年产22.7520万吨的乙烯车间基本工艺设计.doc

化学工艺学课程设计 题 目：年产22.7520万吨乙烯车间工艺设计学 院： 化学与材料工程学院 专业： 化学工程与工艺 班级： 姓 名： 学 号： 指引教师： 完毕日期： 1月7日 目录1、总论21.1概述21.2设计根据及规模21.3工艺方案22、工艺设计方案32.1概述32.2石脑油裂解工艺现状32.2.1日本共同研究集团裂解工艺32.2.2韩国LG石化公司裂解工艺42.2.3国内老式石脑油蒸汽裂解工艺42.3石脑油裂解工艺设计拟定82.3.1原料及产品指标82.3.2催化裂解及预分馏工艺82.3.3裂解气分离精制工艺113、物料衡算123.1概述123.2物料衡算原理和基准123.3物料衡算123.3.1石脑油裂解预解决物料123.3.2预解决后裂解气物料124、热量衡算144.1工艺流程和热量衡算阐明145、设备选型155.1反映器设计155.1.1裂解过程对管式炉规定155.2换热器设计选型165.2.1概述165.2.2选型范例165.3塔设备设计205.3.1概述205.3.2塔型选用原则205.3.3分离塔设计215.3.4塔设计成果34第一章 总论1.1概述随着社会发展，国内乙烯丙烯市场需求急剧增长，乙烯丙烯及其下游产品进口量逐年增长，国内产品市场占有率还不到一半。当前全世界乙烯重要以石脑油（或乙烷）为原料，采用蒸汽热裂解技术（在800左右温度下）生产，其产量超过总产量90%。乙烯工业是石油化工龙头，其发展水平已成为衡量一种国家经济实力重要标志之一，在石化工业乃至国民经济发展中占有重要地位。聚乙烯得到了广泛应用，如粘合剂、农膜、电线和电缆、包装(食品软包装、拉伸膜、收缩膜、垃圾袋、手提袋、重型包装袋、挤出涂覆)、聚合物加工（旋转成型、注射成型、吹塑成型）。丙烯是仅次于乙烯一种重要有机石油化工基本原料，重要用于生产聚丙烯、苯酚、丙酮、丁醇、辛醇、丙烯腈、环氧丙烷、丙二醇、环氧氯丙烷、合成甘油、丙烯酸以及异丙醇等，其她用途还涉及烷基化油、高辛烷值汽油调合料等。（1）丙烯制成聚丙烯，聚丙烯应用在塑制品、薄膜制品、纤维制品；（2）丙烯制成苯酚，苯酚制成木材防腐剂、皮肤科惯用治疗药物、面部美容治疗药物。1.2设计根据及规模本设计重要以中华人民共和国石油化工新建四所石脑油裂解厂为现实基本，依照设计规定石脑油31600kg/h进料，年产22.74万吨聚合级乙烯产品。1.3工艺方案本设计借鉴中华人民共和国石油化工股份有限公司石脑油裂解方式，选用Kellogg公司和日本出光石油化学公司共同开发一种新型裂解炉毫秒炉或超短时间炉（USRT炉），蒸汽裂解反映之后对得到裂解气进行预分馏，最后选用前脱乙烷后加氢办法进行分离精制得到乙烯、丙烯。裂解气分离精制工段现工业应用上也已经非常成熟、高效。裂解气进入分离工段重要是C1C5混合气体，混合气体在水洗塔进行水洗，除去有机杂质；再流入碱洗塔中洗去酸性杂质气体；为避免水对之后分离过程影响，需将气体干燥；干燥后气体通过压缩、制冷流入脱乙烷塔系统，分离出C3C5和C2如下产品；C2及如下产品进入脱甲烷塔分离出甲烷和C2产品；C2产品脱炔后进入乙烯精馏塔，分离出聚合级乙烯；C3C5产品进入脱丙烷塔分离出C3和C4及以上产品，C4及以上产品进入脱丁烷塔得到C4，C3脱炔后进入丙烯精馏塔分离出聚合级丙烯产品。第二章 工艺设计方案2.1概述石脑油制乙烯丙烯重要分为石脑油裂解及预分离工段和裂解气分离工段。当前全世界乙烯重要以石脑油（或乙烷）为原料，采用蒸汽热裂解技术（在800左右温度下）生产，其产量超过总产量90%。