畢業(yè)設(shè)計論文題目3萬噸每年粗苯精制工藝設(shè)計學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院專業(yè)煤炭深加工與利用姓名學(xué)號指導(dǎo)老師完成時間2013年5月27日設(shè)計說明粗苯精制工藝，是將粗苯經(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。目前粗苯精制工藝過程有酸洗精制法和加氫精制法。酸洗精制法工藝簡單，該法在我國焦化廠得到廣泛應(yīng)用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對設(shè)備材質(zhì)和自動控制要求高，該法在我國也得到一定的應(yīng)用。本設(shè)計采用酸洗精制對粗苯精制工藝進(jìn)行了設(shè)計計算，著重設(shè)計計算了粗苯精制過程的關(guān)鍵設(shè)備。主要包括物料衡算，主要塔設(shè)備的工藝尺寸計算，并對關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)度校核。通過物料衡算得到苯每小時產(chǎn)量為417T/H；按清晰分割計算得輕苯進(jìn)料量為5796T/H；酸洗反應(yīng)器進(jìn)料量為5723T/H；吹苯塔進(jìn)料量為5715T/H；按非清晰分割計算得純苯塔進(jìn)料量為54863T/H甲苯塔進(jìn)料量為13125T/H；二甲苯塔進(jìn)料量為05302T/H。通過對關(guān)鍵設(shè)備工藝尺寸計算得到吹苯塔塔高H2745M；純苯塔塔高為17966M，塔徑為11M。通過對關(guān)鍵設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度校核得到純苯塔質(zhì)量載荷為794218KG；風(fēng)載荷11截面為84503059NM。關(guān)鍵字粗苯、精制、苯通過設(shè)計計算，得到以下主設(shè)備圖紙2DESIGNSPECIFICATIONCRUDEBENZOLREFININGPROCESS,ISTHECHEMICALPROCESSINGOFCRUDEBENZOLISCONVERTEDINTOAGAS,LIQUIDANDSOLIDPRODUCTS,ANDTHEGASANDLIQUIDPRODUCTISFURTHERPROCESSEDINTOASERIESOFCHEMICALPRODUCTSCRUDEBENZOLCURRENTLYREFININGPROCESSAREPICKLINGANDREFINEDMETHODOFHYDROGENATIONPICKLINGREFINEDMETHODOFSIMPLE,BUTTHEREARELIQUIDWASTETHELAWINCHINASCOKEPLANTISWIDELYUSEDHYDROGENATIONPROCESSOFCOMPLEX,MATERIALANDEQUIPMENTFORAUTOMATICCONTROLREQUIREMENTSTHELAWINCHINAHASBEENAPPLIEDTHISDESIGNUSESPICKLINGCRUDEBENZOLREFININGPROCESSOFREFININGADESIGN,THEFOCUSONDESIGNANDCALCULATIONOFTHEPROCESSOFREFININGCRUDEBENZOLKEYEQUIPMENTINCLUDINGMATERIALBALANCE,THEMAINTOWEROFTHESIZEOFEQUIPMENT,ANDKEYEQUIPMENTTOCHECKTHEMECHANICALSTRENGTHGETTHROUGHTHEMATERIALBALANCEFORTHEPRODUCTIONOFBENZENE417PERHOURCALCULATEDINACCORDANCEWITHACLEARDIVISIONBENZENEINTOTHELIGHTFEEDTRAFFICTO5796PICKLINGREACTORFEEDTRAFFICTO5723BENZENETOWERBLOWNTHEFEEDTRAFFICTO5715ONNONCLEARSEGMENTATIONINTHECALCULATIONREFININGBENZENETOWERINTOTHEFEEDTRAFFICTO54863TOLUENETAPINTOFEEDTRAFFICTO13125XYLENETOWERINTOTHEFEEDTRAFFICTO05302THROUGHTHEKEYEQUIPMENTOFSIZECALCULATEDHIGHWINDSBENZENEHIGHTOWERH2635MREFININGBENZENEHIGHTOWERAS2745M,TOWERDRIVEFOR11MTHROUGHTHEMECHANICALSTRENGTHOFKEYEQUIPMENTCHECKBYREFININGBENZENETOWERLOADFORTHEQUALITYOF794218KGWINDLOADACROSSSECTIONOF84503509NMKEYWORDSCRUDEBENZOL、BENZENE、REFINING2目錄設(shè)計說明IDESIGNSPECIFICATIONI主要符號說明IV引言11設(shè)計總論211概述2111粗苯的主要組分及性質(zhì)2112粗苯精制產(chǎn)品及用途2113粗苯精制的意義312文獻(xiàn)綜述313設(shè)計任務(wù)的依據(jù)3131反應(yīng)溫度3132硫酸濃度4133酸化反應(yīng)時間414主要原材料及公用工程情況42生產(chǎn)流程確定53生產(chǎn)流程說明64物料衡算741初餾塔物料衡算742酸洗反應(yīng)器物料衡算843吹苯塔物料衡算844純苯塔物料衡算10441純苯塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算11442吹苯塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