年產(chǎn)20萬噸PX裝置的工藝設計論文

1緒論1.1PX的性質及用途PX的性質對二甲苯的物理性質無色透明液體，具有芳香氣味。比重0.861，熔點13.2℃，沸點138.5℃，閃點25℃，能與乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑混溶。可燃，低毒化合物，性略高于乙醇，其蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，爆炸極限1.1%～7.0%〔體積分數(shù)〕。b)對二甲苯的化學性質〔1〕對金屬無腐蝕性，用稀硝酸氧化生成對甲基苯甲酸，繼續(xù)氧化生成對苯二甲酸。與其他氧化劑的作用和鄰二甲苯類似。對二甲苯在碳酸鈉水溶液和空氣存在下，于250℃，6MPa下生成對甲基苯甲酸、對苯二甲酸、乙醛。用鈷鹽作催化劑，120℃經(jīng)空氣液相氧化生成對甲基苯甲酸。氯化反響與其他二甲苯類似。對二甲苯熱解生成甲烷、氫、甲苯、對聯(lián)甲苯、2，6-二甲基蒽?！?〕穩(wěn)定性：穩(wěn)定〔3〕禁配物：強氧化劑、酸類、鹵素等〔4〕聚合危害：不聚合〔5〕常見化學反響：甲基能被常見氧化劑氧化。如用稀硝酸氧化生成對甲基苯甲酸，繼續(xù)氧化生成對苯二甲酸；用酸性高錳酸鉀也能將甲基氧化成羧基。甲基上的氫原子能被鹵素取代。1.1.2對二甲苯的用途對二甲苯與老百姓的生活密不可分。二甲苯廣泛存在于汽油中。在汽油中的含量約6%～10%，是汽油高性能抗爆性的重要組分，沒有它，就不能生產(chǎn)高品質的汽油。PX為根底有機化工原料之一，主要生產(chǎn)對苯二甲酸〔PTA〕及對苯二甲酸二甲酯〔DMT〕，分別占PX消費量的80%和12%左右，這兩種單體又是生產(chǎn)聚酯纖維和聚酯塑料的原料。全球產(chǎn)量的98%左右用于生產(chǎn)聚酯[3]。聚酯的絕大局部用于生產(chǎn)滌綸，滌綸是目前生產(chǎn)和消費最多的化纖品。我國是化纖大國，合成纖維生產(chǎn)需要大量PX[5]。局部聚酯用于制造飲料瓶，我們日常消費的可樂、汽水、果汁，都可以是用聚酯瓶包裝的。除此之外，對二甲苯在醫(yī)藥、香料、油墨、農(nóng)藥、染料以及溶劑等領域有廣泛的用途[4]。對二甲苯系列產(chǎn)品關系如圖1-1。對二甲苯的廣泛用途使它長期處于供不應求狀態(tài)，所以，PX裝置的建設還有很大的空間。圖1.1對二甲苯系列產(chǎn)品關系圖1.2PX產(chǎn)業(yè)的國內外開展現(xiàn)狀PX產(chǎn)業(yè)的國內現(xiàn)狀聚酯纖維的迅速開展，拉動了其上游原料精對二苯甲酸的消耗，進而又拉動了PTA的上游原料對二甲苯的市場嚴重供不應求，產(chǎn)品需要大量進口[6]。2023年，世界PX的裝置生產(chǎn)能力約4000萬噸/年，70%以上的裝置在亞洲地區(qū)，新建產(chǎn)能也大都集中在亞洲，主要為韓國和中國。中國石化集團公司是最大的生產(chǎn)集團，占總產(chǎn)能的42.5%其次是中國石油集團公司，占總產(chǎn)能的22.0%。2023年是我國PX生產(chǎn)能力增長最快的一年，新增產(chǎn)能284萬噸，比2023年的442.1萬噸增長64.2%。截至2023年9月底，我國PX的生產(chǎn)廠家有13家總生產(chǎn)能力到達821.1萬噸/年。目前，我國已是世界上最大的PX生產(chǎn)和消費國，產(chǎn)能約占全球產(chǎn)能的20%，消費量占全球38%左右[7]。PX產(chǎn)業(yè)的國外現(xiàn)狀北美地區(qū)的新建PX裝置主要集中在美國，用于生產(chǎn)PTA的PX將提高到82.1%。由于生產(chǎn)本錢較低加之原料供給充足，中東的石化產(chǎn)業(yè)投資將穩(wěn)步增長。該區(qū)域將建設更多的PTA和PX裝置，用于生產(chǎn)PTA的PX比例也將進一步增長[8]。在歐洲對二甲苯PX的總生產(chǎn)能力約為310.0萬噸/年。由于全球一系列對二甲苯生產(chǎn)裝置的問題以及亞洲新對苯二甲酸生產(chǎn)裝置的建成投產(chǎn)，使得世界對二甲苯供給緊張價格上漲。2002年由于有200多萬噸/年的對苯二甲酸生產(chǎn)能力投產(chǎn)，其中第二季度在中國、中國臺灣以及韓國就有155萬噸/年的對苯二甲酸生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，使得亞洲地區(qū)的對二甲苯供給緊張。PX的主要生產(chǎn)工藝甲苯歧化和烷基轉移甲苯歧化反響是甲苯經(jīng)過歧化反響生成苯和二甲苯。烷基轉移反響是指苯與C9、C10芳烴之間的烷基轉移反響。該工藝的特點是將產(chǎn)量相對過剩的甲苯和或價值相對較低的C9、C10轉化成苯和二甲苯，是工業(yè)上增產(chǎn)PX的主要手段。代表性的工藝有Mobil公司的MSTD工藝、UOP公司的Tatoray工藝、IEP/Mobil公司的Tranplus工藝等。甲苯歧化工藝技術主要取決于催化劑，目前甲苯歧化工藝方法主要有Xylcne-Plus法〔常壓氣相不臨氫工藝〕、Tatoray法〔加壓氣相臨氫工藝法〕、LTDP〔低溫加氫液相不臨氫工藝〕及MTDP法〔氣相加壓不臨氫工藝〕等。二甲苯異構化從催化重整油和裂解汽油中獲得的C8芳烴，對二甲苯含量僅為混合二甲苯質量的25%左右，且乙苯所占比例較大，為最大限度地生產(chǎn)對二甲苯，需將C8芳烴進行異構化反響生成對二甲苯[1]。典型的工藝有：東麗公司的Isolene(II)工藝、UOP公司的Isomer工藝、Engelhard公司的Octafining工藝、Mobil公司的MHAI工藝等。其中MHAI工藝采用活性高、選擇性好、操作條件溫和、催化劑結焦速率慢、運轉周期長再生性能好的分子篩催化劑，能使乙苯轉化率達60%～70%，二甲苯損耗率那么可降低至1.8%，非芳烴轉化率達20%，二甲苯的選擇性達平衡值的102%。甲苯甲醇烷基化甲苯甲醇烷基化合成對二甲苯是一條增產(chǎn)對二甲苯的新的工藝路線，為甲苯轉化和C1資源利用提供了新的途徑[1]。該技術主要采用了一種能提高甲苯甲醇烷基化反響選擇性的催化劑[9]。該催化為含氧化物改性劑并經(jīng)苛刻蒸汽處理的ZSM.5沸石催化劑[10]。幾種典型的甲苯甲醇烷基化技術見表1-1：表1.1幾種典型的甲苯甲醇烷基化技術比擬工程ExxonMobilGTC大連化物所反響溫度/℃600400～450400～500壓力/MPa0.280.1～0.50.1PX的選擇性，%96.88593～98是否臨氫是是否副產(chǎn)物C5以下烷烴CO、CO2、氫氣等乙烯、丙烯催化劑壽命/a0.5～1循環(huán)再生反響器形式固定床固定床流化床混合二甲苯別離a〕低溫結晶別離法混合二甲苯中對二甲苯的凝固點為13.3℃，鄰二甲苯為-25.2℃，間二甲苯為-47.9℃，乙苯為-95.0℃，鑒于各組份間凝固點相差較大，因此可以應用冷凍結晶法別離生產(chǎn)對二甲苯。