催化裂解同蒸汽裂解相比，该过程反映温度比原则裂解反映约低50200，因而比普通蒸汽裂解能耗少，裂解炉管内壁结焦速率将会减少，从而可延长操作周期，增长炉管寿命；二氧化碳排放也会减少，并可灵活调节产品构造，可增长乙烯和丙烯总收率，乙烯生产成本大幅度减少。2.2石脑油裂解工艺现状（一）日本共同研究集团裂解工艺日本通产省工业技术院推动新阳光筹划，其中经5年官民集中共同研究“下世纪化学工艺技术开发”项目中，由日本化学工业协会与工业技术院物质工学工业技术研究所构成共同研究集团，开发成功了生产乙烯、丙烯石脑油催化裂解工艺，可实现大幅度节能和减少环境负荷，并可按乙烯、丙烯供需变化灵活控制烯烃生成比例。共同研究集团（日本化学工业协会方面参加公司有出光石油化学、东燃化学、日本石油化学、丸善石油化学等）为了证明催化裂解工艺竞争力,进行了石脑油日解决能力3000t 规模可行性研究。该工艺采用固定床，因裂解温度下降,可大幅节能,乙烯和丙烯收率60%，大大超过目的值57%。采用这种固定床型催化裂解工艺，不但可节能20%，减少CO2排放20%，并且由于与现行蒸汽转化炉构造类似，现行工艺经改造和后续工序作若干改造即可使用，证明有助于石化产业强化竞争能力，可望实现新工艺工业化。石脑油经蒸汽热解生产乙烯、丙烯，其设备大型化和节能工艺开发有一定限度，但为了提高石化产业国际竞争能力和实现削减CO2排放中长期目的，能耗占石化工业40%石脑油裂解炉节能和削减CO2排放工艺开发又是最重要课题。共同研究集团催化裂解工艺，裂解温度比现行蒸汽裂解820约低100。同步，对以沸石为中心固体酸等催化剂以及烃催化裂解反映进行了广泛研究。成果显示，沸石系统负载稀土金属催化剂，除活性没有减少、烯烃收率高外，还抑制副产芳烃，特别是负载镧沸石(ZSM-25)催化剂，反映温度650(开发目的为750)，乙烯和丙烯收率61%(开发目的57%)，显示良好裂解特性。此外，乙烯和丙烯构成比0.7，比现行热裂解丙烯收率高。共同研究集团催化剂添加10%镧可抑制芳烃生成，从而增长乙烯、丙烯收率。这种催化剂再添加2%磷，由于担体中氧化铝与磷互相作用抑制了脱铝，因而重复使用性能不衰减，活性高，寿命长。（二）韩国LG石化公司裂解工艺LG石化公司（Seoul）开发了石脑油催化裂解新工艺，与老式蒸汽裂解工艺相比，该工艺可大大提高烯烃产率。采用该技术可提高乙烯产率20%，提高丙烯产率10%。既有裂解装置稍加改进就可使用这一工艺。该工艺使用含特定金属氧化物专用催化剂，工艺过程在比原则反映温度低50100下操作，因而与常规蒸气裂解相比，耗能大大减少，裂解炉管内结焦速率也将下降，可延长持续运营时间和炉管寿命，同步，CO2排放也较少。LG公司正在韩国丽川一套30万美元中型装置上进行实验。该公司在丽川乙烯生产能力为75万t/a，在使丽川一台裂解炉采用该技术。烯烃产能增长和运营费用减少，将使年钞票流通费用增长约1500万美元。长期以来，人们盼望开发工业化催化工艺过程用于石油原料裂解为轻烯烃，并用于甲烷氧化偶联以生产乙烯。（三）国内老式石脑油蒸汽裂解工艺初期管式裂解炉是沿用石油炼制工业加热炉构造采用横置裂解炉管方箱炉。反映管放置在靠墙内壁处，采用长火焰烧嘴加热，炉管表面热强度低，约为85125MJ/(m2h)。20世纪50年代，裂解炉构造有较大改进，炉管位置由墙壁处移至辐射室中央，并采用短焰侧壁烧嘴加热，提高了炉管表面热强度和受热均匀性。热强度可达210MJ/(m2h)。至60年代，反映管开始由横置式改为直立吊装式，这是管式炉一次重大技术改进。它采用单排管双面辐射加热，进一步把炉管表面热强度提高到约250MJ/(m2h)，并采用多排短焰侧壁烧嘴，以提高反映径向和轴向温度分布均匀性。美国鲁姆斯公司短停留时间裂解炉（简称SRT炉）是初期立管式裂解炉典型装置。当前世界上大型乙烯装置多采用立式裂解反映管。