《異戊二烯項目吸收穩(wěn)定工段工藝設計（附流程圖和布置圖）》13000字（論文）

異戊二烯項目吸收穩(wěn)定工段工藝設計[摘要]吸收穩(wěn)定工段的主要作用是將自脫氫反應而來的產品氣中的C1～C4組分吸收分離。本設計是對年產5萬噸異戊二烯項目中吸收穩(wěn)定去除輕組分工段進行初步設計。本工段的任務是除去上一工段反應產生的輕組分（H2以及C1-C4），本設計采用吸收穩(wěn)定系統(tǒng)來完成任務。自三級壓縮機來的三股物料進入氣液分離器V0303,塔頂氣體是摩爾分數為78.6%輕組分進入到吸收塔T0304，經吸收塔T0304塔頂出來氣體純度為99.9%的輕組分作為混合氣出售，塔底混合物回流到氣液分離器V0303。氣液分離器V0303塔底餾出物為摩爾分數為80.5%C4、C5、C8混合物到解析塔T0301，解析塔T0301塔頂混合氣組分回流到B08混合器中，塔底混合物為摩爾分數為99.0%到脫輕組分塔T0302，脫輕組分塔T0302塔頂為純度99.8%的C4組分作為液化氣出售，塔底為摩爾分數99.8%的C5及C8組分進入C8回收塔，塔頂為純度99.9%的C5組分到下一工段，塔底為純度99.8%C8經過B09重復使用。本設計采用Aspen模擬，首先是對工藝進行物料和能量衡算，確定工藝流程中各設備之間的物料基礎信息和熱量變化；進行非標準設備（脫輕組分塔T0302等）和標準設備（泵P0301、換熱器E0301等）的選型，然后繪制車間平立面布置圖；最后分析了項目的環(huán)保和安全問題。[關鍵詞]異戊二烯；吸收穩(wěn)定；塔設計目錄TOC\o"1-3"\h\u95861前言 117691.1設計的目的及意義 1233071.2異戊二烯生產現狀 113481.3設計內容 287542化工工藝與系統(tǒng) 326372.1工藝方案及比較 382492.2吸收穩(wěn)定工藝可行性分析 348442.3工藝流程說明 4327372.3.1Aspen軟件介紹 46472.3.2Aspen流程模擬圖 451102.3.3工藝流程說明 4291092.4原料簡介 5183752.5原料的性質參數 6182563工藝計算 752223.1物料衡算原則 759523.2物料衡算內容 7104483.1.1解析塔T0301 7236723.1.2脫輕組分塔T0302 993243.1.3C8溶劑回收塔T0303 1140883.1.4吸收塔T0304 12323963.1.5V0303 15278643.1.6總物料衡算 16191473.1.7物料衡算一覽表 17290903.2能量衡算 20188113.2.1能量衡算遵循的原則 20290633.2.2設備能量衡算 20277873.2.3能量衡算結果一覽表 28236044設備選型 29318804.1非標準設備的設計 29228654.1.1脫輕組分塔T0302工藝設計 2998874.1.2塔設備選型一覽表 38319794.2標準設備的設計 38173634.2.1換熱器 38175084.2.2換熱器選型一覽表 39273324.2.3泵的設計與選型 40183284.2.4泵選型一覽表 41104195.1自動控制系統(tǒng) 42103175.2儀表的選擇 42255165.2.1儀表的選擇原則 42230995.2.2儀表的選型 42140765.3設備控制方案 43287076車間布置設計 44256926.1車間整體布置 44160826.2車間設備布置 4419176.3車間布置圖 44279067安全生產與環(huán)境保護 46263237.1安全生產 46326277.2環(huán)境保護 4621453結語 4710939參考文獻 481前言1.1設計的目的及意義異戊二烯又稱異戊間二烯，它常態(tài)下是沒有顏色容易揮發(fā)、刺鼻的油狀液體,不溶于水,易溶于有機溶劑，和空氣形成爆炸性混合物。異戊二烯因含共軛雙鍵,化學性質活潑,易發(fā)生均聚和共聚反應,能與許多物質發(fā)生反應生成新的化合物[[][]張慧芳，盛永寧，付燕，陶瓊.異戊二烯的制備及其應用[J].化工技術及發(fā)展，2011，40（10）：35-41.在對國內異戊二烯產量、進口量和需求量進行總結，國內異戊二烯產量日益增高，從國外進口異戊二烯的量大于出口國外的量。為增加異戊二烯的產量，《中國制造2025》中有關綠色發(fā)展2020年指標，我們選用一步脫氫法進行生產。本項目具有很好的發(fā)展前景，在經濟方面和能源利用方面等具有很重要的意義。本設計的內容是50kt/a異戊二烯生產項目中吸收穩(wěn)定去除輕組分工段初步設計。隨著化學化工科技的發(fā)展，再者國家化工生產過程中對異戊二烯需求日益增加，通過異戊烷一步脫氫制備異戊二烯，解除市面的需求量。異戊二烯具有廣泛的應用前景，高純異戊二烯主要用于生產異戊二烯橡膠、丁基橡膠、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物)和SEPS(SIS的加氫產品)，也用于生產專用化學品，如維生素、醫(yī)藥、香料、環(huán)氧固化劑[[][]梁敏艷.異戊二烯應用狀況及發(fā)展趨勢[J].精細與專用化學品,2017,25(07):1-3.一步法生產異戊二烯，相對于兩步法而言生產成本低，有效改善了兩步法生產異戊二烯能耗高的問題。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，電動汽車終將取代燃油汽車，本身作為燃料的C5資源很難再有更高的利用價值，一步脫氫法制備異戊二烯可有效提高C5資源的附加值。新發(fā)展起來的鉻鋁催化劑的活性也比早期鐵鉀基催化劑有了大幅提高。所以選擇異戊二烯生產項目中吸收穩(wěn)定去除輕組分工段作為本次設計課題。1.2異戊二烯生產現狀異戊二烯的生產方法主要有３種：抽離法，脫氫法，化學合成法等。具體內容如下表1-1所示：表1-1異戊二烯生產方法對比生產方法方法簡述優(yōu)缺點抽離法主要有DMF法和ACN法DMF法的原料無需熱處理，選擇性高，但DMF是致癌物質，對人有傷害。ACN法原料充足，價格低廉，對設備腐蝕性小。但是異戊二烯純度不高?；瘜W合成法烯醛法;烯醛一步法缺點:流程長、成本高、收率低、選擇性差脫氫法兩步法：首先將異戊烷脫氫為異戊烯，再將異戊烯催化脫氫得異戊二烯，然后用乙腈萃取蒸餾制得高純異戊二烯產品。一步法：首先將正戊烷異構為異戊烷，再將異戊烷催化脫氫得到異戊二烯，最后用DMA法分離得到精制異戊二烯兩步法工藝復雜。一步法原料易得，工藝簡單，能源用量少，易于分離為了制備異戊二烯的原料價格便宜，工藝簡單，安全環(huán)保，成品純度高，現采用異戊烷一步催化脫氫法制備異戊二烯。本設計主要是吸收穩(wěn)定工段。1.3設計內容此次設計是50kt/a異戊二烯項目吸收穩(wěn)定工段工藝設計，吸收穩(wěn)定去除原料氣中的干氣和液化氣，用于生產異戊二烯。原料經三級壓縮后經氣液分離器輸送至塔（T0301、T0302）去輕組分，再由塔（T0303)去吸收劑，塔頂組分到下一工段。由Aspen模擬得到物料的物理性質，進行物料和能量衡算，對設備進行設備選型和設計。根據設備選型一覽表畫出PID圖和車間平立面布置。

