年产8万吨甲苯精馏塔的毕业设计

1、摘要摘 要轻苯中的主要成分是苯，是纯苯的主要生产来源。苯的用途有很多，是有机合成的基础化工原料，可制造成苯乙烯、苯酚、丙酮、环己烷、硝基苯、顺丁烯二酸酐等化工产品，更进一步可制成合成纤维、合成橡胶、合成树脂以及染料、洗涤剂、农药、医药等多种生活生产必需产品。本次设计，首先是介绍轻苯的物质组成、物理化学性质以及轻苯精制产品的用途。随后又介绍了轻苯精制的工艺流程，以便能够更清晰地了解并掌握到本设计的原理与目的。经过设备的各方面对比，选择最适合本设计的设备，最后经过物料衡算、热量衡算等计算，得出本设计所需要的原料与热量以及相应设备。本设计中的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、不饱和化合物以及少量含硫、氮、氧

2、的化合物。其中，最主要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。关键词：轻苯精制 酸洗精制法 轻苯37AbstractAbstractThe main component of the light benzene is benzene, the main source of benzene. The use of benzene is the organic synthesis of the basic raw material can be made of styrene, phenol, acetone, cyclohexane, nitrobenzene, maleic anhydride, etc.

3、, and further can be prepared synthetic fibers, synthetic rubber, synthetic resins and dyes , detergents, pesticides, pharmaceuticals and other products.The design is first to introduce the use of benzene-light composition, properties and obtained clumsy. Later on the process, allows us to more clea

4、rly understand the principles of design and purpose. After the device compared to select the most suitable device of this design, and finally through the material balance and heat balance, draw the design of raw materials and heat.The design of the products are benzene, toluene, xylene, unsaturated

5、compounds and a small amount of sulfur, nitrogen and oxygen compounds. The main products are benzene, toluene and xylene.Key words : Light benzene refining , Pickling refined method, Light benzene目录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引 言11.1 轻苯的定义、产品用途及生产意义11.2 轻苯的供求关系以及市场需求21.3 目前国内外轻苯精制的方法21.4 酸洗精制31.5 加氢精

6、制41.6 工艺选择51.7设计方案61.8 生产设备的选择7第二章 物料衡算92.1 初步精馏92.2 吹苯102.3 纯苯塔的物料衡算102.3.1 操作条件102.3.2 全塔物料衡算102.3.3 温度的确定112.3.4 平均相对挥发度：122.3.5 最小回流比 Rmin122.3.6 操作线方程12第三章 设备的计算153.1 塔径的计算153.1.1精馏段塔径的计算153.1.2 提馏段塔径的计算163.2 理论塔板数计算173.2.1 求最小理论塔板数Nm：173.2.2 理论板数的计算173.2.3 进料板位置173.2.4 计算板效率183.3 实际塔板数193.4 塔内

7、件设计193.4.1 溢流堰设计193.4.2 降液管设计203.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列213.5 塔板流体力学验算233.5.1 气相通过浮阀塔的压降233.5.2 淹塔243.5.3 雾沫夹带253.6 塔板负荷性能263.6.1 雾沫夹带线263.6.2 液泛线273.6.3 液相负荷上限273.6.4 漏液线283.6.5 液相负荷下限28第四章 辅助设备的计算314.1 常压塔主要尺寸设计314.1.1 壁厚314.1.2 封头314.1.3 裙座314.1.4 塔高设计314.1.5 基础环设计314.2 公用工程规格324.2.1 电324.2.2 冷却水32第五章 轻

8、苯精制中的危害因素与防护335.1防火335.2 原料、产品、及中间产品的储存335.3 废气的处理34第六章 轻苯精制的发展方向356.1现状356.2展望35参考文献36致谢及声明37第一章 引言第一章 引 言1.1 轻苯的定义、产品用途及生产意义轻苯是一种由二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯、环戊二烯、噻吩等组成的混合物质。黄色的透明液体，其相对密度不大于0.88。轻苯是轻苯经两苯塔在150以下分馏而得到的，用作溶剂和用来制取苯、甲苯、二甲苯、环戊二烯、二硫化碳、噻吩等。轻苯是由多种碳氢化合物组成的较为复杂的混合物。轻苯自身用途不大，仅用作溶剂使用，但是精制以后可得到纯苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、

