粗苯加氢精制 毕业设计说明书 (NXPowerLite)

粗苯加氢精制 毕业设计 说明书 房屋状态说明书下载罗氏说明书下载焊机说明书下载罗氏说明书下载GGD说明书下载 (NXPowerLite) 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传～ 毕 业 设 计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) (说 明 书) 题 目: 粗苯加氢精制 姓 名: 编 号: 平顶山工业职业技术学院 年 月 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书 姓名 毛维鑫 专业 煤炭深加工与利用 任 务 下 达 日 期 年 月 日 年 月 日 设计(论文)开始日期 设计(论文)完成日期 年 月 日 设计(论文)题目: A?编制设计 B?设计专题(毕业论文) 指 导 教 师 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院 毕业设计(论文)答辩委员会记录 化工系系煤炭深加工与利用专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计(论文)答辩。 设计题目: 粗苯加氢精制 专题(论文)题目: 粗苯加氢精制 指导老师: 答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计(论文)成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任(签字): 答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委员: ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语 第 页 共 页 学生姓名: 毛维鑫 专业 煤炭深加工与利用 年级 10级1班 毕业设计(论文)题目: 粗苯加氢精制 评 阅 人: 指导教师: (签字) 年 月 日 成 绩: 系(科)主任: (签字) 年 月 日 毕业设计(论文)及答辩评语: 目录 内容摘要............................................................................................11 主要符号说明 ................................................................................... 15 一、总论........................................................................................... 17 1.1 、设计指导思想和原则 ....................................................... 17 1.2、设计的意义 ........................................................................ 17 1.2.1、 纯苯 ...................................................................... 17 1.2.2、 甲苯 ........................................................................ 17 1.2.3、 二甲苯 .................................................................... 18 1.3、国内外发展状况................................................................. 18 1.4本设计的任务 ....................................................................... 19 1.5工作制度............................................................................... 19 二、技术路线 ................................................................................... 19 2.1、粗苯加氢的生产原理 ......................................................... 19 2.2、粗苯加氢萃取蒸馏工段说明 .............................................. 20 2.3、萃取剂环丁砜的作用与其特点 .......................................... 20 2.4、工艺流程的确定................................................................. 21 三、设备工艺计算及选型 ........................................................... 22 3.1计算基准和依据的设定 ........................................................ 22 3.1.1计算基准及基础数据................................................... 22 3.1.2、原料粗苯处理量 ....................................................... 23 第 9 页 3.1.3、 脱重塔进出料 ......................................................... 23 3.1.4、稳定塔进出料 ........................................................... 23 3.2、 纯苯塔的设计计算 ........................................................... 23 3.2.1、纯苯塔的作用: ....................................................... 23 3.2.2、 操作条件................................................................. 24 3.2.3、物料衡算:............................................................... 24 3.2.4.