65500Nm3/d（以O2计）空分项目设计

论文总字数：22526字

摘 要

各行各业对氧、氮等空分产品的需求量急剧上升，空分技术也成为现代化工业的基础工业技术。本设计分析了各种空分技术的特点和空分设备的特性，采用低温精馏法设计了65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目，主要完成了精馏塔的物料衡算、塔板数、塔尺寸的计算和核算，并对部分设备进行了选型。结果表明：当塔高为28.0m，塔径为6.4m时，能够获得氧气产量约为65500 Nm³/d（体积比为99.6%），氮气产量为299000 Nm³/d（体积比为99.9%）。

关键字：空分，低温精馏法，精馏塔，设计

Abstract: The demand of oxygen, nitrogen and other air separation products increased rapidly in every trade, air separation technology has become the foundation of modern chemical engineering. The characteristics of air separation technology and its equipments were analysed in this paper. 65500 Nm³/d (based on oxygen) air separation project was designed by using low temperature distillation. Mass balance, plate number and tower size of distillation column were calculated and corrected, and partial equipments were selected. The results showed that 65500 Nm³/d oxygen (99.6 vol.%) and 299000 Nm³/d nitrogen (99.9 vol.%) were obtained when the tower height 28.0 m and diameter 6.4 m.

Keywords：Air separation, low temperature distillation, distillation column, design

目 录

1 前言 4

1.1 空分技术基本原理 4

1.2 空分技术发展 4

1.3 本设计主要内容 5

2 空分技术分析 6

2.1 分离技术分析 6

2.2 空分设备特性进展 6

2.3 空分项目工艺流程实例分析 9

2.3.1 南钢KDON-20000/30000型内压缩流程空分设备工艺流程 9

2.3.2 山东兖矿鲁南化肥厂空分项目工艺流程 9

2.3.3 日本住友精化公司研制的变压吸附高浓度制氧工艺流程 10

2.4 空分技术总结 11

3 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目设计方案确定 12

3.1 操作条件确定 12

3.2 确定设计方案原则 12

4 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目精馏塔设计说明书 12

4.1 参数确定 12

4.1.1 进料热状态 12

4.1.2 加热方式 12

4.1.3 回流比选择 13

4.2 流程简介 13

4.3 理论塔板数和实际塔板数计算 13

4.3.1 物料衡算 13

4.3.2 q线方程 14

4.3.3 R_min和R确定 14

4.3.4 精馏段操作线方程确定 14

4.3.5 精馏段和提溜段气液流量确定 14

4.3.6 提馏段操作线方程确定 14

4.3.7 理论塔板数和实际塔板数 14

5 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目精馏塔工艺条件计算 17

5.1 操作压强选择 17

5.2 操作温度计算 17

5.3 平均摩尔质量与平均密度计算 18

5.4 液体表面张力计算 19

5.5 液体平均黏度计算 19

6 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目精馏塔塔体工艺条件计算 20

6.1 精馏段塔径计算 20

6.2 提馏段塔径计算 20

6.3 精馏塔有效高度计算 21

7 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目精馏塔塔板工艺尺寸计算 21

7.1 溢流装置 21

7.2 塔板布置及筛孔数目与排列 23

8 65500 Nm³/d（以O₂计）空分项目精馏塔筛板流体力学验算 23

8.1 塔板压降 23

8.2 液沫夹带 24

8.3 漏液 24

8.4 液泛 25

9 设计计算结果汇总及精馏塔设计简图 25

10 工艺设备选择 26

10.1 生产工艺流程选择 28

10.2 精馏塔选择 29

10.3 空气压缩机、空气增压机、汽轮机选择 29

10.4 液氧泵、液氮泵、增压透平膨胀机选择 29

10.5 高压换热器选择 29

10.6 分子筛及切换阀选择 29

结 论 30

参考文献 31

致 谢 32

1 前言

以取之不尽用之不竭的空气为原料，用低温法、吸附法、膜分离法等方法生产高纯度氧气、氮气和氩气的过程叫做空气分离，简称空分。航空航天，生物生命等高新技术领域、化工，冶金，电子等工业行业都需要大量空分产品。此外，空分产品也大量应用于医疗、食品保鲜、机械制造和个人保健等方面。空气分离技术是现代化工业的基础工业技术，空分的发展和国计民生息息相关。

目前，世界科技与经济飞速发展,各行各业对氧、氮、氩的需求量急剧增加，用量也越来越大，这就促使了空分设备越造越大。巨型化、长周期、高自动化、高可靠、低能耗已成为国外空分设备的主要特点，而我国正实现大型内压缩空分流程的变革。空分装置是化工企业的重要配套装置，主要通过压缩循环、深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏从液态空气中逐步分离出氧、氮及氩等惰性气体，用于石化、化工、冶金生产^[1]。

1.1 空分技术基本原理

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