粗苯加氫精制畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）（說 明 書）題 目： 粗苯加氫精制 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書姓名 毛維鑫 專業(yè) 煤炭深加工與利用 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）題目： a編制設(shè)計(jì) b設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 系（部）主 任 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會記錄化工系系煤炭深加工與利用專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目： 粗苯加氫精制 專題（論文）題目： 粗苯加氫精制 指導(dǎo)

2、老師： 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評語第 頁共 頁學(xué)生姓名： 毛維鑫 專業(yè) 煤炭深加工與利用 年級 10級1班 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 粗苯加氫精制 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評語： 目錄內(nèi)容摘要12主要符號說明15一、總論171.1 、設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則1

3、71.2、設(shè)計(jì)的意義171.2.1、 純苯171.2.2、 甲苯171.2.3、 二甲苯181.3、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r181.4本設(shè)計(jì)的任務(wù)191.5工作制度19二、技術(shù)路線202.1、粗苯加氫的生產(chǎn)原理202.2、粗苯加氫萃取蒸餾工段說明202.3、萃取劑環(huán)丁砜的作用與其特點(diǎn)212.4、工藝流程的確定22三、設(shè)備工藝計(jì)算及選型233.1計(jì)算基準(zhǔn)和依據(jù)的設(shè)定233.1.1計(jì)算基準(zhǔn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)233.1.2、原料粗苯處理量233.1.3、 脫重塔進(jìn)出料233.1.4、穩(wěn)定塔進(jìn)出料233.2、 純苯塔的設(shè)計(jì)計(jì)算243.2.1、純苯塔的作用：243.2.2、 操作條件243.2.3、物料衡算：243.2.

4、4.塔徑293.2.5、 理論塔板數(shù)計(jì)算313.2.6、純苯塔熱量衡算323.2.7、 常壓塔主要尺寸確定333.3、 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)和選型363.3.1.再沸器363.3.2.泠凝器373.3.3. 儲罐的選擇37四、設(shè)備一覽表及公用工程394.1設(shè)備一覽圖394.2、公用工程規(guī)格39五、存在的問題及建議415.1、萃取溶劑的選擇415.2、三廢治理和綜合利用415.2.1、廢氣的處理技術(shù)415.2.2、廢水415.2.3、固體廢棄物425.3、粗苯中的氯含量435.4、總結(jié)43六、設(shè)計(jì)的體會和收獲446.1、結(jié)論446.2、謝辭45七、附表47八、參考資料和文獻(xiàn)47內(nèi)容摘要我們國家是一個(gè)富煤

5、貧油的國家，由于石油資源價(jià)格的上漲，以石油為原料的化工產(chǎn)品價(jià)格也隨之增高，由于我國作為一個(gè)貧油國家，這便凸顯了煤化工藝技術(shù)在我國的重要性，更符合國際潮流，現(xiàn)在世界各國也都紛紛投入大量的資源盡興煤化工藝技術(shù)的研究。其中焦油苯粗苯加氫精制便是一例。粗苯為中間體產(chǎn)品，由于用途極為有限，僅可作為溶劑使用。但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等產(chǎn)品，是有機(jī)化工、醫(yī)藥和農(nóng)藥等的重要原料。在國內(nèi)、國際上都有很好的市場，目前精苯產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)上漲，市場潛力巨大。有些專家認(rèn)為，粗苯加氫精制技術(shù)代表粗苯加工精制的發(fā)展方向，這一技術(shù)在我國的推廣使用，不僅可使寶貴的苯資源得到充分利用，而且還可改善粗苯精制的面貌，提

6、高清潔生產(chǎn)的水平。在設(shè)計(jì)加氫工藝中，低溫加氫工藝的加氫溫度、壓力較低，產(chǎn)品質(zhì)量好。低溫加氫工藝包括萃取、蒸餾、低溫加氫工藝和溶劑萃取低溫加氫工藝，這兩種工藝在國內(nèi)外是比較成熟的工藝，已被廣泛用于石油重整油、高溫裂解汽油、焦化粗苯為原料的加氫生產(chǎn)中。因此本粗苯精制采用低溫加氫精制工藝。純苯精度可達(dá)99.9%以上，甲苯也在99%以上，產(chǎn)品純度均優(yōu)于其他方法。本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有純苯、甲苯、二甲苯、非芳烴、重苯，主要的產(chǎn)品是純苯、甲苯和二甲苯?！娟P(guān)鍵詞】 粗苯 加氫 苯 甲苯 design descriptiondesign description china is a country rich in

7、coal lean, with oil prices, oil as raw materials of chemical products prices soared, originally in china as a lean oil country, this highlights the coal chemical technology in our country the importance, more in line with the international trend, now the world also have investment large amounts of r