塔径 ............................................................................ 28 3.2.5、 理论塔板数计算 ..................................................... 30 3.2.6、纯苯塔热量衡算 ....................................................... 32 3.2.7、 常压塔主要尺寸确定 .............................................. 33 3.3、 辅助设备设计和选型 ....................................................... 35 3.3.1.再沸器 ........................................................................ 35 3.3.2.泠凝器 ........................................................................ 36 3.3.3. 储罐的选择............................................................... 36 四、设备一览表及公用工程 ............................................................. 37 4.1设备一览图 ........................................................................... 37 4.2、公用工程规格 .................................................................... 38 五、存在的问题及建议 .................................................................... 39 5.1、萃取溶剂的选择................................................................. 39 5.2、三废治理和综合利用 ......................................................... 39 5.2.1、废气的处理技术 ....................................................... 39 5.2.2、废水 .......................................................................... 39 第 10 页 5.2.3、固体废弃物............................................................... 40 5.3、粗苯中的氯含量................................................................. 41 5.4、总结 ................................................................................... 41 六、设计的体会和收获 .................................................................... 41 6.1、结论 ................................................................................... 41 6.2、谢辞 ................................................................................... 42 七、附表........................................................................................... 44 八、参考资料和文献 ........................................................................ 45 内容摘要 我们国家是一个富煤贫油的国家，由于石油资源价格的上涨，以石油为原 第 11 页 料的化工产品价格也随之增高，由于我国作为一个贫油国家，这便凸显了煤化工艺技术在我国的重要性，更符合国际潮流，现在世界各国也都纷纷投入大量的资源尽兴煤化工艺技术的研究。其中焦油苯粗苯加氢精制便是一例。粗苯为中间体产品，由于用途极为有限，仅可作为溶剂使用。但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料。在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格持续上涨，市场潜力巨大。有些专家认为，粗苯加氢精制技术代表粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，而且还可改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。在设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好。低温加氢工艺包括萃取、蒸馏、低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中。因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。 本次设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。 