畢業(yè)設(shè)計（論文）年產(chǎn)6萬噸丙烯分離工段設(shè)計

1、 沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)論文 題 目：6萬噸/年丙烯分離工段設(shè)計 院 系：化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝 班 級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期：2011年6月24日 論文答辯日期：2011年6月28日沈 陽 化 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯成績評定沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會于2011年6月 日審查了 化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生 的設(shè)計（論文）設(shè)計題目：6萬噸丙稀分離工段工藝設(shè)計設(shè)計專題：6萬噸丙稀精餾塔的工藝設(shè)計設(shè)計說明書共90頁，設(shè)計圖紙2張指導(dǎo)教師：范天博評 閱 人：畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會意見： 成績： 學(xué)院答辯委員會主任委員 簽字 年 月 畢業(yè)設(shè)

2、計（論文）任務(wù)書化學(xué)工程學(xué)院院（系）化學(xué)工程與工藝 專業(yè)200708班 學(xué)生：xxx畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：6萬噸/年丙稀分離工段工藝設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：1.丙烯分離工藝計算 2.aspen plus 軟件優(yōu)化 3.塔設(shè)備參數(shù)計算 4換熱工藝流程的確定 指導(dǎo)老師： 簽字 2011年 月 日教研室主任： 簽字 2011年 月 日院長（系主任）： 簽字 2011年 月內(nèi)容摘要 丙烯是石油化工的基本原料之一，在原油加工中具有重要作用。由裂解氣凈化與分離工段的丙烯精餾塔分離出的丙烯除了用于生產(chǎn)聚丙烯外，還大量地作為生產(chǎn)丙烯腈，丁醇，辛醇，環(huán)氧丙烷，異丙醇等產(chǎn)品的主要原料。為了更好的提高生產(chǎn)能力，本

3、著投資少，能耗低，效益高的想法，本文對年產(chǎn)6萬噸丙烯精餾塔進(jìn)行了設(shè)計。本設(shè)計首先采用簡捷法初步算出了理論塔板數(shù)，利用恩特伍德公式確定最小回流比，然后以簡捷法的計算結(jié)果作為初值，應(yīng)用aspen plus軟件對丙烯精餾塔操作進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)模擬，并以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，對操作條件進(jìn)行了優(yōu)化，得出了塔頂丙烯收率為99.6%的最佳塔板數(shù)、回流比以及進(jìn)料位置（murphree板效率為60%）。接著進(jìn)行全塔模擬，依然以塔頂丙烯收率為99.6%為標(biāo)準(zhǔn)，確定了各塔（乙烯塔、乙烷塔、丙烯塔、丙烷塔、甲烷塔）的塔板數(shù)、回流比及進(jìn)料位置（murphree板效率為60%）等設(shè)計參數(shù)。之后改變整體模擬過程的進(jìn)料組成（裂解氣來

4、源與模擬過程不同），即對進(jìn)料組成進(jìn)行微調(diào)后，可以測算整體裝置彈性區(qū)間。用aspen plus軟件進(jìn)行模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)本組整體裝置模型結(jié)果的模擬結(jié)果與上一種進(jìn)料組成相差不大。經(jīng)軟件模擬，當(dāng)丙烯含量處于14-14.8%之間，乙烯含量處于28.3-28.7%之間的時候（油質(zhì)介于輕柴油和抽余油之間）丙烯收率仍可以達(dá)到99.5%的水平，此為整體裝置的操作彈性區(qū)間。由于對丙烯純度要求極高，本文設(shè)計的精餾塔塔板數(shù)較多，丙烯塔較高，因此設(shè)計為兩個塔。最后以優(yōu)化后的精餾塔結(jié)果為基礎(chǔ)，確定了該塔的設(shè)備參數(shù)，塔徑，浮閥塔盤，塔高，熱負(fù)荷，從而設(shè)計了塔底再沸器，塔頂冷凝器以及塔體主要設(shè)備。流程簡單，投資較少，操作較為簡

5、單，基本可以滿足丙烯優(yōu)等品的工業(yè)生產(chǎn)。關(guān)鍵詞： 丙烯； 精餾塔； aspen plus； 優(yōu)化abstract propylene is one of raw materials for petrochemical industry，it occupies an important place in the processing of crude oil. rectifying column purified and seprated pyrolysis gas to get propylene that largely uses to product principal raw materi

6、al of the acrylonitrile, butyl alcohol, octyl alcohol, propylene epoxide and isopropanol.in order to improve production capacity with low investment and power,high benifit,this papers design a rectifyin column that annually products 60 thousand ton propylene.fristly,using shortcut method figures out

7、 theoretical plate number and underwood equation to confirm minimum reflux ratio,then using them as initial value are applied to aspen plus to carry out steady-state simulation and using economic indicators as objective function to optimize under the operational condition and get 99.6% yield of prop

8、ylene in top column,the best number of plate, reflux ratio and optimum feed location(supposed the plate efficiency is 60%). then the whole tower simulation is still the top of the tower propylene yield of 99.6% as a standard, determine the tower (the tower of ethylene, ethane tower, propylene tower,

9、 propane tower, tower of methane) of plates, reflux ratio and feed expected position (murphree plate efficiency of 60%) and other design parameters. after changing the overall simulation process feed composition (cracked gas sources and different simulation), that is fine-tuning of the feed composit

