8萬(wàn)噸年粗苯精制工藝設(shè)計(jì)

70/86 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：8萬(wàn)噸/年粗苯精制工藝設(shè)計(jì)系別：化學(xué)與化學(xué)工程系專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)說(shuō)明此設(shè)計(jì)的任務(wù)是處理量為8萬(wàn)噸/年的粗苯精制工藝設(shè)計(jì)，它采用了粗苯低溫加氫工藝流程，選用了連續(xù)精餾篩板塔的化工設(shè)備。原料粗苯經(jīng)過(guò)兩苯塔實(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，最終得到純凈合格苯、甲苯的產(chǎn)品。為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此設(shè)計(jì)通過(guò)物料衡算、熱量衡算、塔的工藝尺寸計(jì)算、塔板負(fù)荷性能驗(yàn)算及附屬設(shè)備計(jì)算，得到符合要求的一系列工藝流程參數(shù)，包括進(jìn)料量F=106.055Kmol/h,塔頂液體流量D=90.945Kmol/h,塔底釜液流量W=15.11Kmol/h，塔徑D=1.6m,塔高h(yuǎn)=24.45m,板間距，精餾段實(shí)際塔板數(shù)，提餾段塔板數(shù)，設(shè)置7個(gè)人孔，出塔頂塔底人孔外其他人孔處的板間距為H=0.7m,進(jìn)料處板間距H=1m等。根據(jù)這一系列工藝流程參數(shù)繪制工藝流程圖、物料衡算圖及主設(shè)備圖。關(guān)鍵詞：低溫加氫精制、連續(xù)精餾篩板塔、兩苯塔、苯、甲苯

DesignelucidationThisdesigntaskisproductivityforeightmilliontons/yearcubenrefiningprocessdesign,itadoptedcubencryogenichydrogenationprocess,choosethecontinuousdistillationtowerchemicalequipmentsieve.Rawmaterialcubenaftertwobenzenetower,whichachieveweightcomponentseparationtowerkettleheavybenzeneasproductrecycling,towerlightbenzeneinhydrogenationreactorinhydrogenationreactiontookoffafterremovalfromthelighttowerintohydrogenammoniaandotherlowboiling,whichinturnintothatgetsdistillationcolumnofpurebenzenetowerandextractxylenetower,andultimatelythepurequalifiedbenzene,tolueneproducts.Toachievethedesignrequirements,thisdesignthroughthematerialcalculation,heatcalculation,towercraftsizecalculation,towerplateloadperformancecheckingandaffiliatedequipmentscalculation,gettomeettherequirementsofaseriesofprocessparameters,includinginto106.055KmolfeedF=liquidflow,being/hD=90.945Kmol/h,bottomkettlefluidflowW=15.11Kmol/h,towerdiameterD=1.6m,hightower24.45m,boardh=distance,rectifyingsectionnumberandmentionactualtowerplate,platenumberdistillatedsectiontowersetsevenpeoplehole,atowerinthebottomandtheothermanholemanholeforh=0.7boardspacing,feedingplaceboardmdistanceh=1-metc.Accordingtothisseriesofprocessparametersrenderingprocessflowdiagram,materialcalculationchartandmainequipmentfigure.Keywords:lowtemperaturehydrotreating,perforatedcontinuousdistillationtower,twobenzenetower,benzene,toluene目錄設(shè)計(jì)說(shuō)明 IDesignelucidation II主要符號(hào)說(shuō)明 iv引言 11生產(chǎn)方法和工藝流程的確定 41.1粗苯加氫精制的原理 41.2

