年處理量48萬(wàn)噸重整裝置芳烴精餾的工藝設(shè)計(jì)-二甲苯塔

--48噸年重整置烴精餾工設(shè)計(jì)-二甲苯塔分--

--摘

要本設(shè)計(jì)系根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中確定的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行的州石化公司重整裝置為設(shè)計(jì)原型，以生產(chǎn)芳烴為主要目的部包括反應(yīng)產(chǎn)物后加氫以使其中的烯烴飽和芳烴溶劑抽混合芳烴精餾。設(shè)計(jì)時(shí)依次進(jìn)行全系統(tǒng)物料衡算,量衡算工條件計(jì)算,二甲苯塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，附屬設(shè)備選型計(jì)繪制帶控制點(diǎn)的工藝程.本設(shè)計(jì)充分考慮生產(chǎn)裝置的節(jié)能降耗的必要性設(shè)備選型方面兼顧工藝控制要求經(jīng)濟(jì)合理等方在設(shè)計(jì)過(guò)程中有些參數(shù)直接取自生產(chǎn)實(shí)際。由于本人水平有限，對(duì)本設(shè)計(jì)中存在的缺點(diǎn)和不足之處希望各位老師給予指正。關(guān)詞物料衡算熱量衡算；二甲苯塔；--

--Tｈeｒocessdesigｎ

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ｕnitaｒｍｉｈydｒocａｂｏｃatonｆｏr480００ｎｓａnnualoｕｐｐarｔｏfｍｔThisｄｉｇｅdonteｄｅｇｆ

ｒtｋsinｅｔｂlishｉｔhｅmiｓｏncａrｉｔＪｕPetrｏchemiｃａlComｐanyａsepaｒatｉonｎitfortｈｅdｇｎofｔheｏtyｅcomefｒoaｕｆｅｐｔroleumｄｒoｃｒbｏnｃｔｃ

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thedesignｓhｏtcomiｎａiｎｕｓKey

words:balance；ｅａｂ；xyｌｅneｅ--

--目

錄１概述.................................................................................................錯(cuò)誤未定義簽。1。1苯.......................................................................................錯(cuò)!未定義簽。１.1。1苯的來(lái)源錯(cuò)未定義簽。1．1。2苯的物理性質(zhì)錯(cuò)未定義簽。1.1．3苯的化學(xué)性質(zhì)..................................................................錯(cuò)!未定義書(shū)。1．１．４苯的工業(yè)用...........................................................錯(cuò)!未定義簽。1。2甲苯...............................................................................錯(cuò)!未定義簽。1.２。１甲苯的物理性質(zhì)1。2。２甲苯的化學(xué)性質(zhì)1.2.3甲苯的作用與用途1.3精餾塔的介紹１．4精餾原理2重整裝置的物料衡算......................................................................錯(cuò)!未定義書(shū)簽。2。1苯塔物料衡算錯(cuò)!未定義簽。2。1。1原料組成及流量錯(cuò)!未定義書(shū)簽２.1.２清晰分割物料衡算誤!未義書(shū)簽2.1．3苯塔物料平衡錯(cuò)!未定義書(shū)簽２。2甲苯塔物料衡算................................................................錯(cuò)誤!未義書(shū)簽２.2。1原料組成及流量錯(cuò)!未定義書(shū)簽2．2．2清晰分割物料衡算誤!未義書(shū)簽2。2。３甲苯塔物料平衡錯(cuò)!未定義書(shū)簽2。3二甲苯塔物料衡算錯(cuò)誤!未定義簽。2。３.１原料組成及流量....................................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3．２清晰分割物料衡算..................................................錯(cuò)!未定義簽。2。3。3二甲苯塔物料平衡錯(cuò)!未定義書(shū)簽3二甲苯塔熱量衡算..........................................................................!未定書(shū)簽。3．1冷凝器的熱量衡算..............................................................錯(cuò)!未定義簽。3．2再沸器的熱量衡算..............................................................錯(cuò)!未定義簽。3。3二甲苯塔熱量衡算結(jié)果匯總?錯(cuò)誤!未義書(shū)簽4二甲苯塔工藝條件的計(jì)算錯(cuò)!未定義書(shū)簽4.１4。24.34。44.５4。6

操作壓力的確定..................................................................錯(cuò)!未定義簽?；亓鳒囟鹊拇_定錯(cuò)!未定義簽。塔頂溫度的計(jì)算錯(cuò)誤未定義簽。塔底溫度的計(jì)................................................................錯(cuò)誤!未定義簽。進(jìn)料溫度的計(jì)算..................................................................錯(cuò)!未定義簽。二甲苯塔操作條件匯總215二甲苯塔塔板數(shù)的確定..................................................................錯(cuò)誤未定義簽。--

--5。1最小回流比的計(jì)算錯(cuò)誤!未定義簽。５。2最少理論塔板數(shù)的計(jì)算?錯(cuò)誤!未義書(shū)簽５。3理論塔板數(shù)和實(shí)際回流比的確定錯(cuò)誤!未定書(shū)簽。5．4實(shí)際塔板數(shù)的確定錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。5。5進(jìn)料位置的確定錯(cuò)誤!未定書(shū)簽。５。６二甲苯塔塔板數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總!未定書(shū)簽。結(jié)論錯(cuò)!未義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)..........................................................................................錯(cuò)誤未定義書(shū)簽。謝辭錯(cuò)未定義書(shū)。--

