

64、進(jìn)行模擬過(guò)程，通過(guò)對(duì)精餾塔的每塊塔板組成的分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)給出的相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)回流量、理論板數(shù)及進(jìn)料位置，使模擬達(dá)到收斂，從而得到理論塔板數(shù)及相關(guān)的物性參數(shù)及條件，最終達(dá)到產(chǎn)品符合分離要求的目的。具體模擬過(guò)程如下：</p><p>　　1.打開(kāi)Aspen Plu1s User Interface，定義計(jì)算的單位及報(bào)告需要顯示的結(jié)果的格式，選擇Columns中的RadFrac模塊，畫(huà)出精餾塔，選擇Material

65、 STREAM連接物流，得到流程模擬簡(jiǎn)圖，如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 模擬過(guò)程1</p><p>　　Fig.2.1 Simulation process 1</p><p>　　2.輸入物料組分，選擇計(jì)算所需的物性方法為PR方程，如圖2.2所示</p><p>　　圖2.2 模擬過(guò)程2</p><p&

66、gt;　　Fig.2.2 Simulation process 2</p><p>　　3.根據(jù)表2.2輸入進(jìn)料物流的操作參數(shù)，如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 模擬過(guò)程3</p><p>　　Fig.2.1 Simulation process 3</p><p>　　4.輸入理論板數(shù)，選擇塔頂冷凝器為部分冷凝器（不凝氣），塔

67、釜為釜式再沸器，根據(jù)表2.2輸入回流量及塔釜液體流量，如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 模擬過(guò)程4</p><p>　　Fig.2.4 Simulation process 4</p><p>　　5.根據(jù)表2.2輸入塔頂壓強(qiáng)及單板壓降，如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 模擬過(guò)程5</p><p

68、>　　Fig.2.5 Simulation process 5</p><p>　　6.至此數(shù)據(jù)輸入完畢，運(yùn)行，查看結(jié)果。</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)為乙烯精餾塔的計(jì)算，其中共有兩條側(cè)線(xiàn)采出，對(duì)分離的產(chǎn)品純度要求較高，造成模擬計(jì)算不易收斂，通過(guò)對(duì)進(jìn)料組成、進(jìn)料位置、回流量、側(cè)線(xiàn)采出的純度及進(jìn)料位置的分析，得出產(chǎn)品的回流量和采出量對(duì)乙烯的純度有較大的影響，利用軟件中的設(shè)計(jì)規(guī)定及重

69、要參數(shù)的調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足了本次設(shè)計(jì)的要求，得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。則結(jié)果如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.6 模擬過(guò)程6</p><p>　　Fig.2.6 Simulation process 6</p><p>　　模擬所得產(chǎn)品組成如表2.5</p><p>　　表2.5 模擬產(chǎn)品組成</p><p>　　Table

70、2.5 The composition of the product in the simulation</p><p>　　由表2.5可知，模擬產(chǎn)品組成符合產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)。</p><p>　　由Aspen Plus V7.2 模擬結(jié)果得到流體力學(xué)數(shù)據(jù)如表2.6</p><p>　　對(duì)軟件中所得的結(jié)果進(jìn)行整理得到本次設(shè)計(jì)中所需要的流體力學(xué)參數(shù)如表2.6</

71、p><p>　　表2.6流體力學(xué)模擬結(jié)果表</p><p>　　Table2.6Fluid mechanics simulation results</p><p>　　2.3 塔板數(shù)及塔高的計(jì)算</p><p>　　2.3.1 塔板數(shù)的確定</p><p>　　圖2.7 流程模擬圖</p><p>

72、;　　Fig. 2.7 Process simulation</p><p>　　根據(jù)圖2.7流程模擬流程計(jì)算模擬結(jié)果可以得出精餾塔理論塔板數(shù)為100塊板（包括塔頂冷凝器為第1塊理論板，塔底再沸器為第100塊理論板），故精餾塔內(nèi)理論塔板數(shù)為98塊。</p><p>　　1代表進(jìn)料，進(jìn)料板為第62塊理論板；</p><p>　　2 代表塔頂出料，為通過(guò)塔頂部分冷凝器后

