年產(chǎn)0W噸粗苯精制工藝設(shè)計設(shè)計

年產(chǎn)0W噸粗苯精制工藝設(shè)計設(shè)計濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）(冶金化工系)題目年產(chǎn)10萬噸粗苯精制工藝設(shè)計專業(yè)應(yīng)用化工技術(shù)班級化工xxx班完成日期2011.05.08—2011.10.10目錄摘要 1第一章粗苯精制的綜述 21.1粗苯的性質(zhì)和用途 21.2粗苯精制原理 21.3初步精餾 31.4設(shè)計的依據(jù) 4第二章工藝流程的說明 62.1化學(xué)精制工藝的選擇 62.2粗苯的精制 62.3生產(chǎn)設(shè)備的選擇 72.3.1精餾塔類型的選擇 7第三章粗苯精制的物料衡算 103.1初步精餾計算 103.1.1初餾塔全塔的平均溫度 103.2化學(xué)精制 113.3純苯塔的物料衡算 12 13第四章熱量衡算 144.1冷凝器的熱量衡算 14第五章粗苯精制中的危害因素與防護 165.1防火 165.2原料、產(chǎn)品、及中間產(chǎn)品的儲存 165.3廢氣的處理 17第六章粗苯精制的發(fā)展方向 186.1現(xiàn)狀 186.2展望 18致謝 19參考文獻 20附圖1 21粗苯精制工藝流程圖 21附圖2 22精餾塔設(shè)備圖 22摘要粗苯中主要成分是苯，是純苯的主要來源。苯的用途很多，是有機合成的基礎(chǔ)原料，可制成苯乙烯、苯酚、丙酮、環(huán)己烷、硝基苯、順丁烯二酸酐等，進一步可制合成纖維、合成橡膠、合成樹脂以及染料、洗滌劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥等多種產(chǎn)品。本設(shè)計首先是先介紹粗苯的組成、性質(zhì)以及制得粗笨之后的用途。之后又介紹工藝流程，使得我們更清晰地了解到本設(shè)計的原理與目的。經(jīng)過設(shè)備的對比選擇最適合本設(shè)計的設(shè)備，最后經(jīng)過物料衡算與熱量衡算，得出本設(shè)計所需要的原料與熱量。本設(shè)計的產(chǎn)品有純苯、甲苯、二甲苯、不飽和化合物及少量含硫、氮、氧的化合物。其中最主要的產(chǎn)品是純苯、甲苯和二甲苯。關(guān)鍵詞：粗苯精制酸洗精制法粗苯第一章粗苯精制的綜述粗苯精制目的是得到苯、甲苯、二甲苯等產(chǎn)品，它們都是寶貴的基本有機化工原料。粗苯精制包括酸洗或加氫、精餾分離、初餾分中的環(huán)戊二烯加工以及高沸點餾分中的茚與古馬隆的加工利用。1.1粗苯的性質(zhì)和用途粗苯產(chǎn)率以干煤計約為0.9～1.1%。其中含苯及其同系物為80～95%；不飽和化合物為5～15主要集中于79℃以前低沸點餾分和140℃以上的高沸點餾分中，它們主要為環(huán)戊二烯、茚、古馬隆及苯乙烯等；硫化物含量為0.2～2.0%；飽和烴為0.3～2.0%。此外，粗苯中還含有來自洗油的輕餾分、萘、酚和吡啶等成分。粗苯中主要成分是苯，是純苯的主要來源。苯的用途很多，是有機合成的基礎(chǔ)原料，可制成苯乙烯、苯酚、丙酮、環(huán)己烷、硝基苯、順丁烯二酸酐等，進一步可制合成纖維、合成橡膠、合成樹脂以及染料、洗滌劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥等多種產(chǎn)品。甲苯和二甲苯也是有機合成的重要原料。1.2粗苯精制原理粗苯中主要成分為苯、甲苯、二甲苯，它們在101Kpa壓力下的沸點如下：苯80.1℃；間二甲苯139.1℃；甲苯110.6℃；對二甲苯138.4℃；鄰二甲苯144.9℃；乙苯136.2℃。由上述數(shù)據(jù)可見，沸點有差別，即揮發(fā)度不同，可以很容易分離出苯和甲苯、二甲苯的三種異構(gòu)體和乙苯的沸點差甚小，難于利用精餾方法進行分離。粗苯中與苯的沸點相近的有硫化物和不飽和化合物，故欲得純苯較難。例如，噻吩和環(huán)己烷的沸點分別為84.07℃和81℃，精餾時分不開。由于以苯為原料進行催化加工時。硫化物能使催化劑中毒，不飽和化合物在儲存時能聚合或產(chǎn)生暗色物，在催化加工時，易使催化劑結(jié)焦。所以要求從苯中必須除掉這些雜質(zhì)。由于精餾方法不能脫除本中噻吩和不飽和化合物，所以在精餾之前采用化學(xué)凈化方法。為此，可采用加入化學(xué)試劑或催化加氫，使之生成易于分離的產(chǎn)物，達到凈化目的。采用化學(xué)凈化辦法，需要消耗化學(xué)試劑和損失原料，所以僅對精餾分離不掉的硫化物和不飽和化合物，采用化學(xué)凈化方法。