何曉慶畢業(yè)設(shè)計(jì)正文

1、、一總論1.1 粗苯的組分簡(jiǎn)介粗苯是由多種芳烴和其他化合物組成的復(fù)雜混合物。粗苯的主要組分是苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等。此外，還含有一些不飽和化合物、硫化物及少量的酚類(lèi)和吡啶堿類(lèi)。當(dāng)用洗油回收煤氣中的苯族烴時(shí)，在所得粗苯中尚含有少量的洗油輕質(zhì)餾分。粗苯中各組分的含量常因配煤質(zhì)量和組成以及煉焦工藝條件的不同而有較大的波動(dòng)。1.2 粗苯的性質(zhì)粗苯是淡黃色的透明液體，比水輕，不溶于水。在貯存時(shí)，由于輕質(zhì)不飽和化合物的氧化和聚合所形成的樹(shù)脂狀物質(zhì)能溶解于粗苯中，使其著色并很快地變暗。粗苯易燃，閃點(diǎn)為 11.1。粗苯蒸汽在空氣中的濃度在 1.2- 7.0% （體積）范圍內(nèi)時(shí)，能形成爆炸性混合物。粗苯是易

2、流動(dòng)、不溶于水的淡黃色色透明液體混合物，極易燃燒，其蒸汽與空氣混合能生成爆炸性混合物。、二精制原理與方法選擇2.1 粗苯的質(zhì)量指標(biāo)粗苯的各主要組分均在 180前餾出，145-180的餾出物稱(chēng)為溶劑油。在測(cè)定粗苯中各組分的含量和計(jì)算產(chǎn)量時(shí)，通常將 180前的餾出量來(lái)計(jì)算，故以其 180前的餾出量作為鑒別粗苯質(zhì)量的指標(biāo)之一。粗苯在 180前的餾出量取決于粗苯工段的工藝流程和操作制度。180前餾出量越多，粗苯的質(zhì)量就越好。一般要求粗苯的 180前餾出量為 93-95%（生產(chǎn)一種粗苯時(shí)） 。2.2 粗苯精制的目的粗苯精制的目的是將粗苯加工成苯、甲苯、二甲苯等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品是寶貴的化工原料。2.3 精制

3、的方法粗苯精制的方法主要有酸洗精制法和加氫精制法。目前我國(guó)焦化廠廣泛采用酸洗精制法，加氫精制法也將得到采用。2.4 精制原理粗苯主要是由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等苯族烴所組成，此外，還有不飽和化合物及少量含硫、氮、氧的化合物。粗苯中各組分的含量常因配煤質(zhì)量和組成以及煉焦工藝條件的不同而有較大的波動(dòng)。粗苯精制的主要產(chǎn)品為苯、甲苯、二甲苯及三甲苯（溶劑油）。為了得到合格的苯類(lèi)產(chǎn)品，首先需將粗苯分離為輕苯和重苯。苯、甲苯和二甲苯的絕大部分（約 95%以上），硫化物的大部分和近 50% 的不飽和化合物都集中于輕苯中；苯乙烯、古馬隆及茚等高沸點(diǎn)不飽和化合物則集中于重苯中。輕苯和重苯須分別進(jìn)行加工。輕苯需

4、經(jīng)初步精餾，把初餾分與苯、甲苯、二甲苯的混合餾分分離開(kāi)來(lái)，然后對(duì)混合餾分進(jìn)行凈化處理。經(jīng)過(guò)凈化的混合餾分用堿中和，再進(jìn)行最終精餾，以制取各類(lèi)產(chǎn)品。為凈化輕苯，首先要盡量清除輕苯中的低沸點(diǎn)不飽和化合物及硫化物。輕苯中低沸點(diǎn)的二硫化碳、環(huán)戊二烯、戊烯等化合物與苯族烴的沸點(diǎn)相差較大，可通過(guò)初步精餾加以分離。將原料輕苯連續(xù)送入初餾塔系統(tǒng)，由塔頂連續(xù)提取初餾分，塔底則連續(xù)排出混合餾分送去酸洗。初餾塔底部溫度控制在9095，塔底壓力低于 0.35 公斤。由塔底排出的混合餾分經(jīng)冷卻器冷卻至2535后，自流入混合餾分中間槽，作為酸洗凈化的原料。輕苯經(jīng)初步精餾后所得的苯、甲苯，二甲苯的混合餾分中，含有的不飽和化

