轻烃生产工艺的分离工段进行计算

轻烃生产工艺的分离工段进行计算内容摘要：

D C D C D A 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 5 T101 验算 T101 取轻关键组分为乙烷，重关键组分为丙烷。 假设回收率分别为 99%， 99%，则估算物料平衡如下表： 表 23 T101 物料平衡计算表 组分 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 正戊烷 合计 进料 /kmol/h 塔顶 /kmol/h 塔底 /kmol/h T201 验算 T201 取轻关键组分为甲烷，重关键组分为乙烷，假设回收率为 99%， 99%，物料平衡计算如下表： 表 24 T201 物料平衡表 组分 甲烷 乙烷 丙烷 合计 进料， kmol/h 塔顶， kmol/h 塔釜， kmol/h 丙烷的回收率： 100%=99% T301 验算 T301 取轻关键组分为正戊烷，重关键组分为环戊烷，回收率 为 98%和 99%。 物料平衡计算如下表： 表 25 T301 物料平衡表 组分 乙烷 丙烷 正丁烷 正戊烷 合计 进料， kmol/h 塔顶， kmol/h 塔釜， kmol/h 丙烷的回收率 ： 100%=97%， 因此损失率为 3%4% 由以上分析假设回收率成立，所以分离方案合适。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 6 第三章 物料衡算 简捷计算主要步骤： 一、 假设满足清晰分割，进行初步物料衡算 二、确定塔的操作压力及温度 三、确定 Rm、 Nm 四、校核物平 五、确定 R、 N 六、确定进料位置 七、板式塔还需计算全塔效率及实际 板数 装置总进料量为 13 万吨 /年，每年按开工 8000 小时计算，则进料量为 16250kg/h。 各组分原始数据表如下： 表 31 原料物性表 组分 分子量 质量分率 ， % 质量流率 ， kg/h 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔分率 ， % 甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 正戊烷 总计 8500 100 T101 物料衡算 清晰分割 取重关键组分为异戊烷，轻关键组分为正丁烷，回收率分别为 99%、 99%。 假设清晰分割作物料衡算。 得如下表： 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 7 表 32 T101 清晰分割物料衡算表 操作条件的确定 1. 回流罐压力 Pb 的确定 假设回流罐的温度为 40oC，由《石油化工基础数据手册》 [11]得回流罐压力如下表： 组分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊烷 合计 进料 质量流率 ， kg/h 16250 质量分率 ， m% 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔 分 率 ， mol% 塔顶馏出液 质量 分 率 ， kg/h 质量 分 率 ， m% 100 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔分 率 mol% 100 塔釜液 质量 流 率 ， kg/h 质量分 率 m% 100 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔 分 率 ， mol% 100 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 8 表 33 回流罐压力 组分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 合计 xi， mol% 100 Pi(40 oC) 由上表知，回流罐压力 ： Pb=∑Psxi=1atm (31) 因此，采用加压操作。 2. 塔顶压力以及温度 的确定 取管线阻力为： ΔP= 则塔顶压力 PD=Pb+ΔP=+= 以 T=80 oC 为例，设甲烷的压力为 PA， 乙烷的压力为 PB，丙烷的压力为 PC, 由安托万方程： CT BAlgP O 。 lg OAP =(80+)= OAP = lg OBP =(80+)= OBP = lg OCP =(80+)= OCP = 由露点方程 ∑yi/Ki=1 确定塔顶温度。 假设一系列温度，查 《石油化工基础数据手册》 得下表： 表 34 塔顶温度试差表 组分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 ∑yi/Ki yi， mol% Pi(80oC)/mmHg 338844 72444 22387 Pi(50 oC)/mmHg 354813 77624 23988 由上表得，塔顶温度为 oC。 3. 塔釜再沸器 压力 及温度 的确定 设精馏塔实际塔板数： N=38。 取 ΔP 单 板 = PW=PD+NPΔP 单板 =99902+38 =100073mmHg= 以 T=200 oC 为例，设塔底温度为 95 oC， 设乙烷的压力为 PB丙烷的压力为 PC， 正丁烷的压力为 Pd 正戊烷的压力为 PE 由安托万方程： CT BAlgP O 。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 9 lg OBP =(200+)= OBP = lg OPC =(200+)= OPC = lg odP =+)= odP = lg OEP =(200+)= OEP = 由泡点方程 ∑Kix i =1 即 ∑Pixi/PW=1 确定塔底温度 TW。 