【关键词】 粗苯 加氢 苯 甲苯 Design Description Design Description China is a country rich in coal lean, with oil prices, oil as 第 12 页 raw materials of chemical products prices soared, originally in China as a lean oil country, this highlights the coal chemical technology in our country the importance, more in line with the international trend, now the world also have investment large amounts of resources have coal technology research. Tar benzene crude benzol hydro refining is an example. Crude benzene as intermediate products, itself uses extremely limited, is only used as the solvent, but the refined coking benzene, coking toluene, coking xylene and other products, is an organic chemical, medicine and pesticide and other important raw materials, in both domestic and international, have very good market, currently refined benzene product prices continued to rise, the market huge potential. Industry experts think, crude benzol hydro refining technology represents the development direction of crude benzol refining, this technology is in our country to promote the use of, not only can make valuable benzene resources are fully utilized, but also can effectively improve the appearance of crude benzol refining, improving the level of cleaner production. In the design of hydrogenation technology, low-temperature hydrogenation process of hydrogenation temperature, low pressure, products of good quality, low temperature hydrogenation process includes extraction distillation temperature hydrogenation process and solvent extraction of low temperature hydrogenation process, these two kinds of technology at home and abroad is relatively mature technology, has been widely used in petroleum reformate, pyrolysis gasoline, coking crude benzene hydrogenation in the production as raw material, the crude benzol refining using low-temperature hydrogenation refining process. Accuracy is more than 99.9% pure benzene, toluene is also more than 99%, the purity of the product are better than other methods. The process for the production of benzene to petroleum benzene, toluene and other products such as also achieve the level of oil chemical products, fully in line with modern requirements of the chemical industry. The design of the products are pure benzene, toluene, xylene, non aromatic hydrocarbons, heavy benzene, of which the main products are pure benzene, toluene and xylene. [ Key words ] benzene hydrogenation of benzene tol 第 13 页 第 14 页 主要符号说明 第 15 页 第 16 页 一、总论 1.1 、设计指导思想和原则 本设计本着充分运用国家资源，产出高纯度有价值产品的原则，力求符合国家的经济政策和技术政策，达到工艺上可靠，经济上合理。要尽可能吸收最新科技成果，力求技术先进，经济效益更大，不造成环境污染;符合国家工业安全与卫生要求，达到国家生产技术 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 并达到环保要求。 要考虑到技术可靠，经济合理，又要最大限度地保护环境不受污染，并且利于国民经济的全面发展。 1.2、设计的意义 本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。各种主要产品的重要作用介绍如下: 1.2.1、 纯苯 纯苯:重要的化工原料，广泛用与合成树脂、合成纤维、合成橡胶、染料、医药、农药的原料、也是重要的有机溶剂。中国纯苯的消费领域主要在化学工业，以苯为原料的化工产品主要有苯乙烯、苯酚、己内酰胺、尼龙66盐、氯化苯、硝基苯、烷基苯和顺酐等。 1.2.2、 甲苯 甲苯:无色有芳香味的液体，广泛应用于农药、树脂等与相关的行业中国际上其主要用途是提高汽油辛烷值或用于生产苯以及二甲苯，在我国其主要用途是化工合成和溶剂，其下游主要产品是硝基甲苯、苯甲酸、氯化苄、间甲酚、甲苯二异氰酸酯等，还可生产很多农药和医药中间体。另外、甲苯具有优异的有机物溶解性能 是一种有广泛用途的有机溶剂。 第 17 页 1.2.3、 二甲苯 二甲苯:主要衍生物为对二甲苯，邻二甲苯。混合二甲苯主要用作油漆涂料的溶剂和航空汽油添加剂。还可以用于燃料、农药等生产。对二甲苯主要生产PTA以及聚酯等。邻二甲苯主要用于生产苯酐等。 1.3、国内外发展状况 生产芳香烃-苯、甲苯和二甲苯的主要原料是石油催化重整的重整油、石油裂化的高温裂解汽油和焦化粗苯。这三种原料占总原料量的比例依次为:70:27:3。以石油为原料生产芳香烃的工艺都采用加氢工艺，以焦化粗苯为原料生产芳香烃的工艺有酸洗精制法和加氢精制法。 酸洗法在发展中国家被大量采用，但是其工艺落后、产品质量低、无法与石油苯竞争，而且收率低、污染严重，产生的废液很难处理。早在上世纪60年代发达国家已经淘汰了酸洗精制法，用加氢精制取代，产品可达到石油苯的质量标准。 20世纪80年代上海宝钢从国外引进了第一套Litol法高温加氢工艺，90年代石家庄焦化厂从德国引进了第一套K.K法低温加氢工艺，1998年，宝钢引进了第二套K.K法加氢工艺，还有很多企业正在筹建加氢装置。