10、ion, the device can measure the whole range of flexibility. with aspen plus software for simulation, and found the results of the group as a whole unit model simulation results with the previous one kind of feed composition or less. the software simulation, when the propylene content is between 14 a

11、nd 14.8%, ethylene content is between 28.3 28.7% of the time (between oil and light diesel oil between raffinate) propylene collection rate is still up to the level of 99.5% this is a whole range of devices operating flexibility. because of the high purity propylene, the paper design of distillation

12、 plates more propylene tower higher, so the design of two towers. finally, after distillation to optimize based on the results to determine the parameters of the tower equipment, tower diameter, floating valve tray, tower, heat load, in order to design a bottom reboiler, condenser and tower tower ma

13、jor equipment. simple process, less investment, operation is relatively simple. superior product to meet the basic industrial production of propylene.keywords: propylene；distillation column；aspen plus；optimizaion目 錄第一章 緒論11.1 石油11.2 煉油過程11.3 裂解氣的凈化與分離31.3.1 深冷分離31.3.2 油吸收法31.4 丙烯41.4.1 丙烯的性質(zhì)41.4.2 丙

14、烯的生產(chǎn)工藝41.5 丙烯塔61.6 丙烯作用71.7 設(shè)計內(nèi)容7第二章 物料衡算92.1 裂解氣組成92.2 本章小結(jié)10第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算113.1 原始數(shù)據(jù)113.2 物料衡算113.3 丙烯精餾塔塔頂，塔底及進(jìn)料溫度的確定123.4 最小回流比和塔板數(shù)粗算133.4.1 最小回流比133.4.2 簡捷法求取精餾塔塔板數(shù)143.5 本章小結(jié)15第四章 aspenplus軟件模擬164.1 丙烯單塔過程模擬及計算結(jié)果164.2 丙烯全流程模擬及計算結(jié)果274.3 分析324.4 本章小結(jié)32第五章 塔設(shè)備參數(shù)的計算335.1 浮閥塔的設(shè)計計算335.1.1 精餾段：335.1.

15、2 提餾段：425.1.3 塔頂冷凝器：515.1.4 塔底再沸器：565.2 主要設(shè)備選型：595.2.1 接管：595.2.2 筒體壁厚：615.2.3 封頭：615.2.4 裙座：615.2.5 塔盤結(jié)構(gòu)：625.2.6 塔主體：625.2.7 除沫器：625.3 塔高625.4 工藝設(shè)計結(jié)果表635.5 本章小結(jié)65第六章 結(jié)論666.1 結(jié)果666.2 討論676.3 展望676.4 結(jié)語67附錄68致謝79沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論第一章 緒論1.1 石油 石油主要成分為甲烷，同時含有少量的乙烷和丙烷以及一氧化碳、氮?dú)獾取Ｍㄟ^對石油的煉制可得到汽油、煤油、柴油等燃料以及

16、各種機(jī)器的潤滑劑、氣態(tài)烴。通過化工過程，可制得合成纖維、合成橡膠、塑料、農(nóng)藥、化肥、醫(yī)藥、油漆、合成洗滌劑等。因此，石油被廣泛運(yùn)用于交通運(yùn)輸、石化等各行各業(yè)，被稱為經(jīng)濟(jì)乃至整個社會的“黑色黃金”、“經(jīng)濟(jì)血液”。石油的流動改變著世界政治經(jīng)濟(jì)的格局，只要沒有一種新的燃料能取代石油，國際間石油的爭奪就不會停止。不可否認(rèn)，上個世紀(jì)海灣地區(qū)爆發(fā)的幾次戰(zhàn)爭，石油是其背后的重要動因。 石油危機(jī)對國民經(jīng)濟(jì)的打擊是非?？膳碌?。1973年第一次石油危機(jī)使美國經(jīng)濟(jì)“縮水”1/3，通貨膨脹率從3.4%上升到12.2%，失業(yè)率從4.9%上升到8.5%；20世紀(jì)80年代初的第二次石油危機(jī)則使美、英的gdp負(fù)增長率分別為0

17、.2%和2.4%。在我國，由于前幾次石油危機(jī)爆發(fā)時經(jīng)濟(jì)對外開放程度還不高，因而影響不大。但隨著我國經(jīng)濟(jì)與世界市場聯(lián)系的日益緊密，我國對石油的敏感度越來越高。以現(xiàn)在中國每天進(jìn)口200萬桶石油計算，如果國際油價每桶上漲5美元，那么中國每天就要多支付1000萬美元，直接導(dǎo)致國內(nèi)生產(chǎn)總值（gdp）下降0.4-0.5個百分點(diǎn)，石油對我國經(jīng)濟(jì)的重要性已被提高到戰(zhàn)略高度加以重視。1.2 煉油過程（1）常壓蒸餾和減壓蒸餾常壓蒸餾和減壓蒸餾習(xí)慣上合稱常減壓蒸餾，常減壓蒸餾基本屬物理過程。原料油在蒸餾塔里按蒸發(fā)能力分成沸點(diǎn)范圍不同的油品（稱為餾分），這些油有的經(jīng)調(diào)合、加添加劑后以產(chǎn)品形式出廠，相當(dāng)大的部分是后續(xù)加