--１文獻(xiàn)綜述1.1苯1.1.1苯的來(lái)源工業(yè)上大量的苯主要由重整汽油及裂解汽油生產(chǎn)，甲苯歧化、烷基苯脫烷基等過(guò)程也是苯重要的工業(yè)來(lái)源,由煤焦化副產(chǎn)提供的苯占的比例已經(jīng)很小。不同國(guó)家和地區(qū)的苯的供應(yīng)情況各不相同:美國(guó)主要從重整汽油中獲得;西歐主要來(lái)自裂解汽油；中國(guó)則主要由重整汽油及煉焦副產(chǎn)品生產(chǎn)由重整汽油及裂解汽油分離苯：在石腦油經(jīng)催化重整所得的重整汽油中,約含苯6％（質(zhì)量）,用液-液萃取法將重整汽油中芳烴分出，再精餾得到苯、甲苯、二甲苯.由烴類(lèi)裂解得到的裂解汽油中，苯含量最高可達(dá)４（質(zhì)量)，工業(yè)上也用液-液萃取的方法從中抽提芳烴，然后精餾得苯等芳烴組分，但萃取前需先用催化加氫方法除去裂解汽油中的烯烴及含硫化合物等雜質(zhì)。脫烷基制苯:所用烷基苯可以是甲苯、二甲苯或多烷基苯，由芳烴的供需平衡決定.烷基苯脫烷基工藝可分為催化脫烷基法和熱脫烷基法。催化脫烷基法反應(yīng)溫度500～6５０℃，壓力３．０~７。0MPa，用負(fù)載于氧化鋁上的鉻、鈷或鉬系催化劑,特點(diǎn)是能耗低,但因催化劑易結(jié)焦，需有較大的氫／烷基苯比，俗稱(chēng)氫油比。此外，還要求原料中非芳烴含量不能太高。熱脫烷基法允許原料中非芳烴含量較高，反應(yīng)溫度比催化脫烷基法高約1０0～200℃,力為3。0~１0．0MPa，特點(diǎn)是操作比較簡(jiǎn)單，但能耗大、反應(yīng)器材料要求高。甲苯歧化：甲苯與苯比較，用途較少。甲苯經(jīng)歧化反應(yīng)除制得苯外，同時(shí)獲得用途較大的二甲苯，因此這也是解決各種芳烴的需求不平衡的重要方法。從煉焦副產(chǎn)分離苯煤焦化過(guò)程中除生成焦炭外得到焦?fàn)t煤氣及液體產(chǎn)物焦?fàn)t煤氣經(jīng)油吸收分離，得到芳烴混合物，再用硫酸處理或催化加氫，脫除混合物中烯烴及含硫化合物,得到粗苯。粗苯中含苯5０%～７0%）、甲苯、二甲苯等,可用精餾法分離出苯。1．1.2苯的物理性質(zhì)--

--苯的沸點(diǎn)為80℃，熔點(diǎn)為.5℃,在常溫下是一種無(wú)色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮.苯比水密度低,密度為0．88g/ml，但其分子質(zhì)量比水.苯難溶于水１升水中最多溶解1ｇ苯;但苯是一種良好的有機(jī)溶劑,溶解有機(jī)分子和一些非極性的無(wú)機(jī)分子的能力很強(qiáng)，除甘油,二醇等多元醇外能與大多數(shù)有機(jī)溶劑混溶.除碘和硫稍溶解外，無(wú)機(jī)物在苯中不溶解苯對(duì)金屬無(wú)腐蝕性.1.1。3苯的化學(xué)性質(zhì)苯參加的化學(xué)反應(yīng)大致有３種：一種是其他基團(tuán)和苯環(huán)上的氫原子之間發(fā)生的取代反應(yīng);一種是發(fā)生在苯環(huán)上的加成反應(yīng);一種是普遍的燃燒（氧化反應(yīng)）。1。1.４苯的工業(yè)用途早在1９２0年代,苯就已是工業(yè)上一種常用的溶劑主要用于金屬脫脂.由于苯有毒,人體能直接接觸溶劑的生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)已不用苯作溶劑。苯有減輕爆震的作用而能作為汽油添加劑在９５０年代四乙基鉛開(kāi)始使用以前，所有的抗爆劑都是苯。然而現(xiàn)在隨著含鉛汽油的淡出，苯又被重新起用。由于苯對(duì)人體有不利影響,對(duì)地下水質(zhì)也有污染，歐美國(guó)家限定汽油中苯的含量不得超過(guò)1％。苯的最主要的用途是制取乙苯，其次是制取環(huán)己烷和苯酚苯經(jīng)取代反應(yīng)加成反應(yīng)氧化反應(yīng)等生成的一系列化合物可以作為制取塑料、橡膠、纖維、染料、去污劑、殺蟲(chóng)劑等的原料。大約的苯用于制造苯系中間體的基本原料。此外,苯有良好的溶解性能，可作為化工生產(chǎn)中的溶劑。１.２甲苯1.2.1甲苯的來(lái)源催化重整油中含芳烴％(體積)，其中甲苯含量可達(dá)。催化重整油采用二甘醇、環(huán)丁砜、Ν－甲基吡咯烷酮等溶劑進(jìn)行萃取以回收芳烴（見(jiàn)芳烴抽提)，最后經(jīng)精餾得到高純度甲苯。--

