河南城建125萬(wàn)噸粗苯加氫精制工藝設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目：12.5萬(wàn)噸粗苯加氫精制工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 101411 指導(dǎo)老師： 田譽(yù)嬌 完成時(shí)間： 2015年1月8日 主要符號(hào)說(shuō)明符號(hào) 意義 單位Q 熱量 kmol/hVs 氣體負(fù)荷 m3/sn 氣體密度 kg/m3Ls 液體負(fù)荷 kg/m3HT 塔板間的有效高度 m Umax 最大流速 m/s 平均表面張力 E 塔板效率xd 精苯中苯摩爾分率 kg/m3xw 殘液中甲苯摩爾分率 F 處理能力 平均揮發(fā)度 N 實(shí)際理論板數(shù) 塊Rm 最小回流比 R 操作回流比 hw 堰高 mlw 堰長(zhǎng) mhow 堰上液層高度 m

2、wd 降液管弓形寬度 m Af 降液管弓形面積 m2AT 塔截面積 m2 塔徑 me 霧沫夾帶量n 壁厚 mm LBC 再沸器顯熱段高度 mmLCD 再沸器蒸發(fā)段高度 mm目錄主要符號(hào)說(shuō)明21總 論51.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)61.2設(shè)計(jì)依據(jù)102生產(chǎn)方法和工藝流程的確定102.1粗苯加氫精制的原理102.2  粗苯加氫工藝比較102.3粗苯精制方法比較的結(jié)論113生產(chǎn)流程敘述113.1技術(shù)路線113.2流程敘述124工藝計(jì)算與設(shè)備選型134.1系統(tǒng)物料衡算134.2操作條件134.3設(shè)計(jì)計(jì)算144.3.1精餾流程的確定144.3.2塔的物料衡算144.3.3苯、甲苯精餾塔熱量衡算164.

3、3.4回流比的確定174.3.5求理論板數(shù)184.3.6全塔總效率194.3.7實(shí)際塔板數(shù)204.4塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算204.4.1操作壓力204.4.2溫度204.4.3平均摩爾質(zhì)量234.4.4平均密度244.4.5液相表面張力254.4.6液相粘度254.5氣液負(fù)荷計(jì)算264.5.1精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算264.5.2提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算264.6塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算264.6.1塔徑計(jì)算264.6.2塔板詳細(xì)計(jì)算274.6.3塔板布置284.6.4 篩孔數(shù) n與開(kāi)孔率x294.6.5 精餾段高度為294.7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算304.7.1 氣液通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?04.7

4、.2霧沫夾帶的驗(yàn)算314.7.3漏液驗(yàn)算314.7.4液泛驗(yàn)算314.8塔徑計(jì)算324.9塔板詳細(xì)計(jì)算324.9.1溢流裝置324.9.2塔板布置344.9.3 篩孔數(shù) n與開(kāi)孔率x344.9.4提餾段高度354.10篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算354.10.1氣液通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?54.10.2 氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?54.10.3克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?54.10.4霧沫夾帶的驗(yàn)算364.10.5漏液驗(yàn)算364.10.6液泛驗(yàn)算365變徑段的設(shè)計(jì)376常壓塔主要尺寸確定376.1壁厚376.2封頭386.3裙座386.4人孔396.5塔高設(shè)計(jì)396.6接管尺寸設(shè)計(jì)

5、39設(shè)計(jì)心得41參考文獻(xiàn)421總 論目前國(guó)內(nèi)對(duì)粗苯進(jìn)行深加工的生產(chǎn)廠家主要分為兩類(lèi)。一類(lèi)是酸洗法生產(chǎn)純苯，另一類(lèi)是采用苯加氫工藝生產(chǎn)純苯。酸洗法投資少、見(jiàn)效快，生產(chǎn)裝置易建設(shè)，但生產(chǎn)的苯純度低，不能有效分離甲苯、二甲苯，國(guó)內(nèi)大多數(shù)精苯生產(chǎn)裝置采用此法。粗苯加氫工藝則不同，設(shè)備投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，但生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，生產(chǎn)的苯純度高，產(chǎn)品性能與石油苯基本沒(méi)有差異，可實(shí)現(xiàn)甲苯、二甲苯的有效分離，代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向。近年來(lái)，國(guó)際石油市場(chǎng)價(jià)格不斷上漲，以石油為原料的石油苯與苯加氫生產(chǎn)的焦化苯在原料成本上差距加大，2005年焦化苯比石油苯的生產(chǎn)成本至少低1500元/噸。我國(guó)粗苯出口數(shù)量不斷增大，20

