【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5%的硫酸洗滌時(shí)不飽和化合物及硫化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成復(fù)雜的產(chǎn)物。不飽和烴在硫酸作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成酸式酯，此反應(yīng)還可以深度進(jìn)行，生成三聚物和和深度聚合物。聚合物呈現(xiàn)黑褐色，簡(jiǎn)稱酸焦油，密度較大，可從混合物中分離。 噻吩能與硫酸發(fā)生磺化反應(yīng)，但是苯，甲苯，二甲苯的磺化反映速率很慢。同時(shí)噻吩還能與其他不飽和化合物反應(yīng)生成穩(wěn)定的烷基化噻吩，其沸點(diǎn)畢本的沸點(diǎn)高 60~70℃。噻吩主要集中在苯餾分中，其中不飽和化合物較少，故其中噻吩很難除去。這時(shí)可以對(duì)苯、甲苯、二甲苯的混合餾分進(jìn)行酸洗，其中不飽和化合物的含量為 4%~6%，已將噻吩及其同系物除去，切硫酸耗量少，焦油生成量也少。河南城建學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總論 2 1 設(shè)計(jì) 總論 概述 粗苯精制的生產(chǎn)工藝，是以粗苯為原料，經(jīng)化學(xué)加工轉(zhuǎn)換為氣體，液體和固體產(chǎn)物，并將氣體和液體產(chǎn)物進(jìn)一步加工成一系列化學(xué)產(chǎn)品的過程。目前粗苯精制的方法主要有酸洗精制法和加氫精制法。 酸洗精制法工藝簡(jiǎn)單，但有液體廢物產(chǎn)生。該法在我國(guó)焦化廠得到廣泛應(yīng)用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備材質(zhì)和自動(dòng)控制要求高，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，沒有液體廢物產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護(hù)。該法在我國(guó)也得到了應(yīng)用。 粗苯的主要組分及性質(zhì) 粗苯中的苯、 甲苯和二甲苯含量約占 90%以上，是粗苯精制的主要產(chǎn)品。此外，還有不飽和化合物及少量含硫、氮、氧的化合物。苯類產(chǎn)品是易流動(dòng)，幾乎不溶于水，而溶于乙醇、乙醚等多種有機(jī)溶劑的無色透明液體，極易燃燒，其蒸汽與空氣能形成爆炸性混合物。粗苯中所含的不飽和化合物的含量主要取決于炭化溫度，溫度越高，不飽和化合物的含量就越低。不飽和化合物在粗苯餾分中的分布不均勻。粗苯中所含的不飽和化合物主要是帶有一個(gè)或兩個(gè)雙鍵的環(huán)烯烴和直鏈烯烴，它們、極易聚合，易和空氣中的氧形成深褐色的樹脂狀物質(zhì)，并能溶于苯內(nèi)產(chǎn)品，使之變成棕色。故在生成過 程中，需將不飽和化合物除去。粗苯中的硫化物主要是二硫化碳、噻吩及其同系物。此外還有硫醇、硫化氫等，但含量一般很少。硫化氫在粗苯儲(chǔ)存過程中，逐漸被氧化成單體硫。硫化物在粗苯精制過程中作為有害雜質(zhì)脫除。粗苯中尚含有吡啶堿類和酚類，因含量甚少，不作為產(chǎn)品提取。 粗苯精制產(chǎn)品及用途 為了得到合格的苯類產(chǎn)品，首先將粗苯分離為輕苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的絕大部分、硫化物的大部分和近一半的不飽和化合物則集中于輕苯中。苯乙烯、古馬隆及茚等高沸點(diǎn)不飽和化合物則集中于重苯中。輕苯和重苯需分別加工。本次設(shè)計(jì)中是利用粗 苯中分離出來的輕苯進(jìn)行加工，最終得到所需產(chǎn)品。 苯的最大用途是作為生產(chǎn)苯乙烯的單體原料。環(huán)已烷和苯酚也是苯重要消費(fèi)領(lǐng)域。此外，苯也是染料、塑料、合成橡膠、合成樹脂、合成纖維、合成藥物和農(nóng)藥等的重要原料，也是涂料、橡膠、膠水等的溶劑，也可以作為燃料。甲苯用于制造糖精、染料、藥物和炸藥等，并用作溶劑。二甲苯廣泛用于有機(jī)溶劑和合成醫(yī)藥、涂料、樹脂、染料、炸藥和農(nóng)藥等。 