18、工裝置的原料。因此，常減壓蒸餾又被稱為原油的一次加工。包括三個工序：原油的脫鹽、脫水 ；常壓蒸餾；減壓蒸餾。（2）催化裂化催化裂化是在熱裂化工藝上發(fā)展起來的，是提高原油加工深度，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)汽油、柴油最重要的工藝操作。原料主要是原油蒸餾或其他煉油裝置的350-540餾分的重質(zhì)油。催化裂化工藝由三部分組成：原料油催化裂化、催化劑再生、產(chǎn)物分離。催化裂化所得的產(chǎn)物經(jīng)分餾后可得到氣體、汽油、柴油和重質(zhì)餾分油。部分重質(zhì)油返回反應(yīng)器繼續(xù)加工稱為回?zé)捰汀４呋鸦僮鳁l件的改變或原料波動，可使產(chǎn)品組成出現(xiàn)變化。（3）催化重整催化重整（簡稱重整）是在催化劑和氫氣存在下，將常壓蒸餾所得的輕汽油轉(zhuǎn)化成含芳烴較高的重整

19、汽油的過程。如果以80-180餾分為原料，產(chǎn)品為高辛烷值汽油；如果以60-165餾分為原料油，產(chǎn)品主要是苯、甲苯、二甲苯等芳烴，重整過程副產(chǎn)氫氣，可作為煉油廠加氫操作的氫源。重整的反應(yīng)條件是：反應(yīng)溫度為490-525，反應(yīng)壓力為1-2兆帕。重整的工藝過程可分為原料預(yù)處理和重整兩部分。（4） 加氫裂化加氫裂化過程是在高壓、氫氣存在下進(jìn)行，需要催化劑，把重質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成汽油、煤油、柴油和潤滑油。加氫裂化由于有氫存在，原料轉(zhuǎn)化的焦炭少，可除去有害的含硫、氮、氧的化合物，操作靈活，可按產(chǎn)品需求調(diào)整。產(chǎn)品收率較高，而且質(zhì)量好。它是在較長反應(yīng)時間下，使原料深度裂化，以生產(chǎn)固體石油焦炭為主要目的，同時獲得氣體

20、和液體產(chǎn)物。延遲焦化用的原料主要是高沸點(diǎn)的渣油。延遲焦化的主要操作條件是：原料加熱后溫度約500， 焦炭塔在稍許正壓下操作。改變原料和操作條件可以調(diào)整汽油、柴油、裂化原料油、焦炭的比例。（5）煉廠氣加工原油一次加工和二次加工的各生產(chǎn)裝置都有氣體產(chǎn)出，總稱為煉廠氣，就組成而言，主要有氫、甲烷、由2個碳原子組成的乙烷和乙烯、由3個碳原子組成的丙烷和丙烯、由4個碳原子組成的丁烷和丁烯等。它們的主要用途是作為生產(chǎn)汽油的原料和石油化工原料以及生產(chǎn)氫氣和氨。發(fā)展煉油廠氣加工的前提是要對煉廠氣先分離后利用。煉廠氣經(jīng)分離作化工原料的比重增加，如分出較純的乙烯可作乙苯；分出較純的丙烯可作聚丙烯等。1.3 裂解氣

21、的凈化與分離工業(yè)生產(chǎn)上采用的裂解氣分離方法，主要有深冷分離和油吸收精餾分離兩種。1.3.1 深冷分離深冷分離是在-100左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部冷凝下來。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來，達(dá)到分離的目的。特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，產(chǎn)品純度高，分離效果好，但投資較大，流程復(fù)雜，動力設(shè)備較多，需要大量的耐低溫合金鋼。宜于加工精度高的大工業(yè)生產(chǎn)。裂解氣經(jīng)壓縮和制冷、凈化過程為深冷分離創(chuàng)造了條件高壓、低溫、凈化。深冷分離的任務(wù)就是根據(jù)裂解氣中各低碳烴相對揮發(fā)度的不同，用精餾的方法逐一進(jìn)行分離，最后獲得純度符合要求丙

22、烯產(chǎn)品。 裂解氣深冷分離工藝流程，包括許多個操作單元。每個單元所處的位置不同，可以構(gòu)成不同的流程。目前具有代表性三種分離流程是：順序分離流程，前脫乙烷分離流程和前脫丙烷分離流程。1.3.2 油吸收法油吸收法是利用裂解氣中各組分在某種吸收劑中的溶解度不同，用吸收劑吸收除甲烷和氫氣以外的其它組分，然后用精餾的方法，把各組分從吸收劑中逐一分離。特點(diǎn)：方法流程簡單，動力設(shè)備少，投資少，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和產(chǎn)品純度差。該方法目前已經(jīng)被淘汰。 圖11 裂解氣凈化與分離的工藝流程1.4 丙烯1.4.1 丙烯的性質(zhì) 丙烯（propylene,ch2=chch3）常溫下為無色、無臭、稍帶有甜味的氣體。分子量42.0

23、8，密度0.5139g/cm(20/4)，冰點(diǎn)-185.3，沸點(diǎn)-47.4。易燃，爆炸極限為2%11%。不溶于水，溶于有機(jī)溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯晴、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。1.4.2 丙烯的生產(chǎn)工藝（1）增產(chǎn)丙烯的fcc工藝技術(shù) 與傳統(tǒng)的fcc相比,這類工藝技術(shù)操作條件更為苛刻,要求反應(yīng)溫度、劑油比更高,催化時間更短。運(yùn)用這些技術(shù),雖然汽油收率會受到一定影響,但汽油中的烯烴含量降低,質(zhì)量得以提高,丙烯的產(chǎn)量比傳統(tǒng)fcc高24倍。我國煉油工業(yè)催化裂化加工能力大、摻渣比高,造成汽油中烯烴含量高,開發(fā)應(yīng)用增產(chǎn)丙烯的fcc工藝技術(shù),在提高油品質(zhì)量的同

