年产500万吨炼油厂成品车间设计-油气工程专业-大学论文.doc

化工与材料工程学院

毕业设计小论文
年产500万吨炼油厂成品车间设计
An annual output of 5 million tons of oil refinery finished product design workshop

学生学号

学生姓名

专业班级
油气
指导教师

联合指导教师

完成日期
2012.6

吉林化工学院
Jilin Institute of Chemical Technology

12

年产500万吨炼油厂成品车间设计

（化工与材料工程学院，油气班）
摘　要：炼油厂成品车间设计主要是在松源炼油厂实习期间根据其实际情况所做出的。石油能源是不可再生资源，是国民经济的重要组成部分。随着石油能源消耗日益剧增，我国作为世界第二大能源消费国，环境保护迫节能减耗在眉睫，在能源保持可持续发展的情况下，我国高能耗、污染严重的炼油工业也将面临改革创新。炼油厂品车间主要担负着接收、贮藏、输转各种的油品包括原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、车用气、丙烯、丙烷、二甲苯、苯、甲苯、和原料气，需按要求进行加温、脱水、计量等管理工作。
关键词：丁二烯；萃取精馏；工艺设计

0 引 言
丁二烯是一种重要的石油化工基础有机原料和合成橡胶单体，在石油化工烯烃原料中的地位仅次于乙烯和丙烯。主要用于合成顺丁橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂等多种橡胶产品，此外还可用于生产己二腈、己二胺、尼龙66、1，4-丁二醇等有机化工产品以及用作粘接剂、汽油添加剂等，用途十分广泛。

1 基本原理
由于C4原料中各组分的沸点相近，故不能采用普通精馏方法分离出丁二烯，而本设计中由于采用加入萃取剂乙腈，利用各组分在乙腈中溶解度不同，分别将其他组分去除，从而得到聚合级的丁二烯。

2 物料衡算
脱除C4组分中的重组分在脱重组分塔中进行，脱除C4组分中的轻组分在脱轻组分塔中进行，两塔的部分压力，温度如下表：
表2-1 塔压分布表

脱重塔
脱轻塔
塔顶压力(kPa)
400
590
塔釜压力（kPa）
450
630
进料压力(kPa)
480
610

表2-2 塔温度分布

脱重塔
脱轻塔
塔顶温度（℃）
37
39.5
塔釜温度（℃）
53.2
54.24
进料温度（℃）
44
41

由安托因公式计算脱重组分塔，脱轻组分塔的塔顶，塔釜组成及流率列于下面两表：
表2-3 脱重组分塔的塔顶、塔釜组成
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
总计
组分
丙炔
反-2-丁烯
1-丁烯
顺-2-丁烯
1，3-丁二烯
1，2-丁二烯
丁炔
乙烯基乙炔
戊烷

塔顶组成mol%
0.0065
0.0031
0.0003
0.0034
0.9856
0
0.001
0.00016
0
1.002
塔顶流率
0.8756
0.4151
0.0424
0.4574
132.71
0
0.1219
0.2155
0
134.64
塔釜流率
0
0.2487
0
5.1204
0.1360
0.466
0.0191
0.1194
0.7
6.830
塔釜组成mol%
0
0.036
0
0.7497
0.020
0.068
0.0028
0.0175
0.1
0.9998

表2-4 脱轻组分塔塔顶、塔釜组成及流率
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
总计
组分
丙炔
反-2-丁烯
1-丁烯
顺-2-丁烯
1，3-丁二烯
1，2-丁二烯
丁炔
乙烯基乙炔
戊烷

塔顶组成mol%
0.5684
0
0.00035
0
0.4311
0
0
0
0
1.0001
塔顶流率
0.8747
0
0.00054
0
0.6635
0
0
0
0
1.5389
塔釜流率
0.0009
0.4150
0.04185
0.4574
132.04
0
0.1218
0.022
0
133.1
塔釜组成mol%
0
0.0031
0.0003
0.0034
0.992
0
0.0009
0.0002
0
1.0002

