【正文】 獻 ......................................................................................................................87致 謝 ..........................................................................................................................89附 錄 ..........................................................................................................................90引 言V引 言我國是以煤為主導能源的國家，同時也是目前世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，而石油和天然氣相對短缺。最后通過熱量衡算計算出換熱器和管式爐的換熱量并進行了選型，選用原料與工業(yè)萘換熱器型號為 G600Ⅳ。初餾塔塔徑為1600mm，塔高為 35500mm。111 學 號： HEBEI UNITED UNIVERSITY畢 業(yè) 設 計 說 明 書GRADUATE DESIGN設計題目： 學生姓名：專業(yè)班級：學 院：指導教師： 摘 要I摘 要萘是有機化學工業(yè)的重要原料，是煤焦油中含量最多，提取價值很高的重要組分,廣泛用于生產(chǎn)染料、增塑劑、合成纖維、橡膠、樹脂和各種化學助劑等。精餾塔塔徑為 1200mm，塔高為 27900mm。酚油冷凝器選用 S=4m2 換熱器即可，工業(yè)萘冷凝器選用 S=25m2 換熱器即可，管式爐的型號為 。煤除了直接用作燃料外，還可以通過各種化學加工生成多種有用的化學品，即這種煤的加工業(yè)為煤化工。煤焦油蒸餾分離可以得到輕油、酚油、萘油、洗油、蒽油和瀝青。此外，生產(chǎn) 95%工業(yè)萘的原料也由窄餾分(即萘油餾分) 和四混餾分 (輕、酚、萘、洗 )發(fā)展到現(xiàn)在的三混餾分(酚、萘、洗)和兩混餾分( 萘、洗 )等。生產(chǎn)附加值更高的產(chǎn)品。工業(yè)萘是煤焦油中提取的重要的化工產(chǎn)品之一。 煤焦油的發(fā)展現(xiàn)狀煤焦油是煤干餾和氣化過程中獲得的具有刺激性臭味、呈黑色或黑褐色的粘稠狀液體產(chǎn)物。我國是一個缺油、少氣，而煤炭資源相對豐富的國家，煤炭在能源結構中的比例長期以來一直維持在 70%左右，預計在未來的 50 年中，仍將占據(jù)主導地位。煤焦油加工工業(yè)作為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)河北聯(lián)合大學 XXX 學院2業(yè)已經(jīng)形成。減壓蒸餾：焦油在常壓下進行脫水，然后無水焦油在餾分塔內(nèi)進行減壓蒸餾。該工藝優(yōu)點為：常壓與減壓蒸餾相結合，節(jié)省能源；萘油餾分中萘集中度高；餾分分割較細，利于后續(xù)深加工產(chǎn)品的分離和提??；處理規(guī)模可以較大。隨著國外煤焦油深加工技術的不斷推廣，以上幾種工藝在國內(nèi)均有企業(yè)使用。洗滌工藝可間歇或連續(xù)操作。各餾分的洗滌要求餾分含酚小于 %。另外，只對脫酚酚油與甲基萘油分別進行1 文獻綜述3連續(xù)酸洗脫喹啉，加酸濃度為 30%～39%，效率分別為 %和 %。如萘、酚、蒽、菲、咔唑等，這些都不易從石油組分中合成。煤焦油下游產(chǎn)品在醫(yī)藥、染料方面有著廣泛的應用 。