--裂解汽油中芳烴含量為７0％(質(zhì)量）左右,其中15％～20%是甲苯.裂解汽油經(jīng)兩段加氫脫除二烯烴、單烯烴和微量硫，再經(jīng)萃取、精可得到純度。5％以上的甲苯。1。2．2甲苯的物理性質(zhì)外觀與性狀：無(wú)色透明液體，有類(lèi)似苯的芳香氣味。熔點(diǎn)。９℃，相對(duì)密度0。８７（水=1）,沸點(diǎn)110.６℃，相對(duì)蒸氣密度。14（空氣=11．2。３甲苯的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，與苯相像[３］

可進(jìn)行氧化、磺化、硝化和歧化反應(yīng)，以及側(cè)鏈氯化反應(yīng)。甲苯能被氧化成苯甲酸。1。2．４甲苯的作用與用途甲苯大量用作溶劑和高辛烷值汽油添加劑，也是有機(jī)化工的重要原料，但與同時(shí)從煤和石油得到的苯和二甲苯相比,目前的產(chǎn)量相對(duì)過(guò)剩,因此相當(dāng)數(shù)量的甲苯用于脫烷基制苯或岐化制二甲苯.甲苯進(jìn)行側(cè)鏈氯化得到的一氯芐;二氯芐和三氯芐，包括它們的衍生物苯甲醇；苯甲醛和苯甲酰氯一般也從苯甲酸光氣化得到)，在醫(yī)藥；農(nóng)藥；染料,特別是香料合成中應(yīng)用廣泛。甲苯的環(huán)氯化產(chǎn)物是農(nóng)藥；醫(yī)藥染料的中間體.甲苯氧化得到苯甲酸,是重要的食品防腐（主要使用其鈉鹽,也用作有機(jī)合成的中間體.甲苯及苯衍生物經(jīng)磺化制得的中間體，包括對(duì)甲苯磺酸及其鈉鹽；CLT酸；甲苯磺酰氯等,用于洗滌劑添加劑，化肥防結(jié)塊添加劑;醫(yī)藥;染料的生產(chǎn)。甲苯硝化制得大量的中間體?？裳苌玫胶芏嘧罱K產(chǎn)品，其中在聚氨酯制品;染料和有機(jī)顏料；橡膠助劑;醫(yī)藥；炸藥等方面最為重要。1。3精餾塔的介紹--

--蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝達(dá)到輕重組分分離的方法.蒸餾操作在化工、石油化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中中占有重要的地位。為此，掌握氣液相平衡關(guān)系，熟悉各種塔型的操作特性,對(duì)選擇、設(shè)計(jì)和分析分離過(guò)程中的各種參數(shù)是非常重要的蒸餾過(guò)程按操作方式可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。間歇蒸餾是一種不穩(wěn)態(tài)操作主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場(chǎng)合；連續(xù)蒸餾為穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過(guò)程,是化工生產(chǎn)常用的方法。蒸餾過(guò)程按蒸餾方式可分為簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾和特殊精餾等簡(jiǎn)單蒸餾是一種單級(jí)蒸餾操作,常以間歇方式進(jìn)行.平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸，也是一種單級(jí)蒸餾操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行.簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾一般用于較易分離的體系或分離要求不高的體系對(duì)于較難分離的體系可采用精餾，用普通精餾不能分離體系則可采用特殊精餾特殊精餾是在物系中加入第三組分，改變被分離組分的活度系數(shù)，增大組分間的相對(duì)揮發(fā)度，達(dá)到有效分離的目的。特殊精餾有萃取精餾、恒沸精餾和鹽溶精餾等精餾過(guò)程按操作壓強(qiáng)可分為常壓精餾、加壓精餾和減壓精餾。１．４精餾原理精餾的基本原理是利用溶液中各組分的揮發(fā)性的不同。將溶液加熱至沸有一部分溶液汽化,由于各個(gè)組分的揮發(fā)性不同，液相和氣相的組成不一樣：揮發(fā)性高的組分，即沸點(diǎn)較低的組分在氣相中的濃度比在液相中的濃度要大揮發(fā)性較低的組分,即沸點(diǎn)較高的組分在液相中濃度比在氣相中濃度要大。同樣的道理，物料蒸氣被冷卻后有一部分蒸汽被冷凝，冷凝液中的重組分濃度比氣相中重組分濃度高。多組分溶液經(jīng)過(guò)一次部分汽化和部分冷凝過(guò)程，使溶液分離，這種方法，叫做“簡(jiǎn)單蒸餾”。如果將蒸餾所得的冷凝液再一次進(jìn)行部分汽化，氣相中的輕組分濃度就會(huì)更高。如果使溶液多次部分汽化一部分冷凝，最終可以在氣相中得到較純的輕組分，在液相中得到較純的重組分。多組分溶液經(jīng)過(guò)上述步驟而使溶液分離，這種方法，叫做“精餾”。--