此法也是在分子篩吸附別離法出現(xiàn)前，別離對二甲苯的唯一實用方，法迄今為止仍為世界上許多裝置所采用[2]。結晶別離法一般由兩段結晶過程組成。第一段結晶溫度控制在低共熔溫度(-62℃～-68℃)附近,以提高對二甲苯的回收率對二甲苯晶體的純度為85%～90%；第二段結晶過程中將一段結晶粗產(chǎn)品熔融后控制結晶溫度為20℃～10℃，進行重結晶以提高產(chǎn)品的純度，可獲得純度大于98%的對二甲苯[2]。二次結晶產(chǎn)品以甲苯洗滌可以脫除對二甲苯晶粒間夾雜的位和對位異構體晶體，熔化后經(jīng)精餾塔脫甲苯得到的對二甲苯產(chǎn)品的純度可達99.8%，大大提高了產(chǎn)品的純度。根據(jù)結晶方式制冷方式和液固別離手段，結晶別離法可以分為Chevron法、Krupp法、Amoco法、Arco法和丸善法等。b〕氟化氫三氟化硼抽提法該方法生產(chǎn)過程是：先使氟化氫三氟化硼與混合二甲苯中的間二甲苯形成絡合物，然后于0℃～10℃經(jīng)過連續(xù)多級萃取后，間二甲苯便與其它芳烴別離，得到的絡合物經(jīng)過加熱到40℃～70℃分解，可得到含量99.5%以上的間二甲苯。氟化氫三氟化硼循環(huán)使用，它也是一種異構化催化劑，在常壓情況和100℃的條件下，能使間二甲苯異構化。從抽余油中再用一般精餾方法別離乙苯、對二甲苯和鄰二甲苯。國內正在進一步研究中。c〕吸附-結晶集成別離技術吸附-結晶集成法由吸附和結晶兩個工藝過程組成[2]?；旌隙妆皆鲜紫冉?jīng)蒸餾塔脫除原料中混雜的石蠟和萘等C9以上芳烴后，送入選擇性吸附/脫附裝置。在選擇性吸附/脫附單元中，無論采用對間二甲苯和鄰二甲苯有強吸附作用的吸附劑或是對對二甲苯有強吸附能力的吸附劑,經(jīng)脫附操作后都可得到一個富集對二甲苯的餾分1和另一個富集鄰位和間位二甲苯的組份2，餾分1中對二甲苯質量分數(shù)一般介于20%～95%之間；組份中對二甲苯的質量分數(shù)一般小于3%。餾分經(jīng)過精餾塔別離脫附劑(如甲苯)后，送入結晶裝置。餾分2中除含有鄰二甲苯、對二甲苯和乙苯外，還含有甲苯，經(jīng)過精餾塔別離甲苯后，送入加氫異構化裝置反響，得到熱力學平衡組成的對位、鄰位、間位二甲苯和乙苯以及少量的C1～C5餾分。加氫異構化產(chǎn)物經(jīng)過精餾塔脫除低分子的C1～C55餾分，與新鮮原料混合，后再送入選擇吸附/脫附裝置結晶裝置。一般由單個或兩段結晶單元組成。單個結晶器的操作溫度一般為-10℃～0℃；得到高純度的對二甲苯。吸附-結晶集成法充分利用吸附和結晶別離技術各自的優(yōu)點，即利用吸附操作提高對二甲苯的回收率，利用結晶技術提高產(chǎn)品的純度。對二甲苯的回收率到達90%以上，純度到達99.9%以上。2PX的工藝流程2.1生產(chǎn)方法本課題采用甲苯甲醇烷基化法生產(chǎn)PX，在ZSM-5催化劑作用下甲苯與甲醇反響，直接生成對二甲苯。其過程可分為對二甲苯的合成和合成產(chǎn)物的別離，來得到純度高的對二甲苯。甲苯甲醇烷基化反響的原料之一是甲醇，所以在甲醇與甲苯烷基化生成PX的同時,總會伴有甲醇脫水轉化為碳氫化合物的副反響[11]。大連化物所采用改性的沸石分子篩作為催化劑,利用沸石分子篩的擇形催化作用,高選擇性地制取PX，反響產(chǎn)物中PX在二甲苯異構體中的選擇性可以到達93%～98%，同時原料中的甲醇可以聯(lián)產(chǎn)乙烯和丙烯[12]。乙烯是生產(chǎn)精對苯二甲酸(PTA)的原料之一，而目前乙烯主要來源于石腦油裂解。該技術的應用無疑將增加乙烯的生產(chǎn)途徑,同時該反響系統(tǒng)不需要臨氫操作,可以節(jié)省相應的工藝及設備。因此,甲苯甲醇烷基化制取PX并聯(lián)產(chǎn)低碳烯烴技術到達了在一個反響過程中、一種催化劑上高選擇性地生產(chǎn)PX和乙烯的目的[13]。另外，該工藝最具吸引力的特點是PX收率要比傳統(tǒng)的甲苯擇形歧化工藝高一倍,且具有許多優(yōu)點:每生產(chǎn)1tPX產(chǎn)品所需的甲苯可由甲苯擇形歧化法的約2.8t下降到1.0t；原料甲醇價格比擬廉價；苯的產(chǎn)量可以忽略。因此,甲苯甲醇選擇性烷基化生產(chǎn)PX工藝路線將是未來最經(jīng)濟、最為可行的PX生產(chǎn)技術路線。工藝說明工藝流程圖圖2.1甲苯甲醇烷基化工藝流程圖工藝流程簡述甲苯與原料甲醇以及循環(huán)回來的甲醇混合后進入換熱器〔E101〕將原料混合物加熱到反響最正確操作溫度460℃，進入甲苯甲醇烷基化反響器1和反響器2〔R101~2〕在ZSM-5沸石催化劑下進行反響。反響完后的混合氣體經(jīng)過換熱后進入氣液別離器〔V101〕別離烯烴和芳烴。別離出來的芳烴進入層析器〔V102〕進行油水兩相別離，別離出來的油相進入PX精餾塔〔T101〕進行甲苯和二甲苯的別離，因甲苯甲醇烷基化PX選擇性很高，可直接經(jīng)精餾塔別離出純度高達96.5%的PX產(chǎn)品，塔頂采用局部冷凝器，少局部的氣體至回收系統(tǒng)，大局部冷凝液循環(huán)回一段反響器和二段反響器。經(jīng)層析器〔V102〕別離出來的水相進入甲醇塔〔T102〕，別離出來的未反響完的甲醇循環(huán)至一段反響器之前，塔底為工業(yè)廢水。甲苯甲醇烷基化反響甲苯的轉化率33.7%，而甲醇的轉化率高達97.8%，其中PX選擇性高達96.8%。介于甲苯的單程轉化率低，我們采用兩個反響器串聯(lián)來提高甲苯的總的轉化率和降低反響器的體積。因為甲醇的轉化率很高，多余的甲苯根本轉化成低碳烯烴，如果有大量的低碳烯烴產(chǎn)生，將會產(chǎn)生大量的廢水。為控制低碳烯烴的大量產(chǎn)生，我們選擇在第二段反響器進口之前補充甲醇和甲苯。同時，經(jīng)過甲苯甲醇烷基化一段反響過后混合氣體中C8組分增多，稀釋了甲苯和甲醇的分壓，降低反響速率。所以，在二段反響器進口補充的甲醇量比最初的甲醇進料量多，從而提高甲醇的分率，從而可以保證甲苯的最大轉化率。有關化學方程式a〕甲苯自身轉化反響〔副反響〕b〕甲醇自身反響〔副反響〕c〕甲苯甲醇烷基化反響〔主反響〕表2.1甲苯自身各反響的lgKPθ與溫度的關系反響溫度/K3005007009001000〔1〕-1.35-1.18-1.11-1.09-1.08〔2〕-0.78-0.77-0.78-0.81-0.82〔3〕-1.18-1.73-1.13-1.15-1.17由上表可以看出，甲苯自身的歧化反響平衡常數(shù)很小，且溫度對平衡常數(shù)的影響較小，所以在本工程當中，忽略甲苯自身的歧化反響。