粗苯加氫工藝的比較 41.2.1

萊托（Litol）法 41.2.2取蒸餾低溫加氫法（K.K法） 61.3

粗苯加氫工藝比較 101.4粗苯精制方法比較的結(jié)論 112生產(chǎn)流程敘述 122.1技術(shù)路線(xiàn) 123工藝計(jì)算與設(shè)備選型 133.1、工藝流程圖 133.2操作條件 133.3系統(tǒng)物料衡算 143.3.1、原料粗苯處理量 143.3.2、兩苯塔進(jìn)出料 143.3.3、預(yù)精餾塔進(jìn)出料 143.4純苯塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 143.4.1、純苯塔的作用 143.4.2精餾流程的確定 143.4.3塔的物料衡算 153.4.4求理論板數(shù) 173.4.5全塔總效率 193.4.6實(shí)際塔板數(shù) 193.5塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算 193.5.1操作壓力 193.5.2溫度 203.5.3平均摩爾質(zhì)量 213.5.4平均密度 223.5.5液相表面張力 233.5.6液相粘度 233.5.7氣液負(fù)荷計(jì)算 243.6塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算 243.6.1塔徑計(jì)算 243.6.2塔板詳細(xì)計(jì)算 253.7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算 293.7.1單板壓降 293.7.2．霧沫夾帶的驗(yàn)算 303.7.3.漏液驗(yàn)算 303.7.4.液泛計(jì)算 313.8塔板負(fù)荷性能圖 313.8.1精餾段: 313.8.2提餾段： 333.9苯、甲苯精餾塔熱量衡算 353.9.1塔底熱量衡算 353.9.2塔頂熱量衡算 363.10、常壓塔主要尺寸確定 363.10.1筒體壁厚 363.10.2封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 364輔助設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 394.1再沸器 394.2、冷凝器 394.3、儲(chǔ)罐的選擇 394.3.1方案選擇 394.3.2尺寸計(jì)算 394.3.3材料選擇 404.4泵的選型 405公用工程 415.1電 415.2冷卻水 415.3蒸汽 415.4導(dǎo)熱油 416其它附屬工藝及問(wèn)題 426.1、萃取溶劑的選擇 426.2、三廢治理和綜合利用 426.2.1、廢氣的處理技術(shù) 426.2.2、廢水 426.2.3、固體廢棄物 436.3、粗苯中的氯含量 436.4、小結(jié) 43參考資料 46附錄 47附圖1、粗苯加氫精制工藝流程圖.dwg 47附圖2、粗苯加氫精制物料衡算圖.dwg 47附圖3、粗苯加氫精制主設(shè)備圖.dwg 47致謝 48主要符號(hào)說(shuō)明—進(jìn)料量(質(zhì)量流量)，Kg/hF—進(jìn)料量(摩爾流量),Kmol/h—進(jìn)料摩爾分率D—塔頂液體流量,Kmol/h—塔頂產(chǎn)品摩爾分率W—塔底液體流量,Kmol/h—塔底產(chǎn)品摩爾分率y—?dú)庀嗄柗致省钚』亓鞅萊—回流比—理論塔板數(shù),塊—實(shí)際塔板數(shù),塊—總板效率—相對(duì)揮發(fā)度P—操作壓力,KPa—溫度,℃M—摩爾質(zhì)量,Kg/Kmol—密度,Kg/m3—液體表面張力,mN/m—液相粘度,mPa.s—?dú)怏w流率,—液體流率,—板間距,m—?dú)怏w負(fù)荷因子—泛點(diǎn)氣速,m/s—空塔氣速,m/sD—塔徑,m—堰長(zhǎng),m—降液管總面積,—塔板工作面積,—孔徑,m—板厚,m—堰高,m—降液管寬度,m—開(kāi)孔率—?dú)怏w通過(guò)篩孔的氣速,m/s—停留時(shí)間,s—干板壓降,m水柱—?dú)怏w通過(guò)泡沫層的壓降,m水柱—降液管內(nèi)的液面高,m—單板壓降,KPa—霧沫夾帶,Kg液/Kg氣—表面張力的壓降,m水柱—筒體壁厚,mm—封頭高度,mm—直邊高度,mmZ—塔的有效高度,mh—塔高,m—蒸汽管中氣速,m/s—回流液管中液速,m/s—進(jìn)料管中液速,m/s—釜液出料管中液速,m/sd—管直徑,m—泵的揚(yáng)程,m—苯的比熱容,KJ/(Kg.K)—甲苯的比熱容,KJ/(Kg.K)r—摩爾潛熱,KJ/KgQ—熱量,KJ/hA—傳熱面積,—冷卻水用量,Kg/s引言設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想與原則生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯的主要原料是石油催化重整的重整油、石油裂化的高溫裂解汽油和焦化粗苯。這3種原料占總原料量的比例依次為：70%、27%、3%。以石油為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝都采用加氫工藝，以焦化粗苯為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝有酸洗精制法和加氫精制法。

酸洗法仍在發(fā)展中國(guó)家被大量采用，其工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量低、無(wú)法與石油苯競(jìng)爭(zhēng)，而且收率低、污染嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢液很難處理。在發(fā)達(dá)國(guó)家都已采用加氫精制法，產(chǎn)品可達(dá)到石油苯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)已建成投產(chǎn)或正在建設(shè)粗苯加氫裝置。20世紀(jì)80年代，上海寶鋼從日本引進(jìn)了第一套Litol法高溫加氫工藝，90年代石家莊焦化廠(chǎng)從德國(guó)引進(jìn)了第一套K.K法低溫加氫工藝，1998年寶鋼引進(jìn)了第二套K.K法加氫工藝，還有很多企業(yè)正在籌建加氫裝置。隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格，粗苯加氫工藝的應(yīng)用是大勢(shì)所趨。設(shè)計(jì)的意義本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有純苯、甲苯、二甲苯、非芳烴、重苯，其中最主要的產(chǎn)品是純苯、甲苯和二甲苯。現(xiàn)將各種主要產(chǎn)品的重要作用介紹如下：①、純苯純苯是重要的化工原料，廣泛用作合成樹(shù)脂、合成纖維、合成橡膠、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥的原料，也是重要的有機(jī)溶劑。我國(guó)純苯的消費(fèi)領(lǐng)域主要在化學(xué)工業(yè)，以苯為原料的化工產(chǎn)品主要有苯乙烯、苯酚、己內(nèi)酰胺、尼龍66鹽、氯化苯、硝基苯、烷基苯和順酐等。在煉油行業(yè)中用作提高汽油辛烷值的摻和劑。②、甲苯甲苯是一種無(wú)色有芳香味的液體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、樹(shù)脂等與大眾息息相關(guān)的行業(yè)中，國(guó)際上其主要用途是提高汽油辛烷值或用于生產(chǎn)苯以及二甲苯，而在我國(guó)其主要用途是化工合成和溶劑，其下游主要產(chǎn)品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化芐、間甲酚、甲苯二異氰酸酯等，還可生產(chǎn)很多農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體。另外，甲苯具有優(yōu)異的有機(jī)物溶解性能，是一種有廣泛用途的有機(jī)溶劑。③、二甲苯二甲苯的主要衍生物為對(duì)二甲苯，鄰二甲苯等?；旌隙妆街饕米饔推嵬苛系娜軇┖秃娇掌吞砑觿送膺€用于燃料、農(nóng)藥等生產(chǎn)。對(duì)二甲苯主要生產(chǎn)PTA以及聚酯等。鄰二甲苯主要用于生產(chǎn)苯酐等。國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r生產(chǎn)芳香烴-苯、甲苯、二甲苯的主要原料是石油催化重整的重整油、石油裂化的高溫裂解汽油和焦化粗苯。這3種原料占總原料量的比例依次為：70%、27%、3%。以石油為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝都采用加氫工藝，以焦化粗苯為原料生產(chǎn)芳香烴的工藝有酸洗精制法和加氫精制法。