Ｗ1W2n--Ｗ1W2n精餾按原理中所含組分?jǐn)?shù)目可分為雙組分和多組分精餾。工業(yè)生產(chǎn)中，以多組分精餾較為普遍。但多組分和兩組分精餾的基本原理、計(jì)算方法均無(wú)本質(zhì)的區(qū)別。按操作方式可分為間歇和連續(xù)精餾。按操作壓強(qiáng)可分為常壓、加壓和減壓精餾。精餾在精餾裝置中進(jìn)行，它由精餾塔、冷凝器和再沸器等構(gòu),由于再沸器供熱,塔底存液部分汽化，蒸汽沿塔逐板上升，使全塔處于沸騰狀態(tài)蒸汽在塔頂冷凝器中冷凝得到餾出液,部分作為回流液回入塔中，逐漸下流，使塔中各板上保持一定液層。假設(shè)料液中僅含有二個(gè)組分，于中部適當(dāng)位置處加入精餾塔，其液相部分也逐板下流進(jìn)入再沸器，汽相部分上升流經(jīng)各板至塔頂冷凝器。精餾塔中料液加入板稱(chēng)為加料板加料板以上部分稱(chēng)為精餾段加料板以下部分稱(chēng)為提留段2的物料衡

重整裝置2.12

苯塔物料算原料組及流量年處理量4８萬(wàn)噸，年工作時(shí)間０0小時(shí)，則原料質(zhì)量流量為W

4

(kg/h）３2500計(jì)算示例：以苯為例，進(jìn)行原料組成及流量的換算:苯的質(zhì)量流量：FWC

6000013%7800

kｇ/４２25苯的摩爾分?jǐn)?shù):摩爾分?jǐn)?shù)與質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算關(guān)系如下式。x1

xM1xx2MM12

xMn式中

x、ｘ、……、x各組分在料液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；M、M、……M-—各組分的摩爾質(zhì)量.1２則：--

C11nn12C11nn12nｎ%

1Mx1W2MM

WnM1

2

n

40.136.510.4平均摩爾質(zhì)量M:平均摩爾質(zhì)量用下式計(jì)算M=MｘMｘ+……＋M式中ｘ、x、……、ｘ—各組分在料液中的摩爾分?jǐn)?shù)Ｍ、、……、M——各組分的摩爾質(zhì)量。1２則：Ｍ８０。161+9２×0。4２６×03323+２０.0８４=967６（ｋg／ｋｌ)原料的摩爾流量60000M96.76其中苯的摩爾流量

（ｏ)３．Fkmol/ｈ７.1C原料各組分組成及流量見(jiàn)下表表苯進(jìn)料中各組份的量及組成摩爾質(zhì)量組成

kg／

Wｔ

kｍol／ｈ

ｍo

(kg/kmol）Ｃ

6

２

137

１6

C

7

403

１44４

4．２

９2Ｃ

8

３5.9

１2

３3３

０Ｃ

9

６４

３3.9

8.4

--

76--762.1

∑

３０0清晰分物料衡算

１00８8100６選苯為輕關(guān)鍵組分,甲苯作為重關(guān)鍵組分，根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指,Ｃ在塔頂產(chǎn)品中的含量≯0。％,Ｃ在塔底產(chǎn)品中的含量1%(mol%),進(jìn)行清晰分割物料衡物料衡算圖見(jiàn)圖3圖—1

苯塔物料衡算圖（1）算塔頂餾出液量D和塔底釜液量W列于下表計(jì)算塔頂餾出液量D和底釜液量組分

進(jìn)料Ｆ（kml/）

塔頂餾出液D(ｋｏｌ/h

塔底釜液W(kｍｏｌ/h）CC

67

。１４４。４

—0．０.001D

0．01W26—0。０ＤC

８

１206

．C

9

。９

０

５２．１--

--∑

３３5。

１00-0.０01D

。Ｗ2617－0Ｄ5+５２。1列全塔物料衡算式解得：

3３5.８8＝D+W5１。7—0.01W＋0.００=DD＝１６。（kｍol/h）W=319。）（2）出塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組成如下表2-3求塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組.塔頂餾出液

塔底釜液組分

kg/ｈＷt％ｋｏl

％ｋ

W%

mol%／h

ｈC

6

99４99９

０．5

０．

．25

１９C

7

９。2．1

．

０.1

２４

５4９

Ｃ

8

０

０

２5

．C

９

０

２

。92∑

９。

１０

５平均摩爾質(zhì)量（kg／ｌ)

７8０0.14--

--２苯塔物平衡苯塔物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)表。進(jìn)料組

表－4苯物料平衡塔頂餾出液

塔底釜液kg/

W

mｏ

Ｗ

kmoｌ

W

kmo

ｍo分

molｋｇ/hｈ

ｔ

l％

ｔ％

/h

ｔ％

／h

ｌ％4２

7390。

９４。

2513５

13。7４

５1。716.199.88．9409。5５75４240６４

５2

149。

4１

０．3

１

2.2

9。2

0.1

0。1

7。２

４

2６

781２33.

