粗苯加氢精制工艺工艺计算与设备选型方案.doc
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1、粗苯加氢精制工艺工艺计算与设备选型方案1.1、系统物料衡算1.1.1、操作条件 生产能力:15万吨/年(料液)年工作日:7500小时计原料中含有:苯 70.8% ,甲苯11.2% ,二甲苯 3.5 % 苯乙烯 1.5% 重质苯 10%(质量分率,下同)1.1.2、原料粗苯处理量根据工艺的操作条件可知: 根据设计任务,料液的年生产能力为150,000吨/年(折算为100%Q)。全年生产时间为7500小时,剩余时间为大修、中修时间,则每小时的生产能力为:150000/7500=20,000kg/h1.1.3、 两苯塔进出料由图可知,进入两苯塔的料液量即为20,000kg/h两苯塔塔顶出料为轻苯(B
2、TXS),其流量为:W1=W*(70.8%+11.2%+3.5%+1.5%)=20000*90%=18000 kg/h两苯塔塔底出料为重苯,其流量为:W1=W*10 %=2000 kg/h1.1.4、预精馏塔进出料从两苯塔出来的BTXS经过加氢脱轻后直接进入预精馏塔,所以进入预精馏塔的流量就是W1=18000kg/h预精馏塔顶出料为BT, 其流量为:W2=W*(70.8 %+11.2 %)=20000*85 %=17000kg/h预精馏塔塔底出料为XS, 其流量为:W2=W*(3.5%+1.5%)=20000*5%=1000kg/h1.2、 纯苯塔的设计计算 精馏工段主要有四个塔,即预精馏塔,
3、萃取精馏塔,纯苯塔,二甲苯塔。这里只对纯苯塔进行计算。1.2.1、纯苯塔的作用:分离产品苯甲苯使产品纯度达到99.9wt,同时,产品回收率达到99.0。在此目标下对该塔进行计算,寻找达到该分离要求的最佳操作条件。1.2.2、 操作条件 具体工艺参数如下: 料液组成: 70.8% 苯,11.2%甲苯(质量分率,下同)产品组成(纯苯塔): 馏出液99.9%苯, 釜液1%甲苯 操作压力:常压(塔顶:100.5 kPa 进料:101.3 kPa 塔底:133 kPa )进料温度:泡点进料状况:泡点加热方式:间接蒸汽加热回流比:R=(1.22)Rmin1.2.3、物料衡算:1、全塔物料衡算 苯的摩尔质量
4、:MA=78kg/kmol甲苯的摩尔质量:MB=92kg/kmol纯苯塔的原料处理量F=20000*(70.8%+11.2%)=17000 kg/h原料中苯的质量分数:=70.8/(70.8+11.2)=0.83则其摩尔分数为=塔顶产品苯的质量分数:=0.999 则其摩尔分数为=0.999塔底产品甲苯的质量分数:=0.01 则其摩尔分数为=0.012总物料衡算:F=D+W 苯的物料衡算:F*=D*+W* 联立式得:D=14095.05kg/h W=2901.95kg/h原料液的平均摩尔质量=66.456+13.616=80.072kg/kmol塔顶产品的平均摩尔质量=78.014kg/kmol
5、塔液产品的平均摩尔质量 =91.832 kg/kmol2、温度的确定Antoine方程:lg=6.02232-1206.350/(t+220.237) lg=6.07826-1343.943/(t+219.377) 泡点方程:根据以上三个方程,运用试差法可求出,当 xa=0.83 时,假设t=84 ,=111.066kPa,=41.496 kPa 当 xa=0.999 时,假设t=80 ,=100.524 kPa,=38.826 kPa 当 xa=0.01 时,假设t=120,=298.735 kPa,=131.29 kPa, t=84,既是进料口的温度, t=80是塔顶蒸汽需被冷凝到的温度,
6、 t=120是釜液需被加热的温度。 3、平均相对挥发度:80时,苯的饱和蒸汽压=100.524 kPa甲苯的饱和蒸汽压=38.826 kPa 120时,苯的饱和蒸汽压=298.735 kPa 甲苯的饱和蒸汽压=131.29 kPa,由=得:80时,80=2.59120时,120=2.28所以平均相对挥发度:=2.434、最小回流比 Rmin由于泡点进料,则xq= xfRmin= =0.81回流比R=1.5Rmin=1.25、基础数据整理=2.43.所以平衡方程为 y=Y1=xD=0.999带入平衡方程可得x1= =0.998.精馏段 液相平均温度:(80+84)=82在平均温度下查得=811.