9、工业二硫化碳、古马隆树脂及二聚环戊二烯等一系列化工产品，是生产合成洗涤剂、合成树脂、合成橡胶、塑料、尼龙、有机玻璃、胶黏剂、农药、醇酸树脂、增缩剂、黄色炸药、尼龙等的重要化工原料。轻苯也可以用于焦化工业深加工精制的原料或溶剂。 轻苯精制的主要产品有苯、甲苯、二甲苯、三甲苯(轻溶剂油)。苯是轻苯中最主要的组分，含量约占55一80。苯是一种无色、易挥发和易燃的液体，有芳香味，不溶于水，却溶于乙醇。苯是有机合成工业当中重要的基础原料，用途相当广泛。国内目前主要是用于合成纤维、塑料、合成橡胶、制取农药以及国防工业等方面。甲苯的产率仅次于苯，可由氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法制取染料、医药、香料等中

10、间体及炸药、糖精，此外还可制取己内酰胺供生产尼龙用。甲苯的冰点很低(一95)，可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。二甲苯：轻苯精制所得的工业二甲苯是对二甲苯(2l)、邻二甲苯(16)、间二甲苯(50)和乙基苯(7)的混合物。工业二甲苯可用作橡胶和油漆工业的溶剂，航空和动力燃料的添加剂。从工业二甲苯中得到的邻、间、对二甲苯可用于制取邻、间、对苯二甲酸，其中邻、对苯二甲酸是生产增塑剂、聚酯树脂和聚酯纤维的重要原料。以轻苯的初馏分为原料，经蒸馏和热聚合得到二聚环戊二烯，可用于制取单体环戊二烯。二聚物及单体物均可同植物油类经热聚合制取合成树脂。环戊二烯还可通过氯化和聚合作用制取“氯丹”等有机农药和杀虫

11、剂。古马隆和茚是制造油漆、塑料、橡胶制品和绝缘材料的原料。苯乙烯经过聚合可制成用于生产绝缘材料的无色树脂。1.2 轻苯的供求关系以及市场需求 纯苯行业在经历了近一年的震荡调整后，2011年受到产能提升、需求扩大、出口增长等多方面的利好驱动下进入了产销和出口同步增长的快车道，在“后危机时代”回暖过渡。回首2011年，纯苯业实现由进口大国向产需与出口大国的快速转变，市场运行平台整体平稳抬升，受此影响，轻苯市场需求量不断增加，市场供不应求，市场潜力大，具有较高的经济效益产值。随着国际资源类产品市场的持续回升，国际原油和纯苯市场持续升温。由于亚洲纯苯资源偏紧，不排除市场的进一步走高。国内市场也因各类资

12、源产品保持高成本运行，轻苯下游众多产品在年底回落调整的过程中，其始终保持高位持稳行情。在国内外基础原料持续高位运行的背景下，这种状况有望在2012年得以延续，也对轻苯中长期行情形成了强有力的支撑。1.3 目前国内外轻苯精制的方法轻苯精制的方法是根据轻苯的组成、性质以及产品的品种和质量要求而制定的。轻苯的主要成分苯、甲苯、二甲苯及三甲苯等由于相邻的二组分之间的沸点温度相差较大，应该用精馏方法进行分离。而由于某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，所以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，轻苯精制的方法主要有酸洗精制法和加氢精

13、制法两种。酸洗精制法具有工艺流程简单、操作灵活、设备投资少的特点，材料易得，常温、常压下运行，但是有液体废物产生。该法在中国焦化厂广泛采用。相比之下，加氢精制法工艺复杂，对设备的材质要求比较高，但所得产品质量好，用途广，售价高，没有液体废物产生，有利于环境保护，宜在轻苯集中加工厂采用。该法在中国焦化厂也有采用。轻苯精制中产品的产率同原料的性质和操作条件有关。加氢精制法有多种流程，是在一定的温度和压力条件下，通过加氢破坏不饱和烃和非芳香烃等杂质后，再根据加氢深度的不同而采用简单或复杂精馏或萃取精馏，精制出苯类产品。加氢精制法具有工艺先进、产品质量高和精制率高、环境保护好等突出优点，所以从20世纪

