1、 本科生毕业设计（论文） 题 目 :13 万吨 /年轻烃分离装置的工艺设计 学生姓 名： 王兴光 学 号： 201109011323 院 系： 化学化工学院化学工程系 专业年级： 2011 级化学工程与工艺专业 指导教师： 刘焕荣 2015 年 05 月 20 日 中国石油大学胜利学院胜利学院本科毕业设计（论文） 摘 要 轻烃分馏与精制技术是石油化工的一个重要组成部分 ， 开 展轻烃精制及其综合利用研究 ,对提高轻烃分馏产品附加值、精馏理论的实际应用、饱和烷烃产品的提纯 精制和轻烃分馏产品的深加工具有重要意义。轻烃是多种低碳饱和烷烃的混合物 ， 每 一种单质烷烃都有其特殊的性质和用途 ， 不
2、同的用途对产品又有其特殊的纯度要求 ， 这 就使轻烃精制及其综合利用成为一个涉及石油化工研究各个领域的一个复杂过程 。 本设计主要针对轻烃生产工艺的分离工段进行计算。选择出合适的轻烃馏分，根据原料组成及产品指标要求，调优出合理分离序列。 通过计算理论塔板数、回流比、塔的操作压力、操作温度、产品流率、塔高、塔径， 确定了填料塔的填料和板式塔 F型浮阀塔板，并进行了塔板水力学的校核计算。 关键词 :轻烃；分离； 精馏 ； 中国石油大学胜利学院胜利学院本科毕业设计（论文） ABSTRACT Light hydrocarbon fractionation and purification techno
3、logy is petroleum chemical industry is an important part and carry out light hydrocarbon refining and comprehensive utilization and research to improve the light hydrocarbon fractionating the added value of the products, distillation theory and practical application, saturated alkanes products of re
4、fining and light hydrocarbon fractionation products deep processing of tools has important significance. Light hydrocarbon is a variety of low carbon saturated alkane mixtures, each elemental alkanes have its special nature and purpose, the different uses of products and the special purity requireme
5、nts, which makes the light hydrocarbon refining and comprehensive utilization become a involving a complex process of petroleum chemical research in various fields. The design of the main production process for the separation of light hydrocarbon section in the calcultion. Suit light hydrocarbon fic
6、tions from oil refinery were selected, the rational separation sequence was oprimized according the demand for raw materials composition and the product target. By calculating the required number of theoretical plates, reflux ratio, the tower operating pressure, operating temperature, product flow r
7、ate, high tower, tower diameter calculations, it calculate tower on the plate using the F-type floating valve tray and a tray of checking hydraulics calculation. Keywords: Lighter hydrocarbon; Abruption; Distillation ; 中国石油大学胜利学院胜利学院本科毕业设计（论文） 目 录 第一章 前言 . 1 1.1 生产任务情况 . 1 1.2 轻烃分离主要产品及发展前景 . 1 1.2.
8、1 轻烃分离主要产品及生产工序 . 1 1.2.2 轻烃分离的发展前景 . 1 1.2.3 轻烃分离 装置设计意义 . 2 第二章 工艺方案及工艺流程示意图 . 3 2.1 工艺方案 . 3 2.2 确定方案是否合适 . 4 2.2.1 T-101 验算 . 5 2.2.2 T-201 验算 . 5 2.2.3 T-301 验算 . 5 第三章 物料衡算 . 6 3.1 T-101 物料衡算 . 6 3.1.1 清晰分割 . 6 3.1.2 操作条件的确定 . 7 3.1.3 验证 T-101 清晰分割是否成立 . 10 3.1.4 确定最小回流比 Rm .11 3.1.5 确定最适宜的回流比
9、 .11 3.2 T-201 物料衡算 . 12 3.2.1 清晰分割 . 12 3.2.2 T-201 操作条件确定 . 13 3.2.3 验证 T-201 清晰分割是否成立 . 16 3.2.4 确定最小回流比 . 17 3.3 T-301 物料衡算 . 18 3.3.1 清晰分割 . 18 3.3.2 操作条件 的确定 . 19 3.3.3 验证 T-301 清晰分割是否成立 . 22 中国石油大学胜利学院胜利学院本科毕业设计（论文） 3.3.4 确定最小回流比 . 22 3.3.5 确定理论塔板数 . 23 3.3.6 全塔效率及确定实际板数 . 23 3.4 各塔操作条件汇 总 .