6、03年為1.50萬(wàn)噸，2004年達(dá)到1.95萬(wàn)噸，2005年進(jìn)一步增加到6.57萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi)小型粗苯深加工的精苯裝置多采用酸洗法，不但無(wú)法實(shí)現(xiàn)多種化工產(chǎn)品的有效分離和環(huán)保要求，而且產(chǎn)品質(zhì)量差，生產(chǎn)成本高，銷(xiāo)售價(jià)格低。山西省化學(xué)工業(yè)“十一五”規(guī)劃對(duì)粗苯加工提出了“禁止新建并逐步淘汰現(xiàn)有酸洗法苯精制裝置和工藝，積極鼓勵(lì)發(fā)展采用先進(jìn)的粗苯加氫精制工藝和粗苯萃取精制工藝，提升粗苯加工工業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和效益，加快粗苯下游化工產(chǎn)品的發(fā)展< 目標(biāo)。目前，很多企業(yè)都在爭(zhēng)取建設(shè)大型精苯裝置，如寶鋼焦化公司、石家莊焦化公司、河南神馬尼龍化工公司早已引進(jìn)粗苯加氫技術(shù)，其產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格比粗苯酸洗加工產(chǎn)品每噸高出千元左

7、右。石家莊焦化公司、河南神馬尼龍化工公司計(jì)劃再建1套:10萬(wàn)t/a粗加氫精制裝置。山西太原化工集團(tuán)公司正籌建30萬(wàn)t/a粗苯加氫裝置，一期工程8萬(wàn)t/a裝置已建成。山西潞寶集團(tuán)正在籌建>10萬(wàn)t/a粗苯精制裝置。山東淮坊、山東棗礦、常州亞邦化工等也在籌建> 8萬(wàn)t/a粗苯精制裝置。隨著這些大型裝置的建成投產(chǎn)，粗苯深加工將向大型先進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)集中，小型酸洗法的精苯裝置將會(huì)逐步被淘汰。51.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，旨在使學(xué)生了解煤化工工藝基本原理、重要工藝過(guò)程、設(shè)備的構(gòu)造及工程設(shè)計(jì)基本內(nèi)容，初步掌握化工工藝設(shè)計(jì)的主要程序及方法，鍛煉和提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)和技能

8、的能力、收集和查閱文獻(xiàn)資料的能力、分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、獨(dú)立工作和創(chuàng)新能力。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是：學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和所掌握的各種技能，通過(guò)獨(dú)立思考和銳意創(chuàng)新，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工工藝的設(shè)計(jì)任務(wù)，并通過(guò)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及設(shè)計(jì)圖形式正確表述。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1、設(shè)計(jì)題目12.5萬(wàn)噸粗苯加氫精制工藝設(shè)計(jì) 2、設(shè)計(jì)條件操作壓力、操作溫度、操作時(shí)間、設(shè)計(jì)任務(wù)選用低溫加氫法進(jìn)行粗苯精制，進(jìn)料組成如下表所示(以下均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))：組成 初餾分純苯甲苯二甲苯輕溶劑油純苯殘?jiān)茪堅(jiān)刭|(zhì)苯萘溶劑油洗滌損失精制損失共計(jì)占粗苯%0.96912.830.82.20.8341.91.6100占輕苯%

9、174.513.93.30.92.40.9/21.1100表1 處理量：12.5萬(wàn)噸/年產(chǎn)品組成（苯、甲苯塔）：塔頂餾出液含苯99.5%,塔底釜液含苯0.5%操作壓力：塔頂壓力4KPa（表壓） 進(jìn)料狀況：泡點(diǎn)加熱方式：塔釜采用間歇飽和水蒸氣加熱回流比：R=（1.12.0）R一年工作300天，24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備選型：篩板塔3、設(shè)計(jì)任務(wù)1）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：包括對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。2）主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算：包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備的工藝尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3）典型輔助設(shè)備的選型和計(jì)算：包括典型輔助設(shè)備的主要工藝尺寸計(jì)算和設(shè)備型號(hào)規(guī)格的選定。4）

10、工藝流程簡(jiǎn)圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主要設(shè)備和輔助設(shè)備的物料流向、物流量、能流量和主要化工參數(shù)測(cè)量點(diǎn)。5）主要設(shè)備工藝條件圖：包括設(shè)備的主要工藝尺寸。6）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)：包括設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介與評(píng)述、工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算、主要設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表、參考資料等內(nèi)容，并附工藝流程圖和主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。三、設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)程表時(shí)間：2周（18-19周），時(shí)間分配大致如下：序號(hào)內(nèi)容時(shí)間（天）1課程設(shè)計(jì)動(dòng)員，接受任務(wù)布置、學(xué)生分組安排 0.52查閱、借閱文獻(xiàn)；收集資料 1.03制定設(shè)計(jì)方案 0.54設(shè)計(jì)計(jì)算 3.05設(shè)計(jì)圖紙繪制 3.06編制說(shuō)明書(shū) 1.07答辯 1.08合計(jì) 10.0表2 四、設(shè)計(jì)