精制在 145180℃ 范圍內(nèi)餾出的混合產(chǎn)品稱為溶劑油。溶劑油主要用作油漆和顏料工業(yè)中的溶劑。溶劑油經(jīng)分離所得的二甲苯同分異構(gòu)體及三甲苯同分異構(gòu)體河南城建學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總論 3 可 分別用于生產(chǎn)樹脂 、染料和藥物。以粗苯的初餾分為原料，經(jīng)熱餾和熱聚合得二聚環(huán)戊二烯，可用于制取單體環(huán)戊二烯。二聚物和單體物可制取合成樹脂、農(nóng)藥、香料和殺菌劑。古馬隆和茚制取的樹脂可用于制造油漆、塑料和絕緣材料。苯乙烯經(jīng)過聚合可制成用于生產(chǎn)絕緣材料的無色樹脂。二硫化碳可用作溶劑、硫化促進(jìn)劑，還可用以生產(chǎn)農(nóng)藥和磺酸鹽。噻吩可用于生產(chǎn)染料、醫(yī)藥、耐急冷急熱塑料、高活性溶劑、生物活化物質(zhì)、增亮劑及化妝品等。 粗苯精制的意義 資源 、環(huán)境和人口是當(dāng)前困擾人類社會(huì)發(fā)展的三大突出問題，這三大問題與能源都有密切關(guān)系。 能源本身就是資源，而且是重要的資源；能源大量和非潔凈的消費(fèi)造成了環(huán)境的破壞；人口的增長(zhǎng)勢(shì)必增加對(duì)能源的需求。我國(guó)是一個(gè)煤炭?jī)?chǔ)量豐富而石油和天然氣相對(duì)貧乏的國(guó)家。迄今為止，我國(guó)能源一直是以煤為主的多元化結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，這一格局也不會(huì)改變。利用我國(guó)豐富的煤炭資源，實(shí)施 “ 以煤造油 ” 和 “ 以煤代油 ” 是優(yōu)化終端能源，實(shí)現(xiàn)石油供應(yīng)多元化和保證能源安全的重大決策，符合我國(guó)國(guó)情和可持續(xù)發(fā)展的需要。而粗苯是煤造油中主要的附屬產(chǎn)品。因此粗苯的精制具有重要的意義。 文獻(xiàn)綜述 粗苯精制的方法是根據(jù)苯的組成、 性質(zhì)、產(chǎn)品的品種和質(zhì)量要求而制定的。粗苯的主要成分苯、甲苯、二甲苯等由于相鄰的二組分之間的沸點(diǎn)溫度相差較大，可用精餾方法進(jìn)行分離。而有些不飽和化合物及硫化物的沸點(diǎn)與苯類產(chǎn)品之間的沸點(diǎn)溫度相差很小，不能用精餾的方法把它們分開，要用化學(xué)的方法分離。按除去不飽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氫精制法。酸洗精制法具有工藝流程簡(jiǎn)單、操作靈活、設(shè)備投資少、材料易得，常溫、常壓下運(yùn)行，但有液體廢物產(chǎn)生。該法在中國(guó)焦化廠廣泛采用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較高所得產(chǎn)品質(zhì)量好，用途廣，售 價(jià)較高，沒有液體廢物產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護(hù)，宜在粗苯集中加工廠采用。該法在中國(guó)焦化廠也有采用?？紤]到酸洗精制法的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用酸洗精制法提取苯類產(chǎn)品。 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù) 對(duì)混合餾分進(jìn)行酸洗凈化的工藝操作，不僅要求盡可能除去其中所含的硫化物和不飽和化合物，而且要求硫酸含量低、苯族烴損失小，并使反應(yīng)盡量向形成能溶解于已洗混合餾分中的聚合物方向進(jìn)行。為此，應(yīng)對(duì)下列因素加以控制： 反應(yīng)溫度 噻吩與不飽和化合物反應(yīng)的活化能比苯族烴與不飽和化合物反應(yīng)的活化能河南城建學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)總論 4 小。因此，反應(yīng)控制在 3545℃ 比較低的溫度， 即保證了噻吩的凈化效果，又減少了苯族烴因磺化反應(yīng)及與不飽和化合物的共聚反應(yīng)而引起的損失。