10、25 第四章 能量衡算 . 26 4.1 T-101 能量衡算 . 26 4.1.1 冷凝器热负荷 . 26 4.1.2 再沸器热负荷 . 27 4.1.3 计算传热剂用量 . 28 4.2 T-201 能量衡算 . 28 4.2.1 冷凝器热负荷 . 29 4.2.2 再沸器热负荷 . 29 4.2.3 计算传热剂用量 . 30 4.3 T-301 能量衡算 . 30 4.3.1 冷凝器热负荷 . 31 4.3.2 再沸器热负荷 . 31 4.3.3 计算传热剂用量 . 32 第五章 设备工艺计算 . 34 5.1 精馏塔 T-101 的设计 . 34 5.1.1 塔径的计算 . 34 5.
11、1.2 塔高的计算 . 38 5.1.3 塔体设计 . 38 5.2 精馏塔 T-201 的设计 . 39 5.2.1 塔径的计算 . 39 5.2.2 塔高的计算 . 41 5.2.3 塔体设计 . 42 5. 3 T-301 的设计 . 42 5.3.1 塔径的计算 . 42 5.3.2 塔高 的计算 . 426 中国石油大学胜利学院胜利学院本科毕业设计（论文） 5.3.3 塔板设计和布置 . 46 5.3.4 塔板布置 . 47 5.3.5 塔体的初步设计 . 56 参考文献 . 58 致谢 . 59 第一章 前言 1.1 生产任务情 况 表 1-1 原料组成 序号 原料组分 摩尔 分数
12、， m% 1 甲 烷 20.0 2 乙 烷 46.0 3 丙 烷 30.0 4 正丁 烷 3.0 5 正戊烷 1.0 合 计 100.0 产品要求： 要求：乙烷回收率 91% 丙烷损失率 4.0% 1.2 轻烃分离主要产品及发展前景 1.2.1 轻烃分离主要产品及生产工序 轻烃分离的主要产品有石油液化气、工业戊烷、混合己烷、 120#橡胶工业用溶剂油、工业辛烷、 200#油漆工业用溶剂油 260#轻柴 1。其生产工序如下 : 轻烃分馏溶剂油是利用轻烃混合物中各组分挥发能力的不同，利用各组分之间相对挥发度的不同，分离为不同 的馏分段产品。化工厂溶剂油生产采用连续精馏生产工艺，精馏塔内装有提供汽、
13、液两相接触的填料。塔顶送入轻组分浓度很高的液体，称为塔顶回流 2。 通常把塔顶馏出物冷凝后，取其一部分作为塔顶回流，而其余部分作为塔顶产品。塔底有加热釜，加热塔底流出的液体以产生一定量的汽相回流，塔底汽相回流是轻组分含量很低而温度很高的蒸汽 3。 1.2.2 轻烃分离的发展前景 随着我国经济的可持续发展，大力发展清洁能源 ： 天然气是必然的趋势。 天然气是清洁、高效、方便的能源 ,是地球不可再生的资源和人类极为宝贵的财富 ,其使用在世界经 济发展和提高环境质量中起着重要作用 4。从工业角度来看 ,天然气是很好的化工原料 ,世界上氮肥工业、粘合剂工业、合成纤维工业、合成塑料工业等都是以天然气为原
14、料。从天然气中分离出来的乙烷用以代替石脑油作生产乙烯的原料 ,液化石油气也中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 2 可作为生产乙烯的原料。美国、加拿大、墨西哥、法国等利用天然气分离得到的丙烷、丁烷生产丙烯、丁二烯以及合成的醋酸、甲酸等基础产品 ,进一步加工成用途广泛的有机化工产品 5。 天然气中含大量的轻烃，将这部分资源加以回收利用对于降低油气损耗、合理开发及综合利用轻烃资源 、提高油田整体效益具有重要 的现实意义。我国轻烃 天然气是清洁、高效、方便的能源 ,是地球不可再生的资源和人类极为宝贵的财富 ,其使用在世界经济发展和提高环境质量中起着重要作用 6。 从工业角度来看 ,天然气是很好的