8、esources have coal technology research. tar benzene crude benzol hydro refining is an example. crude benzene as intermediate products, itself uses extremely limited, is only used as the solvent, but the refined coking benzene, coking toluene, coking xylene and other products, is an organic chemical,

9、 medicine and pesticide and other important raw materials, in both domestic and international, have very good market, currently refined benzene product prices continued to rise, the market huge potential. industry experts think, crude benzol hydro refining technology represents the development direc

10、tion of crude benzol refining, this technology is in our country to promote the use of, not only can make valuable benzene resources are fully utilized, but also can effectively improve the appearance of crude benzol refining, improving the level of cleaner production. in the design of hydrogenation

11、 technology, low-temperature hydrogenation process of hydrogenation temperature, low pressure, products of good quality, low temperature hydrogenation process includes extraction distillation temperature hydrogenation process and solvent extraction of low temperature hydrogenation process, these two

12、 kinds of technology at home and abroad is relatively mature technology, has been widely used in petroleum reformate, pyrolysis gasoline, coking crude benzene hydrogenation in the production as raw material, the crude benzol refining using low-temperature hydrogenation refining process. accuracy is

13、more than 99.9% pure benzene, toluene is also more than 99%, the purity of the product are better than other methods. the process for the production of benzene to petroleum benzene, toluene and other products such as also achieve the level of oil chemical products, fully in line with modern requirem

14、ents of the chemical industry. the design of the products are pure benzene, toluene, xylene, non aromatic hydrocarbons, heavy benzene, of which the main products are pure benzene, toluene and xylene. key words benzene hydrogenation of benzene tol主要符號說明一、總論1.1 、設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則本設(shè)計(jì)本著充分運(yùn)用國家資源，產(chǎn)出高純度有價(jià)值產(chǎn)品的原則，力求

15、符合國家的經(jīng)濟(jì)政策和技術(shù)政策，達(dá)到工藝上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理。要盡可能吸收最新科技成果，力求技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益更大，不造成環(huán)境污染；符合國家工業(yè)安全與衛(wèi)生要求，達(dá)到國家生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并達(dá)到環(huán)保要求。要考慮到技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，又要最大限度地保護(hù)環(huán)境不受污染，并且利于國民經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。1.2、設(shè)計(jì)的意義本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有純苯、甲苯、二甲苯、非芳烴、重苯，其中最主要的產(chǎn)品是純苯、甲苯和二甲苯。各種主要產(chǎn)品的重要作用介紹如下：1.2.1、 純苯純苯：重要的化工原料，廣泛用與合成樹脂、合成纖維、合成橡膠、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的原料、也是重要的有機(jī)溶劑。中國純苯的消費(fèi)領(lǐng)域主要在化學(xué)工業(yè)，以苯為原料的化工產(chǎn)品主要有苯

16、乙烯、苯酚、己內(nèi)酰胺、尼龍66鹽、氯化苯、硝基苯、烷基苯和順酐等。1.2.2、 甲苯甲苯：無色有芳香味的液體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、樹脂等與相關(guān)的行業(yè)中國際上其主要用途是提高汽油辛烷值或用于生產(chǎn)苯以及二甲苯，在我國其主要用途是化工合成和溶劑，其下游主要產(chǎn)品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化芐、間甲酚、甲苯二異氰酸酯等，還可生產(chǎn)很多農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體。另外、甲苯具有優(yōu)異的有機(jī)物溶解性能是一種有廣泛用途的有機(jī)溶劑。1.2.3、 二甲苯二甲苯：主要衍生物為對二甲苯，鄰二甲苯?；旌隙妆街饕米饔推嵬苛系娜軇┖秃娇掌吞砑觿?。還可以用于燃料、農(nóng)藥等生產(chǎn)。對二甲苯主要生產(chǎn)pta以及聚酯等。鄰二甲苯主要用于生產(chǎn)苯酐等。1.

17、3、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r生產(chǎn)芳香烴-苯、甲苯和二甲苯的主要原料是石油催化重整的重整油、石油裂化的高溫裂解汽油和焦化粗苯。這三種原料占總原料量的比例依次為：70：27：3。以石油為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝都采用加氫工藝，以焦化粗苯為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝有酸洗精制法和加氫精制法。 酸洗法在發(fā)展中國家被大量采用，但是其工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量低、無法與石油苯競爭，而且收率低、污染嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢液很難處理。早在上世紀(jì)60年代發(fā)達(dá)國家已經(jīng)淘汰了酸洗精制法，用加氫精制取代，產(chǎn)品可達(dá)到石油苯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)80年代上海寶鋼從國外引進(jìn)了第一套litol法高溫加氫工藝，90年代石家莊焦化廠從德國引進(jìn)了第一套k.k法低溫加氫