14、70年代后在世界上被广泛采用，正在取代酸洗精制法。在中国，于1986年在上海宝山钢铁总厂化成品厂一套苯加氢脱烷基装置投产。加氢氢气源，根据不同的加氢工艺可自制、外来和用焦炉煤气通过变压吸附工艺制取，氢气纯度要求大于99。在中国，工艺流程的选择取决于轻苯精制的规模。采用酸洗精制法，当年处理原料量小于25万t时，宜选择半连续流程；大于25万t时。宜选择全连续流程。由于加氢精制法的投资高，宜将轻苯集中精制，年处理原料量以5万t以上为佳，规模越大，效益越好。酸洗精制车间由酸洗、蒸馏和油库(含油品装卸)工段和公用设施组成。加氢精制车间由加氢、蒸馏、制氢(不含外来氢气源)和油库(含油品装卸)工段以及公用设

15、施等组成。在工艺布置上根据防火防爆和防雷要求，设置接地等静电防护措施。酸洗精制法用精馏塔多为浮阀塔，冷凝冷却设备可选用列管式冷却器或空气冷却器。加氢精制法的反应器属压力容器，需考虑高温、高压和热补偿条件，精馏塔也可选择大孔筛板塔和填料塔。 1.4 酸洗精制硫酸洗精制，是对经过初步精馏所得的BTX用硫酸进行洗净处理，以出去其中的不饱和化合物和硫化物，因为这些不饱和化合物和硫化物的沸点与苯类的沸点相差很小，所以不能用精馏的方法将他们去除；然后，将酸洗后的BTX用碱中和，再进行最终精馏，制取苯类各纯产品。酸洗精制的连续流程已被各大中型焦化厂广泛采用，见下图1-1。混合馏分、硫酸和1.21.8的添加剂

16、，经过计算后泵（12）第一组球形混合器（4），进行主要的化学反应，但是液体在球内只停留1min，酸洗还不完全反应器（5），停留10min，完成酸洗反应，出反应器后加入约占未洗BTX的34的水，由于水稀释了硫酸，从而中断了反应，并使硫酸再生第二组球形混合器（6）澄清槽（7）约1h，分两部分。底部沉淀出酸焦油及再生酸，并在酸焦油澄清槽（8）中将他们分离；澄清槽上部排出的混合馏分加1216的减中和第三组球形混合器（9），使已洗BTX呈弱碱性澄清槽（10），约1h。其上层油送入已洗混合分中间槽，静置分离出残留碱液后，作为吹苯塔的原料，下部废碱液用于中和酸焦油。洗净的BTXBTX馏分硫酸添加剂水碱液盐溶

17、液再生酸酸焦油123456789101112图1-1 BTX混合馏分酸洗工艺流程1，2，3，11高位槽；4，6，9球形混合器；5反应器； 7，10澄清槽；8酸焦油澄清器；12泵设备简单、操作容易、在不要求产物质量特别高的的情况下使用。在我国大多数企业都在使用。1.5 加氢精制 轻苯在反应器中，主反应时加氢脱硫和加氢脱烷基；副反应是饱和烃加氢裂解、不饱和烃加氢和脱氢、环烷烃脱氢生成联苯等。采用三氧化二铬为催化剂，反应温度为600650，压力为6.0MPa。由于本的同系物加氢脱烷基转化为苯，苯的收率可高达114以上，可得到合成用苯，结晶点5.5，纯度99.9。 预蒸馏得轻苯 轻苯和焦油轻油混合，预