1、反映炉炉型当前国际上应用较广管式裂解炉有短停留时间炉、超选取性炉、林德-西拉斯炉、超短停留时间炉。（1）短停留时间炉鲁姆斯公司在60和70年代开发炉型（SRT），有三种：即SRT-、SRT-1及SRT-型，其中SRT-又可分为高选取性（HS）和高生产能力（HC）两种。SRT-型由等径管构成；SRT-及SRT-则为前细后粗变径管，四股平行进料以强化前期加热，缩短停留时间和后期减少烃分压,从而提高选取性，增长乙烯产率。由于三种反映管采用了不同管径及排列方式，其工艺特性差别较大。 SRT型炉是当前世界上大型乙烯装置中应用最多炉型。中华人民共和国燕山石油化工公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司300kt乙烯生产装置均采用此种裂解炉。 （2）超选取性裂解炉简称USC炉。它是美国斯通韦伯斯特公司在70年代开发一种炉型，炉子基本构造与SRT炉大体相似，但反映管由多组W型变径管构成，每组四根管,前两根材质为HK-40，后两根为HP-40，所有离心浇铸和内部机械加工平整,管径由小到大，普通为5083mm，长为1020m。按照生产能力规定，每台炉可装16、24或32个管组，裂解产物离开反映管后迅速进入一种专用急冷锅炉(USX),每两组反映管配备一种急冷锅炉。USC炉重要技术特性为：采用多组小口径管并双面辐射加热，炉管比表面较大，加热均匀且热强度高，从而实现了0.3s如下短停留时间。采用变径管以减少过程烃分压。短停留时间和低烃分压使裂解反映具备良好选取性。USC炉单台炉子乙烯年生产能力可达40kt。中华人民共和国大庆石油化工总厂以及世界上诸多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其联产品。（3）林德西拉斯裂解炉简称LSCC炉。是林德公司和西拉斯公司在70年代初合伙研制而成一种炉型。炉子基本构造与SRT炉相似。炉膛中央吊装构形特殊反映管，每组反映管是由12根小口径管（前8根构成4对平列管,后4根构成两对平列管）以及4根中口径管（由4根管构成两对平列管）和一根大口径管构成，管径为615cm，管总长4560m。裂解产物离开反映管后及时进入急冷锅炉骤冷。LSCC炉反映器特点是原料入口处为小口径管双排双面辐射加热，物料能迅速升温，缩短停留时间，后继反映管则为单排双面辐射，管径采用逐管增大方式以达到减少烃分压目。物料在反映管中停留时间为0.20.4s。短停留时间和低烃分压使裂解反映具备较高选取性，乙烯产率高。LSCC裂解炉在工业上得到一定应用，单台炉乙烯年产量可达70kt。（4）超短停留时间裂解炉简称USRT炉，或称毫秒裂解炉。是美国凯洛格公司和日本出光石油化学公司在70年代末共同开发成功新型管式裂解炉。炉子由十多根直径约为2.54cm,长约10m单根直管并联构成。反映管吊在辐射室中央，由底部烧嘴进行双面辐射加热。物料由下部进入上部离开并迅速进入专用USX型急冷锅炉,每两根反映管合用一种USX，各种USX合接一种二次急冷锅炉。裂解过程停留时间可低于100ms,从而明显提高了反映选取性。同老式管式裂解炉相比，乙烯相对收率约可提高10，甲烷和燃料油则有所减少。USRT炉单台炉乙烯年产量为5060kt。此种炉初次应用于日本出光石油化学公司所属千叶化工厂年产300kt乙烯生产装置上。中华人民共和国兰州石油化学公司也将采用这种裂解炉生产乙烯。