不同沸點餾分中不飽和化合物和硫化物含量不同，在低于苯沸點的初餾分中含量高。在二甲苯高沸點餾分中不飽和化合物含量很高，很明顯分出高沸點餾分不用化學(xué)凈化方法，而只對沸點較低的餾分進行化學(xué)凈化，這不僅減少了化學(xué)凈化消耗，而且可以分別利用個餾分。例如初餾分低于苯沸點餾分含有環(huán)戊二烯，是合成橡膠、藥品和合成樹脂的原料，此外，還有二硫化碳。高沸點餾分富集有茚、古馬隆、苯乙烯，可作為古馬隆茚樹脂原料，該樹脂可制造油漆、顏料和絕緣材料等。粗苯精制流程包括下述過程：（1）初步精餾使低沸點化合物、高沸點含硫化合物和不飽和化合物分開。（2）化學(xué)精制把粗苯主要組分沸點范圍內(nèi)所含的硫化物和不飽和化合物脫除。（3）最終精餾得到合乎標準的純產(chǎn)品。1.3初步精餾粗苯初步精餾可由兩個精餾塔完成，粗苯在第一個初餾塔頂分出初餾分；在第二個苯、甲苯、二甲苯(BTX)混合餾分塔頂分出BTX餾分,塔底分出重苯。假如粗苯回收工段把粗苯已分成輕苯和重苯，則不在需要第二個塔。初餾塔很重要，初餾分要分離的很干凈，否則二硫化碳進入BTX餾分中，進一步留在苯中。此外，使BTX餾分的化學(xué)凈化難度增大。環(huán)戊二烯反應(yīng)能力大，粘度高，能形成高分子聚合物。初餾分塔采用效率足夠高的精餾塔，塔板數(shù)為30-50?；亓鞅葹?0-60，空塔氣速為0.6-0.9m/s。輕苯的初餾分產(chǎn)率為1.0-1.2%，其組成約為:環(huán)戊二烯等50-60%；二流化碳為25-35%；苯為5-15%。純苯中含二硫化碳不應(yīng)超過1-50ppm。初餾塔的再沸器易堵塞，這是低沸點不飽和化合物發(fā)生聚和，堵塞物主要是膠狀游離碳。應(yīng)防止進料和回流帶水，否則不僅塔操作不穩(wěn)，而且增加堵塞再沸器的可能性。1.4設(shè)計的依據(jù)經(jīng)查資料，獲得以下參數(shù)：表1-1粗苯各組分的平均含量組分分子式含量（質(zhì)量百分數(shù)）/%苯55—80甲苯11—22二甲苯2.5—8三甲苯1—2不飽和化合物、7—12硫化物0.3—1.8飽和物0.6—2.0初餾塔初餾組分的要求：表1-2初餾分組成原料粗苯初餾分組成/%輕苯初餾分組成/%15—2525—40、10—1520—3030—505—15其他不飽和化合物10—1515—25連續(xù)精餾塔操作條件：表1-3連續(xù)精餾塔操作條件塔名純苯塔甲苯塔二甲苯塔塔頂溫度/℃80左右110左右89左右塔底溫度/℃124—128150—155140—150塔壓/KPa30左右30左右30左右已知：10萬噸粗苯全年生產(chǎn)時間：300天，其余時間為維修時間。設(shè)計任務(wù)：苯的純度：99.5%甲苯的純度：98%二甲苯的純度：98%第二章工藝流程的說明2.1化學(xué)精制工藝的選擇由于不飽和化合物與苯類產(chǎn)品之間的沸點溫度相差很小，不能用精餾的方法把它們分開，要用化學(xué)的方法分離。工業(yè)上有兩種方法：酸洗精制法和加氫精制法。酸洗精制法具有工藝流程簡單、操作靈活、設(shè)備投資少，材料易得，常溫常壓下運行，但有液體廢物產(chǎn)生。該方法在中國焦化廠已經(jīng)廣泛采用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對設(shè)備材質(zhì)要求較高。本設(shè)計采用酸洗精制法。2.2粗苯的精制粗苯的精制包括下面三個過程：（1）初步精餾：將低沸點的二硫化碳和戊烯等不飽和化合物與苯烴進行分離，得到初餾分和苯，甲苯，二甲苯等苯類混合餾分。（2）化學(xué)精制：把經(jīng)過初步精餾得到的苯類混合餾分中含有沸點與苯族烴相近的不飽和化合物及硫化物除去。（3）最終精餾：經(jīng)過連續(xù)精餾得到合乎標準的純產(chǎn)品。粗苯經(jīng)初餾塔初步精餾，塔頂?shù)玫匠躔s分低沸點的二硫化碳和戊烯等不飽和化合物，塔底得到苯，甲苯，二甲苯等苯類混合餾分。初餾塔由重沸器供熱，由于塔底含有不飽和化合物形成的聚合物，進入重沸器之前需經(jīng)過過濾器濾出聚合物，以減輕設(shè)備的堵塞。初步精餾得到的苯類混合物中含有沸點與苯族烴相近的不飽和化合物及硫化物，不能用精餾法把它們除去，為了制取合格產(chǎn)品，必需將它們預(yù)先除去，除去這些雜質(zhì)要用硫酸進行洗滌。經(jīng)過硫酸洗滌的混合餾分帶有酸性，然后進行中和，最后進入吹苯塔，把苯，甲苯，二甲苯吹出。吹出苯由泵送入純苯塔。