類似含有芳環(huán)的醫(yī)藥、染料中間體很多都可以由煤焦油提取物來合成 隨著醫(yī)藥、染料工業(yè)的不斷發(fā)展，煤焦油分離組分的需求量越來越大。二是產(chǎn)品少，高附加值產(chǎn)品更少，國內(nèi)從煤焦油加工中提取的主要化工產(chǎn)品僅有 20 余種。據(jù)衛(wèi)正義介紹，我國現(xiàn)有焦油年加工能力為 540 萬噸，在建加工能力425 萬噸，而擬建的加工能力達到 377 萬噸，投產(chǎn)后合計年加工能力達到 1340萬噸，如果在建、擬建的項目全部建成投產(chǎn)，焦油加工能力將是現(xiàn)有焦油產(chǎn)量的兩倍多，焦油加工能力面臨嚴重過剩，新建項目應慎重審批、建設。它是在1819 年發(fā)現(xiàn)并于 1821 年從熱解的煤焦油中分離出的較純固體。萘最初主要作為衛(wèi)生球及制造農(nóng)藥的原料。石油萘的出現(xiàn)在當時一方面沖擊了煤焦油萘的市場，但另一方面也促進了煤焦油萘精制技術的進步，20 世紀后半葉開發(fā)了加氫脫硫精制技術及一些先進的結晶法技術。 工業(yè)萘的發(fā)展概況我國萘的供應來源包括自產(chǎn)和進口兩種渠道，2022 年我國消費的工業(yè)萘約80%由國內(nèi)自產(chǎn)，約 20%來自進口。多年來，由于我國煤焦油加工業(yè)的發(fā)展滯后于工業(yè)萘市場需求的發(fā)展，導致國產(chǎn)工業(yè)萘不能滿足國內(nèi)需求，每年需要大量進口工業(yè)萘。我國很少出口工業(yè)萘及精萘，最多的年份也才出口 300 多 t，近幾年我國工業(yè)萘消費量逐年增長，2022 年表觀消費量約為 萬 t；2022 年上升到 29 萬 t；2022 年繼續(xù)增長，達到 41 萬 t。雙爐雙塔蒸餾工藝有兩臺蒸餾塔和兩臺加熱爐組成。工業(yè)萘由蒸餾塔的側線采出。即在初餾塔切取酚油餾份，在精餾塔切取工業(yè)萘和甲基萘油餾份，兩臺蒸餾塔由一臺加熱爐供熱。生產(chǎn)萘的原料油主要是餾程為 210℃~230℃的萘油餾分。精餾河北聯(lián)合大學 XXX 學院6法有好多種流程,如連續(xù)和間歇。目前應用最廣的是雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝。大規(guī)模生產(chǎn)要求盡量提高萘油餾分的萘集中度,以優(yōu)化工業(yè)萘制取工藝。精餾法有多種流程，如連續(xù)和間歇：常壓和減壓等。精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘是一種比較新的工藝，它需設備投資少，處理量大，對原料要求不高，可以用洗油也可以用混合餾分作為原料。隨著微機的應用，單爐、單塔連續(xù)精餾工藝有發(fā)展前途。由初餾塔頂逸出的酚油氣經(jīng)初餾塔的第一冷縮器5.，將熱量傳遞給鍋爐給水使其產(chǎn)生蒸汽。為了利用萘塔頂萘蒸汽的熱量，萘塔采用加壓操作?；亓鞑鄣奈茨龤怏w排入排氣冷卻器冷卻后，用壓力調(diào)節(jié)閥減壓至接近大氣壓，再經(jīng)過安全閥噴出器凝縮器15而進入排氣洗凈塔。從油水分離器 6 的地步間歇排出少量的酚油和水至酚油槽 8，酚油槽中積累的油水混合物倒油泵倒入洗滌器脫水后，既得酚油，再將其與焦油蒸餾所得的酚油混合脫酚，脫酚后的精酚油送往油庫酚油成品槽。開停工時，塔內(nèi)油及水可從塔底放至地下放空槽。經(jīng)堿洗后溫度為 8090℃的原料，經(jīng)靜置脫水后，由原料泵 2 從原料槽 1 中抽出，打入原料與工業(yè)萘換熱器 3，與從精餾塔 5 頂部來的溫度為 218℃的萘蒸汽盡興熱交換使溫度升至 210215℃，再進入初餾塔 4。