2化工工藝與系統(tǒng)2.1工藝方案及比較目前化工生產中最普遍的除去異戊二烯生產過程中副產物的方法有如下表2-1所示;表2-1工藝方案比較方法優(yōu)缺點純度恒沸精餾法設備開車過程中穩(wěn)定性差，流程難于控制，產品質量不好。≥99%鹽析法操作簡單，但運行生產過程產生的含鹽廢水多且處理難度大?！?9.8%吸附法其能耗低，精制度高。但單一的吸附劑除雜效果差，增加成本。99.98%萃取精餾法生產流程相對簡單，設備投資小，使用的萃取劑帶入新組分，給后期的分離帶來負擔，只適用于小批量生產，能耗較高。99.99%離子交換法能耗少，可以顯著降低處理成本。但具有較好交換效果的離子交換樹脂較難選擇?！?8%滲透汽化膜分離法在分離技術中較先進，減少能源消耗，但不易實現工業(yè)化。99.99%變壓精餾法易實現連續(xù)化，方法成熟，可工業(yè)大量生產，產品純度較高，但操作的條件控制要求高。99.99%通過對以上幾種分離方法的比較，發(fā)現它們幾乎都存在不同程度的缺陷，本設計采用目前國內技術比較成熟的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)來完成。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)可連續(xù)操作，方法成熟，易于工業(yè)批量生產，操作簡單且穩(wěn)定，其能耗低，精度高，降低處理成本，產生的廢棄物少。2.2吸收穩(wěn)定工藝可行性分析反應過程中產生大量氫氣、甲烷、乙烷等不凝氣，以及一些C3-C4輕烴，問了將這些產物分離出，本項目采用國內較成熟的吸收穩(wěn)定系統(tǒng)對反應器出口尾氣進行處理。選擇的吸收劑要比尾氣重，且易于分離。經考慮后選擇用正辛烷作為吸收劑。吸收塔為過吸收塔，主要吸收氣體中的C3+重組分，副產品中含有大量氫氣、甲烷、乙烯等組分的干氣。解吸塔為過解吸塔，主要是將上游過來的液相中溶解的不凝氣除去。脫氫組分塔主要是將C3-C4組分從系統(tǒng)中分離，得到C5組分及C8組分以及副產品液化氣。C8溶劑回收塔主要是將正辛烷與C5組分分離，回收溶劑，循環(huán)利用。異戊二烯多用于合成異戊橡膠的原料,它的用量占異戊烯總量的95%。也是用與合成丁基橡膠的一類聚合單體,以改進丁基橡膠的硫化性能,但用量很少。異戊烯還用于合成樹脂、液體聚異戊烯橡膠等。近年來,由異戊烯合成的里那醇、角鯊烯等用作合成香料、醫(yī)藥、農藥等酌中間體。這方面的異戊二烯的用量雖然占的比例較少,但已得到了市場的重視[[][]?；?曹強.異戊二烯制備及精制技術概述[J].石油化工技術與經濟，2016，32（06）：53-55.[4]齊姝婧,王飛虎,趙孝偉,劉宏吉,劉力軍,吳思陽.國內外碳五分離技術進展[J].彈性體,2009,19(05):71-75.[5]岳鵬.異戊二烯的生產技術及市場分析[J].煉油與化工,2006(02):3-5.[6]國內外精細化工發(fā)展現狀與趨勢[J].化工管理,2009(07):11-13.[7]第十二屆全國人民代表大會第四次會議關于國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要的決議[J].中華人民共和國全國人民代表大會常務委員會公報，2016（02）：242-322.[8]?；?曹強.異戊二烯制備及精制技術概述[J].石油化工技術與經濟，2016，32（06）：53-56.[9]周宏.精細化工建設項目設計方案評價和改進的研究[D].浙江大學,2019.[10]閻兵,何理禮.安裝工程識圖與施工工藝[M].重慶大學出版社:高等職業(yè)教育土建類專業(yè)立體化教材,201608.349.附圖附圖一帶控制點的工藝流程圖（PID）圖一V0303及T0304工藝流程圖圖二T0301及T0302工藝流程圖圖三T0303工藝流程圖附圖二車間設備平面布置圖圖四一層平面布置圖圖五二層平面布置圖圖六三層平面布置圖附圖三車間設備剖面圖圖七A-A面立面布置圖圖八A-A面立面布置圖圖九A-A面立面布置圖2.3工藝流程說明本工段的物料來源于異戊烷脫氫工段，工廠整體生產流程圖如下圖2-1所示： 2.3.1Aspen軟件介紹Aspen是一款大型流程模擬軟件。Aspen主要是用于化工、石化、煉油等一些化工生產的企業(yè)。主要是用于Aspen計算穩(wěn)態(tài)過源程,此軟件可接著計算動態(tài)過程。數據庫物性道模型和數據是得到精確可靠的模擬結果的關鍵。所以可以模擬化工生產，已知的、假設的都可以，但只能穩(wěn)態(tài)模擬，不能模擬一個不穩(wěn)定的過程。2.3.2Aspen流程模擬圖圖2-2Aspen軟件流程模擬圖2.3.3工藝流程說明吸收穩(wěn)定工段的主要作用是將自脫氫反應而來的產品氣中的C1～C4組分吸收分離。為分離異戊烷、異戊稀以及異戊二烯作準備。自反應器而來的產品氣經空冷、水冷冷卻后進入三級壓縮機，三級壓縮機出來的混合氣與來自T0301解吸塔塔頂出來的輕組分混合后經空冷水冷冷卻后進入吸收穩(wěn)定氣液分離器，自三級壓縮機出來的粗異戊烷經泵加壓后進入到氣液分離器，氣液分離器出來的氣體進入到T0304吸收塔。氣液分離器出來的液體經泵輸送到T0301解吸塔，塔頂出來的輕組分與原料氣進行混合，塔釜出來的液體進入到T0302脫輕組分塔，塔頂出來的輕組分作為液化氣進行外賣，塔釜出來的液體進入到T0303C8溶劑回收塔，其中塔底出來的C8溶劑經冷卻器冷卻后與來自罐區(qū)的新鮮C8溶劑混合后經泵送入T0304吸收塔塔頂，氣液分離器出來的氣體經吸收塔塔底進入吸收塔，吸收塔塔頂出來的干氣作為產品出售，塔底出來的液體經冷卻器冷卻后送回氣液分離器。