年产量6万吨苯的精馏装置工艺装置设计

酒泉职业技术学院毕业论文2011级应用化工技术专业题目：年产6万吨苯的精馏工艺设计专业：应用化工技术毕业时间：2014年6月学生姓名：关召强学号：111652005指导教师：朱淑艳班级：2011应化（1）班二〇一三年六月二十酒泉职业技术学院2014届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名关召强班级2011级应化（1）班专业应用化工技术指导教师第一次指导意见没有确定思路，应列出提纲，要有一个清晰的条理，利用收集的资料文献完成设计，并且注意相关的格式要求。2013年5月3日指导教师第二次指导意见设计结构不完整，继续查阅资料，理清设计思路；有些资料重复利用，使设计显的反复啰嗦，不清楚，删减不必要的内容。2013年5月17日指导教师第三次指导意见内容编排混乱；出现一些语句和文字上的错误；部分内容格式没有符合要求，需要反复修改。2013年5月28日指导教师评语及评分成绩：及格签字（盖章）年月日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。2、此表附于毕业论文(设计)封面之后。年产6万吨苯的精馏工艺设计摘要:本次设计是用于分离苯-甲苯的精馏工艺。精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。精馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜（再沸器）、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。精馏是热量自塔釜输入，物料在塔内经冷凝器和冷却器多次冷凝并由冷却介质将余热带走的过程。筛板塔是在泡罩塔的基础上发展起来的。它具有处理能力大，操作弹性大，塔板效率高，压强小，使用周期长等特点。确定理论塔板数有图解法和逐板计算法，图解法计算简单，但是准确度不高；逐板计算法虽然计算过程较为繁琐，但计算精度较高。所以本设计采用逐板计算法。最后是塔板负荷性能图中液沫夹带上限线、液泛线、漏液线、液相负荷下限线的计算以及确定塔体结构。关键词：精馏塔，筛板，泡点进料，逐板计算法一、概述由于近年来国内纯苯无法满足需求量，进口愈来愈大，2006年我国纯苯进口量达30万吨，2007年纯苯进口量为24.9万吨，预计2010年，国内纯苯供应量达到703万吨，因而国际金融危机对国内石油化工行业的影响开始显现，从全行业处于上升的周期首次开始进入下行轨道，产量，产值也增速减缓，部分产品出现负增长，对于纯苯而言，油价一场大幅涨跌，造成亚洲地区包括中国市场整体开工率不高。虽然开工率不高，但国内的纯苯产量仍然保持着稳定增长。2008年国内甲苯产量已从2006年195.2万吨提高到414.7万吨，自给率高达90.2%，这些数据表明在过去的几年，国内甲苯生产能提高发展异常迅速，可以说2009年国内甲苯生产能力又有大幅度的增长、从宏观环境来看，在当前金融和危机的局势掌握方向，相信无论是对中国的甲苯行业的长远发展，还是对甲苯行业有具体工作的突破都具有积极的指导作用。(一)苯、甲苯的性质1.苯的性质(1)物理性质苯是最简单的芳香烃，分子式为C6H6，无色、易燃、有芳香气味的透明液体，沸点为80.1度，熔点为5.5度，易挥发。苯的密度为0.88g/ml，比水密度小,但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯。苯是一种良好有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性分子的能力很强。（2）化学性质苯能发生三种化学反应:其基团和苯环上的氢原子之间发生取代反应；是发生在苯环上的加成反应；是普遍的燃绕反应。2.甲苯的性质（1）物理性质甲苯是有机化合物，属芳香烃，结构简式C6H5CH3在常温下呈液体状、无色、易燃。它的沸点为110.8度，密度为0.668/ml。甲苯不溶于水（0.52g/l),但可以和二氧化碳，酒精，乙醚以任意比混溶，在氯仿，丙酮和大多数其它常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯温度计正是利用了它的凝固点比水很低，可以在高寒地区使用，而它的沸点比水高，可以测118.8度以下的温度。从测量范围来比较，它由于水银温度计，而且其比较便宜。（2）化学性质甲苯容易发生氧化，生成苯-一氯甲烷或三氯甲烷；易硝化，生成对硝基甲苯邻硝基甲苯；还易磺化，生成对甲苯磺酸或邻甲苯磺酸。(二）发展前景为加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度。如今我国常用的板式塔中的主要为泡罩塔、浮阀塔和蛇型塔等。填料种类除拉西环、鲍尔环外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规模填料也常采用。近年来我国加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射等新塔形，同时还进口了一些新型塔设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研，设计工作，加速了我国塔技术的开发。国外关于塔的研究如今已放慢了脚步，因为其已经研究出塔盘的效率不是取决于塔盘的结构，而主要取决于物系的性质，如：挥发度、黏度、混合物的组分等。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。”在新型填料方面则在努力研究发展有利于汽液分布均匀、高效和制造方便的填料。（三）精馏的工艺流程精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提馏段。一定温度和压力的进料进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品，另一部分被送入回流罐，回流的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定进行。而重组分在提馏段则经再沸器加热后送回塔顶，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸汽气流。