随着对产品质量和环保的要求越来越高，粗苯加氢工艺的应用是大势所趋。目前我国宝钢、石家庄焦化厂共有4套粗苯加氢装置，产能约21万吨/年。 在我国，目前有实力的焦化企业或化工企业都在争取建设大型精苯装置。《石家庄循环经济化工示范基地建设实施 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 》中规划的石家庄焦化集团粗苯精制项目将采用具有国际先进水平的以N-甲酰吗啉为溶剂的粗苯加氢工艺技术，共投资1.7亿元，年生产粗苯精制十万吨。山西省“十一五”期间，粗苯加工利用项目 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 投资就达78亿元，且禁止新建并逐步淘汰现有酸洗法苯精制装置和工艺，鼓励发展先进的粗苯加氢精制工艺。日前，山西太化股份公司与上海宝钢化工有限公司、山西太兴煤焦集团有限公司合资建设的全国最大的三十万吨/年焦化粗苯加氢精制项目一期工程八万吨/年焦化粗苯加氢精制项目已成功试车。太化采 第 18 页 用的低温法反应温度在320?以下，温度压力低，与酸洗法相比三苯收率增加8%-10%，产品硫含量小于1×10-6，资源利用率高，产品质量好，达到石油级纯苯产品标准。 专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充分利用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。 1.4本设计的任务 这次的设计任务是按照毕业设计任务书的要求，依据国家相关设计标准和规范，并参照工厂生产实际，粗苯精制生产装置萃取蒸馏工段的工艺设计。 1.5工作制度 在低温气相加氢技术萃取蒸馏工段有每班有三个操作工，实行三班制，即上十二小时班休息二十四小时。上班的主要工作就是维护装置区各设备的正常运行，这里的设备基本上都是运行一台备用一台，每月定期进行倒机，并且对备用机进行检查维修。 萃取蒸馏工段主要是靠泵将预蒸馏工段的苯、甲苯和非芳烃混合物输送到萃取蒸馏工段进行进一步分离提纯。 二、技术路线 2.1、粗苯加氢的生产原理 现在国内外较为先进的粗苯精制方法主要是加氢精制法，粗苯加氢精制法按反应温度可分为高温法(600到6300摄氏度)和低温法(320到3800摄氏度) 第 19 页 二种。 高温法的反应温度(600到6300摄氏度)和反应压力(6.0MPa)都较高，对设备、管道、仪表等的材质要求也较高;同时该法把价格较高的甲苯和二甲苯转化为价格较低的苯，经济上也不尽合理。 低温法粗苯加氢精制纯苯技术，包括三个单元:变压吸附制纯氢单元(纯度?99.99%)、催化加氢单元(预加氢和主加氢)、产品的精制单元(萃取或萃取精馏)。 低温法可生产优质的苯、甲苯和二甲苯产品。该方法反应条件温和:反应温度为:320到3800摄氏度，反应压力为:3.0到3.5MPa，设备和管道的材质容易解决，可采用CrMo钢，甲苯、二甲苯的收率高。 低温法粗苯加氢精制苯技术具有:收率高、投资省、操作条件温和、产品质量高等特点，是目前比较理想的粗苯加氢精制方法。该法生产的产品质量可达如下指标: 结晶点 ?? 5.4;全硫 ×10-6 ? 1.0;纯度(%) ? 99.9%。 2.2、粗苯加氢萃取蒸馏工段说明 萃取蒸馏工段的目的是回收高纯度的芳香烃苯和甲苯。在回收高纯度芳香烃方面需要解决的一个关键问题是分离出与芳香烃沸程相同和通常形成共沸混合物的石蜡和烷烃和环烷烃杂质(非芳烃)。如果要求芳香烃高产率和高纯度，简单蒸馏是不能解决此问题的。在300这个萃取蒸馏单元工艺中，添加高选择性和高效的环丁砜溶剂可改变进料组分中所含的各组分的蒸气压力，使石蜡、烷烃和环烷烃可通过简单蒸馏而除掉。 2.3、萃取剂环丁砜的作用与其特点 1、萃取蒸馏:在一种易溶、高沸点且不挥发的组分存在下的蒸馏，这种溶剂本身并不与混合物中其他组分形成恒沸物，通常用来分离一些具有很低的甚至相等的相对挥发度物系，这种溶剂与混合物中各组分发生不同的作用，使它们的相对挥发度发生变化。 2、萃取剂的作用:将非芳香烃从BT馏分和NFM溶剂中分离出来。 3、环丁砜的特点: ?选择性和溶剂有效性最佳结合: 选择性和溶剂高有效性是有效萃取蒸馏的先决条件。那些是环丁砜的显著 第 20 页 特性。因此，从分别含有高残留组分的物料中回收高纯度的芳香烃是可能的，这以前仅可以通过昂贵的液液萃取来做的。 与目前所用的其他提纯过程如液-液萃取、加压蒸馏、共沸蒸馏或结晶化比较，采用环丁砜的萃取蒸馏提供了一个解决很多分离问题的最佳方法。 ?持久的热稳定性: 在220?连续操作下，环丁砜允许76×103Kj(18000kcal)/m2/hr的热交换率。 ?无腐蚀影响: 环丁砜显弱碱性。它与水1:1混合的样本PH值为8.6.在连续操作中，这个PH值不会改变。在设备中没腐蚀发生。这样的碳钢始终可以被用。在相似的条件下，很多溶剂用到现在形成了酸性分解物，这会产生腐蚀。 ?无毒性: 环丁砜几乎是没有毒。这是进行田鼠试验的结果。环丁砜没有任何刺激性影响。通过微生物的分解试验，表明环丁砜对废水提纯单元没有毒害影响。 ?好的化学稳定性: 剂对聚合物结胶的铭感性是极其低的，溶剂消耗和溶剂再生费用也相应溶 降低。尽管在通常情况下，物料中不包含氯化物，它们仅仅可能通过做液压试验的水进入循环中，但在NFM循环中积累了氯化物。NFM循环中，氯化物会引起腐蚀增加。过程中用于水压试验和冲洗的水在NFM加入前应可能彻底的从过程中除掉。在操作过程中，水会导致NFM分解。 2.4、工艺流程的确定 国内目前普遍采用的工艺路线为来自预蒸馏塔顶的物料进入萃取蒸馏工段的萃取蒸馏塔中，在塔中主要目的是除去物料中的非芳烃，塔底的苯、甲苯混合馏分进入萃取蒸馏工段的下一个精馏塔，这个塔为汽提塔，它的主要作用是除去物料中的萃取剂环丁砜，塔顶的苯、甲苯馏分进入萃取蒸馏工段的第三个塔，苯、甲苯分离塔，它的作用是将苯、甲苯分离开来，塔顶出纯苯，塔底出甲苯。本设计采用以下工艺流程: 第 21 页 甲苯二甲苯苯 碱液初馏分硫酸添加剂纯净BTX 溶剂油 水水 盐溶液釜残液 残液残液酸焦油蒸汽蒸汽再生酸 三、设备工艺计算及选型 3.1计算基准和依据的设定 3.1.1计算基准及基础数据 生产能力:15万吨/年(料液) 年工作日:8000小时计 原料中含有:苯 70.8% ，甲苯14.2% ，二甲苯 3.5 % 苯乙烯 1.5% 重质苯 10%(质量分率，下同) 第 22 页 3.1.2、原料粗苯处理量 根据工艺的操作条件可知: 根据设计任务，料液的年生产能力为150,000吨/年(折算为100%Q)。 全年生产时间为8000小时，剩余时间为大修、中修时间，则每小时的生产能力为:150000/8000=18.750kg/h 3.1.3、 脱重塔进出料 进入脱重塔的料液量即为18.750kg/h 脱重塔塔顶出料为轻苯(BTXS),其流量为: W1=W*(70.8%+14.2%+3.5%+1.5%)=18750*90%=16875 kg/h 脱重塔塔底出料为重苯，其流量为: W1’=W*10 %=1875kg/h 3.1.4、稳定塔进出料 脱重塔出来的BTXS经过加氢脱轻后直接进入稳定塔，进入稳定塔的流量从 就是W1=16875kg/h 稳定塔顶出料为BT, 其流量为: W2=W*(70.8 %+14.2 %)=18750*85 %=15937.5 kg/h 稳定塔塔底出料为XS, 其流量为: W2’=W*(3.5%+1.5%)=18750*5%=937.5kg/h 3.2、 纯苯塔的设计计算 精馏工段主要是有五个塔，即萃取精馏塔，溶剂回收塔，纯苯塔，甲苯塔，二甲苯塔。