18、热至9095，进入两苯塔，预蒸馏，采用负压为266kPa，并在预热器进口处加入约2050mgkg的阻聚剂，塔顶出的小于60的轻苯气，在冷凝冷却器中转化为40以下的液体，分出水后，小部分回流，大部分送入加氢装置；塔底残液(重苯)冷却到60送往储槽。轻苯莱托加氢 轻苯用高压泵送往蒸汽预热器，加热到120150，进入钢制立式中空圆筒形的蒸发器，内装13的液体，底部有氢气喷雾器，向上开口，操作压力6MPa，温度175，将约470的循环氢气喷人液体，进行蒸吹，使器内液体几乎全部被蒸发，器底残液为进料量的12，其中含聚合物5一10，连续排放并返回两苯塔。由蒸发器顶出来的芳烃蒸气和氢气的混合物后进入立式圆筒

19、形，内填铂催化剂，压力6MPa，温度为200250，温升小于25，且随原料中苯乙烯的含量不同而变化的预反应器，进行预加氢反应。从预反应器出来的物料到加氢原料管式炉，加热至610，进入第一加氢反应器，进行莱托加氢反应；因为反应是放热的，故温升约17，在用冷氢急冷后降为620，进入第二加氢反应器加热到630的加氢油气，再经过终冷器冷却后，进入高压闪蒸器，把物料分为加氢反应后气体(去制氢系统)和加氢油(去精制苯)。 加氢油精制得苯 从高压闪蒸器底排出的液体，即为莱脱法高温加氢所得的120的加氢油，进入稳定塔 (塔顶分出油中，溶解的氢气和小于C4的烃、硫化氢等比苯轻的组分)从稳定塔出来进入白土塔，以氧

20、化铝和氧化硅为主的活性白土吸附脱除来自稳定塔底油中的微量不饱和物(吸附剂被蒸汽吹扫再生)，进入104的加氢油，之后进入苯塔(筛板塔，塔顶压力为412kPa，塔顶温度9295，塔底温度为144147)，塔顶蒸汽经过冷凝后，一部分去改质炉，一部分回流，其余送到碱处理槽，用30的氢氧化钠溶液洗去微量的硫化氢，得到999的纯苯。1.6 工艺选择由于不饱和化合物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。工业上有两种方法：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。该方法在中国焦化厂已经广泛采

21、用。加氢精制法工艺复杂，对设备材质要求较高。本设计采用酸洗精制法。1.7设计方案 轻苯的精制包括下面三个过程： 初步精馏：将低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物与苯烃进行分离，得到初馏分和苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。 化学精制：把经过初步精馏得到的苯类混合馏分中含有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物及硫化物除去。 最终精馏：经过连续精馏得到合乎标准的纯产品。轻苯经初馏塔初步精馏，塔顶得到初馏分低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物，塔底得到苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。初馏塔由重沸器供热，由于塔底含有不饱和化合物形成的聚合物，进入重沸器之前需经过过滤器滤出聚合物，以减轻设备的堵塞。初步精馏得到

22、的苯类混合物中含有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物及硫化物，不能用精馏法把它们除去，为了制取合格产品，必需将它们预先除去，除去这些杂质要用硫酸进行洗涤。经过硫酸洗涤的混合馏分带有酸性，然后进行中和，最后进入吹苯塔，把苯，甲苯，二甲苯吹出。吹出苯由泵送入纯苯塔。纯苯塔的蒸汽温度控制在80左右，在此温度下逸出的蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的纯苯一部分作为回流送入塔顶，一部分作为产品采出。塔底纯苯残液温度为124-128，由塔底排除，送入纯苯残油槽。纯苯残油积累到一定量后，用泵连续送入甲苯塔进行精馏。蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的甲苯一部分作为回流送入塔顶，一部分作为产品采出。塔底甲苯

23、残液由塔底排除，送入纯苯残油槽。甲苯残液要求不含甲苯。处理甲苯残液，用泵连续送入二甲苯塔进行精馏。塔顶逸出的蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的二甲苯一部分作为回流送入塔顶，其余部分作为产品采出。1.8 生产设备的选择气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继

24、出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有： 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60，为浮阀塔的80左右。 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015。 塔板效率高，比泡罩塔高15左右。 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30左右。筛板塔的缺点是： 塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 操作弹性较小(约23)。 小孔筛板容易堵塞。浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取

25、消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点： 处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加2040，而接近于筛板塔。 操作弹性大，一般约为59，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。 塔板效率高，比