蒸汽再由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发组分，不断地向蒸汽中转移，蒸汽中难挥发的组分不断的向下降液中转移，蒸汽愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液中愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的，由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出，塔底流出的液体其中一部分进入再沸器，热蒸发后蒸汽返回塔中，另一部分液体作为塔釜残液取出。附图3苯--甲苯工艺流程图（四）精馏过程中的主要设备塔设备是化工、石油化工、炼油化工等生产中重要的设备之一，它可以使汽-汽或液-液相紧密接触，达到相际传热及传质的目的。塔设备中常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。作为主要传质过程的塔设备，首先必须使汽（气）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：生产能力大；操作稳定，弹性大；流体流动阻力小；结构简单，材料耗用少，制造和安装容易；耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。因为板式塔处理量大，效率高，清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。1.再沸器优点：结构简单、坚固。取材范围广，处理能力大，适应性强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中使用更为普遍。作用：将塔内最下面的一块塔板流下的液体进行加热，使其中一部分液体发生汽化变成蒸汽而重新回流入塔内以提供塔内上升的气流，从而保证塔板上气液两相的稳定传质。2.冷凝器作用：将塔顶上升的蒸汽进行冷凝使其成为液体之后，将一部分冷凝液从塔顶回流进入塔内以提供塔内下降的液流，使其与上升气流进行逆流传质接触。二、工艺计算（一）原始数据表2-1原始数据物料名称进料组分（质量分数）塔顶组分（质量分数）塔釜组分（质量分数）苯72%98%4%甲苯28%2%96%（二）塔的物料衡算1．原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数表2-2各组分的相对分子质量物料名称分子式摩尔质量kg/kmol（）苯66CH78.11甲苯78CH92.13/x=/+/MMM苯苯苯苯甲苯甲苯（2-1）物料液72/78.110.752072/78.1128/92.13Fx错误!未指定书签。塔顶98/78.110.983098/78.112/92.13Dx塔釡4/78.110.04684/78.1196/92.13Wx2．原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量6678 (1)CHCHMxMxM（2-2）0.752078.1110.752092.1382.04kg/kmolFM0.983078.1110.983092,1378.39kg/kmolDM0.046878.1110.046892.1391.57kg/kmolWM761092.34kmol/h3302482.04D3．物料衡算由物料衡算方程式得FDW（2-3）FDWFxDxWx（2-4）即F92.34W0.7520F92.340.98300.0468W由式解得F122.5874kmol/h W30.2747kmol/h（三）塔板数的确定1．理论板层数NT的求取(1)温度由内差法计算出进料、塔顶、塔底的温度表2-3苯与甲苯的Antoine参数ABC苯15.90082788.51-52.36甲苯16.01733096.51-53.67用安托尼方程lnBpACT（2-5）苯2788.51ln76015.900852.36T苯T353.25K即T80.1℃甲苯3096.51ln76016.017353.67T甲苯T383.65K即T110.5℃将T80.1~110.5取七段，则112121TTxxTTxx表2-4不同温度下苯与甲苯的物性参数计算结果T80.1859095100105110.60/PKPa苯101.33116.9135.5155.7179.2204.2240.00/PKPa甲苯40.046.054.063.374.386.0101.332.53332.54132.50932.45972.41182.37442.3685x1.0000.7800.5810.4110.2580.13000y1.0000.9000.7770.6320.4560.2620塔顶温度确定0.9830DX又因为0.780,1.000DX列内差法1.0000.7800.98300.78080.18585DT得80.4786DT℃塔釡温度0.0468Wx又因为0,0.1300WX列内差法0.130000.04680105110.6110.6WT得108.5840WT℃0.7520FX又因为0.581,0.780FX列内差法0.7800.5810.75200.581859090FT得85.7035FT℃结果如下85.7035FT℃80.4786DT℃108.5840WT℃用安托尼方程lnAxBpCT计算，得(A)0(273.15)BCKpe故进料2788.51(273.1585.7035)52.36(15.9008-)0Pe900.2748mmHgF苯3096.51(273.1585.7035)53.6716.0173)0Pe359.4230mmHgF（甲苯同理得塔顶0 P768.9300mmHgD苯0P297.1390mmHgD甲苯塔釡0  P1693.7495mmHgW苯0P719.5313mmHgW甲苯(2)计算进料、塔顶、塔底的相对挥发度F900.27482.5048359.4230FPP苯F甲苯（2-6）D768.93002.5878297.1390PPD苯D甲苯W1693.74952.3540719.5313WWPP苯甲苯所以全塔相对挥发度2.58782.35402.4681mDW（2-7）2．相平衡线方程（1）相平衡线方程的确定因为是泡点进料即FX0.7520qx由相平衡方程式得2.46810.75200.88211(1)1(2.46811)0.7520mqqmqxyx由式min0.98300.88210.77560.88210.7520DqqqXyRyx（2-8）取回流比min1.1,2.0RRmin R1.5R1.50.775