24、時,為下游提供更多的低碳烯烴,具有良好的市場前景。 （2）低碳烯烴裂解制丙烯工藝技術(shù) 低碳烯烴裂解是將c4-8烯烴在催化劑作用下轉(zhuǎn)化為丙烯和乙烯的工藝,它不僅可以解決煉廠和石腦油裂解副產(chǎn)的c4-8的出路問題,又可以增產(chǎn)高附加值的乙烯、丙烯產(chǎn)品,成為近年研究較為活躍的領(lǐng)域。 烯烴裂解工藝,從投資費(fèi)用、生產(chǎn)成本與綜合收益來看,均是最具吸引力的工藝。固定床工藝流程相對簡單,適于和現(xiàn)有蒸汽裂解結(jié)合;流化床工藝流程相對復(fù)雜,適于建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)裝置,可以納入烯烴聯(lián)合裝置,也可以單獨(dú)建立裝置。隨著我國一批大型乙烯裂解裝置的擴(kuò)建與新建,c4+烯烴資源越來越豐富,對開發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的烯烴裂解技術(shù),解決c4+烯

25、烴副產(chǎn)、增產(chǎn)高附加值丙烯需求迫切。 （3）烯烴歧化制丙烯工藝技術(shù) 烯烴歧化技術(shù)多年以前已經(jīng)開發(fā)成功,只是因?yàn)榻陙硪恍┑貐^(qū)丙烯價格逐步走高,這一技術(shù)又重新引起了人們的重視。它是一種通過烯烴碳-碳雙鍵斷裂并重新轉(zhuǎn)換為烯烴產(chǎn)物的催化反應(yīng),目前以乙烯和2-丁烯為原料歧化為丙烯的生產(chǎn)技術(shù)研究較為活躍,主要有abb lummus公司的oct高溫催化劑工藝和法國石油研究院(ifp)的meta-4低溫催化劑工藝。 烯烴歧化工藝可應(yīng)用于石腦油蒸汽裂解裝置增產(chǎn)丙烯,投資增加不多,即可提高石腦油裂解裝置的丙烯/乙烯產(chǎn)量比,但缺點(diǎn)是每生產(chǎn)1t丙烯,要消耗掉0.42t乙烯,因此只有在丙烯價格高于乙烯價格、乙烯產(chǎn)量過剩

26、時才是經(jīng)濟(jì)可行的。另外歧化技術(shù)不能將異丁烯以及c5-8烯烴轉(zhuǎn)化為丙烯,應(yīng)用受到一定限制。近年開發(fā)的自動歧化技術(shù),不用或用少量乙烯,應(yīng)用前景看好。（4）丙烷脫氫制丙烯工藝技術(shù) 丙烷脫氫是強(qiáng)吸熱過程,可在高溫和相對低壓下獲得合理的丙烯收率。丙烷脫氫技術(shù)具有3大優(yōu)勢:首先,是進(jìn)料單一,產(chǎn)品單一(主要是丙烯);其次,是生產(chǎn)成本只與丙烷密切相關(guān),而丙烷價格與石腦油價格、丙烯市場沒有直接的關(guān)聯(lián),這可以幫助丙烯衍生物生產(chǎn)商改進(jìn)原料的成本結(jié)構(gòu),規(guī)避一些市場風(fēng)險;第三,是對于丙烯供應(yīng)不足的衍生物生產(chǎn)廠,可購進(jìn)成本較低的丙烷生產(chǎn)丙烯,免除運(yùn)輸與儲存丙烯的高成本支出。 與其它生產(chǎn)技術(shù)相比,獲得同等規(guī)模的丙烯產(chǎn)量,丙

27、烷脫氫技術(shù)的基建投資相對較低,目前的經(jīng)濟(jì)規(guī)模是250kt/a。丙烷原料價格對生產(chǎn)成本影響較大,只有當(dāng)丙烯與丙烷的長期平均最小價差大于200美元/t時,工廠才能有較好的利潤。中東地區(qū)丙烷資源豐富、價格穩(wěn)定有利于建設(shè)丙烷脫氫廠。我國目前尚不具備建設(shè)丙烷脫氫廠的條件,對這方面的研究,可作為一定的技術(shù)儲備。 （5）甲醇制烯烴工藝技術(shù) 在原油價格攀升,天然氣或煤炭資源相對豐富的情況下,以天然氣或煤為原料生產(chǎn)甲醇,再以甲醇生產(chǎn)烯烴(mto工藝)或以甲醇生產(chǎn)丙烯(mtp工藝)的技術(shù)越來越受關(guān)注。目前比較成熟的工藝主要有uop/hydro公司的mto工藝和lurgi公司的mtp工藝。 mto、mtp工藝可作為