73、的不凝氣，主要成分是甲烷；</p><p>　　3 代表塔釜出料，主要成分是乙烷，丙烷等重組分；</p><p>　　4 代表側(cè)線(xiàn)產(chǎn)品采出，采出乙烯產(chǎn)品，采出的位置為第8塊理論板；</p><p>　　5 代表側(cè)線(xiàn)采出液體，采出的位置為第65塊理論板。</p><p>　　可以將乙烯精餾塔分為四段：</p><p>　

74、　塔頂?shù)絺?cè)線(xiàn)采出乙烯產(chǎn)品為第一段，其中理論塔板數(shù)為7塊；</p><p>　　側(cè)線(xiàn)采出乙烯產(chǎn)品到進(jìn)料為第二段，其中理論塔板數(shù)為54塊；</p><p>　　進(jìn)料到側(cè)線(xiàn)采出液體物料為第三段，其中理論塔板數(shù)為3塊；</p><p>　　側(cè)線(xiàn)采出液體物料到塔釜為第四段，其中理論塔板數(shù)為35塊。</p><p>　　實(shí)際塔板數(shù)可由下式計(jì)算得出<

75、/p><p>　　式中：—總板效率，根據(jù)化工流程模擬實(shí)訓(xùn)--Aspen Plus教程(孫蘭義)查得，乙烯精餾塔總板效率一般為80%～90%，此處取0.85%</p><p><b>　??；</b></p><p>　　以第一段為例進(jìn)行計(jì)算：??</p><p>　　同理計(jì)算可得：第二段實(shí)際塔板數(shù)為65塊；</p>

76、<p>　　第三段實(shí)際塔板數(shù)為4塊；</p><p>　　第四段實(shí)際塔板數(shù)為44塊。</p><p>　　則精餾塔中實(shí)際塔板數(shù)為122塊，側(cè)線(xiàn)采出乙烯產(chǎn)品為精餾塔中第9塊實(shí)際塔板，進(jìn)料板為第62塊板，側(cè)線(xiàn)采出液體為第65塊板。</p><p>　　2.3.2塔高的計(jì)算</p><p>　　塔的有效高度是指安裝塔板部分的高度，可由

77、下式計(jì)算得出：</p><p>　　式中：為板式塔的有效高度，m；</p><p>　　為塔內(nèi)所需的理論板層數(shù)；</p><p>　　為全塔效率，即總板效率；</p><p>　　為塔板間距m，板間距選取為0.6m。</p><p>　　取塔板間距為0.6m，足夠進(jìn)料塔間距應(yīng)取的值，故無(wú)需單獨(dú)設(shè)置進(jìn)料板間距。由于第一層

78、塔板為塔頂冷凝器，最后一層塔板為塔底再沸器，故塔的有效高度可直接算出：</p><p>　　??核算塔高時(shí)需要考慮到人孔的設(shè)置。一般每隔6～8層塔板設(shè)置1個(gè)人孔，。由于板間距為0.6m，已符合設(shè)置人孔標(biāo)準(zhǔn)，故塔的有效高度不需要在另外核算。</p><p>　　全塔共設(shè)置16個(gè)人孔，第一個(gè)人孔設(shè)在第122塊板之上，第二個(gè)人孔設(shè)置在第115塊塔板之上，以此類(lèi)推。第16個(gè)人孔設(shè)在第1塊板之上。&

79、lt;/p><p>　　塔的底部空間高度是指塔頂最末一層塔盤(pán)到塔底下封頭切線(xiàn)處的距離。一般需要保留有停留時(shí)間為3～5min的釜液，取=2m</p><p>　　塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P(pán)到塔頂封頭切線(xiàn)的距離（不包括接管高度）。為 了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般?。?.5-2.0），</p><p>　　為計(jì)算方便，頂部空間取 1m 即可。<