酸洗法仍在發(fā)展中國(guó)家被大量采用，其工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量低、無(wú)法與石油苯競(jìng)爭(zhēng)，而且收率低、污染嚴(yán)重，產(chǎn)生的廢液很難處理。早在上世紀(jì)60年代發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)淘汰了酸洗精制法，用加氫精制取代，產(chǎn)品可達(dá)到石油苯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)有很多企業(yè)已建成投產(chǎn)或正在建設(shè)粗苯加氫裝置。20世紀(jì)80年代上海寶鋼從國(guó)外引進(jìn)了第一套Litol法高溫加氫工藝，90年代石家莊焦化廠(chǎng)從德國(guó)引進(jìn)了第一套K.K法低溫加氫工藝，1998年寶鋼引進(jìn)了第二套K.K法加氫工藝，還有很多企業(yè)正在籌建加氫裝置。隨著對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保的要求越來(lái)越高，粗苯加氫工藝的應(yīng)用是大勢(shì)所趨。目前我國(guó)寶鋼、石家莊焦化廠(chǎng)共有4套粗苯加氫裝置，產(chǎn)能約21萬(wàn)噸/年。目前有實(shí)力的焦化企業(yè)或化工企業(yè)都在爭(zhēng)取建設(shè)大型精苯裝置?！妒仪f循環(huán)經(jīng)濟(jì)化工示范基地建設(shè)實(shí)施方案》中規(guī)劃的石家莊焦化集團(tuán)粗苯精制項(xiàng)目將采用具有國(guó)際先進(jìn)水平的以N-甲酰嗎啉為溶劑的粗苯加氫工藝技術(shù)，總投資1.7億元，年生產(chǎn)粗苯精制10萬(wàn)噸。山西省“十一五”期間，粗苯加工利用項(xiàng)目計(jì)劃投資就達(dá)78億元，并且禁止新建并逐步淘汰現(xiàn)有酸洗法苯精制裝置和工藝，鼓勵(lì)發(fā)展先進(jìn)的粗苯加氫精制工藝。日前，山西太化股份公司與上海寶鋼化工有限公司、山西太興煤焦集團(tuán)有限公司合資建設(shè)的全國(guó)最大的30萬(wàn)噸/年焦化粗苯加氫精制項(xiàng)目一期工程8萬(wàn)噸/年焦化粗苯加氫精制項(xiàng)目已成功試車(chē)。太化采用的低溫法反應(yīng)溫度在320℃以下，溫度壓力低，與酸洗法相比三苯收率增加8%-10％，產(chǎn)品硫含量小于1×10-6，資源利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，達(dá)到石油級(jí)純苯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家認(rèn)為，粗苯加氫精制技術(shù)代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向，這一技術(shù)在我國(guó)的推廣使用，不僅可使寶貴的苯資源得到充分利用，還可有效改善粗苯精制的面貌，提高清潔生產(chǎn)的水平。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。選用低溫加氫法進(jìn)行粗苯精制，處理量8萬(wàn)噸/年進(jìn)料組成如下表所示(以下均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))：純苯甲苯二甲苯苯乙烯重質(zhì)苯共計(jì)占粗苯%70.814.23.51.510100處理量：8萬(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)進(jìn)料溫度：泡點(diǎn)加熱方式：塔釜采用間歇飽和水蒸氣加熱回流比：R=（1.1—2.0）R一年工作8000小時(shí)，24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)1生產(chǎn)方法和工藝流程的確定1.1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600～650℃、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300～370℃、壓力2.5～3.0MPa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。1.2

粗苯加氫工藝的比較目前已工業(yè)化的粗苯加氫工藝有萊托（Litol)法、萃取蒸餾低溫加氫(K.K）法和溶劑萃取低溫加氫法，第一種為高溫加氫，后兩種為低溫加氫。1.2.1

萊托（Litol）法萊托法是上海寶鋼在20世紀(jì)80年代由日本引進(jìn)的第一套高溫粗苯加氫工藝，也是目前國(guó)內(nèi)唯一的焦化粗苯高溫加氫工藝，工藝流程見(jiàn)圖1。

如圖1.1所示，粗苯預(yù)蒸餾是將粗苯分離成輕苯和重苯。輕苯作為加氫原料，預(yù)反應(yīng)器是在較低溫度（200～250℃）下把高溫狀態(tài)下易聚合的苯乙烯等同系物進(jìn)行加氫反應(yīng)，防止其在主反應(yīng)器內(nèi)聚合，使催化劑活性降低，在2個(gè)主反應(yīng)器內(nèi)完成加氫裂解、脫烷基、脫硫等反應(yīng)。由主反應(yīng)器排出的油氣經(jīng)冷凝冷卻系統(tǒng)，分離出的液體為加氫油。分離出的氫氣和低分子烴類(lèi)脫除H2S后，一部分送往加圖1.1萊托（Litol）法工藝流程氫系統(tǒng)，一部分送往轉(zhuǎn)化制氫系統(tǒng)制取氫氣。預(yù)反應(yīng)器使用Co-Mo催化劑，主反應(yīng)器使用鉻系催化劑。穩(wěn)定塔對(duì)加氫油進(jìn)行加壓蒸餾，除去非芳烴和硫化氫。白土塔利用SiO2-A12O3為主要成分的活性白土，吸附除去少量不飽和烴。經(jīng)過(guò)白土塔凈化后的加氫油，在苯塔內(nèi)精餾分離出純苯和苯殘油，苯殘油返回輕苯貯槽，重新進(jìn)行加氫處理。

制氫系統(tǒng)將反應(yīng)系統(tǒng)生成的H2和低分子烴混合循環(huán)氣體通過(guò)單乙醇胺（MEA）法脫除硫化氫。利用一氧化碳變換系統(tǒng)制取純度99.9％的氫氣。不需要外來(lái)焦?fàn)t煤氣制氫。

萊托法只生產(chǎn)純苯，純苯對(duì)原料中苯的收率可達(dá)110％以上，這是由于原料中的甲苯、二甲苯加氫脫烷基轉(zhuǎn)化成苯造成的，總精制率91.5%，偏低。原因是大部分苯環(huán)上烷基被作為制氫原料，導(dǎo)致加氫油有所減少。純苯的質(zhì)量見(jiàn)表1，能耗見(jiàn)表2。表1.1

萊托法生產(chǎn)的純苯質(zhì)量項(xiàng)

目指

標(biāo)項(xiàng)

目指

標(biāo)顏色（鉑-鈷）≯20號(hào)密度（20℃),g/cm30.878～0.881結(jié)晶點(diǎn),℃≮5.45酸洗比色K2Cr2O7,g/L不深于0.05苯，％≮99.9甲苯,％≯0.05非芳烴,％≯0.10全硫,mg/kg≯1噻吩，mg/kg≯1中性試驗(yàn)中性水分（20℃)（目測(cè)）無(wú)