28、以石油為原料生產(chǎn)烯烴的替代或補(bǔ)充,與原油和石腦油價格相比,天然氣價格相對獨(dú)立,因此利用mto技術(shù)有利于改善原料成本結(jié)構(gòu),這對于原油資源日益緊張的我國非常有意義。與石腦油或乙烷裂解相比,當(dāng)原油價格高于16美元/bbl或乙烷價格高于3美元/mbtu時,mto可以提供較低的生產(chǎn)成本和較高的投資回報。 1.4.3 丙烯的發(fā)展前景近年來，由于丙烯下游產(chǎn)品的快速發(fā)展，極大的促進(jìn)了中國丙烯需求量的快速增長。到2010年，中國將不斷新增大型乙烯生產(chǎn)裝置，同時煉廠生產(chǎn)能力還將繼續(xù)擴(kuò)大，這將增加丙烯的產(chǎn)出。預(yù)計2010年，乙烯聯(lián)產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)能力將達(dá)到約722萬噸/年，丙烯總生產(chǎn)能力將達(dá)到1080萬噸/年。乙烯裝置

29、聯(lián)產(chǎn)的丙烯占丙烯總供給的比例將進(jìn)一步提高。但同期下游裝置對丙烯的需求量年均增長速度將達(dá)到5.8%，丙烯資源供應(yīng)略微緊張。 到2010年，中國丙烯的表觀消費(fèi)量將達(dá)到1049萬噸。從當(dāng)量需求來看，丙烯供需矛盾十分突出。到2010年，丙烯當(dāng)量需求的年均增長率將達(dá)到7.6%，超過丙烯生產(chǎn)能力的增長速度。預(yù)計到2010年，中國對丙烯的當(dāng)量需求將達(dá)到1905萬噸，供需缺口將達(dá)到825萬噸，屆時還將有大量丙烯衍生物進(jìn)口，中國丙烯開發(fā)利用前景的廣闊。1.5 丙烯塔 丙烯精餾塔就是分離丙烯丙烷的塔，塔頂?shù)玫奖?，塔底得到丙烷。由于丙烯丙烷的相對揮發(fā)度很小，彼此不易分離，要達(dá)到分離目的，就得增加塔板數(shù)、加大回流比

30、，所以，丙烯塔是分離系統(tǒng)中塔板數(shù)最多，回流比最大的一個塔，也是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)和投資費(fèi)較多的一個塔。 目前，丙烯精餾塔操作有高壓法與低壓法兩種。1.6 丙烯作用 用于制丙烯腈、環(huán)氧丙烷、丙酮、聚丙烯等。丙烯在酸性催化劑 (硫酸無水氫氟酸等)存在下聚合，生成二聚體、三聚體和四聚體的混合物，可用作高辛烷值燃料。在齊格勒催化劑存在下丙烯聚合生成聚丙烯。丙烯與乙烯共聚生成乙丙橡膠。丙烯與硫酸起加成反應(yīng)，生成異丙基硫酸，后者水解生成異丙醇：丙烯與氯和水起加成反應(yīng)，生成1-氯-2-丙醇，后者與堿反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷，加水生成丙二醇：丙烯在酸性催化劑存在下與苯反應(yīng)，生成異丙苯 c6h5ch（ch3 )2，它是合成苯酚和丙

31、酮的原料。丙烯在酸性催化劑（硫酸、氫氟酸等）存在下，可與異丁烷發(fā)生烴基化反應(yīng)，生成的支鏈烷烴可用作高辛烷值燃料。丙烯在催化劑存在下與氨和空氣中的氧起氨氧化反應(yīng)，生成丙烯腈，它是合成塑料、橡膠、纖維等高聚物的原料。丙烯在高溫下氯化，生成烯丙基氯ch2=chch2cl，它是合成甘油的原料。1.7 設(shè)計內(nèi)容 本文主要內(nèi)容是進(jìn)行年產(chǎn)6萬噸丙烯分離工段設(shè)計，丙烯精餾塔的原料為從裂解氣凈化與分離工段脫丙烷塔塔頂產(chǎn)品。 1、對總裝置進(jìn)行了物料衡算，由裂解氣的組成和年產(chǎn)6萬噸丙烯的條件下，得到裂解氣中各組分的含量，以及解裝置中乙烯精餾塔、丙烯精餾塔和脫丁烷塔的塔頂、塔底的物料含量。 2、對主體丙烯塔進(jìn)行工藝計

32、算，由丙烯塔進(jìn)料組成，操作壓力17. 4atm和希望得到的丙烯純度99. 6%，飽和液相進(jìn)料，并按350天/年，24小時/天，以lookg/h為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法，計算得到塔頂、塔底和進(jìn)料的物料衡算結(jié)果。 3、由于本設(shè)計的計算采用aspen plus分離過程模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化，所以估算初值輸入aspen plus進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)出塔頂、塔底溫度和壓強(qiáng)，用p-t-k圖初步確定k值，并求出相對揮發(fā)度a和板效率，采用簡捷法芬斯克方程初步算出了理論塔板數(shù)，估算出實(shí)際塔板數(shù)，利用恩特伍德公式確定最小回流比，然后以計算結(jié)果作為初值，輸入aspen plus過程流程模擬系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確定k值、塔頂、塔底溫