算12443酸洗塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算1445甲苯塔物料衡算1546二甲苯塔物料衡算175能量衡算206塔設(shè)備計算2061吹苯塔計算20611吹苯塔塔徑的計算20612吹苯塔塔高的計算2162純苯塔的計算21621回流比的計算21622塔板層數(shù)的確定2363精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算24631操作壓力計算24632操作溫度計算24633平均摩爾質(zhì)量的計算24634進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算24635平均密度計算25636液體平均表面張力計算26637液相平均粘度的計算2764精餾塔的塔體工藝尺寸計算27641塔徑計算27642精餾塔有效高度得計算2865塔板主要工藝尺寸的計算29651溢流裝置計算29652塔板布置3066篩板的流體力學(xué)驗算31661塔板壓31662液面落差31663液沫夾帶31664漏液32665液泛3267塔板負(fù)荷性能圖32671漏液線32672液沫夾帶線33673液相負(fù)荷下限線33674液相負(fù)荷上限線34675液泛線347設(shè)備穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度校核計算3871塔高估算3872筒體強(qiáng)度計算38721精餾塔壁厚38722封頭的選取3973塔設(shè)備所承受的各種載荷計算39731質(zhì)量載荷39732風(fēng)載荷40設(shè)計結(jié)果42主要參數(shù)一覽表42物料衡算數(shù)據(jù)一覽表42塔設(shè)備計算數(shù)據(jù)一覽表43附錄45主要參考文獻(xiàn)45致謝46主要符號說明項目符號單位平均壓強(qiáng)PMMMHG平均溫度TM氣相VSKMOL/S流量液相LSM3/S實際塔板數(shù)N塊板間距HTM塔的有效高度ZM塔徑DM空塔氣速UM/S堰長LWM堰高HWM溢流堰寬度WDM管底與受液盤距離H0M板上清液層高度HLM孔徑D0MM孔間距TMM孔數(shù)N個開孔面積AAM2篩孔氣速U0M/S塔板壓降HPKPA液體在降液管中停留時間S降液管內(nèi)清液高度HDM霧沫夾帶VEKG液/KG氣氣相最大負(fù)荷LS,MAXM3/S液相最大負(fù)荷LS,MAXM3/S引言粗苯是煤煉焦過程的副產(chǎn)品，其中含有苯、甲苯、二甲苯等工業(yè)原料和大量雜質(zhì)，粗苯精制就是通過物理或化學(xué)方法去除這些雜質(zhì)，得到高純度的苯類產(chǎn)品的過程。我國傳統(tǒng)的粗苯精制的方法是酸洗法，由于酸洗精制法工藝簡單，該法在我國焦化廠得到廣泛應(yīng)用。焦化粗苯加工和分離是一個極其復(fù)雜的工藝過程，粗苯中除含有苯、甲苯、二甲苯等主要成分外，可定量的其余組分就有九十多種。焦化粗苯經(jīng)初步預(yù)精餾得到的輕苯餾分中含有的不飽和化合物及硫化物的沸點與苯、甲苯的沸點相差很小，不能通過精餾法進(jìn)行分離。當(dāng)前脫除不飽和化合物及硫化物的主要方法有硫酸精制法和催化加氫精制法。硫酸精制法的優(yōu)點是試劑便宜、過程設(shè)備簡單和操作方便等，在早期的國內(nèi)外焦化粗苯加工中應(yīng)用十分廣泛，工藝比較成熟。酸洗法就是混合餾分（BTX）用含量為9395的硫酸洗滌時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，其沸點畢本的沸點高6070。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。這時可以對苯、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46，已將噻吩及其同系物除去，切硫酸耗量少，焦油生成量也少。1設(shè)計總論11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。酸洗精制法工藝簡單，但有液體廢物產(chǎn)生。該法在我國焦化廠得到廣泛應(yīng)用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對設(shè)備材質(zhì)和自動控制要求高，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)。該法在我國也得到了應(yīng)用。111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，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或兩個雙鍵的環(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。112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。113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；人口的增長勢必增加對能源的需求。我國是一個煤炭儲量豐富而石油和天然氣相對貧乏的國家。迄今為止，我國能源一直是以煤為主的多元化結(jié)構(gòu)。預(yù)計在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，這一格局也不會改變。利用我國豐富的煤炭資源，實施“以煤造油”和“以煤代油”是優(yōu)化終端能源，實現(xiàn)石油供應(yīng)多元化和保證能源安全的重大決策，符合我國國情和可持續(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。