26、泡罩塔高15左右。 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400660N/m2。 液面梯度小。 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。 结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的6080,为筛板塔的120130据此,本设计选取浮阀塔。轻苯精制工艺流程图如图1-2 图1-2轻苯精制工艺流程图第二章 物料衡算第2章 物料衡算精馏工段主要有三个塔，即初馏塔，吹苯塔，纯苯塔。这里只对纯苯塔进行计算。生产要求：年处理量8万吨轻苯全年生产时间：8000小时，其余时间为维护时间。原料组成：苯 75%；甲苯14%；二甲苯8%；溶剂油3%2.1 初步精馏 图2-1 初馏塔轻苯酸洗精制的第一步是初

27、步蒸馏（初馏），得到初馏分和未洗混合分。塔顶得到初馏分低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物，塔底得到苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。由于生产时间按每年8000小时计算，则:80000吨/年=10吨/小时=10000千克/小时塔顶馏分：塔底馏分：2.2 吹苯轻苯初步精制得到的苯类混合物馏分中，含有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物如戊烯和苯乙烯。不能用精馏法将它们除去，为了制取合格的产品，必须将它们预先除去，除去这些杂质的方法就是用硫酸处理。经过硫酸洗涤的混合馏分带有酸性，然后进行中和，最后进入吹苯塔，把苯，甲苯，二甲苯吹出。最后进入纯苯塔进行精馏。2.3 纯苯塔的物料衡算2.3.1 操作条件 具体

28、工艺参数如下： 料液组成： 苯：75%，甲苯：14%（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=（1.22）Rmin2.3.2 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=10000*(75%+14%)=8900 kg/h原料中苯的质量分数：=75/(75+14)=0.843则其摩尔分数为塔顶产品苯的质量分数：， 则其摩尔分数为塔底产品甲苯的

29、质量分数： 则其摩尔分数为=0.01总物料衡算：F=D+W 苯的物料衡算： 联立式得：D=7496.2kg/h W=1403.8kg/h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/kmol2.3.3 温度的确定Antoine方程：lg=6.02232-1206.350/(t+220.237) 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 xa=0.843 时，假设t=84 ，=114.172kPa，=44.525 kPa 当 xa=0.999 时，假设t=80 ，=10

30、0.524 kPa，=38.826 kPa 当 xa=0.01 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。 2.3.4 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，120=所以平均相对挥发度：=2.3.5 最小回流比 Rmin由于泡点进料，则xq= xfRmin= = =0.81回流比R=

31、1.5Rmin=1.22.3.6 操作线方程相对挥发度：=2.43.所以平衡方程为 y=Y1=xD=0.999带入平衡方程可得x1= 精馏段操作线方程 液相平均温度：(80+84)=82 在平均温度下查得=814.8 kg/m3，=802.9 kg/m3 液相平均密度为： 其中，平均质量分数所以， =813.8kg/m3精馏段的液相质量流量L=RD=1.2*8809.4=8995.44 kg/h精馏段的液相体积流量:精馏段气相质量流量 V(R+1)D2.27496.2=16491.64 Kg/h， 平均压力：(101.3+100.5)=100.9 kPa,标准状况下的体积：V0=操作状况下的体

32、积：V1=4736.06m3/h气体负荷：Vn=0.855m3/s气体密度： =5.35 kg/m3精馏段操作线方程：提馏段操作线方程 平均温度：(84+120)=102在平均温度下查得=812.5 kg/m3，=802.6kg/m3液相平均密度为：其中，平均质量分数所以， =806.73kg/m3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：LL+qF=8995.4+18900=17895.4kg/h提馏段液相体积流量提馏段气相质量流量 VV-(1-q)FV=16491.64 kg/h平均压力：(101.3+133)=117.15kPa标准状况下的体积：V0=操作状况下的