表1.2萊托法加氫精制粗苯的能耗焦?fàn)t煤氣m3/t粗苯高壓蒸汽t/t粗苯低壓蒸汽t/t粗苯電kWh/t粗苯循環(huán)水m3/t粗苯氮?dú)鈓3/t粗苯溶劑300.50.4330.54095.676.615.6不用.2萃取蒸餾低溫加氫法（K.K法）萃取蒸餾低溫加氫法是石家莊焦化廠(chǎng)于20世紀(jì)90年代從德國(guó)引進(jìn)的第一套粗苯低溫加氫裝置，并在國(guó)內(nèi)得到推廣應(yīng)用，工藝流程見(jiàn)圖1.2。如圖1.2所示，粗苯與循環(huán)氫氣混合，然后在預(yù)蒸發(fā)器中預(yù)熱，粗苯被部分蒸發(fā)，加熱介質(zhì)為主反應(yīng)器出來(lái)的加氫油，氣液混合物進(jìn)入多級(jí)蒸發(fā)器，在此絕大部分粗苯被蒸發(fā)，只有少量的高沸點(diǎn)組分從多級(jí)蒸發(fā)器底部排出，高沸點(diǎn)組分進(jìn)入閃蒸器，分離出的輕組分重新回到粗苯原料中，重組分作為重苯殘油外賣(mài)。多級(jí)蒸發(fā)器由高壓蒸汽加熱，被氣化的粗苯和循環(huán)氫氣的混合物經(jīng)過(guò)熱器過(guò)熱后進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器，預(yù)反應(yīng)器的作用與萊托法的預(yù)反應(yīng)器相同，主要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)一系列換熱器和冷卻器冷卻，在進(jìn)入分離器之前注入軟水，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)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)入穩(wěn)定塔，穩(wěn)定塔由中壓蒸汽加熱，穩(wěn)定塔實(shí)質(zhì)就是精餾塔，把溶解于加氫油中的氮、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)，穩(wěn)定塔出來(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(xiàn)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、甲酰嗎啉的混合餾分，此混合餾分進(jìn)入汽提塔。汽提塔在真空下操作，把苯、甲苯餾分與溶劑甲酰嗎啉分離開(kāi)，汽提塔頂部采出圖1.2萃取蒸餾低溫加氫(K.K法）工藝流程苯、甲苯餾分，苯、甲苯餾分進(jìn)入苯、甲苯塔精餾分離成苯、甲苯產(chǎn)品。汽提塔底采出的貧甲酰嗎啉溶劑經(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。

制氫系統(tǒng)與萊托法不同，是以焦?fàn)t煤氣為原料，采用變壓吸附原理把焦?fàn)t煤氣中的氫分離出來(lái)，制取純度達(dá)99.9％的氫氣。

萃取蒸餾低溫加氫法可生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯，3種苯對(duì)原料中純組分的收率及總精制率設(shè)計(jì)值見(jiàn)表3。

表1.3萃取蒸餾低溫加氫的苯、甲苯、二甲苯收率及總精制率苯，％甲苯，％二甲苯，％總精制率，％98.598.011799.8二甲苯收率超過(guò)100％是由于在預(yù)反應(yīng)器中，苯乙烯被加氫轉(zhuǎn)化成乙苯，而二甲苯中含有乙苯，總精制率達(dá)99.8%，比萊托法高。苯、甲苯、二甲苯的主要質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)值見(jiàn)表1.4、表1.5、表1.6,能耗見(jiàn)表1.7。

二甲苯質(zhì)量受原料粗苯中苯乙烯含量的影響較大，如果粗苯中苯乙烯含量小于1%，才能生產(chǎn)餾程最大為5℃的二甲苯。否則只能生產(chǎn)餾程最大為10℃的二甲苯。

表1.4萃取蒸餾低溫加氫苯的質(zhì)量項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)顏色無(wú)色透明苯含量，％≮99.5結(jié)晶點(diǎn),℃≮5.5全硫,mg/kg≯0.5環(huán)戊烷含量,mg/kg≯50正己烷含量,mg/kg≯50甲基環(huán)戊烷含量，mg/kg≯50

表1.5萃取蒸餾低溫加氫甲苯的質(zhì)量項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)外觀(guān)透明密度（20℃）,g/cm30.865～0.870甲苯含量，％≮99.0苯含量，％≯200非芳烴含量,mg/kg≯9600C8芳烴含量,mg/kg≯500餾程(包括110.6℃),℃≯0.7全硫,mg/kg≯1非揮發(fā)性物質(zhì)，g/100mL≯0.002顏色(鉑－鈷)≯20號(hào)酸洗比色≯2號(hào)

表1.6萃取蒸餾低溫加氫二甲苯的質(zhì)量項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)密度（20℃）,g/cm30.862～0.872酸洗比色≯6號(hào)苯、甲苯含量，mg/kg≯5000非芳烴含量,%≯4餾程,℃≯10顏色(鉑－鈷)≯20號(hào)

表1.7萃取蒸餾低溫加氫能耗（噸粗苯）循環(huán)冷卻水，m363.3高壓蒸汽，t0.739電，kWh32.2焦?fàn)t煤氣，m331.6軟水，m30.00528氮?dú)?，m310.56儀表用空氣，m321.1氫氣，m336.9中壓蒸汽，t0.686溶劑，kg0.0106溶劑萃取低溫加氫法溶劑萃取低溫加氫法在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，大量被應(yīng)用于以石油高溫裂解汽油為原料的加氫過(guò)程，目前在焦化粗苯加氫過(guò)程中也得到應(yīng)用。

