化工课程设计-正戊烷、环戊烷生产流程设计讲义

第1章总论

1.1 原料及产品

原料：

产品及规格：

①正戊烷脱附剂：nC

5

纯度≥95%，

iC

5+nC

5

≥99%,

c-C

5

<0.5%;

②环戊烷发泡剂：c-C

5

纯度≥91%。

1.2 装置概况

生产规模：40万吨/年

年操作时间：8000小时

公用工程：水、电、汽

循环冷却水：上水T=30℃回水 T=40℃

加热用低压蒸汽：P=0.4Mpa(G)

1.3 产品性能及用途

1.3.1 产品性能、用途以及生产方法

正戊烷为五色带汽油味的液体，挥发性很大与醚、烃类任意互溶，

易燃可用做分子筛脱蜡工艺的脱附剂，聚苯乙烯的发泡剂，用途广泛。它是碳五馏分加氢后的主要成分，开发它的分离和应用技术有重要意义，它可以由1.5-二溴戊烷与锌作用或氢化环戊二烯制得，正戊烷由石油裂解产物分离而得以乙烯裂解副产品C5为原料，经过解聚、加氢等工艺可以获得高纯度环戊烷，本套装置主要生产正戊烷和环戊烷两种产品，同时副产正丁烷、异丁烷、异戊烷的混合物以及异己烷和正己烷的混合物。

1.3.2 市场需求及其它

目前国内高纯度异戊烷、正戊烷、环戊烷及混合戊烷发泡剂生产厂有36家，生产能力150kt/a左右。其中原料供应稳定、工艺先进、产品质量好、生产规模较大的生产厂家有5家，总生产能力为106kt/a，占全国生产能力的71%，这5家企业主要集中在经济相对发达的东南沿海地区。

戊烷消费量的增长与氟利昂禁用有直接关系，根据1992年各国通过的《蒙特利尔议定书》，要求各国在2000年停止使用臭氧层消耗物质氟利昂，戊烷作为最终替代产品，未来几年其发展潜力巨大。目前，我国戊烷的年消费量近66h，其中，EPS（发泡聚苯乙烯）戊烷发泡剂的消费量约30kt／a，约占总消费量的45%；聚氨酯的发泡剂消费戊烷33kt ／a，约占总消费量的50%；线性低密度聚乙烯戊烷载溶剂消费量3kt ／a，约占总消费量的5%。

目前，国内戊烷的供大于求，但产品质量、产品品种、售后服务与国外比有一定差距；预计2010年现有的生产装置规模小、原料不稳定、工艺落后、生产成本高的生产厂家将逐步退出市场。戊烷的供需平衡尚有一定缺口，但高档产品供应不足，同时布局不合理的问题也将更加突出，东北地区存在明显缺口。（中国戊烷及戊烷发泡剂产业研究分析报告------ 经纬万方信息网）

1.4 设计进度安排

讲课（1.5天）

了解课题、确定工艺方案(0.5天)

三塔物料平衡(3.5天)

三塔能量平衡(1.5天)

三个精馏塔设备工艺设计计算(3天)

所有换热器、容器、泵的工艺计算及选型(3天) 前面计算结果汇总、细节问题、小结等(1天)

绘制板式塔条件图、PID、设备布置图(6天)

整理工艺设计计算书(4天)

计算书装订、复习考试(1天)

第2章工艺流程设计

2.1 工艺流程介绍

由产品要求将原料分为四组：

A：异丁烷、正丁烷、异戊烷B：正戊烷

C：环戊烷D：2-甲基戊烷、正己烷确定三种产品共需三个塔，有五种塔序：

表2-1：工艺流程设计方案对比表

选择第三种方案，工艺流程图如下图：

图2-1工艺流程图

2.2生产流程简述 对图2-1分析流程：

①原料，经换热器E-101换热后进入精馏塔T-101，塔顶馏出物A 组分经冷凝器E-102，进入回流罐D-103，小部分回流至塔T-101，大部分进入A 的产品储罐D-102，T-101底部馏出物B 、C 、D 组分经换热后进入精馏塔T-201;

②B 、C 、D 组分在T-201分馏后塔顶得到B 、C 组分，小部分回流至T-201，大部分进入第三个塔T-301，塔底馏出物D 组分经冷却器E-204后进入副产品罐D-202；

③B 、C 组分经分馏后塔顶得到产品B ，小部分回流，大部分进入产品罐D-302，塔底产品为组分C ，经冷却后，进入产品储罐D-303。

2.3 典型设备自控流程说明

①提馏段温度控制 用提馏段塔板温度控制加热蒸汽量，从而控制V S ,并保持L R 恒定，D 和W 都按物料平衡关系，由液位调节器控制。这是目前应用最多的蒸馏塔控制方案，它比较简单，调节迅速，在一般

情况下也比较可靠。

当对塔釜的成分要求较之对馏出液为高时或对塔顶和塔釜产品要求相近时，又是液相进料，也往往采用此方案。T-101、T-301选择提馏段控制。

流量恒定，

②精馏段温度控制用精馏段塔板温度控制D，并保持V

S

它适于馏出液的纯度要求较之釜液高的情况。T-201的温度控制采用此方案。

第3章物料衡算

戊烷油分离装置年处理量为4万吨，生产时间取8000小时，则每小时处理量为 5000kg/h。本章对3个塔进行物料衡算，确定塔的类型。

原料物性如下：

[2]

3.1 T-101的物料衡算

3.1.1塔-101清晰分割物平表

取轻关键组分为异戊烷，回收率为87%；重关键组分为正戊烷，回收率为84%。做物料衡算，结果见表3-1-1。

3.1.2 确定回流罐压力

水做冷却剂，因塔顶出料，故取回流罐温度为45℃ 由泡点方程∑Ki*Xi=1试差求压力。

初始设P

b

=1.75 atm，得表3-1-2。

所以回流罐压力为1.75atm。

3.1.3塔内其他压力估算及温度的确定

选取填料塔，取△P

DL =0.15atm 则P

D

=1.9atm

△P

FD =0.07atm 则P

F

=1.976atm

△P

WF =0.07atm 则P

W

=2.04atm

3.1.3.1塔顶温度确定

初始设T

D

=50℃ 由露点方程∑Yi/Ki=1确定塔定温度

表3-1-3 塔顶温度试差表

所以塔顶温度为51℃。

3.1.3.2塔底温度确定

初始设T

W

=120℃，由泡点方程∑Ki*Xi=1确定塔底温度