18、工藝，1998年，寶鋼引進(jìn)了第二套k.k法加氫工藝，還有很多企業(yè)正在籌建加氫裝置。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保的要求越來越高，粗苯加氫工藝的應(yīng)用是大勢所趨。目前我國寶鋼、石家莊焦化廠共有4套粗苯加氫裝置，產(chǎn)能約21萬噸/年。在我國，目前有實(shí)力的焦化企業(yè)或化工企業(yè)都在爭取建設(shè)大型精苯裝置。石家莊循環(huán)經(jīng)濟(jì)化工示范基地建設(shè)實(shí)施方案中規(guī)劃的石家莊焦化集團(tuán)粗苯精制項(xiàng)目將采用具有國際先進(jìn)水平的以n-甲酰嗎啉為溶劑的粗苯加氫工藝技術(shù)，共投資1.7億元，年生產(chǎn)粗苯精制十萬噸。山西省“十一五”期間，粗苯加工利用項(xiàng)目計(jì)劃投資就達(dá)78億元，且禁止新建并逐步淘汰現(xiàn)有酸洗法苯精制裝置和工藝，鼓勵(lì)發(fā)展先進(jìn)的粗苯加氫精制工藝。日前

19、，山西太化股份公司與上海寶鋼化工有限公司、山西太興煤焦集團(tuán)有限公司合資建設(shè)的全國最大的三十萬噸/年焦化粗苯加氫精制項(xiàng)目一期工程八萬噸/年焦化粗苯加氫精制項(xiàng)目已成功試車。太化采用的低溫法反應(yīng)溫度在320以下，溫度壓力低，與酸洗法相比三苯收率增加8%-10%，產(chǎn)品硫含量小于110-6，資源利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，達(dá)到石油級純苯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。專家認(rèn)為，粗苯加氫精制技術(shù)代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向，這一技術(shù)在我國使用，不僅可使寶貴的苯資源得到充分利用，還可有效改善粗苯精制的面貌，提高清潔生產(chǎn)的水平。1.4本設(shè)計(jì)的任務(wù)這次的設(shè)計(jì)任務(wù)是按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，依據(jù)國家相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并參照工廠生產(chǎn)實(shí)際，粗

20、苯精制生產(chǎn)裝置萃取蒸餾工段的工藝設(shè)計(jì)。1.5工作制度在低溫氣相加氫技術(shù)萃取蒸餾工段有每班有三個(gè)操作工，實(shí)行三班制，即上十二小時(shí)班休息二十四小時(shí)。上班的主要工作就是維護(hù)裝置區(qū)各設(shè)備的正常運(yùn)行，這里的設(shè)備基本上都是運(yùn)行一臺備用一臺，每月定期進(jìn)行倒機(jī)，并且對備用機(jī)進(jìn)行檢查維修。萃取蒸餾工段主要是靠泵將預(yù)蒸餾工段的苯、甲苯和非芳烴混合物輸送到萃取蒸餾工段進(jìn)行進(jìn)一步分離提純。二、技術(shù)路線2.1、粗苯加氫的生產(chǎn)原理現(xiàn)在國內(nèi)外較為先進(jìn)的粗苯精制方法主要是加氫精制法，粗苯加氫精制法按反應(yīng)溫度可分為高溫法（600到6300攝氏度）和低溫法（320到3800攝氏度）二種。高溫法的反應(yīng)溫度（600到6300攝氏度）

21、和反應(yīng)壓力（6.0mpa）都較高，對設(shè)備、管道、儀表等的材質(zhì)要求也較高；同時(shí)該法把價(jià)格較高的甲苯和二甲苯轉(zhuǎn)化為價(jià)格較低的苯，經(jīng)濟(jì)上也不盡合理。低溫法粗苯加氫精制純苯技術(shù)，包括三個(gè)單元：變壓吸附制純氫單元（純度99.99%）、催化加氫單元（預(yù)加氫和主加氫）、產(chǎn)品的精制單元（萃取或萃取精餾）。低溫法可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的苯、甲苯和二甲苯產(chǎn)品。該方法反應(yīng)條件溫和：反應(yīng)溫度為：320到3800攝氏度，反應(yīng)壓力為：3.0到3.5mpa，設(shè)備和管道的材質(zhì)容易解決，可采用crmo鋼，甲苯、二甲苯的收率高。低溫法粗苯加氫精制苯技術(shù)具有：收率高、投資省、操作條件溫和、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點(diǎn)，是目前比較理想的粗苯加氫精制方法。該