T0303C8溶劑回收塔分凝器出來的混合氣體進入到下一個工段。2.4原料簡介工藝采用一步法生產異戊二烯，本設計采用國內技術比較成熟的吸收穩(wěn)定技術來去除脫氫工段中產生的干氣和液化氣。經三級壓縮機壓縮后得到三股物料作為原料作為本工段的原料，流股號為0302、0303、0304，其工藝條件和組成如下表2-2所示。表2-2原料組分及相關工藝條件一覽表名稱單位030203030304溫度℃4040115.8965壓力bar2.21596.137617.0000摩爾流量kmol/hr121.0585250.8247274.2483H2kmol/hr0.08220.8924184.1729CH4kmol/hr0.02390.24819.3963C2H4kmol/hr0.08820.86048.6877C2H6kmol/hr0.04230.39612.7736C3H6-2kmol/hr0.28832.19785.5442C3H8kmol/hr0.07960.58001.2677CIS-2-01kmol/hr0.66442.64681.6067C4H10-2kmol/hr0.43962.25682.1241IC5kmol/hr34.494280.594023.03232M1Bkmol/hr3.72978.08652.10312M2Bkmol/hr53.759294.975419.23743M1Bkmol/hr1.29003.60981.30752M13Bkmol/hr26.066153.479712.99472.5原料的性質參數通過查找參數手冊，詳情參數如下表2-3至表2-4。代號說明：CIS-2-01：丁烯;C4H10-2:丁烷；IC5：異戊烷；2M1B，2M2B，3M1B：異戊烯的三種同分異構體；3M1B：異戊二烯。整篇中用代號表示。表2-3異戊二烯基本參數物理參量分子量相對蒸汽密度（g/cm2）飽和蒸汽壓（KPa）熔點（℃）沸點(℃)閃點(℃)H22.01580.0713.33(-257.9-259.2-252.8/CH416.04260.42(-164℃)53.32(168.8℃-182.5-161.5-188C2H428.05360.614.0970(℃)-169.4-103.9-100C2H630.06940.4553.32(-99.7℃-183.3-88.6-50C3H6-242.08040.5602.88(0℃)-191.2-47.72-108C3H844.09621.5653.32(-556℃-187.6-42.09-104CIS-2-0156.10181.93299.3（25℃）-185.4-6.3-80C4H10-258.12302.05106.39（℃）-138.4-0.5-60IC572.14982.4879.3（21.1℃）-159.427.8-562M1B70.1340.6653.3（21.6℃）-13331.16-452M2B70.1340.6653.3（21.6℃）-13338.57-453M1B70.1340.6653.3（21.6℃）-13320.06-452M13B68.11820.6853.3（15.4℃）-146.734-54表2-4工藝技術參數設備名稱解析塔T0301脫輕組分塔T0302C8溶劑回收塔T0303吸收塔T0304氣液分離器V0303操作壓力/bar151021403工藝計算3.1物料衡算原則本設計過程中，沒有發(fā)生化學反應，物料衡算可簡化為：輸入=輸出根據下圖（圖3-1）顯示，原料通過吸收穩(wěn)定氣液分離器V0303，輕組分(H2,C1-C3)和少量C4、C5到吸收塔T0304,重組分（C4、C5、C8)和少量輕組分經解析塔T0301、脫輕組分塔T0302和C8溶劑回收塔T0303，分別得到輕組分回到原料氣中、塔頂組分作為產品出售和塔頂組分到下一個工段，C8溶劑回收塔塔釜為C8重復利用。流程簡圖如圖3-1所示：圖3-1工藝流程簡圖3.2物料衡算內容3.1.1解析塔T0301（1）流程模擬采用aspen進行模擬，充分考慮一些其他的影響因素，流程模擬見下圖3-2：圖3-2解析塔T0301設備模擬圖設備狀態(tài)0317設備狀態(tài)0318設備狀態(tài)根據aspen軟件對該過程進行模擬，各管道溫度、壓力如下表3-1所示：表3-1T0301管道狀態(tài)表管道號溫度/℃壓力/bar0317401503185415031915315（3）物料衡算結果經過模擬計算后，得到如表3-2所示的物料衡算結果：表3-2T0301物料衡算結果名稱單位031703180319摩爾流量kmol/hr722.329846.1113676.2199H2kmol/hr6.73406.73400CH4kmol/hr1.83541.83540C2H4kmol/hr9.41579.41570C2H6kmol/hr21.693121.47750.2169C3H6-2kmol/hr9.08641.22637.8602C3H8kmol/hr2.14610.22961.9165CIS-2-01kmol/hr5.04790.13004.9179C4H10-2kmol/hr5.01970.19924.8205IC5kmol/hr139.95831.8045138.15382M1Bkmol/hr14.09160.167213.92452M2Bkmol/hr169.76331.6354168.12793M1Bkmol/hr6.30810.10046.20772M13Bkmol/hr93.63831.020292.6181C8H18-1kmol/hr237.59170.1359237.45593.1.2脫輕組分塔T0302（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立如下圖所示的流程模擬后，流程模擬見下圖3-3：圖3-3T0302設備模擬圖(2)設備狀態(tài)0319設備狀態(tài)0320設備狀態(tài)0321設備狀態(tài)根據aspen軟件對該過程進行模擬，各管道溫度、壓力如下表3-3所示：表3-3T0302管道狀態(tài)表管道號溫度/℃壓力/bar03191531503207511.5032113110（3）物料衡算結果經過模擬計算后，得到如表3-4所示的物料衡算結果：表3-4T0302物料衡算結果名稱單位031903200321