表2.2甲醇自身各反響的lgKPθ與溫度的關系反響溫度/K3005007009001000〔4〕2.871.290.680.360.25〔5〕11.199.288.588.208.07〔6〕23.6416.7213.9312.4011.87〔7〕33.6622.5318.0215.5514.70由上表可以看出，反響〔4〕的平衡常數(shù)相對后面三個反響而言小很多，在本工程反響體系中不予以考慮。后面三個反響的平衡常數(shù)均較大，不可以忽略不計，所以在本工程反響體系中考慮后三個反響作為體系的副反響。綜上所述，本工程甲醇甲苯甲基化工段僅考慮甲醇甲苯烷基化、甲醇脫水生成乙烯、丙烯和丁烯反響。其他副反響在模擬中不予以表達。表2.3甲醇甲苯烷基化反響的lgKPθ與溫度的關系反響溫度/K3005007009001000〔8〕11.666.654.553.382.97〔9〕11.496.594.573.453.06〔10〕12.067.004.903.733.32由上表可以看出，隨著溫度增加，三個反響的平衡常數(shù)逐漸減低，由熱力學分析可得溫度低有利于反響，但是由動力學可知，溫度越低，反響速率越慢，且溫度必須高于催化劑的活性溫度。故綜合考慮熱力學和動力學對反響的影響，本工程甲苯甲醇烷基化反響器操作溫度定為460℃。采用的催化劑本工藝反響器中甲苯甲醇烷基化反響在選用催化劑時，就需保障甲苯高效轉化效果，通過查閱相關文獻，其反響條件如下：表2.4甲苯烷基化反響條件甲苯烷基化反響催化劑ZSM-5反響溫度460℃反響壓力0.1Mpa重時空速1h-1甲苯甲醇摩爾比4:13物料衡算化工過程的物料衡算，是利用物理與化學的根本定律，對化工過程單元及化工過程單元系統(tǒng)的物料進行的定量計算。通過計算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)。在化學工程中，設計或改造工藝流程和設備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過程的損耗量，對現(xiàn)有的工藝過程進行分析，選擇最有效的工藝路線，對設備進行最正確設計以及確定最正確操作條件等都要進行物料衡算。而且，化學工程的開發(fā)與放大都以物料衡算為根底。因此，進行物料衡算是非常必要的，具有非常重要的指導意義。對一般的體系而言，物料分布均可表示為：∑(物料的累積率)=∑(物料進入率)-∑(物料流出率)+∑(反響生成率)-∑(反響消耗率) 特別地，當系統(tǒng)沒有化學反響時，那么可簡化為：∑(物料的累積率)=∑(物料進入率)-∑(物料流出率)在穩(wěn)定狀態(tài)下有：∑(物料進入率)=∑(物料流出率)化工流程模擬軟件ASPENPLUS廣泛應用于化工過程的物料衡算和熱量衡算，該設計就利用ASPENPLUS進行流程模擬，得出物料衡算表。3.1搜集計算數(shù)據(jù)查閱資料，收集數(shù)據(jù)，確定計算輸入條件。這些數(shù)據(jù)包括：表3.1原料及輔助原料規(guī)格及用量一覽表序號原料規(guī)格萬噸/年1甲醇99.9%4.642甲苯99.5%14.185ZSM-5催化劑—26.133表3.2產(chǎn)品對二甲苯規(guī)格組分質量流率/〔kg/h〕質量分數(shù)苯0.6115ppm甲苯0.113ppmOX1.1827ppmMX1.4235ppmPX40046.3896.5%重芳烴0.4110ppm產(chǎn)品規(guī)格優(yōu)等品國內價格預期/〔元/噸〕7130產(chǎn)量/〔萬噸/年〕20表3.3生產(chǎn)規(guī)模、時間和甲苯、甲醇轉化率生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)20萬噸對二甲苯生產(chǎn)時間300×24=7200h甲苯的轉化率33.7%甲醇的轉化率97.8%PX選擇性96.8%產(chǎn)品純度96.5%3.2單元系統(tǒng)物料衡算利用ASPENPLUS建立流程如圖3.1，輸入搜集數(shù)據(jù)，進行模擬運算，得出物料衡算結果。圖3.1甲苯甲醇烷基化流程圖甲苯甲醇烷基化反響器1流入物流流出物流TemperatureC460460PressureMPa0.10.1VaporFrac11MoleFlowkmol/hr618.6610677.1058MassFlowkg/hr30785.5530785.55VolumeFlowcum/sec10.4540710.93489EnthalpyGcal/hr-12.12527-13.73461MassFlowkg/hrC6H68.8E+018.8E+02C7H81.97E+0413080.43EB51.429651.4296OX2.13956847.60472MX32.67278214.5335PX978.8118412.367C9H120.0025740.002574C10H142.91E-082.91E-08H200CH400CH3OH4633.5851805.381C2H40478.7858C3H60309.8026H2O3469.6795071.852C4H80225.3110PDEB00MassFracC6H60.0010400.001040C7H80.23303800.154505EB0.00060760.0006076OX2.53E-050.001546MX0.00038580.002534PX0.01156140.099366C9H123.04E-083.04E-08C10H143.43E-133.43E-13H200CH400CH3OH0.0759930.021325C2H400.005655C3H600.003659H2O0.0409830.07172C4H800.002661PDEB00甲苯甲醇烷基化反響器2流入物流流出物流TemperatureC460.0032490PressureMPa0.10.1VaporFrac11MoleFlowkmol/hr848.1727869.716MassFlowkg/hr39689.0939689.09VolumeFlowcum/sec14.3342015.30415EnthalpyGcal/hr-19.2568-19.7428MassFlowkg/hrC6H63.41E+023.41E+02C7H84.52E+0431178.66EB55.621455.62145OX47.702185.56785MX222.1076373.5705PX8823.66114503.52C9H120.0025730.002573C10H147.98E-087.98E-08H200CH400CH3OH6845.9053431.521C2H4478.7858898.3498C3H6309.8026519.5847H2O6124