11、指導(dǎo)教師及設(shè)計(jì)紀(jì)律要求1、 指導(dǎo)教師：2、 紀(jì)律要求：1）按時(shí)到教室，有事請(qǐng)假；2）不得在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)做與設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)事情；3）到圖書(shū)館查閱資料，須在教室黑板上注明去向及時(shí)間；4）保持教室衛(wèi)生。不得妨礙他人設(shè)計(jì)。五、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)格式要求1、總論1）概述2）文獻(xiàn)綜述3）設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)2、生產(chǎn)工藝流程或生產(chǎn)方案確定3、生產(chǎn)工藝流程說(shuō)明4、工藝計(jì)算書(shū)（物料和熱量衡算）5、主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型計(jì)算6、設(shè)計(jì)體會(huì)與收獲7、主要參考文獻(xiàn)六、成績(jī)?cè)u(píng)定辦法及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1、成績(jī)?cè)u(píng)定：1）、按學(xué)生的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙、答辯四項(xiàng)綜合評(píng)定，各項(xiàng)所占比列情況見(jiàn)下表。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)圖紙答 辯百分比

12、%10303030表32）、課程設(shè)計(jì)成績(jī)按優(yōu)、良、中、及格、不及格平定，標(biāo)準(zhǔn)如下：A. 優(yōu)：綜合成績(jī)91100分；B. 良：綜合成績(jī)8190分；C. 中：綜合成績(jī)7180分；D. 及格：綜合成績(jī)6170分；E. 不及格：綜合成績(jī)60分以下。 3）有下列情況之一者，沒(méi)有課程設(shè)計(jì)成績(jī)或成績(jī)不及格。A. 不參加答辯者；B. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙成績(jī)均低于50分者；C. 沒(méi)有完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)者；2、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1）設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：A、 設(shè)計(jì)方案合理、有創(chuàng)新、參數(shù)選取恰當(dāng)、公式應(yīng)用正確、計(jì)算無(wú)誤、說(shuō)明書(shū)文字流暢、內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要、無(wú)遺漏；設(shè)計(jì)圖紙尺寸與計(jì)算相符、圖面整潔、且符合要求。視情況可給91-100分；

13、B、 設(shè)計(jì)方案合理、參數(shù)選取恰當(dāng)、公式應(yīng)用正確、計(jì)算無(wú)誤、說(shuō)明書(shū)文字流暢、內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要、設(shè)計(jì)圖紙尺寸與計(jì)算基本相符、圖面整潔、且符合要求。視情況可給81-90分；C、 設(shè)計(jì)方案比較合理、公式應(yīng)用正確、計(jì)算無(wú)誤、說(shuō)明書(shū)文字流暢、內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要、設(shè)計(jì)圖紙尺寸與計(jì)算基本相符、且基本符合要求。視情況可給71-80分；D、 設(shè)計(jì)方案基本合理，公式應(yīng)用、計(jì)算基本正確，說(shuō)明書(shū)內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要，設(shè)計(jì)圖紙尺寸基本符合要求。視情況可給61-70分；E、 設(shè)計(jì)方案一般、公式應(yīng)用、計(jì)算不準(zhǔn)確、說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不全、設(shè)計(jì)圖紙不符合要求。不及格。2）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（答辯題目不少于3個(gè)）：A、 介紹設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)明扼要、敘述設(shè)計(jì)及圖紙簡(jiǎn)

14、單、明了、準(zhǔn)確，并準(zhǔn)確、簡(jiǎn)要地回答出全部問(wèn)題。視情況可給91-100分；B、 介紹設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)明扼要、敘述設(shè)計(jì)及圖紙簡(jiǎn)單、明了、準(zhǔn)確，但有1個(gè)問(wèn)題回答的不正確或不全面，但其余題目回答的準(zhǔn)確、扼要；或能基本回答全部問(wèn)題。視情況可給81-90分；C、 介紹設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)明扼要、敘述設(shè)計(jì)及圖紙簡(jiǎn)單、明了、準(zhǔn)確；有1個(gè)問(wèn)題回答的不正確，但其余題目回答的基本正確。視情況可給71-80分；D、 能將設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)過(guò)程及圖紙介紹清楚；有2個(gè)問(wèn)題回答的不正確，但其余題目回答的準(zhǔn)確、扼要。視情況可給61-70分；E、 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)過(guò)程及圖紙介紹不清楚；有2個(gè)問(wèn)題回答的不正確或不能回答。60分以下。 六、答辯形式與時(shí)