5、合物及硫化物的沸點(diǎn)與苯類(lèi)的沸點(diǎn)相差甚小，不能用精餾方法將其分開(kāi)，因此在提取純產(chǎn)品之前，需加以?xún)艋幚?，以除去其中的不飽和化合物及硫化物?；旌橡s分在用濃硫酸洗滌時(shí)，其中所含的不飽和化合物及硫化物會(huì)生成很復(fù)雜的產(chǎn)物。其中呈黑褐色的深度聚合物稱(chēng)為酸焦油，比重較大，可從混合物中分離出來(lái)；聚合程度較輕的產(chǎn)物，可溶于混合餾分及硫酸中，在對(duì)已洗混合餾分精餾時(shí)，可與苯類(lèi)產(chǎn)品分開(kāi)。在酸洗過(guò)程中，混合餾分中的吡啶堿類(lèi)呈硫酸吡啶分離出來(lái)，而酚類(lèi)則在以堿液中和的過(guò)程中呈酚鹽分離出來(lái)。帶微堿性的已洗混合餾分首先需進(jìn)行吹苯（簡(jiǎn)單蒸吹） ，然后對(duì)吹出苯（苯族烴混合物）進(jìn)行最終精餾。大、中型焦化廠的精苯車(chē)間按生產(chǎn)規(guī)模的不同采

6、用半連續(xù)或全連續(xù)精餾系統(tǒng)進(jìn)行已洗混合餾分的最終精餾對(duì)年處理輕苯 2 萬(wàn)噸以上的精苯車(chē)間，可采用連續(xù)精餾系統(tǒng)。即以吹出苯為原料一直連續(xù)精餾到提取出二甲苯，對(duì)于較大規(guī)模的精苯車(chē)間，還可以從二甲苯殘油再提取三甲苯。全連續(xù)流程具有產(chǎn)品產(chǎn)率高、質(zhì)量好、操作簡(jiǎn)單、投資省、便于自控等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)大型焦化廠目前采用的全連續(xù)精制輕苯的系統(tǒng)主要有兩種：熱油連料連續(xù)精餾：是將未經(jīng)冷卻的純苯殘油和甲苯殘油直接用熱油泵送到下一精餾塔作精餾原料。吹出苯經(jīng)純苯塔開(kāi)停工槽用泵連續(xù)送入純苯塔，塔頂純苯蒸汽經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后，一部分用泵送至塔頂作回流，其余作產(chǎn)品采出。在各塔正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，純苯殘油不經(jīng)冷卻而直接用熱油泵送至甲苯

7、塔。甲苯殘油同樣直接用熱油泵送至二甲苯塔。二甲苯殘油則經(jīng)套管冷卻器后入二甲苯殘油貯槽。熱油連續(xù)工藝要求各塔的原料組成、進(jìn)料量、回流比、蒸汽壓力、塔頂溫度及塔底液面相對(duì)穩(wěn)定。若三塔中出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品不合格時(shí)，須進(jìn)行大循環(huán)重蒸，同時(shí)適當(dāng)減少吹苯塔進(jìn)料量或停塔，以免造成物料不平衡。氣相串聯(lián)連續(xù)精餾：目前，國(guó)內(nèi)一些焦化廠已實(shí)現(xiàn)了吹苯塔和純苯塔之間的汽相串聯(lián)生產(chǎn)，即從吹苯塔出來(lái)的吹出苯蒸汽直接進(jìn)入純苯塔作為精餾原料，純苯塔以后仍按熱油連料進(jìn)行連續(xù)精餾。汽相串聯(lián)精餾操作尚存在一些有待解決的問(wèn)題，但具有操作穩(wěn)定簡(jiǎn)單、設(shè)備少及水、電、蒸汽消耗省等優(yōu)點(diǎn)。、三設(shè)計(jì)題目與要求3.1 設(shè)計(jì)題目五萬(wàn)噸/年粗苯精制純苯塔設(shè)計(jì)