2、反映炉比较表2.5裂解石脑油时毫秒炉（USRT炉）与老式炉产品分布比较产品老式管式炉高深度裂解毫秒炉中深度裂解H21.01.0CH417.012.8C2H20.70.7C2H428.529.0C2H63.83.2C3H40.61.0C3H611.615.0C3H80.30.4C4H63.75.4C4H82.74.5C4H100.20.2C5+29.926.8共计100.0100.0H/C比（C5+）1.01.16H2+ CH4 / C2H40.6310.476C3H6/ C2H40.4070.517C4H6/ C2H40.1300.186C2H4+ C3H6+ C4H643.849.4乙烯总效率（乙烷循环）32.2%32.2%（四）中华人民共和国石化股份有限公司催化裂解工艺一种石脑油催化裂解制乙烯丙烯办法，以C4-C10烃石脑油为原料，在反映温度600-700，反映压力为0.001Mpa0.5Mpa，反映重量空速为0.1-4小时-1，水/石脑油重量比为14：1条件下，原料通过催化剂床层，反映生成乙烯丙烯，其中所用催化剂为选自ZSM-5和沸石共生分子筛、ZSM-5和Y沸石共生分子筛或其混合物。中华人民共和国石化集团公司投资100亿美元新建四座1000kt/a石脑油裂解厂，在完毕。这些项目分别由上海石化公司在上海漕泾、天津石化在天津、武汉石化在武汉和镇海炼化公司在宁波建设。据称，肯能寻找合伙伙伴合资建设，中华人民共和国石化也可以自己独立投资建设，除建设乙烯装置外，每座乙烯厂还建设一系列下游生产装置。建设这些大型乙烯项目将使天津石化、武汉石化和镇海炼化公司进入烯烃产品生产行列。2.3石脑油裂解工艺设计拟定本设计选用是石脑油蒸汽裂解技术，生成裂解气按照前脱乙烷后加氢分离顺序进行分离精制得到产品聚合级乙烯、丙烯。2.3.1原料及产品指标表2.1 石脑油原料指标项目数据密度（20）公斤/米704.6馏程 初馏程40 终馏程160饱和蒸汽压（20）千帕50.2烷烃%（重量%）65.18烷烃中正构烷烃%（重量%）32.5环烷烃%（重量%）28.44烯烃%（重量%）0.17芳烃%（重量%）6.21表2.2产品质量指标产品含量（mol比例）甲烷乙烷含量丙烯杂质聚合级乙烯99.9以上1000ppm如下250ppm如下10ppm如下产品含量（mol比例）丙烷含量乙烯含量CO，CO2含量S含量聚合级丙烯99.9以上5000ppm如下50ppm如下5ppm如下1ppm如下2.3.2催化裂解及预分馏工艺石脑油以31600kg/h进料，裂解温度达到800，管壁温度达到1000。添加水蒸汽为稀释剂，与石脑油共同进料。图2.1石脑油裂解装置裂解气预分馏过程示意图如图所示，石脑油裂解装置中裂解炉出口高温裂解气，经急冷换热器回收热量后，再经急冷器用急冷油喷淋降温至220300左右。冷却后裂解气进入油洗塔（或称预分馏塔），塔顶用裂解汽油喷淋，塔顶温度控制在100110之间，保证裂解气中水分从塔顶带出油洗塔。塔釜温度则随裂解原料不同而控制在不同水平。石脑油裂解时，塔釜温度大概180190，轻柴油裂解时则可控制在190200左右。塔釜所得燃料油产品，某些经汽提并冷却后作为裂解燃料油产品。此外某些（成为急冷油）送至稀释蒸汽系统作为稀释蒸汽热源，回收裂解气热量。经稀释蒸汽发生系统冷却急冷油，大某些送至急冷器以喷淋高温裂解气，少某些急冷油进一步冷却后作为油洗塔中段回流。油洗塔塔顶裂解气进入水洗塔，塔顶用急冷水喷淋，塔顶裂解气降至40左右送入裂解气压缩机。塔釜约80，在此，可分馏出裂解气中大某些水分和裂解汽油。塔釜油水混合物经油水分离后，某些水（称为急冷水）经冷却后送入水洗塔作为塔顶喷淋，另一某些则送至稀释蒸汽发生器发生蒸汽，供裂解炉使用。油水分离所得裂解汽油馏分，某些送至油洗塔作为塔顶喷淋，另一某些则作为产品采出。裂解气中具有CO，CO2，H2S，H2O，C2H2等气体杂质，来源重要有三方面：一是原料中带来；二是裂解反映过程生产；三是裂解气解决过程引入。