乙烯精馏塔设计说明书.doc

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1、处理量为105Kmol的乙烯精馏塔设计目录第一章 乙烯精馏塔设计文献综述第一节 关于乙烯及其制取方法1.1.1 乙烯生产概况31.1.2 乙烯生产方法概述31.1.3 乙烯作为化工原料6第二节 精馏塔1.2.1 填料塔71.2.2 板式塔设计81.2.3 板式塔的性能要求91.2.4 板式塔中气、液相的异常流动101.2.5 塔板上气液两相接触状态101.2.6 常用塔板的类型111.2.7 板式塔和填料塔的性能比较14第二章 工艺流程简介第一节 顺序分离流程 16第二节 前脱乙烷流程 18第三节 前脱丙烷分离流程 18第四节 前、后加氢流程 18第三章 工艺及结构设计计算第一节 工艺设计计算

2、设计条件203.1.1 全塔的物料衡算203.1.2 平均分子量的计算203.1.3 相对挥发度203.1.4 塔内气、液相流量203.1.5 理论塔板数213.1.6 塔径的确定213.1.7 塔板布置、溢流装置 和其余结构尺寸的选取243.1.8 浮阀尺寸与排列253.1.9 塔板校核263.1.10负荷性能图28第二节 结构设计计算3.2.1 塔板结构设计323.2.2 塔底高度、塔顶高度，人孔数，塔总高333.2.3 主要接管尺寸确定343.2.4 仪表管34第三节 强度计算及校核3.3.1 塔壳强度计算363.3.2 质量载荷计算363.3.3 塔的自振周期计算373.3.4 地震载

3、荷及地震弯矩计算373.3.5 风载荷及风弯矩计算393.3.6 最大弯矩计算423.3.7 圆筒应力校核423.3.8 裙座壳轴向应力校核473.3.9 基础环设计473.3.10 地脚螺栓 483.3.11 裙座与塔壳对接焊缝校核 493.3.12 开孔补强计算 49第四章个人重点专题 53 第五章参考文献附录57第一章 文献综述第一节 关于乙烯及其制取方法1.1.1 乙烯生产概况乙烯是结构最简单的一种烯烃，石油化学工业中大多数的中间产品和最终产品均是以烯烃和芳烃为基础原料，约占到总原料烃的四分之三。乙烯是石油化工的重要基础原料，是一个国家石油化工工业发展水平的重要标志。目前世界乙烯生产能

4、力达到83000千吨/年。以下是世界钢铁和乙烯生产发展情况：年份钢铁产量（千吨/年）乙烯产量（千吨/年）1960328150291219654481308661197058079019762197562916021744198066967034057198571890038872198968500049500石油烃裂解制取乙烯，同时还可得到丙烯、丁二烯及三苯等。乙烯可用来制取聚乙烯，采用不同的工艺技术可分别得到高密度聚乙烯、低密度聚乙烯，进而可加工成各种聚乙烯制品。乙烯还可以生产氯乙烯及聚氯乙烯，进而加工制成各种聚氯乙烯制品.近三十年中钢产量增长2.08倍，平均年递增率约2.5%，而乙烯产量增

5、长17.01倍，平均年增长率约10.26%。1.1.2 乙烯生产方法概述1早在30年代就开始对石油烃（碳二以上饱和烷烃）高温裂解生产烯烃（乙烯、丙烯）的技术进行了研究，并在40年代初建成了管式炉裂解生产烯烃的工业装置。经过50多年的发展，石油烷烃经管式炉裂解生产乙烯的方法至今仍在乙烯生产中占统治地位，其乙烯产量占世界乙烯产量的99%。石油烃裂解装置最初采用天然气中回收的乙烷,丙烷为原料。以乙烷为裂解气时，可得到大约80%的乙烯产品，而其余20%则以副产甲烷，氢气为主，而副产丙烯等量甚微。以丙烷为裂解原料时，乙烯收率降低一半，丙烯收率大幅度增加，但芳烃副产量仍较小，一般不具回收利用的价值。随着烯

6、烃需求的增大，仅以乙烷和丙烷为裂解原料远不能满足市场对烯烃的需求，裂解原料开始向重质化发展。除使用轻质烷烃以外，到60年代逐步发展到大量使用石脑油，70年代又将裂解原料扩大到煤油及轻重柴油。（1） 蓄热炉裂解蓄热炉裂解是以蓄热砖为热载体使石油烃裂解制烯烃的技术。此法首先用燃料和空气在蓄热炉燃烧，将蓄热炉内残余氧吹扫至安全范围内，即可通入裂解原料和水蒸气。裂解原料在水蒸气存在的条件下与高温蓄热砖接触，借助蓄热砖提供的热量和温度条件进行裂解反应。随着裂解反应的进行，蓄热砖的温度逐步下降，当温度降至一定程度，则停止裂解原料进料，用蒸汽吹扫，在用燃料和空气进行加热升温（同时烧除积存的结炭）。如此反复循

7、环。（2） 流动床裂解流动床裂解技术是在催化裂化技术基础上发展的烃类裂解技术。它以流动床方式循环固体颗粒热载体，循环的热载体在加热器（或再生器）中被加热，在反应器中则利用热载体积蓄的热量进行烃类裂解反应。由于此法在裂解过程中生成的结炭可在热载体加热过程中烧除，因此可裂解原油，渣油等重质原料而维持连续操作。作为重质油裂解的手段，曾得到广泛重视。TPC法、Lurgi-Ruhrgas砂子炉法、BASF流动床法、K-K法均为有代表性的流动床裂解技术。（3） 流化床部分氧化裂解本法是在流化床反应器中将空气或氧气混入原料烃，部分原料烃燃烧生成的热量供其余原料烃进行裂解的反应，也称为自热裂解法。对轻质裂解原