純苯塔的蒸汽溫度控制在80℃左右，在此溫度下逸出的蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻把油和水分離，所得到的純苯一部分作為回流送入塔頂，一部分作為產(chǎn)品采出。塔底純苯殘液溫度為124-128℃，由塔底排除，送入純苯殘油槽。純苯殘油積累到一定量后，用泵連續(xù)送入甲苯塔進行精餾。蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻把油和水分離，所得到的甲苯一部分作為回流送入塔頂，一部分作為產(chǎn)品采出。塔底甲苯殘液由塔底排除，送入純苯殘油槽。甲苯殘液要求不含甲苯。處理甲苯殘液，用泵連續(xù)送入二甲苯塔進行精餾。塔頂逸出的蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻把油和水分離，所得到的二甲苯一部分作為回流送入塔頂，其余部分作為產(chǎn)品采出。2.3生產(chǎn)設(shè)備的選擇2.3.1精餾塔類型的選擇氣－液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣－液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣－液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀五十年代以后，隨著石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有：(１)結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。(２)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(４)壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。篩板塔的缺點是：(１)塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。(２)操作彈性較小(約2～3)。(３)小孔篩板容易堵塞。浮閥塔是在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設(shè)有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮閥塔廣泛用于精餾、吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中。塔徑從200mm到6400mm，使用效果均較好。國外浮閥塔徑，大者可達10m，塔高可達80m，板數(shù)有的多達數(shù)百塊。浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用，是因為它具有下列特點：(１)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加20～40％，而接近于篩板塔。(２)操作彈性大，一般約為5～9，比篩板、泡罩、舌形塔板的操作彈性要大得多。(３)塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。(４)壓強小，在常壓塔中每塊板的壓強降一般為400～660N/m2。(５)液面梯度小。(６)使用周期長。粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作。(７)結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，制造費為泡罩塔板的60～80％,為篩板塔的120～130％據(jù)此本課程設(shè)計選取浮閥塔。粗苯精制工藝流程圖如圖2-1圖2-1粗苯精制工藝流程圖第三章粗苯精制的物料衡算3.1初步精餾計算初步精餾塔如圖3-1：圖3-1初餾塔表3-1原料各組分數(shù)據(jù)匯總組分0.010.040.740.130.040.030.011.0076707892104106120134.6538.49960.41749.8538.4403.8134.6134601.777.69127.7019.025.183.811.12166.290.010.050.770.110.030.020.011.000分離要求苯的純度：99.5%甲苯的純度：98%二甲苯的純度：98%3.1.1初餾塔全塔的平均溫度（1）用露點方程計算初餾塔塔頂溫度為40℃。