33、度和壓強(qiáng)、進(jìn)料溫度、進(jìn)料板位置和總塔板數(shù)。之后再進(jìn)行全塔模擬，模擬可以滿足設(shè)計要求的各塔塔板數(shù)、進(jìn)料板數(shù)及回流比。改變進(jìn)料組成，進(jìn)行彈性分析，發(fā)現(xiàn)彈性區(qū)間不大，丙烯收率仍可以滿足要求，此為整體裝置的操作彈性區(qū)間。4、 由于浮閥塔具有生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率高，氣體壓強(qiáng)降及液面落差較小，塔的造價低等優(yōu)點(diǎn)，所以本次丙烷塔采用的是浮閥塔。對精餾塔設(shè)計的主要物性數(shù)據(jù)計算，包括：氣相平均分了量、氣相密度、液相平均分子量、液相密度、液相表而張力、液相黏度、氣相體積流量、液相體積流量。計算塔的有效高度、溢流裝置，對塔板進(jìn)行布置及確定浮閥數(shù)目及排列方式，對浮閥塔進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算并繪制出塔的負(fù)荷性能圖。

34、最后，對附屬設(shè)備冷凝器和再沸器以及接管、封頭、裙座、除沫器和人孔，按文獻(xiàn)化工設(shè)備設(shè)計手冊、塔設(shè)備設(shè)計查找選取適合的設(shè)備。- 79 -沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 物料衡算第二章 物料衡算2.1 裂解氣組成查合成纖維單體工藝學(xué)【1】表2-1，裂解氣的組成得：丙烯的質(zhì)量含量14.80%，并且在丙烯塔可得到純度為99.6%的丙烯，則可認(rèn)裂解氣中的丙烯全部從丙烯塔分離得出丙烯產(chǎn)品。因?yàn)槟戤a(chǎn)6萬噸丙烯，則裂解氣的總量= =40.54×104噸/年=48.26 丙烷=40.54×104×0.59%=2.39×103噸/年=0.2845c4餾分=40.54

35、5;104×9.56% =3.88×104噸/年=4.524裂解汽油=40.54×104×19.6%=7.95×104噸/年=9.464乙烷=40.54×104×11.06%=4.48×104噸/年=5.333乙烯=40.54×104×28.7%=11.63×104噸/年=13.8452甲烷=40.54×104×11.5% =4.66×104噸/年=5.5476h2=40.54×104×0.9% =3.65×103噸/年=0.

36、4345h20= 40.54×104×3.24%=1.31×104噸/年雜質(zhì)=40.54×104×0.05%=202.7噸/年乙烯精餾塔：塔頂乙烯的純度為99%，則乙烯=0.99×11.63×104噸/年=11.51×104噸/年塔底的物料：剩余乙烯+乙烷=4.48×104+ (11.63-11.51)×l04=4.6×104噸/年丙烯精餾塔：塔頂丙烯純度為99.6%，則丙烯=0.995×6×104噸/年=5.976×104噸/年塔底的物料：剩余丙烯+丙烷

37、=2.39×l03+(6-5.976)×l04=2.394×103噸/年脫丁烷塔：塔頂c4餾分純度為99.9%，則認(rèn)為塔頂全為c4餾分=3.88×104噸/年塔底：裂解汽油=7.95×104噸/年分離流程物料衡算結(jié)果如下表 表2-1 裂解氣進(jìn)入分離流程組分流量丙烯6×104噸/年丙烷2.39×103噸/年c4餾分3.88×104噸/年裂解汽油7.95×104噸/年乙烷4.48×104噸/年乙烯11.63×104噸/年甲烷4.66×104噸/年h23.65×103噸/

38、年h2o1.31×104噸/年雜質(zhì)202.7噸/年總量40.54×104噸/年 表2-2 設(shè)備塔的物料衡算結(jié)果乙烯塔丙烯塔脫丁烷塔塔頂：11.51×104噸/年塔頂：5.976×104噸/年塔頂：3.88×104噸/年塔底：4.6×104噸/年塔底：2.394×103噸/年塔底：7.95×104噸/年2.2 本章小結(jié) 本章對通過查找合成纖維單體工藝學(xué)確定了各組分氣體在裂解氣中的質(zhì)量含量，根據(jù)設(shè)計要求計算得出進(jìn)入分離流程的各組分氣體流量，并根據(jù)各塔塔頂氣體純度，確定了乙烯塔、丙烯塔、脫丁烷塔的塔頂塔底物料流量。 沈陽

39、化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算第三章 主體設(shè)備丙烯塔工藝計算3.1 原始數(shù)據(jù)年產(chǎn)6萬噸丙烯的丙烯塔的設(shè)計。 表3-1 各組分的分布情況組分afadawc3h692.7599.6<15.20c3h87.050.4c4h10（正）0.2a質(zhì)量分率，操作壓強(qiáng)：p=17.40atm泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流。3.2 物料衡算按300天1年計算，每天24小時，則：年產(chǎn)6萬噸丙烯=6×107kg/年=6×107/（350×24×42）=170.06kmol/h=7142.85kg/h查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊【2】得在常壓下：沸點(diǎn)tb： 丙烯 -47

40、.70 丙烷 -42.07 正丁烷 -0.50所以得出：丙烯為輕關(guān)鍵組分，丙烷為重關(guān)鍵組分，丁烷為重組分。物料衡算：以lookg/h為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法： 表3-2 物料在塔頂塔底的分布情況組分進(jìn)料，f塔頂，d塔底，wc3h692.7592.75-0.152w0.152wc3h87.050.004d7.05-0.004dc4h10（正）0.20.2合計100dwf=d+wf'=d'+w'd=91.9 w=100-91.9=8.1d×ad=7142.85kg/hd=7171.54kg/hf=7171.54/0.919=7803.63kg/hw=7803.6

