16万吨年 催化重整装置脱戊烷塔的计算设计

毕业设计说明书（论文）

入系统的原料流量、精馏塔的回流量、系统各中间罐的液面及塔操作压力和温度加以控制，对于连续安全生产的参数可采用指示仪表，而不必设自动控制。

1.4 操作条件的选择

当以上原则流程确定之后，应选择各单元设备的操作条件初值，以便系统的严格模拟计算及操作参数的优化。操作条件的选择通常以物系的性质、分离要求等工艺条件以及所能提供的公共工程实际条件作为前提，以达到某一目标为最优来选择适宜操作条件。在精馏装置中，首先选择精馏塔的操作条件，其他单元设备操作条件随之而定。同时，还要考虑本装置与上、下游装置衔接的工况。精馏塔操作条件的选择通常从以下几个方面进行考虑。

1.4.1 操作压力

塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则：

（1）压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于 1.6MPa 才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。

（2）考虑可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。

（3）真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。

1.4.2 进料状态

进料可以是过冷液体、饱和液体、饱和蒸汽、汽液混合物或过热蒸汽。不同的进料状态对塔的热流量、塔径和所需的塔板数都有一定的影响，通常进料状态由前一工序来的原料的状态所决定。从设计角度来看，如果来的原料为过冷液体，则可考虑加设原料预热器，将料液预热至泡点，以饱和液体状态进料。

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这时，精馏段和提馏段的汽相流率相近，两段的塔径可以相同，便于设计和制造，另外，操作上也比较容易控制，从而减少过冷进料时再沸器热流量，节省高品位热能，降低系统的有效能损失，使系统能趋于合理。但是，预热进料导致提馏段气、液相流量同时减少，从而引起提馏段液、气比的增加，为此削弱了提馏段各板的分离能力，使其所需塔板数有所增加。

1.4.3 加热剂和加热方法

由于作为热源的饱和水蒸汽相对比较容易生产、输送、控制，并且具有较高的冷凝潜热和较大的表面传热系数，所以，再沸器的热源通常选择饱和水蒸汽。如果再沸器热源要求温位过高，也可选择其它加热剂，加燃料加热的导热油等。如果在系统内某些工艺热物流的温位及热流量可以满足再沸器的需要，也可选作加热剂，回收系统的热量，实现过程能量集成，降低系统的热量，实现过程能量集成，降低系统的能耗。

在一般情况下，加热剂不能与塔内物料混合，故采用间壁式换热器。但若釜液为水溶液，且水为难挥发组分时，可采用水蒸汽直接加热。直接蒸汽加热具有较高的传热效率，并且可省去再沸器，减少设备投资费，且所用水蒸汽的温位也可稍低一些。

1.4.4 冷却剂

精馏塔常以循环冷却水为冷却剂，将热量从塔顶冷凝器中移出。冷却水进口温度，随生产厂所在地全年气象条件以及凉水塔能力而定。在设计中通常按夏天出凉水塔的水温而定，使装置在最恶劣条件下也能正常运行。可见，在中国南方和北方就存在一定差别。冷却水换热后温升一般在5-10℃或稍高一些，但出口温度一般不超过50℃左右。否则，溶于水中的有些无机盐将析出、结垢，影响传热效果。为便于清洗，循环冷却水一般走冷凝器或冷却器的管程。

当塔顶蒸汽的露点较低，循环冷却水不能将其冷凝时，可适当提高塔的操作压力，使露点升高，从而可以选择循环水为冷却剂，降低操作费用。如果压力提高幅度较大，仍未满足以上要求，则应选择适当等级的高品位冷剂作为冷凝器的冷却剂。这些冷剂由制冷系统提供，其成本远远高于循环水。

如果塔顶蒸汽温度较高，可用于作为其他冷物流提高温位的热源，则既可省去冷却剂，同时又回收了系统热量，降低了生产的成本。

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1.4.5 回流比

影响精馏操作费用的主要因素是塔内蒸气量 V。对于一定的生产能力，馏出量 D 一定时，V 的大小取决于回流比。实际回流比总是介于最小回流比和全回流两种极限之间。由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热蒸汽和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择，因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。

适宜回流比应通过经济核算决定，即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。但作为课程设计，要进行这种核算是困难的，通常根据下面 3 种方法之一来确定回流比。

（1）根据本设计的具体情况，参考生产上较可靠的回流比的经验数据选定； （2）先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的 1.1～2倍，即R＝（1.1～2）Rmin；

（3）在一定的范围内，选5种以上不同的回流比，计算出对应的理论塔板数，作出回流比与理论塔板数的曲线。当R= Rmin时，塔板数为?；R＞Rmin后，塔板数从无限多减至有限数；R继续增大，塔板数虽然可以减少，但减少速率变得缓慢。因此可在斜线部分区域选择一适宜回流比。上述考虑的是一般原则，实际回流比还应视具体情况选定。

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第二章 脱戊烷塔体的设计

2.1 脱戊烷塔材料的选择

2.2 脱戊烷塔设计参照标准

根据上述参考及规定，考虑到选浮伐塔作为本次课题所选设计方案。根据《过程设备设计》当中的有关塔径的工艺计算，再将得到的结果进行圆整，得到的塔径为1200mm。将筒体分为三段，壁厚分别为12mm、14mm和16mm，塔板数为40块。其中精馏段塔板数为20块，提馏段塔板为19块，裙座高度为6800mm，具体设计参照JB/T4710标准。其中脱戊烷塔的封头采用标准椭圆型封头，参照标准JB/T4746-2002设计；人孔的设计参照HG21520-2005标准；塔顶吊柱的设计参照HG/T21639-2005-45标准；接管法兰形式均采用WN/RF型式，具体参照HG20615-97标准。

第三章 脱戊烷塔的强度校核

塔设备大多安装在室外，靠裙座底部的地脚螺栓固定在混凝土基础上，通常称为自支承式塔。除承受介质压力外，塔设备还承受各种重量（包括塔体、塔内件、介质、保温层、操作平台、扶梯等附件的重量）、管道推力、偏心载荷、风载荷及地震载荷的联合作用。由于在正常操作、停工检修、压力试验等三种工况下，塔所受的载荷并不相同，为了保证塔设备安全运行，必须对其在这三种工况下进行轴向强度及稳定性校核。

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