【正文】 被除去,達到脫酸的目的。銨鹽經(jīng)加熱分解,放出氨氣。利用溶劑體系與環(huán)烷酸的沸點差,將溶劑和氨蒸發(fā)回收,并得到環(huán)烷酸產(chǎn)品。由于反應(yīng)中生成的環(huán)烷酸銨是一種陰離子表面活性劑,它在油和溶劑界面上的有序排列,使劑油兩相在混合過程中產(chǎn)生乳化,兩相分離困難,溶劑中的乙醇在化學(xué)萃取過程中起防乳化和破乳作用。 反應(yīng)方程式 反應(yīng)試劑：氨氣或液氨（NH3） 反應(yīng)：RCOOH + NH3— RCOONH4 再生：RCOONH4— RCOOH + NH3 ↑ 溶劑：乙二醇、一次蒸餾水3. 系統(tǒng)與流程 系統(tǒng)組成 裝置由以下系統(tǒng)組成：反應(yīng)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、氨氮回收系統(tǒng)。 工藝流程 裝置工藝物料流程草圖 裝置工藝物料流程圖直餾柴油氨精制工藝的流程見附圖一。原則工藝流程概述如下: 原油與循環(huán)回來的乙二醇的液進入混合器與氨氣、原油進行混合反應(yīng)，反應(yīng)液進入液氨分離器，多余的液氨從頂部回至混合器，底部物料進入靜態(tài)分離器，分為兩股物流：油相（上層），溶劑相（下層）。油相進入柴油汽提塔，從塔頂流下，塔底用氮氣汽提，塔底得到粗柴油，進入柴油儲藏罐，塔頂產(chǎn)物為氨氣和氮氣循環(huán)利用；溶劑相加熱后從中間進入乙二醇汽提塔，塔底用氮氣汽提，塔頂?shù)玫桨睔夂偷獨?，與先期的柴油汽提塔得到的氮氣和氨氣進入緩沖罐，塔底得到環(huán)烷酸和乙二醇，然后進入靜態(tài)分離器，塔頂?shù)玫酱汁h(huán)烷酸，進入環(huán)烷酸罐，塔底得到乙二醇。氨氣和氮氣進入緩沖罐以后，冷卻，再用壓縮機壓縮，然后進入液氨分離罐，底部液氨進入液氨儲存罐，頂部氮氣作為循環(huán)氣體進行熱量提供。 附圖1 裝置帶控制點流程（見CAD圖“裝置帶控制點流程圖”）三、物料衡算與能量衡算一）物料衡算1. 計算原理：質(zhì)量守恒定律2. 計算所需數(shù)據(jù)的匯總表表一 茂石化直餾柴油相關(guān)數(shù)據(jù)初餾點10％50％90％95％冷濾點220℃260℃ 295℃343℃361℃3℃凝固點閃點硫含量密度十六烷指數(shù)酸度6℃81℃%210mgKOH/100ml表二 計算需求數(shù)據(jù)匯總年工作量年工作時間脫酸率油/劑比M(環(huán)烷酸)M(環(huán)烷酸銨)30萬噸8000h97%表三 環(huán)烷酸酸值及分子量mg KOH/gM(環(huán)烷酸)150200270300：30萬噸/年=37500kg/h 對靜態(tài)混合器的物料衡算 原料的進料速度為37500kg/h 對氨氣分離罐的物料衡算因為在此罐中，有2%的氨氣溶于精制柴油中，有10%氨氣溶于萃取相中。所以餾出的氨氣為： 對沉降塔1的物料衡算在精制柴油中，還有酸度為5mgKOH/100ml的環(huán)烷酸。 對柴油汽提塔的物料衡算一般情況下，氮氣的進料量為原進料的5% , 對乙二醇汽提塔的物料衡算假設(shè)氮氣的進料量為原進料的5% ,假設(shè)規(guī)定含有4%的氨氣隨著環(huán)烷酸走 對沉降塔2的物料衡算2） 能量衡算77三）計算數(shù)據(jù)匯總表 （單位：kg/h）設(shè)備進柴油進乙二醇進氨氣出純柴油出氨氣出乙二醇出環(huán)烷酸銨靜態(tài)混合器375001500015000設(shè)備進純柴油進乙二醇進氨氣進環(huán)烷酸銨出氨氣出原料——氨氣分離罐15000——設(shè)備進純柴油進乙二醇進氨氣進環(huán)烷酸銨出精制柴油出萃取相——沉降塔115000——設(shè)備進純柴油進乙二醇進氨氣進氮氣出無氨氣精制柴油出氮氣出氨氣柴油汽提塔15000設(shè)備進萃取相進氮氣出氮氣出氨氣出乙二醇出環(huán)烷酸——乙二醇汽提塔15000——設(shè)備進乙二醇進氨氣進環(huán)烷酸出乙二醇出粗環(huán)烷酸————沉降塔21500015000————四）物料衡算與能量衡算說明1 原料與產(chǎn)品規(guī)格原料為茂石化直餾柴油常二線產(chǎn)品，具體性質(zhì)如下：初餾點220 混合柴油 10％260 凝固點 650％ 295 冷濾點 390％343 十六烷指數(shù) 95％361 酸度 210mgKOH/100ml 閃點 81此外還有液氨、氮氣，乙二醇產(chǎn)品純度為98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）設(shè)計規(guī)模：30萬噸/年直餾柴油，按照8000小時開工計算，因此進料流量為37500kg/h。設(shè)計要求：脫酸精制后柴油酸度：主要產(chǎn)品：脫酸柴油 環(huán)烷酸含量≤5mgKOH100ml1副產(chǎn)品：粗環(huán)烷酸 環(huán)烷酸含量≥80w% ，純酸值≥200mgKOHg1，粗酸值≥160 mgKOHg1 ，達到SH/T0092一級品中75號酸要求。