在苯加氫反應(yīng)工藝上，與萃取蒸餾低溫加氫法相近，而在加氫油的處理上則不同，是以環(huán)丁颯為萃取劑采用液液萃取工藝，把芳烴與非芳烴分離開(kāi)來(lái)。工藝流程見(jiàn)圖1.3。如圖1.3所示,粗苯經(jīng)預(yù)蒸餾塔分離成輕苯和重苯，然后對(duì)輕苯進(jìn)行加氫，除去重苯的目的是防止C9以上重組分使催化劑老化。輕苯與補(bǔ)充氫氣和循環(huán)氫氣混合，經(jīng)加熱器加熱后，以氣液兩相混合狀態(tài)進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)器，一級(jí)反應(yīng)器的作用與萊托法和K.K法的預(yù)反應(yīng)器相同，使苯乙烯和二烯烴加氫飽和，一級(jí)反應(yīng)器中保持部分液相的目的是防止反應(yīng)器內(nèi)因聚合而發(fā)生堵塞。一級(jí)反應(yīng)器出來(lái)的氣液混合物在蒸發(fā)器中與管式爐加熱后的循環(huán)氫氣混合后被全部氣化，混合氣體經(jīng)管式爐進(jìn)一步加熱后進(jìn)入二級(jí)反應(yīng)器，在二級(jí)反應(yīng)器中發(fā)生脫硫、脫氮、烯烴飽和反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)器催化劑為Ni-Mo型，二級(jí)反應(yīng)器催化劑為Co-Mo型。二級(jí)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是雙催化劑床層，使用內(nèi)床層循環(huán)氫氣冷卻來(lái)控制反應(yīng)器溫度。二級(jí)反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)冷卻后被注入軟水，然后進(jìn)入分離器，注水的目的與K.K法相同，溶解生成的NH4HS、NH4Cl等鹽類(lèi)，防止其沉積。分離器把物料分離成循環(huán)氫氣、水和加氫油。加氫油經(jīng)穩(wěn)定塔排出NH3、H2S后進(jìn)入萃取塔。萃取塔的作用是以環(huán)丁砜為萃取劑把非芳烴脫除掉，汽提塔進(jìn)一步脫除非芳烴，回收塔把芳烴與萃取劑分離開(kāi)，回收塔出來(lái)的芳烴經(jīng)白土塔，除去微量的不飽和物后，依次進(jìn)入苯塔、甲苯塔，最終得到苯、甲苯、二甲苯。

制氫系統(tǒng)與K.K法一致，可生產(chǎn)3種苯產(chǎn)品，3種苯對(duì)原料中純組分的收率及總精制率設(shè)計(jì)值見(jiàn)表8，苯、甲苯、二甲苯的主要質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)值分別見(jiàn)表1.9、表1.10、表1.11，能耗見(jiàn)表1.12。表1.8

溶劑萃取低溫加氫的苯、甲苯、二甲苯收率及總精制率苯，％甲苯，％二甲苯，％總精制率，％989811599.1

表1.9

溶劑萃取低溫加氫苯的質(zhì)最項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)外觀(guān)無(wú)色透明苯含量，％≮99.95結(jié)晶點(diǎn),℃≮5.5全硫,mg/kg≯0.5表1.10

溶劑萃取低溫加氫甲苯的質(zhì)量項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)外觀(guān)透明全硫,mg/kg≯1甲苯含量，％≮99.99

表1.11

溶劑萃取低溫加氫二甲苯的質(zhì)量項(xiàng)

目指標(biāo)項(xiàng)

目指標(biāo)餾程,℃≯5顏色(鉑－鈷)≯20號(hào)</P表1.12

溶劑萃取低溫加氫的能耗（噸粗苯）循環(huán)冷卻水，m3101.9高壓蒸汽，t1.98電，kWh30.5焦?fàn)t煤氣，m322.6軟水，m30.1671.3

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。圖1.3溶劑萃取低溫加氫工藝流程圖1.4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。2生產(chǎn)流程敘述2.1技術(shù)路線(xiàn)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。2.2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、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(xiàn)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。3工藝計(jì)算與設(shè)備選型3.1、工藝流程圖圖3.1工藝流程圖3.2操作條件選用低溫加氫法進(jìn)行粗苯精制，處理量8萬(wàn)噸/年表3.1進(jìn)料組成如下表所示(以下均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))：純苯甲苯二甲苯苯乙烯重質(zhì)苯共計(jì)占粗苯%70.814.23.51.510100處理量：8萬(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)進(jìn)料溫度：泡點(diǎn)加熱方式：塔釜采用間歇飽和水蒸氣加熱回流比：R=（1.1—2.0）R一年生產(chǎn)時(shí)間8000h，24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn),其他時(shí)間檢修。3.3系統(tǒng)物料衡算3.3.1、原料粗苯處理量根據(jù)工藝的操作條件可知：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，料液的年生產(chǎn)能力為80000噸/年，全年生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)，剩余時(shí)間為大修、中修時(shí)間，則每小時(shí)的生產(chǎn)能力為：F=80000/8000=10000kg/h3.3.2、兩苯塔進(jìn)出料由圖可知，進(jìn)入兩苯塔的料液量即為10000kg兩苯塔塔頂出料為輕苯（BTXS）,其流量為：D1=F*(70.8%+14.2%+3.5%+1.5%)=10000*90%=9000兩苯塔塔底出料為重苯，其流量為：W1=F*10%=10003.3.3、預(yù)精餾塔進(jìn)出料從兩苯塔出來(lái)的BTXS經(jīng)過(guò)加氫脫輕后直接進(jìn)入預(yù)精餾塔，所以進(jìn)入預(yù)精餾塔的流量就是D=9000kg預(yù)精餾塔頂出料為苯、甲苯餾（BT）,其流量為：D2=F*(70.8%+14.2%)=10000*85%=8500kg預(yù)精餾塔塔底出料為二甲苯餾分（XS）,其流量為：W2=F*(3.5%+1.5%)=10000*5%=500kg3.4、純苯塔的設(shè)計(jì)計(jì)算精餾工段主要有四個(gè)塔，即預(yù)精餾塔，萃取精餾塔，純苯塔，二甲苯塔。這里只對(duì)純苯塔進(jìn)行計(jì)算。3.4.1、純苯塔的作用分離產(chǎn)品苯甲苯使產(chǎn)品純度達(dá)到99.9wt％，同時(shí)，產(chǎn)品回收率達(dá)到99.0％。在此目標(biāo)下對(duì)該塔進(jìn)行計(jì)算，尋找達(dá)到該分離要求的最佳操作條件。3.4.2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)厚，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。3.4.3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)的量可得塔板數(shù)的確定苯、甲苯物系的相對(duì)揮發(fā)度表3.2苯、甲苯在某些溫度下的蒸汽壓、t/℃80.18488929610010410810.6101.3114.1128.4144.1161.3180.0200.3222.4237.739.044.550.857.865.674.283.694101.32.602.562.532.492.462.432.402.372.35兩端的數(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：3.4.4求理論板數(shù)精餾段操作線(xiàn)方程：提餾段操作線(xiàn)方程的斜率：提餾段操作線(xiàn)方程：交替使用相平衡方程和操作線(xiàn)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3.4.5全塔總效率根據(jù)塔頂、塔釜液相組成查表，求塔的平均溫度為83.18查精餾塔總板效率關(guān)聯(lián)圖知：3.4.6實(shí)際塔板數(shù)精餾段：提餾段：3.5塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算3.5.1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：提餾段的平均操作壓力：3.5.2溫度根據(jù)操作壓力，通過(guò)試差計(jì)算進(jìn)料板塔頂塔底溫度的計(jì)算過(guò)程苯（A）、甲苯（B）的蒸汽壓、（）按下述安托萬(wàn)方程計(jì)算Antoine方程：