41

2０

０９

35．9０6

３

００

021889

６

６．５

Ｃ

４2６

１10．1

３3．984

００

0

０６25２

40

52３２

33

1０

73９9。

1０

５２6∑

1００

94．85

１00

100

５．４

100500

５８8

0

７

０

１7．7６２．２2

甲苯塔物衡算原料組及流量甲苯塔以苯塔底物料為原料，進(jìn)行原料組成及流量的換算：原料的摩爾流量為F＝319。１（kmoｌ/h)原料各組分組成及流量見(jiàn)下表。表

甲苯塔進(jìn)料中各組份的量及組成--

7--7摩爾質(zhì)量組成

ｋg/h

Wt

ｋｈ

％CC

67

０９．５２406．2

０．７945.７4

。25２．6

７

C

１889

４1

２０6.5

３9.3

Ｃ9∑

５2１7．

８

．１。

910

２１002２

清晰分物料衡算選甲（C為輕關(guān)鍵組分二甲（)為重關(guān)鍵組分根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo),C７

8在塔頂產(chǎn)品中的含量≯0，在塔底產(chǎn)品中的含量≯1%（）進(jìn)行清晰分割物料衡算，物料衡算圖見(jiàn)圖4.圖

甲苯塔物料衡算圖（1）算塔頂餾出液量Ｄ和塔底釜液量于下表２-6計(jì)算塔頂餾出液量Ｄ和塔底釜液量。組分

進(jìn)料F（kｍｏl/h）

塔頂餾出液D（）

塔底釜液ｏｌ/ｈ）Ｃ

6

５

C

６。６

２616

—

Ｃ

8

．5

．

２06。5

－0．００5

D５２∑

０５

．５．88列全塔物料衡算式--

--解得：

519。37D＋W５.25+2６1。6-0。Ｗ．00D=DD＝５8（ｏｌ／ｈ）Ｗ=29.８８（kmｏｌ(2）求出塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組成如下表—7

求出塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組成。塔頂餾出液

塔底釜液組分

kg/Ｗｔ%

ｋmo

mo％ｋg/h

ｏｌ/ｈ

ｌ％C

6

０５

1

１。９80

C

7

２333。

74

２

９7

２0.0２

．59

C

０．．33５

７48７。

０

。５C

０

00622１６

．

∑

４384100５。

１0028202．04

１

２5。

平均摩爾質(zhì)量１971０8４(kg/kmol)2.甲苯塔料平衡甲苯塔物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。表2８進(jìn)料組

甲苯塔物料平衡塔頂餾出液

塔底釜液W

kｍ

mol

kmo

mol

kｍ分

k/hWt％

Wt％

mol%ｔ％

ol/h

％

/h

％

／h--

88--88409．5

６

5。９

0

０００

4０950.795。25

８

8Ｃ７

2４０6７．2

45．74

2６１。６

４９.78

23３３。５2

97。７4

2599７．5

２0２２

０。72

2９１２１8

４

3９.

1４0。9

０。

1

05

2１7

77.12

205。

7８。

８９６

2065

３

８

５8

8.0

1795９０00

６2５22２

２

６2５211.88。１

２

16

052617。

５25.4

2484０

265.5

10

８１∑

100

１00

1007

６

８

０2.3

二甲苯塔料衡算2

原料組及流量二甲苯塔以甲苯塔底物料為原料進(jìn)行原料組成及流量的換算:原料的摩爾流量為F

（ｋ)原料各組分組成及流量見(jiàn)下表。表—9

二甲苯塔進(jìn)料中各組份的量及組成摩爾質(zhì)量組成Ｃ7

ｋg/h．０２

２

kmo/h．59

ｌ％

（kg／kmol)C

8

２

７7

．

８．９

C

９

。16

。

∑

８

０

２59.8８

10

８2.3.2

清晰分物料衡算選混二甲苯(C為關(guān)鍵組分重芳（C為重關(guān)鍵組分,根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，９C在塔頂產(chǎn)品中的含量≯0５%在塔底產(chǎn)品中的含量≯1％ｌ，進(jìn)行清９晰分割物料衡算，物料衡算圖見(jiàn)圖５。--

７--７圖—3二苯物料衡算（1）算塔頂餾出液量Ｄ和塔底釜液量于下表—

計(jì)算塔頂餾出液量D和底釜液量W組分Ｃ

進(jìn)料F（／h）。59

塔頂餾出液D（

塔底釜液ｋｏl／h０C

8

２０

０。17

—

０．０

0０１Ｃ

9

5。－D∑

２０８．３

．８列全塔物料衡算式2５９。８＋2.５—０。Ｗ+0.00５D=D解得:Ｄ２。3（ｋｍW=5１.58

（ｋmｏl/h）２）求出塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組成如下--

--表2１

求出塔頂及塔底的產(chǎn)品量及組成。塔頂餾出液組分kg/hWt％kmol/hmoｌ%kｇ／h

塔底釜液Wt%kmｏl/h

mｏＣＣ

78

．２1

0.12．。２。

１．

54

．88

．515

０２。9

８C

9

２。８

０。1

０５

51.06

∑

２1。8

００

２0。

１０0

７

10

１

平均摩爾質(zhì)量（/ｋmol)2.3.3二甲苯物料平衡

。９

1．二甲苯塔物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)表。表－1２進(jìn)料

二甲苯塔物料平衡塔頂餾出液

塔底釜液組kmｏl

W

kｍoｌ分

kｇ/hWt

kmｏmol%kghWt%

mol％

kg／h

mol%／ｈ

ｔ％

/h

2０２。１2

２．59

１

238．28。19

１.22000

02Ｃ

2174８.