2 技術(shù)分析 反應(yīng)原理反應(yīng)：RCOOH + NH3— RCOONH4 再生：RCOONH4— RCOOH + NH3 ↑本裝置采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度2530℃， KPa 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：該反應(yīng)為一元酸與氨的反應(yīng)。該反應(yīng)過程為可逆的反應(yīng)，但是在2530℃下不易分解，副反應(yīng)少，則選擇性為99%。轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為液相反應(yīng)，且液氨過量進行反應(yīng)。因此環(huán)烷酸的轉(zhuǎn)化率在99%。3 工藝流程敘述 工藝流程圖如下：MIXER:靜態(tài)混合器H、HE：換熱器SEP1:氨氣分離罐CJTCJT2：沉降塔SEP3:氣液分離罐PP2：泵HHHH4：加熱器M2：緩沖罐FL：分流器CYQTT：柴油汽提塔COOLER：冷凝器YRCQTT：乙二醇汽提塔COMP：壓縮機 工藝流程介紹裝置由以下系統(tǒng)組成：反應(yīng)系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、氨氮回收系統(tǒng)。（1）反應(yīng)系統(tǒng)：設(shè)備：靜態(tài)混合器，原料直餾柴油、乙二醇、氨進入靜態(tài)混合器MIXER。（2）分離系統(tǒng)：氨氣分離罐，反應(yīng)產(chǎn)物進入氨氣分離罐SEP1，設(shè)備塔1：沉降塔CJT1（罐），氨氣分離罐來的液相產(chǎn)物進入沉降塔CJT1，塔頂出柴油，萃取相（乙二醇和環(huán)烷酸銨鹽）從塔底出；設(shè)備塔2：柴油汽提塔CYQTT（用填料塔），塔CJT1來的柴油經(jīng)換熱升溫后從塔上部進入塔CYQTT，塔底通入氮氣（或水蒸汽）汽提，塔頂出氨氣和氮氣，柴油從塔底出，去成品罐（柴油罐）；設(shè)備塔3：乙二醇汽提塔YRCQTT（用填料塔），塔CJT1來的萃取相經(jīng)換熱熱升溫后從塔上部進入塔YRCQTT，塔底通入氮氣（或水蒸汽）汽提，塔頂出氨氣和氮氣，乙二醇和環(huán)烷酸從塔底出；設(shè)備塔4：沉降塔CJT2（罐），塔YRCQTT來的乙二醇和環(huán)烷酸混合物從塔中部進入塔CJT2，塔頂出粗環(huán)烷酸，塔底出乙二醇，去乙二醇罐。（3）氨氮回收系統(tǒng)：設(shè)備：氨壓縮機COMP，冷卻器COOLER，緩沖罐M2，液氨罐，氮氣罐，氣液分離罐SEP3；塔CYQTT和塔YRCQTT頂出來的氨氣和氮氣去緩沖罐，從緩沖罐出來進入氨壓縮機，壓縮后進入冷卻器，冷卻降溫后進入氣液分離罐，氮氣去氮氣罐，液氨去液氨罐。加熱爐：提供塔3和塔4所需熱量，用氮氣（N2）作熱載體；氮氣罐來的氮氣進入加熱爐，加熱升溫后去塔CYQTT和塔YRCQTT底。4 物料衡算說明，根據(jù)何錦驕的論文《醇氨法精制直餾柴油的研究》得知，環(huán)烷酸反應(yīng)生成環(huán)烷酸銨鹽的適宜溫度為3060℃?！陡咚嶂挡裼铜h(huán)烷酸的結(jié)構(gòu)組成》得知，酸值增加、環(huán)烷酸的平均分子量增大，柴油進料時的酸度為210mgKOH/100ml， KOH/g，得出環(huán)烷酸的估計分子式為C13H25COOH?！妒蜔捴乒に噷W(xué)》查知，汽提塔所用蒸汽量是循環(huán)使用的，一般用量為進料量的3%左右?！董h(huán)烷酸模型化合物酯化反應(yīng)體系的熱力學(xué)分析》研究得知， KJ/(kg℃)，環(huán)烷酸銨鹽的定壓比熱為： KJ/(kg℃)，由于各物質(zhì)的熱容隨溫度、壓力變化不大，因此視作平均熱容。，一些其他物質(zhì)的物性參數(shù)來源于《化工計算》與《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊》等。 設(shè)備工藝設(shè)計1） 柴油汽提塔工藝計算及設(shè)備選擇①通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標(biāo)示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。散裝填料規(guī)格的選擇。散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN1DN2DN3DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小塔徑中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。本課設(shè)處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用50mm。②規(guī)整填料規(guī)格的選擇。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有12150、250、350、500、700等幾種規(guī)格。