摩爾流量kmol/hr676.219919.7320656.4879C3H6-2kmol/hr7.86027.86020C3H8kmol/hr1.91651.91650CIS-2-01kmol/hr4.91794.86930.0486C4H10-2kmol/hr4.82054.82040.0001IC5kmol/hr138.15380.0079138.14592M1Bkmol/hr13.92450.000213.92432M2Bkmol/hr168.12790168.12793M1Bkmol/hr6.20770.04056.16722M13Bkmol/hr92.61810.000192.6180C8H18-1kmol/hr237.45590237.45593.1.3C8溶劑回收塔T0303（1）流程模擬采用aspen進行模擬，流程模擬見下圖3-4：圖3-4T0303設備模擬圖（2）設備狀態(tài)0321設備狀態(tài)0322設備狀態(tài)0323設備狀態(tài)設備狀態(tài)根據aspen進行模擬，數據如下表3-5所示：表3-5T0303管道狀態(tài)表管道號溫度/℃壓力/bar032113110032215120323552（3）物料衡算結果經過模擬計算后，得到如表3-6所示的物料衡算結果：表3-6T0303物料衡算結果名稱單位032103220323摩爾流量kmol/hr656.4879237.7285418.7594IC5kmol/hr138.14590.0371138.10882M1Bkmol/hr13.92430.005713.91862M2Bkmol/hr168.12790.1681167.95983M1Bkmol/hr6.16720.00056.16672M13Bkmol/hr92.61800.084992.5331C8H18-1kmol/hr237.4559237.43210.02373.1.4吸收塔T0304（1）流程模擬采用aspen進行模擬，流程模擬見下圖3-5：圖3-5T0304設備模擬圖(2)設備狀態(tài)0311設備狀態(tài)0312設備狀態(tài)0313設備狀態(tài)0314設備狀態(tài)設備狀態(tài)根據aspen軟件對該過程進行模擬，各管道溫度、壓力如下表3-7所示：表3-7T0304管道狀態(tài)表管道號溫度/℃壓力/bar0311391403124014.50313501403145514.5（3）物料衡算結果經過模擬計算后，得到如表3-8所示的物料衡算結果：表3-8T0304物料衡算結果名稱單位0311031203130314摩爾流量kmol/hr238.4854245.1337208.3989275.2208H2kmol/hr0187.9028185.14752.7553CH4kmol/hr010.30749.66820.6391C2H4kmol/hr012.99569.63623.3593C2H6kmol/hr014.32372.997011.3272C3H6-2kmol/hr03.15690.17022.9867C3H8kmol/hr00.65600.01080.6453CIS-2-01kmol/hr00.425100.4251C4H10-2kmol/hr00.656600.6567IC5kmol/hr0.03715.59590.00385.62922M1Bkmol/hr0.00570.51280.00050.51802M2Bkmol/hr0.16814.81530.01224.97123M1Bkmol/hr0.00050.31910.00010.31952M13Bkmol/hr0.08493.17630.00743.2539C8H18-1kmol/hr238.18900.29030.7450237.73433.1.5V0303（1）流程模擬采用aspen進行模擬，流程模擬見下圖3-6：圖3-6V0303設備模擬圖（2）物料衡算結果經過模擬計算后，得到如表3-9所示的物料衡算結果：表3-9V0303物料衡算結果名稱單位030603070308031503120316摩爾流量kmol/hr320.3595250.8247121.0585275.2208245.1337722.3298H2kmol/hr190.90690.89240.08222.7553187.90286.7340CH4kmol/hr11.23160.24810.02390.639110.30741.8354C2H4kmol/hr18.10330.86040.08823.359312.99569.4157C2H6kmol/hr24.25110.39610.042311.327214.323721.6931C3H6-2kmol/hr6.77052.19780.28832.98673.15699.0864C3H8kmol/hr1.49740.58000.07960.64530.65602.1461CIS-2-01kmol/hr1.73682.64680.66440.42510.42515.0479C4H10-2kmol/hr2.32332.25680.43960.65670.65665.0197IC5kmol/hr24.836780.594034.49425.62925.5959139.95832M1Bkmol/hr2.27038.08653.72970.51800.512814.09162M2Bkmol/hr20.872894.975453.75924.97124.8153169.76333M1Bkmol/hr1.40793.60981.29000.31950.31916.30812M13Bkmol/hr14.014953.479726.06613.25393.176393.6383C8H18-1kmol/hr0.13590.00100.0109237.73430.2903237.59173.1.6總物料衡算（1）流程模擬采用aspen進行模擬，流程模擬見下圖3-7：圖3-7總流程模擬圖（2）物料衡算結果經過模擬計算，得到如表3-10所示的物料衡算結果：表3-10總物料衡算結果名稱單位0302030303040309031303200323摩爾流量kmol/hr121.0585250.825274.24830.7569208.39919.7320418.7594H2kmol/hr0.08220.8924184.17290185.14800CH4kmol/hr0.02390.24819.396309.668200C2H4kmol/hr0.08820.86048.687709.636200C2H6kmol/hr0.04230.39612.773602.99700.21690C3H6-2kmol/hr0.28832.19785.544200.17027.86020C3H8kmol/hr0.07960.58001.267700.01081.91650CIS-2-01kmol/hr0.66442.64681.6067004.86930.0486C4H10-2kmol/hr0.43962.25682.1241004.82040.0001IC5kmol/hr34.494280.594023.032300.00380.0079138.10882M1Bkmol/hr3.72978.08652.103100.00050.000213.91862M2Bkmol/hr53.759294.975419.237400.01220167.95983M1Bkmol/hr1.29003.60981.307500.00010.04056.16672M13Bkmol/hr26.066153.479712.994700.00740.000192.5331C8H18-1kmol/hr0.01090.001000.75690.745000.02373.1.7物料衡算一覽表異戊二烯吸收穩(wěn)定工段Aspen流程模擬圖來體現流程物料組成與狀態(tài)關系。物料衡算一覽表如下表3-11：表3-11物料衡算一覽表名稱單位0302030303040309031103120313摩爾流量kmol/hr121.0585250.8247274.24830.7569238.4854245.1337208.3989H2kmol/hr0.08220.8924184.172900187.9028185.1475CH4kmol/hr0.02390.24819.39630010.30749.6682C2H4kmol/hr0.08820.86048.68770012.99569.6362C2H6kmol/hr0.04230.39612.77360014.32372.9970C3H6-2kmol/hr0.28832.19785.5442003.15690.1702C3H8kmol/hr0.07960.58001.2677000.65600.0108CIS-2-01kmol/hr0.66442.64681.6067000.42510C4H10-2kmol/hr0.43962.25682.1241000.65660IC5kmol/hr34.494280.594023.032300.03715.59590.00382M1Bkmol/hr3.72978.08652.103100.00570.51280.00052M2Bkmol/hr53.759294.975419.237400.16814.81530.01223M1Bkmol/hr1.29003.60981.307500.00050.31910.00012M13Bkmol/hr26.066153.479712.994700.08493.17630.0074C8H18-1kmol/hr0.01090.001000.7569238.18900.29030.7450名稱單位03140317031803190320032103220323摩爾流量kmol/hr275.2208722.329846.1113676.219919.7320656.4879237.7285418.7594H2kmol/hr2.75536.73406.734000000CH4kmol/hr0.63911.83541.835400000C2H4kmol/hr3.35939.41579.415700000C2H6kmol/hr11.327221.693121.47750.21690.2169000C3H6-2kmol/hr2.98679.08641.22637.86027.8602000C3H8kmol/hr0.64532.14610.22961.91651.9165000CIS-2-01kmol/hr0.42515.04790.13004.91794.86930.048600.0486C4H10-2kmol/hr0.65675.01970.19924.82054.82040.000100.0001IC5kmol/hr5.6292139.95831.8045138.15380.0079138.14590.0371138.10882M1Bkmol/hr0.518014.09160.167213.92450.000213.92430.005713.91862M2Bkmol/hr4.9712169.76331.6354168.12790168.12790.1681167.95983M1Bkmol/hr0.31956.30810.10046.20770.04056.16720.00056.16672M13Bkmol/hr3.253993.63831.020292.61810.000192.61800.084992.5331C8H18-1kmol/hr237.7343237.59170.1359237.45590237.4559237.43210.02373.2能量衡算3.2.1能量衡算遵循的原則能量守恒表達式：設備中的熱量總和（對于連續(xù)系統(tǒng)：Q+W=Q??設備的熱負荷W??系統(tǒng)的機械能HoutHin3.2.2設備能量衡算本工段工藝裝置為圖2-2，物料從上一設備到下一設備，都在發(fā)生質量和能量的變化。根據能量衡算得知設備能量變化情況，本工段涉及到水冷器E0305、空冷器E0306、換熱器E0313、解析塔T0301、脫輕組分塔T0302、C8溶劑回收塔T0303、吸收塔T0304、換熱器E0312。1.水冷器E0305（1）流程模擬圖采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖3-8如下所示：圖3-8E0305設備模擬圖（2）設備能量衡算結果設備運算結果如圖3-9所示：圖3-9計算結果經模擬后，水冷器E0305能量衡算結果如下圖3-10：圖3-10能量衡算結果圖2.