表3.3試差過(guò)程列表如下t/℃（kPa）（kPa）115265.3512114.5553115.4429120299.2114131.2896132.2809119292.5846127.7990128.7688119.5296.1318129.5351130.5156119.2294.0035128.4934129.1132因?yàn)樗讐毫Γ?，P=129.1kPa,,在0.1的誤差范圍之內(nèi)，符合試差要求，因此塔底溫度提餾段的平均溫度：3.5.3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：3.5.4平均密度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3.5.5液相表面張力3.5.6液相粘度3.5.7氣液負(fù)荷計(jì)算①精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算②精餾段氣液負(fù)荷計(jì)算3.6塔和塔板主要工藝尺寸計(jì)算3.6.1塔徑計(jì)算初設(shè)板間距：精餾段：查氣相負(fù)荷因子關(guān)聯(lián)圖知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：提餾段：查《天大》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：所以此提餾塔塔徑為：D=1.6m3.6.2塔板詳細(xì)計(jì)算此精餾塔選用篩板精餾塔溢流裝置：由塔徑D=1.6m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，參照《化工原理》譚天恩編表11-1和圖11-16①.單溢流型塔板堰長(zhǎng)一般取(0.68～0.76）D溢流延長(zhǎng)故堰長(zhǎng)=②.塔總截面積③.降液管總截面積④.塔板工作面積⑤.孔徑⑥.板厚⑦.堰高⑧.降液管寬度⑨.篩孔數(shù)n與開(kāi)孔率X1).由經(jīng)驗(yàn)可知安全區(qū)一般取而小塔的大塔的取邊緣區(qū)寬度安全區(qū)寬度2).開(kāi)孔區(qū)面積因?yàn)閯t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3).塔板上的篩孔數(shù)4).塔板上開(kāi)孔區(qū)的開(kāi)孔率：在5%-15%范圍內(nèi)，符合要求。氣體通過(guò)篩孔的氣速精餾段：提餾段：⑩.液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間由查篩板孔流系數(shù)圖知1)．干板壓降精餾段：提餾段：2)．氣體通過(guò)泡沫層的壓降精餾段：由查弓形堰的校正系數(shù)圖知所以提餾段：查弓形堰的校正系數(shù)圖知所以精餾段：查篩板上的充氣系數(shù)圖知充氣系數(shù)提餾段：查篩板上的充氣系數(shù)圖知充氣系數(shù)3)．總壓降精餾段：提餾段：4)．液面落差篩板塔液面落差一般很小，可忽略不計(jì)，5)．壓頭損失取降液管下沿與塔板面距離為40mm,則液體從降液管流出時(shí)所經(jīng)過(guò)的縫隙流通面積等于此距離乘以壓頭損失精餾段：提餾段：6)．降液管內(nèi)的液面高精餾段：提餾段：以泡沫液計(jì)，液面高應(yīng)為精餾段：提餾段：7)．液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間精餾段符合要求提餾段符合要求3.7篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算3.7.1單板壓降精餾段：提餾段：3.7.2．霧沫夾帶的驗(yàn)算精餾段:提留段：故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量霧沫夾帶3.7.3.漏液驗(yàn)算表面張力的壓降精餾段:提餾段：漏液點(diǎn)下的干板壓降精餾段：提餾段：篩孔處操作氣速與漏液點(diǎn)氣速之比為精餾段：提餾段;故在設(shè)計(jì)負(fù)荷內(nèi)不會(huì)發(fā)生過(guò)量漏液3.7.4.液泛計(jì)算為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中泡沫液面高度小于板距與堰高之和，即精餾段：提餾段：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3.8塔板負(fù)荷性能圖3.8.1精餾段:①.漏液線(xiàn)漏液點(diǎn)的干板壓降為所以根據(jù)干板壓降公式令得漏液點(diǎn)與的關(guān)系為化簡(jiǎn)得②．液體流率下線(xiàn)限規(guī)定時(shí)液體流率達(dá)到下限即③．液體流率上線(xiàn)限以液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間為3s規(guī)定液體流率上限，因，所以得④．液泛線(xiàn)當(dāng)降液管內(nèi)的泡沫液面高等于板距與堰高之和便達(dá)到液泛，即亦即化簡(jiǎn)得⑤．霧沫夾帶上線(xiàn)限令可容許的霧沫夾帶最大量為0.1kg/kg所以化簡(jiǎn)得圖3.2精餾段負(fù)荷性能圖3.8.2提餾段：①.漏液線(xiàn)漏液點(diǎn)的干板壓降為所以根據(jù)干板壓降公式令得漏液點(diǎn)與的關(guān)系為化簡(jiǎn)得②．液體流率下線(xiàn)限規(guī)定時(shí)液體流率達(dá)到下限即③．液體流率上線(xiàn)限以液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間為3s規(guī)定液體流率上限，因，所以得④．液泛線(xiàn)當(dāng)降液管內(nèi)的泡沫液面高等于板距與堰高之和便達(dá)到液泛，即亦即化簡(jiǎn)得⑤．霧沫夾帶上線(xiàn)限令可容許的霧沫夾帶最大量為0.1kg/kg所以化簡(jiǎn)得圖3.3提留段負(fù)荷性能圖3.9、苯、甲苯精餾塔熱量衡算3.9.1塔底熱量衡算塔底苯蒸汽的摩爾潛熱=363.844KJ/Kg，