在这里只对纯苯塔进行计算。 3.2.1、纯苯塔的作用: 分离产品为苯，在甲苯使产品纯度达到99.9wt,，同时，产品回收率达到 第 23 页 99.0,。在此目标下对该塔进行计算，寻找达到该分离要求的最佳操作条件。 3.2.2、 操作条件 具体的工艺参数如下: 料液组成: 70.8% 苯，14.2%甲苯(质量分率，下同) 产品组成(纯苯塔): 馏出液99.9%苯， 釜液1%甲苯 操作压力:常压(塔顶:100.5 kPa 进料:101.3 kPa 塔底:133 kPa ) 进料温度:泡点 进料状况:泡点 加热方式:间接蒸汽加热 回流比:R=(1.2,2)Rmin 3.2.3、物料衡算: 1、全塔物料衡算 可知: 苯的摩尔质量:M=78kg/kmol A 甲苯的摩尔质量:M=92kg/kmol B 纯苯塔的原料处理量F=18.750*(70.8%+14.2%)=15938 kg/h x原料中苯的质量分数:=70.8/(70.8+14.2)=0.83 f n0.83/78A则其摩尔分数为=,,0.852 xF，，n，n0.83/78，1,0.83/92AB x塔顶产品苯的质量分数:=0.999 则其摩尔分数为=0.999 xdD xx塔底产品甲苯的质量分数:=0.01 则其摩尔分数为=0.012 wW 总物料衡算:F=D+W ? xxx苯的物料衡算:F*=D*+W* ? fdw 联??式得:D=13214.5kg/h W=2723.50kg/h 原料液的平均摩尔质量 第 24 页 =66.456+13.616=80.072kg/kmol ，，M,0.852，78，1,0.852，92F 塔顶产品的平均摩尔质量 =78.014kg/kmol ，，M,0.999，78，1,0.999，92D 塔液产品的平均摩尔质量 ，，=91.832 kg/kmol M,0.012，78，1,0.012，92W 2、温度的确定 由Antoine方程: ,Plg=6.02232-1206.350/(t+220.237) A ,Plg=6.07826-1343.943/(t+219.377) B 泡点方程: ,P,PBx,a, P,PAB ,,PP根据以上三个方程，运用试差法可求出, AB ,,PP当 xa=0.83 时，假设t=84? ，=114.066kPa，=44.496 kPa AB ,,PP当 xa=0.999 时，假设t=80? ，=100.524 kPa，=38.826 kPa AB ,,PP当 xa=0.01 时，假设t=120?，=298.735 kPa，=131.29 kPa, ABt=84?， 既是进料口的温度， t=80? 是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度， t=120? 是釜液需被加热的温度。 ,3、平均相对挥发度: ,P在80?时，苯的饱和蒸汽压=100.524 kPa A ,P甲苯的饱和蒸汽压=38.826 kPa B ,P120?时，苯的饱和蒸汽压=298.735 kPa A ,P 甲苯的饱和蒸汽压=131.29 kPa, B 第 25 页 P,A由=得: ,P,B 100.52480?时，==2.59 ,80?38.826 298.735120?时，==2.28 ,120?131.29 所以平均相对挥发度:==2.59，2.28=2.43 ,,,80120 4、最小回流比 Rmin 由于泡点进料，则x= x qf ，，，，,x1,x1DDRmin= ,,,,1x1,x,FF，， 10.9992.431,0.999，，，， = ,,,2.43,10.8521,0.852，，=0.81 回流比R=1.5Rmin=1.2 5、基础数据整理 =2.43. , ,x2.43x所以平衡方程为 y== ，，，，1，,,1x1，2.43,1x y1Y=x=0.999带入平衡方程可得x= =0.998 1D1，，y，,1,y11 (1).精馏段 1 液相平均温度:(80+84)=82? ，2 3，3在平均温度下查得,=814.8 kg/m,=802.9 kg/m AB液相平均密度为: x1,x1lnln,， ,,,ABln 0.83，0.998x,,0.914其中，平均质量分数 ln2 第 26 页 3所以， =813.8kg/m ,ln 精馏段的液相质量流量L=RD=1.2*13214.5=15857.4 kg/h L15857.433 精馏段的液相体积流量 L,,,19.49m/h,0.0054m/sn,813.8ln 精馏段气相质量流量 V,(R+1)D,2.2*13214.5=29071.9 Kg/h， 1平均压力:(101.3+100.5)=100.9 kPa, ，2 29071.93，22.4,8348.85m/h标准状况下的体积:V= 078 101.3273，82操作状况下的体积:V=8348.85 ，，1273100.9，101.3 3=5439.02m/h 5439.023气体负荷:V==1.51m/s n3600 29071.93 气体密度: ==5.345 kg/m,vn5439.02 (2).提馏段 1 平均温度:(84+120)=102? 2 3，3 在平均温度下查得=812.5 kg/m=802.6kg/m,,AB 液相平均密度为: ,x1x1lmlm,， ,,,lm,,AB 0.83，0.01x,,0.42其中，平均质量分数 lm2 3 ,所以， =806.73kg/mlm 因为泡点进料，所以进料热状态 q=1 所以，提馏段液相质量流量 : L',L+qF=15857.4+115938=31795.4kg/h ， ,L31795.433L,,,39.41m/h,0.0109m/s提馏段液相体积流量 m,806.73lm 提馏段气相质量流量 V',V-(1-q)F,V=29071.9 kg/h 第 27 页 1平均压力:(101.3+133)=117.15kPa 2 29071.93，22.4,8348.85m/h标准状况下的体积:V= 078 101.3273，1023操作状况下的体积:V=8348.85=5318.05m/h 1，，273117.15，101.3 5318.053气体负荷:V ==1.477m/s m3600 29071.93 气体密度:==5.47 kg/m,vm5318.05 6、操作线方程 精馏段操作线方程 x1.20.999RDx，,0.545x，0.454,，,yx nnn，1n1.2，11.2，1R1R1，， 提馏段操作线方程 ,LW31795.42723.50x,，0.01,1.094x,0.00094y,x,x, m，1mWmm,,VV29071.929071.9 3.2.4.塔径 本设计采用F1重阀浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距H=0.45 m，溢T 流堰高h=0.05 m。 