７

78

２１69

24。

0。５20517

98.2854.670．88

１

０2

7

５

２65

158

９６2５222.1652。120.05124.8

０1．046127

51.06

９9

２

61８217292.20∑

１00259。88100

１00

100

１．８

10０

51．58100０8

８４

１--

VRDVDDVRDVDDRDLLiiDii3.１

3甲苯塔熱量衡算冷凝器的量衡算對(duì)塔頂冷凝器作熱量衡算如圖6。圖３—1

冷凝器作熱量衡算圖得到熱量衡算式為Ｑ=-Ｑ－Q=V（－Ｈ)=1）H—H）ＤＤＶＬH

VD

HDi

ViH

xHLD

i

Li式中

Ｑ——冷凝器的熱負(fù)荷，kＪ—-塔頂蒸氣的熱量，ｋＪ／h;Ｖ——回流液的熱量，kJ/h;Ｑ-—餾出液的熱量，=HＤLD

／h;H——塔頂蒸汽的焓ｋＪ/；H-—塔頂餾出液的焓，kJ/kg；ＤH——液相純組分i的焓，kJ/kg；H--汽相純組分的焓，／；Ｖｘ——組分i塔頂餾出液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；y——組分i在塔頂汽相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Ｄ——塔頂蒸汽的流量，=（R+１，；D—-塔頂餾出液的流量，kｇ/h;R—回流比.1。物料的成及焓塔頂蒸氣與餾出液組成相同數(shù)值見(jiàn)表6，其中塔頂蒸氣為飽和蒸汽，回流液及餾出液為飽和液.根據(jù)物料的溫度、查得焓,具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。設(shè)焓的零點(diǎn)--

DiDiLLiViｉDpC--DiDiLLiViｉDpC為0℃下同。表３—1查得焓值具體計(jì)算結(jié)組

分

x=ＤｉW％

＝０，=141.4℃015Mａ，T=１?！妫鵬i(Kj/kH（ｇ（kJ/ｋｇH（ｇ）

０。1

。6

５

６Ｃ

９

．56

９１６

５。7

501.392∑

0.1０

３。69８８3．１

０。７。7

．4１６

。９5７．2232．冷凝器熱負(fù)荷＝（R+1）H-H)ＣＶＤＬ=(１）

—

)Di

Di

Li。7+1）×2４（３—1）。

7

ｋJ/h3。冷卻介消耗量Ｗ

采用工業(yè)循環(huán)水作為冷劑并取水的進(jìn)口溫度為℃，出口溫度為℃。查定性溫度t=

252

30

℃時(shí)，水的比熱容C＝4.174kＪg．℃)3．2

7kg/hC（））P再沸器的量衡算對(duì)塔底再沸器作熱量衡算，如圖7。圖—2再器作熱量衡圖得到熱量衡算式為：--

BVWLx=LiiiBVWLx=LiiiiViBQ

Q

Q

L

'

VW

'H

Lm

損'(H

H

)VW

LW

損(H

H

)Q

式中——再沸器的熱負(fù)荷，kJ／h;Q'QWQL'

——塔底蒸氣的熱量，kJ/h；——塔底釜液的熱量，Q=H，kＪ；Ｗ——提餾段底層塔板液體的熱量，ｋ／h;

——向環(huán)境散失的熱量（取再沸器帶入熱量的損

10Ｈ——塔底蒸汽的焓，kＪｋg;H——塔底釜液的焓，kＪ/k；ＬH—-提餾段底層塔板液體的焓，取=H,ｋｋg;Ｗ

——塔底蒸汽的流量,對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料kｇ/1。物料的成及焓取塔底蒸汽與釜液的組成相同其數(shù)值見(jiàn)表6，其中塔底蒸氣為飽和蒸汽，釜液為飽和液體。根據(jù)物料的溫度、壓力(見(jiàn)表３—）查得焓值，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下組

Ｗi

表3焓值，具體計(jì)算結(jié)果.０．，

T=１7１℃分

Ｈ（ｋａl/

ｘH(kJ／

Ｈ（）Ｈ／）ｋg

kg）∑

９9１

。19６

。52４9.94４

１。13。３２71。

。183135.62６１３０2.再沸器的熱負(fù)荷

DDHVW

H)H)10%Q

B

R(HVWLW--

1hＣC--1hＣC(R+D(yH-H)WiViWiLi。7+）×2817０.9２．80９－４。＝１0

6

kJ/ｈ3.加熱介質(zhì)消耗量Ｗ

h采用飽和水蒸氣為熱劑，給二甲苯塔釜液加熱，設(shè)傳熱過(guò)程中兩種流體均僅發(fā)生相變,恒溫傳熱過(guò)程。由表8可知塔底溫度為。5,因此選用1２MPa的飽和水蒸氣，查得其T＝233。7℃，汽化熱r=1793.5kＪ/。6.5164092.6kg/hr3。３