根据对脱重组分塔，脱轻组分塔进行物料衡算得出的操作条件列于下表：
表2-5 操作条件表

操作条件
理论板数
实际板数
进料位置

脱重组分塔
37
55
60.6629
139
39
脱轻组分塔
43
54.24
32.467
49
27

3 两塔热量衡算
脱重组分塔釜再沸器循环水由℃降到℃所需冷水量为117590.531kg/h。
塔顶冷凝器冷却水由℃升到℃需热水量为501933.29kg/h。
脱轻组分塔塔釜再沸器循环水由℃降到℃需冷水量为25460.557kg/h
塔顶冷凝器冷却水由℃升到℃需热水量为80125.51449kg/h

4 两塔设备设计
脱轻组分塔的工艺条件及有关物性数据的计算
操作压力与温度
塔顶压力：590kPa 塔顶温度：39.5℃
进料压力：610kPa 进料温度：41℃
塔釜压力：630kPa 塔釜温度：54.24℃
精馏段平均压力：600kPa 精馏段平均温度：40.25℃
提馏段平均压力：620kPa 提馏段平均温度：47.62℃
脱重组分塔，脱轻组分塔的气液负荷结果列于下表：
表4-1 两塔的气液负荷表

脱重组分塔
脱轻组分塔
精馏段
提馏段
精馏段
提馏段

上升气体

5.8921
5.5333
4.0819
4.064

839.7466
814.8855
178.2842
192.5793

4947.871
4509.006
727.7383
781.949

1.374409
1.252502
0.20215
0.217508

下降液体

594.3
589.1
584.5
584.3

705.107
763.411
176.7453
324.0272

38085.75
43930.13
8151.453
17531.62

64.08506
74.5716
13.94603
30.00449

0.017801
0.020714
0.003874
0.008335

4.1 塔板负荷性能图
4.1.1 精馏段
4.1.1.1 漏液线
由

得
整理得
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表。
表5-10 Ls~Vs关系表
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013
Vs
0.123794489
0.13283
0.140406
0.146459
0.148268
0.153253152

由上表数据即可作出漏液线１。

4.1.1.2 液沫夹带线
以为限，求关系如下：
由

代入数据整理得：

在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表。
表5-11 Ls~Vs关系表
Vs
1.410036
1.259828
1.125732
1.013258
0.978703
0.881333
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013

由上表数据即可作出液沫夹带线２。

4.1.1.3 液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。由《化工原理课程设计》式5-7得

取，则

据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。

4.1.1.4 液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限，由《化工原理课程设计》式5-9得

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。

4.1.1.5 液泛线
令
由；；；
联立得
忽略，将与，与，与的关系代入上式，并整理得

式中

将有关数据代入，得

故
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表。
表5-12 Ls~Vs关系表
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013
Vs
0.69169
0.654814
0.603491
0.539115
0.5144
0.43

由上表数据即可作出液泛线5。
根据以上各线方程，可作出该塔的负荷性能图，如下页图所示。

在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液泛控制，下限为漏液控制。由图查得
，
故操作弹性为

图1 精馏段塔板负荷性能图
4.1.2 提馏段
4.1.2.1 漏液线
由

得
整理得
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表：
表5-13 Ls~Vs关系表
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013
Vs
0.116241464
0.126422
0.134862
0.141554
0.143547
0.149020418

由上表数据即可作出漏液线１。

4.1.2.2 液沫夹带线
以为限，求关系如下：
由

代入数据整理得：

在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表。

表5-14 Ls~Vs关系表
Vs
1.52233
1.41786
1.3246
1.246378
1.222347
1.15463
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013

由上表数据即可作出液沫夹带线２。

4.1.2.3 液相负荷下限线
对于平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷标准。由《化工原理课程设计》式5-7得

取，则

据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷下限线3。

4.1.2.4 液相负荷上限线
以作为液体在降液管中停留时间的下限，由《化工原理课程设计》式5-9得

故
据此可作出与气体流量无关的垂直液相负荷上限线4。

4.1.2.5 液泛线
令
由；；；
联立得
忽略，将与，与，与的关系代入上式，并整理得

式中

将有关数据代入，得

故
在操作范围内，任取几个Ls值，依上式计算出Vs值，计算结果列于下表。

表5-15 Ls~Vs关系表
Vs
0.622608919
0.59523
0.567204
0.539542
0.530082
0.500550558
Ls
0.0006
0.003
0.006
0.009
0.01
0.013

