3万吨每年粗苯精制工艺设计毕业论文.doc

.. .3万吨每年粗苯精制工艺设计毕业论文目 录设计说明 IDesign specification I主要符号说明 iv引言 11 设计总论 21.1概述 21.1.1粗苯的主要组分及性质 21.1.2粗苯精制产品及用途 21.1.3粗苯精制的意义 31.2文献综述 31.3设计任务的依据 31.3.1反应温度 31.3.2硫酸浓度 41.3.3酸化反应时间 41.4主要原材料及公用工程情况 42 生产流程确定 53 生产流程说明 64 物料衡算 74.1初馏塔物料衡算 74.2酸洗反应器物料衡算 84.3吹苯塔物料衡算 84.4纯苯塔物料衡算 104.4.1纯苯塔产品产量核算 114.4.2吹苯塔产品产量核算 124.4.3酸洗塔产品产量核算 144.5甲苯塔物料衡算 154.6二甲苯塔物料衡算 175 能量衡算 206 塔设备计算 206.1吹苯塔计算 206.1.1吹苯塔塔径的计算 206.1.2吹苯塔塔高的计算 216.2纯苯塔的计算 216.2.1回流比的计算 216.2.2塔板层数的确定 236.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 246.3.1操作压力计算 246.3.2操作温度计算 246.3.3平均摩尔质量的计算 246.3.4进料板平均摩尔质量计算 246.3.5平均密度计算 256.3.6液体平均表面力计算 266.3.7液相平均粘度的计算 276.4精馏塔的塔体工艺尺寸计算 276.4.1塔径计算 276.4.2精馏塔有效高度得计算 286.5塔板主要工艺尺寸的计算 296.5.1溢流装置计算 296.5.2塔板布置 306.6筛板的流体力学验算： 316.6.1塔板压： 316.6.2液面落差 316.6.3液沫夹带 316.6.4漏液 326.6.5液泛 326.7塔板负荷性能图 326.7.1漏液线 326.7.2液沫夹带线 336.7.3液相负荷下限线 336.7.4液相负荷上限线 346.7.5液泛线 347 设备稳定性及机械强度校核计算 387.1塔高估算 387.2筒体强度计算 387.2.1精馏塔壁厚 387.2.2封头的选取 397.3塔设备所承受的各种载荷计算 397.3.1质量载荷 397.3.2风载荷 40设计结果 42主要参数一览表 42物料衡算数据一览表 42塔设备计算数据一览表 43附录 45主要参考文献 45致谢 46.参考资料.. .. .主要符号说明项目符号单位平均压强PmmmHg平均温度Tm℃流量气相VSKmol/s液相LSm3/s实际塔板数N块板间距HTm塔的有效高度Zm塔径Dm空塔气速um/s堰长lwm堰高hwm溢流堰宽度wdm管底与受液盘距离h0m板上清液层高度hlm孔径d0mm孔间距tmm孔数n个开孔面积Aam2筛孔气速u0m/s塔板压降hpKPa液体在降液管中停留时间S降液管清液高度Hdm雾沫夹带kg液/kg气气相最大负荷LS,maxm3/s液相最大负荷LS,maxm3/s. .. .引言粗苯是煤炼焦过程的副产品，其中含有苯、甲苯、二甲苯等工业原料和大量杂质，粗苯精制就是通过物理或化学方法去除这些杂质，得到高纯度的苯类产品的过程。

我国传统的粗苯精制的方法是酸洗法，由于酸洗精制法工艺简单，该法在我国焦化厂得到广泛应用焦化粗苯加工和分离是一个极其复杂的工艺过程，粗苯中除含有苯、甲苯、二甲苯等主要成分外，可定量的其余组分就有九十多种焦化粗苯经初步预精馏得到的轻苯馏分中含有的不饱和化合物及硫化物的沸点与苯、甲苯的沸点相差很小，不能通过精馏法进行分离当前脱除不饱和化合物及硫化物的主要方法有硫酸精制法和催化加氢精制法硫酸精制法的优点是试剂便宜、过程设备简单和操作方便等，在早期的国外焦化粗苯加工中应用十分广泛，工艺比较成熟 酸洗法就是混合馏分（BTX）用含量为93%~95%的硫酸洗涤时不饱和化合物及硫化物发生化学反应，生成复杂的产物不饱和烃在硫酸作用下发生聚合反应，生成酸式酯，此反应还可以深度进行，生成三聚物和和深度聚合物聚合物呈现黑褐色，简称酸焦油，密度较大，可从混合物中分离 噻吩能与硫酸发生磺化反应，但是苯，甲苯，二甲苯的磺化反映速率很慢同时噻吩还能与其他不饱和化合物反应生成稳定的烷基化噻吩，其沸点毕本的沸点高60~70℃噻吩主要集中在苯馏分中，其中不饱和化合物较少，故其中噻吩很难除去这时可以对苯、甲苯、二甲苯的混合馏分进行酸洗，其中不饱和化合物的含量为4%~6%，已将噻吩及其同系物除去，切硫酸耗量少，焦油生成量也少。

