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1、目录第 1 章 工艺综述 11.1 催化裂化的工艺流程 11.2分馏塔顶冷却系统工艺 31.3 工艺流程图 3第 2 章 塔的工艺设计 42.1浮阀塔的工艺设计 42.2 塔板的流体力学计算 18第 3 章 结构设计 243.1 塔总体高度计算 243.2 塔的接管 25第 4 章 塔的强度校核 274.1筒体和封头厚度计算 274.2 质量计算 284.3 塔的自振周期计算 334.4 风载荷计算 334.5 地震载荷计算 344.6 截面的最大弯矩 364.7 圆筒轴向应力校核 364.8 容器液压试验时的应力校核 374.9 裙座厚度 394.10 基础环设计 424.11地脚螺栓 43
2、4.12裙座与壳体的对接焊缝验算 44第 5 章 全塔工艺设计结果 45参考文献 47第1章工艺综述1.1催化裂化的工艺流程催化裂化装置通常由三大部分组成，即反应再生系统、分馏系统和吸收稳定 系统。现以提升管催化裂化为例，对三大系统分述如下。1.1.1反应再生部分新鲜原料（减压馏分油）经换热后与回炼油混合，进入加热炉预热至300380C（温度过高会发生热裂解），借助于雾化水蒸气，由原料油喷嘴以雾化状态 喷入提升管反应器下部（回炼油浆不经加热直接进入提升管），与来自再生器的高 温催化剂（650700E ）接触并立即气化，油气与雾化蒸汽及预提升水蒸气一起 以78m/s的线速携带催化剂沿提升管向上流
3、动、边流动边进行化学反应，在470 510C的温度下停留24s,以1320m/s的高速通过提升管出口，经过快速分离 器，大部分催化剂被分出落入沉降器下部，气体（油气和蒸汽）携带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进入集气室，通过沉降器顶部出口进入分馏 系统。积有焦炭的催化剂（待生剂）自沉降器下部进入汽提段，用过热水蒸气汽提吸 附在催化剂表面的油气。经汽提后的待生剂通过待生斜管、待生单动滑阀进入再 生器，与来自再生器底部的空气（由主风机提供）接触形成流化床层，进行再生反 应同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度。再生器密相段温度约 6550700E顶部压力维持在 0.150.2
4、5MPa（表），床层线速约为0.71.0m/s。再 生后的催化剂（再生剂）含碳量小于0.2%，经淹流管、再生斜管及再生单动滑阀进 入提升管反应器，构成催化剂的循环。烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进 入旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气通过集气室和 双动滑阀排入烟囱（或去能量回收系统）。回收的催化剂经旋风分离器的料腿返回 床层。1.1.2分馏部分由沉降器顶部出来的高温反应油气进人催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段后进入分馏段，经分馏得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油（也可以不出）、回炼油和油浆。塔顶的富气和粗汽油去吸收稳定系统；轻、重柴油分别经汽提、 换热、冷却后出装置
5、，轻柴油有一部分经冷却后送至再吸收塔作为吸收剂，然后 返回分馏塔；回炼油返回提升管反应器进行回炼；塔底抽、出的油浆即为带有催 化剂细粉的渣油，一部分可送去回炼，另一部分作为塔底循环回流经换热后返回 分馏塔脱过热段上方（也可将其中一部分冷却后送出装置）。1.1.3吸收稳定部分吸收稳定系统包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔及相应的冷换设备， 其中吸收和解吸两塔，在有些装置中是叠置起来的，而在有些装置中分开放置。 其作用是利用吸收和精馏的原理将富气和粗汽油分成干气、液化气和蒸汽压合格 的稳定汽油。吸收塔和解吸塔的操作压力为1.02.0MPa。从分馏系统油气分离器出来的富 气经气压机压缩、冷却并分出
6、凝缩油后从底部进入吸收塔。稳定汽油和粗汽油作 为吸收剂由塔顶部进入，吸收了 C3，C4（同时也会吸收部分C2）的富吸收油从塔底 抽出送至解吸塔顶部。因为吸收是放热过程，故在吸收塔设有12个中段循环回流，以维持塔内较低温度。从吸收塔顶出来的贫气中夹带有汽油，经再吸收塔用 轻柴油回收其中的汽油组分后成为干气送至瓦斯管网，轻柴油返回分馏塔。富吸收油中含有C2组分不利于稳定塔的操作，解吸塔的作用是将富吸收油中 的C2解吸出来。从压缩富气中分出的凝缩油（C3，C4和轻汽油组分）和富吸收油由 顶部进入解吸塔。解吸是吸热过程，操作温度比吸收塔高，塔底有再沸器供热。 塔顶出来的解吸气中除含有 C2外，还有相当
7、数量的C3，C4所以经冷凝冷却后进入 中间罐，重新平衡后气相混入压缩富气进吸收塔，液相混入凝缩油进解吸塔。解 吸塔底为脱乙烷汽油，该汽油的 C2含量应严格控制，否则会影响稳定塔顶冷凝冷 却器的工作效率，并且会由于需要排出不凝气而损失。1.1.4能量回收部分从再生器出来的高温烟气进入三级旋风分离器，除去烟气中绝大部分催化剂 微粒后，通过调节蝶阀进入烟气轮机 （又叫烟气透平）膨胀作功，使再生烟气的动 能转化为机械能，驱动主风机（轴流风机转动，提供再生所需空气。开工时无高 温烟气，主风机由电动机（或汽轮机，又称蒸气透平）带动。正常操作时如烟气轮 机功率带动主风机尚有剩余时，电动机可以作为发电机，向配
