1、本科毕业论文（20 届）年产 5 万吨芳烃抽提车间二甲苯塔的工艺设计筛板精馏塔的工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业生论文I摘要催化重整生成油经溶剂抽提得到的混合芳烃，本次设计主要是针对年处理量5万吨的芳烃抽提车间二甲苯塔的工艺设计。三系苯的分离是整个芳烃抽提体系中重要的一环。在芳烃抽提装置之后，经过了汽提塔，水洗塔，溶剂基本得到分离，剩下的就是芳烃混合物，要逐一分离才能达到使用要求，因此分离精馏塔的分离效率高低，对获得的产品的质量有非常重要的意义，还有对于能耗，方法，技术的创新也是需要注重的。关于芳烃抽提国外已经有很多先进的工
2、艺，我国也有一系列自己开发的工艺，分离芳烃混合物常用的方法就是精馏。为了更好的达到好的分离效果，本着投资少，能耗低效益高的思想对芳烃抽提之后的混芳分离进行二甲苯塔的设计。设计的基本方案是：根据任务书进行物料衡算，热量衡算，对精馏塔进行工艺计算。混芳在经过了苯塔，甲苯塔的分离之后，甲苯塔底产物就进入了二甲苯塔，在该精馏塔的分离下可以得到较为优质的混合二甲苯。从塔顶出来的混合二甲苯就是本次二甲苯塔的分离目的产物。本次设计的塔板数有50块，一般的二甲苯精馏塔的塔板数量是4654块，采用板式塔，塔径1.4米，板间距0.4米，塔高20.4米。关键词:二甲苯；精馏分离；热量回收利用；精馏计算Annual
3、output of 50,000 tons xylene aromatics extraction plant process design of the tower本科毕业生论文IIsieve distillation process designAbstractThe system is mainly aimed annual processing capacity of 50,000 tons aromatics extraction plant oil solvent extraction catalytic reformate mixture of aromatics are ben
4、zene, toluene, xylene separation tower part of the design.Three-line separation of benzene after an aromatics extraction process is very important, aromatic extraction system in the whole is also very important.After the aromatics extraction unit, and after a stripper, washing towers, the solvents a
5、re basically out of the rest is we want, but they are a mixture, to use one by one in order to achieve the purpose of separation, the separation of fine distillation tower design is good or bad, high and low separation efficiency, good or bad quality of the products obtained are of great importance,
6、 as well as for energy consumption, methods, technology, innovation is also very focused on. On the aromatic extraction has been a lot of advanced foreign technology, China also has a range of technology of their own, and aromatics distillation of a distillation process, not even the big difference
7、at home and abroad, we can design better.In order to better achieve good separation, in less investment, low energy consumption and high efficiency after the idea of a mixture of aromatic aromatics extraction separation of xylene tower design. The basic program design: According to the mission state
8、ment for material balance, heat balance, physical balance, the calculation of the tower (including the tray, tower in size, some of the relevant checking), tower cooler and bottom reboiler Preliminary calculations. After a mixed aromatic benzene tower, the towers separation of toluene, the bottom pr
9、oduct to enter the xylene tower, the amount of separation in the distillation column can be obtained under the more high-quality mixed xylene. The design of the plate numbers are 50, the average amount of xylene distillation column tray is 46 54, with plate tower, the tower diameter of 1.4 m, 0.4 m
10、plate spacing, 20.4 m high tower.Key words：Xylene；Distillation；Heat Recovery；Distillation calculations本科毕业生论文I目 录摘要 .abstract .前言 .1第 1 章 精馏塔的概述 .21.1 塔设备的类型 .21.2 塔设备的性能指标 .21.3 板式塔与填料塔的比较 .21.4 精馏原理 .3第 2 章 设计标准 .4第 3 章 设计方案的分析和拟订 .5第 4 章 各部分结构尺寸的确定和设计计算 .64.1.设计方案的确定 .64.2.精馏塔的物料衡算 .94.2.1 原料液及塔顶
11、、塔底产品的摩尔分数 .104.2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 .104.2.3 物料衡算 .104.3.塔板数的确定 .114.3.1 理论板层数 NT 的求解 .114.3.2 实际板层数的求取 .124.4.精馏段的工艺条件及有关物性数据的计算 .134.4.1 精馏段操作压力计算 .134.4.2 提馏段操作压力的计算 .134.4.3 操作温度计算 .134.4.4 平均摩尔质量计算 .144.4.5 平均密度的计算 .144.4.6 液体平均表面张力计算 .15本科毕业生论文II4.4.7 液体平均黏度的计算 .164.5.精馏塔的塔体工艺尺寸的计算 .144.5.1