.8948044.585C4H8225.3109315.2175PDEB00MassFracC6H60.00113490.001134C7H80.15054690.103877EB0.00050940.0005094OX0.00043630.000784MX0.00203490.0034225PX0.08084360.1328829C9H126.48E-086.48E-08C10H147.31E-1307.31E-13H20CH400CH3OH0.0627220.03144C2H40.0043860.008230C3H60.00283850.00476H2O0.0561170.073705C4H80.0020640.002888PDEB00氣液別離器流入物流1流出物流1流出物流2TemperatureC505050PressureMPa0.10.10.1VaporFrac0.09256710MoleFlowkmol/hr869.716349.9878819.7283MassFlowkg/hr39689.091733.15237955.96VolumeFlowcum/sec0.6055770.3701560.01191EnthalpyGcal/hr-34.568500.476231-35.3340MassFlowkg/hrC6H61240123.8639C7H811345.454011345.45EB55.621454055.62145OX85.567854085.567854MX373.570540373.57054PX14503.52014503.52C9H120.002573800.0025738C10H147.98E-080.00E+007.98E-08H2000CH4000CH3OH3431.52103431.521C2H4898.3498898.34980C3H6519.5847519.58470H2O8044.58508044.585C4H8315.2175315.21750PDEB000MassFracC6H60.001134900.001186C7H80.103877400.108620EB0.000509400.0005327OX0.000785400.0008196MX0.003422500.0035789PX0.132882900.1389509C9H122.35E-080.00E+006.78E-08C10H142.65E-130.00E+007.65E-13H2000CH4000CH3OH0.0314400.0328756C2H40.00823090.18848470C3H60.00476030.10901520H2O0.073705400.0770709C4H80.0028880.066136360PDEB0003.2.4層析器流入物流1流出物流1流出物流2TemperatureC502020PressureMPa0.10.120.12VaporFrac000MoleFlowkmol/hr819.7283499.5138320.2145MassFlowkg/hr37955.969897.08728058.84VolumeFlowcum/sec0.0119130.0033910.008886EnthalpyGcal/hr-35.33407-33.6304-3.599170MassFlowkg/hrC6H61240.007454123.8564C7H811345.450.01738111345.454EB55.621450.00000255.621418OX85.567859.96E-0685.567818MX373.57051.30E-05373.57018PX14503.520.000380714503.512C9H120.0025732.76E-120.0025738C10H142.90E-087.45E-192.90E-08CH3OH3431.5212051.7661379.7545H2O8044.5857845.294199.29141MassFracC6H60.00118652.74E-070.0016050C7H80.10862070.000000640.1469338EB0.00053271.01E-100.0007207OX0.00081813.67E-100.0011090MX0.00357894.8E-100.0048414PX0.1389500.0000000140.1879621C9H122.4E-081.0E-163.33E-08C10H142.78E-132.73E-233.74E-13CH3OH0.03287560.07538540.0178814H2O0.07707090.28824980.0025829甲醇塔流入物流1流出物流1流出物流2TemperatureC8079.08966106.617PressureMPa0.120.10.12VaporFrac000MoleFlowkmol/hr499.5152249.7569249.7568MassFlowkg/hr9897.0875397.6514499.418VolumeFlowcum/sec0.0031130.0017810.0013716EnthalpyGcal/hr-33.0198-16.1369-16.7653MassFlowkg/hrC6H67.45E-037.45E-032.08E-54C7H81.74E-020.0173811.42E-68EB2.76E-062.76E-061.82E-83OX1.1E-051.1E-053.11E-77MX1.42E-051.42E-051.2E-83PX0.00038070.00038071.07E-83C9H122.78E-121.02E-160C10H141.32E-180.00E+000.00E+00CH3OH2051.7632051.7691.78E-10H2O7845.2943.13E+034499.44MassFracC6H62.36E-079.23E-071.68E-58C7H81.76E-061.13E-061.15E-72EB2.79E-105.11E-104.05E-87OX1.01E-091.85E-096.91E-81MX1.32E-092.42E-091.71E-87PX1.25E-082.45E-082.64E-88C9H122.80E-161.02E-200C10H147.52E-230.00E+000CH3OH0.0753853.80E-014.49E-14H2O0.2882490.2254080.3636363.2.6PX精制塔流入物流1流出物流1流出物流2流出物流3TemperatureC8581.581.5145.0105PressureMPa0.120.10.10.12VaporFrac0100MoleFlowkmol/hr320.21456.75361