【正文】 2 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................. 44 致 謝 ................................................................... 45 符號說明 ................................................................ 46 附 錄 ................................................................... 48 年產(chǎn) 7 萬噸苯的精餾裝置工藝設(shè)計 1 1 緒論 概 述 一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離 操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。精餾就是利用物質(zhì)中各組分沸點(diǎn)的不同，用連續(xù)或間隙精餾設(shè)備把各組分一一分離開來 !根據(jù)各混合氣體的汽化點(diǎn)（或沸點(diǎn)）的不同，控制塔各節(jié)不同溫度，達(dá)到分離提純的目的。有板式塔與填料塔兩種主要類型 .精餾塔是進(jìn)行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾蒸氣由塔底進(jìn)入，與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā) (低沸點(diǎn) )組分不斷地向蒸氣中轉(zhuǎn)移，蒸氣中的難揮發(fā) (高沸點(diǎn) )組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕? 苯，甲苯性質(zhì)及危害 甲苯 (Toluene）是最簡單，最重要的 芳烴 化合物之一。甲苯的熔點(diǎn)為 95 ℃，沸點(diǎn)為 111 ℃。sup3。甲苯幾乎不溶于水 (0,52 g/l)，但可以和二硫化碳， 酒精 ，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機(jī)溶劑中也有很好的 溶解性 。 s，也就是說它的粘稠性弱于水。 （ 2）苯的沸點(diǎn)為 ℃， 熔點(diǎn)為 ℃，在常溫下是一種無色、味甜、有芳香氣味的透明液體，易揮發(fā)。苯難溶于水， 1 升水中最多溶解 苯；但苯是一種良好的有機(jī)溶劑，溶解有機(jī)分子和一些非極性的無機(jī)分子的能力很強(qiáng)。因此，在有水生成的反應(yīng)中常加苯蒸餾，以將水帶出。在常溫下呈液體狀，無色、易燃。sup3。因此從測溫范圍來看，它優(yōu)于水銀溫度計和酒精溫度計。 甲苯不溶于水，但溶于乙醇和苯的 溶劑 中。甲苯與硝酸取代的產(chǎn)物三硝基甲苯一份甲苯和三份 硝酸 硝化，可得到 三硝基甲苯 （俗名TNT，梯恩梯），是威力很大的 炸藥 。但其 蒸汽 有毒，可以通過 呼吸道 對人體造成危害，危害等級為乙類，使用和生產(chǎn)時要防止它進(jìn)入呼吸器官。 苯與甲苯、危害及區(qū)別 （ 1）苯 由于苯的揮發(fā)性大，暴露于空氣中很容易擴(kuò)散。有研究報告表明，引起苯中毒的部分原因是由于在體內(nèi)苯生成了 苯酚 。 （ 2）甲苯 侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收；健康危害：對皮膚、 粘膜 有刺激性，對 中樞神經(jīng)系統(tǒng) 有麻醉作用； 急性中毒 ：短時間內(nèi)吸入較高濃度本品可出現(xiàn)眼及上呼吸道明顯的刺激癥狀、眼結(jié)膜及 咽部充血、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、 胸悶 、四肢無力、步態(tài)蹣跚、 意識模糊 。皮膚干燥、皸裂、 皮炎 。由于苯有毒，人體能直接接觸溶劑的生產(chǎn)過程現(xiàn)已不用苯作溶劑。在 1950 年代 四乙基鉛 開始使用以前，所有的抗爆劑都是苯。由于苯對人體有不利影響，對地下水質(zhì)也有污染，歐美國家限定汽油中苯的含量不得超過 1%。苯可以合成一系列苯的衍生物： 苯的最主要的用途是制取乙苯，其次是制取環(huán)己烷和苯酚。大約 10%的苯用于制造苯系中間體的基本原料。苯與乙烯生成乙苯，后者可以用來生產(chǎn)制塑料的苯乙烯；苯與丙烯生成異丙苯，后者可以經(jīng)異丙苯法來生 產(chǎn) 丙酮 與制樹脂和粘合劑的苯酚；制尼龍的環(huán)己烷；合成順丁烯二酸酐；用于制作 苯胺 的硝基苯；多用于 農(nóng)藥 的各種氯苯；合成用于生產(chǎn)洗滌劑和添加劑的各種烷基苯。 （ 2）甲苯是基本有機(jī)原料之一，大量由于提高辛烷值汽油組分和多種用途的溶劑。這些原料可進(jìn)一步制造合成纖維、塑料、炸藥和染料等。以苯為原料可合成 250 種以上的有機(jī)化學(xué)品，但主要衍生物為乙苯、異丙苯、環(huán)己烷和硝基苯。甲苯可成用于汽油摻和組份、溶劑及通過歧化和烷基轉(zhuǎn)移制苯和二甲苯，并可合成多種有機(jī)化學(xué)品。隨著石油化工的發(fā)展，石油苯和甲苯已為主要來源，而且苯和甲苯重要來源現(xiàn)代化的芳烴聯(lián)合裝置。 SED 技術(shù)采用環(huán)丁砜和助溶劑 COS，顯著增強(qiáng)了芳烴的溶解能力，提高了苯的收率。