80、/p><p>　　裙座可以起到支承塔體的作用，裙座的形式分為圓筒形和圓錐形兩種。裙座高度是指從塔底封頭切線(xiàn)到基礎(chǔ)環(huán)之間的高度。乙烯精餾塔中有再沸器，故裙座的高度被截為兩部分，核算中不再分段考慮。裙座還要開(kāi)出一個(gè)人孔，人孔一般為510×（1000-1800）mm 的長(zhǎng)圓形，以方便進(jìn)出[5]。</p><p>　　由于考慮到精餾塔不需要承受很大的地震載荷，而且乙烯精餾塔并不很高，故選用圓

81、筒形裙座即可。人孔開(kāi)為510×1700mm，另再考慮再沸器的出料管的因素，取裙座高度。</p><p>　　綜上，乙烯精餾塔塔高各因素均已核算完畢，故塔高</p><p><b>　　故塔高為77m。</b></p><p>　　2.4塔工藝條件與物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p><b>　　以第一段計(jì)

82、算為例</b></p><p><b>　　操作壓力Pm</b></p><p><b>　　溫度tm</b></p><p><b>　　平均分子量Mm</b></p><p><b>　　平均密度</b></p><p&

83、gt;<b>　　1.液相密度</b></p><p><b>　　2.氣相密度</b></p><p><b>　　液體表面張力</b></p><p><b>　　液體粘度</b></p><p>　　同理可以計(jì)算出第二段、第三段和第四段的物性數(shù)據(jù)，計(jì)

84、算結(jié)果如表2.5</p><p><b>　　表2.7 物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　Table 2.7 Property data</p><p><b>　　2.5氣液負(fù)荷計(jì)算</b></p><p>　　以第一段為例進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　式中：—精餾塔

85、內(nèi)第一段氣相平均體積流量，m³/h；</p><p>　　—精餾塔內(nèi)第一段液相平均體積流量，m³/h；</p><p>　　—精餾塔內(nèi)第一段氣相平均體積流量，m³/s；</p><p>　　—精餾塔內(nèi)第一段液相平均體積流量，m³/s。</p><p>　　同理可以計(jì)算出第二段、第三段和第四段的平均體積流

86、量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.18。</p><p>　　2.6 塔和塔的主要工藝尺寸計(jì)算</p><p>　　2.6.1塔徑的計(jì)算</p><p>　　利用Aspen ONE V7.2 Tray Sizing 模塊計(jì)算塔徑</p><p>　　1.在左側(cè)的樹(shù)狀欄中選擇Tray Sizing，然后創(chuàng)建一個(gè)新ID</p><p>

87、;　　圖2.8 模擬過(guò)程1</p><p>　　Fig. 2.8 Simulation process 1</p><p>　　2.輸入塔板的初始位置、結(jié)束位置（不包含冷凝器和再沸器）與塔盤(pán)類(lèi)型</p><p><b>　　圖2.9模擬過(guò)程2</b></p><p>　　Fig.2.9 Simulation proces

88、s 2</p><p>　　3.點(diǎn)擊開(kāi)始，進(jìn)行模擬，查看結(jié)果</p><p>　　圖2.10 模擬過(guò)程3</p><p>　　Fig.2.10 Simulation process 3</p><p>　　由軟件計(jì)算得到模擬結(jié)果,塔徑為4.4919m,圓整為4.5m。</p><p>　　2.6.2溢流裝置計(jì)算<

89、/p><p><b>　　以第一段的計(jì)算為例</b></p><p>　?。?）出口堰（溢流堰）</p><p>　?、傺唛L(zhǎng)：根據(jù)液體負(fù)荷及溢流形式而定，對(duì)單溢流，一般取為（0.6-0.8）D；對(duì)雙溢流，?。?.5-0.7）D ；其中D為塔徑。對(duì)于本次設(shè)計(jì)流量較大，故取雙溢流，所以：</p><p>　　=0.66D=0.6

90、6*4.5=2.79m</p><p>　　圖2.11 塔板液流形式</p><p>　　Fig.2.11 The form of the liquid on the tray</p><p>　?、谘吒撸翰捎闷街毖撸迳弦簩痈叨葹檠吒吲c堰上液層高度之和，即</p><p>　　式中：－板上液層高度，m；</p><p&g