018.4660711.72222MassFlowkg/hr28058.85317.439714142.8713598.53VolumeFlowcum/sec0.0095730.05420.004780.005052EnthalpyGcal/hr-2.81494-0.21403-2.19417-0.000767MassFlowkg/hrC6H63.41E+021.26E+013.28E+021.66E-11C7H83.12E+04460.78953.07E+040.056471EB1.53E+022.73E-013.84E+0141.54931OX2.35E+024.71E-038.93E-0185.24138MX1.03E+034.40E-016.94E+01348.1632PX14503.519.0216151.22E+0313123.52C9H127.08E-039.07E-122.62E-090.002574C10H147.98E-082.61E-231.69E-207.98E-08CH3OH1379.7553.12E+021366.1490H2O5.48E+026.16E+014.86E+024.91E-19MassFracC6H64.41E-031.45E-020.0030664.45E-16C7H84.04E-015.28E-010.2872004.15E-06EB0.0007213.13E-049.88E-040.00111OX0.0011095.40E-062.30E-050.002279MX0.0048410.0001830.0006490.00931PX0.1879620.0103349.69E-020.35093C9H129.17E-081.04E-146.74E-141.89E-07C10H141.03E-122.99E-264.34E-252.13E-12CH3OH4.92E-023.58E-018.95E-020H2O0.0025820.025660.0045481.31E-234熱量衡算在化工生產(chǎn)中，有些過程需消耗巨大的能量，如蒸發(fā)、枯燥、蒸餾等；而另一些過程那么可釋放大量能量，如燃燒、放熱化學反響過程等。為了保證生產(chǎn)在適宜的工藝條件下進行，必須控制物料帶入或帶出體系的能量，控制能量的供給速率和放熱速率。為此，需要對各生產(chǎn)體系進行能量衡算。能量衡算對于生產(chǎn)工藝條件確實定、設備的設計是一種不可缺少的化工根本計算。化工生產(chǎn)的能量消耗很大，能量消消耗用是化工產(chǎn)品的主要本錢之一。衡量化工產(chǎn)品能量消耗水平的指標是能耗，即制造單位質量〔或單位體積〕產(chǎn)品的能量消消耗用。能耗也是衡量化工生產(chǎn)技術水平的主要指標之一。而能量衡算可以為提高能量利用率、降低能耗提供主要依據(jù)。物流焓的基準狀態(tài)包括物流的基準壓強、基準溫度、基準相狀態(tài)，熱量衡算的文字表達式為：輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量對于連續(xù)生產(chǎn)，系統(tǒng)積累的能量為0，所以有Q+W=ΣHout-ΣHinQ——系統(tǒng)的換熱量，即與加熱劑或冷卻劑的換熱量W——輸入系統(tǒng)的機械能ΣHin——進入系統(tǒng)的物料的焓ΣHout——離開系統(tǒng)的物料的焓4.1單元設備熱量衡算在物料衡算的根底上，利用流程模擬軟件Aspenplus進行熱量衡算，結果如下：甲苯甲醇烷基化反響器1表4.1甲苯甲醇烷基化反響器1負荷計算表HeatingDutyHeatduty/kW-1871.682Q=-1871.682kW表4.2甲苯甲醇烷基化反響器1焓變計算表流入物流流出物流TemperatureC460460PressureMPa0.10.1VaporFrac11MoleFlowkmol/hr618.6611647.1058MassFlowkg/hr30785.5530785.55VolumeFlowcum/sec10.4540710.93489EnthalpyGcal/hr-12.1252-13.7346ΣH/kW-14101.69-15973.36表4.3甲苯甲醇烷基化反響器1能量平衡表Q總/kWW總/kWΣHin/kWΣHout/kWError-1871.6820-14101.69-15973.363.48E-07甲苯甲醇烷基化反響器2表4.4甲苯甲醇烷基化反響器2負荷計算表HeatingDutyHeatduty/kW-565.1241Q=-565.13kW表4.5甲苯甲醇烷基化反響器2焓變計算表流入物流流出物流TemperatureC460.0032490PressureMPa0.10.1VaporFrac11MoleFlowkmol/hr848.172869.716MassFlowkg/hr39689.136689.1VolumeFlowcum/sec14.3342115.30414EnthalpyGcal/hr-19.02568-1907428ΣH/kW-22395.74-22960.88表4.6甲苯甲醇烷基化反響器2能量平衡表Q總/kWW總/kWΣHin/kWΣHout/kWError-565.130-22395.747-22960.88-1.49E-07層析器表4.7層析器負荷計算表HeatingDutyHeatduty/kW-2204.453Q=-2204.454kW表4.8層析器焓變計算表流入物流1流出物流1流出物流2TemperatureC502020PressureMPa0.10.120.12VaporFrac000MoleFlowkmol/hr819.7283499.5138320.2145MassFlowkg/hr37955.969891.08728058.85VolumeFlowcum/sec0.0119130.0033920.008886EnthalpyGcal/hr-35.3341-33.6314-3.59917ΣH/kW-41093.52-39112.15-4185.818ΣH/kW-47808.62-43297.99表4.9層析器能量平衡表Q總/kWW總/kWΣHin/kWΣHout/kWError-2204.4540-47808.62-43297.8183.63E-014.1.4甲醇塔表4.10甲醇塔負荷計算表CondenserReboilerHeatduty/kW-7226.2397362.945Q=1366.888kW表4.11甲醇塔焓變計算表流入物流1流出物流1流出物流2TemperatureC8079.08966106.617PressureMPa0.120.10.12VaporFrac000MoleFlowkmol/hr63.15018249.7569249.7567MassFlowkg/hr989.81455397.6514499.44VolumeFlowcum/sec0.0031130.0017810.001372EnthalpyGcal/hr-33.01964-16.13695-16.76538ΣH/kW-38402.09-18767.27-19498.145ΣH/kW-38402.09-38265.41表4.12甲醇塔能量平衡表Q總/kWW總/kWΣHin/kWΣHout/kWError1366.8880-39632.29-38265.41-1.16E-024.1.5PX精制塔表4-13PX精制塔負荷計算表CondenserReboilerHeatduty/kW-6777.1467250.402Q=1301.455kW表4.14PX精制塔焓變計算表流入物流1流出物流1流出物流2流出物流3TemperatureC8581.581.5145.0105PressureMPa0.120.10.10.12VaporFrac0100MoleFlowkmol/hr320.21456.75361118.46607128.0858MassFlowkg/hr2806.12317.439714142.8713598.53VolumeFlowcum/sec0.0095850.0541840.004780.005052EnthalpyGcal/hr-2.81494-0.21308-2.19417-0.000767ΣH/kW-3273.77-247.812-2551.82-0.892338ΣH/kW-3521.589-2552.712表4.15PX精制塔能量平衡表Q總/kWW總/kWΣHin/kWΣHout/kWError1301.4550-3854.167-2552.7125.13E-25設備選型及計算5.1甲苯甲醇烷基化反響器1的工藝計算通過前面動力學分析及查閱相關文獻現(xiàn)確定以下設計根底數(shù)據(jù)：反響溫度T=460℃，反響壓力P=0.1MPa，甲苯，甲醇單釜質量空速取1h-1；ZSM-5催化劑堆積密度ρp=0.68g/cm3，比外表積Sg=130m2/g,孔容Vg=0.4cm3/g,床層空隙率ε=0.38；根據(jù)Aspenplus軟件模擬得到如下物性參數(shù)：反響條件下原料氣的密度ρ=0.239kg/m3,粘度μ=2.12×10-5Pa?s。由前面反響動力學分析可知，反響轉化速率隨轉化率XA的增大而降低，即該反響符合正常動力學。催化劑用量根據(jù)Gc=EQ\f(W,1/τ)式中，Gc——催化劑質量，kg;W——原料處理量,kg/h;1/τ——質量空速，h-1將W=W甲醇+W甲苯=4633.5+19700=24333.5kg/h,1/τ=1h-1代入上式，那么有催化劑用量：

Gc=24333.5kg反響器1尺寸計算由于催化劑床層堆積密度ρp=680kg/m3，故催化劑床層體積：Vr=Gc/ρp=35.78m3根據(jù)《工業(yè)催化》中規(guī)定，為了保證反響氣流穩(wěn)定，固定床反響器的長徑比一般在3~6之間。此處我們選取反響器長徑比為4，反響器裝填系數(shù)為0.6，那么：反響器體積V=35.78/0.6=59.64m3

反響器直徑D==2.95m反響器筒體高度H0=4×2.95=11.8m封頭選取標準橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746-2002查得封頭公稱直徑：DN=3000mm;封頭直邊高度：h1=50mm;曲面高度：h2=1040mm。故反響器總高H=11.8+(1.04+0.05)×2=12.98m現(xiàn)將反響器直徑圓整為4m，反響器床層高度圓整為13m。5.1.3反響器1壓降校核由于進入反響器的原料體積流量V原料QUOTE=6.94m3/s根據(jù)V原料=eq\f(πD2,4)u0代入數(shù)據(jù)，故有空床氣速u0=1.02m/s〔A〕根據(jù)反響器床層壓降：-?P=λmeq\f(H,de)eq\f(ρu02,2)eq\f((1-ε),ε3)〔B〕式中，?P——床層壓降，Pa;H——床高，m；u0——空床氣速，m/s;ρ——氣體密度，kg/m3；ε——空隙率；de——催化劑顆粒直徑，m；λm——摩擦系數(shù)。由于λm=eq\f(150,Rem)+1.75并且有Rem=eq\f(deu0ρ,μ(1-ε))式中，μ——氣體粘度，Pa?s。代入數(shù)據(jù)QUOTE=107.23(C)故有λm=eq\f(150,Rem)+1.75=3.15(D)將式A,C,D數(shù)據(jù)代入到式B，得到催化劑床層壓降為QUOTE=9187Pa=9.2kPa由于-?P≤15%P=45.6kPa即床層壓降低于總壓力的15%，表示反響器尺寸滿足要求。5.1.4反響器壁厚a)筒體壁厚查閱GB150-1998得到20R號鋼在450℃，475℃時的鋼板許用應力分別為61MPa和41MPa，故通過內差法可求得在反響溫度下的鋼板許用應力[σ]t=53MPa，焊接接頭系數(shù)φ取0.85,故有反響器的理論壁厚為：σ=eq\f(PcD,2[σ]tφ-Pc)=EQ\f(0.30399×4000,2×53×0.85-0.30399)=13.5mm根據(jù)GB150-1998規(guī)定，取鋼板負偏差C1=0.8mm,腐蝕裕量C2=2mm,那么有反響器筒體名義厚度σn=σ+C1+C2+?=13.5+0.8+2+1.7=18mm考慮到平安及實際操作情況，因此選用σn=20mmb)橢圓形封頭名義壁厚對于標準橢圓形封頭，其計算厚度按下式計算：σ=Keq\f(PcD,2[σ]tφ-0.5Pc)式中，K為形狀系數(shù)，求解公式為由于hi==1.0mσ=Keq\f(PcD,2[σ]tφ-0.5Pc)=1.0×eq\f(0.30399×4000,2×53×0.85-0.5×0.30399)=13.5mm根據(jù)GB150-1998規(guī)定，取鋼板負偏差C1=0.8mm,腐蝕裕量C2=2mm,那么有反響器橢圓形封頭名義厚度σn=σ+C1+C2+?=13.5+0.8+2+1.7=18mm考慮到平安及實際操作情況，因此選用σn=20mm。校核4000×0.15%=6mm≤20mm成立即厚度滿足工藝要求5.1.5筒體法蘭的設計根據(jù)筒體內操作壓力、溫度和筒體直徑，查《壓力容器法蘭分類和規(guī)格表》和《壓力容器法蘭分類與技術條件》〔JB/T4700-2000〕，選帶襯環(huán)的甲型平焊法蘭，法蘭材料為16MnR。查標準JB/T4702-2000《乙型平焊法蘭》，公稱壓力PN=0.6MPa，公稱直徑DN=400mm，那么法蘭標記為：C-RF400-0.6JB/T4701-2000。圖5.1乙型平焊法蘭結構示意圖查標準《壓力容器用纏繞墊片》〔JB/T4705-2000〕，選用墊片為石棉或石墨填充帶，標記為：墊片400-0.6JB/T4705-2000。