依照化学工艺学中石脑油裂解气构成分析，如下表所示：表2.3石脑油裂解气构成裂解原料石脑油转化率中深度构成（体积分数）/%H214.09CO+ CO2+ H2S0.32CH426.78C2H20.41C2H426.10C2H65.78C3H40.48C3H610.30C3H80.34C44.85C51.04C6204馏分4.53H2O4.98平均相对分子质量26.83在裂解和急冷过程中不可避免地会发生二次反映，最后会结焦，积附在裂解炉管内壁上和急冷锅炉换热管内壁上。因此需要及时给裂解炉和急冷锅炉进行清焦。2.3.3裂解气分离精制工艺裂解气分离和提纯工艺，是以精馏分离办法完毕。精馏办法规定将组分冷凝为液态。甲烷和氢气不容易液化，碳二以上馏分相对地比较容易液化。因而，裂解气在除去甲烷、氢气后来，其他组分分离就比较容易。因此分离过程重要矛盾是如何将裂解气中甲烷和氢气先行分离。解决这对矛盾不同办法，便构成了不同分离办法。工业生产上采用裂解气分离办法，重要有深冷分离和油吸取精馏分离两种。油吸取精制分离技术经济指标和产品纯度差，现已被裁减。本设计选用是深冷分离。深冷分离是在-100左右低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外其他烃类所有冷凝下来。然后运用裂解气中各种烃类相对挥发度不同，在适当温度和压力下，以精馏办法将各组分分离开来，达到分离目。其经济技术指标先进，产品纯度高，分离效果好，但投资较大，流程复杂，动力设备较多，需要大量耐低温合金钢。图2.2裂解气分离精制流程图第三章 物料衡算3.1概述石脑油裂解年产22.7520万吨乙烯设计项目，采用毫秒裂解炉反映器反映生成裂解气、裂解汽油和燃料油。预解决后分离出裂解气，再对混合裂解气进行分离，得到产物乙烯和丙烯。整个低碳烯烃生产工艺流程重要由催化裂解预解决过程和烯烃精制两某些构成，物料平衡计算侧重质量守恒。3.2物料衡算原理和基准物料衡算理论基本是质量守恒定理。它是研究某一体系内进出物料量及构成变化。进行物料衡算时，一方面必要拟定衡算体系。对普通体系，均可表达为：（物料积聚率）=（物料进入率）-（物料流出率）+（反映生成率）-（反映消耗率）当系统没有化学反映时，则：（物料积聚率）=（物料进入率）-（物料流出率）在稳定状态下有：（物料进入率）=（物料流出率）3.3物料衡算3.3.1石脑油裂解预解决物料形式物料百分含量（质量计%）物料量kg/h进料石脑油31600kg/h出料裂解气73.223223.88裂解汽油15.764978.58燃料油11.043397.543.3.2预解决后裂解气物料裂解原料石脑油转化率中深度裂解气量23223.88kg/h或861866.57mol/h平均相对分子质量26.83裂解气构成（体积分数）/%物料量（摩尔质量）H214.09121437CO+ CO2+ H2S0.322757.97CH426.7823080.76C2H20.413533.63C2H426.10224947.17C2H65.7849815.89C3H40.484136.96C3H610.3088772.26C3H80.342930.35C44.8541800.53C51.048963.41C6204馏分4.5339042.56H2O4.9842920.96物料流入：31600kg/h物料流出：23223.88 kg/h+4978.58 kg/h +3397.54kg/h=31600kg/h（物料进入率）=（物料流出率），因此物料守恒。第四章 热量衡算4.1工艺流程和热量衡算阐明依照能量守恒定律，进出系统能量衡算式为：输入系统中能量从系统输出能量系统中积累能量即： Q过程换热之和，涉及与环境换热和与加热剂或冷却剂换热。W输入系统总机械能。Hout离开设备各物料焓之和。Hin进入设备各物料焓之和。