（2）用泡點方程計算初餾塔塔底溫度為84.7℃。所以初餾塔全塔的平均溫度為：℃。3.2化學(xué)精制粗苯初步精制得到的苯類混合物餾分中，含有沸點與苯族烴相近的不飽和化合物如戊烯和苯乙烯。不能用精餾法將它們除去，為了制取合格的產(chǎn)品，必須將它們預(yù)先除去，除去這些雜質(zhì)的方法就是用硫酸處理。用硫酸精制具有工藝流程簡單，操作靈活，設(shè)備投資少，材料易得，常溫常壓下進行。該法在中國的焦化廠得到廣泛的應(yīng)用。用硫酸洗滌時，同時進行多種化學(xué)反應(yīng)，其中主要的反應(yīng)如下（清除不飽和化合物反應(yīng)）：不飽和化合物反應(yīng);不飽和化合物在濃硫酸的作用下很容易發(fā)生聚合作用，生成各種復(fù)雜的聚合物。聚合反應(yīng)的第一階段是生成酸式酯，聚合反應(yīng)的第二階段是酸式酯不飽和化合物生成二聚物。酸洗工藝流程圖3-2圖3-2酸洗流程圖為了得到比較純凈的苯系化合物，不飽和化合物通過酸洗，消耗的硫酸的量為：則：選用93%的濃硫酸洗，則消耗的酸的質(zhì)量為：噸所以消耗93%的濃硫酸為9764.6噸。3.3純苯塔的物料衡算經(jīng)查資料獲得粗苯中組分的組成以及精制要求如下：已知：10萬噸粗苯全年生產(chǎn)時間：300天，其余時間為維修時間。10萬噸/年=13.89噸/h輕苯：96.9%輕苯質(zhì)量F:噸/h13460千克/h原料處理量：13460千克/h輕苯組成（質(zhì)量分數(shù)）：苯78%；甲苯16%；二甲苯4%；溶劑油2%純苯產(chǎn)品組成：苯99.5%；甲苯小于0.5%純苯殘油組成：苯小于0.5%物料衡算式為：將相應(yīng)的數(shù)值代入上式，并和全塔物料衡算式求解：D+W=134600.995D+0.005W=13460×0.78得：D=10537;W=2923表3-2純苯塔的物料衡算：組成名稱物料原料塔頂產(chǎn)品塔底產(chǎn)品單位kg/hkmol/h摩爾分數(shù)kg/hkmol/h摩爾分數(shù)kg/hkmol/h摩爾分數(shù)苯10498.8134.60.8210484.4134.40.9914.40.20.01甲苯2153.623.40.1452.61.00.01210122.90.75二甲苯538.45.10.03538.45.10.17溶劑油269.22.20.01269.22.20.07合計13460165.31.0010537134.91.00292330.41.00純苯的質(zhì)量為：第四章熱量衡算4.1冷凝器的熱量衡算冷凝器體系選取如圖4-1：圖4-1冷凝器1Kcal=4.184KJQp=(1.3+1)×134.9×(518.9290-175.8410)=106449.9138(KJ/h)第五章粗苯精制中的危害因素與防護車間內(nèi)的所有原料、生產(chǎn)的產(chǎn)品及中間餾分均為易燃、易爆、有毒、易揮發(fā)的氣體，因此精苯車間要特別注意防火、防爆、防雷電、防毒等安全措施，所以人員要牢固樹立“安全第一”的意識，熟練掌握安全防護，消防知識，具備處理這類事故的能力。5.1防火精苯車間的安全防火措施如下：（1）車間嚴禁有明火和火花。（2）防止靜電火花引起燃燒。（3）車間內(nèi)一切電器設(shè)備及照明均應(yīng)為防爆設(shè)備，且符合防火防爆的特殊要求。（4）苯類產(chǎn)品為有毒的化工產(chǎn)品，設(shè)備應(yīng)嚴密，防止泄漏。（5）由于二氧化硫沸點低易揮發(fā)，為了減少揮發(fā)損失和污染環(huán)境，為防火災(zāi)的發(fā)生，應(yīng)將二氧化硫儲存在儲槽的水封的下面。（6）車間各個崗位要配備完善的防護用品，且都應(yīng)符合安全防火的要求。（7）車間內(nèi)應(yīng)設(shè)有泡沫滅火器和蒸汽滅裝置，精苯車間發(fā)生火災(zāi)時，嚴禁用水滅火。（8）車間內(nèi)應(yīng)有完整的安全防火制度和嚴密的消防組織。5.2原料、產(chǎn)品、及中間產(chǎn)品的儲存（1）原料均勻化。（2）儲槽放水及污水控制分離。（3）減少揮發(fā)損失的工藝措施。①各儲槽外壁應(yīng)進行保溫。②儲存頂部連續(xù)或間斷噴灑冷水。5.3廢氣的處理無論是酸洗精制法，還是加氫法，都有含苯廢氣的處理問題。一般采用的處理方法有：N2氣封法；接煤氣負壓系統(tǒng)；采用浮頂儲槽；水封式檢液口等，可因地制宜選用。從國內(nèi)實踐看，N2氣氣封法、低溫冷凝法、采用浮頂儲槽與水封式檢液口等交易廣泛推廣應(yīng)用。第六章粗苯精制的發(fā)展