22、法生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量可達(dá)如下指標(biāo)：結(jié)晶點(diǎn)5.4；全硫 10-61.0；純度（%） 99.9%。2.2、粗苯加氫萃取蒸餾工段說明萃取蒸餾工段的目的是回收高純度的芳香烴苯和甲苯。在回收高純度芳香烴方面需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題是分離出與芳香烴沸程相同和通常形成共沸混合物的石蠟和烷烴和環(huán)烷烴雜質(zhì)（非芳烴）。如果要求芳香烴高產(chǎn)率和高純度，簡單蒸餾是不能解決此問題的。在300這個(gè)萃取蒸餾單元工藝中，添加高選擇性和高效的環(huán)丁砜溶劑可改變進(jìn)料組分中所含的各組分的蒸氣壓力，使石蠟、烷烴和環(huán)烷烴可通過簡單蒸餾而除掉。2.3、萃取劑環(huán)丁砜的作用與其特點(diǎn)1、萃取蒸餾：在一種易溶、高沸點(diǎn)且不揮發(fā)的組分存在下的蒸餾，這種溶劑本

23、身并不與混合物中其他組分形成恒沸物，通常用來分離一些具有很低的甚至相等的相對揮發(fā)度物系，這種溶劑與混合物中各組分發(fā)生不同的作用，使它們的相對揮發(fā)度發(fā)生變化。2、萃取劑的作用：將非芳香烴從bt餾分和nfm溶劑中分離出來。3、環(huán)丁砜的特點(diǎn)：選擇性和溶劑有效性最佳結(jié)合：選擇性和溶劑高有效性是有效萃取蒸餾的先決條件。那些是環(huán)丁砜的顯著特性。因此，從分別含有高殘留組分的物料中回收高純度的芳香烴是可能的，這以前僅可以通過昂貴的液液萃取來做的。與目前所用的其他提純過程如液-液萃取、加壓蒸餾、共沸蒸餾或結(jié)晶化比較，采用環(huán)丁砜的萃取蒸餾提供了一個(gè)解決很多分離問題的最佳方法。持久的熱穩(wěn)定性：在220連續(xù)操作下，環(huán)

24、丁砜允許76103kj（18000kcal）/m2/hr的熱交換率。無腐蝕影響：環(huán)丁砜顯弱堿性。它與水1：1混合的樣本ph值為8.6.在連續(xù)操作中，這個(gè)ph值不會改變。在設(shè)備中沒腐蝕發(fā)生。這樣的碳鋼始終可以被用。在相似的條件下，很多溶劑用到現(xiàn)在形成了酸性分解物，這會產(chǎn)生腐蝕。無毒性：環(huán)丁砜幾乎是沒有毒。這是進(jìn)行田鼠試驗(yàn)的結(jié)果。環(huán)丁砜沒有任何刺激性影響。通過微生物的分解試驗(yàn)，表明環(huán)丁砜對廢水提純單元沒有毒害影響。好的化學(xué)穩(wěn)定性：溶劑對聚合物結(jié)膠的銘感性是極其低的，溶劑消耗和溶劑再生費(fèi)用也相應(yīng)降低。盡管在通常情況下，物料中不包含氯化物，它們僅僅可能通過做液壓試驗(yàn)的水進(jìn)入循環(huán)中，但在nfm循環(huán)中積累

25、了氯化物。nfm循環(huán)中，氯化物會引起腐蝕增加。過程中用于水壓試驗(yàn)和沖洗的水在nfm加入前應(yīng)可能徹底的從過程中除掉。在操作過程中，水會導(dǎo)致nfm分解。2.4、工藝流程的確定國內(nèi)目前普遍采用的工藝路線為來自預(yù)蒸餾塔頂?shù)奈锪线M(jìn)入萃取蒸餾工段的萃取蒸餾塔中，在塔中主要目的是除去物料中的非芳烴，塔底的苯、甲苯混合餾分進(jìn)入萃取蒸餾工段的下一個(gè)精餾塔，這個(gè)塔為汽提塔，它的主要作用是除去物料中的萃取劑環(huán)丁砜，塔頂?shù)谋?、甲苯餾分進(jìn)入萃取蒸餾工段的第三個(gè)塔，苯、甲苯分離塔，它的作用是將苯、甲苯分離開來，塔頂出純苯，塔底出甲苯。本設(shè)計(jì)采用以下工藝流程：三、設(shè)備工藝計(jì)算及選型3.1計(jì)算基準(zhǔn)和依據(jù)的設(shè)定 3.1.1計(jì)算