c <1>.精馏段 ?. 求操作负荷系数C 11,L0.0054813.8nl22精馏段功能参数:()=()=0.044 ，1.515.47V,nv 塔板间有效高度H=H-H=0.45-0.05=0.40m 0TC 查斯密斯图得负荷系数:C=0.067。 20 又查得82?时，苯的表面张力为:22.08mN/m 甲苯的表面张力为:22.19 mN/m 精馏段苯甲苯溶液的平均组成为: 1苯:(0.999+0.83)=0.9145wt ，2 则含甲苯为:1-0.9145=0.0885 wt 第 28 页 所以表面张力:σ=0.914522.08+0.088522.19=22.09 mN/m ，， ,0.2所以:C= C =0.068 ()2020 ?.最大流速Umax 813.8,5.47,,,lvUmax= C=0.068 ，5.47,v =0.83 m/s 空塔气速u=0.7Umax=0.830.7=0.581 m/s ， ?(求塔径D V1.477n D===1.8 m 0.785u0.785，0.581<2>.提馏段 ?( 求操作负荷系数C 11,L806.730.0109ml 提馏段功能参数:()=()=0.09 22，1.4775.47,Vvm 查斯密斯图得C =0.0662 20 又得102?时，苯表面张力为:18.49mN/m 甲苯的表面张力为:19.18mN/m 提馏段苯甲苯混合平均组成: 1苯:(0.01+0.83)=0.42 ，2 甲苯:1-0.42=0.58 平均表面张力: =0.4218.49+0.5819.18 ,，， =18.89mN/m ,0.2()所以C= C =0.065 2020 ?. 求提馏段U’max ,,,806.73,5.47lv,max= C=0.065 U，,5.47v =0.79 m/s 第 29 页 ,u空塔气速=0.7max=0.70.79=0.553 m/s ,U， ,?. 求塔径 D V1.477m,===1.84 m D,0.785u0.785，0.553对全塔，圆整后塔径D=1900 mm 塔截面积为 ,,2 22 2.83mA,D,，1.9,T44 4，1.477,实际空塔气速 m/s u,,0.522,，1.9 3.2.5、 理论塔板数计算 <1>求最小理论塔板数Nm: ，，,,,,xx1,1WD,,,,根椐芬斯克公式:Nm= ln,1,,,,,,,xxln1,DW,,,,，， ，，10.9991,0.012,,,, = ln,1,,,,,,ln2.431,0.9990.012,,,,，， =11.75 <2>.求实际理论板数 R,R1.2,0.8m 由 ==0.182 1.2，1R，1 N,Nm查吉利兰图得:=0.46 N，1 N,11.75则:=0.46 N，1 所以:N22.6块 , <3>进料板位置 114.066,84?时，==2.56 84?44.496 所以精馏段的平均相对挥发度: 2.56，2.59,,,,,=2.57 8084 第 30 页 ，，,,,,xx1,1DF,,,,所以:N= ln,1m，1,,,,,,,,xxln1,DF,,,,，， ，，10.9991,0.852,,,, = ln,1,,,,,,ln2.571,0.9990.852,,,,，， =4.46 N,4.461则:=0.46 N，11 所以:9.1块 N,1 即第十层理论板为进料板 <4>.计算板效率 ()求平均相对挥发度与平均粘度的积(、) ,, 1塔顶塔底平均温度为:(80+120)=100? 2 -3100?时:=0.24510Pa.S ,，A -3 =0.26510Pa.S ,，B 则:,= x+ (1-x) ,,ffAB -3-3=0.245100.852+0.26510(1-0.852) ，，，， -3=0.24810PaS ， -3-3,所以:=0.248102.43=0.60310Pa.S ,，，， ,(2)查板效率与,关联图得: 板效率:E=0.55 <5>实际板数 板效率:E=0.55 N22.6N,,所以实际板数为:=41.1 块=42块 eE0.55 N9.11N,,实际精馏段板数:=16.5块=17块 e1E0.55实际提馏段板数:N=42-17=25块 e2 第 31 页 3.2.6、纯苯塔热量衡算 ?塔底热量衡算 ,r塔底苯蒸汽的摩尔潜热= 373 KJ/Kg， vA ,r塔底甲苯蒸汽的摩尔潜热=361 KJ/Kg; vB 所 以 塔 底 上 升 蒸 汽 的 摩 尔 潜 热 ,,,,,r,ry，ry= ，，373，0.01，361，1,0.01,362.12KJ/KgvvAAvBB 上升蒸汽量为: V,(R+1)D,2.2*13214.5=29071.9 Kg/h ,6Q,V,r所以再沸器的热流量'=29071.9*361.12= 10.5010 KJ/h ，rv 因为加热蒸汽的潜热= 2177.6 KJ/Kg (t=130?)， rR 6Q10.5010，r所以需要的加热蒸汽的质量流量= =4820.96 kJ/h G,r2177.6rR ?塔顶热量衡算 塔顶上升苯蒸汽的摩尔潜热=379.3 KJ/Kg rvA 塔顶上升甲苯蒸汽的摩尔潜热=367.1 KJ/Kg rvB 所 以 塔 顶 上 升 蒸 汽 的 摩 尔 潜 热 r,ry，ry= =379.29 KJ/Kg ，，397.3，0.999，367.1，1,0.999vvAAvBB 精馏段上升蒸汽量为: V,(R+1)D,2.2*13214.5=29071.9 Kg/h， 所以冷凝器的热流量 629071.9，379.29,11.03，10Qc=V*rv= kJ/h C因为水的定压比热容=4.174 KJ/Kg/K，冷却水的进口温度 t=25?，冷却水1p,c 的出口温度 t=70?， 2 所以需要的冷却水的质量流量 6Q11.03，10c4,,5.87，10Gc= kJ/h ，，，，Ct,t4.174，70,25pc,21 第 32 页 3.2.7、 常压塔主要尺寸确定 <1>.壁厚 选用20尺钢为塔体材料，由于是常温常压操作，取壁厚S=10mm。 n <2>.封头 采用标准椭圆封头，材料为20R钢，壁厚与塔体相同，即: S=10mm n 1.6h=1000=400mm，h=40mm ，i04 图5-4 标准椭圆封头 <3>.裙座 以Q-A钢为裙座材料，壁厚为10mm，内径等于塔内径D=1600mm，高度为235 2m，裙座与简体的连接采用对焊不校核强度。 <4>.塔高设计 精馏段有效高度计算: Z =(N -1)*H=(42-1)*0.45=18.45m eT 开6个人孔，开人孔处 (中间的两处人孔)塔板间距增加为 0.7m 塔两端空间,上端头留 1.5m ，下端留 3.0m, 所以，最后的塔体高为:，， 18.45，1.5，3.0，6，0.7,0.45,24..45m <5>.基础环设计 基础环用Q-A钢，内径取900mm，外径为1500mm，基础环高取40mm，螺235 栓选用M36螺栓20颗。 <6>. 接管尺寸设计 ?.