流入精餾塔底貯槽的殘油為 245—250℃溫度，被精餾塔熱油循環(huán)泵抽出，一部分打入精餾塔管式爐 6，被加熱至 275—282℃部分氣化后，又回入精餾塔內(nèi)部，供作精餾的熱量。為進一步濃縮，采用壓榨的方法。離心分離所得的萘油仍含萘 30%~35%，為提高萘回收率將二遍萘油脫酚后打入焦油中。本設計采用單爐雙塔的生產(chǎn)工藝流程，即該工藝采用一個管式爐兩個蒸餾塔，初餾塔保持近常壓操作，精餾塔也常壓操作以便將萘塔塔頂?shù)妮琳羝淠裏嶙鳛槌躔s塔原料液的加熱源達到回收廢熱，節(jié)省能耗的目的。 物料衡算 計算依據(jù)①采用已洗酚萘洗混合餾分作為原料，連續(xù)精餾制取工業(yè)萘全年工作日330 天，每日工作時間 24h，三班制。取四氫化萘為輕關鍵組分，萘為重關鍵組分，則，原料進料量：（摩爾分數(shù)） ， （摩爾分數(shù)）%fX?Ⅰ %fX?Ⅱ該工藝假設輕關鍵組分在餾出物中的濃度為 （摩爾分數(shù)） ，輕關鍵組分在殘液中的濃度為 （摩爾分數(shù)） 。4?56789?101?由于進料量為 ，從相對揮發(fā)度可以看出硫雜茚、二甲酚、喹啉為中間組分，初定餾出液和釜液的分配比進行物料衡算。因此設塔頂壓力為 。1，2，4三甲苯(1)、茚 (2)、對甲酚 (3)、四氫化萘(4)、萘(5)、硫雜茚(6)、二甲酚(7)、喹啉(8)、β甲基萘(9)、二甲基萘(10)、苊(11)分別為 ，與121y?、成平衡的液相組成為 ，各組分在塔頂下物質(zhì)的飽和蒸121y?、 12x?、氣壓為 ，塔頂操作總壓力 。初塔頂溫度為 190℃。表 28 塔頂組成組分 0iP?yy?1,2,4三甲苯 茚 對甲酚 四氫化萘 萘 合計 ― ― 而萘在 195℃下相平衡常數(shù) ， ，???? ，在允許范圍內(nèi)，因此塔頂溫度為 195℃。將235℃下的 及 值列于表 29。?平 均則： ==?平 均根據(jù)芬斯克方程計算最小理論板數(shù)（不包括再沸器）： +1 ???????????????????????????????平 均所以最小理論塔板數(shù) 。.? 精餾塔的工藝計算1).塔操作條件的確定（1） 操作壓力的確定由于初餾塔為近常壓操作。451y?、 451y?、 451x?、各組分在塔頂溫度下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為 ，塔頂操作總壓力 。?y表 211 塔頂組成組分名稱 0iPyy?四氫化萘 萘 硫雜茚 二甲酚 喹啉 β甲基萘 2 設計內(nèi)容23合計 ― ― 由于萘在 下相平衡常數(shù) ，而 ，誤20℃ ????差為: ，在允許范圍內(nèi)，因此塔頂溫度為 。0iiNP??因此，上式可簡化為： ??對于該工藝確定塔底溫度時， ??采用試差法確定塔底溫度，由于塔底溫度一般控制在 左右，因此設270℃塔底溫度為 ，將 下 及 值列于表 212。?Ⅰ ?Ⅰ重關鍵組分在餾出物和釜液的濃度為： ，?Ⅱ ?Ⅱ設 一 β甲基萘在 塔頂、塔底相對揮發(fā)度平均值?平 均則： ==?平 均根據(jù)芬斯克方程計算最小理論板數(shù)（不包括再沸器）： +1 ??????????????????????????????????平 均所以最小理論塔板數(shù) （不包括再沸器） 。故sVDL???RD?sVR??回流狀態(tài)參數(shù)： 21()rtc??式中：—酚油汽化熱 kcal/kg，r—塔頂氣相溫度，℃，2t—酚油回流溫度，℃，1， —酚油分別在 0～ ℃和 0～ ℃的平均比熱c21t2tkcalg?