塔底甲苯蒸汽的摩爾潛熱=354.716KJ/Kg；

所以塔底上升蒸汽的摩爾潛熱=上升蒸汽量為:V＝(R+1)D＝2.18727109.091=15549Kg/h所以再沸器的熱流量=15549354.762=5.516106KJ/h

因?yàn)榧訜嵴羝臐摕?2147.83KJ/Kg(t=140℃)，

所以需要的加熱蒸汽的質(zhì)量流量==2568.173kJ/h3.9.2塔頂熱量衡算塔頂上升苯蒸汽的摩爾潛熱=389.372KJ/Kg

塔頂上升甲苯蒸汽的摩爾潛熱=381KJ/Kg

所以塔頂上升蒸汽的摩爾潛熱==389.33KJ/Kg精餾段上升蒸汽量為:V＝(R+1)D=2.18727109.091=15549Kg/h，

所以冷凝器的熱流量=kJ/h

因?yàn)樗亩▔罕葻崛?4.174KJ/Kg/K，冷卻水的進(jìn)口溫度t1=25℃，冷卻水的出口溫度t2=70℃，

所以需要的冷卻水的質(zhì)量流量Gc=kJ/h3.10、常壓塔主要尺寸確定設(shè)計(jì)材料選用16MnR3.10.1筒體壁厚筒體的設(shè)計(jì)厚度：式中查表得：（采用雙面焊局部無(wú)損探傷）∴但是殼體加工成型后不包括腐蝕裕量的最小厚度為：碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm。所以因?yàn)槭浅爻翰僮?，所以不需要水壓試?yàn)。3.10.2封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算采用帶直邊的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料為16MnR，壁厚與塔體相同，即：hi=1000=400mm，h0=25mm圖3.4標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭3.10.3以16Mn為裙座材料，因?yàn)槿棺睆酱笥?00mm，所以需開(kāi)設(shè)人孔，裙座上方開(kāi)設(shè)直徑為50mm排氣孔，底部開(kāi)設(shè)排液孔，壁厚為10mm，高度為3m3.10.4進(jìn)料板間距為1mZ=(Ne-1-1)*HT=(34-2)*0.45=14.4開(kāi)7個(gè)人孔，開(kāi)人孔處(人孔直徑d=0.45mm)塔板間距增加為0.7m,塔兩端空間,上端頭留1.5m，下端留3.0m,封頭和直邊的當(dāng)量高度為

所以，最后的塔體高為3.10.5基礎(chǔ)環(huán)用16Mn材料，內(nèi)徑取1200mm，外徑為2000mm，基礎(chǔ)環(huán)高取40mm，螺栓選用M20螺栓3.10.6①.塔頂蒸汽出口管取適宜氣體速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：②.回流液進(jìn)口管利用液體的重力進(jìn)行回流，取適宜的回流速度，那么經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：③進(jìn)料管取適宜的輸送速度，故經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：④釜?dú)堃撼隽瞎苋∵m宜的輸送速度，則經(jīng)圓整選取熱軋無(wú)縫鋼管(YB231-64)，規(guī)格：4輔助設(shè)備設(shè)計(jì)及選型4.1再沸器選用立式熱虹吸式再沸器