8、3.2 經(jīng)過(guò)初餾、酸洗、吹苯后原料的組成序號(hào)123456組分初餾分苯甲苯二甲苯三甲苯溶劑油含量0.010.750.1390.0330.020.048表 31原料組成序號(hào)12345組分二硫化碳環(huán)戊二烯不飽和化合物苯飽和化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%20%25%15%5%表 3-2 其中初餾分組成3.3 質(zhì)量要求要求精苯塔塔頂苯含量大于 99.5%，塔底甲苯含量大于 99.0%（摩爾分?jǐn)?shù)）。3.4 操作條件確定操作溫度：料液經(jīng)過(guò)預(yù)熱至 95時(shí)進(jìn)料。操作壓力：有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知芳烴混合物操作壓力一般低于 70KPa，所以選擇常壓 101.325Kpa 為操作壓力。進(jìn)料熱狀況選擇：由進(jìn)料溫度及壓力確定進(jìn)料熱狀況為氣液

9、混合進(jìn)料。加熱劑選擇：由給定的條件用 0.4Mpa 的過(guò)熱蒸汽作為加熱劑。冷卻劑：選擇循環(huán)冷卻水作為冷卻劑。四、全塔的物料衡算4.1 輕重關(guān)鍵組分的確定由所給的原料組成及分離要求，按多組分精餾確定關(guān)鍵組分?？煞治龀鰮]發(fā)度高的苯為輕關(guān)鍵組分，揮發(fā)度低的甲苯為重關(guān)鍵組份從塔底餾出。4.2 摩爾組成計(jì)算此設(shè)計(jì)按年運(yùn)行 330 天進(jìn)行設(shè)計(jì)，留一個(gè)月時(shí)間進(jìn)行規(guī)劃?rùn)z修和進(jìn)行意外檢修。由：n=m/M得組分名稱(chēng)苯甲苯二甲苯三甲苯溶劑油分子量7892106120-質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.750.1390.0330.020.048摩爾分?jǐn)?shù)0.82940.13820.02680.0143-進(jìn)料量（mol）66.932611.1

10、5272.16281.1616-表 41物料組成進(jìn)料量 = m/330=50000（3024）0.012784=80.7kmol/h4.3 塔頂塔底物料組成及塔頂塔底溫度確定。(1K 值的計(jì)算因?yàn)椴僮鲏毫θ闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓 101.325kpa，所以可按理想流體計(jì)算平衡常數(shù) K。和0ipKp由：（安托尼方程）0l giBpATC由化工熱力學(xué)附表查出相關(guān)參數(shù)如下表：組分ABC苯6.068321236.034-48.99甲苯6.050431327.62-55.526二甲苯6.097891458.076-60.109三甲苯6.17111598.241-65.53二氧化碳7.521611384.86174

11、.84表 42安托尼方程參數(shù)(2塔頂塔底物料組成的確定苯甲苯二甲苯三甲苯Zi0.82940.13820.02080fi66.932611.15271.67860.9966di66.59790.547600Xdi0.99540.004600Wi0.334611.09691.67860.01235Xwi0.02560.90740.12730.00937表 43=0.6% 0.5%dhx由上表可知=1.8% 1%wlx均小于規(guī)定濃度值符合要求。(d/w)i輕重組分的相對(duì)揮發(fā)度。Fi各組分進(jìn)料的物質(zhì)的量di塔頂各組分物質(zhì)的量wi塔底各組分物質(zhì)的量塔頂重關(guān)鍵組分的摩爾量dhx塔底輕關(guān)鍵組分的摩爾量wlx

12、3)試差法計(jì)算塔頂溫度由氣液相間平衡關(guān)系式 yi=ki*xi。及露點(diǎn)方程式xi=1 進(jìn)行試差計(jì)算。先按照清晰分割法對(duì)塔頂溫度和塔底溫度進(jìn)行假設(shè)，假設(shè)塔頂溫度為353.15K，對(duì)切割的組分進(jìn)行計(jì)算。ABClgPs/kPaPski苯6.068321236.034-48.992.0045101.05490.9974甲苯6.050431327.62-55.5251.589738.87410.3836二甲苯6.097891458.076-60.1091.198815.8070.1568三甲苯6.17111598.241-65.320.618344.05310.04049用試差法計(jì)算塔頂溫度，設(shè)塔頂溫度為