空冷器E0306（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下圖3-11所示：圖3-11E0306設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到的設備運算結果如圖3-12所示：圖3-12計算結果圖經模擬后，空冷器E0306能量衡算結果如下圖3-13所示：圖3-13能量衡算結果圖3.換熱器E0313（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下圖3-14所示：圖3-14E0313設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到的設備運算結果如圖3-12所示：圖3-15計算結果圖經模擬后，換熱器E0313能量衡算結果如下圖3-16所示：圖3-16能量衡算結果圖4.換熱器E0312（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下圖3-17所示：圖3-17E0305設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到的設備運算結果如圖3-12所示：圖3-18計算結果圖經模擬后，換熱器E0312能量衡算結果如下如下圖3-119所示：圖3-19能量衡算結果圖5.解析塔T0301（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下如下圖3-20所示：圖3-20T0301設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到的設備運算結果如圖3-12所示：圖3-21計算結果圖經模擬后，解析塔T0301能量衡算結果如下如下圖3-22所示:圖3-22能量衡算結果圖塔釜再沸器能量衡算塔釜再沸器能量衡算結果如下表3-12所示:表3-12塔釜再沸器能量衡算結果溫度(℃)熱負荷KW冷源使用量（kg/h）餾出物流率（kmol/h）回流速率（kmol/h）166.355475.7232056.13676.22330.136.脫輕組分塔T0302（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下圖3-23所示：圖3-23T0302設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到的設備運算結果如圖3-24所示：圖3-24計算結果圖經模擬后，解析塔T0301能量衡算結果如下如下圖3-25所示：圖3-25能量衡算結果圖（3）塔頂冷凝器能量衡算結果塔頂冷凝器能量衡算結果如下表3-13所示：表3-13塔頂冷凝器能量衡算表溫度(℃)熱負荷KW冷源用量（kg/h）餾出物流率（kmol/h）回流速率（kmol/h）39.89-5919.743590.3319.7321177.48塔釜再沸器能量衡算結果塔釜再沸器能量衡算結果如下表3-14所示：表3-14塔釜再沸器能量衡算表溫度(℃)熱負荷（KW）熱源用量（kg/h）塔釜物流率（kmol/h）回流速率（kmol/h）146.464864.094320.48656.488246.2657.C8溶劑回收塔T0303（1）流程模擬采用aspen進行模擬，建立流程模擬圖如下如下圖3-26所示：圖3-26T0303設備模擬圖（2）設備能量衡算結果得到如圖所示的設備運算結果如下圖3-27所示：圖3-27計算結果圖(3)能量衡算結果經模擬后，C8溶劑回收塔T0303能量衡算結果如下如下圖3-28所示：圖3-28能量衡算結果圖塔頂冷凝器能量衡算結果塔頂冷凝器能量衡算結果如下表3-15所示：表3-15塔頂冷凝器能量衡算表溫度(℃)熱負荷（KW）冷源使用量（kg/h）餾出物流率（kmol/h）回流速率（kmol/h）55.21-1496.2537650.35418.759215.382塔釜再沸器能量衡算結果塔釜再沸器能量衡算結果如下表3-16所示：表3-16塔釜再沸器能量衡算表溫度(℃)熱負荷（KW）熱源使用量（kg/h）塔底物流率（kmol/h）回流速率（kmol/h）151.4682467.142062.15237.729246.2653.2.3能量衡算結果一覽表本設計能量衡算結果如表3-17所示：表3-17能量衡算結果一覽表設備代號熱負荷/kWV0303-149.8079E0305-135.3115E0306-462.6576E0312-2106.9500E0313-187.1272T0301塔底再沸器5475.72T0302塔頂冷凝器/塔底再沸器-5915.7437/4864.0855T0303塔頂冷凝器/塔底再沸器-1496.2451/2467.10224設備選型4.1非標準設備的設計本設計的非標準設備有解析塔T0301、脫輕組分塔T0302、C8溶劑回收塔T0303和吸收塔T0304，非標準設備的設計以脫輕組分塔T0302為例，進行設計；解析塔T0301、C8溶劑回收塔T0303和吸收塔T0304按此方法進行同理計算設計。4.1.1脫輕組分塔T0302工藝設計1.流股參數脫輕組分塔T0302流股信息如下表4-1所示：表4-1T0302進出口流股信息表描述031903200321溫度C166.350039.8926146.4633壓力bar15.00001010摩爾焓J/kmol-107138831.9-54669723.0100-114482888.3000質量焓J/kg-1258172.198-1102324.2240-1327751.0680摩爾熵J/kmol-K-490734.5998-297291.4951-511036.5002質量熵J/kg-K-5762.8837-5994.3896-5926.9055摩爾密度kmol/cum5.502810.35525.9265質量密度kg/cum468.5879513.5681511.0052焓流量kW-20124.8377-299.6520-20876.8411平均分子量85.154349.595086.2232摩爾流量kmol/hr676.220019.7321656.4879C3H6-2kmol/hr7.86027.86020C3H8kmol/hr1.91651.91650CIS-2-01kmol/hr4.91794.86930.0486C4H10-2kmol/hr4.82054.82040.0001NC5kmol/hr000IC5kmol/hr138.15380.0079138.14592M1Bkmol/hr13