15、間安排1、答辯形式：學(xué)生扼要介紹設(shè)計(jì)內(nèi)容，并回答教師提出的問(wèn)題。2、時(shí)間安排：答辯安排在設(shè)計(jì)的最后，每位學(xué)生答辯時(shí)間不超過(guò)10分鐘。七、設(shè)計(jì)時(shí)主要參考書(shū)及手冊(cè)1、 現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)2、 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)3、 化工設(shè)備設(shè)計(jì)4、 煤化工工藝學(xué)5、 煤化學(xué)6、 煉焦學(xué)7、 新型煤焦化技術(shù)8、 庫(kù)成熙編，煉焦化學(xué)產(chǎn)品與回收，第一版，冶金出版社，19859、 鞍山焦院編，焦化設(shè)計(jì)參考資料，冶金出版社，198010,任慶爛主編，煉焦化學(xué)產(chǎn)品的精制，冶金工業(yè)出版社，19871.2設(shè)計(jì)依據(jù)焦化粗苯精制是煤化工的基礎(chǔ)技術(shù)之一，粗苯通過(guò)進(jìn)一步加工精制后，可以獲得如純苯、甲苯、二甲苯和重苯等多種產(chǎn)品。由于近年來(lái)油

16、價(jià)大幅上漲，與以石油為原料生產(chǎn)的石油苯相比，焦化苯有著很大的利潤(rùn)空間，因此粗苯精制產(chǎn)業(yè)引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。2生產(chǎn)方法和工藝流程的確定102.1粗苯加氫精制的原理粗苯加氫根據(jù)其催化加氫反應(yīng)的溫度不同可分為高溫加氫和低溫加氫。在低溫加氫工藝中，由于加氫油中非芳烴與芳烴的分離方法不同，又分為萃取蒸餾法和溶劑萃取法。 高溫催化加氫的典型工藝是Litol法，在溫度為600650、壓力6.0MPa條件下進(jìn)行催化加氫反應(yīng)。主要加氫脫除不飽和烴，加氫裂解把高分子烷烴和環(huán)烷烴轉(zhuǎn)化為低分子烷烴，并以氣態(tài)形式分離出去。加氫脫烷基，把苯的同系物最終轉(zhuǎn)化為苯和低分子烷烴。故高溫加氫的產(chǎn)品只有苯，沒(méi)有甲苯和二甲苯，另外

17、還要進(jìn)行脫硫、脫氮、脫氧的反應(yīng)，脫除原料有機(jī)物中的S、N、O，轉(zhuǎn)化成H2S、NH3、H2O除去，對(duì)加氫油的處理可采用一般精餾方法，最終得到產(chǎn)品純苯。    低溫催化加氫的典型工藝是萃取蒸餾加氫（K.K法）和溶劑萃取加氫。在溫度為300370、壓力2.53.0MPa條件下催化加氫。主要進(jìn)行加氫脫除不飽和烴，使之轉(zhuǎn)化為飽和烴。另外還要進(jìn)行脫硫、脫氮、脫氧反應(yīng)，與高溫加氫類(lèi)似，轉(zhuǎn)化成H2S、NH3、H2O。但由于加氫溫度低，故一般不發(fā)生加氫裂解和脫烷基的深度加氫反應(yīng)。因此低溫加氫的產(chǎn)品有苯、甲苯、二甲苯。對(duì)于加氫油的處理，萃取蒸餾低溫加氫工藝采用了萃取精餾方法，把非芳烴與芳烴分離

18、開(kāi)。而溶劑萃取低溫加氫工藝是采用溶劑液液萃取方法，把非芳烴與芳烴分離開(kāi)，芳烴之間的分離可用一般精餾方法實(shí)現(xiàn)，最終得到苯、甲苯、二甲苯。2.2  粗苯加氫工藝比較    萊托法粗苯加氫工藝的加氫溫度和壓力較高，又存在氫腐蝕，對(duì)設(shè)備的材質(zhì)、工藝、結(jié)構(gòu)要求較高，設(shè)備制造難度較大，只能生產(chǎn)一種苯，制氫工藝較復(fù)雜，采用轉(zhuǎn)化法，以循環(huán)氣為原料制氫，總精制率較低，但萊托法占地面積小。由于萊托法與低溫加氫工藝相比較，有很多不足，在國(guó)內(nèi)除寶鋼投產(chǎn)1套萊托法高溫加氫裝置外，其他企業(yè)粗苯加氫都采用低溫加氫工藝。    萃取蒸餾低溫加氫方法和溶劑萃取低溫加氫的加氫溫度

19、和壓力較低，設(shè)備制造難度小，很多設(shè)備可國(guó)內(nèi)制造，可生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯，生產(chǎn)操作容易。制氫工藝采用變壓吸附法，以焦?fàn)t煤氣為制氫原料，制氫工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好。兩種低溫加氫方法相比較，前者工藝簡(jiǎn)單，可對(duì)粗苯直接加氫，不需先精餾分離成輕苯和重苯，但粗苯在預(yù)蒸發(fā)器和多級(jí)蒸發(fā)器中容易結(jié)焦堵塞；后者工藝較復(fù)雜，粗苯先精餾成輕苯和重苯，然后對(duì)輕苯加氫，但產(chǎn)品質(zhì)量較高。2.3粗苯精制方法比較的結(jié)論    (1) 從產(chǎn)品質(zhì)量、收率、節(jié)能、環(huán)保等方面考慮，加氫法明顯優(yōu)于酸洗法。隨著國(guó)家節(jié)能減排、加強(qiáng)環(huán)保、淘汰落后工藝的政策法規(guī)逐步落實(shí)以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，粗苯精制工藝不宜再采用酸洗工藝，而