因?yàn)檎羝麥囟萾s=140℃，釜液進(jìn)口溫度=110℃，釜液出口溫度=120℃，

所以傳質(zhì)溫差℃

因?yàn)閭髻|(zhì)系數(shù)K1=300W/m2/K，

所以傳質(zhì)面積

4.2、冷凝器選用管式冷凝器

因?yàn)檎羝M(jìn)口溫度T1=100℃，蒸汽出口溫度T2=80℃，冷卻水的進(jìn)口溫度t1=25℃,冷卻水的出口溫度t2=70℃，

所以傳質(zhì)溫差因?yàn)镵2=250W/m2/K，

所以，傳質(zhì)面積4.3、儲(chǔ)罐的選擇4.3.1方案選擇常溫貯存：球罐，貯存壓力高，設(shè)備投資高，但不消耗冷凍量。降壓貯存：貯存溫度10-20℃，球罐投資稍低，但電耗高，操作費(fèi)用較高。冷凍系統(tǒng)故障將造成大量產(chǎn)品損失。常壓貯存：貯存溫度-30℃，設(shè)備投資低，但操作費(fèi)用很高，還需充氮保護(hù)。固選擇方案：常溫貯存，4.3.2尺寸計(jì)算估算筒體內(nèi)徑Di=1600mm，上下封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，其內(nèi)徑為1600mm直邊高度h2=25mm，曲邊高度h1=400mm，并查得其封頭容積V1封=0.5864m3，查得內(nèi)徑1600mm筒體的1m高的容積V1m=2.017mH=（V-V1封）/V1m=（3.571-0.5864）÷2.017=1480mm圓整后取H=1500mm4.3.3材料選擇考慮到經(jīng)濟(jì)性筒體、封頭材料均選用碳素鋼Q235-A，因?yàn)槭浅爻涸O(shè)備，根據(jù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)查得其壁厚取Sn=3.5mm。4.4泵的選型粗苯為易燃易爆的介質(zhì),粗苯還是高危害介質(zhì),因此粗苯和洗油等介質(zhì)輸送的泵的選型很重要。一般選型,對(duì)輸送粗苯的泵,要求軸封可靠且無(wú)泄漏泵,多選用屏蔽泵,這樣可有效避免介質(zhì)的泄漏和設(shè)備漏電,且占地面積較小。工藝要求進(jìn)料所需正常的體積流量為：8500/805.1494=10.5570m3/h=10557泵的流量工藝估算所需揚(yáng)程20m,泵的揚(yáng)程為折合成計(jì)量泵的壓力泵的選型，查文獻(xiàn)[]知，JZ-6300/0.3型計(jì)量泵的流量為6300L/h,壓力為0.3MPa，轉(zhuǎn)速為126r/min,進(jìn)出口管徑為5公用工程5.1電對(duì)輸入的動(dòng)力電源的要求，采用單回路電壓為280伏，頻率為50赫茲，允許波動(dòng)范圍±3%。電器設(shè)備對(duì)電源的要求：對(duì)于電動(dòng)機(jī)，使用380伏交流電；正常照明用220/380伏交流電，事故照明用220伏直流電；電器部分控制，信號(hào)及繼電保護(hù)用220伏直流電；儀表電源用100伏和24伏。5.2冷卻水溫度：供水溫度為常溫，回水溫度為進(jìn)水溫度+10℃；壓力：回水壓力—對(duì)于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔頂，不另設(shè)接力泵，因此，回水壓力設(shè)為0.4MPa（G），供水壓力取0.6MPa（G）。5.3蒸汽蒸汽分中壓蒸汽和低壓蒸汽,部分換熱器的換熱過(guò)程需要水蒸氣，根據(jù)生產(chǎn)需要決定蒸汽壓力和溫度，蒸汽壓力取低壓1.0MPa（G），進(jìn)反應(yīng)器溫度為145℃，出反應(yīng)器溫度為100℃；中壓蒸汽取2.0MPa（G）。5.4導(dǎo)熱油制氫工序及加氫反應(yīng)器等部分工號(hào)加熱器用到導(dǎo)熱油，設(shè)計(jì)溫度250℃。6其它附屬工藝及問(wèn)題6.1、萃取溶劑的選擇采用N-甲酰嗎啉的氣液相萃取蒸餾工藝時(shí)，由于N-甲酰嗎啉具有遇水分解成甲酸和嗎啉的性質(zhì)，不可避免地存在甲苯偏堿性、純苯偏酸性的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)造成苯和甲苯的全氮含量相對(duì)較高。苯的主要用于制取苯乙烯生產(chǎn)工藝和甲苯制取異二氰酸醋(TDI）的生產(chǎn)工藝對(duì)苯和甲苯的全氮含量要求均很高。使用N-甲酰嗎啉作為萃取劑就不可避免地提高了苯和甲苯進(jìn)入苯乙烯和TDI應(yīng)用市場(chǎng)的難度。N-甲酰嗎啉分解使得產(chǎn)品質(zhì)量稍遜，環(huán)丁砜在這一點(diǎn)上則優(yōu)于N-甲酰嗎啉。建議綜合考慮企業(yè)既定產(chǎn)品的市場(chǎng)方案，合理選用萃取劑，做到產(chǎn)品質(zhì)量、投資等性?xún)r(jià)比的最優(yōu)化。6.2、三廢治理和綜合利用6.2.1、廢氣的處理技術(shù)低溫法粗苯加氫裝置的主要污染源為排污槽和脫輕塔等排氣管、導(dǎo)熱油爐和反應(yīng)器加熱爐煙囪、真空泵、安全閥、汽車(chē)、火車(chē)裝車(chē)處和苯類(lèi)貯槽等排放的污染物，主要為苯、SO2、NOx、煙塵等。一般采用的處理方法有：N2氣封法；接煤氣負(fù)壓系統(tǒng)；將廢氣集中進(jìn)行洗滌法；低溫冷凝廢氣法；接洗苯前的煤氣系統(tǒng)；采用浮頂儲(chǔ)槽；水封式檢液口等，可因地制宜地選用。從國(guó)內(nèi)的實(shí)踐看，N2氣氣封法、低溫冷凝法、采用浮頂儲(chǔ)槽與水封式檢液口等較易推廣應(yīng)用。6.2.2、廢水①、生產(chǎn)凈廢水生產(chǎn)凈廢水凈循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，其水質(zhì)除含有少量懸浮物外，其他污染物含量較少。②、生產(chǎn)污水生產(chǎn)污水主要為苯加氫分離水槽排出的分離水、脫輕塔、純苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水、洗罐站的清洗水、地坪沖洗水、生產(chǎn)系統(tǒng)的15min初期雨水等，一般含有較高濃度的COD、BOD、揮發(fā)酚、氰化物、石油類(lèi)等污染物。③、廢水處理方式為了減少生產(chǎn)廢水的外排量及污染物濃度，建議采取以下的控制措施：1)將苯加氫分離水槽排出的分離水、脫輕塔、純苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水等先集中送往油庫(kù)油的水分離器進(jìn)行兩級(jí)控制分離，充分除油后送至機(jī)械化氨水澄清槽，再經(jīng)進(jìn)行蒸氨處理后送至酚氰廢水處理站。2)地坪沖洗水和洗罐站的清洗水經(jīng)收集后送至酚氰廢水處理站處理。3)建議建設(shè)初期雨水收集裝置，將生產(chǎn)系統(tǒng)的15min初期雨水收集后送酚氰廢水處理站處理。4)建議酚氰廢水處理站采用AA00生物脫氮處理工藝。污水經(jīng)均和、稀釋等預(yù)處理過(guò)程后送至生物處理系統(tǒng)，進(jìn)一步去除污水中的揮發(fā)酚、氰化物、COD、氨氮、石油類(lèi)等污染物。5)建議裝置內(nèi)部設(shè)置地坪、污水井、地溝、地坑及設(shè)置必要的防滲結(jié)構(gòu)層，以防止地下水的污染。6.2.3、固體廢棄物精苯裝置產(chǎn)生的固體廢棄物主要是廢催化