查《石油化工基础数据手册》得如下表： 表 35 塔底温度试差表 组分 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正 戊烷 ∑Pixi/PW xi， mol% Pi (200 oC)/mmHg 239883 100000 45709 24547 Pi(210oC)/mmHg 251189 112202 50119 28184 由上表数据内插，可得 TW= oC。 4. 进料温度的确定 由精馏段板数： N1= NP/2=19 PF= PD+N1ΔP 单板 =100016+19== 以 T=70 oC 为例，设塔底温度为 95 oC， 设甲烷的压力为 PA，乙烷的压力为 PB丙烷的压力为 Pd， 正戊的压力为 PE 由安托万 方程： CT BAlgP O 。 lg OAP =(70+)=。 OAP = lg OBP =(70+)= OBP = lg OPC =(70+)= OPC = lg odP =(70+)=。 odP = lg OEP =(7 0+)= OEP = 由泡点方程 1xPp1xK isiii  即 ∑PSi xi =PF进行试差， 由《石油化工基础数据手册》中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 10 查得数据， 试差过程见下 表 36。 表 36 进料 温度试差表 组分 甲烷 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊烷 ∑Pi xi xi ， mol% PSi(70 oC)/mmHg 316228 67608 20417 6761 2455 PSi(80 oC)/mmHg 309030 63096 18621 6026 2138 由上表数据内插，可得 TF= oC。 验证 T101 清晰分割是否成立 以重关键组分 丙 烷为基准 ，  i= PSi/PHS 表 37 各组分相对挥发度数据表 组分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊烷 塔顶 ( oC) D 塔底(202oC) W 平均值  平均 对轻关键组分正丁烷 ， 由上表知 ：  平均 = (33) 由 Fensk 公式： Nm=LHWHLDHLlg])xx/()xxlg[( = (34) （上式中 Nm包括再沸器） 下面验证 T101 清晰分割是否成立 ： 以计算釜液中 甲 烷的摩尔分率为例： W =mNirriwd1f=108 kmol/h (35) 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 11 x = WW =1010 同理可得 正 丁烷 、正戊烷 在塔 顶 的摩尔分数 和含量。 如下表 ： 表 38 馏出液的含量 组分 正丁烷 正戊烷 di， wi， kmol/h 108 109 xi 105 1011 比较 103 103 由以上表知清晰分割成立。 综上，塔顶温度为 oC，塔底温度为 oC。 确定最小回流比 Rm 计算最小回流比 由 Underwood 公式： 0q1θxiFi,i   (36) 取饱和进料 q＝ 1，由下表试差得： 表 39 T101 试差求最小回流比 组份 甲 烷 乙 烷 丙 烷 正丁 烷 正戊烷 合计 xi， mol%  i 由上表数据可得，当  = 时，式 (36)为 ， 故试差得  =，代入 1Rθx mij idij  ，得 Rm=。 确定最适宜的回流比 应用吉利兰图求解适宜的回流比， 由 《化工原理课程设计》 [12]57 页吉利兰图读取Y 和 X 值。 知 Nm=， Rm=。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 12 表 310 T101 实际回流比及理论板数数据表 R/Rm R x Y N N（ R+1） 表中 X= 1RRR m ， Y= 1NNN m。 以 R/Rm为 x 轴， N(R+1)为 y 轴作图可得： 图 31 T101 最小回流比示意图 由上图知 R/Rm=， 从而可得 R=， N=。 T201 物料衡算 清晰分割 T201 取重关键组分为 乙 烷，轻关键组分为 甲 烷，回收率分别为 98%， 97%。 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 13 表 311 T201 清晰分割物衡表 T201 操作条件确定 1. 确定回流罐的压力 水做冷却剂，因塔顶出料，故取回流罐温度为 40 oC，塔顶采用全凝器，查 《石油化工基础数据手册》 ，可得一系列 PSi。 如 下表： 表 312 T201 回流罐压力试差表 组分 甲 烷 乙 烷 xi， mol% PSi ， atm 由上表数据得 Pb =∑Psixi=1atm， 因此，采用 加压操作。 Pb==226860mmHg 2. 塔顶温度的确定 取管线阻力为： ΔP=,则 PD=Pb+ΔP=+= 组分 甲 烷 乙 烷 丙 烷 合计 进料 质量流率 ， kg/h 质量分率 ， m% 100 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔分率 ， mol% 100 塔顶馏出液 质量流率 ， kg/h 质量分率 ， m% 100 摩尔流 率， kmol/h 摩尔分率 ， mol% 100 塔釜液 质量流率 ， kg/h 质量分率 ， m% 100 摩尔流率 ， kmol/h 摩尔分率 ， mol% 100 中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文） 14 应用露点方程 ∑yi/Pi=1/PD，又 1/PD=103计算塔顶温度 TD。 以 T=70 oC 为例，设甲烷的压力为 PB 由安托万方程：CT BAlgP O 。 lg OAP =(70+)=； OAP = lg OBP =(70+)=； OBP = 代入露点方程 ∑yi/Pi=1/P。 即： +； 得 1/P=103 假设一系列温度得下表： 表。