20、應(yīng)采用加氫精制工藝將粗苯集中加工。    (2) 在加氫工藝中，低溫加氫工藝的加氫溫度和壓力較低，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(guó)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，因此粗苯精制宜采用低溫加氫精制工藝。11河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 生產(chǎn)流程敘述153生產(chǎn)流程敘述3.1技術(shù)路線本設(shè)計(jì)通過(guò)低溫加氫工藝把粗苯中以噻吩為主的各種雜質(zhì)除去，其中硫化物轉(zhuǎn)換成硫化氫，氮化物轉(zhuǎn)變成氨氣，氧化物轉(zhuǎn)化成水，不飽和烴加氫飽和，從而得到較純凈的苯 甲苯和二甲苯。其中：原料粗苯經(jīng)過(guò)兩苯塔

21、實(shí)現(xiàn)輕重組分分離，其中塔釜重質(zhì)苯做為產(chǎn)品回收，塔頂輕苯在加氫反應(yīng)器中進(jìn)行加氫反應(yīng)后進(jìn)入脫輕塔脫除硫化氫，氨氣等低沸物，然后依次進(jìn)入預(yù)精餾塔 萃取精餾塔 純苯塔和二甲苯塔，最終得到純凈合格的產(chǎn)品。 3.2流程敘述粗苯首先經(jīng)原料輸送泵進(jìn)入兩苯塔，在其中實(shí)現(xiàn)輕重苯分離，重質(zhì)苯作為產(chǎn)品輸送至罐區(qū)，塔頂輕苯被送至加氫工序，在加氫工序中，輕苯與高純氫氣混合后進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器，預(yù)反應(yīng)器的作用主要是除去二烯烴和苯乙烯，催化劑為Ni-Mo，預(yù)反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)管式爐加熱后，進(jìn)入主反應(yīng)器，在此發(fā)生脫硫、脫氮、脫氧、烯烴飽和等反應(yīng)，催化劑為Co-Mo，預(yù)反應(yīng)器和主反應(yīng)器內(nèi)物料狀態(tài)均為氣相。從主反應(yīng)器出來(lái)的產(chǎn)物經(jīng)一系列換熱器、

22、冷卻器被冷卻，在進(jìn)入分離器之前，被注入軟水，軟水的作用是溶解產(chǎn)物中沉積的鹽類(lèi)。分離器把主反應(yīng)器產(chǎn)物最終分離成循環(huán)氫氣、液態(tài)的加氫油和水，循環(huán)氫氣經(jīng)預(yù)熱器，補(bǔ)充部分氫氣后，由壓縮機(jī)送到預(yù)蒸發(fā)器前與原料粗苯混合。 加氫油經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入脫輕塔，脫輕塔由中壓蒸汽進(jìn)行加熱，脫輕塔實(shí)質(zhì)就是精餾塔，把溶解于加氫油中的氨、硫化氫以尾氣形式除去，含H2S的尾氣可送入焦?fàn)t煤氣脫硫脫氰系統(tǒng)，脫輕塔出來(lái)的苯、甲苯、二甲苯混合餾分進(jìn)入預(yù)蒸餾塔，在此分離成苯、甲苯餾分(BT餾分)和二甲苯餾分(XS餾分)，二甲苯餾分進(jìn)入二甲苯塔，塔頂采出少量C8非芳烴和乙苯，側(cè)線采出二甲苯，塔底采出二甲殘油即C9餾分，由于塔頂采出量很

23、小，所以通常塔頂產(chǎn)品與塔底產(chǎn)品混合后作為二甲殘油產(chǎn)品外賣(mài)。 苯、甲苯餾分與部分補(bǔ)充的甲酰嗎啉溶劑混合后進(jìn)入萃取蒸餾塔，萃取蒸餾塔的作用是利用萃取蒸餾方式，除去烷烴、環(huán)烷烴等非芳烴，塔頂采出非芳烴作為產(chǎn)品外賣(mài)，塔底采出苯、甲苯、N-甲酰嗎啉的混合餾分，此混合餾分進(jìn)入溶劑再生塔。溶劑再生塔在真空下操作，把苯、甲苯餾分與溶劑N-甲酰嗎啉分離開(kāi)，溶劑再生塔頂部采出苯、甲苯餾分，苯、甲苯餾分進(jìn)入純苯塔精餾分離成苯、甲苯產(chǎn)品。溶劑再生塔底采出的貧N-甲酰嗎啉溶劑經(jīng)冷卻后循環(huán)回到萃取精餾塔上部，一部分貧溶劑被間歇送到溶劑再生器，在真空狀態(tài)下排出高沸點(diǎn)的聚合產(chǎn)物，再生后的溶劑又回到萃取蒸餾塔。124工藝計(jì)算與