26、基準(zhǔn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力：15萬噸/年(料液)年工作日：8000小時(shí)計(jì)原料中含有：苯 70.8% ，甲苯14.2% ，二甲苯 3.5 % 苯乙烯 1.5% 重質(zhì)苯 10%（質(zhì)量分率，下同） 3.1.2、原料粗苯處理量根據(jù)工藝的操作條件可知： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，料液的年生產(chǎn)能力為150,000噸/年（折算為100%q）。 全年生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)，剩余時(shí)間為大修、中修時(shí)間，則每小時(shí)的生產(chǎn)能力為：150000/8000=18.750kg/h3.1.3、 脫重塔進(jìn)出料進(jìn)入脫重塔的料液量即為18.750kg/h脫重塔塔頂出料為輕苯（btxs）,其流量為：w1=w*(70.8%+14.2%+3.5%+1.5

27、%)=18750*90%=16875 kg/h脫重塔塔底出料為重苯，其流量為：w1=w*10 %=1875kg/h3.1.4、穩(wěn)定塔進(jìn)出料從脫重塔出來的btxs經(jīng)過加氫脫輕后直接進(jìn)入穩(wěn)定塔，進(jìn)入穩(wěn)定塔的流量就是w1=16875kg/h穩(wěn)定塔頂出料為bt, 其流量為：w2=w*(70.8 %+14.2 %)=18750*85 %=15937.5 kg/h穩(wěn)定塔塔底出料為xs, 其流量為：w2=w*(3.5%+1.5%)=18750*5%=937.5kg/h3.2、 純苯塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 精餾工段主要是有五個(gè)塔，即萃取精餾塔，溶劑回收塔，純苯塔，甲苯塔，二甲苯塔。在這里只對純苯塔進(jìn)行計(jì)算。3.2.1、

28、純苯塔的作用：分離產(chǎn)品為苯，在甲苯使產(chǎn)品純度達(dá)到99.9wt，同時(shí)，產(chǎn)品回收率達(dá)到99.0。在此目標(biāo)下對該塔進(jìn)行計(jì)算，尋找達(dá)到該分離要求的最佳操作條件。3.2.2、 操作條件 具體的工藝參數(shù)如下： 料液組成： 70.8% 苯，14.2%甲苯（質(zhì)量分率，下同）產(chǎn)品組成（純苯塔)： 餾出液99.9%苯， 釜液1%甲苯 操作壓力：常壓（塔頂：100.5 kpa 進(jìn)料：101.3 kpa 塔底：133 kpa ）進(jìn)料溫度：泡點(diǎn)進(jìn)料狀況：泡點(diǎn)加熱方式：間接蒸汽加熱回流比：r=（1.22）rmin3.2.3、物料衡算：1、全塔物料衡算 可知：苯的摩爾質(zhì)量：ma=78kg/kmol甲苯的摩爾質(zhì)量：mb=92

29、kg/kmol純苯塔的原料處理量f=18.750*(70.8%+14.2%)=15938 kg/h原料中苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=70.8/(70.8+14.2)=0.83則其摩爾分?jǐn)?shù)為=塔頂產(chǎn)品苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=0.999 則其摩爾分?jǐn)?shù)為=0.999塔底產(chǎn)品甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：=0.01 則其摩爾分?jǐn)?shù)為=0.012總物料衡算：f=d+w 苯的物料衡算：f*=d*+w* 聯(lián)式得：d=13214.5kg/h w=2723.50kg/h原料液的平均摩爾質(zhì)量=66.456+13.616=80.072kg/kmol塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量=78.014kg/kmol塔液產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 =91.832 kg/kmol

30、2、溫度的確定由antoine方程：lg=6.02232-1206.350/(t+220.237) lg=6.07826-1343.943/(t+219.377) 泡點(diǎn)方程：根據(jù)以上三個(gè)方程，運(yùn)用試差法可求出,當(dāng) xa=0.83 時(shí)，假設(shè)t=84 ，=114.066kpa，=44.496 kpa 當(dāng) xa=0.999 時(shí)，假設(shè)t=80 ，=100.524 kpa，=38.826 kpa 當(dāng) xa=0.01 時(shí)，假設(shè)t=120，=298.735 kpa，=131.29 kpa, t=84， 既是進(jìn)料口的溫度， t=80 是塔頂蒸汽需被冷凝到的溫度， t=120 是釜液需被加熱的溫度。 3、平均相

31、對揮發(fā)度：在80時(shí)，苯的飽和蒸汽壓=100.524 kpa甲苯的飽和蒸汽壓=38.826 kpa 120時(shí)，苯的飽和蒸汽壓=298.735 kpa 甲苯的飽和蒸汽壓=131.29 kpa,由=得：80時(shí)，80=2.59120時(shí)，120=2.28所以平均相對揮發(fā)度：=2.434、最小回流比 rmin由于泡點(diǎn)進(jìn)料，則xq= xfrmin= =0.81回流比r=1.5rmin=1.25、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理=2.43.所以平衡方程為 y=y1=xd=0.999帶入平衡方程可得x1= =0.998（1）.精餾段 液相平均溫度：(80+84)=82在平均溫度下查得=814.8 kg/m3，=802.9 kg/m