41、3-7171.54=632.09kg/hf丙烯=7803.63×0.9275=7237.86kg/hf丙烷=7803.63×0.0705=550.15kg/hf正丁烷=7803.63-7237.86-550.15=15.62kg/h因此物料衡算結(jié)果如下表表3-3 物料衡算結(jié)果表組分fidiwikg/hkmol/hxikg/hkmol/hxikg/hkmol/hxic3h67237.86172.330.9317142.85170.060.99695.012.260.158c3h8550.1512.50.067528.680.650.004521.4711.850.823c4h

42、10（正）15.620.270.01500015.620.270.019總計7803.63185.117171.54170.711632.0914.3813.3 丙烯精餾塔塔頂，塔底及進(jìn)料溫度的確定本次設(shè)計采用查分離過程【3】圖2-1(a)p-k-t圖，操作壓強(qiáng)：p=17.40atm=17.4×735.6+760=13559.44mmhg(1)讓k值滿足f(t)=yi/ki-1 ，丨f(t)丨，=0.001其巾y1 =xd1=0.996,y2=xd2=0.004,y3=xd3=0查得塔頂露點(diǎn)t=43.6各組分k值見下表: 表3-4 塔頂位置k值組分kic3h61.12c3h80.99

43、6c4h10（正）0.437（2）讓k值滿足f(t)=(ki×xi)-l，丨f(t)丨，=0.001其中x1=0.93，x2=0,0675，x3=0.0025查得塔底泡點(diǎn)t=53.3,格組分k值見下表 表3-5 塔底位置k值組分kic3h61c3h80.883c4h10（正）0.355(3)讓k值滿足f(t)=(ki×xi)-1，丨f(t)丨，=0.001其中x1=0.157，x2=0.824，x3=0.019查得進(jìn)料泡點(diǎn)t=43，各組分k值見下表: 表3-6 塔底位置k值組分kic3h61.01c3h80.891c4h10（正）0.3633.4 最小回流比和塔板數(shù)粗算3.

44、4.1最小回流比由化工分離過程【3】得恩特伍德公式：=rm+1 （3-1）=1-q （3-2）因?yàn)檫M(jìn)料為飽和液相，所以q=l；其中 i=（頂?shù)祝?/2丙烯=(1.12/0.996)×(1/0.883)1/2=1.128丙烷=(0.996/0.996)×（0.883/0.883）1/2=1丁烷=(0.437/0.996)×（0.355/0.883）1/2=0.42所以式（3-1）=1.001再由式(3.1)得 rm=3.85 為了實(shí)現(xiàn)兩個關(guān)鍵組分之間規(guī)定的分離要求，回流比必須大于它的最小值。實(shí)際回流比的選擇多考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素。r/rm為一個系數(shù)，根據(jù)fair和bo

45、lles的研究結(jié)果，r/ rm的最優(yōu)值約為1.05，但是在實(shí)際情況下，稍大一些。如果取r/rm=l.10，常需要很多的理論板數(shù)；如果取r/rm=1.80，則需要較少的理論扳數(shù)。因?yàn)樗鍞?shù)多會使主體設(shè)備的塔高變高，增加設(shè)備的費(fèi)用，但是r小能使再沸器和冷凝器的傳熱量降低，有利于節(jié)能，從長遠(yuǎn)看經(jīng)濟(jì)效益更好，因此取 r/rm=1.2。 r=1.2×rm=1.2×3.85=4.563.4.2簡捷法求取精餾塔塔板數(shù)理論板數(shù) （3-3） 其中(xa/xb)d=170.06/2.26=75.25 (xa/xb)w=0.65/11.85=0.055 平均=（dwf）1/3，其中d=k1/k2

46、=1.12/0.996=1.124 w=k1/k2=1/0.883=1.132 f=k1/k2=1.01/0.891=1.33平均=1.13 因此由化工分離工程【3】得：y=0.75-0.75x0.5668=0.75-0.75×0.12770.5668=0.516所以，n=123.14（不含再沸器）3.5 本章小結(jié)本章首先以100kg/h為基準(zhǔn)進(jìn)料，采用清晰分割法，得出丙烯、丙烷和正丁烷進(jìn)料塔頂塔底的比例，計算出年產(chǎn)6萬噸的物料衡算表。之后通過恩特伍德公式和簡捷計算法確定了進(jìn)料溫度為43，丙烯塔板數(shù)為124塊及最小回流比為4.56，并將這些值作為軟件優(yōu)化的初值。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論

47、文 第四章 aspenplus軟件模擬第四章 aspenplus軟件模擬4.1 丙烯單塔過程模擬及計算結(jié)果以第三章的計算結(jié)果為初值，應(yīng)用aspen plus軟件對丙烯精餾塔的操作進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬。其中塔板數(shù)為123，回流比為5，進(jìn)料溫度為43。過程如下： 建立精餾塔模型圖41 精餾塔模型 aspen的plusrad frac精餾塔模型，上圖中的進(jìn)料（feed）包含172.33kmol/hr的丙烯和12.5kmol/hr丙烷和0.27kom/hr的正丁烷。采用回流比為5時，要求塔頂產(chǎn)物的純度都達(dá)到99.6%。 輸入模擬標(biāo)題：圖42 標(biāo)題圖在出現(xiàn)的這個窗口中輸入模擬的實(shí)驗(yàn)的標(biāo)題my project。