在稳定流动中，系统内积累能量为零。在无机械形式能量互换时过程所需吸取或放出热量等于其焓变。热量衡算就是对过程进行焓衡算，即：本热量平衡计算书以单元设备为衡算对象，考虑下面三种形式热量变化过程：（1）有机械能输入能量转化过程，如压缩机；（2）有化学反映化学能释放过程，如甲醇催化裂解反映；（3）只有物理变化单纯焓变过程，如汽化、冷凝和闪蒸等。通过对重要单元设备进行衡算之后，再对全系统进行热量衡算，以便阐明整个工艺流程中热量变化和运用状况，为公用工程配备提供设计根据。第五章 设备选型5.1反映器设计管式炉裂解技术反映设备是裂解炉，它既是乙烯装置核心，又是挖掘节能潜力核心设备。5.1.1裂解过程对管式炉规定对一种性能良好管式炉来说，重要有如下几方面规定：1、适应各种原料灵活性所谓灵活性是指同一台裂解炉可以裂解各种石油烃原料。2、炉管热强度高，炉子热效率高由于原料升温，转化率增长快，需要大量吸热，因此规定热强度大，管径小可使比表面积增大，可满足规定；燃料燃烧除提供裂解反映所需有效总热负荷外，尚有散热损失、化学不完全燃烧损失、排烟损失等，损失越少，则炉子热效率越高。3、炉膛温度分布均匀其目是消除炉管局部过热所导致局部结焦，达到操作可靠、运转持续、延长炉管寿命。4、生产能力大裂解炉生产能力普通以每台裂解炉每年生产乙烯量来表达。为了适应乙烯装置向大型化发展趋势，各乙烯技术专利商纷纷推出大型裂解炉。裂解炉大型化减少了各裂解装置所需炉子数量，一方面减少了单位乙烯投资费用，减少了占地面积；另一方面，裂解炉台数减少，使散热损失下降，节约了能量，以便了设备操作、管理，减少了乙烯生产成本、维修等费用。当前运营单台气体裂解炉最大生产能力已达到21万吨，单台液体裂解炉最大生产能力达到1820万吨。5、运转周期长裂解反映不可避免地总有一定数量焦炭沉积在炉管管壁和急冷设备管壁上。当炉内管壁温度和压力降达到容许极限范畴值时，必要停炉进行清焦。裂解炉投料后，其持续运转操作时间，称为运转周期，普通以天数表达。因此，减缓结焦速度，延长炉子运转周期，同样是考核一台裂解炉性能重要指标。5.2换热器设计选型5.2.1概述换热器种类诸多，按热量互换原理和方式，可以分为混合式、蓄热式和间壁式三种。本设计使用间壁式换热器。而间壁式换热器又涉及管壳式、管式、板式、液模式等换热器。咱们重要选用管壳式换热器。5.2.2选型范例下面本设计组以反映工段换热器为例做一详细选型阐明。下面本设计组以反映工段换热器为例做一详细选型阐明。（1）计算定性温度、拟定物理常数表5.2.1 物性表项目管程壳程定性温度物理常数（在定性温度）注：，表中物料物性数据通过热量守恒解决以及化工工艺设计手册中得到；（2）初设总传热系数（3）计算对数平均温差热流体 536.7477.8冷流体 100180（4）计算所需传热面积A,拟定换热器参数参照化工原理（天津大学出版）拟定换热器参数：管子为正方形排列 管长，管程数N=2，管数为Nt=160，传热面积，公称直径DN=480mm。（5）对总传热系数进行校核a. 计算传热膜系数 对于管程：对壳程：取换热器列管中心距t=32mm当量直径流体通过管间最大截面积为： 假定b. 计算总传热系数K从换热器设计手册（钱颂文 主编）查得污垢系数： 冷却管子为钢管其导热系数，而其壁厚 因此总传热系数： 因此选用值符合设计规定。