8、电系统输出电功率。 烟气经过烟气轮机后，温度、压力都有所降低（温度约降低100150C，但仍含有 大量的显热能（如不是完全再生，还有化学能），故排出的烟气可进入废热锅炉（或 ca锅炉）回收能量，产生的水蒸气可供汽轮机或装置内外其它部分使用。为了操作 灵活，安全，流程中另设有一条辅线，使从三级旋风分离器出来的烟气可根据需 要直接从锅炉进入烟囱。1.2分馏塔顶冷却系统工艺I.OMPa g蒸汽自系统管网来，压强为1.01MPa g，温度为250 C，质量流 量为9385kg讪，最大质量流量为20035kg h进入I.OMPa蒸汽分水罐,由蒸汽分水 罐出来分两路管线，上方走气进入塔底重沸器进行轻重油气
9、分离通过直通薄膜调 节阀进入3.5疏水扩容器进行蒸汽和疏水分离，气体由疏水扩容器上方经蒸汽系统 管网排出。凝结水从蒸汽分水罐底部排出。3.5MPa高压蒸汽，压强为3.5MPa，温度为430 C，质量流量为3560 kg. h，最大重量流量为44196kg h进入管道分为 两路，一路质量流量为35600kg h的蒸汽进入富气压缩机转变为压强为1.2 MPa，温度为312 C，质量流量为35600kg. h的蒸汽再进入减温器经1.0MPa g蒸汽系 统管网排出。另一路经减温器变为温度为280 C质量流量为0 6963 8596 kg h液 体进入换热器变为压强为3.25 MPa g ，温度为155
10、/244 C ,质量流量为 5963-8596kg h蒸汽进入3.5疏水扩容器分离出蒸汽和疏水，蒸汽由上方排出，凝 结水从疏水扩容器下方经直通薄膜调节阀排出。1.3工艺流程图见附图1。第2章塔的工艺设计2.1浮阀塔的工艺设计2.1.1设计方案的确定选用甲醇一水浮阀精馏塔，自定义进料量为100吨每天。2.1.2精馏塔全塔物料衡算Xf45%（摩尔分率）Xf0.59（质量分率）Xd78%（摩尔分率）Xd0.86（质量分率）Xw2.5%（摩尔分率）Xw0.04（质量分率）F10吨/小时-100 1030.1143kmol /s(0.45 32 0.55 18)24 3600(2-1)(2-2)全塔物料
11、衡算式：F D WF Xf D x d W Xw得：D=0.0643kmol, s W=0.05kmol s2.1.3物性参数计算2.1.3.1 温度的确定利用甲醇-水溶液的平衡数据表中数据：利用数值插值法确定进料温度tF，塔顶温度tD，塔底温度tw进料温度：75.373.1tF75.3得：tF74.2：C0.400.500.450.40塔顶温度：69.367.6tD69.3得：tD679C0.700.800.780.70塔底温度：96.493.5tW96.4得：tW95.7；C0.02 0.040.025 0.02精馏段平均温度：厂 tF tD74.267.971.05：Ct11 22提馏段
12、平均温度：tFtW74.2 95.784.95：Ct2 222.1.3.2 密度的计算利用式1 aALAaB（ a为质量分数）B(2-3)TPM22.4TP（M平均相对分子量）(2-4)计算混合液体密度和混合气体密度。M L232 0.238 18(1 0.23821.32kg/kmol塔顶温度:tD67.9C汽相组成：yD:69.3-67.667.967.6得：y0.9070.87-0.915yD 0.915塔底温度：tw95.7 ；C汽相组成：yW :96.4-93.595.793.5得：yW0.1580.134-0.234yW0.234进料温度：tF74.2C汽相组成：yF:75.3-7
13、3.174.273.1得：yF0.7540.729-0.779yF0.779精馏段平均液相组成xi ： xi宁冬045。&5精馏段平均汽相组成y1:y1yDyF0.9070.7540.83122精馏段液相平均分子量ML1 :M L1320.61518 (10.615)26.61kg/kmol精馏段汽相平均分子量MV1 :M V1320.83118(10.831)29.63kg/ kmol提馏段平均液相组成X2:XXWXf0.0250.450.237522提馏段平均汽相组成y:y2yWyF0.1580.7540.45622提馏段液相平均分子量M L2 :提馏段汽相平均分子量臥：MV2 32 0.
14、456 18 （1 0.456） 24.384kg/kmol表1不同温度下甲醇和水的密度温度/ Cch3oh / kg mh2o/ kg m 350760988.160751983.270743977.880734971.890725965.3100716958.4利用表1中数据数值插值法确定进料温度tF，塔顶温度tD，塔底温度tw下甲醇（CH 3OH ）和水（H2O ）的密度。进料tF742C80-70734-74380 74.2734ch3oh Fch3oh F739.22kg/m3塔顶tD67.9 Q80-7080 74.2971.8-977.8971.8h2oFh2o F975.28kg/ m30.591 0.59f 739.22975.283820.66kg / m70-6070 67.9743-751743