.92450.000213.92432M2Bkmol/hr168.12790168.12793M1Bkmol/hr6.20770.04056.16722M13Bkmol/hr92.61810.000192.6180C8H18-1kmol/hr237.45590237.4559摩爾分率C3H6-20.01160.39830C3H80.00280.09710CIS-2-010.00730.24680.0001C4H10-20.00710.24430NC50.20430.00040.2104IC50.020600.02122M1B0.248600.25612M2B0.00920.00210.00943M1B0.137000.14112M13B0.351200.3617體積流量cum/hr122.88641.9055110.7708操作環(huán)境中存在有烷烴、烯烴等，對材料特殊性要求較小，所以材料的選擇與環(huán)境的溫度、壓力等條件有關。Q345R滿足材料的溫度和壓力范圍，因此選擇Q345R作為筒體及封頭的材料。2.計算塔徑以最大負荷進行設計，據表4-1，令塔板間距HT=0.050m,板上清液HT+查smith關聯圖：C得：

C=u故：

u=0.8由上式：

D=圓整：

D=截面積：

A空塔氣速：

u=塔徑D=2.0m時，選用D=500mm～800mm的板間距，故塔板間距H3.計算實際塔板數及進料板由Aspen模擬得到的理論板數為60塊，理論加料板位置為第30塊。結果如圖4-1所示：圖4-1理論塔板數模擬圖根據Aspen的模擬結果，設備的理論塔板數和進料板位置如下表4-2所示：表4-2理論塔板數和進料板位置名稱理論塔板數進料塔板位置T03026030物料性質是影響塔板效率的最重要的因素，取O'connell法奧康奈爾o'connell關聯式是全塔效率與粘性和相對揮發(fā)度的關聯方程奧康奈爾o'connell關聯式是全塔效率與粘性和相對揮發(fā)度的關聯方程E計算后得所以實際塔板數N根據生產要求，實際進料板為塔頂和塔底，因此實際進料板為第1塊和第82塊。4.塔形選擇流型選擇表4-3溢流類型與塔徑的關系塔徑液體流量10001400160020003000U型流<7<9<9<11<11單溢流<45<70<80<90<110雙溢流90～160110～200由于D=2.0m5.計算塔內件在Aspen內ColumnInternals模塊中新建塔內件設計，如下圖4-2、4-3所示：圖4-2塔內件設計圖4-3塔內件設計根據《化工工藝設計手冊》中的要求，對塔板參數進行調整，使得塔內流體流動參數符合設計定并滿足工藝許需要。結果如下圖4-4所示：圖4-4軟件模擬結果圖參數輸入完全后，進行運算，運行結果無報錯，無警告，說明塔內件設計合理。塔的詳細參數如下表4-4、4-5、4-6所示：表4-4塔板詳細結構參數-基本參數參數名稱單位數值/種類塔板類型-精餾段為單溢流篩板塔板起始塔板-第2塊終止塔板-第60塊直徑m2板間距m0.7筒體總高度m45降液管數個2孔徑m12.7橫截面積m20.6362有效傳質面積m20.4214凈面積m20.5288表4-5塔板詳細結構參數-降液管參數區(qū)域側降液管的數值單位降液管底隙高度CS-1段為55，CS-2段為50mm降液管頂部寬度CS-1段為371.5，CS-2段為279.5mm降液管底部寬度CS-1段為371.5，CS-2段為279.5mm表465塔板詳細結構參數-溢流堰參數區(qū)域數值單位溢流堰長度CS-1段為58.33，CS-2段為38.33mm溢流堰高度CS-1段為1556，CS-2段為1387mm設計條件一覽表如下表4-7所示：表4-7設計條件一覽表設計條件參數設計壓力MPa1.1設計溫度℃190實際塔板數60實際加料位置30理論塔板數60理論加料位置30塔體材料Q345R6.計算塔板負荷性能（1）漏液線因uu?計算得

V函數關系式

V選取合適Ls,代入函數關系式得Vs，其結果如表4-8計算結果表L0.00180.00230.03810.0377V1.301.331.761.75由上表數據可做出漏液線。(2)液沫夾帶線使eV=0.1，eu??因此

?eV取合理數值計算結果如下表4-9：表4-9計算結果統(tǒng)計L0.00190.00230.03700.0378V7.137.085.145.14由表數據可做出液沫夾帶線。(3)液相負荷上限線和下限線停留時間下限θ=4sθ=A故

L畫出液相負荷上限線平直堰最小液相負荷是堰上液層高度?L作出液相負荷下限線。(4)液泛線查找公式Hd=φHT+忽略?σ,將?OW與Ls,?aabcd則

4.281×10?3取合適Ls值算出Vs的值數據如表表4-10計算結果列表L0.00180.00230.03700.0378V7.867.832.772.64由上表作出液泛線。(6)篩板塔的負荷性能圖結果如下圖4-5所示：圖4-5塔板負荷性能圖漏液線控制塔的操作上限，液泛線控制下限。查得V故操作彈性K=4.157，故塔設計合理。塔設備的機械設計（1）塔高的計算根據標準SH3098-2011《石油化工塔器設計規(guī)范》，相鄰人孔間的距離宜為5m左右。塔板間距為700mm，共59塊塔板，故在塔中間與塔底開2個人孔。開設人孔的塔板間距HT為800mm。因此可求得塔板段的塔高Hb為：H為減少塔頂出口氣中的液滴夾帶，空間高度一般取1.00~1.50m，此處取Hd=1.50m；對于塔底產量較大的塔，取2~5min的儲量，此處Hw取1.50m。綜上所述，塔的筒體高度H1為：H(2封)頭的高度封頭的選型根據《GB/T25198-2010壓力容器封頭》選型。該塔精餾段內徑為2000mm，故上封頭選用DN=2000mm的EHA型標準橢圓封頭，總深度H2=500mm。其中，曲邊高度為hi=350mm，直邊高度h=25mm。(3)裙座的高度裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎環(huán)之間的高度。由于塔體的內徑設置為2000mm，此處選用DN=2000mm的圓柱形裙座，裙座高度由塔底封頭切線至出料管中心線的高度U和出料管中心線至基礎環(huán)的高度V兩部分組成。則裙座高度H3：H綜上所述，全塔的總高度H為：H=4.1.1.7.4接管的計算1.塔頂氣體出料管接管設計取氣體流速為10m/s，根據Aspen模擬結果，塔頂氣體的流量為110.11m3/h。