7、8 kg/m3,=802.9 kg/m3液相平均密度为:其中,平均质量分数所以, =813.8kg/m3精馏段的液相质量流量L=RD=1.2*14095.05=16911.06kg/h 精馏段的液相体积流量精馏段气相质量流量 V(R+1)D2.2*14095.05=31009.11 Kg/h, 平均压力:(101.3+100.5)=100.9 kPa,标准状况下的体积:V0=操作状况下的体积:V1=8905.18 =5801.45m3/h气体负荷:Vn=1.612m3/s气体密度: =5.345 kg/m3.提馏段 平均温度:(84+120)=102在平均温度下查得=812.5 kg/m3,=
8、802.6kg/m3液相平均密度为:其中,平均质量分数所以, =806.73kg/m3因为泡点进料,所以进料热状态 q=1 所以,提馏段液相质量流量 :LL+qF=16911.06+117000=33911.06kg/h提馏段液相体积流量提馏段气相质量流量 VV-(1-q)FV=31009.11 kg/h平均压力:(101.3+133)=117.15kPa标准状况下的体积:V0=操作状况下的体积:V1=8905.18=5672.42m3/h气体负荷:Vm =1.576m3/s气体密度:=5.47 kg/m36、操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程1.2.4、塔径本设计采用F1重阀浮阀塔,
9、设全塔选用标准结构,板间距HT=0.45 m,溢流堰高hc=0.05 m。 .精馏段. 求操作负荷系数C精馏段功能参数:()=()=0.044塔板间有效高度H0=HT-HC=0.45-0.05=0.40m查斯密斯图得负荷系数:C20=0.067。又查得82时,苯的表面张力为:22.08mN/m 甲苯的表面张力为:22.19 mN/m精馏段苯甲苯溶液的平均组成为:苯:(0.999+0.83)=0.9145wt则含甲苯为:1-0.9145=0.0885 wt所以表面张力:=0.914522.08+0.088522.19=22.09 mN/m 所以:C= C20 =0.068.最大流速UmaxUma
10、x= C =0.068=0.84 m/s空塔气速u=0.7Umax=0.840.7=0.588 m/s求塔径D D=1.87 m.提馏段 求操作负荷系数C 提馏段功能参数:()=()=0.09查斯密斯图得C20 =0.0662又得102时,苯表面张力为:18.49mN/m甲苯的表面张力为:19.18mN/m提馏段苯甲苯混合平均组成:苯:(0.01+0.83)=0.42甲苯:1-0.42=0.58平均表面张力: =0.4218.49+0.5819.18=18.89mN/m所以C= C20 =0.065. 求提馏段Umaxmax= C=0.065=0.79 m/s空塔气速=0.7max=0.70.
11、79=0.553 m/s. 求塔径=1.91 m对全塔,圆整后塔径D=2400 mm塔截面积为 3.14m2实际空塔气速 m/s1.2.5、 理论塔板数计算 求最小理论塔板数Nm:根椐芬斯克公式:Nm= = =11.75 .求实际理论板数 由 =0.182查吉利兰图得:=0.46则:=0.46所以:N22.6块进料板位置84时,84=2.56所以精馏段的平均相对挥发度:=2.57所以:Nm,1= = =1.46则:=0.46所以:9.1块即第十层理论板为进料板.计算板效率()求平均相对挥发度与平均粘度的积(、)塔顶塔底平均温度为:(80+120)=100100时:=0.24510-3Pa.S
12、=0.26510-3Pa.S则:= xf+ (1-xf)=0.24510-30.852+0.26510-3(1-0.852)=0.24810-3PaS所以:=0.24810-32.43=0.60310-3Pa.S(2)查板效率与关联图得:板效率:E=0.55实际板数板效率:E=0.55所以实际板数为:=41.1 块=42块实际精馏段板数:=16.5块=17块实际提馏段板数:Ne2=42-17=25块1.2.6、 塔内件设计 .溢流堰设计塔板上的堰是为了保持塔板上有一定的清液层高度,若过高则雾沫夹带严重,过低气液接触时间短,都会降低板效。根椐经验,取清液层高度hL=0.05,本设计选用单溢流弓形
13、降液管,不设进口堰。堰长取Lw=0.66D=0.662000=1320mm堰高:hw=hl-how采用平直堰,堰上液层高度how how=E() -(a)提馏段及精馏段计算结果如下:精馏段提馏段溢流强度i,i=L/Lw,m3/(h.m)i=15.82i=31.91i=5-45适合要求适合要求求E,由(L/Lw2.5查图=10.43=21.04E=1.032E=1.045堰上液层高度howhow=1.03215.822/3how=1.04515.822/3由(a)计算=0.0185=0.0187堰高hw=0.05-0.0185=0.0315hw=0.0313圆整到hw=0.032hw=0.031
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