24、設(shè)備選型4.1系統(tǒng)物料衡算圖1.萃取蒸餾低溫加氫（K.K法）工藝流程4.2操作條件 選用低溫加氫法進(jìn)行粗苯精制，處理量12.5萬(wàn)噸/年初餾分純苯甲苯二甲苯輕溶劑油純苯殘?jiān)茪堅(jiān)刭|(zhì)苯萘溶劑油洗滌損失精制損失共計(jì)占粗苯%0.96912.830.82.20.8341.91.6100占輕苯%174.513.93.30.92.40.9/21.1100表5.進(jìn)料組成如上表所示(以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)) 處理量：12.5萬(wàn)噸/年產(chǎn)品組成（苯、甲苯塔）：塔頂餾出液含苯99.5%,塔底釜液含苯0.5%操作壓力：塔頂壓力4KPa（表壓） 進(jìn)料狀況：泡點(diǎn)加熱方式：塔釜采用間歇飽和水蒸氣加熱 回流比：R=（1.12.

25、0）R 一年工作300天，24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)4.3設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1精餾流程的確定 苯甲苯混合料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后，用泵送入精餾塔。塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，部分回流，其余作為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)槽。塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入儲(chǔ)槽。4.3.2塔的物料衡算 苯、甲苯精餾塔的進(jìn)料量 精餾塔進(jìn)料中含苯量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）： 精餾塔進(jìn)料中甲苯含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）： 料液產(chǎn)品的摩爾分率： 塔頂產(chǎn)品的摩爾分率： 塔底產(chǎn)品的摩爾分率：進(jìn)料的平均摩爾質(zhì)量： 塔頂產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量：物料衡算：易揮發(fā)最分物料衡算： 聯(lián)立以上二式得： 將、轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量可得 4.3.

26、3苯、甲苯精餾塔熱量衡算塔底熱量衡算 塔底苯蒸汽的摩爾潛熱= 361.165 KJ/Kg， 塔底甲苯蒸汽的摩爾潛熱=352.602 KJ/Kg； 所 以 塔 底 上 升 蒸 汽 的 摩 爾 潛 熱 =上升蒸汽量為: V(R+1)W2.1672092.82=4535.141 Kg/h所以再沸器的熱流量=4535.141352.65=1599317.47 KJ/h因?yàn)榧訜嵴羝臐摕? 2133.4KJ/Kg (t=140)， 所以需要的加熱蒸汽的質(zhì)量流量= 塔頂熱量衡算 塔頂上升苯蒸汽的摩爾潛熱=393.138 KJ/Kg塔頂上升甲苯蒸汽的摩爾潛熱=378.60 KJ/Kg所 以 塔 頂 上 升

27、蒸 汽 的 摩 爾 潛 熱= =393.062KJ/Kg精餾段上升蒸汽量為: V(R+1)D2.16711520.16=24964.19Kg/h，所以冷凝器的熱流量 = 因?yàn)樗亩▔罕葻崛?4.174 KJ/Kg/K，冷卻水的進(jìn)口溫度 t1=25，冷卻水的出口溫度 t2=55， 所以需要的冷卻水的質(zhì)量流量 Gc= kJ/h4.3.4回流比的確定苯、甲苯物系的相對(duì)揮發(fā)度t/80.184889296100104108110.4101.3114.1128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.739.044.550.857.865.674.283.694101.32.602.5

28、62.532.492.462.432.402.372.35表6 苯、甲苯在某些溫度下的蒸汽壓、（化工原理課本中查到的）兩端的數(shù)據(jù)取平均數(shù)值 相平衡方程： 最小回流比: 取操作回流比：4.3.5求理論板數(shù) 精餾段操作線方程：提餾段操作線方程的斜率： 提餾段操作線方程： 交替使用相平衡方程和操作線方程可得 因?yàn)榫s段計(jì)算結(jié)束，進(jìn)料板在第九塊板 因?yàn)?，所以?jì)算結(jié)束4.3.6全塔總效率因?yàn)樗斉c塔底平均溫度下的相對(duì)揮發(fā)度塔頂與塔底平均溫度下的液相黏度，mpa.s液相中任意組分i的粘度mpa.s液相中任意組分i的摩爾分?jǐn)?shù)根據(jù)塔頂、塔釜液相組成查表，求塔的平均溫度為83.04，該溫度下進(jìn)料液相平均粘度為：