32、3液相平均密度為：其中，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)所以， =813.8kg/m3精餾段的液相質(zhì)量流量l=rd=1.2*13214.5=15857.4 kg/h 精餾段的液相體積流量精餾段氣相質(zhì)量流量 v(r+1)d2.2*13214.5=29071.9 kg/h， 平均壓力：(101.3+100.5)=100.9 kpa,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：v0=操作狀況下的體積：v1=8348.85=5439.02m3/h氣體負(fù)荷：vn=1.51m3/s氣體密度： =5.345 kg/m3（2）.提餾段 平均溫度：(84+120)=102在平均溫度下查得=812.5 kg/m3，=802.6kg/m3液相平均密度為：其中，

33、平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)所以， =806.73kg/m3因?yàn)榕蔹c(diǎn)進(jìn)料，所以進(jìn)料熱狀態(tài) q=1 所以，提餾段液相質(zhì)量流量 ：ll+qf=15857.4+115938=31795.4kg/h提餾段液相體積流量提餾段氣相質(zhì)量流量 vv-(1-q)fv=29071.9 kg/h平均壓力：(101.3+133)=117.15kpa標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：v0=操作狀況下的體積：v1=8348.85=5318.05m3/h氣體負(fù)荷：vm =1.477m3/s氣體密度：=5.47 kg/m36、操作線方程精餾段操作線方程提餾段操作線方程3.2.4.塔徑本設(shè)計(jì)采用f1重閥浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距ht=0.45 m，溢

34、流堰高h(yuǎn)c=0.05 m。 .精餾段1. 求操作負(fù)荷系數(shù)c精餾段功能參數(shù)：()=()=0.044塔板間有效高度h0=ht-hc=0.45-0.05=0.40m查斯密斯圖得負(fù)荷系數(shù)：c20=0.067。又查得82時(shí)，苯的表面張力為：22.08mn/m 甲苯的表面張力為：22.19 mn/m精餾段苯甲苯溶液的平均組成為：苯：(0.999+0.83)=0.9145wt則含甲苯為：1-0.9145=0.0885 wt所以表面張力：=0.914522.08+0.088522.19=22.09 mn/m 所以：c= c20 =0.068.最大流速umaxumax= c =0.068=0.83 m/s空塔氣

35、速u=0.7umax=0.830.7=0.581 m/s求塔徑d d=1.8 m.提餾段1 求操作負(fù)荷系數(shù)c 提餾段功能參數(shù)：（）=()=0.09查斯密斯圖得c20 =0.0662又得102時(shí)，苯表面張力為：18.49mn/m甲苯的表面張力為：19.18mn/m提餾段苯甲苯混合平均組成：苯：(0.01+0.83)=0.42甲苯：1-0.42=0.58平均表面張力： =0.4218.49+0.5819.18=18.89mn/m所以c= c20 =0.0652. 求提餾段umaxmax= c=0.065=0.79 m/s空塔氣速=0.7max=0.70.79=0.553 m/s3. 求塔徑=1.8

36、4 m對全塔，圓整后塔徑d=1900 mm塔截面積為 2.83m2實(shí)際空塔氣速 m/s3.2.5、 理論塔板數(shù)計(jì)算 求最小理論塔板數(shù)nm：根椐芬斯克公式：nm= = =11.75 .求實(shí)際理論板數(shù) 由 =0.182查吉利蘭圖得：=0.46則：=0.46所以：n22.6塊進(jìn)料板位置84時(shí)，84=2.56所以精餾段的平均相對揮發(fā)度：=2.57所以：nm，1= = =4.46則：=0.46所以：9.1塊即第十層理論板為進(jìn)料板.計(jì)算板效率()求平均相對揮發(fā)度與平均粘度的積(、)塔頂塔底平均溫度為：(80+120)=100100時(shí)：=0.24510-3pa.s =0.26510-3pa.s則：= xf+

37、 (1-xf)=0.24510-30.852+0.26510-3(1-0.852)=0.24810-3pas所以：=0.24810-32.43=0.60310-3pa.s(2)查板效率與關(guān)聯(lián)圖得：板效率：e=0.55實(shí)際板數(shù)板效率：e=0.55所以實(shí)際板數(shù)為：=41.1 塊=42塊實(shí)際精餾段板數(shù)：=16.5塊=17塊實(shí)際提餾段板數(shù)：ne2=42-17=25塊3.2.6、純苯塔熱量衡算塔底熱量衡算 塔底苯蒸汽的摩爾潛熱= 373 kj/kg， 塔底甲苯蒸汽的摩爾潛熱=361 kj/kg； 所 以 塔 底 上 升 蒸 汽 的 摩 爾 潛 熱 =上升蒸汽量為: v(r+1)d2.2*13214.5=