12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與苯類產(chǎn)品之間的沸點溫度相差很小，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。該法在中國焦化廠廣泛采用。加氫精制法工藝復(fù)雜，對設(shè)備材質(zhì)要求較高所得產(chǎn)品質(zhì)量好，用途廣，售價較高，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。該法在中國焦化廠也有采用。考慮到酸洗精制法的優(yōu)點，本次設(shè)計采用酸洗精制法提取苯類產(chǎn)品。13設(shè)計任務(wù)的依據(jù)對混合餾分進(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)對下列因素加以控制131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?？紤]到酸洗過程的熱效應(yīng)，未洗混合餾分溫度可取為2530。132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93WT95WT，耗量為5。133酸化反應(yīng)時間延長反應(yīng)時間，可改善洗滌效果，但同時會加劇磺化反應(yīng)，增加酸焦油的生成量及苯族烴的損失。尤其對酸焦油的生成量顯著。一般反應(yīng)時間為10MIN左右。組成（質(zhì)量含量）初餾分1；苯75；甲苯139；二甲苯33；溶劑油68。純苯產(chǎn)品組成（質(zhì)量含量）苯995；甲苯995甲苯05，殘油組成中苯05。塔頂產(chǎn)品中苯流量為962015607650995732025LD/TH塔底產(chǎn)品中苯流量為9620156076573202503679WFL/T塔頂產(chǎn)品中甲苯流量為9620156014000050。0673H/TH塔底產(chǎn)品中甲苯流量為9620156014000673133907HHD/T非清晰分割的初餾分流量在兩產(chǎn)品中的組成由上面計算可得LW7320519876H將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得GLGHGIGHHIHDDLLLLWAA198058942GLGHGGHLLLLW對于組分3（二甲苯）可求58902580546GGGDLLL則000273序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣IA0765014000260067100IH1448582241其它各組分的值列于下表IDW產(chǎn)品中各組分流量和可根據(jù)分配比和物料衡算求得，計算結(jié)果亦列于下II表，以苯為例計算如下19897苯FDW96201560765735704T/H聯(lián)立上式解得732025603679D苯/THW苯/TH序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH735704134582693166489620156IA1448582241/JDW198970005000027750ITH73202500673000070732705IA09991000090010000/IT0036791339172692464822932WI00160058400117028310000441純苯塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算年產(chǎn)苯3萬噸，一年按300天計算,則每小時苯產(chǎn)量為1047/2DTH則由塔頂產(chǎn)品與塔底產(chǎn)品成比例得代入數(shù)據(jù)得W417320569可求得00210/TH02149/FDTH同理可求得純苯塔中其它成分流量及組成如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH4191077030153603714ID417000380041738DIA09991000090010000/IWTH0021007665015360371413125I001605840117028310000442吹苯塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算同理,可求得吹苯塔進(jìn)料流量及組成。結(jié)果如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH4262207956018820325555715ID419107703015360317454323IA0771501418002830058410000/IWTH0071200253003460008101392I0511501817024860058210000所以BTX總流量為5246，占9416。/TH溶劑油及殘渣流量為03255，占584。由吹苯塔塔頂BTX產(chǎn)率為975，塔底殘渣產(chǎn)率為25。則由此可求得吹苯塔進(jìn)料量流量及組成如下表序號12組成BTX溶劑油及殘渣/IFTH538103345715ID52460325555715IA094160058410000/IWTH01350008501435I094080059210000由最初吹苯塔進(jìn)料可知。BTX組成如下序號123組分苯甲苯二甲苯I0831015100361000吹苯塔出料BTX組成如下序號123組分苯甲苯二甲苯I0820150031000則吹苯塔進(jìn)料量，即酸洗塔出料量及組成如下序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH43740813019403345715ID4262207956018820325555715IA07650143003400581000443酸洗塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算在酸洗反應(yīng)器中進(jìn)行核算設(shè)進(jìn)入酸洗塔之前，溶劑及殘渣的流率為X。