33、体积：V1=4736.06=3078.44m3/h气体负荷：Vm =m3/s气体密度：= kg/m3提馏段操作线方程：第三章 设备的计算第三章 设备的计算3.1 塔径的计算本设计采用F1重阀浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距HT=0.45 m，溢流堰高hc=0.05 m。3.1.1精馏段塔径的计算求操作负荷系数C 精馏段功能参数：()=()=0.044 塔板间有效高度H0=HT-HC=0.45-0.05=0.40m 查斯密斯图得负荷系数：C20=0.067。 又查得82时，苯的表面张力为：22.08mN/m 甲苯的表面张力为：22.19mN/m 精馏段苯甲苯溶液的平均组成为：苯：(0.999+

34、0.843)=0.921wt 则含甲苯为：1-0.921=0.079 wt所以表面张力：=0.92122.08+0.07922.19=22.088mN/m 所以：C= C20 =0.068最大流速UmaxUmax= C =0.068 =0.84 m/s空塔气速u=0.7Umax=0.840.7=0.588 m/s求塔径D D=3.1.2 提馏段塔径的计算求操作负荷系数C 提馏段功能参数：（）=()=0.09查斯密斯图得C20 =0.0662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：苯：(0.01+0.843)=0.42 甲苯：1

35、-0.42=0.58平均表面张力： =0.4218.49+0.5819.18=18.89mN/m所以C= C20 =0.065求提馏段Umaxmax= C=0.065=0.79 m/s空塔气速=0.7max=0.70.79=0.553 m/s求塔径=1.49 m对全塔，圆整后塔径D=1600 mm塔截面积为: 2.01m2实际空塔气速: m/s3.2 理论塔板数计算3.2.1 求最小理论塔板数Nm：根椐芬斯克公式：Nm= = =11.753.2.2 理论板数的计算 由 =0.182查吉利兰图得：则： 所以：N22.6， 取整数N=23块（包括蒸馏釜）。3.2.3 进料板位置84时，84=所以精

36、馏段的平均相对挥发度：=2.57所以：Nm，1= = =4.46则：=0.46所以：9.1因此，取第十层理论板为进料板。3.2.4 计算板效率求平均相对挥发度与平均粘度的积(、)塔顶塔底平均温度为：(80+120)=100100时：=0.24510-3Pa.S =0.26510-3Pa.S则：= xf+ (1-xf)=0.24510-30.864+0.26510-3(1-0.864)=0.247710-3PaS所以：=0.24810-32.43=0.60310-3Pa.S查板效率与关联图得： 板效率：E=0.553.3 实际塔板数板效率：E=0.55所以实际板数为：=41.1 块=42块实际精

37、馏段板数：=16.5块=17块实际提馏段板数：Ne2=42-17=25块3.4 塔内件设计 3.4.1 溢流堰设计塔板上的堰是为了保持塔板上有一定的清液层高度，若过高则雾沫夹带严重，过低气液接触时间短，都会降低板效。根椐经验，取清液层高度hL=0.05，本设计选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。堰长取Lw=0.66D=0.661600=1056mm堰高：hw=hl-how采用平直堰，堰上液层高度how how=E() -(a)提馏段及精馏段计算结果如表3-1：表3-1精馏段提馏段溢流强度i，i=L/Lw,m3/(h.m)i=12.27i=24.886i=5-25适合要求适合要求求E，由(L/Lw

38、2.5查图=12.68=25.71E=1.024E=1.021堰上液层高度howhow=1.02412.682/3how=1.02124.8862/3由(a)计算=0.0155=0.0115堰高hw=0.05-0.0155=0.0345hw=0.02504圆整到hw=0.035hw=0.0263.4.2 降液管设计Lw=1056mm，=0.66查阅化工原理(下)天津科学技术出版社，得到：=0.14，=0.079Wd-降液管弓形宽度mAf-降液管弓形面积m2AT-塔截面积m2Wd=0.141.6=0.224mAT=D2=3.14(1.6)2=2.0096m2Af=2.00960.079=0.15

39、88m2降液管容积与液体流量之比为液体在降液管中的停锱时间t，一般大于5S，即：t=精馏段：t=19.855S提馏段：t=9.795S故降液管底隙高度H0，对弓形降液管，管口面积等于底隙面积，即有：H0=，取=0.2m/s，则：精馏段：H0=0.017m提馏段：H0=0.035m3.4.3 塔板布置及浮阀数目与排列塔板布置因D故塔板采用分块板式塔板， 表3-2塔径/mm800-12001400-16001800-20002000-2400分块数3 4 56经查表3-2得，塔板分为三块。浮阀数目与排列取阀孔动能因子F0=10,计算如表3-3：表3-3精馏段提馏段U0=U0=4.325U0=4.2

