苯、甲苯、二甲苯混合物中甲苯的回收裝置設(shè)計(jì)

1、苯、甲苯、二甲苯混合物中甲苯的回收裝置設(shè)計(jì)摘要：目前國(guó)內(nèi)采用傳統(tǒng)顆粒活性炭裝置，吸附能力低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，本文采用了性能優(yōu) 越的吸附材料和先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)，使甲苯的回收率達(dá)到95%以上，而且甲苯的品質(zhì)好，可 以直接作為原料使用，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和廢棄資源化，收到了很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 為此本文設(shè)計(jì)了一個(gè)吸附柱，柱高為4.5m，底面直徑為0.6m，選用活性炭作為吸附劑。該 吸附柱可用于甲苯的回收，處理能力為10000cm3/h。關(guān)鍵詞：吸附柱；活性炭；甲苯回收；廢物資源化Benzene, toluene, xylene, toluene mixture design recoveryYang

2、Wei Wei（Mechanical and Electrical Engineering machine from 10-3 classes 0310967）Abstract: At present, the traditional granular activated carbon unit, the adsorption capacity is low, serious waste of resources, this article uses the superior performance of adsorption materials and advanced process de

3、sign, toluene recovery rate of 95%, and toluene of good quality, can be directly as a raw material used to achieve cleaner production and waste recycling, received a very good environmental and economic benefits. This paper designs an adsorption column, columnheight of 4.5m, bottom diameter of 0.6m,

4、 use activated carbon as adsorbent. The tolueneadsorption column can be used for the recovery, processing capacity of 10000cm3 / h.Keywords: adsorption column; activated carbon; toluene recovery; waste recycling0.前言芳烴是石油化工工業(yè)的重要基礎(chǔ)原料，在總數(shù)約為800萬(wàn)種的已知有機(jī)化合物中，芳烴 化合物占了約30%，其中BTX芳烴（苯、甲苯、二甲苯）被稱為一級(jí)基本有機(jī)原料。BTX芳 烴

5、主要來(lái)自石油餾分催化重整生成油和裂解汽油，少部分來(lái)自煤焦油。近年來(lái)通過(guò)輕質(zhì)烴類 芳構(gòu)化及重芳烴輕質(zhì)化來(lái)生產(chǎn)BTX芳烴的技術(shù)得到了較快的發(fā)展。由于科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步 以及人們對(duì)生活和文化的需求日益提高，促進(jìn)了以芳烴為基礎(chǔ)原料的化學(xué)纖維、塑料、橡膠 等合成材料以及品種繁多的有機(jī)溶劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、香料、涂料、化妝品、添加劑、 有機(jī)合成中間體等生產(chǎn)的迅猛發(fā)展。苯最大的用途是生產(chǎn)苯乙烯、環(huán)己烷和苯酚。其次是硝 基苯、順酐、氯苯、直鏈烷基苯等；甲苯大部分用作汽油組分，它的化工利用主要是生產(chǎn)硝 基甲苯（TNT）、苯甲酸、異氰酸酯等；二甲苯中用量最大的是對(duì)二甲苯，是生產(chǎn)聚酯纖維和 薄膜的主要原料，鄰二甲

6、苯是制造增塑劑、醇酸樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂的原料。二戰(zhàn)期間甲苯被大量用于制作TNT，作為炸藥原料；戰(zhàn)后甲苯用于制作TNT的比例減小， 而大部分用作汽油的摻和組分和溶劑，用作化工原料的比例較小，C9芳烴則大都用作汽油的 摻和組分，作為燃料燒掉了。為了充分利用甲苯和C9芳烴資源，解決苯和二甲苯的需求， 人們將直接用途較少相對(duì)過(guò)剩的甲苯和c9芳烴通過(guò)甲苯歧化或甲苯與C9芳烴烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng) 生成用途廣泛、供不應(yīng)求的苯和二甲苯，滿足市場(chǎng)需求。9傳統(tǒng)的甲苯回收裝置存在很多缺點(diǎn)和回收裝置設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，使得甲苯的回收成本較 高，回收率較低，品質(zhì)差，大都不能直接作為配膠原料繼續(xù)使用。在甲苯歧化與烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生產(chǎn)苯和

