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1、 本 科 毕 业 设 计 题 目10万吨/年粗苯加氢精制纯苯塔设计 系 别 化学工程系 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 指导教师 10万吨/年粗苯加氢精制纯苯塔设计 毕业设计共32页图纸共 2张说明书共30页完成日期： 辩论日期： 摘 要本设计为粗苯的加氢精制纯苯塔设计。本设计确定用溶剂萃取低温加氢工艺作为工艺生产方法。整个设计主要包括产品介绍、国内外现状及开展的介绍、工艺技术的介绍与比拟、工艺流程设计、精馏工艺和设备计算五局部内容。设计处理能力：10万吨/年，一年按330天计算，即7920小时。最终产品苯的纯度：苯99。通过对精馏塔设备计算出塔径精馏段1.62m，提馏段1.63m，板间距
2、都为0.45m，共35块塔板，总塔高20.55m。本次设计是在母老师指导下完成的设计实践研究。同时利用毕业实习的时机，学习研究与课题有关的知识。通过实践与理论相结合更好地完成最终设计。关键词：粗苯；加氢；苯；甲苯目录1总论11.1 设计指导思想和原那么11.2 设计的意义11.2.1 纯苯11.2.2 甲苯11.2.3 二甲苯11.3 设计依据12 生产方法和工艺流程确实定12.1 工艺技术的比拟与选择12.1.1 主要生产工艺技术简介12.1.2 工艺技术的比拟12.1.3 本设计采用的方法22.2 工艺加氢催化剂及萃取剂的选择22.2.1 加氢催化剂的选择22.2.2 萃取溶剂的选择23
3、工艺计算与设备选型33.1 系统物料衡算33.1.1 操作条件.63.1.2 原料粗苯处理量33.1.3 预精馏塔进出料33.2 纯苯塔的设计计算43.2.1 纯苯塔的作用43.2.2 操作条件43.2.3 物料衡算43.2.4 塔径83.2.5 理论塔板数计算103.2.6 塔内件设计113.2.7 塔板流体力学验算143.2.8 塔板负荷性能图163.2.9 纯苯塔热量衡算193.2.10 常压塔主要尺寸确定203.3 辅助设备设计和选型233.3.1再沸器.26 3.3.2 冷凝器.233.3.3 储罐的选择24致谢25参考文献26附录271 总论1.1 设计指导思想和原那么本设计以产出
4、高纯度产品为原那么，力求符合经济政策和技术指标，做到工艺上可靠，经济上合理；同时力求技术先进，经济效益最大化，环境污染最小化。1.2 设计的意义本设计产品有纯苯、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。现将各种主要产品的重要作用介绍如下：1.2.1 纯苯纯苯是重要的化工原料，广泛用作合成树脂、合成纤维、合成橡胶、染料、医药、农药的原料和有机溶剂。消费领域主要在化学工业，主要产品有苯乙烯、苯酚、己内酰胺等。在炼油行业中用作提高汽油辛烷值的掺和剂。1.2.2 甲苯甲苯是一种无色有芳香味的液体，广泛应用于农药、树脂等行业，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
5、。1.2.3 二甲苯二甲苯主要衍生物为对二甲苯，邻二甲苯等。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 设计依据与以石油为原料生产的石油苯相比，焦化苯加氢精制有着很大的利润空间。根据设计任务，粗苯的年生产能力为10万吨/年。全年生产时间为330天即7920小时，那么每小时的生产能力为：100000工艺设计原料粗苯要求：甲苯含量：78%，苯含量：18%，二甲苯：4%，冷却水温度：20。2 生产方法和工艺流程确实定2.1 工艺技术的比拟与选择2.1.1 主要生产工艺技术简介目前已工业化的粗苯加氢工艺有莱托(Litol)法、萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温加氢法，
6、第一种为高温加氢，后两种为低温加氢。(1) Litol法粗苯加氢Litol工艺是典型的高温催化加氢工艺，操作温度为600-650左右。主要进行加氢脱除不饱和烃，另外还要进行脱硫、脱氮、脱氧的反响，对加氢油的处理可采用一般精馏方法，最终得到苯产品。2 萃取蒸馏低温加氢(K.K)法和溶剂萃取低温加氢法萃取蒸馏加氢(K.K法)和溶剂萃取低温加氢工艺是低温催化加氢的典型工艺，操作温度为300-370，压力2.5-3.0Mpa。主要进行加氢脱除不饱和烃，使之转化为饱和烃；与高温加氢类似，也要进行脱硫、脱氮、脱氧反响。由于在加氢的过程中加氢温度低，所以一般不发生加氢裂解和脱烷基的深度加氢反响。因此低温加氢