38、29071.9 kg/h所以再沸器的熱流量=29071.9*361.12= 10.50106 kj/h因?yàn)榧訜嵴羝臐摕? 2177.6 kj/kg (t=130)， 所以需要的加熱蒸汽的質(zhì)量流量= =4820.96 kj/h塔頂熱量衡算 塔頂上升苯蒸汽的摩爾潛熱=379.3 kj/kg塔頂上升甲苯蒸汽的摩爾潛熱=367.1 kj/kg所 以 塔 頂 上 升 蒸 汽 的 摩 爾 潛 熱= =379.29 kj/kg精餾段上升蒸汽量為: v(r+1)d2.2*13214.5=29071.9 kg/h，所以冷凝器的熱流量 qc=v*rv= kj/h因?yàn)樗亩▔罕葻崛?4.174 kj/kg/k，冷

39、卻水的進(jìn)口溫度 t1=25，冷卻水的出口溫度 t2=70， 所以需要的冷卻水的質(zhì)量流量 gc= kj/h3.2.7、 常壓塔主要尺寸確定.壁厚選用20尺鋼為塔體材料，由于是常溫常壓操作，取壁厚sn=10mm。 .封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為20r鋼，壁厚與塔體相同，即：sn=10mmhi=1000=400mm，h0=40mm圖5-4標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 .裙座以q235-a鋼為裙座材料，壁厚為10mm，內(nèi)徑等于塔內(nèi)徑d=1600mm，高度為2m，裙座與簡體的連接采用對焊不校核強(qiáng)度。 .塔高設(shè)計(jì)精餾段有效高度計(jì)算：z =(ne -1)*ht=(42-1)*0.45=18.45m開6個(gè)人孔，開人孔處 (中

40、間的兩處人孔)塔板間距增加為 0.7m塔兩端空間,上端頭留 1.5m ，下端留 3.0m, 所以，最后的塔體高為： .基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)用q235-a鋼，內(nèi)徑取900mm，外徑為1500mm，基礎(chǔ)環(huán)高取40mm，螺栓選用m36螺栓20顆。 . 接管尺寸設(shè)計(jì).塔頂蒸汽出口管塔頂上升蒸汽的體積流量：v=7255.93m3/h=2.02 m3/s取適宜速度，那么=0.36m經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(yb231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：=19.97m/s.回流液進(jìn)口管回流液體積流量 =12.99m3/h=0.00361 m3/s利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么=0.096m經(jīng)圓整選取熱軋

41、無縫鋼管(yb231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：=0.53 m/s進(jìn)料管進(jìn)料液體密度為則查得84時(shí)=814.57kg/m3 ,=802.87 kg/m3代人=812.56 kg/m3進(jìn)料體積流量=13.076m3/h=0.00363m3/s取適宜的輸送速度，故=0.048m經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(yb231-64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：=2.4m/s 釜?dú)堃撼隽瞎懿榈?20時(shí)=810.43kg/m3 ,=802.33 kg/m3代人得=802.41 kg/m3釜?dú)堃旱捏w積流量：=12.263m3/h=0.00063 m3/s取適宜的輸送速度，則=0.04m經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管(yb231-

42、64)，規(guī)格：實(shí)際管內(nèi)流速：=0.59m/s3.3、 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)和選型3.3.1.再沸器 因?yàn)檎羝麥囟?ts=140，釜液進(jìn)口溫度=110，釜液出口溫度=120， 所以傳質(zhì)溫差因?yàn)閭髻|(zhì)系數(shù) k1=300 w/m2/k， 所以傳質(zhì)面積 3.3.2.泠凝器因?yàn)檎羝M(jìn)口溫度 t1=100，蒸汽出口溫度 t2=80，冷卻水的進(jìn)口溫度t1=25, 冷卻水的出口溫度 t2=70， 所以傳質(zhì)溫差 因?yàn)?k2 =250 w/m2/k， 所以，傳質(zhì)面積3.3.3. 儲罐的選擇（1）方案選擇常溫貯存：球罐，貯存壓力高，設(shè)備投資高，但不消耗冷凍量。降壓貯存：貯存溫度10-20，球罐投資稍低，但電耗高，操作費(fèi)用較高