48、輸入組份圖43 組分圖在這個窗口的對應(yīng)位置上輸入在模擬系統(tǒng)中用到的組分，分別為丙烯、丙烷、正丁烷。 單位轉(zhuǎn)換 圖44 單位轉(zhuǎn)換圖如上圖所示，在這個窗口中，將所有變量的單位都選擇為mole的，以方便對照與計算。 實(shí)驗(yàn)方法圖45 實(shí)驗(yàn)方法圖這個窗口是物性方法設(shè)定表格，選擇aspen plus 執(zhí)行模擬中要使用的基本方法，這里選擇“pr-bm”方法。 feed:圖46 進(jìn)料狀態(tài)圖現(xiàn)在是輸入體系物理數(shù)據(jù)的窗口，出現(xiàn)的是feed流股的情況。分別輸入溫度、壓力和進(jìn)料量。 輸入塔板數(shù)，回流比，塔頂流量圖47 操作條件圖 在這個步驟中塔板數(shù)我選擇了200，冷凝器我選擇了全凝器，回流比為14，塔頂流出速率為17

49、0.71kmolhr。 進(jìn)料板位置圖48 進(jìn)料板位置圖這個要求輸入的窗口為“feed stage”，我選第100塊板為進(jìn)料位置，在stage下面輸入100. 操作壓力圖49 操作壓力圖上面需要輸入精餾塔的操作壓力，為13559.44mmhg。 輸入單板效率圖410 單板效率圖該步驟為設(shè)置塔的每一級的效率，aspen plus能夠根據(jù)給定的基準(zhǔn)計算其他級的效率，我們給定60塊板效率為0.6，在“stage”列輸入60，在“efficiency”列輸入0.6. tray sizing圖411 這個窗口允許我們選擇合適的塔板類型，我選浮閥塔，在“starting stage”中輸入2，在“endin

50、g stage” 中輸入199，因?yàn)槲覀冊O(shè)置的200塊板包括全凝器和再沸器。 tray rating圖412分別在起始和終了板數(shù)輸入2和199，塔板類型選擇浮閥?！癲iameter”（塔板直徑）的估計值是需要的，這里輸入2meter。 塔板壓降圖413 該圖用來計算計算了塔的壓降。 分析過程圖414 分析圖 控制面板上顯示的是aapen plus尋找解的迭代過程。共做了四次迭代。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖415 結(jié)果圖表 由結(jié)果表我們可以看到丙烯在塔頂?shù)暮窟_(dá)到了99.6，操作壓力從塔頂?shù)剿追謩e為1807776.65pa、1827776.65pa。操作溫度塔頂從塔頂352.9k到塔底逐漸上升到362.5k

51、。 部分結(jié)果圖圖416 各項結(jié)果圖這里列出了八種圖形，分別對溫度、壓力、組成、k值等做了從塔頂?shù)剿椎姆植嫉那闆r分析。下面我們分別對溫度圖、壓力圖、組成圖和k值圖等做簡要的分析。 k值圖 圖417 k值圖從這個圖可以看出丙烯的k值最大，丙烷次之，最小的是正丁烷，而且隨著塔板數(shù)的增加k值也增加。丙烷與丙烯的k值非常接近，也最難分。 壓力 圖418 壓力圖 從圖4-19我們可以看出在提留段隨塔板數(shù)的增加溫度上升的比較緩慢，精餾段隨塔板數(shù)的增加溫度上升的較快。 溫度圖 圖419 溫度圖 從圖我們可以看到從塔頂?shù)剿讐毫ζ骄峙浣o每塊塔板。 組分圖 圖420 組分圖 從圖4-20我們可以看到經(jīng)分離后塔

52、頂丙烯含量最多，塔底丙烷含量最多，正丁烷變化基本不大。 生產(chǎn)十年精餾塔板所需要消耗的費(fèi)用約為3000萬元，則每小時塔板的折舊費(fèi)為417元，操作費(fèi)用為每小時9698元，則投資費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)為417n+9698r=k (4-1)平移（4-1）曲線選最優(yōu)點(diǎn)，如下圖425知n=200,r=14時最優(yōu),則417×200+9698×14=219172元。aspen plus 優(yōu)化曲線如下： 圖421 aspenplus優(yōu)化曲線從上圖我們可以看出我們要的最優(yōu)點(diǎn)就是（200，14），也就是最合適的塔板數(shù)與回流比。4.2 丙烯全流程模擬及計算結(jié)果 建立全塔塔模型 圖422 全塔模型 總進(jìn)料及各種組分組成 圖423 進(jìn)料狀態(tài) 乙烯塔頂流量、回流比、塔板數(shù) 圖424 乙烯塔操作條件 乙烷塔頂流量、回流比、塔板數(shù) 圖425 乙烷塔操作條件 丙烯塔頂流量、回流比、塔板數(shù) 圖426 丙烯塔操作條件 丙烷塔頂流量、回流比、塔板數(shù) 圖427 丙烷塔操作條件 甲烷塔頂流量、回流比、塔板數(shù) 圖428 甲烷塔操作條件 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖429 結(jié)果圖表由結(jié)果表我們可以看到丙烯在塔頂?shù)暮窟_(dá)到了99.6。4.3 分析 如果改變整體模擬過程的進(jìn)料組成（裂解氣來源與模擬過程不同），即