7、的产品有苯、甲苯、二甲苯。萃取蒸馏低温加氢法可生产苯、甲苯、二甲苯，3种苯对原料中纯组分的收率及总精制率设计值见表2-1：表2-1萃取蒸馏低温加氢苯、甲苯、二甲苯收率及总精制率苯/%甲苯/%二甲苯/%总精制率/%98.12.1.2 工艺技术的比拟Litol法粗苯加氢工艺的加氢反响温度、压力较高，又存在氢腐蚀，对设备的材质、工艺、结构要求较高，设备制造难度大，只能生产1种产品，总精制率较低。与Litol法相比，萃取蒸馏低温加氢方法和溶剂萃取低温加氢方法的优点是可以直接对粗苯进行精制，氢耗量较低，加氢反响温度、压力较低，设备制造难度不大，能耗也较少，能够生产3种产品，生产操作更容易。制氢工艺采用变
8、压吸附法，以甲醇为原料制氢，制氢工艺简单，产品质量好。2.1.3 本设计采用的方法在本设计的预选加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，同时萃取蒸馏低温加氢和溶剂萃取低温加氢这两种工艺是比拟成熟的工艺，已被广泛运用，因此本设计采用低温加氢精制工艺。萃取蒸馏低温加氢法属于中温、中压、不脱烷基的加氢技术，其操作温度为340370、压力为2.83.0MPa。所以，该工艺对加氢设备材质要求相应降低。萃取蒸馏低温加氢法和溶剂萃取低温加氢法同属于低温加氢法，两者相比拟，前者工艺简单，可直接对粗苯加氢精制，但在生产过程中容易发生结焦堵塞；与前者相比拟后者工艺较复杂，粗苯要先经过精馏分成轻苯
9、和重苯，然后才能对轻苯进行加氢精制，但该工艺所得产品质量较高。综合考虑，本设计采用溶剂萃取低温加氢工艺。2.2 工艺加氢催化剂及萃取剂的选择2.2.1 加氢催化剂的选择加氢系统的核心为选择反响器中的催化剂，无论采取何种低温加氢技术，催化剂一般都采用以A12O3为载体的Ni-Mo、Co-Mo系列金属催化剂。装填量主要和原料中全硫含量有关，由工艺计算核定。2.2.2 萃取溶剂的选择目前在萃取工艺中应用最广的溶剂有环丁砜和N-甲酰吗啉，二者都可以很好地改变非芳烃和芳烃之间的相对挥发度，使芳烃的别离更容易，苯纯度可以到达99.9以上，无毒、无腐蚀和化学稳定性好，对设备和环境影响较小。采用环丁砜气液相萃
10、取蒸馏工艺时，参加少量水作为助溶剂，以提高萃取的选择性，参加单乙醇胺调节循环溶剂的pH值。由于使用N-甲酰吗啉，使产品中含有少量溶剂，溶剂水解而使产品显酸性，降低了产品的应用价值。综合评价，本设计选用环丁砜。3 工艺计算与设备选型3.1 系统物料衡算本章开始对本设计进行工艺及设备计算，本设计根本流程见图3-1。 图3-1 物料衡算图 3.1.1 操作条件生产能力：10万吨/年(料液) 年工作日：330天原料中含有：苯 78% ，甲苯18% ，二甲苯4%3.1.2 原料粗苯处理量3.1.3 预精馏塔进出料从两苯塔出来的BTXS经过加氢脱轻后直接进入预精馏塔，所以进入预精馏塔的流量就是W1预精馏塔
11、顶出料为BT, 其流量为：W2=W预精馏塔塔底出料为XS，其流量为：W2=W-W23.2 纯苯塔的设计计算 精馏工段主要有四个塔，即预精馏塔，萃取精馏塔，纯苯塔，二甲苯塔。这里只对纯苯塔进行计算。3.2.1 纯苯塔的作用别离产品苯、甲苯、二甲苯使产品纯度到达99wt，甲苯98wt%，二甲苯98wt%，在此目标下对该塔进行计算，寻找到达该别离要求的最正确操作条件。3.2.2 操作条件 具体工艺参数如下： 料液组成： 78% 苯，18%甲苯4%二甲苯质量分率，下同产品组成纯苯塔)： 馏出液99%苯， 釜液1%苯 操作压力：常压塔顶：100.5 kPa 进料：101.3 kPa 塔底：133 kPa
12、 进料温度：泡点进料状况：泡点加热方式：间接蒸汽加热3.2.3 物料衡算 全塔物料衡算 苯的摩尔质量：MA=78kg/kmol甲苯的摩尔质量：MB=92kg/kmol纯苯塔的原料处理量：F=kg/h原料中苯的质量分数：那么其摩尔分数为：塔顶产品苯的质量分数：=0.99 那么其摩尔分数为塔底产品甲苯的质量分数：=0.02 那么其摩尔分数为总物料衡算：F=D+W 苯的物料衡算：F=D+W 联立原料液的平均摩尔质量 kg/kmol塔顶产品的平均摩尔质量kg/kmol塔液产品的平均摩尔质量kg/kmol 温度确实定Antoine方程1： lg=6.02232-1206.350/(t+220.237)
13、lg=6.07826-1343.943/(t+219.377) 泡点方程：根据以上三个方程，运用试差法可求出,当 x=0.813 时，假设t=84 ，=Pa，=44.496 kPa 当 x=0.9 时，假设t=80 ，=100.524 kPa，=38.826 kPa 当 x2 时，假设t=120，=298.735 kPa，=131.29 kPa, t=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。 平均相对挥发度：80时，苯的饱和蒸汽压=100.524 kPa甲苯的饱和蒸汽压=38.826 kPa 120时，苯的饱和蒸汽压=298.735 kPa 甲苯的饱和蒸汽压=131.29 kPa,由=得：80时，80=120时，12