91、t;　?。呱弦簩痈叨?，m；</p><p><b>　　E－液流收縮系數(shù)。</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中取=0.15m</p><p><b>　　已知</b></p><p>　　查圖2.11 得E=1.006，從而求出：</p><p>　　=0.15-0.0

92、6926=0.0807</p><p>　　圖2.12 液流收縮系數(shù)計(jì)算圖</p><p>　　Fig.2.12 Liquid flow contraction coefficient calculation chart</p><p>　?。?）弓形降液管的寬度和截面積的計(jì)算</p><p>　　降液管的型式如圖2.13所示。</p&

93、gt;<p>　　圖2.13 降液管形式</p><p>　　Fig.2.13 Downcomer form</p><p><b>　　查圖2.14得</b></p><p>　　由下式驗(yàn)算降液管內(nèi)液體的停留時(shí)間，即：</p><p>　　式中：弓形降液管寬度，m；</p><p&g

94、t;<b>　　塔的橫截面積，；</b></p><p>　　弓形降液管的截面積，；</p><p>　　圖2.14 弓形降液管的寬度及面積之間的關(guān)系</p><p>　　Fig.2.14 The width and area of the segmental downcomer</p><p>　?。?）降液管底隙高度

95、</p><p>　　為液體通過(guò)降液管底隙時(shí)的流速，m/s；一般可取=0.07～0.25m/s，故本次設(shè)計(jì)取m/s；由下式計(jì)算降液管底隙高度</p><p>　?。?）進(jìn)口堰及受液盤(pán)：在較大的塔中，有時(shí)在液體進(jìn)入塔板處設(shè)有進(jìn)口堰，以保證降液管的液封，并使液體在塔板上分布均勻。而進(jìn)口堰又要占用較多塔面，還易使沉淀物淤積，此處造成阻塞，故多數(shù)不采用進(jìn)口堰。</p><p&g

96、t;　　對(duì)于Φ800mm 以上的大塔，也推薦使用凹形受液盤(pán)。一般多采用平行受液盤(pán)，有時(shí)為使液體進(jìn)入塔板時(shí)平穩(wěn)并防止塔板液流進(jìn)口處頭幾排篩孔因沖擊而漏液，為了便于液體側(cè)線(xiàn)抽出，所以采用平行受液盤(pán)。</p><p>　　同理進(jìn)行第二段，第三段和第四段的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表。</p><p>　　2.6.3 塔板布置</p><p>　　塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2.14所示：<

97、;/p><p>　　圖 2.15 塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　Fig.2.15 Plate structural parameter</p><p>　　精餾段（即第一段和第二段）的塔板布置：</p><p>　?。?）溢流區(qū)：降液管及受液盤(pán)所占的區(qū)域。</p><p>　　（2）破沫區(qū)：鼓泡區(qū)與溢流區(qū)之間的區(qū)域?yàn)槠?/p>

98、沫區(qū)，也稱(chēng)安定區(qū)。此區(qū)域內(nèi)不裝浮閥，在液體進(jìn)入降液管之前，設(shè)置這段不鼓泡的安定區(qū)域，以免液體大量夾帶泡沫進(jìn)入降液管。寬度可按下述范圍選取，即</p><p><b>　　當(dāng)D當(dāng)</b></p><p>　　直徑小于1m的塔，適當(dāng)減小。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)乙烯精餾塔直徑，取</p><p>　　（3）無(wú)效區(qū)：無(wú)效

99、區(qū)也稱(chēng)邊緣區(qū)，因靠近塔壁的部分需壓迫留出一圈邊緣區(qū)域，以供支持塔板的邊緣之用。寬度視具體需要而定，小塔為30-50mm，大塔為50-75mm。本設(shè)計(jì)塔徑較大，取</p><p>　?。?）鼓泡區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)塔板上氣、液接觸，故此區(qū)為氣、液傳質(zhì)的有效區(qū)域。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用雙溢流板，通過(guò)Auto CAD 2011畫(huà)得塔板布置圖得</p><p>　　篩孔