酸洗反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其放出的熱量取決于未洗混合餾分中不飽和化合物的含量及組成。考慮到酸洗過程的熱效應(yīng)，未洗混合餾分溫度可取為 25~30℃ 。 硫酸濃度 硫酸濃度的影響可用酸洗甲苯和二甲苯混合物的試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明：隨著硫酸濃度的增加，苯族烴與不飽和化合物的共聚反應(yīng)與磺化反應(yīng)加劇。但與共聚反應(yīng)相比，磺化反應(yīng)僅屬于從屬地位。 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)輕苯的組成和質(zhì)量來確定適宜的硫酸濃度。通常采用硫酸為 93 wt%95 wt%，耗量為 5%。 酸化 反應(yīng)時(shí)間 延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，可改善洗滌效果，但同時(shí)會(huì)加劇磺化反應(yīng)，增加酸焦油的生成量及苯族烴的損失。尤其對(duì)酸焦油的生成量顯著。一般反應(yīng)時(shí)間為 10min 左右。 組成（質(zhì)量含量）： 初餾分 1%； 苯 75%；甲苯 %；二甲苯 %；溶劑油 %。 純苯產(chǎn)品組成（質(zhì)量含量）：苯 %；甲苯 %。 純苯殘油組成（質(zhì)量含量）：苯 %。 主要原材料及公用工程情況 主要原材料為粗苯。粗苯是 煤 熱解生成的粗煤氣中的產(chǎn)物之一 ,經(jīng)脫氨后的焦?fàn)t煤氣中含有苯系化合物，其中以苯含量為 主，稱之為粗苯。粗苯主要含苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳香烴。此為還含有不飽和化合物、硫化物、飽和烴、酚類和吡啶堿類。粗苯的組成取決于煉焦配煤的組成及煉焦產(chǎn)物在碳化室類熱解的程度。粗苯使黃色透明液體，比水輕微溶于水。在儲(chǔ)存時(shí)，由于低沸點(diǎn)不飽和化合物氧化和聚合所形成的樹脂狀物質(zhì)能溶解于粗苯中，使其著色變暗。粗苯易燃，閃點(diǎn)為 12℃ 。粗苯蒸 汽 在空氣中的體積濃度為 %%時(shí)，能形成爆炸性混合物。 粗苯主要用于深加工制苯、甲 苯 、 二甲苯 等產(chǎn)品，苯、甲苯、二甲苯都是寶貴的基本有機(jī)化 工 原料。 河南城建學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)流程確定 5 2 生產(chǎn)流程確定 粗 苯精制主要有兩種方法：一種是加氫精制，另一種時(shí)酸洗精制。加氫精制發(fā)工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備材質(zhì)和自動(dòng)控制要求高。因此，此次設(shè)計(jì)采用第二種方法，即酸洗精制。在酸洗精制法中，輕苯需先經(jīng)初步精餾，把初餾分與苯、甲苯和二甲苯的混合餾分分離開來，然后對(duì)混合餾分進(jìn)行凈化處理。經(jīng)過凈化的混合餾分用堿中和后，在進(jìn)行最終精餾，以制取各類產(chǎn)品。 河南城建學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 生產(chǎn)流程說明 6 3 生產(chǎn)流程說明 輕苯在儲(chǔ)槽中靜止脫水后，用原料泵送入初餾塔進(jìn)行精餾，由塔頂逸出的初餾分蒸 汽 經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后分為兩部分，一部分作為產(chǎn)品采出，另一部分用作回流。塔底排出的混合餾分經(jīng)冷卻器 自流至中間槽，作為硫酸洗滌的原料。輕苯初餾得到的未洗混合餾分先經(jīng)預(yù)熱，然后與連洗泵前連續(xù)加入的濃硫酸混合，經(jīng)泵送往混合器。液體在泵和混合器類呈 現(xiàn) 充分的湍流狀態(tài)，以進(jìn)行酸洗反應(yīng)。液體在混合器內(nèi)停留 1min 后，送入酸洗反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)。 