13、 353.15K苯甲苯求和di66.59790.547667.1455ydi0.99500.00501ki0.99740.3836xi0.99750.003831.0005由試差結(jié)果xi-10.01 符合要求，故設(shè)塔頂溫度為 353.15Kdi塔頂物質(zhì)的量ki平衡常數(shù)xi塔頂液相摩爾分?jǐn)?shù)(3用試差法計(jì)算塔底溫度由氣液相間平衡關(guān)系式 yi=ki*xi。及泡點(diǎn)方程式y(tǒng)i=1 進(jìn)行試差計(jì)算。假設(shè)塔底溫度為 376.15K 按理想切割的組成進(jìn)行計(jì)算。苯甲苯二甲苯三甲苯求和117Xwi0.02550.84560.12790.00090.9999Ki1.23261.57130.18170.5999Xwi*

14、Ki0.031431.0660.023240.00051.1211105Xwi0.02550.84560.12790.0009Ki2.02201.1260.32130.1132Xwi*Ki0.0510.95220.04110.0001021.0400103Xwi0.02550.84560.12790.0009Ki2.0121.0620.3200.112Xwi*Ki0.0510.8980.0410.00010.991表 44塔底溫度計(jì)算由試差結(jié)果yi-10.01 符合要求，所以塔底設(shè)溫度 376.15K 正確。wi塔底各組分物質(zhì)的量Xwi塔底液相各組分的摩爾分?jǐn)?shù)Ki塔底各組分的平衡常數(shù)Xwi*K

15、i塔底各組分的氣相摩爾分?jǐn)?shù)(4按理想清晰分割法確定塔頂塔底產(chǎn)品分布量塔頂量： D=69.1313 Kmol/h塔底量： W=80.70（0.1382+0.0268+0.0143）=14.47 Kmol為避免計(jì)算后關(guān)鍵組分濃度超過(guò)限度值，dh 和 wl 采用的計(jì)算濃度值應(yīng)略于規(guī)定值，分別取規(guī)定值的 0.9 倍。dh=1%0.966.9326=0.6024kmol/hwh=14.47-0.6024=13.8676 kmol/hwl=1%0.914.47=0.1302 kmol/hdl=66.9326-0.1302=66.8024 kmol/h所以 ： （d/w）h=0.6024/13.8676=0

16、.0434（d/w）l=66.8024/0.1302 =513.08(5求以重關(guān)鍵組分甲苯為對(duì)比組分，各組分的平均相對(duì)揮發(fā)度，用泡點(diǎn)方程計(jì)算列表如下：組分苯甲苯二甲苯三甲苯Kdi0.999790.384760.131170.04075ihd2.5984310.340910.10591Kwi2.829751.232580.489370.18169ihw2.2957510.397030.14741ih2.4424110.367900.12495表 45泡點(diǎn)方程計(jì)算代入漢斯特別克公式，解下列方程log(/)log(/)log/ loglog(/)log(/)1.476(2.2981.476)log/

17、 0.388ihilhidwdwhlhdwdwh Kdi塔頂各組分的平衡常數(shù)ih相對(duì)揮發(fā)度kwi塔底各組分的平衡常數(shù)ih代入上式，求出（d/w）i進(jìn)一步求出 di，wi，xDi，xWi。列表如下：組分苯甲苯二甲苯三甲苯求和aih2.442410.36790.1249（d/w)i198.5840.0334100fi66.932611.15272.16281.161681.4097di62.8150.39940063.2143wi0.316311.95242.97781.052180.7043xdi0.99360.0063001xwi0.02810.68330.19020.09011表 46物料橫算=0.6% 1%dhx由上表得到=1.8% 0.5%wlx均小于規(guī)定濃度值符合要求。（d/w）i輕重組分的相對(duì)揮發(fā)度。fi各組分進(jìn)料的物質(zhì)的量di塔頂各組分物質(zhì)的量wi塔底各組分物質(zhì)的量塔頂重關(guān)鍵組分的摩爾量dhx塔底輕關(guān)鍵組分的摩爾量wlx(6確定塔頂，塔底溫度設(shè)塔頂溫度為 353.15K 時(shí)，計(jì)算列表如下：組分苯甲苯求和ydi0.99500.0051ki0.99740.3836xdi0.98750.003