螺栓根徑和螺栓個數(shù)的設計根據(jù)GB150《鋼制壓力容器》設計，螺栓法蘭的材料選擇Q235-A，其標準為GB700，螺栓24個，直徑16mm。人孔的設計a)人孔該固定床反響器內裝催化劑，為了裝卸催化劑并檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件等，設置人孔。本反響器為固定床反響器，本設計決定采用常壓人孔。操作壓力小于0.6MPa，根據(jù)標準HG/T21514-2005《鋼制人孔和手孔的類型與技術條件》，選用常壓人孔，其安裝位置靈活。固定床反響器為立式反響器，高度為14米，考慮到催化劑為單段填料，現(xiàn)在釜底和釜頂分別設置兩個人孔。圖5.2常壓人孔簡圖查標準HG/T21515-2005《常壓人孔》，所選人孔標記為：人孔FS〔A-NY400〕450-0.6HG/T21515-2005。其公稱直徑為500mm；公稱壓力0.6MPa；密封面型式為平面；筒節(jié)、凸緣材料為304L；墊片材料為石棉或石墨填充帶；筒節(jié)高度為130mm。b)人孔補強確定根據(jù)標準JB/T4736-2002《補強圈》，該人孔可用補強圈補強。采用內坡口型式、全焊透焊接，補強圈放在釜壁外單面補強。圖5.3D型補強圈型式尺寸示意圖〔適用于殼體為內坡口的全焊透結構〕所選人孔筒節(jié)內徑為500mm，外徑為516mm、壁厚為8mm。補強圈材料采用304L不銹鋼，尺寸算確定如下：補強圈外徑D2=760mm，內徑D1=d0+9=516+9=525mm。根據(jù)補強圈的金屬面積應大于或等于開孔減少的截面積，補強圈厚度按下式估算：δ補=eq\f((di+2σ1)×σ2,D2-D1)=EQ\f((500+2×8)×(18-0.8),760-525)=37.7mm其中：δ補——補強圈厚度，mm；δ1——人孔筒節(jié)厚度，mm；δ2——反響器器壁厚度〔δn=18mm〕與腐蝕裕量〔C2=0.8mm〕之差，mm；di——人孔筒節(jié)內徑，mm；圓整至標準值，壁厚取38mm。反響器支座設計a)擇依據(jù)裙式支座適用于高大型或重型立式容器的支承。裙座有圓筒形和圓錐形兩種形式，通常采用圓筒型裙座。圓錐形裙座一般用于以下情況：1塔徑D>1000mm，且H/D≥30或D≤1000，且H/D≥25；2根本風壓q≥0.5KN/m2或地震烈度≥8度時。圓錐形裙座的半錐角≤15°。b)座開孔1〕排氣孔裙座頂部須開設Φ80的排氣孔，以排放可能聚結在裙座與封頭死區(qū)有害氣體。2〕排液孔裙座底部須開設Φ100的排液孔，一般孔徑Φ50，中心高50mm的長圓孔。3〕人孔裙座上必須開設人孔，以方便檢修；人孔為圓形，引出管通道孔考慮到子熱膨脹，在支承筋與引出管之間應保存一定間隙。c)座與塔體封頭連接裙座直接焊接在塔底封頭上，可采用對接焊縫或搭接焊縫。在沒有風載荷或地震載荷時，對接焊縫承受容器重量產(chǎn)生的壓縮載荷，搭接焊縫那么承受剪切載荷。相比而言，搭接焊縫受力情況較差，在一些小塔或受力較小的情況下采用。本設計選用對接焊縫。d)座殼體過渡段塔殼設計溫度低于-20℃或高于250℃時，裙座殼頂局部的材料應與塔下封頭材料相同，選擇Q235-A，裙座殼體過渡段長度取4倍保溫層厚度，但不小于500mm。e)座保護層當塔內或周圍容器內有易燃、易爆介質時，一旦發(fā)生火災，裙式支座型式會因溫度升高而喪失強度，故裙座應設防火層。當裙座D≤1500mm時，僅外面敷設防火層；當裙座D>1500mm時，兩側均敷設50mm石棉水泥層。當塔內操作溫度很高，塔體與裙座的溫度差引起不均勻熱膨脹，會使裙座與塔底封頭連接焊縫受力情況惡化，此時須對裙座加以保溫。選用圓錐形裙座，裙座內徑1700，裙座壁厚6mm，裙座高度2m。兩側均敷設50mm石棉水泥層。5.2反響器1結果匯總表5.1反響器1選型結果名稱反響器1體積/m3反響器高/mm59.6413000反響器直徑/mm29500筒體壁厚/mm20筒體高度/m12.8封頭直邊高度/mm50封頭曲邊高度/mm1040封頭公稱直徑/mm30005.3塔設備的工藝計算塔盤設計a)塔徑的計算由于存在中間進料，所以需要對氣液負荷較大的塔板進行設計，通過保證要求最高的塔板的別離效率，從而保證每塊塔板都都能滿足別離要求，在第18塊到第22塊塔板的氣液相負荷較大?，F(xiàn)以氣相負荷最大的第18塊塔板為例進行計算，其余塔板的計算與此相似：氣液相的平均體積流量：Ls=0.0960848m3/s，Vs=15.96m3/s氣液相的平均密度：ρL=758.88144kg/m3，ρV=4.002648kg/m3液相外表張力：δ=0.1732664N/m1)初設板間距HT=0.45m，板上液層高度hL=0.1m，可求得液氣動能參數(shù)：eq\f(Ls,Vs)·(eq\f(ρL,ρV))0.5=0.0828962)確定負荷參數(shù)由液氣動能參數(shù)，HT，hL值查Smith關聯(lián)圖圖5.4Smith關聯(lián)圖查得：C20=0.0833在δ=0.1732664N/m=173.2664mN/m操作條件下校核得到校正的負荷系數(shù)為：C=C20(EQ\F(δ,20))0.2=0.10363)確定空塔氣速最大空塔氣速umax=C=1.4227m/s取空塔氣速為u=0.6umax=0.85362m/s4)初選塔徑D==4.88033m圓整塔徑為4.9，校核空塔氣速有實際空塔氣速為：u=EQ\f(4Vs,πD2)=0.8620m≈0.6umax故塔徑選擇適宜。b)溢流裝置1)堰長對于雙溢流一般lw為〔0.5～0.7〕D,那么lw=0.7D=3.43m2)堰高hw=hL-how當采用平直堰，堰上液層高度how=eq\f(2.48,1000)E(eq\f(Ls,lw))2/3由《化工設計手冊》液體收縮系數(shù)計算圖〔如下〕查得：式中E一般取1，所以how=0.065m。取hL為0.1m，故有hw=hL-how=0.035m3)弓形降液管寬度Wd和面積Af查《化工工藝設計手冊》下冊弓形降液管參數(shù)圖〔如下〕查得eq\f(Af,AT)=0.07，eq\F(Wd,D)=0.13故有弓形降液管面積Af=1.0743m2，弓形進液管進口寬度Wd=0.78m。由式τ=eq\f(Af·HT,Ls)驗算液體在降液管中停留時間即τ=5.1423s≥5s，故降液管尺寸可用。圖5.5弓形降液管參數(shù)圖c)塔板布置及浮閥數(shù)目與排列1)塔板布置布置原那么：受液區(qū)和降液區(qū)：一般這兩個區(qū)域的面積相等，均可按降液管截面積Af計。邊緣區(qū)：在塔壁邊緣留出一定寬度的環(huán)形區(qū)域供固定塔板用。入口安定區(qū)和出口安定區(qū)，通常寬度相等?！?