12、.塔径的计算 .174.5.2 精馏塔有效高度的计算 .184.6.塔板主要工艺尺寸的计算 .194.6.1 溢流装置计算 .194.6.2 塔板布置 .204.7.筛板的流体力学验算 .214.7.1 塔板压降 .214.7.2 液面落差 .224.7.3 液沫夹带 .224.7.4 液漏 .224.7.5.液泛 .224.8.塔板负荷性能图 .244.8.1 漏液线 .244.8.2 液沫夹带线 .254.8.3 液相负荷下限线 .254.8.4 液相负荷上限线 .254.8.5 液泛线 .26第 5 章 换热器的初步计算 .29第 6 章 基本设备的成本初步估算 .31第 7 章 安全生
13、产和环境保护 .32第 8 章 设计小结 .33致谢 .34参考资料 .35第 9 章 附图 .36本科毕业生论文1前言芳烃指结构上含有苯环的烃。其中，苯、甲苯、二甲苯是重要的基础有机化工原料。芳烃的来源有：煤炼焦时的副产品；乙烯生产厂的裂解汽油；炼油厂催化重整装置。在最早的时期，芳烃主要来源于煤炼焦技术，随着时代的进步，技术的改进和需求的大量化，还有对环境的考虑，目前通过煤炼焦获得芳烃已不占重要地位。不同来源获得的芳烃其组成不同，获得的芳烃数量也不相同。三系苯的分离是整个芳烃抽提体系中重要的一环。在芳烃抽提装置之后，经过了汽提塔，水洗塔，溶剂基本得到分离，剩下的就是芳烃混合物，要逐一分离才能
14、达到使用要求，因此分离精馏塔的分离效率高低，对获得的产品的质量有非常重要的意义，还有对于能耗，方法，技术的创新也是需要注重的。近年来, 国内聚酯工业快速的发展, 随着石油化工业和纺织工业的不断发展，世界上对芳烃产品的需求不断上升，尤其是苯和对二甲苯的需求增长为最快。在世界上聚酯行业的快速发展, 我国对二甲苯消费量上升非常的迅速, 不过因为产能的增长滞后, 呈现出逐年加大的供应缺口。加快发展芳烃生产, 提高对二甲苯自给能力对于国内聚酯行业的健康发展非常重要。最初芳烃生产的原料是煤焦化得到的焦油。世界炼油工业和石油化工的迅速发展,芳烃生产的主要原料已经转向以催化重整和催化裂化得到的重整油和裂化汽油
15、,以石油为原料的芳烃国外约占 98 %以上,国内约占 85 %以上。因此芳烃的生产是一系列的化工生产的源头产业，是一项关乎国民经济的重大产业。因此从某种角度来说，对二甲苯的需求量大不是凭空而来，它是合成有机材料的原料之重，因此二甲苯的抽提很有价值研究意义本科毕业生论文2第 1 章 精馏塔的概述1.1 塔设备的类型设备塔是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的汽液传质设备。根据塔内汽液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行汽液与传热。正常操作下，气相为分散相。液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆
16、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，气体逆流而上（有时也采用并流向下）流动，汽液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。1.2 塔设备的性能指标为获得最大的传质速率，塔设备应该满足两条基本原则：1、使气、液两相充分接触，适当湍动，以提供尽可能大的传质面积和传质系数，接触后两相又能及时完善分离；2、在塔内使气、液两相具有最大限度地接近逆流，以提供最大的传质推动力。从工程目的出发，塔设备性能的评价指标如下：1、通量单位塔截面的生产能力，表征塔设备的处理能力和允许空塔气速；2、分离效率单位压降塔
17、的分离效果，对板式塔以效率表示，对填料塔以等板高度表示；3、适应能力操作弹性，表现为对物料的适应性及对负荷波动的适应性。塔设备在兼顾通量大、效率高、适应性强的前提下，还应满足流动阻力低、结构简单、金属消耗量少、造价低、易于操作控制等要求。1.3 板式塔与填料塔的比较工业上，评价塔设备的性能指标主要有以下几个方面：1、生产能力；2、分离效率；3、塔压降；4、操作弹性；5、结构、制造及造价。1、生产能力 填料塔内件的开孔率通常在 50%以上，而填料层的孔隙率则超过 90%，一般液泛碘较高，故单位塔截面上，填料塔的生产能力一般均高于板式塔。2、分离效率 一般情况下，填料塔具有较高的分离效率。在减压、
18、常压和低压（压力小于 0.3MP）操作下，填料塔的分离效率明显优于板式塔，在高压操作下，板式塔的分离效率略优于填料塔。3、塔压降 填料塔由于空隙率高，故其压降远远小于板式塔。4、操作弹性 一般来说，填料本身对气液变化的适用很大，故填料塔的操作弹性一般较大，而板式塔的操作弹性较小。本科毕业生论文35、结构、制造及造价 填料塔的结构较板式塔简单，故制造、维修也较为方便，但填料塔的造价通常高于板式塔。1.4 精馏原理塔分离均相液态混合物的原理：蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接
19、近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。本科毕业生论文4第 2 章 设计标准1、HG/T20569-94机械搅拌设备2、GB150-1998钢制压力器 3、TCEDS8-90压力容器强度计算书统一格式4、CD130A20-86化工设备设计文件编制规定5、 压力容器安全技术监察规程6、 压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则7、GB150钢制压力
20、容器本科毕业生论文5第 3 章 设计方案的分析和拟订工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作，根据任务书知，板式塔的生产能力低，要求的分离效率也不高，且填料塔的结构要求高，造价高，而板式塔的结构简单，制造、维修方便，所以选用板式塔。3.1 操作压力蒸馏操作通常可在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据所处理物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，同时还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但
21、在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏的能量消耗。3.2 进料状态 进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。本设计采用泡点进料。3.3 加热方式精馏塔的加热方式通常采用间接蒸汽加热，设置再沸器。有时也可采用直接蒸汽加热。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度应较低，会增加实际塔板数的需求量。采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于中塔的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及塔中液柱静压力。本次精馏采用间接加热，设置再沸器。