7、二甲苯的過(guò)程中，未轉(zhuǎn)化的甲苯需要從產(chǎn)品中回收后，從新作為原料循環(huán)使用， 以提高甲苯的最終轉(zhuǎn)化率。本文設(shè)計(jì)了一固定床吸附住可用于上述過(guò)程中，甲苯的回收和再 利用。吸附劑的選擇由于活性碳是比較非極性的物質(zhì)，對(duì)有機(jī)質(zhì)具有很強(qiáng)的親和性；即使在有水分的存在， 吸附性能下降的也不大；而且比較廉價(jià)等原因，它在有機(jī)溶劑類的吸附中用的很多。特別是 回收溶劑中常用的成型顆?；钚蕴浚且悦?、石油、木材、椰子殼等為原料，經(jīng)過(guò)炭化、 粉碎、成型、燒成（炭化）及水蒸氣活化，制成的粒度為2-5mm的產(chǎn)物。此外，也使用將原 料炭化、破碎、篩分以后，用水蒸汽活化過(guò)的、粒度為1mm以下的破碎狀活性炭。纖維狀活 性炭是將再生纖維

8、素、聚丙烯酯、酚醛樹(shù)脂及瀝青系纖維等，經(jīng)過(guò)炭化、活化處理制成的。活性炭的吸附性能由孔隙大小與比表面積決定?？梢哉J(rèn)為，孔隙的大小決定對(duì)吸附質(zhì) 的選擇性，而比表面積的大小決定吸附容量。活性炭的特點(diǎn)是比表面積及比孔容積大，單位 重量的吸附量也大。根據(jù)活性炭吸附劑的上述特點(diǎn)及本設(shè)計(jì)中擬采用固定床吸附柱，因此本設(shè)計(jì)中，擬采 用以石油瀝青為原料，制造的耐磨性能好的直徑0.5-1mm的球形活性炭作為吸附劑。使用這 種活性炭，回收裝置的吸附、脫附操作能夠連續(xù)進(jìn)行。吸附時(shí)間的確定在間歇操作裝置，吸附器吸附床層和再生設(shè)備需要配套使用，整套裝置一般需要有兩個(gè) 吸附柱，一個(gè)在使用，一個(gè)再生，外加一個(gè)加熱器和冷卻器，冷

9、凝器等附屬設(shè)備。這套設(shè)備 要能經(jīng)濟(jì)地連續(xù)操作使用，必須使吸附操作時(shí)間3加熱時(shí)間+冷卻時(shí)間吸附時(shí)間T :sT =叩s uA&BC0 M式中V吸附器的工作容器G0-不計(jì)吸附質(zhì)的吸附劑用量加熱時(shí)間T “ht = GfM +-h G p C Ath P C 廣0 M pf h M pf h -式中G-吸附劑重量加吸附相當(dāng)量和貯器當(dāng)量之和；Cpc -吸附劑的比熱；cpS吸附相的比熱；cpw貯器的比熱；g再生時(shí)，床層溫度升高的差值；Gc 貯器的重量；T h 加熱時(shí)間 t一加熱時(shí)，再生氣入口和出口之間的平均溫度差。冷卻時(shí)間TcGC At CM tT = pcc0w_s-c G P C At V0 M pf

10、c wtc一冷卻后，床層的溫度降；t一冷卻時(shí)，再生氣體進(jìn)口和出口的平均溫度差。雖然可以通過(guò)必要的理論計(jì)算獲得吸附時(shí)間、加熱時(shí)間、冷卻時(shí)間以確定為滿足連續(xù)操 作所需的條件，但工作量較大，在本設(shè)計(jì)中實(shí)際意義并不大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般吸附劑的活化 過(guò)程（包括加熱脫附、冷卻）的時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)12小時(shí)，以及工廠中實(shí)際安排工作的需 要，本設(shè)計(jì)中假定單個(gè)吸附柱的吸附操作時(shí)間為12小時(shí)，即每12小時(shí)切換一次為一周期。飽和吸附床層高度的計(jì)算3. 1有效吸附容量根據(jù)文獻(xiàn)（1）中的數(shù)據(jù)可知，活性炭的物性參數(shù)如下，其吸附容量為0.153Kg甲苯/Kg 活性炭，同時(shí)假定循環(huán)使用中吸附劑不發(fā)生劣化，殘余量為0。表1活性炭物