〕有效傳質區(qū)：余下的塔板上有篩孔孔的區(qū)域。根據(jù)本工藝需要，現(xiàn)取：邊緣寬度取Wc=0.05m安定區(qū)寬度Ws=0.08m降液管寬Wd=0.6864m2)篩孔數(shù)目與孔間距取大篩孔直徑的d0=0.020m氣體通過篩孔的動能因數(shù)F0=9~12，現(xiàn)取F0=12故可求得篩孔氣速u0==6.0m/s每層篩孔數(shù)N=eq\f(4Vs,πd02u0)=4584篩孔排列采用等邊三角形，常用孔心距一般為t=〔2.5—5〕d0,t/d0過小易形成氣流相互擾動；過大那么鼓泡不均勻，影響塔板傳質效率?，F(xiàn)取t=4d0=0.08m。由于塔徑D=5.6m，塔徑較大，故采用分塊式雙溢流塔板〔如下列圖所示〕，圖5.6分塊式雙溢流塔板示意圖開孔率：φ=N×(d0/D)2×100%故有φ=4584×〔eq\f(0.02,5.6)〕2×100%=5.2%≤10%即篩孔設計符合標準。由此，得到PX精制塔的工藝設計數(shù)據(jù)如表5.1：表5.2PX精制塔塔盤的工藝設計數(shù)據(jù)項目數(shù)值及說明備注塔徑D/m4.9板間距HT/m0.45塔板形式雙溢流型篩板分塊式塔板溢流堰長lw/m3.43溢流堰高hw/m0.035板上液層高度hL/m0.1降液管底隙高度ho/m0.067篩孔數(shù)/個4584等腰三角形叉排閥孔氣速u0/m·s-16閥孔動能因數(shù)F12排間距t/m0.08指相鄰二橫排的中心線距離液體在降液管中的停留時間τ/s5.1塔板負荷性能圖a)霧沫夾帶線(氣相負荷上限線)由于塔徑大于900mm，現(xiàn)取泛點率為F1=0.8，泛點率計算公式如下式中對于一定的物系，及一定的塔板結構，式中除了Vs和Ls其它的都是值。甲苯二甲苯可視為正常體系，取K=1，又由下列圖查得泛點負荷系數(shù)CF=0.14，代入數(shù)據(jù)可得到Ls與Vs的關系為Ls圖5.7泛點負荷系數(shù)圖b)液泛線為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要控制降液管中清液層高度。堰高hw=0.035m，板間距HT=0.45，φ取0.3，那么有Hd=0.16mhow=eq\f(2.48,1000)E(eq\f((Ls)min,lw))2/3=0.276Ls2/3聯(lián)立上式并帶入數(shù)據(jù)可得hd=0.015Vs2又有hl=?0(how+hw)由于液相為油相，現(xiàn)取充氣因數(shù)為0.3，那么有hl=0.083Ls2/3+0.01帶入數(shù)據(jù)有hπ=24.89Ls2將上述各式代入Hd=hw+how+hf+hπ聯(lián)立得Vs22-19.94Ls2/3c)液相負荷上限線液體的最大流量應保證在降液管中停留時間不低于3～5s。根據(jù)要求我們選取液體在降液管中最短停留時間以3s計算，計算液相負荷的最大值，根據(jù)限液體流量求出Ls值，液相負荷上限線為氣體流量Vs無關的豎直線。代入數(shù)據(jù)得〔Ls)max=0.23m3/sd)漏夜線對于浮閥塔塔，以F0=5作為規(guī)定最小氣體負荷的標準，根據(jù)u0=N=eq\f(4Vs,πd02u0)式中d0，N，ρV均為數(shù)，故可由此求出氣相負荷Vs的下限值，據(jù)此作出與液體流量無關的水平漏液線。那么(Vs)min=8.3m3/sf)負荷下限線取平堰上液層高度how=0.006作為液相負荷下限標準，堰上液層高度太小會造成液體在堰上分布不均，影響傳質效果，設計時應使堰上液層高度大于6mm，根據(jù)how=eq\f(2.48,1000)E(eq\f((Ls)min,lw))2/3計算出Ls的下限值，依次做出液相負荷下限線，該線為氣相流量無關的豎直線。將數(shù)據(jù)代入how=eq\f(2.48,1000)E(eq\f((Ls)min,lw))2/3那么(Ls)min=0.0041m3/s由上可繪出塔板負荷性能圖如下圖5.8塔板負荷性能圖操作線位介五條曲線之間，且有一定操作彈性空間，設計合理。5.2.3塔高的設計a)塔板數(shù)N取板效率為0.65，那么有實際塔板數(shù)為N=eq\f(40,0.65)=61.5圓整為62塊板。b)塔頂部空間高度HD塔頂空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一次板的距離為0.6m。塔頂空間高度的作用是安裝塔板和開人孔的需要，也使氣體中的液體自由沉降，減少塔頂出口氣中液滴夾帶，空間高度一般取1.0～1.5m，這里取HD=1m。c)塔板間距HT由上面計算可知，HT取0.6m。d)開有人孔的板間距HT'設有人孔的上下兩塔板間距應大于等于600mm，這里HT’=800mm。e)孔數(shù)現(xiàn)每5塊板設置一個人孔，實際塔板62塊，所以開12個人孔〔包括塔底人孔數(shù)〕。f)料段空間高度HF進料段高度取決于進料口的結構形式和物料狀態(tài)，一般要比HT大，取HF=1000mm。g)底空間高度HB塔底空間高度具有貯存槽的作用，塔底釜液最好能在塔底有1～5min的儲量，以保證塔底料液不致排完。提取Aspen數(shù)據(jù)塔底料液出口體積流量V=0.0152m3/s，塔徑D=4.9m，t=5min，所以HB=eq\f(V·t,0.758D2)=1.2m綜上可知筒體高度H=(N-1-12-1)HT+12HT,+HF+HB+HD=40.6mh)座高度筒體高度大于10m，塔徑5.6m>1m，所以采用圓柱形裙座，那么有裙座高度HQ=2+EQ\F(1.5D,2)=5.7mi)頭高度封頭選取標準橢圓形封頭，取直邊段h1=40mm，曲面高度為h2==1.4m故有封頭高度有h=h1+h2=1.44m5.4塔設計結果匯總表5.3塔設備選型結果名稱PX精制塔塔高/mm40600塔徑/mm4900塔板類型浮閥塔塔板數(shù)62材料16MnDR封頭樣式標準橢圓封頭筒體壁厚/mm12封頭壁厚/mm12裙座高度/mm57006車間布置6.1化工車間設計依據(jù)6.1.1常用設計標準、標準和規(guī)定《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)定》GB50160-2023《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計標準》GB50058-1992《建筑設計防火標準》GB50016-2006《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》GBZ1-2023《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計標準》GBJ87-1985

6.