【文章內(nèi)容簡介】 7 期短，投產(chǎn)快，投資收回時間短。 ⑤ 采用低溫粗苯加氫工藝，裝置運行安全性能較高。 ⑥設(shè)計中充分利用工藝生產(chǎn)過程中的余熱換熱，以降低能耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。 ⑦ 溶劑無毒性，整個工藝過程幾乎不產(chǎn)生廢渣和廢液，基本上消除了三廢，環(huán)保效果好。裝置內(nèi)各排放點放出的廢氣經(jīng)過集 中收集后進入廢氣處理系統(tǒng)，對含硫成分進一步處理，工藝過程中的事故排放氣排入火炬進行焚燒處理；廢水量很少，并且排入集中的污水處理系統(tǒng) [8]。寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 8 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 系統(tǒng)物料衡算 計算基準(zhǔn) 物料衡算中物料流量均以小時作為單位時間 物料總衡算 粗苯的年處理量為 10 萬 t，年生產(chǎn)能力工作時間定為 8000 小時，產(chǎn)品苯的純度為 %，換算單位后則為 12500kg/h，以此為依據(jù)進行下面計算。 （ 1）確定粗苯中各個組分的成份及含量 查文獻 [7]知：非芳烴（正辛烷 +環(huán)己 烷）為 %，其中環(huán)己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %；不飽和化合物（戊二烯 +苯乙烯）為 %，其中苯乙烯為 %；硫化物（吡啶 +噻吩）為 %，其中噻吩為 %； BTX（苯 +甲苯 +二甲苯）為 %，其中苯為 %，甲苯為 %； ?9C 化合物為 %，主要是（ 1， 2， 4— 三甲苯化合物）；其中輕苯為除 ?9C 以上化合物，重苯為 ?9C 以上化合物 （ 2）各個組分的分子量數(shù)據(jù)如表 21 表 21 組分分子量 項目 正辛烷 環(huán)己烷 戊二烯 苯乙烯 吡啶 噻吩 苯 甲苯 分子量 114 84 68 104 79 84 78 92 （ 3）各個組分的摩爾量的計算 hk m oln B T X / 2 ?????? ?? hk m oln / 2 ???? ??不飽和 hk m oln / 2 ???? ??非芳烴 hk m oln / 2 ???? ??硫化物 hk m olCn / )( 9 ????? ??????? hk m o lnF / ? ?????? hk m olnF / 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 9 wXW 預(yù)分餾塔 輕總 XF D1,XD 預(yù)反應(yīng)器 蒸發(fā)器 氫F 1D 12, 氫DD 損F ??? 總輕輕 FFX 預(yù)分餾塔物料衡算 如圖 21 所示 ， 設(shè)計要求餾出液中輕苯的回收率為 %，釜液中重苯的回收率為 %，飽和液體進料，物系的平均相對揮發(fā)度 α取 ，則有物料衡算式： ???????????????????????)4(9 9 9 %1 0 01()1()3(9 9 %1 0 0)2()1(111）輕輕輕XFXWFXXDFXWXXDWDFxwDwD 聯(lián)立四式求得： hk m o lWhk m o lDX D /5 7 8 ??? ?WX 確定回流比： 因為是飽和液體進料，所以有 Fq XX ? 即 : ? ? ? ? 11 111m i n ??????? ? ???????????? ?????輕輕 XXXXR DD ?? （ 21） 則 R== = 預(yù)反應(yīng)器物料衡算 如圖 22 所示，氫氣的密度取主﹑預(yù)反應(yīng)器平均溫 度下即 230℃， 時的數(shù)值， 則 3/ mkg?氫? 。 按操作要求 [10]，保證粗苯：循環(huán)氫氣 =1： 800 的原則， 又結(jié)合經(jīng)驗即氫氣循環(huán)量不低于 3800m3/h，則氫氣 循環(huán)的量為 3800=6346kg/h，即通入預(yù)反應(yīng)器 氫氣總量為 1%～ 2%，則 hk m o lF /% ???損 圖 21 預(yù)分餾塔示意圖 圖 22 預(yù)反應(yīng)器示意圖 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 10 對氣相物流衡算： 苯乙烯 + 氫氣 → 苯 + 乙烷 1 2 1 1 104 2 ?? ? X Y Z 解得： X=Y=Z= 戊二烯 + 氫氣 → 戊烷 1 2 65 2 ?? ? P 解得 ： P=則 : ? ? ???? 21 PXm 總hkgm z / ??? hkgmmFD z / 4 0 3 6 911 ??????? 總氫氫 對液相物流衡算： 損FDD ?? 21 代入數(shù)據(jù)求得 : hkmo lD /7 7 4 82 ? 主反應(yīng)器物料衡算 如圖 23 所示，對氣相物流衡算： 噻吩 + 氫氣 → 正丁烷 + 硫化氫 1 4 1 1 ? 11 YX 解得： hk m o lYhk m o lX /?? 吡啶 + 氫氣 → 戊烷 + 氨 1 5 1 1 ? 22 YX 解得： hk m o lYhk m o lX /3 4 8 ?? ? ? hkgm /5 5 2 4 0 3 5 ????