8、料而言，本法用于生产乙烯，对重质裂解原料则用于制取烯烃。（4） 高温水蒸气裂解高温水蒸气裂解法是以水蒸气为热载体，利用高温水蒸气的热量为裂解反应供热，显然，其技术关键在于高温蒸汽的发生。（5） 管式炉裂解管式炉裂解是以间壁加热方式为烃类裂解提供热量的。通常，首先在对流段中将管内的烃和水蒸气混合物预热至开始裂解的温度，再将烃和水蒸气的混合物送到高温辐射管继续升温，以进行裂解，管式炉裂解法自40年代初实现工业化生产以来已有50年历史，至今仍在乙烯生产中占主导地位。早期的管式裂解炉均为水平排列辐射管的箱式炉，其辐射管水平贴壁排列在辐射室内，由于停留时间长，副反应多，结焦量大，因而难于适应重质原料油的

9、裂解，立式管式裂解炉在60年代研发成功时，其反应停留时间缩至0.6-0.7秒，70年代进一步改进盘式结构，已缩至0.3-0.4秒，80年代经过进一步改进炉管结构，停留时间已缩短至0.1秒以下，即所谓的毫秒裂解炉，毫秒裂解炉技术只有在清焦周期方面进一步改善，才能使其得到发展。（6） 加氢热裂解加氢热裂解是以管式裂解技术为基础，以氢气代替水蒸气作为裂解稀释剂的裂解技术。以氢作稀释剂时，氢可以促进裂解反应，并在裂解反应中使部分不饱和烃加氢饱和，从而减少炉管内的结焦趋势，又由于加氢反应为强放热反应，加氢裂解所需外热相应减少，因此，加氢裂解有可能明显提高裂解温度和缩短停留时间，并可进一步扩大对裂解原料的

10、适应度。但氢的存在对裂解反应也存在负面影响，只能采用加压加氢热裂解而降低能耗的方法来减弱这种影响，但加压条件显然又对裂解反应产生不利影响，这就要求进一步缩短停留时间，以平衡压力对裂解反应的不利影响，此外，将加氢热裂解在重质原料油裂解方面优势与蒸汽裂解在轻烃原料裂解的优势组合起来，可能取得较为理想的效果。（7） 催化裂解法催化裂解法是在催化剂存在条件下，对石油烃进行高温度裂解的过程。研究表明：催化裂解可以提高烯烃的收率，同时也将高芳烃收率。由于催化剂的存在，作为稀释剂的水蒸气可生成活性基团，既可加氢裂解又可促进反应。（8） 小结在烃类裂解生产乙烯的各种裂解方法中，对轻烃、石脑油、煤油、轻柴油，甚

11、至部分重柴油等裂解原料，至今仍是管式炉热裂解法在工业生产中占绝对优势。当使用减压柴油或常压重油做裂解原料时，催化裂解法显示出相当的竞争力。预计，在重油裂解方面，催化裂解法前途十分可观。1.13乙烯作为化工原料由乙烯出发可以生产出许多重要的基本有机化学工业的产品，如下表所示：这些产品不仅与人们的日常生活息息相关，而且关系到一个国家的科技发展和社会进步的程度，因此乙烯的产量是一个国家化学工业发展的水平。第二节 精馏塔2为实现气、液两相的传质过程，如精馏，吸收分离过程，通常需要提供既能使两相接触传质，又能实现两相分离的气、液传质设备。这种传质设备通常可分为两类，即板式塔和填料塔。气、液两相在板式塔内

12、逆向接触，逐级通过塔板，进行多次接触和分离，使两相组成发生阶跃式变化，在填料塔内，气，液两相则是逆向微分接触，两相组成发生连续变化，在塔两端两相进行完全的分离。两种形式的塔设备在生产中均得到广泛的应用。1.2.1填料塔填料塔是最常用的一类汽液传质设备，已有百余年的悠久历史。最早被用做塔填料的是石块、焦碳、玻璃球等，1907年拉西环的出现是一个变革，但在本世纪60年代以前，填料塔仅适用于小直径塔。近二三十年，随着研究的深入，各种新型高效高通量的散装填料和规整填料，以及相应的分布器等塔内件的开发成功，填料塔的设计技术也进入了新阶段，填料塔只能用于小直径塔的历史已告结束。据文献报道，目前矩鞍环填料塔

13、的最大直径达20米，金属波纹填料塔直径达13.4米。填料塔在减压和常压操作中获得了成功应用，在高压操作中也有不少成功的应用实例。填料塔正在汽液传质设备中发挥着十分重要的作用。填料是填料塔的主要构件，塔的性能主要由它决定。工业上采用的填料形式很多，总体上可分为散装填料，规整填料和格栅填料三类。工业生产对填料的基本要求如下：（1） 传质分离效率高（2） 压降小，汽液相通量大综上所述，表明填料流体力学性能的最基本特性为比表面积和孔隙率，/常称为干填料因子，其值小表明他的处理能力较大。填料种类的发展：1、 散装填料从散装填料的发展历程看，它已经经历了三代发展阶段，从1907年到50年代发展出了以拉西环和弧鞍型填料为代表的第一代填料；随后到70年代相继开发出了鲍尔环和矩鞍形填料为代表的第二代填料；从70年代起又开发出了环矩鞍、阶梯环和纳塔环等第三代填料。2、 规整填料与散装填料发展的同时，多种规整填料得到了研究和开发。第一个规整填料斯特曼（stedman）填料于1937年出现