100、孔徑正三角形排列，篩板厚度孔心距t=3.75=15mm</p><p><b>　　開(kāi)孔率</b></p><p>　　式中：篩板上篩孔的總面積，</p><p>　　篩板上篩孔的總面積，</p><p>　　鼓泡區(qū)域面積可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：n塔板布置圖中的篩孔數(shù)；</

101、p><p><b>　　t－孔心距，mm</b></p><p>　　每層塔板上的開(kāi)孔面積為</p><p>　　提餾段（即第三段和第四段）的塔板布置：</p><p>　　（1）溢流區(qū)：降液管及受液盤(pán)所占的區(qū)域。</p><p>　?。?）破沫區(qū)：鼓泡區(qū)與溢流區(qū)之間的區(qū)域?yàn)槠颇瓍^(qū)，也稱(chēng)安定區(qū)。此區(qū)域

102、內(nèi)不裝浮閥，</p><p>　　在液體進(jìn)入降液管之前，設(shè)置這段不鼓泡的安定區(qū)域，以免液體大量夾帶泡沫進(jìn)入降液管。寬度可按下述范圍選取，即</p><p><b>　　當(dāng)D當(dāng)</b></p><p>　　直徑小于1m的塔，適當(dāng)減小。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)乙烯精餾塔直徑D=4.2m1.5m，取</p>

103、<p>　?。?）無(wú)效區(qū)：無(wú)效區(qū)也稱(chēng)邊緣區(qū)，因靠近塔壁的部分需壓迫留出一圈邊緣區(qū)域，以供支持塔板的邊緣之用。寬度視具體需要而定，小塔為30-50mm，大塔為50-75mm。本設(shè)計(jì)塔徑較大，取</p><p>　?。?）鼓泡區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)塔板上氣、液接觸，故此區(qū)為氣、液傳質(zhì)的有效區(qū)域。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用雙溢流板，通過(guò)Auto CAD 2011畫(huà)得塔板布置圖得<

104、/p><p>　　篩孔孔徑正三角形排列，篩板厚度孔心距t=3.75=15mm</p><p><b>　　開(kāi)孔率</b></p><p>　　式中：篩板上篩孔的總面積，</p><p>　　篩板上篩孔的總面積，</p><p>　　鼓泡區(qū)域面積可按下式計(jì)算：</p><p>

105、　　式中：n塔板布置圖中的篩孔數(shù)；</p><p><b>　　t－孔心距，mm</b></p><p>　　每層塔板上的開(kāi)孔面積為</p><p>　　氣體通過(guò)篩孔的氣速可有下式計(jì)算得出：</p><p>　　2.7 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p>　　2.7.1氣體通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐?/p>

106、度</p><p><b>　　以第一段的計(jì)算為例</b></p><p>　　為了檢驗(yàn)以上初步設(shè)計(jì)的塔徑及各項(xiàng)工藝吃出的計(jì)算是否合理，塔板能否正常操作，進(jìn)行如下塔板流體力學(xué)驗(yàn)算</p><p><b>　　塔板壓降</b></p><p>　　氣體通過(guò)篩板他的壓降以相當(dāng)?shù)囊褐叨缺硎緯r(shí)可由下式計(jì)算

107、，即</p><p>　?。?－氣體通過(guò)每層塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　?。瓪怏w通過(guò)篩板的干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；</p><p>　　－氣體通過(guò)板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m； </p><p>　　克服液體表面張力的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m。</p><p><b>　　干板阻力&

108、lt;/b></p><p>　　式中：－篩孔氣速，m/s；</p><p>　　－流量系數(shù)，通過(guò)圖2.15查得。</p><p>　　圖2.16 干篩孔的流量系數(shù)</p><p>　　Fig.2.16 Dry sieve flow coefficient</p><p><b>　　所以：</b