40、76每层浮阀数N=N=195N=193取边缘高度Wl=0.06m泡沫区宽度Ws=0.10m浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距t=75mm=0.075m,因塔板采用分块式，各分块板的支承与衔接也要占去一部分鼓区面积，因此排间距取=65mm=0.065m,按t=75mm,=65mm.以等腰三角形叉排方式作图。排得阀数200。 图3-1浮阀孔排列图排得阀数为200个，按N=200个重新换算F，计算结果如表3-4：表3-4精馏段提馏段U0=4.217m/s=4.125m/sF0=U04.217=9.754.125=9.65阀孔动能因素变化不大，仍在9-12之间。塔板开孔率： =11.8

41、8%一般 1014，符合要求。3.5 塔板流体力学验算3.5.1 气相通过浮阀塔的压降 干板阻力 精馏段以及提馏段干板阻力的计算如表3-5：表3-5精馏段提馏段Uoc=1.825Uoc=4.192m/sUoc=4.140m/s因为U0UocU0UocHc=5.34Hc=5.34=0.031Hc=5.34=0.032 板上充气液层阻力。取充气系数0=0.5 hl=1hL=0.50.05=0.025 液体表面张力所造成的阻力很小，可以忽略。 所以hp=hc+hL 对精馏段：hp=0.025+0.031=0.056 对提馏段：hp=0.025+0.032=0.0573.5.2 淹塔 为防止淹塔，要求

42、严格控制降流管中液层高度： Hd(HT+hw) Hd=hp+hL+hd气体通过塔板的压降相当的液降高度hp精馏段hp=0.056m 提馏段hp=0.057m 液体通过降液管的压头损失。 因为不设进口堰：精馏段：hd=0.153()2=0.153()2=0.0062提馏段：hd=0.153()2=0.153()2=0.0060板上液层高度：hL=0.05m 所以Hd=hp+hL+hd精馏段：Hd=0.05+0.056+0.0062=0.1122m提馏段：Hd=0.05+0.057+0.0060=0.113m取=0.5 选定HT=0.45 hw=0.035则：（HT+hw）=0.5（0.45+0.

43、035）=0.2425所以Hd(HT+hw)即可防止淹塔。3.5.3 雾沫夹带 泛点率按下二式计算泛点率=100% （A）泛点率=100% （B）板上液体流经长度:ZL=D-2Wd=1.6-20.224=1.152板上泛液面积：Ab=AT-2Af=2.009-20.1588=1.692m2苯甲苯系统属无泡沫系统，物性系数K，查表得 K1 又查得表3-6：表3-6CF CF=0.093 CF=0.091由（A）式得泛点率=53.33%泛点率=56.56%由（B）式得泛点率=53.85%泛点率=53.53%由（A）、（B）算出的泛点率都小于70%，则满足雾沫夹带ev0.1kg（液）/kg（气）的要

44、求。3.6 塔板负荷性能3.6.1 雾沫夹带线泛点率=对于一定的物系和一定的塔板v，l，Ab，K，G及Zl已知，相对于ev0.1的泛点率上限可确定，得V-L关系式，按泛点率=70%计算：精馏段： 化简得：0.08131Vn+1.5667Ln=0.11即：Vn=1.353-19.27Ln提馏段： =0.7化简得：0.0826Vm+1.5667Lm=0.108即：Vm=1.31-18.97Lm由上可知，雾沫夹带线为直线。3.6.2 液泛线 (HT+HW)=Hp+Hl+Hd=Hc+Hl+H+HL+Hd忽略掉H，有：(HT+HW)=5.34+0.153()2+(1+0) HW+E()1/3因塔板结构一