二甲苯塔量衡算結(jié)果總二甲苯塔熱量衡算結(jié)果見(jiàn)表表３—3二苯塔熱量衡算表項(xiàng)目

數(shù)值再沸器的熱負(fù)荷

B

7．34×１0

６

ｋ加熱蒸汽消耗量冷凝器的熱負(fù)荷

40２．62．４4×0

kg／ｋJ/冷卻水消耗量W

5。75×10

5

4。1

4二苯塔工藝條件的計(jì)操作壓力確定設(shè)塔頂?shù)交亓鞴薜膲毫Σ顬椋皠t塔頂壓力PMPa塔頂?shù)剿攭毫禐椋啊?5MPa,則塔釜壓力Ｐ＝；進(jìn)料口壓力取塔頂壓力和塔釜壓力底的平均值，故設(shè)進(jìn)料壓力P＝0．175MPa.進(jìn)--

iiiiiy=iiiiiy=ｘ4.２4.３

回流溫度確定塔頂溫度計(jì)算塔頂為飽和汽相,故應(yīng)采用露點(diǎn)方程計(jì)算塔頂溫度。yixikii

yiki

式中

y任意組分i在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；x-—任意組分i在液相中的摩爾分?jǐn)?shù);k-—相平衡常數(shù)。若

x

i

＞1

說(shuō)明所設(shè)溫度偏低k值太小若

x

i

〈1

說(shuō)明溫度偏高,k值太大經(jīng)y反復(fù)假設(shè)溫度，并求出相應(yīng)的ik

直到滿足

xi

為止，此時(shí)的溫度即露點(diǎn)。i在塔頂壓力下，假設(shè)塔頂露點(diǎn)溫度，按理想物系處理，計(jì)算得汽相各組分的平衡常數(shù),算過(guò)程及結(jié)果列表如下。表—

計(jì)算得汽相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果Ｐ＝０。１５ＭPa，設(shè)Ｔ

。15MPa,設(shè)T=１41.4℃組分

ｉDi

ｋｉ

=141.3℃

yiki

ｋi

yikiCC

78

。２6

。9993．9753

0

2.0４1０．

0.0０6--

iiiiiｉiiiiiiiｉiiFiiＣ

9

．５

０。０1

０。

０。３∑

３

。405

１．０5當(dāng)塔頂溫度為1。℃時(shí)足歸一條平衡液相組成之和１.005i故塔頂溫度為11。4℃。４．４

塔底溫度計(jì)算塔底為飽和液相，故應(yīng)采用泡點(diǎn)方程計(jì)算塔底溫度。xiiiyiii

在塔底壓力下，假設(shè)塔底泡點(diǎn)溫度，計(jì)算得液相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果列表如下。表2

計(jì)算得液相各組分的平衡常數(shù)，計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。2MPａ，設(shè)T=０４℃

。2ＭPa,T=２４℃組分

x=x

kｉ

ｋ

k

kCC

89

0.0０8．９２

２．２５。97

０

．72。988

。７9∑

７

９8７

。26

０．９9注：第二列數(shù)據(jù)見(jiàn)表。當(dāng)塔底溫度為04.5℃時(shí)，滿足歸一條件，衡汽相組成之和

y0.999i

≈１，故塔底溫度為２04.５℃。4。5

進(jìn)料溫度計(jì)算二甲苯塔采用飽和液相進(jìn)料，故應(yīng)采用泡點(diǎn)方程計(jì)算進(jìn)料溫度。xii

i

yxiii在進(jìn)料壓力下假設(shè)泡點(diǎn)溫度,由-T－圖查得液各組分的平衡常數(shù),并行相關(guān)計(jì)算如下表—3由—T-圖得料液各組分的衡常數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。。設(shè)℃

＝T=1６４℃組分

x=x

ｉ

kｉ

ｋｉ

k

ｋii--

--C

７

0.0１７4

３８2

．038C

8

0.7８95

０。

．１

Ｃ

9

。07∑

。２

０．５

5.3４

１當(dāng)進(jìn)料溫度為１℃時(shí)，滿足歸一條件，平衡汽相組成之和

y1.003i

≈1，故進(jìn)料溫度為16４℃。4.６

二甲苯塔作條件匯總二甲苯塔操作條件見(jiàn)表。表—4

甲苯塔操作條件項(xiàng)目壓力(Ｍａ溫度（℃）

塔頂。５１４。

進(jìn)料５

塔釜0.2２04。5--

nnFiＤi99nnFiＤi99i5甲苯塔塔板數(shù)的確5。1

最小回流的計(jì)算采用恩德伍德（ｅrwoｏ法計(jì)算最小回流比ijFiiij

(A)R

min

ijDiiij

（B)式中

x——組分ｉ在進(jìn)料中的摩爾分?jǐn)?shù)—組分i對(duì)基準(zhǔn)組分j的相對(duì)揮發(fā)度,ijij

kk

ij

，取塔頂、塔釜條件下的平均值;ｑ—原料的液化分率(飽和液相進(jìn)料q=1方程（A)的根，；ljhjx-組i在塔頂產(chǎn)品中的摩爾分?jǐn)?shù);Ｒ——最小回流比.1.確定相對(duì)揮發(fā)度由p－Ｔ-ｋ圖查得液相各組分的平衡常選取組分為基準(zhǔn)組分j計(jì)算相對(duì)揮發(fā)詳見(jiàn)下ij表５由－Ｔk圖得液相各組分的衡常,選取C組分為基準(zhǔn)組ｊ，計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度