29、 4.3.7實(shí)際塔板數(shù) 精餾塔： 提留段：4.4塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算4.4.1操作壓力塔頂壓力：若取每層塔板壓降; 則進(jìn)料板壓力：塔底壓力：精餾段的平均操作壓力：提留段的平均操作壓力：4.4.2溫度根據(jù)操作壓力，通過(guò)試差計(jì)算 查得在此壓力下：苯：甲苯：設(shè)苯（A）、甲苯（B）的蒸汽壓 、（）按下述安托萬(wàn)方程計(jì)算Antoine方程： 得：苯; 甲苯： 設(shè)苯（A）、甲苯（B）的蒸汽壓 、（）按下述安托萬(wàn)方程計(jì)算Antoine方程： 得：苯; 甲苯： 在0.01的誤差范圍之內(nèi)，符合試差要求，因此塔頂溫度同理，塔底溫度 查得在此壓力下：苯：甲苯：設(shè)苯（A）、甲苯（B）的蒸汽壓 、（）按下述安托萬(wàn)方

30、程計(jì)算Antoine方程： 得：苯; 甲苯： 在0.01的誤差范圍之內(nèi)，符合試差要求，因此塔頂溫度 精餾段的平均溫度： 提餾段的平均溫度：4.4.3平均摩爾質(zhì)量塔頂： 進(jìn)料板： 塔底： 精餾段的平均摩爾質(zhì)量： 提餾段的平均摩爾質(zhì)量： 4.4.4平均密度溫度20406080100120140苯877.4857.3836.6815.0792.5768.9744.1甲苯867.0848.2829.3810.0790.3770.0748.8表7.苯和甲苯的液相密度 Kg/（1）液相密度 塔頂： 進(jìn)料板： 塔底： 精餾段的平均液相密度： 提餾段的平均液相密度： （2）氣相密度 4.4.5液相表面張力 4

31、.4.6液相粘度 4.5氣液負(fù)荷計(jì)算4.5.1精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 4.5.2提餾段氣液負(fù)荷計(jì)算 4.6塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算4.6.1塔徑計(jì)算初設(shè)板間距： 取板上液層高度：故 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-5,得 液氣氣相負(fù)荷因子 校正到物系表面張力為：時(shí)的，即液氣氣相負(fù)荷因子：泛點(diǎn)氣速：取安全系數(shù)為0.70，則空塔氣速：初估塔徑： 圓整為 實(shí)際氣速：實(shí)際泛點(diǎn)百分率：4.6.2塔板詳細(xì)計(jì)算溢流裝置： 由塔徑 D=1.7m可知，應(yīng)選用單流型 采用弓形降液管，能夠充分利用塔內(nèi)空間，提供較大的降液面積及兩相分離空間采用平行溶液盤(pán)，平流堰1.溢流延長(zhǎng)取堰長(zhǎng)= 單溢流型塔板堰長(zhǎng)一般取( 0.

32、60.8）D2.出口堰高 由 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社 知 則故堰高 3弓形.降液管的寬度與降液管的面積 由 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社 故 計(jì)算液體在降液度管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，即4.降液管底隙高度 取液體通過(guò)降液管底隙的流速 則 故假設(shè)合理。4.6.3塔板布置1.由經(jīng)驗(yàn)可知安全區(qū)一般取 而小塔的 大塔的 所以取邊緣區(qū)寬度 安全區(qū)寬度 塔徑/mm8001200140016001800200020002400塔板分塊數(shù)3456表8.塔板分塊數(shù)2.開(kāi)孔區(qū)面積 因?yàn)?則 4.6.4 篩孔數(shù) n與開(kāi)孔率x 取篩孔的孔徑，正三角形排列，采用碳鋼的板厚 取 故孔中心距 1.塔板上的

33、篩孔數(shù)2.塔板上開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率： 每層塔板上的開(kāi)孔面積 氣體通過(guò)篩孔的氣速 4.6.5 精餾段高度為4.7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.7.1 氣液通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?.干板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨纫啦榛ぴ碚n程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-13 得孔流系數(shù)=0.7722.氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-14得板上液層充氣系數(shù)為0.56則： 3.克服液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨裙剩簡(jiǎn)伟鍓航?lt;1k(設(shè)計(jì)允許值)4.7.2霧沫夾帶的驗(yàn)算 0.015kg液/kg氣<0.1 kg液/kg氣故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶4.7.3漏液驗(yàn)算篩板的穩(wěn)定系數(shù)（

34、>1.5滿(mǎn)足要求）故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量漏液4.7.4液泛驗(yàn)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度因?yàn)椋核裕菏街校菏墙狄汗軆?nèi)充氣系數(shù)及操作安全的校正系數(shù)故 在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛對(duì)一般物系取0.5 易起泡的取0.3-0.4 不易起泡的取0.6-0.7所以=0.5 則故 在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算可以認(rèn)為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的4.8塔徑計(jì)算初設(shè)板間距： 取板上液層高度：故 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-5,得 液氣氣相負(fù)荷因子 校正到物系表面張力為：時(shí)的，即液氣氣相負(fù)荷因子：泛點(diǎn)氣速：取安全系數(shù)為0.70，則 空塔氣速：初估塔徑