45、定，物系一定，则HT，HW，H0，Lw，v，l，0和定值，U0= 式中d0，N也是定值，故上式可简化为：精馏段：0.19=Vn2+474.75Ln2+0.99Ln2/3提馏段：0.199=Vm2+112Lm2+0.99Lm2/3 此即常压塔的泛点率。3.6.3 液相负荷上限液体在降液管中停锱时间不低于5S为停留时间的上限。由=有：L= 则精馏段：Ln(max)=0.0143 提馏段：Lm(max)=0.01433.6.4 漏液线对F1重阀，以F0=5为规定气体最小负荷由F0=U05，得U0由V=d0NU0=所以：精馏段：Vn(min)=0.0392=0.516m3/s 提馏段：Vm(min)=

46、0.0392=0.511m3/s3.6.5 液相负荷下限取板上液层高度how=0.006m，作为液相负荷下限条件。L(min)=()3/2精馏段：Ln(min)=()3/2=8.6910-4m3/s提馏段：Lm(min)=()3/2=8.7310-4m3/s 图3.1 精馏段性能负荷图 3.2 提馏段性能负荷图3.7 塔底热量衡算 塔底苯蒸汽的摩尔潜热= 373KJ/Kg， 塔底甲苯蒸汽的摩尔潜热=361 KJ/Kg； 所 以 塔 底 上 升 蒸 汽 的 摩 尔 潜 热=上升蒸汽量为: V(R+1)D2.2*7496.2=16491.64 Kg/h， 所以再沸器的热流量=16491.64*36

47、1.12= 5.96106 KJ/h 因为加热蒸汽的潜热= 2177.6 KJ/Kg (t=130)， 所以需要的加热蒸汽的质量流量：= =2734.87KJ/h3.8 塔顶热量衡算 塔顶上升苯蒸汽的摩尔潜热=379.3 KJ/Kg 塔顶上升甲苯蒸汽的摩尔潜热=367.1 KJ/Kg 所 以 塔 顶 上 升 蒸 汽 的 摩 尔 潜 热= =379.29 KJ/Kg精馏段上升蒸汽量为: V(R+1)D2.2*7496.2=16491.64 Kg/h，所以冷凝器的热流量 Qc=V*rv= KJ/h因为水的定压比热容=4.174 KJ/Kg/K，冷却水的进口温度 t1=25，冷却水的出口温度 t2=

48、70， 所以需要的冷却水的质量流量 Gc= KJ/h第四章 辅助设备的计算第四章 辅助设备的计算4.1 常压塔主要尺寸设计4.1.1 壁厚选用20R钢为塔体材料，由于是常温常压操作，取壁厚Sn=10mm。4.1.2 封头采用标准椭圆封头，材料为20R钢，壁厚与塔体相同，即：Sn=10mm4.1.3 裙座以Q235-A钢为裙座材料，壁厚为10mm，内径取塔圆整后的内径D=1600mm，高度为2m，裙座与简体的连接采用对焊不校核强度。4.1.4 塔高设计精馏段有效高度计算：Z =(Ne -1)*HT=(42-1)*0.45=18.45m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

49、两端空间,上端头留1.5m，下端留 3.0m, 所以，最后的塔体高为： H=4.1.5 基础环设计基础环用Q235-A钢，内径取900mm，外径为1500mm，基础环高取40mm，螺栓选用M36螺栓20颗。4.2 公用工程规格4.2.1 电对输入的动力电源的要求，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：对于电动机，使用380伏交流电；正常照明用220/380伏交流电，事故照明用220伏直流电；电器部分控制，信号及继电保护用220伏直流电；仪表电源用100伏和24伏。4.2.2 冷却水温度：供水温度为常温，回水温度为进水温度+10；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，不另设接力泵，因此，回水压力设为0.4 MPa（G），供水压力取0.6 MPa（G）。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 ；中压蒸汽取2.0 MPa（G）。导热油：制氢工序及加氢反应器等部分工号加热器用到导热油，设计温度：250。第五章 轻苯精制中的危害因素与防护第五章 轻苯精制中的危害因素与防护 车间内的所有原料、生产的产品及中间馏分均为易燃、易爆、有毒、易挥发的气体，因此精苯车间要特别注意防火、防爆、防雷