参考资料.. .. .1 设计总论1.1概述粗苯精制的生产工艺，是以粗苯为原料，经化学加工转换为气体，液体和固体产物，并将气体和液体产物进一步加工成一系列化学产品的过程目前粗苯精制的方法主要有酸洗精制法和加氢精制法酸洗精制法工艺简单，但有液体废物产生该法在我国焦化厂得到广泛应用加氢精制法工艺复杂，对设备材质和自动控制要求高，所得产品质量好，没有液体废物产生，有利于环境保护该法在我国也得到了应用1.1.1粗苯的主要组分及性质粗苯中的苯、甲苯和二甲苯含量约占90%以上，是粗苯精制的主要产品此外，还有不饱和化合物及少量含硫、氮、氧的化合物苯类产品是易流动，几乎不溶于水，而溶于乙醇、乙醚等多种有机溶剂的无色透明液体，极易燃烧，其蒸汽与空气能形成爆炸性混合物粗苯中所含的不饱和化合物的含量主要取决于炭化温度，温度越高，不饱和化合物的含量就越低不饱和化合物在粗苯馏分中的分布不均匀粗苯中所含的不饱和化合物主要是带有一个或两个双键的环烯烃和直链烯烃，它们、极易聚合，易和空气中的氧形成深褐色的树脂状物质，并能溶于苯产品，使之变成棕色故在生成过程中，需将不饱和化合物除去粗苯中的硫化物主要是二硫化碳、噻吩及其同系物。

此外还有硫醇、硫化氢等，但含量一般很少硫化氢在粗苯储存过程中，逐渐被氧化成单体硫硫化物在粗苯精制过程中作为有害杂质脱除粗苯中尚含有吡啶碱类和酚类，因含量甚少，不作为产品提取1.1.2粗苯精制产品及用途为了得到合格的苯类产品，首先将粗苯分离为轻苯和重苯苯、甲苯、二甲苯的绝大部分、硫化物的大部分和近一半的不饱和化合物则集中于轻苯中苯乙烯、古马隆及茚等高沸点不饱和化合物则集中于重苯中轻苯和重苯需分别加工本次设计中是利用粗苯中分离出来的轻苯进行加工，最终得到所需产品苯的最大用途是作为生产苯乙烯的单体原料环已烷和苯酚也是苯重要消费领域此外，苯也是染料、塑料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成药物和农药等的重要原料，也是涂料、橡胶、胶水等的溶剂，也可以作为燃料甲苯用于制造糖精、染料、药物和炸药等，并用作溶剂二甲苯广泛用于有机溶剂和合成医药、涂料、树脂、染料、炸药和农药等精制在145-180℃围馏出的混合产品称为溶剂油溶剂油主要用作油漆和颜料工业中的溶剂溶剂油经分离所得的二甲苯同分异构体及三甲苯同分异构体可分别用于生产树脂、染料和药物以粗苯的初馏分为原料，经热馏和热聚合得二聚环戊二烯，可用于制取单体环戊二烯。