11、性參數(shù)規(guī)格比表面積a1/m2/g孔隙率空隙率幾何因子大孔率 堆積密度&mP 一P b? 2.399790.410.332.030.56403. 2甲苯總量W1* = 10 x 0.867 x 12 x 0.9=93.6Kg3. 3飽和吸附床層高度L0吸附劑用量G =黑=竺6 = 611.8q 0.153床層容積G _ 611.8 _v 6- 0.96秫 2b如空塔線速為0.1cm/s，吸附塔的截面積A 二-10000=0.28” 2u 0.10 x 3600塔的直徑D =,0.60m t,兀飽和吸附床層高度L - 096 3.43m0 A 0.28吸附傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度和吸附柱高度的確定從吸附等溫線

12、計(jì)算吸附傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度L =二= 1.17m a K a C - C *吸附柱高度L = L + L = 3.43 +117 = 4.02 m022安全計(jì)取4.5m。4.結(jié)論與新裝置的高性能分析理論計(jì)算表明，欲回收處理量為10000cm3/h的甲苯，吸收塔的高度約為4.50m,塔的底 面直徑為0.6m。吸附材料的優(yōu)劣，直接關(guān)系到回收率的高低，回收品質(zhì)和運(yùn)行成本。工業(yè)上對(duì)吸附材料 的要求是，必須有大的比表面積，高的空隙率，均勻的孔徑，而且要求脫附后污染物的殘留 量盡可能的少。顆?；钚蕴勘缺砻娣e一般為700-1000 m2/g，其直徑多為幾毫米甚至十幾毫米，微孔 孔道長(zhǎng)，而且孔徑大小不一，除小孔外，

13、還有0.01-0.1um的中孔和0.5-5um的大孔。活性炭纖維比表面積達(dá)1000-2500 m2/g.由于其中微孔都開(kāi)在纖維細(xì)絲的表面，因孔 道極端，與顆?；钚蕴慷枷嗖?個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)，孔徑均一，絕大多數(shù)為特別適合氣體吸附 的小孔，因而具有更大的有效比表面積。由于活性炭纖維孔道極短，使得活性炭纖維吸附容 量大，吸附和脫附速度高，它的吸附容量是普通活性炭的1-40倍，吸附速率是顆?；钚蕴?的10-100倍。許多工程實(shí)踐也都證明，活性炭纖維的吸附率可達(dá)92%-98%，而且使用壽命長(zhǎng) 大大延長(zhǎng)了吸附劑的更換周期，從而使設(shè)備的年均投資也大為降低。參考文獻(xiàn)1胡懷修等.五氟脲嘧啶生產(chǎn)過(guò)程中甲醇、甲苯的回

14、收研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)1995/02 .2化學(xué)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)第17卷，化學(xué)工業(yè)出版社,1985.3李國(guó)文，劉強(qiáng)，樊青娟等活性炭吸附甲苯動(dòng)力學(xué)研究.化學(xué)工程,2000,28(1):25-28.4.李守信等.回收涂布生產(chǎn)廢氣中甲苯的新型裝置.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè).2006/07.5李法耿等.氯化芐合成副產(chǎn)酸中甲苯的回收.氯堿工業(yè).2008/03.6王俐等.苯酐生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展.【期刊】精細(xì)石油化工進(jìn)展.中國(guó)石化集團(tuán)北京化工研究院北京.2002-02-15.CP阿萊斯；M博倫斯；E梵登海德.制備烷二醇及碳酸二烷基酯的方法.國(guó)際殼牌研究有限公司. 2011-04-13.DL拉里格；RD懷特利；MJ拉巴達(dá);JM奧基亞利尼；KA利弗；MS延科沃伊.集裝箱化的氣體分離系 統(tǒng)氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司.2008-11-19.9