其中含噻吩05，含不/TH飽和化合物2。經(jīng)酸洗后余噻吩011，余不飽和化合物011。則由上述可列質(zhì)量守恒方程051021034XX解得X0342/TH所以酸洗塔進(jìn)料，即初餾塔出料塔底產(chǎn)品組成如下序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣流量43740813019403425723I0764014200340060100444初餾塔產(chǎn)品產(chǎn)量核算由以上數(shù)據(jù)可求得初餾塔進(jìn)料量，組成及各組分含量如下表序號12345組成初餾分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH006243850813019403425796IA001107570140003300591000/IDT006200110000073I0850150001000/IWTH043750813019403425723IA007640142003400601000所以由上可知，每年欲得3萬噸苯，則輕苯的進(jìn)料量及組成如下F5796/TH序號12345組成初餾分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣I00110757014000330059100045甲苯塔物料衡算在此進(jìn)料時，純苯塔塔底出料量及組成，即甲苯塔進(jìn)料量如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IWTH0021007665015360371413125IA00160058400117028310000甲苯塔在110時各組分相對揮發(fā)度如下序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油I1173529231即甲苯塔進(jìn)料量組成相關(guān)數(shù)據(jù)如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH0021007665015360371413125I00160058400117028310000平均相對揮發(fā)度IHA1173529231其中塔頂甲苯收率大于992，二甲苯含量小于06。在下面計算中以序號代表組分，根據(jù)題意2號關(guān)鍵組分（甲苯）為輕關(guān)鍵組分，3號組分（二甲苯）為重關(guān)鍵組分。塔頂產(chǎn)品中甲苯流量為125084920764/LDTH塔底產(chǎn)品中甲苯流量為31501/LWFT塔頂產(chǎn)品中二甲苯流量為12507609/HTH塔底產(chǎn)品中二甲苯流量為311527/HHDT非清晰分割的餾出液流量及各組分在兩產(chǎn)品中的組成由上面計算可得LW07642951H將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得GLGHGIGHHIHDDLLLLWAA1246059143GLGHGGHLLLLW1957623GGGGDLLLL則16982436其它各組分列于下表JDW產(chǎn)品中各組分流量和可根據(jù)分配比和物料衡算求得，計算結(jié)果亦列于下II表下面以苯為例，計算如下苯16982436F苯D苯W苯131250016000210則D00210/TH7210/WTH序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH0021007665015360371413125IA1173529231/JDW1698243612466000597290ITH002100760400162007976DIA002630953700200010000/IT721000061015270371405302WIX00011502880070051000046二甲苯塔物料衡算二甲苯塔在145時各組分相對揮發(fā)度如下表序號123組分甲苯二甲苯溶劑油及殘渣平均相對揮發(fā)度IHA572221即二甲苯塔進(jìn)料組成相關(guān)數(shù)據(jù)如下表序號123組分甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH00061015270371405302質(zhì)量分?jǐn)?shù)00115028800700510000IH572221其中塔頂二甲苯收率大于99，殘渣含量小于08。在下面計算中，以序號代表組分，根據(jù)實際設(shè)計要求，2號關(guān)鍵組分（二甲苯）為輕關(guān)鍵組分，3號組分（溶劑油及殘渣）為重關(guān)鍵組分。塔頂產(chǎn)品中二甲苯流量為T/H0532809152LD塔底產(chǎn)品中二甲苯流為T/H015LWF塔頂產(chǎn)品中溶劑油及殘渣流量為T/H0532783H塔底產(chǎn)品中溶劑油及渣T/H050684HHD非清晰分割的餾出液流量及各組分在兩產(chǎn)品中的組分由上面計算可得1528LW0364H將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式得GLGHGIGHHIHDDLLLLWAA1081972GLGHGGHLLLLW對于組分1甲苯可求得19750826GGGGDLLLL則74225其它各組分列于下表JW產(chǎn)品中各組分流量和可根據(jù)分配比和物料衡算求得，計算結(jié)果亦列于下IDI表以甲苯為例，計算如下74225甲苯（）F甲苯D甲苯W甲苯053020011500061/TH聯(lián)立上式解得D00061/TH68210/WTH序號123組分甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH00061015270371405302IA572221/JDW74225100800008ITH00061015120003001603DIX00381094320018710000/IT68210000150368403699WI000040996100005能量衡算因數(shù)據(jù)不全無法計算。