（6）压力降计算（参照化工工艺设计手册 第三版上册）对于管程：管程压强降 管程流通面积管内流速为： 设管壁粗糙度为0.1mm,则,则查得因此 对于壳程： 管子为正方形错列,取F=0.4 取折流板间距h=0.15m 挡板数 因此 管程和壳程压强降均符合题设规定表5.2.2 换热器计算成果项目参数壳程单壳程管程双管程壳内径480 mm管数160根排布方式正三角形管间距32 mm管内径20 mm管外径25 mm热负荷10.9913 MMcal/h需换热面积51.2966 m2实际换热面积42.1327 m2平均传热系数194.7 kcal/h .m2. K对数平均温差367.1552 壳压降789.6 Pa管压降1203.9 Pa传质单元数0.2178裕量21.75%依照以上数据，查阅化工工艺手册，选用换热器，通过调试，满足压降规定和1530%裕量及冷却水出口温度规则，最后选用浮头式换热器，型号FA450-52-25-2。5.3塔设备设计5.3.1概述塔有板式塔和填料塔两大类，两者均可以用作蒸馏、吸取等气液传质过程，但各有优缺陷，要依照详细状况进行选取。5.3.2塔型选用原则（1）填料塔优势 a. 小直径塔费用低，便于安装；b. 压降较小，适合于规定压降较小场合；c. 在难分离场合可以减少塔高；d. 用于腐蚀严重场合；e. 适合于发泡物系；f. 用于间歇精馏，由于填料塔持液量低。（2）板式塔优势a. 对于大直径塔设备费用低；b. 不易堵塞，且易清理；c. 适合大液量操作，由于板式塔气流为错流，流量增大对气体负荷影响小；d. 适合于中间内部换热，侧线出料多场合。5.3.4分离塔设计塔设计重要以脱甲烷塔为计算范例进行设计。脱甲烷塔作用是通过混合液挥发度不同将甲烷与C2、C3分离开来。设计此塔时，但愿它能满足如下设计规定：a. 生产能力大，即气液解决量大；b. 分离效率高，气液接触充分；c. 操作稳定，保持高分离效率；d. 流体流动阻力小，及气液通过每层塔板压降小；e. 构造简朴可靠，制造安装容易，设备投资小。（1）塔板选型a. 板式塔塔板种类依照塔板上气、液两相相对流动状态，板式塔分为穿流式和溢流式。当前板式塔大多采用溢流式塔板。穿流式塔板操作不稳定，很少使用。 b. 各种塔板性能比较 工业上需分离物料及其操作条件各种各样，为了适应各种不同操作规定，迄今已开发和使用塔板类型繁多。这些塔板各有各特点和使用体系，咱们将几种重要塔板性能比较列表如下：表5.3.1 几种重要塔板性能比较塔板类型长处缺陷合用场合泡罩板较成熟、操作稳定构造复杂、造价高、塔板阻力大、解决能力小特别容易堵塞物系浮阀板效率高、操作范畴宽浮阀易脱落分离规定高、负荷变化大筛板构造简朴、造价低、塔板效率高易堵塞、操作弹性较小分离规定高、塔板数较多舌型板构造简朴、塔板阻力小操作弹性窄、效率低分离规定较低闪蒸塔浮动喷射板压降小、解决量大浮板易脱落、效率较低浮板易脱落、效率较低下表给出了几种重要塔板性能量化比较：表5.3.2 几种重要塔板性能量化比较塔板类型塔板效率解决能力操作弹性压降构造泡罩板1.01.051复杂浮阀板1.21.41.430.5简朴筛板1.21.31.590.6普通舌型板1.11.21.530.8简朴（2）基本数据表5.3.3 数据表塔板编号气相体积流量cum/h液相体积流流cum/h气相密度kg/cum液相密度kg/cum液相表面张力dyne/cm液相粘度cp1482.471526.096230.0282554.937817.11170.12062518.538825.69431.7322478.358110.19910.072613545.186429.212432.2437459.23588.75430.068344549.225929.765532.3393456.8428.55290.068315549.912929.836532.3421456.55088.51960.068366550.207329.757632.275456.84068.51470.068447550.900329.343431.9775458.46648.5190.068758551.51627.