二聚物和单体物可制取合成树脂、农药、香料和杀菌剂古马隆和茚制取的树脂可用于制造油漆、塑料和绝缘材料苯乙烯经过聚合可制成用于生产绝缘材料的无色树脂二硫化碳可用作溶剂、硫化促进剂，还可用以生产农药和磺酸盐噻吩可用于生产染料、医药、耐急冷急热塑料、高活性溶剂、生物活化物质、增亮剂及化妆品等1.1.3粗苯精制的意义资源、环境和人口是当前困扰人类社会发展的三大突出问题，这三大问题与能源都有密切关系能源本身就是资源，而且是重要的资源；能源大量和非洁净的消费造成了环境的破坏；人口的增长势必增加对能源的需求我国是一个煤炭储量丰富而石油和天然气相对贫乏的国家迄今为止，我国能源一直是以煤为主的多元化结构预计在今后相当长的一段时间，这一格局也不会改变利用我国丰富的煤炭资源，实施“以煤造油”和“以煤代油”是优化终端能源，实现石油供应多元化和保证能源安全的重大决策，符合我国国情和可持续发展的需要而粗苯是煤造油中主要的附属产品因此粗苯的精制具有重要的意义1.2文献综述粗苯精制的方法是根据苯的组成、性质、产品的品种和质量要求而制定的粗苯的主要成分苯、甲苯、二甲苯等由于相邻的二组分之间的沸点温度相差较大，可用精馏方法进行分离。

而有些不饱和化合物及硫化物的沸点与苯类产品之间的沸点温度相差很小，不能用精馏的方法把它们分开，要用化学的方法分离按除去不饱和化合物和硫化物的方式不同，粗苯精制的方法主要有酸洗精制法和加氢精制法酸洗精制法具有工艺流程简单、操作灵活、设备投资少、材料易得，常温、常压下运行，但有液体废物产生该法在中国焦化厂广泛采用加氢精制法工艺复杂，对设备材质要求较高所得产品质量好，用途广，售价较高，没有液体废物产生，有利于环境保护，宜在粗苯集中加工厂采用该法在中国焦化厂也有采用考虑到酸洗精制法的优点，本次设计采用酸洗精制法提取苯类产品1.3设计任务的依据对混合馏分进行酸洗净化的工艺操作，不仅要求尽可能除去其中所含的硫化物和不饱和化合物，而且要求硫酸含量低、苯族烃损失小，并使反应尽量向形成能溶解于已洗混合馏分中的聚合物方向进行为此，应对下列因素加以控制：1.3.1反应温度噻吩与不饱和化合物反应的活化能比苯族烃与不饱和化合物反应的活化能小因此，反应控制在35-45℃比较低的温度，即保证了噻吩的净化效果，又减少了苯族烃因磺化反应及与不饱和化合物的共聚反应而引起的损失酸洗反应是放热反应，其放出的热量取决于未洗混合馏分中不饱和化合物的含量及组成。

考虑到酸洗过程的热效应，未洗混合馏分温度可取为25~30℃1.3.2硫酸浓度硫酸浓度的影响可用酸洗甲苯和二甲苯混合物的试验数据说明：随着硫酸浓度的增加，苯族烃与不饱和化合物的共聚反应与磺化反应加剧但与共聚反应相比，磺化反应仅属于从属地位在实际生产中，应根据轻苯的组成和质量来确定适宜的硫酸浓度通常采用硫酸为93 wt%-95 wt%，耗量为5%1.3.3酸化反应时间延长反应时间，可改善洗涤效果，但同时会加剧磺化反应，增加酸焦油的生成量及苯族烃的损失尤其对酸焦油的生成量显著一般反应时间为10min左右组成（质量含量）：初馏分1%；苯75%；甲苯13.9%；二甲苯3.3%；溶剂油6.8%纯苯产品组成（质量含量）：苯99.5%；甲苯<0.5%纯苯残油组成（质量含量）：苯<0.5%1.4主要原材料及公用工程情况主要原材料为粗苯粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一,经脱氨后的焦炉煤气中含有苯系化合物，其中以苯含量为主，称之为粗苯粗苯主要含苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烃此为还含有不饱和化合物、硫化物、饱和烃、酚类和吡啶碱类粗苯的组成取决于炼焦配煤的组成及炼焦产物在碳化室类热解的程度粗苯使黄色透明液体，比水轻微溶于水。

在储存时，由于低沸点不饱和化合物氧化和聚合所形成的树脂状物质能溶解于粗苯中，使其着色变暗粗苯易燃，闪点为12℃粗苯蒸汽在空气中的体积浓度为1.4%-7.5%时，能形。