15、化工原料 ,世界上氮肥工业、粘合剂工业、合成纤维工业、合成塑料工业等都是以天然气为原料。从天然气中分离出来的乙烷用以代替石脑油作生产乙烯的原料 ,液化石油气也可作为生产乙烯的原料 7。美国、加拿大、墨西哥、法国等利用天然气分离得到的丙烷、丁烷生产丙烯、丁二烯以及合成的醋酸、甲酸等基础产品 ,进一步加工成用途广泛的有机化工产品。 收技术 起步较晚。 近些年研制出的轻烃回收 新技术在提高轻烃回收率、降低能耗和减少污染方面取得了很大的进步， 这也代表了未来轻烃回收的发展方向 8。1.2.3 轻烃分离装置设计意义 将轻烃作为替代燃料可解决我国石油资源短缺，缓解石油供需矛盾，加快我国能源结构调整，促进能
16、源结构优化，加强资源综合利用，是经济社会可持续发展的有效措施 9。 进行轻烃回收可以改善天然气的质量，降低天然气的露点，防止天然气在输送过程中液体烃的凝结，阻塞管道，减少油气损耗，还能减少大气污染，对提高天然气的整体经济和社会效益，具有重要的现实意 义 10。中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 3 第二章 工艺方案及工艺流程示意图 2.1 工艺方案 表 2-1 原料组成 序号 原料组分 摩尔 分数， m% 1 甲 烷 20.0 2 乙 烷 46.0 3 丙 烷 30.0 4 正丁 烷 3.0 5 正戊烷 1.0 合 计 100.0 (1)根据以下原则，来选择最佳方案： a.分离回收率要求
17、高的组分放在塔序的最后 。 b.按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各组分。 c.最难分离的放在塔序的最后。 d.应使各个塔的馏出液的摩尔分数与釜液的摩尔分数尽量接近。 e.进料中含量高的组分 尽量提前分出。 (2)生产方案的确定 实现轻烃多组分混合物分离根据各组分相对挥发度和物性（沸点）不同。各组分沸点的沸点相差大且温度差范围较宽，可以用精馏方法分离各组分。根据工艺要求，将原料分为： A.甲烷， B.乙烷， C.丙烷， D.正丁烷、正戊烷。 选择方案如下：需要三个塔 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 4 图 2-1 分离方案 优点：进料中含量多的组分提前分离，减少了后续塔的流率及再
18、沸器的热负荷，节约能耗和设备费用，同时分离很高回收率的组分的塔放在了塔序的最后，这时非关键组分减少了， 使得塔径减小，进而减少了设备费用。 缺点： A、 B 两组份相对挥发度较近，且放在第一个塔分离，增加了板间汽相流率，造成了塔直径增加 ， 设备费用增加。第二个塔馏出液与塔釜液的摩尔数相差很大，塔顶的馏出物很多，需要的塔径相应增加，同样使得设备费用增加。 2.2 确定方案是否合适 装置总进料为 13 万吨 /年，每年按 8000 小时计算，则进料量为 16250kg/h。各组分原始数据如下表： 表 2-2 原料各组分性质及原 始 数据汇总 假设生产总进料为 100kmol/h， 并进行 编号
19、组分 相对分子质量 摩尔流率 ，kmol/h 摩尔分数 质量流率 ，kg/h 质量分数 ， m% A B 甲 烷 16.043 99.366 0.20 15940125 0.0981 乙 烷 30.070 228.321 0.46 6865.625 0.4225 C 丙 烷 44.097 148.913 0.30 6566.625 0.4041 D 正丁 烷 58.124 14.901 0.03 866.125 0.0533 正戊 烷 72.151 4.955 0.01 357.500 0.0220 合计 - 496.456 1.00 16250 1.00 A B C D A B C D B C D C D C D A