109、></p><p><b>　　氣體通過(guò)液層的阻力</b></p><p>　　式中：為充氣系數(shù)，反映板上液層充氣程度，有下圖查得</p><p>　　圖2.17充氣系數(shù)與氣相動(dòng)能因數(shù)關(guān)聯(lián)圖</p><p>　　Fig.2.16 7Coefficient of charge and gas kinetic ener

110、gy factor correlation graph</p><p>　　圖中2.17中為氣相動(dòng)能因數(shù)。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：－按有效流通面積計(jì)算氣速，m/s，對(duì)雙溢流塔板依據(jù)下式計(jì)算，即</p><p>　　式中：，－分別為全塔，降液管的截面積，。</p>

111、<p><b>　　=0.8761</b></p><p>　　查 圖2.17得 =0.68</p><p>　　0.15=0.102m</p><p><b>　　液體表面張力的阻力</b></p><p>　　式中：液體表面張力，N/m。</p><p><

112、;b>　　故</b></p><p>　　則單板壓降由下式計(jì)算得：</p><p><b>　　（設(shè)計(jì)允許值）</b></p><p>　　2.7.2霧沫夾帶量計(jì)的驗(yàn)算</p><p>　　霧沫夾帶會(huì)造成液相在塔板間的返混，嚴(yán)重的霧沫夾帶會(huì)使塔板效率急劇下降，保證塔板效率的基本穩(wěn)定，通常將霧沫夾帶量控制

113、在一定范圍內(nèi)面設(shè)計(jì)中規(guī)定霧沫夾帶量kg液體/kg氣體。</p><p>　　故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶。</p><p>　　2.7.3漏液的驗(yàn)算</p><p>　　在正常操作條件下，有溢流的塔板上大的液體是通過(guò)降液管逐板流動(dòng)，只有少量液體可能從塔板的開(kāi)孔中漏下。造成漏夜的主要原因是氣速太小和板面上存在液面差。塔板漏夜會(huì)降低塔板的效率，為保證塔的正常操作，

114、漏夜量應(yīng)不大于液體流量的10%</p><p><b>　　篩板的穩(wěn)定系數(shù)</b></p><p>　　故在設(shè)計(jì)負(fù)荷下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的漏夜</p><p><b>　　2.7.4液泛驗(yàn)算</b></p><p>　　為了防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度</p><p&g

115、t;　　式中：為系數(shù)，是考慮到降液管內(nèi)充氣及操作安全兩種因素的校正系數(shù)，對(duì)于一般物系取0.5，易起泡物系取0.3～0.5，對(duì)不易發(fā)泡的物系取06～0.7，本次設(shè)計(jì)取</p><p>　　是用來(lái)客服相鄰兩層塔板間的壓強(qiáng)降，板上液層阻力和液體流過(guò)降液管的阻力，由下式計(jì)算得出</p><p><b>　　可見(jiàn)</b></p><p><b>

116、;　　故不會(huì)產(chǎn)生液泛。</b></p><p>　　同理對(duì)第二段進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：</p><p><b>　?。ㄔO(shè)計(jì)允許值）</b></p><p><b>　　可見(jiàn)</b></p><p><b>　　故不會(huì)產(chǎn)生液泛。</b></p><

117、;p>　　同理對(duì)第三段進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：</p><p><b>　?。ㄔO(shè)計(jì)允許值）</b></p><p>　　可見(jiàn)，符合防止淹塔的要求</p><p>　　同理對(duì)第四段進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：</p><p><b>　?。ㄔO(shè)計(jì)允許值）</b></p><p>

118、;　　可見(jiàn)，符合防止淹塔的要求</p><p>　　2.8塔板負(fù)荷性能圖</p><p>　　2.8.1 霧沫夾帶線(xiàn)</p><p>　　影響板式塔操作狀況和分離效果主要因素為物料性質(zhì)、塔板結(jié)構(gòu)及氣、液負(fù)荷。對(duì)一定的塔板結(jié)構(gòu)，處理指定物系的物系時(shí)，其操作狀況只隨氣、液負(fù)荷改變。要維持塔板正常操作，必須將塔內(nèi)的氣、液負(fù)荷限制在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。通常在直角坐標(biāo)系中，以氣相