在加氫脫烷基技術(shù)方面，燕山石化和寶鋼集團(tuán)分別引進(jìn)的 10 萬 t/a“ Pyrotol”工藝裝置和 5 萬 t/a“ Litol”工陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 4 藝裝置早在投入運(yùn)行，并且技術(shù)又得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 20xx 年全球苯消費(fèi)量為 3700 萬 t，預(yù)計 20xx 年增至 4610 萬 t，年均增長率 %。 20xx 年全球甲苯消費(fèi)量 1660 萬 t，預(yù)計 20xx 年增至 1910 萬 t，增加 260 萬 t，年均增長率 %。 精餾塔的概念及工作原理： （ 1）概念：精餾是利用多次部分氣化和多次部分冷凝分離液體混合物的過程。蒸發(fā)出的氣相與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā) (低沸點(diǎn) )組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā) (高沸點(diǎn) )組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈 富集，從而達(dá)到組分分離的目的。塔底流出的液體，其中的一部分送入 再沸器 ，加熱蒸發(fā)成氣相返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕?。典型? 精餾設(shè)備 是連續(xù)精餾 裝置 ，包括 精餾塔 、再沸器、冷凝器等。位于塔底的再沸器使液體部分汽 化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。兩段操作的結(jié)合 ,使液體 混合物 中的兩個組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。 年產(chǎn) 7 萬噸苯的精餾裝置工藝設(shè)計 5 精餾之所以能使液體混合物得到較完全的分離，關(guān)鍵在于回流的應(yīng)用。汽液回流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相當(dāng)純凈的單組分產(chǎn)品。 主要設(shè)備 塔設(shè)備是化工、 石油化工、煉油化工和煉油等生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一，它可以使汽 汽或液 液相緊密接觸，達(dá)到相際傳熱及船只的目的。作為主要傳質(zhì)過程的塔設(shè)備，首先必須使汽（氣）液兩相能充分接觸，已獲得高的傳質(zhì)效率。 因?yàn)榘迨剿幚砹看?，效率高，清洗檢修方便且造價低，故工業(yè)上多采用板式塔。 Ⅱ．篩板塔：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，篩板塔壓降小，液面落差小，生產(chǎn)能力及塔板效率都比泡罩塔高，故應(yīng)用廣泛。但泡罩塔版結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，安裝檢修不方便，生產(chǎn)能力小。當(dāng)氣速變化時開啟大小可以自動調(diào)節(jié)，因此它的操作“彈性 ” 大 ,適于生產(chǎn)量波動和變化情況。 氣液兩相接觸充分，因此塔板效率較高，一般比泡罩塔高 15%左右。 浮閥塔與泡罩塔相比結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易，檢修方便，因此制造費(fèi)用僅是泡罩塔的 60%～ 80%。但是，對于較粘性蔽體或液體中有固體顆粒介質(zhì)都不宜采用浮閥塔，因?yàn)檫@類介質(zhì)易將閥片粘住或使閥片被架起導(dǎo)致閥孔蓋不上。取材范圍廣，處理能力大，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性較大，尤其在高溫、高壓和大型裝置中使用更為普遍。 冷凝器 作用：將塔頂上升的蒸汽進(jìn)行冷凝使其成為液體，之后將一部分冷凝液從塔頂回流進(jìn)塔內(nèi)以提供塔內(nèi)下降的液流，使其與上升氣流進(jìn)行逆流傳質(zhì)接觸?？捎盟遑?fù)荷性能圖來表示塔板正常操作時氣液流量的范圍，圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為： (a)漏液線。 (b)過量霧沫夾帶線，氣體流量高于此限時，霧沫夾帶量超過允許值，會使板效率顯著下降。若液體流量過小，則溢流堰上的液層高度不足，會影響液流的均勻分布，致使板效率降低。液體流量太大時，液體在降液管內(nèi)停留時間過短 ,液相夾帶的氣泡來不及分離 ,會造成氣相返混，板效率降低。氣液流量超過此線時，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破壞。浮閥塔和泡罩塔的操作彈性較大，篩板塔稍差。 操作壓力 蒸餾操作通常在常壓、加壓和減壓下進(jìn)行。對于沸點(diǎn)低的混合物系，常壓、常溫下呈氣態(tài)，或者常壓下沸點(diǎn)甚低、冷凝較困難者，則采用加壓蒸餾確定操作壓力時，必須根據(jù)所處理物料的性質(zhì)，兼顧技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行考慮。 ． 2 加料方式 . 加料分兩種方式：泵加料和高位槽加料通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定流量，但要求搭建塔臺，增加基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用；泵加料屬于強(qiáng)制加料方式，泵加料易受溫度影響，流速忽大忽小，流量也不太穩(wěn)定，影響傳質(zhì)效率。