。ij組成

塔頂T=1４1℃ｋiijD

塔底=204℃＝2MＰkijW

ij

ijD

ijWCC

78

２．０41０。９６

５52２.707

2

８672２９９

１９。４９Ｃ

9

０．368

。８

１

2.θ值計(jì)算--

F--F根，可知2４95１.０0。通過(guò)試差法計(jì)。ljhj１3，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)下表

計(jì)算值.組成

x％ｉ

ij

ij

ｘFi

ij

xijFiijCC

．95

。198．495

．０52１．９６９8

．１334C

9

２0０5

０05

-０．3

—06６∑

０

．693

２３

４．９3

０９34因q，所以

ni

ijFiij

0而計(jì)算結(jié)果

i

xijFiij

，誤差較大，需要重新計(jì)算。再１.２5，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)下表5-3

設(shè)

=1.1，計(jì)算結(jié)果。組成

ｘ％Fi

ij

ij

xＦ

ij

xijFiijC

１

。198

０。052

．7

０127７Ｃ

8

．５

１。

１７

４37C

。００５

－０．125

－1∑

。693

。２２3

５。3１８

８３計(jì)算結(jié)果

ni

xijFiij

０.038３,誤差較大需要重新計(jì)算。再1122，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)下--

iminmnDi--iminmnDi表５-4設(shè)1.22計(jì)算結(jié)果。組成

x

ij

ij

ｘi

ij

xijFiijＣ

。198

。０52

３

０．CC

89

７９5。５

。95

．9698。2005

１。－

。4378-１.6０4∑

8

２223

．８

０。１．２2時(shí)，

i

ijFiij

0.005

≈，故=。122。3。最小回比計(jì)算２帶入到方R

min

ijDiiij

，計(jì)算Ｒ.ｎR計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)下表５－5R計(jì)過(guò)程組成

ij

x％

ij

ｘDi

ij

xijDiijC

7

１８

。22

３４

４。076

０１56C

５

9２8

2２1

1.37３

。7859C

9

０.５

０.０05

—２

－０。0４１∑

８．693

1

2

。３７

１所以5.２

Ｒ=1。７６051=０．６ｎ最少理論板數(shù)的計(jì)算最少理論板數(shù)采用芬斯克方程計(jì)算。--

DWlhxlDWlhxlN

llglh

式中值；

-—輕關(guān)鍵組分l、重關(guān)鍵組分h之間的相對(duì)揮發(fā)度取塔頂、塔底的平均lhｘ、ｘ—輕關(guān)鍵組分l、關(guān)鍵組分ｈ的摩爾分?jǐn)?shù)下標(biāo)D、—塔頂、塔底。根據(jù)前面相對(duì)揮發(fā)度的計(jì)算可知=２５lh根據(jù)表2數(shù)據(jù)，把相關(guān)條件帶入芬斯克方程可得：

min

lghDW

0.98282.495

9.8５.3

lh理論塔板和實(shí)際回流的確定應(yīng)用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，根據(jù)實(shí)際回流比，采用簡(jiǎn)捷法計(jì)算理論板數(shù)。計(jì)算示例：?。保?,則R0.76050.3481.7查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖得NminN2

0.35則NN9.8min0.35N2整理得N=16．15不同實(shí)際回流比下的理論板數(shù)計(jì)算結(jié)果如下--

F--F表5６不實(shí)際回流比下的理論板數(shù)計(jì)算結(jié)果。R１．1１。31.51.71.9

RR１２48０.29４80。39９

NNN0４。．。

N．15５.１０由計(jì)算結(jié)果可以看出當(dāng)．7~1.９之間塔板數(shù)變化最所以確定回流比為1．7,則理論板數(shù)為1615

，取N＝

1７塊。5.4

實(shí)際塔板的確定1．確定塔效率全塔效率由下式計(jì)算。0.170.616lg

Fi

Li式中

-—塔頂與塔底平均溫度下組分i液相黏度，Ｐaｓ。Li根據(jù)表７計(jì)算定性溫t

t.4204頂?shù)?/p>

℃查得１73各組分粘度得：表5查℃各組分粘度組分

ｘ％F

Li

（mPaｓ）

Li

ｘ（Ｐas）ｉC

7

0.1６7

．０01C

８

78.9５

。

０４C

9

２０。05

0４

０∑0.170.616lg

０．９＝0.17-0。61ｌ。６２９FiLi

。18選用浮閥塔板，板效率修正系數(shù)?。?1，則板效率為。６．6922．實(shí)際塔數(shù)的確定--

FFlWh--FFlWh實(shí)際塔板數(shù)由下式計(jì)算N

P

N式中Ｎ——理論塔板數(shù)；N—-實(shí)際塔板數(shù);Ｐ

—塔板效率.把相關(guān)條件帶入方程可得