塔顶蒸汽出口管 塔顶上升蒸汽的体积流量: 第 33 页 V19380.6833nV===7255.93m/h=2.02 m/s 5.345,vn 取适宜速度，那么 ums,2.0/V 4，2.02=0.36m d,2.0，10, 经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格: ,377，9mm 4，2.02,实际管内流速:=19.97m/s usv2,，0.359 ?.回流液进口管 回流液体积流量 L10571.2833n ==12.99m/h=0.00361 m/s V,l813.8,ln 利用液体的重力进行回流，取适宜的回流速度，那么 ums,0.5/L 4，0.00361d,=0.096m 0.5, 经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格: ,102，4.5mm 4，0.00361,u实际管内流速:=0.53 m/s sv2，0.093, ?进料管 进料液体密度为, 0 x1,x1ff则 ,，,,,0AB 3 3 查得84?时,=814.57kg/m,,=802.87 kg/mAB 10.8310.83,代人 ,，,814.57802.870 3 ？,=812.56 kg/m0 10625F33,V进料体积流量==13.076m/h=0.00363m/s l812.56,0 第 34 页 取适宜的输送速度，故 ums,2.0/f 4，0.00363=0.048m d,2, 经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格: ,50，3mm 4，0.00363,实际管内流速:=2.4m/s ul2,，0.044 ?釜残液出料管 3 3 查得120?时=810.43kg/m,=802.33 kg/m,,AB x1,x1ww代人 ,，,,,lAB 10.011,0.01得,， ,810.43802.33l 3 =802.41 kg/m,l 釜残液的体积流量: 1815.60W33==12.263m/h=0.00063 m/s ,Vl802.41,l 取适宜的输送速度，则 u,0.5m/sw 4，0.00063d,=0.04m 0.5, 经圆整选取热轧无缝钢管(YB231-64)，规格: ,42，2.5mm 4，0.00063,u实际管内流速:=0.59m/s w2，0.037, 3.3、 辅助设备设计和选型 3.3.1.再沸器 ,,tt因为蒸汽温度 t=140?，釜液进口温度=110?，釜液出口温度=120?， s12 第 35 页 ,,,,,,t,t,t,t,,,,s1s230,20,,,,所以传质温差? ,t,,,24.663m,,，，ln30/20，，,,,,lnt,t/t,t,,,,s1s2,,,,,,，， 2因为传质系数 K=300 W/m/K， 1 363Q，1010.50，10，102r所以传质面积 A,,,394.2m3600K,,t3600，300，24.663m1 3.3.2.泠凝器 因为蒸汽进口温度 T=100?，蒸汽出口温度 T=80?， 12冷却水的进口温度t=25?, 冷却水的出口温度 t=70?， 12 ,t,,t,12所以传质温差 ,t,,32.26m，，ln,t/,t12 2因为 K =250 W/m/K， 2 363Q，1011.03，10，102c,A,,,379.90m所以，传质面积 ,3600，250，32.263600K,,tm2 3.3.3. 储罐的选择 (1)方案选择 常温贮存:球罐，贮存压力高，设备投资高，但不消耗冷冻量。 20?，球罐投资稍低，但电耗高，操作费用较高。降压贮存:贮存温度10- 冷冻系统故障将造成大量产品损失。 常压贮存:贮存温度-30?，设备投资低，但操作费用很高，还需充氮保护。 固选择方案:常温贮存， (2)尺寸计算 估算筒体内径D=1600mm，上下封头选用标准椭圆型封头，其内径为1600mmi 3直边高度h=25mm，曲边高度h=400mm，并查得其封头容积V=0.5864m，查得内211封 3径1600mm筒体的1m高的容积V=2.017m，估算筒体高度: 1m H=(V- V)/V=(3.571-0.5864)?2.017=1480mm 1封1m 圆整后取H=1500mm (3)材料选择 第 36 页 考虑到经济性筒体和封头材料均选用碳素钢Q，因为是常温常压设备，根 235-A据设备标准查得其壁厚取S=3.5mm。 n 四、设备一览表及公用工程 4.1设备一览图 第 37 页 4.2、公用工程规格 (1)电 对输入的动力电源的要求，应采用单回路电压为280伏，频率为50赫兹，允许波动范围?3%。电器设备对电源的要求: 1)关于电动机，使用380伏交流电。 2)正常照明用220/380伏交流电，事故照明用220伏直流电。 3)电器部分控制，信号及继电保护用220伏直流电。 4)仪表电源用100伏和24伏。 (2)冷却水 1)温度:供水温度为常温，回水温度为进水温度+10?。 2)压力:回水压力—对于循环冷却水要求回水能直接流到冷却塔顶，不另设 )，供水压力取0.6 MPa(G)。 接力泵，因此，回水压力设为0.4 MPa(G 3)蒸汽 分中压蒸汽和低压蒸汽。 部分换热器的换热过程需要水蒸气，根据生产需要决定蒸汽压力和温度，蒸汽压力取低压1.0 MPa(G)，进反应器温度为145?，出反应器温度为100? ; 第 38 页 五、存在的问题及建议 5.1、萃取溶剂的选择 在采用N-甲酰吗啉的气液相萃取蒸馏工艺时遇到的问题，由于N-甲酰吗啉具有遇水分解成甲酸和吗啉的性质，不可避免地存在甲苯偏碱性和纯苯偏酸性的质量问题，同时造成苯和甲苯的全氮含量相对较高。苯的主要用于制取苯乙烯生产工艺和甲苯制取异二氰酸醋(TDI)的生产工艺对苯和甲苯的全氮含量要求均很高。使用N-甲酰吗啉作为萃取剂就不可避免地提高了苯和甲苯进入苯乙烯和TDI应用市场的难度。N-甲酰吗啉分解使得产品质量稍逊，环丁砜在这一点上则优于N-甲酰吗啉。 我建议综合考虑企业既定产品的市场方案，合理选用萃取剂，做到产品质量、投资等性价比的最优化。 5.2、三废治理和综合利用 5.2.1、废气的处理技术 在低温法粗苯加氢装置中的主要污染源为排污槽、脱轻塔等排气管、导热油炉和反应器加热炉烟囱、真空泵、安全阀、汽车、火车装车处和苯类贮槽等排放的污染物，主要为苯、SO2、NOx、烟尘等。 一般采用处理方法有:N气封法;接煤气负压系统、将废气集中进行洗涤2 法、低温冷凝废气法、接洗苯前的煤气系统、采用浮顶储槽、水封式检液口等，可因地制宜地选用。从国内的实践看，N气气封法、低温冷凝法、采用浮顶储2 槽与水封式检液口等较易推广应用。 5.2.2、废水 1、生产净废水 第 39 页 生产净废水净循环水系统的排污水，其水质除含有少量悬浮物外，其他污染物含量较少。 2、生产污水 生产过程中生产污水主要为苯加氢分离水槽排出的分离水、脱轻塔、纯苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水、洗罐站的清洗水、地坪冲洗水、生产系统的15min初期雨水等。一般含有较高浓度的COD、BOD、挥发酚、氰化物、石油类等污染物。 3、废水处理方式 为了减少生产废水的外排量及污染物浓度，可采取以下的控制措施: (1) 将苯加氢分离水槽排出的分离水、脱轻塔、纯苯塔、甲苯塔和二甲苯塔回流槽排出的污水等先集中送往油库油的水分离器进行两级控制分离，充分除油后送至机械化氨水澄清槽，再经进行蒸氨处理后送至酚氰废水处理站。 (2) 地坪冲洗水和洗罐站的清洗水经收集后送至酚氰废水处理站处理。 (3) 建议建设初期雨水收集装置，将生产系统的15min初期雨水收集后送酚氰废水处理站处理。 (4) 建议酚氰废水处理站采用AA00生物脱氮处理工艺。污水经均和、稀释等预处理过程后送至生物处理系统，进一步去除污水中的挥发酚、氰化物、COD、氨氮、石油类等污染物。 (5) 建议装置内部设置地坪、污水井、地沟、地坑及设置必要的防渗结构层，以防止地下水的污染。 5.2.3、固体废弃物 精苯装置产生的固体废弃物主要是废催化剂、溶剂的再生残液。废催化剂含Al2O3、Ni-Mo、Co-Mo等。Al2O3与Co-Mo为一般固体废渣， Ni-Mo为危险固体废渣。再生残渣含聚合物和多聚物为危险废料。 可以采取如下的处理办法: (1) 废Co-Mo催化剂和废Ni-Mo催化剂根据其活性定期更换，其中废Co-Mo催化剂由催化剂生产厂回收，废Ni-Mo催化剂可委托有危险废物处理资质的单位处理。 第 40 页 (2) 溶剂的再生残液建议配入炼焦煤中，不外排。 5.3、粗苯中的氯含量 粗苯的组成比较复杂，主要由苯、甲苯、二甲苯与三甲苯等苯族烃组成。还有较多的不饱和化合物与少量的含硫、含氧、含氮的杂环芳烃。在粗苯的杂质中，一般把硫、氮列为主要对象。但必须重视粗苯中的氯含量，其主要原因如下: (1) 有机氯加氢后会生成氯化氢，造成对设备的腐蚀。 (2) 粗苯中同时含有铵类物质。如果粗苯含氯量过高，加氢后生成大量氯化铵等铵盐，已造成换热器的堵塞，提高氢压机出口的背压，增加氢压机的负荷，影响系统的产能，严重时只能停产处理。 (3) 根据我们对低温加氢催化剂的理论研究，氯是Ni-Mo、Co-Mo系列金属催化剂的毒物，可以造成脱硫、脱氮反应能力下降，严重时产品不合格，甚至催化剂报废。 5.4、总结 在低温苯加氢装置的建设中， 用环丁砜作为萃取剂，重视三废处理，严格达标排放，选用内浮顶槽，合理利用反应余热提高加热炉的热效率，加强原料粗苯的质量管理，严格控制氯含量。 六、设计的体会和收获 6.1、结论 1、本设计采用溶剂萃取低温加氢工艺，相对其他方法，该法具有操作简单, 自动化程度较高, 少量废水废气排放, 排放物低于国家规定的排放标准，氢耗 第 41 页 较低，加氢反应温度、压力较低，设备制造难度小，很多设备可国内制造，能耗也较少, 产品选择性和产品质量高等优点。纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。 溶剂萃取低温加氢工艺粗苯加氢属于中温、中压、不脱烷基的加氢技术，其操作温度为340,370?、压力为2.8,3.0MPa。显然，该技术对加氢设备的材质要求相应较低。 本生产技术较为成熟、可靠，工艺合理，原料成本相对较高，但产品质量、产率都很高。另外此套生产工艺流程，操作和设备都比较简单，收效快，适合高新企业选用。用该技术生产的苯纯度高，与石油苯产品性能基本 没有差异，能实现与甲苯、二甲苯的有效分离，产品为纯苯、甲苯、二甲苯(包括邻二甲苯、间二甲苯和对二甲苯)、三甲苯和重苯等。粗苯加氢精制工艺能耗低、 成本低、产品质量好，代表了粗苯加工精制的发展方向。 该装置采用特殊粗苯汽化工艺，有效地降低了蒸发过程中聚合结焦堵塞，从而保证了装置长期稳定运行;加氢部分充分利用反应热，精馏采用加压精馏，提高了蒸汽利用率，降低了装置能耗，且由焦化粗苯生产石化级纯苯和甲苯、二甲苯等，三苯收率?98%，纯苯纯度达到99.9%。该装 置环保性能优异，“三废”排放达标。据测算，这套投资1.45亿元的装置两年半就可收回全部投资。 综上所述本工艺设计是可行的，而且很有建设价值。 6.2、谢辞 通过这次煤化工课程设计，让我了解煤化工工艺基本原理、工艺过程、设备的构造及工程设计的基本内容，初步掌握化工工艺设计的主要程序及方法， 第 42 页 锻炼和提高我们综合运用理论知识和技能的能力、收集和查阅文献资料的能力、分析和解决实际问题的能力、独立工作和创新能力。通过这次课程设计，我想我基本上完成了本次课程设计的任务，也使我熟悉了化工工艺设计的主要内容，使我们对理论知识有了进一步的认识。 毕业设计是大学课程的重要组成部分，也是对理论知识用于实际生产的一次综合检测，为我以后从事化工行业的工作以及科学研究打下了坚实的基础。本设计是在我的指导老师朱海龙的亲切关怀下完成的，从课题的选定到工艺合成路线、设备以及附属设备的工艺尺寸和选型的确定，朱海龙老师以悉心的指导，给予了我极大的关怀与帮助，在此谨表示我崇高的敬意和真心的谢意～ 在几个月的时间里，我在老师的精心指导和同学的帮助下，完成了工艺技术方案的选择、工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备的设计与选型、设备布置的设计、非工艺设计项目的考虑、编写设计说明书及图表等内容。在设计的每一个阶段，综合考虑了技术的合理性和先进性、资源情况、工艺现有水平、安全可靠性等多方面的因素，处理了大量的数据并按生产经验进行了多方面的优化，最终完成了设计任务。 但是由于时间短、经验不足且水平有限，在本次设计中，缺点、错误在所难免，敬请各位老师批评指正。 通过这次毕业设计，使我进一步巩固和加深了所学的基础理论、基本技能和专业知识;树立了严谨、实事求是、刻苦钻研、勇于探索的科学精神，锻炼了自己的创新思维与他人合作工作的作风。 以上是这次课程设计的心得与体会，以及对课程设计完成情况的总结，希望在以后的学习当中能扬长避短，以取得更好的学习效果。 最后，我也非常感谢朱海龙老师的悉心指导和各位同学的帮助。在今后的学习和工作中，我将更加注意自己动手能力的锻炼和团队合作能力的锻炼。 第 43 页 七、附表 1、自控仪表一览表 名称 压力表 温度计 液位计 转子流量计 调节阀 数量 20 10 15 8 8 2.动力消耗量 循环高压 中压电焦炉溶剂消软水/m3 氮气仪表氢气冷却蒸汽蒸汽/kWh 煤气耗/kg /m3 空气/m3 第 44 页 水/t /t /m3 /m3 /m3 63.3 0.739 0.686 32.2 31.6 0.0106 0.00528 10.56 21.1 36.9 八、参考资料和文献 主要参考文献 [1] 刁玉伟，等编.化工设备机械基础[M].大连理工大学出版社，1992 [2] 李国庭主编良德尔著.粗苯加工新方法[M].北京:冶金工业出版社，1982 [3] 天津大学等合编.基本有机化工分离工程[M].化学工业出版社，1995 [4] 李万春主编.煤化工生产安全操作技术[M].北京:气象出版社，2006 [5] (苏)柯.化工设计概论[M].北京:化学工业出版社，2008 [6] 贺永德主编.现代煤化工技术手册[M].北京:化学工业出版社，2004 [7] 匡国柱，史启才主编.化工单元过程及设备课程教材[M].化学工业出版社 2005 [8] 天津大学化工学院柴诚敬主编.化工原理[M] 上，下册.高等教育出版社，2006 [9] 陈启文主编.煤化工工艺[M].北京:化学工业出版社，2009 [10] 肖瑞华主编.煤化学产品工艺学[M].北京:冶金工业出版社，2008 第 45 页