853931.0486465.29818.5210.070192077.446379.040931.9201484.59848.7490.07458102218.81395.886932.3234477.63598.29310.07311112263.467401.432732.5012475.63568.14670.07296122279.657403.495532.5801474.95428.09190.07298132286.219404.339532.6152474.68958.06930.073142289.024404.690232.6291474.58328.05950.07302152290.174404.753632.6239474.5728.05460.07304162289.492404.158732.5506474.80048.04950.0731172284.526400.728232.1819476.35938.06590.0735182284.526242.469732.1819484.06187.91480.07567由于各塔板数据有一定差别，故求出其平均值。表5.3.4 计算成果气相体积流量cum/h液相体积流流cum/h气相密度kg/cum液相密度kg/cum液相表面张力dyne/cm液相粘度cp平均值1492.294226.030932.11633475.46788.8992560.074471（3）塔径令HT=0.55m，hL=0.07m，则 HT - hL=0.48m查化工工艺设计手册泛点关联图得：C20=0.055则C=C20=0.055取安全系数为0.7，则空塔气速为因此塔径 圆整后取D=2.0m。（4）塔径初步核算降液管及流型选取降液管重要有弓形、圆形和矩形三种。当前多采用弓形，因其构造简朴，特别适合于塔径较大场合。液体在塔板上流动途径是由降液管布置方式决定。惯用布置方式有如下几种形式：U型流、单溢流、双溢流、多溢流。下表列出了溢流类型、塔径、液体负荷之间经验数据。表5.3.5 液体负荷与溢流类型关系塔径 cum/h液体流量 cum/hU型流单溢流双溢流100074514009701600980119090-1603000115s，综上，塔径D=2.0m是适当。（5）溢流装置设计a. 溢流堰长b. 溢流堰高度 hw选用平直堰，近似取，则堰上液层高度 取板上清液层高度故，圆整后取因此板上清液层高度c. 弓形降液管宽度与降液管面积有=0.75查手册得 故两侧弓形降液管管宽 两侧降液管面积 为使中间降液管面积等于两侧降液管面积之和，经计算中间降液管管宽故降液管设计合理d. 降液管底隙高度e. 液面梯度平均溢流宽度 液体流道长度 鼓泡层高度液面梯度 （6）塔板布置a. 塔板分块因,故塔板采用分块式。查表得，塔板分为三块（2）边沿区宽拟定取b. 孔布置筛孔按正三角形排列，取筛孔直径 ，则t=17.5m查图得开孔率 依照双溢流型开孔区面积计算公式 因此开孔面积 因此筛孔数 （7）塔板压降a. 干板阻力hc计算取板厚 ，则 ，查得C0=0.85，因此取，可忽视不计。因此气体通过塔板总压降气体通过每层塔板压降（8）雾沫夹带（合格）（9）液泛液校核取，,故不会发生液泛。（10）塔板负荷性能图a. 液漏线由，得b. 雾沫夹带线以kg液/kg气为限，求关系如下：由 ，故 整顿得 c. 液相负荷下限依照平直堰，取堰上液层高度作为最小液体负荷原则。取,则 d. 液相负荷上限以作为液体在降液管中停留时间下限，由式得 e. 液泛线令 由 ，联立得 忽视,将与，与，与关系式代入上式，并整顿得式中 ， ， 将关于数据代入，得 故 或 图5.1塔板负荷性能图（11）塔高a. 塔顶空间高度 b.