43、。冷凍系統(tǒng)故障將造成大量產(chǎn)品損失。常壓貯存：貯存溫度-30，設(shè)備投資低，但操作費(fèi)用很高，還需充氮保護(hù)。固選擇方案：常溫貯存，（2）尺寸計(jì)算估算筒體內(nèi)徑di=1600mm，上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，其內(nèi)徑為1600mm直邊高度h2=25mm，曲邊高度h1=400mm，并查得其封頭容積v1封=0.5864m3，查得內(nèi)徑1600mm筒體的1m高的容積v1m=2.017m3，估算筒體高度：h=（v- v1封）/v1m=（3.571-0.5864）2.017=1480mm圓整后取h=1500mm（3）材料選擇考慮到經(jīng)濟(jì)性筒體和封頭材料均選用碳素鋼q235-a，因?yàn)槭浅爻涸O(shè)備，根據(jù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)查得其壁厚

44、取sn=3.5mm。四、設(shè)備一覽表及公用工程4.1設(shè)備一覽圖4.2、公用工程規(guī)格（1）電對輸入的動(dòng)力電源的要求，應(yīng)采用單回路電壓為280伏，頻率為50赫茲，允許波動(dòng)范圍3%。電器設(shè)備對電源的要求：1） 關(guān)于電動(dòng)機(jī)，使用380伏交流電。2） 正常照明用220/380伏交流電，事故照明用220伏直流電。3） 電器部分控制，信號及繼電保護(hù)用220伏直流電。4） 儀表電源用100伏和24伏。（2）冷卻水1） 溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進(jìn)水溫度+10。2） 壓力：回水壓力對于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設(shè)接力泵，因此，回水壓力設(shè)為0.4 mpa（g），供水壓力取0.6 mpa（g）。

45、3） 蒸汽分中壓蒸汽和低壓蒸汽。部分換熱器的換熱過程需要水蒸氣，根據(jù)生產(chǎn)需要決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓1.0 mpa（g），進(jìn)反應(yīng)器溫度為145，出反應(yīng)器溫度為100 ；五、存在的問題及建議5.1、萃取溶劑的選擇在采用n-甲酰嗎啉的氣液相萃取蒸餾工藝時(shí)遇到的問題，由于n-甲酰嗎啉具有遇水分解成甲酸和嗎啉的性質(zhì)，不可避免地存在甲苯偏堿性和純苯偏酸性的質(zhì)量問題，同時(shí)造成苯和甲苯的全氮含量相對較高。苯的主要用于制取苯乙烯生產(chǎn)工藝和甲苯制取異二氰酸醋(tdi）的生產(chǎn)工藝對苯和甲苯的全氮含量要求均很高。使用n-甲酰嗎啉作為萃取劑就不可避免地提高了苯和甲苯進(jìn)入苯乙烯和tdi應(yīng)用市場的難度。n-甲酰

46、嗎啉分解使得產(chǎn)品質(zhì)量稍遜，環(huán)丁砜在這一點(diǎn)上則優(yōu)于n-甲酰嗎啉。我建議綜合考慮企業(yè)既定產(chǎn)品的市場方案，合理選用萃取劑，做到產(chǎn)品質(zhì)量、投資等性價(jià)比的最優(yōu)化。5.2、三廢治理和綜合利用5.2.1、廢氣的處理技術(shù)在低溫法粗苯加氫裝置中的主要污染源為排污槽、脫輕塔等排氣管、導(dǎo)熱油爐和反應(yīng)器加熱爐煙囪、真空泵、安全閥、汽車、火車裝車處和苯類貯槽等排放的污染物，主要為苯、so2、nox、煙塵等。一般采用處理方法有：n2氣封法；接煤氣負(fù)壓系統(tǒng)、將廢氣集中進(jìn)行洗滌法、低溫冷凝廢氣法、接洗苯前的煤氣系統(tǒng)、采用浮頂儲槽、水封式檢液口等，可因地制宜地選用。從國內(nèi)的實(shí)踐看，n2氣氣封法、低溫冷凝法、采用浮頂儲槽與水封式檢液口等較易推廣應(yīng)用。5.2.2、廢水1、生產(chǎn)凈廢水生產(chǎn)凈廢水凈循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，其水質(zhì)除含有少量懸浮物外，其他污染物含量較少。2、生產(chǎn)污水生產(chǎn)過程中生產(chǎn)污水主要為苯加氫分離水槽排出的分離水、脫輕塔、純苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水、洗罐站的清洗水、地坪沖洗水、生產(chǎn)系統(tǒng)的15min初期雨水等。一般含有較高濃度的cod、bod、揮發(fā)酚、氰化物、石油類等污染物。3、廢水處理方式為了減少生產(chǎn)廢水的外排量及污染物濃度，可采取以下的控制措施：(1) 將苯加氫分離水槽排出的分離水、脫輕塔