35、： 圓整為 實(shí)際氣速：實(shí)際泛點(diǎn)百分率：4.9塔板詳細(xì)計(jì)算4.9.1溢流裝置 由塔徑 D=2.0m可知，應(yīng)選用單流型 采用弓形降液管，能夠充分利用塔內(nèi)空間，提供較大的降液面積及兩相分離空間 采用平行溶液盤(pán)，平流堰1.溢流延長(zhǎng)取堰長(zhǎng)= 單溢流型塔板堰長(zhǎng)一般取( 0. 60.8）D2.出口堰高 由 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社 知 E=1.025 故堰高 3.降液管的寬度與降液管的面積 由 查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社 故 計(jì)算液體在降液度管中停留時(shí)間以檢驗(yàn)降液管面積，即4.降液管底隙高度 取液體通過(guò)降液管底隙的流速 則 故假設(shè)合理。4.9.2塔板布置（1）.由經(jīng)驗(yàn)可知安全區(qū)一般取 ，而小塔

36、的 大塔的 取邊緣區(qū)寬度 安全區(qū)寬度 （2）.開(kāi)孔區(qū)面積 因?yàn)?則 =2.30 4.9.3 篩孔數(shù) n與開(kāi)孔率x 取篩孔的孔徑，正三角形排列，采用碳鋼的板厚 取 故孔中心距 （1）塔板上的篩孔數(shù)（2）塔板上開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率： 每層塔板上的開(kāi)孔面積 氣體通過(guò)篩孔的氣速 4.9.4提餾段高度 提餾段高度：4.10篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算4.10.1氣液通過(guò)篩板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨雀砂鍓航迪喈?dāng)?shù)囊褐叨纫啦榛ぴ碚n程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-13 得孔流系數(shù)=0.72 4.10.2 氣流穿過(guò)板上液層壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?查化工原理課程設(shè)計(jì)天津大學(xué)出版社圖4-14得板上液層充氣系數(shù)為0.57則： 4.10.3克服

37、液體表面張力壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨裙剩簡(jiǎn)伟鍓航?lt;1k(設(shè)計(jì)允許值)4.10.4霧沫夾帶的驗(yàn)算 0.00498 kg液/kg氣<0.1 kg液/kg氣故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶4.10.5漏液驗(yàn)算篩板的穩(wěn)定系數(shù)（>1.5滿(mǎn)足要求）故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量漏液4.10.6液泛驗(yàn)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度因?yàn)椋核裕菏街校菏墙狄汗軆?nèi)充氣系數(shù)及操作安全的校正系數(shù)對(duì)一般物系取0.5 易起泡的取0.3-0.4 不易起泡的取0.6-0.7所以=0.5 則故 在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛 根據(jù)以上塔板的各項(xiàng)流體力學(xué)驗(yàn)算可以認(rèn)為精餾段塔徑及各工藝尺寸是合適的375變徑段

38、的設(shè)計(jì)變徑段的具體計(jì)算，因其為常壓操作，故取其設(shè)計(jì)壓力仍為1.5MPa，半頂角取，計(jì)算值，以與半頂角的值，查確定錐殼大端與小端連接處的加強(qiáng)圖，其交點(diǎn)均位于曲線上方，故不需要加強(qiáng)。錐殼大端壁厚計(jì)算：考慮到腐蝕裕量與鋼板負(fù)偏差，錐殼大端壁厚計(jì)算：考慮到腐蝕裕量與鋼板負(fù)偏差，塔筒體壁厚為14mm，故錐殼壁厚取14mm，半頂角為，計(jì)算其高度為173.2mm。386常壓塔主要尺寸確定6.1壁厚精餾塔可以視為內(nèi)壓容器，設(shè)計(jì)壓力： 1.5MPa設(shè)計(jì)溫度： 200，許用應(yīng)力： MPa焊縫系數(shù)： 壁厚的確定：精餾段：提餾段：苯和甲苯對(duì)筒體腐蝕較小，腐蝕裕量取2mm，鋼板負(fù)偏差C取0.8mmmm mm取mm mm 故取mm6.2封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為16MnR，受內(nèi)壓橢圓封頭上封頭：下封頭：取封頭壁厚mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：精餾段：提留段：圖2標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭6.3裙座塔底采用裙座支撐，裙座的結(jié)構(gòu)性能好，連接處產(chǎn)生的局部阻力小，為了制作方便，一般采用圓筒形。以Q235-A鋼為裙座材料，由于裙座內(nèi)徑等于塔內(nèi)徑D=2000mm>8