℃查得手冊煉焦化產(chǎn)理化常數(shù)知： 設酚油回流溫度 =100℃?1t河北聯(lián)合大學化學工程學院26冷液回流，查手冊焦化設計參考資料知： ，??℃??℃因此 (9.).64.?????精餾段的氣相負荷為： ???在塔頂狀態(tài)下氣相流量： s??氣相重度的計算：由于酚油平均分子量 10M?故， . kgh?氣相重度： ?② 精餾段液相負荷精餾段液相負荷按下式計算： ????查手冊得：酚油 20℃的比重 ，酚油餾分在塔頂溫度下的重度按式 計算，20()tt????式中， ——系數(shù)（酚油取 ）?則， (195)8kg????在塔頂狀態(tài)下的液相流量： ??2）提餾段氣相、液相負荷①提餾段的氣相負荷提餾段的氣相負荷按式 計算，39。235kt?℃因此，進料狀態(tài)參數(shù) ，??39。 39。2， —分別為混合餾分在 0~235℃，0~210℃的平均比熱 。 l?????、8—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的汽化熱 kcl查手冊知39。39。..進料層氣相壓力： ?????進頂?shù)?底 實NP式中：——進料板層數(shù)。39。??????液相重度： ，??39。表213 不同區(qū)域的的氣相、液相計算值名稱 精餾段 提餾段氣相流量 、sV39。 km8k 精餾塔工藝負荷的計算1). 精餾段氣相、液相負荷① 精餾段氣相負荷精餾段氣相負荷由于無側線采出按下式計算，sVDL???而， 。1????sVF式中：—入塔原料量 ，F(xiàn)kmolh—進料狀態(tài)參數(shù)39。39。rkcalg， —分別為進料塔板和入塔物料的溫度 ℃，39。c39。?℃????39。 ?????????rt提餾段的氣相負荷為： 39。 . mhs????氣相重度為： ????39。 39。 ?精餾段、提餾段的氣液相負荷見下表214。 . 液相重度 、?39。39。LVWC????——提餾段物系的負荷系數(shù)。???????酚359. 3dn?萘 ??因此原料在235℃下的表面張力：39。39。 . .024LVWCms????????設計采用空塔氣速為： ，max(~85)0..89W精餾塔徑： 4134..9sVD????因此選用初餾塔徑 60則，塔截面積： 則實際空塔速度：精餾段： ????河北聯(lián)合大學化學工程學院34提餾段： ????將精餾段、提餾段的工藝計算值列于下表，見表215。39。39。C?板間距與板上清液高度與精餾段相同， ???因此???????????????由不同分離空間下動能參數(shù)與負荷系數(shù)之間的關系圖查得 2039。39。20 20dync取板間距 ，塔板上清液層高度 ，則分離空間為：.4THm??.??由于， 由不同分離空間下動能參數(shù)與負荷???????????????系數(shù)之間的關系，查smith關聯(lián)圖得 。 氣相重度 、?39。2???Ldt查手冊知己進料混合餾分在20℃的比重 ，式中，系數(shù) ?故， ??39。 339。N進——總塔板數(shù)。2139。. l?????其中,、8—分別為酚油、工業(yè)萘、洗油的汽化熱 kcl查手冊知, ，39。2， —分別為混合餾分在在 0~240℃,0~235℃的平均比熱 。 39。240kt?℃因此，進料狀態(tài)參數(shù) ，??39。將萘在汽化冷凝器中冷卻至 100~110℃對于該工藝取110℃， 查手冊知： ,??℃246℃因此， ??.??????精餾段的氣相負荷為： .????在塔頂狀態(tài)下氣相流量： . s??氣相重度的計算： =.90867sVMkg???萘 均② 精餾段液相負荷精餾段液相負荷按下式