6塔設(shè)備計算61吹苯塔計算611吹苯塔塔徑的計算吹苯塔實際上只是一個閃蒸塔，由物料衡算可得吹苯塔中原料液中氣相和液相產(chǎn)品質(zhì)量流量及組成如下序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH4262207956018820325555715ID419107703015360317454323IA0763901404002800067710000/IWTH0071200253003460008101392I0511501817024860058210000查化學(xué)工程手冊得各組分相對分子量如下表經(jīng)單位換算后結(jié)果亦如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMKGMOL7892106108INID89551395241748831108/IWH712253346811392由設(shè)計條件可知?dú)怏w，液體均可按常況下計算，查得各組分密度如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣3/KGM8798678801030由于物料在吹苯塔中共閃蒸5分鐘，以苯為例計算則5分鐘內(nèi)共流過苯的體積V其余各組分計算結(jié)果如下表對氣相來說，可按標(biāo)況下進(jìn)行計算，以苯為例。則5分鐘內(nèi)共流過氣相苯的體積為1315248950296DVM其余各組分計算結(jié)果亦如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣3/DIVM1002961562427075469124096WI00070002000300010013所以5分鐘流過氣相液相總體積，即閃蒸塔的總體積為3124096132409OVM取閃蒸塔直徑D24M612吹苯塔塔高的計算由224516SD2則閃蒸塔塔高為M09745VHS62純苯塔的計算621回流比的計算對于純苯塔進(jìn)料，出料流量及組成如下序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFTH419107703015360371454836ID417000380041738/IWT0021007665015360371413125純苯塔塔頂溫度。純苯塔塔底溫度124128。則查得各物質(zhì)相對805揮發(fā)度及相對分子量如下表經(jīng)單位換算結(jié)果亦如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMKGMOL7892106108IFH53738371453446699IX08020125002200511000/IDKOL534600400535I0999300007001000/IWMLH0278331453441349IX0020617010802551000IH1448582241取Q37則可由恩德伍德公式估算2最小回流比。先用試差法求下式中的值4127IHFIXQ當(dāng)6時41480501240215269708686IHFIX計算結(jié)果表明，初設(shè)值偏小，再設(shè)若干個值。計算結(jié)果列于下表假設(shè)的值66160001600000541IHFIX269708123669269482269697由以上數(shù)據(jù)可知6000005最小回流比有下式計算，即4MIN114809358207106866IHDIXR則R1515068102IN622塔板層數(shù)的確定最小理論板層數(shù)由芬斯克方程式2計算，即MINNMIN0936172102485HLGDWGWIXLLN理論板層數(shù)MIN102681R由吉利蘭圖2查得IN742N解得N2246（不包括再沸器）精餾段理論板層數(shù)用及代入芬斯克方程2便可求082FX148295得精餾段所需最小理論板層數(shù)。即11MIN1DGFNL09308224GL5由于不變，則縱坐標(biāo)讀數(shù)亦不變，即MIN16R154082N解得12311N故加料板為從塔頂往下數(shù)第13層理論板，故精餾段塔板數(shù)為13層，提餾段塔板數(shù)為11層。63精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算631操作壓力計算塔頂操作壓力KPA01356P每層塔板壓降07KPA進(jìn)料板壓力KPA67814F精餾段平均壓力KPA052M632操作溫度計算依據(jù)操作壓力計算操作溫度，結(jié)果如下塔頂溫度08T進(jìn)料板溫度15F精餾段平均溫度0952MT633平均摩爾質(zhì)量的計算塔頂平均摩爾質(zhì)量的計算查的數(shù)據(jù)及液相摩爾分率如下表用計算液相分率，以苯為例1IDIDXY12490397結(jié)果亦如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣IHA2491041017IFX09993000070010000IY0999700007001000409378092781/MVDMKGMOL4L634進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計算氣相，液相分率計算方法同計算塔頂?shù)姆致史椒?