同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分類要求、通量要求、場地要求、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。應(yīng)當(dāng)指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料，也可以使用同種類型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。綜上所述選用50mm聚丙烯鮑爾環(huán)填料 DN50，：比表面積a：100 空隙率：干填料因子at：130m1 國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)見表1。表1 國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)材質(zhì)外徑d，mm外徑高厚dHδ比表面積at，m2/m3空隙率ε，m3/m3個數(shù)n，個/m3堆積密度ρp，kg/m3干填料因子at/ε3，m1塑料253850762525383850507676213151100724830015800630018308582767328520013092 167。 1）液相物性數(shù)據(jù)對脫吸過程，由手冊查得80℃時柴油的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：表面張力為：氨在柴油中的擴散系數(shù) 2）氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體的平均密度為：混合氣體的粘度可近似取空氣的粘度，查手冊的80 ℃空氣的粘度為氨氣在空氣中擴散系數(shù)為3）氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，80℃時氨在柴油中相平衡常數(shù)m=，溶解度系數(shù)H=()167。 氨在柴油中溶解度為 x2=%柴油的質(zhì)量比為 X1=%進塔氣相質(zhì)量比為 y1=0, 出塔氣相質(zhì)量比為 y2=x2*m=%進塔液相流量為 L= kg/h該脫吸過程屬于低濃度脫吸，平衡關(guān)系為直線，最小氣液比可按下式計算，即取操作液氣比為：167。 采用Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速。氣相質(zhì)量流量為液相質(zhì)量流量為Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為查Eckert圖得 查表得聚丙烯鮑爾環(huán)填料平均值為圓整塔徑，取D==1000mm泛點率校核： ~，合格填料規(guī)格核算液體噴淋密度核算取最小潤濕速率為 查表得聚丙烯鮑爾環(huán)DN50的比表面積=U= U經(jīng)以上核算可知，選用D=1000mm合理圖1 填料層的泛點和壓強降的通用關(guān)聯(lián)圖（ECKERT圖）吸收因數(shù)為A=氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算查常見材質(zhì)的臨界表面張力值表液體質(zhì)量通量為得=氣膜吸收系數(shù)由下式計算則：液膜吸收系數(shù)由下式計算：則：由查常見填料的形狀系數(shù)表得： 所以需要按下式進行校正： H=Z=HN==取=設(shè)計取填料層高度為對聚丙烯鮑爾環(huán)填料，取h=計算，故不需要分段。 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標(biāo)為查表得聚丙烯鮑爾環(huán)壓降填料因子平均值為： 縱坐標(biāo)為查Eckert通用關(guān)聯(lián)圖得：則填料塔的壓強降為 =，167。 該解吸塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低，故選用槽式液體分布器。根據(jù)Eckert的散裝填料塔分布布點密度推薦值，D大于或等于1200mm時取噴射點密度為42點/m，因該塔液相負(fù)荷較大，現(xiàn)D=1000mm,設(shè)計取噴射點密度為120點/m則布液點數(shù)為取100點.按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為160mm。分布點采用三角形排列，實際設(shè)計點數(shù)n=134點，如下圖所示：取孔流系數(shù)，開孔上方的液位高度分別為：則， 設(shè)計取 d=填料支承結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足3個基本條件：①。②要有足夠的強度承受填料的重量，并考慮填料孔隙中的持液重量。③要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支