本設(shè)計進(jìn)料可選用泵加料，泵和自動裝置配合控制。在實(shí)際的生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料可能有以下五中狀態(tài)。 2）飽和液體進(jìn)料 (q=1)原料液溫度為泡點(diǎn)的飽和液體，又稱泡點(diǎn)進(jìn)料。 4）泡點(diǎn)蒸氣進(jìn)料 (q=0)原料溫度為露點(diǎn)的飽和蒸氣，又稱露點(diǎn)進(jìn)料。 一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。 冷凝方式 . 選用全凝器，塔頂出來的氣體溫度不高。 本設(shè)計采用強(qiáng)制回流，這樣便于控制回流比。但我們常常忽略其熱損失，將其近似為泡點(diǎn)回流。設(shè)置再沸器，有時也可采用直接蒸汽加熱。采用直接蒸汽加熱時，加熱蒸汽的壓力要高于釜中的壓力，以便克服蒸汽噴出小孔的阻力及釜中液柱靜壓力。 熱能的利用 精餾過程是組分多次汽化和多次冷凝的過程，耗能較多，如何節(jié)約和合理 利用精餾本身的熱能是十分重要的。與此同時，合理利用精餾過程本身的熱能也是節(jié)約的重要措施。然而，在大多數(shù)情況，這部分熱量由冷卻劑帶走而損失掉了。 此外，通過精餾系統(tǒng)的合理設(shè)置，也可以取得節(jié)能的效果。因?yàn)樵O(shè)置中間再沸器，可以利用溫度比塔底低的熱源，而中間冷凝器則可回收溫度比塔頂高的熱量。 為此必須考慮如下幾點(diǎn)： (1) 滿足工藝和操作的要求 所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相 應(yīng)的措施。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。再其次，要考慮必需裝置的儀表 (如溫度計、壓強(qiáng)計，流量計等 )及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采 相應(yīng)的措施。如前所述在蒸餾過程中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱 ，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。同樣，回流比的大小對操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)也有很大 影響。因?yàn)楸患訜岬脚蔹c(diǎn)，混合物中既有氣相混合物，又有液相混合物，這時候原料混合物就分開 了，氣相混合物在精餾塔中上升，而液相混合物在精餾塔中下降。液相混合物就從塔底一部分進(jìn)入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進(jìn)入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點(diǎn)溫度重新回到精餾塔。最終，完成苯與甲苯的分離。根據(jù)設(shè)計條件以及給出的數(shù)據(jù)描述出塔溫度的分布，求得最小回流比以及塔頂?shù)南鄬]發(fā)度、塔釜的相對揮發(fā)度、全塔平均相對揮發(fā)度，又根據(jù)物料平衡公式分別計算出精餾段和提餾段的汽、液兩相的流量。根據(jù)這些計算結(jié)果進(jìn)行了塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計等。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計說明書） 10 2 工藝計算 原始數(shù)據(jù) 表 21 原始數(shù)據(jù) 物料名稱 進(jìn)料組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔頂組分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 塔釜組分（ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 苯 70% 96% 3% 甲苯 30% 4% 97% 塔的物料衡算 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 。 塔頂 D 0 . 9 6 / 7 8 . 1 1X 0 . 9 6 90 . 9 6 / 7 8 . 1 1 0 . 0 4 / 9 2 . 1 3? 塔釡 W 0 . 0 3 / 7 8 . 1 1X 0 . 0 3 50 . 0 3 / 7 8 . 1 1 0 . 9 7 / 9 2 . 1 3??? 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 6 6 78 ( 1 )C H C HM x M x M? ? ? （ 22） ? ?0 . 7 3 3 7 8 . 1 1 1 0 . 7 3 3 9 2 . 1 3 8 1 . 8 5 4 k g / k m o lFM ? ? ? ? ? ? ? ?0 . 9 6 9 7 8 . 1 1 1 0 . 9 6 9 9 2 . 1 3 7 8 . 5 4 5 k g / k m o lDM ? ? ? ? ? ? ? ?0 . 0 0 3 7 8 . 1 1 1 0 . 0 0 3 9 2 . 1 3 9 2 . 0 8 7 9 k g / k m o lWM ? ? ? ? ? ? 73 10 11 26 km ol / h33 0 24 78 .54 5D ????? 年產(chǎn) 7 萬噸苯的精餾裝置工藝設(shè)計