，計算結(jié)果如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMKGMOL7892106108IHA2491041017FIX08020125002200511000IY091001250009000910530917825901609841/MVFKGMOL2576LM精餾段平均摩爾質(zhì)量481/2MVKGMOL780697L635平均密度計算氣液平均密度計算由理想氣體狀態(tài)方程計算，即1MILA塔頂液相平均密度的計算由查手冊得08T序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣3/KGM7125722573338567317125/0909725LDMKGM進(jìn)料板液相平均密度的計算由，查手冊得105FT序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣3/KGM6577666967697908進(jìn)料板的質(zhì)量分率如下表序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IFKMOLH419107703015360371454863IA0763901404002800067710001076391402806759MLF解之得3/MLFKG精餾段液相平均密度為3712689/ML636液體平均表面張力計算液相平均表面張力依下式計算，即MLIX塔頂液相平均表面張力的計算，查手冊得各組分表面張力如下表80DT序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMNC21221722231MN/CM0932107210LD進(jìn)料板液相平均表面張力的計算由查手冊的各組分表面張力如下表5FT序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMNC176185196289MN/CM0821760518021960528913LF精餾段液相平均表面張力為MN/CM21083197LM637液相平均粘度的計算塔頂液體平均粘度依下式計算即GLMIGLXL序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣IDX099930000700由查手冊得各組分粘度如下表80T序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMPAS0318031803262250931807318GLDGGLLL解出MPAS進(jìn)料板液體平均粘度的計算由查手冊得各組分粘度如下表15FT序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IMPAS02502502621508250125026051GLFGGGGLLLLL解出74MPAS精餾段液相平均粘度為310296L64精餾塔的塔體工藝尺寸計算641塔徑計算精餾段的氣，液相的體積流率為1025347/LRDKMOLH108/VL310872065/363MVSMMS354917/MSL由AXVUC式中C由式計算022L其中的由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取2，圖中的橫坐標(biāo)為20112768903565HLV取板間距，板上液層高度。則4THM0LHM0TL查史密斯關(guān)聯(lián)圖2，得007520C022197548LCMAX68374/UMS取安全系數(shù)為07，則空塔氣速為AX010798/S465SVDU按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為D11M塔截面積為22210954TADM實際空塔氣速為0658/9US642精餾塔有效高度得計算精餾塔有效高度為113048TZNHM提餾段有效高度為2T在進(jìn)料板上方開一個人孔，其高度為08M故精餾塔得有效高度為120840896ZM65塔板主要工藝尺寸的計算651溢流裝置計算因為塔徑D11M，可選用單溢流弓形降液管采用凹形受液盤，各項計算如下（1）堰長（）WL取066D066110726MWL（2）溢流堰高度（）WH由WLOH選用平直堰，堰上液層高度可用佛蘭西斯公式2計算，即O238410HOWEE值可由液流收縮系數(shù)計算圖2查取，圖中橫坐標(biāo)為25257601HWL01D查得E103，所以232840176301OWHM取板上清液層高度為LH故068M（3）弓形降液管寬度和截面積DWFA由066WLD查弓形降液管的參數(shù)圖2得07FTA0125DD故9568FM1237DW依式驗液體在降液管中停留時間。即60FTHHL故降液管設(shè)計合理。3603608504173517FTHAHL（4）降液管底隙高度036OWU取08/MS則1702928OHM416W故降液管底隙高度設(shè)計合理。選用凹形受液盤，深度50WH652塔板布置（1）塔板的分塊因為。故塔板采用分塊式，查塔板分塊數(shù)表2得塔板分為3塊。80DM（2）邊緣區(qū)寬度的確定取7SW05C（3）開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按下式計算，即AA221SIN80ARXAXR其中37503425DSD152CRW故222103404SIN805AA269M（4）篩孔計算及其排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用MM碳鋼板。取MM。305D篩孔按正三角形排列，取孔中心距T為MM。