1、 毕业设计文献综述 化学工程与工艺 2.5 万 t/a 甲苯 -乙苯精馏工艺设计 前 言 本人此次毕业设计的论文题目是 2.5万 t/a 甲苯 乙苯精馏工艺设计。 在整个甲苯 乙苯的精馏工艺过程中，精馏塔的正确设计是最重要的。在工艺过程中，精馏塔主要用来分离甲苯和乙苯产品。塔 设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一，在化工厂、石油化工厂、炼油厂等中，该设备的性能对于整套装置的产品质量、产量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保护等各个方面，都有非常重大的影响。塔设 备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益。因此，对其精馏塔的工艺设计是很有
2、必要和意义的。 通过查看学校发放下来的关于毕业设计的相关资料，翻阅化工知识和塔设备相关内容的书籍，参考网上相关论文资料，在导师的指导下完成此文。 主 题 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以 鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程 1,2。 工业上对塔设备的主要要求是：（ 1）生产能力
3、大；（ 2）传热、传质效率高；（ 3）气流的摩擦阻力小；（ 4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（ 5）结构简单，材料耗用量少；（ 6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等 3。 我国常用的板式塔中主 要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等，更提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。带有中间贮槽的间歇精馏塔，作为一种新型的复合塔器，为我们提出了一种新的操作方式，它合理地利用了间歇精馏的动态特性，为多组元物系的分离提供了更好的选择。近年来还发展了存在多个中闻贮槽的复合塔，实现更为复杂的分离过程。作为一个复杂过程，还有待于深入研究其优化操作问题，不能仅局限于用模仿连续精馏的方法，可以
4、用最小能量消耗为目标参数进行优化。对这种复杂塔设计和优化也应是进一步研究的方向。研究人员提出当代化工产业的发展除了依靠传统化工技术外，还 需依靠计算机技术寻求一个基于理论的工艺设计和开发创新的方法。比如计算流体力学的发展和计算机技术的普及应用，使得这一思路有了保证。应用计算流体力学方法能把传统实验所需的人力、物力及财力降低到最低限度，从而带来一场工业设计的突破，这将成为今后工艺设计新的发展方向。 另外在精馏塔工艺方面近年来还趋于催化精馏的改进，催化精馏的实质是将反应和精馏集于同一设备中进行的化工操作过程。与传统工艺相比，具有显著的优点，所以对这一领域的研究一直颇受重视。进人 80年代以后，催化
5、精馏由均相反应转向非均相反应，并被广泛用于醚化、烷基 化、酯化、脱水和水合等工艺过程，固体催化剂既加速蒸馏塔内化学反应，同时又作为气液两相传质表面，催化剂表面越太，反应速度越快。若颗粒太小就阻碍蒸气上升，影响精馏操作。另外，受催化剂强度的限制，催化剂尚难以制成随意的形状和尺寸，所以在催化精馏塔内反应段催化剂床层是必须以特殊方式装填，而催化剂装填方式直接决定塔内床层的催化剂效率和汽液传质效率，因此催化剂的装填方式逐渐成为催化精馏技术研究的核心课题之一 4,5。 在国外，由于已经研究出了塔盘的效率并不取决与塔盘的结构，而是主要取决与物系的性质，如：挥发度、黏 度、混合物的组分等，关于塔的研究已经逐
6、渐放慢了脚步。国外已经转向研究“在提高处理能力和简化结构的前提下，保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率” ，在新型填料方面则在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。国外出现了分隔壁精馏塔，是一种完全热耦合的蒸馏塔，具有能耗低、投资少的优点，更大程度地利用了能量，降低了能耗 6。 本次设计主要是对甲苯 乙苯精馏过程进行工艺设计，包括精馏塔的物料衡算，塔板数的确定，精馏段和提留段计算，塔结构尺寸设计，冷凝器的选型，再沸器的正确设计等内容。 甲 苯（ methylbenzene）是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为 -
7、95 ，沸点为 110.63 。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为 0.866 克厘米，对光有很强的折射作用（折射率： 1,4961）。甲苯几乎不溶于水 (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，丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为 0,6 mPa s，也就是说它的粘稠性弱于水 。甲苯的热值为 40.940 kJ/kg，闪点为 4 ，燃点为 535 。 乙苯（ ethylbenzene） 是一个芳香族的 有机化合物， 分子式 C6H5C2H5， 主要用途是在 石化 工业作为生产
8、苯 乙烯 的中间体，所制成的苯乙烯一般被用来制备常用的 塑料 制品 聚苯 乙烯 。尽管在 原油 里存在少量的乙苯，但大批量生产仍然是靠在酸 催化 下 苯 与 乙烯 反应。乙苯经过催化脱氢，生成氢气和聚苯乙烯。乙苯也存在与某些颜料中 7。 乙苯沸点 136.2。 分离甲苯和乙苯，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。板式精馏塔、浮法塔都是常用的塔类型，可以根据不同塔各自特点选择所需要的塔。 筛板是在 塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是 1932 年提出的，当时主要
9、用于酿造，其优点是结构简单，制造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液 8,9。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多，所以在本设计中选用筛板塔 。 结 论 甲苯 乙苯精馏工艺中，精馏塔分离甲苯和乙苯的效率极大地影响了甲苯产品的产率。因此，在塔设备未正式投产前，对其精馏塔进行仔细精确的工艺设计是极其必要的。根据设计条件以及给出的数据，描述出塔温度的分布，求出最小回流比和塔顶的相对挥发度
10、、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，根据物料平衡公式计算相关数据，然后计算塔板数、塔径等工艺数据，根据这些计算结果进行塔结构的设计 ，并对精馏塔附属设备如冷凝器和再沸器进行设计计算。 作为一名化工专业 的毕业生，我认为通过这次设计，不但可以让我综合所学的知识设计出符合要求的塔设备和再沸器等，而且还开阔了我的视野，使我在考虑问题方面更加周全，比如在进行甲苯 乙苯的工艺设计时，需要对经济成本、能耗和环保等多方面加以考虑。这次毕业设计中学到的知识，对于以后进入化工单位学习操作必将会有重大的帮助与意义。 参 考 文 献 1 陈敏恒 .化工原理 .化学工业出版社， 1999 .5-13 2 谭天恩
11、,麦本熙 ,丁惠华 .化工原理 (上、下册 ) .化学工业出版社 ,1998 .25-44 3化工设备设计全书编辑委员会 塔设备设计 M.上海科学技术出版社 ,1998.2-9 4蔡纪宁 ,张秋翔化工设备机械基础课程设计指导书 .化学工业出版社 ,2000.34-39 5郝兴仁，王进善，扬宗仁新型催化精馏塔 M.化学工业出版社， 1999. 6Eric W Luster Apparatus for Practionating Cracked ProductsP US：1915681 1993-06-27 7王志魁 .化工原理 M.化学工业出版社 ,2004. 8喻朝善 .芳烃抽提蒸馏工艺运行中存在的问题及对策 .石油化工应用， 2008.1-3 9 贾绍义 ,柴诚敬 .化工原理课程设计 .天津大学出版社 ,2002.69-87