由上表数据即可作出液泛线5。
根据以上各线方程，可作出该塔的负荷性能图，如下图所示。

图2 提馏段塔板负荷性能图

在负荷性能图上，作出操作点A，连接OA，即作出操作线。由图可看出，该筛板的操作上限为液相负荷上限控制，下限为漏液控制。由图查得
，

故操作弹性为

所计算的脱轻组分塔精馏段操作弹性为3.924，提馏段的操作弹性为3.1062，符合设计的要求。而换热器与泵的设计也能完成生产任务。

脱轻塔的工艺设计计算结果
汇总表
项 目
符号
单位
计 算 数 据
精馏段
提馏段
各段平均压强
Pm
kPa
600
620
各段平均温度
tm
℃
40.25
47.62
平均
流量
气 相
Vs
kmol/h
178.2842
192.5793
液 相
Ls
kmol/h
176.7453
324.0272
实际塔板数
N
块
18
15
板间距
HT
m
0.5
0.5
塔径
D
m
1
1
空塔气速
u
m/s
0.2574
0.2766
塔板液流形式

单流型
单流型
溢流装置
溢流管形式

弓形
弓形
堰长
lW
m
0.7
0.7
堰高
hW
m
0.2522
0.042
溢流堰宽度
Wd
m
0.15
0.0678
管底与受液盘距离
hC
m
0.02729
0.26
板上清液层高度
hL
m
0.06
0.06
孔径
d0
mm
3.0
3.0
孔间距
t
mm
15
15
孔数
n
个
2540
2540
开孔面积
A0
m2
0.04950
0.04950
筛孔气速
u0
m/s
4.055
4.357
塔板压降
hP
m
0.001519
0.0658
液体在降液管停留时间
τ
s
9.326
4.335
降液管内清液层高度
Hd
m
0.1374
0.1448
液沫夹带
ev
kg液/kg气
0.1
0.1

5 结论
经过对吉化104有机合成厂丁二烯车间的学习，我了解到丁二烯的生产流程，掌握了丁二烯装置生产工艺原理。通过对脱轻组分精馏塔，脱重组分精馏塔的物料衡算，换热器的热量衡算，并对一些脱轻组分塔进行了设备计算，确定了该塔结构的基础数据，最后还进行了经济核算，通过经济核算结果，得出该项目的经济效率不错，能实现工厂化生产。
参考文献
[1] 陈敏恒，从德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理（上）[M].北京:化学工业出版社，2006.
[2] 陈敏恒，从德滋，方图南，齐鸣斋编.化工原理（下）[M].北京:化学工业出版社，2006.
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[6] Bruce E.Poling,John M.Prausnitz,John P.O'Connell.气液物性估算手册[M].北京：化学工业 出版社，2006．
[7] 王松汉.石油化工设计手册[M]. 北京:化学工业出版社，2002.

Annual Production Capacity of 55,000 Tons of Butadiene Plant Process Design
LIANG-shuiping, XU-hongjun*
(Class-0503, Major of Automation, College of Information &Control Engineering)
Abstract: Butadiene is an important organic raw materials based on petrochemicals and synthetic rubber monomer， olefin petrochemical raw materials in the position second only to ethylene and propylene．Mainly used in synthetic butadiene rubber (BR)，styrene-butadiene rubber(SBR)，acrylonitrile-butadiene rubber，styrene－butadiene－styrene elastomer(SBS)，acrylonitrile－butadiene－styrene(ABS) resin rubber products，etc．can also be used in the production of adiponitrile，hexamethylene diamine，nylon 66，1,4－butanediol，etc，and organic chemical products used for adhesives，gasoline additives, a wide range of uses．Key words: Guaiacol; Methyl chloride; Reduced pressure batch fractionating;
Key Words：Butadiene；Extractive distillation；Economy