0351TD篩孔數(shù)目N為02269358ANT個開孔率為220005979716/01SSADTVUMSA（）氣體通過閥孔的氣速為66篩板的流體力學(xué)驗算661塔板壓（1）干板阻力的計算CH干板阻力可由下式計算，即205VCLUH由查干篩孔的流量系數(shù)圖2得01673DC故液柱923504288CHM（2）氣體通過液層的阻力計算LH氣體通過液層的阻力可由下式計算LLL065736/98SATFVUSA11220724/VFKGM查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖2，得。0故液柱68036LLWOHH（3）液體表面張力的阻力計算H液體表面張力所產(chǎn)生的阻力可由下式計算，即液柱30419702685LHMGD氣體通過每層塔板的液柱高度可按下式計算液柱42608PCL氣體通過每層塔板的壓降為KPA設(shè)計允劉值0891547PLHGPA662液面落差對于篩板塔液面落差很小且本設(shè)計的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。663液沫夾帶液沫夾帶量由下式計算，即632632357102015709/1974AVLTFFVUEHHHMEKGKG故液氣液氣故在本設(shè)計中液沫夾帶量在允劉范圍內(nèi)。664漏液對篩板塔取漏液量10時的氣相動能因子，則01F00MIN158/37VFUMS實際孔速00IN962/U穩(wěn)定系數(shù)為MI1658K故無明顯漏液。15665液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛降液管內(nèi)液層高應(yīng)服從下式，即DTWHH苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣系屬一般物系，取。則050548024M而，板上不設(shè)進(jìn)口堰，可由下式計算，即DPLDDH液柱32001153801SDWHUL液柱8614PLDHHDT故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。67塔板負(fù)荷性能圖671漏液線由0,MIN045613LLVUCHI,I0SVALWOH238410HOWWLHEL得23,MIN060284560117SLSWVLVCAHH236084689472956031737SWH2,MIN31401SSL整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表SSV3/SLS00006000150003000045V0317032703400350由上表數(shù)據(jù)可做出漏液線1。672液沫夾帶線以為限，求關(guān)系如下01/VEKG液氣SVL由63257ALTFUHH10985SSASTFVUA25FLWOHM48W2223336041851007HSOSWLEL故5851FLSS23324TFSSHHL62331700198VSVE4SL整理得在操作范圍內(nèi)，任取幾個依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表SSV3/SLM00006000150003000045VS1647156914681384由上表數(shù)據(jù)即可做出液沫夾帶線2。673液相負(fù)荷下限線對平直堰，取堰上液層高度作為最小液體負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)由弗蘭西斯06OWHM公式2可得2360284617SOWLHE因為E103則332,MIN0107659/84SS據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)垂直液相負(fù)荷下限線3。674液相負(fù)荷上限線以作為液體在降液管中停留時間得下限，由下式得4SFTSAHL故3,MAX06854069/4FTMS據(jù)此可做出與氣體流量無關(guān)得垂直液相負(fù)荷上限線4。675液泛線DTWHH令PLD由PCLHLLHWOH聯(lián)立得1TWOWCDOSDSSH忽略將與，與，與V的關(guān)系式代入上式并整理得2232051SSSVLBCACAV式中2023360841TWWWHHCLHDEL將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得205712169689A4104B2307C233602841017D由2237451SSSVL即23S在操作范圍內(nèi)，任取幾個依上式計算出值，計算結(jié)果列于下表SSV3/SLMS00006000150003000045V1340125811321008由上表數(shù)據(jù)即可做出液泛線5。根據(jù)以上各線方程，可做出篩板塔負(fù)荷性能圖；如下002040608112141618200001000200030004000500060007LSM3/SVSM3/S精餾段塔板負(fù)荷性能圖在負(fù)荷性能圖上，做出操作點A連接OA，即做出操作線。由圖可知，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制，由圖查得3,MAX12/SVS3,MIN025/SVS故操作彈性為AX,I146S所設(shè)計篩板得主要結(jié)果匯總于下表篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值1平均溫度,MT95252平均壓力KPAP140853氣相流量3,/SVS0654液相流量L000175實際塔板數(shù)246有效高度，M967塔徑，M118板間距，M049溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長，M072612堰高，M004813板上液層高度，M00614堰上液層高度，M001215降液管底隙高度，M002916安定區(qū)寬度,M00717邊緣區(qū)寬度，M00518開孔區(qū)面積2066919篩孔直徑,M000520篩孔數(shù)目358921孔