酸洗反應(yīng)器后的混合餾分及硫酸進(jìn)入加水混合器，連續(xù)加入占未洗混合餾分質(zhì)量 3%4%的水以停止反應(yīng)并產(chǎn)生了再生酸。然后 在 酸油分離器中停留約 1h，經(jīng)澄清分離后，再生酸和酸焦油沉積下來，混合餾分由酸油分離器上部排至堿油混合器，再堿油混合器前連續(xù)加入質(zhì)量濃度為 12%16%的堿液進(jìn)行中 和，使已洗混合餾分呈弱堿性。 帶微堿性的已洗混合餾分首先進(jìn)行吹苯（簡(jiǎn)單蒸吹），然后對(duì)吹出苯（苯族烴混合物）進(jìn)行最終精餾。 吹出苯經(jīng)開停工槽用泵連續(xù)送入純苯塔，塔頂苯蒸 汽 經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后，一部分用苯送至塔頂作回流，其余作產(chǎn)品采出。塔底純苯殘油用熱油泵送至甲苯塔，塔頂甲苯蒸 汽 經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后，一部分用泵送至塔頂作回流，其余作產(chǎn)品采出。塔底甲苯殘油同樣用熱油泵送至二甲苯塔，塔頂二甲苯 汽 經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后，一部分用泵送至塔頂作回流，其余作產(chǎn)品采出，塔底二甲苯殘油經(jīng)冷卻后入二甲苯殘油貯槽。 河南城建學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 物料衡算 7 4 物料 衡算 初餾塔物料衡算 原料：處理量 F=100 /th 組成： 序號(hào) 1 2 3 4 5 組分 初餾分 苯 甲苯 二甲苯 溶劑油及殘?jiān)? ia 初餾分組成： 序號(hào) 1 2 3 4 5 組分 二硫化碳 環(huán)戊二烯二聚環(huán)戊二烯 其它不飽和化合物 苯 飽和化合物 ia 精餾出塔初餾分為 % 在下面計(jì)算中以序號(hào)代表組分，根據(jù)題意 1 號(hào)關(guān)鍵組分（初餾分）為輕關(guān)鍵組分。 2 號(hào)組分（苯）為重關(guān)鍵組分。有精餾塔初餾分為 %可知，在精餾后初餾分完全為塔頂產(chǎn)品。 塔頂產(chǎn)品中苯的流量： hD =100? %? %= /th 塔底產(chǎn)品中苯的流量為： hW = hF hD =100? 75%= /th 對(duì)于清晰分割，即 ： 比重關(guān)鍵組分還重的組分在塔頂產(chǎn)品不出現(xiàn)，比輕關(guān)鍵組分還輕的組分在塔底產(chǎn)品中不出現(xiàn)，故對(duì)全塔作各組分的物料衡算 。 即： i i iF D W?? 各組分在兩產(chǎn)品中組成分別為 ： iDi Da D? 及 iWi Wa W? 河南城建學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 物料衡算 8 計(jì)算結(jié)果如下表： 組分 1 2 3 4 5 ? /(/ )iF t h 1 75 100 /( / )iD t h 1 0 0 0 Dia 0 0 0 /( / )iW t h 0 Wia 0 酸洗反應(yīng)器物料衡算 取初餾塔出來的溶劑油及殘?jiān)煞郑? 噻吩 %， 不飽和化合物 2%。 溶劑油及殘?jiān)髁繛?： /th 其中噻吩流量為 ： ?%= /th 不飽和化合物流量為 ： ?2%= /th 經(jīng)酸洗后余噻吩 %， 流量為 ： ?%= /th 余不飽和化合物 %， 流量為 ： ?%= /th 噻吩反應(yīng)速率為 ： = /th 不飽和化合物反應(yīng)速率為 ： = /th 所以共余溶劑油及殘?jiān)髁繛?： = /th 計(jì)算結(jié)果如下： 序號(hào) 1 2 3 4 ? 組成 苯 甲苯 二甲苯 溶劑油及殘?jiān)? 質(zhì)量 /th ia 吹苯塔物料衡算 因?yàn)?BTX產(chǎn)率為 %，殘?jiān)a(chǎn)率為 %。 則由上表可列新表得： 序號(hào) 1 2 ? 組分 BTX 溶劑 油 及 殘?jiān)? 流量 ia 河南城建學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì) 物料衡算 9 按清晰