則塔頂出料管管徑為：d=根據中國石化無縫鋼管SH3405-2012，選擇公稱直徑為65mm的鋼管作為氣體出口物料接管，且該管開在筒體上封頭處。2.塔底液體出料管接管設計取液體流速為2m/s，根據Aspen模擬結果，塔底液體的流量為1.91m3/h。則塔底出料管管徑為：d=4V根據中國石化無縫鋼管SH3405-2012，選擇公稱直徑為20mm規(guī)格的無縫鋼管作為液體出料管的接管，且該管開在筒體下封頭處。(5)塔設備設計小結表4-11T0302設備選型一覽表設計壓力/MPa1.1設計溫度/℃190塔體直徑/mm2000實際塔板數82塊理論塔板數60塊實際加料板第30塊理論加料板第30塊人孔數目（含裙坐）6個塔總高/m37.6塔板類型篩板塔，浮閥塔筒體材料Q345R封頭材料Q345R4.1.2塔設備選型一覽表表4-12塔設備選型一覽表設備位號T0301T0302T0303T0304設備名稱解析塔脫輕組分塔C8溶劑吸收塔吸收塔塔型篩板浮閥塔篩板塔篩板塔內徑/mm2000200015002000設計溫度/℃7019017070設計壓力/MPa1.651.11.115.4塔體材料Q345RQ345RQ345RQ345R壁厚/mm30202030塔總高/mm42300376003460040300裙坐高/mm3500350035003500封頭形式標準橢圓標準橢圓標準橢圓標準橢圓4.2標準設備的設計4.2.1換熱器1.以換熱器E0313為例設計條件如下表4-13：表4-13E0313設計條件進口物流進口溫度/℃出口物流出口溫度/℃壓力/MPa管程031450.30315401.5殼程冷卻水20冷卻水251.52.確定主要物性數據其中管程的定性溫度計算過程為：T=其中殼程的定性溫度計算過程為：T=3.工藝過程計算換熱器所通過的熱量為Q=187.127KW平均傳熱溫差Δtm計算過程為：?用符號△tm校正：R=P=差溫差校正系數圖（殼程1程，管程2程）得到平均溫差校正ε?t=0.96?t?4.換熱器選型由Aspen模擬得，K=939.3代入公式得

Q=K?A=Q取裕度為1.3，則A=1.3×根據《換熱器工藝設計》,換熱器的型號有PLS10。4.2.2換熱器選型一覽表換熱器選型一覽表如下表4-14所示：表4-14換熱器選型一覽表序號編號型號換熱管數目換熱面積數量材料1E0306PLV648162Q345A2E0312PLX3075171Q345R3E0313PLS11051736.81Q345R4E0326PLP301072810Cr18Ni95E0327PLL964275720Cr18Ni96E0328PLM5276823820Cr18Ni97E0329PLB3010829.120Cr18Ni98E0330PLK200407137.420Cr18Ni94.2.3泵的設計與選型以泵P0301為例P0301基礎數據如下表4-15。表4-15泵P0301基礎數據溫度壓力體積流量V40℃2.2159bar13.57m3/h摩爾流量壓降粘度μ121.06kmol/h?p=27Kpa0.002Pa?s對泵衡算式：H=?Z+管徑d=查找常用管道規(guī)格表，得到規(guī)格為φ60校正流速：u=雷諾準數：Re=取絕對粗糙度ε=0.3mm相對粗糙度為：ε摩擦系數為λ=0.024。?P動壓頭之差：?直管阻力：h總局部阻力：h兩截面處位頭差△Z=21m，將上述結果相加，得泵的揚程為：H=△Z+=21+根據流量Vs=13.57m3h和揚程H=44.01m，查得4.2.4泵選型一覽表泵選型一覽表如下表4-16所示：表4-16泵選型一覽表序號編號型號流量(L/s)揚程（m）軸功率（kw）效率%電機型號電機功率（kw）臺數/臺1P0301IS165-40-20013.57444.4249Y160M-47.522P0302IS165-40-20014.91185.7548Y80S-27.523P0303IX150-32-1603.16322.0855Y131S2-1324P0304IX180-65-125A15.5182.5255Y132S2-2425P0305IS100-65-20012.5502.3373Y160M-47.526P0306IS125-100-20014.5553.8362Y160M-47.527P0307IS100-80-12530245.8667Y131S2-16.028P0308IX180-65-125A15.5182.5255Y132S2-2425.1自動控制系統(tǒng)此次設計遵從安全生產要求，按照工藝流程和設備操作條件與需要，配備系統(tǒng)控制室，用于自動控制與監(jiān)控工藝生產，使產品生產過程安全可靠并且便于操作人員操作。具體如下表5-1：表5-1自動控制系統(tǒng)表編號自動控制系統(tǒng)內容SIS安全儀表系統(tǒng)用于減輕事故造成的損失，具有先進得計算方法十分的可靠有效。DCS集散控制系統(tǒng)又稱分布式計算機控制系統(tǒng)，是由現場控制單元，操作站等單元模塊組成的系統(tǒng)的組態(tài)。ESD緊急停車系統(tǒng)作為安保系統(tǒng)當緊急情況發(fā)生時會自動發(fā)出信號，并進行緊急停車，對運行設備進行保護，最大程度的減少財產損失。FGS火氣探測系統(tǒng)對工廠有危險得氣體得信號進行收集后發(fā)出警報，具有相對完善得報警機制。FCS現場總控系統(tǒng)使現場設備能與通信網絡結合，具有互相操作性，速度快，數字化程度高得優(yōu)點。5.2儀表的選擇5.2.1儀表的選擇原則儀表是工藝流程中對設備監(jiān)控的重要儀器，應當按照項目所需實際處理量，設備儀器的特點等進行適合的選擇。自動化儀表要以安全，集中統(tǒng)一，經濟耐用多樣的原則對其進行選用，尤其是要確保產品生產流程的穩(wěn)定性與有效性。在工藝生產流程中難免會有危險工段，因此針對此類情況更要求所安裝的自動化儀表要能滿足工藝的控制精度，靈敏度。必要時應按照相關規(guī)定，選擇防火防爆的產品。對儀表的選擇應為智能儀表，以節(jié)約成本，降低人力成本，減少維護強度，且便于對儀表等設備的維護與管理。5.2.2儀表的選型液位測量儀表：液位測量是當今工業(yè)工藝重要的參數之一，目前市場上主要的液位計有磁翻板液位計，磁致伸縮液位計，雷達液位計等。本工段設計選用磁翻板液位計，其擁有良好的讀取性，結構輕巧操作簡便的優(yōu)點流量測量儀表：又稱流量計可以測量液體壓力或吸力