中心距，M001522開孔率，、10123空塔氣速M(fèi)/S06824篩孔氣速M(fèi)/S96225穩(wěn)定系數(shù)18626每層塔板壓強(qiáng)PA54827負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶，/KG液氣000930氣相負(fù)荷上限3MS11231氣相負(fù)荷下限/032532操作彈性34467設(shè)備穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度校核計算71塔高估算N241FNP04THM2048DHM塔底液相的平均密度由查手冊得15BT序號1234組分苯甲苯二甲苯溶劑油及殘渣/IWKGH2176651536371413125WIA001605840117028310003/IM59635482613771701000359601548206137012836045/IWKGM停留時間5分鐘，則322132760918451306MWKGVMZD將進(jìn)料所在板的板間距增至07M，人孔所在板的板間距增至08M，此處在考慮塔頂端及釜液上方的氣液分離空間均取15M，裙座取5M，選用兩個標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭高為0275M，封頭直邊取0025M。24107108951062750796FPTFPPDBHNNHHM封座72筒體強(qiáng)度計算選用鋼號為Q235A的鋼板制造精餾塔，則在下的劉用應(yīng)力為20T。105TMPA721精餾塔壁厚22CIDTCDC采用雙面對接焊縫100探傷，則取，又因為雙面腐蝕，取1024CM01350472CDPMPAM考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的Q235A的鋼板8NM制作精餾塔。722封頭的選取采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，雙面對接焊縫，100探傷設(shè)計壁厚按下式計算102013547205CIDTCPDMP考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的Q235A的鋼板8N制作封頭。所以由上可知，塔體及封頭壁厚均取8MM。校核塔體與封頭水壓試驗強(qiáng)度由下式計算，即092151356878423002913091251TIESENSTIESTPDPMPACMMAPPA式中查取則即水壓試驗滿足要求。73塔設(shè)備所承受的各種載荷計算731質(zhì)量載荷012345AEMM注塔體和群座質(zhì)量，KG；1內(nèi)件質(zhì)量，KG；2保溫材料質(zhì)量，KG；3平臺、扶梯質(zhì)量，KG；4M操作時她內(nèi)物料流量，KG；5入孔、接管、法蘭等附件質(zhì)量，KG；A偏心質(zhì)量，KG；EM其中189214502753197KG764DKG30采用籠式扶梯，扶梯長度取，則2196352HM4478MKG570196DA0E所以012345AEM976172896794218732風(fēng)載荷（1）水平風(fēng)力20IIIEIPKQFLD其中查得721IK204/QNM10IF1296LM25M3451EID所以1096976P271284328N（2）風(fēng)彎矩則12121IIIIWIIIIILLMPP965555789628961829628403NM232432423WLLMPP5556186182890334432WLMP56180NM44526184WLPNM其中各截面如下圖所示2風(fēng)彎矩計算簡圖設(shè)計結(jié)果主要參數(shù)一覽表物料衡算數(shù)據(jù)一覽表初餾塔物料衡算計算結(jié)果序號項目數(shù)值1初餾分T/H12苯T/H753甲苯T/H1394二甲苯T/H335溶劑油及殘渣T/H686合計100酸洗反應(yīng)器物料衡算計算結(jié)果序號項目數(shù)值1苯T/H74822甲苯T/H1393二甲苯T/H334溶劑油及殘渣T/H6644965合計9866496吹苯塔物料衡算計算結(jié)果序號項目數(shù)值1BTXT/H92022溶劑油及殘渣T/H6644963合計T/H9866496純苯塔物料衡算計算結(jié)果序號組成數(shù)值1苯T/H7357042甲苯T/H134583二甲苯T/H2693164溶劑油及殘渣T/H6485合計9620156甲苯塔物料衡算計算結(jié)果序號組成數(shù)值1苯T/H002102甲苯T/H076653二甲苯T/H015364溶劑油及殘渣T/H037145合計13125二甲苯塔物料衡算計算結(jié)果序號組成數(shù)值1甲苯T/H000612二甲苯T/H015273溶劑油及殘渣T/H037144合計05302塔設(shè)備計算數(shù)據(jù)一覽表篩板塔設(shè)計計算結(jié)果序號項目數(shù)值1平均溫度,MT95252平均壓力KPAP140853氣相流量3,/SVS0654液相流量L000175實際塔板數(shù)246有效高度，M967塔徑，M118板間距，M049溢流形式單溢流10降液管形式弓形11堰長，M072612堰高，M004813板上液層高度，M00614堰上液層高度，M001215降液管底隙高度，M002916安定區(qū)寬度,M00717邊緣區(qū)寬度，M00518開孔區(qū)面積2066919篩孔直徑,M000520篩孔數(shù)目358921孔中心距，M001522開孔率，、10123空塔氣速M(fèi)/S06824篩孔氣速M(fèi)/S96225穩(wěn)定系數(shù)18626每層塔板壓強(qiáng)PA54827負(fù)荷上限液泛控制28負(fù)荷下限漏液控制29液沫夾帶，/KG液氣000930氣相負(fù)荷上限3MS11231氣相負(fù)荷下限/