總 2D氫 2D 1氫D 轉(zhuǎn)D,D3 主反應(yīng)器 圖 23 主反應(yīng)器示意圖 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 11 4D 5DD余液 萃取精餾塔 白土精餾塔 5D 損DD,6 hkgm y / ??????? hkgmmDD y / 4 7 5 2 4 0 6212 ??????? 總氫氫 對液相物流衡算： 轉(zhuǎn)DDD ?? 32 hk m o lYD / ??轉(zhuǎn)其中 （因為氫氣是過量的，所以轉(zhuǎn)化率取 100%） 則 hkm olD / ? 高壓分離器及穩(wěn)定塔物料衡算 如圖 24，對液相物流衡算： 43 DD? 對氣相物流衡算： 34 氫氫 DD ? （回收） 萃取蒸餾系統(tǒng)物料衡算 如圖 25， 余液DDD ?? 54 其中：吡啶戊二烯芳烴非余液 nnnD ??? 1 7 4 8 8 1 8 ??? hkmo l/? 則： hk m o lD /1 3 1 4 58 8 1 1 4 85 ??? 白土精制塔作物料衡算 如圖 26，由由經(jīng)驗數(shù)據(jù)知： 15 ??DD損 ‰， 則： 5665 DDDDD ???? 損 1‰ 解得： ?6D ?????苯FX 圖 24 高壓分離器及穩(wěn)定塔示意圖 圖 25 萃取精餾塔示意圖 圖 26 白土精餾塔示意圖 33, 氫DD 4D 4氫D 高壓分離器 穩(wěn)定塔 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 12 DXD 純苯7 WXW ,混合苯 純苯精餾塔 苯FXD ,6 純苯精餾塔物料衡算 如圖 27 所示，本精餾塔設(shè)計要求餾出液純苯的純度為 %即： ?DX 餾出 液中苯的收率為 99%。 由物料衡算式： ??????????? ???WDFFDXWXDXDXDXDWDD混合苯純苯苯苯純苯混合苯純苯766776 聯(lián)立上式解得： ????????//wXhk m o lWhk m o lD混合苯純苯 a. 確定回流比 因為是飽和液體進料，所以有 Fq XX ? 即 ? ? ? ? 11 111m i n ??????? ? ???????????? ? ????苯苯 FDFD X XXXR ?? 則： m in ???? RR 熱量衡算 計算基準(zhǔn) 本設(shè)計的熱量衡算中物料流量均以小時作為單位時間。 預(yù)分餾塔的冷凝器和蒸發(fā)器熱量衡算 已知數(shù)據(jù)： ?輕X 泡點進料溫度 93℃（經(jīng)驗數(shù)值），由于餾出液中二甲苯的含量很低，為簡化起見，則餾出液汽化熱按苯和甲苯組成計算。 在操作條件下苯、甲苯純組分的汽化熱分別為 390kJ/kg 和 360kJ/kg，摩爾質(zhì)量分別為 molkgM A /78? molkgM B /92?及 。 由于是 飽和液體進料，則精餾段和提餾段的蒸汽流量為： hk m o lDLVV / ??????? 提精 （ 22） 即： 圖 27 純苯精餾塔示意圖 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 13 k m olkJr m/7833908 0 7811 2 50 07 5 923608 0 9211 2 50 4???????????? 同理，釜液汽化熱按 1， 2， 4三甲苯計算即 nr 。 已知數(shù)據(jù)如下表 22： 表 22 不同溫度下的比熱容 本計算是在泡點溫度下進行的，有內(nèi)差法計算即 ? ? ?? ???? PC )/( 1 8 )/( m o lkJm o lkc a lC P ????? 則： k m o lkJr n / 4???? 已知加熱介質(zhì)及冷卻介質(zhì)的數(shù)據(jù)： ① 加熱蒸汽的溫度為 125℃，汽化熱為 r=2193kJ/kg，冷凝水在飽和溫度下排出 ② 冷卻水進出全凝器的溫度分別為 20℃及 35℃，其平均比熱容： Cp=(kg﹒℃ ) ③ 再沸器的熱損失為其有效傳熱量的 10%；全凝器的熱損失忽略不計。 計算如下： （ 1）再沸器的熱負(fù)荷 QB及加熱蒸汽消耗量 Wh hkJrVQ nB / 2 2 8 74 ??????? （ 23） 加熱蒸汽的理論消耗 hkgrQW Bh /100772193 7 ???? （ 24） 考慮再沸器的熱損失，則加熱蒸汽的實際消耗量為： ? ? hkgW h / 1 0 8 0 0 7 71 ???? （ 2）全凝器的熱負(fù)荷 QC及冷卻水消耗量 WC hkJrVQ mC / 2 8 64 ??????? 冷卻水的消耗 量 ? ? hkgttC QW P CC /)2035( 5612 ??????? 上述計算是在恒摩爾流的假設(shè)下進行。 溫度 T/K CP/cal/k﹒ mol 400k 600k 寧夏大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 第二章 系統(tǒng)物料和熱量衡算 14 純苯精餾塔的冷凝器和再沸器的熱量衡算 已知操作條件下的汽液平衡組成及對應(yīng)的平衡溫度如表 23。 表 23 汽液平衡組成及對應(yīng)的平衡溫度 t/℃