1、 目录摘要绪论第一章 原料与产品1 原料特性2 萘的物理化学性质3 产品质量 第二章 工业萘连续精馏工艺技术1工业萘的生产工艺技术的选择2 工艺概要3 工艺特点4 设计工艺参数列表第三章 工艺计算1 初镏塔的物料衡算 1原料处理量 2原料组成及各组分含量 3初镏塔物料衡算2初镏塔所需要的理论板的层数及回流比 1最小理论塔板数 2最小回流比 3实际塔板数 3初镏塔的热平衡计算 1输入热量 2输出热量 4精馏段、提馏段工艺条件的计算 1精馏段工艺条件的确定 2提馏段工艺条件的确定第四章 其他设备选型及计算1管式炉的计算数据1初镏塔管式炉的计算数据 1输入热量 2输出热量 3初镏塔管式炉的煤气消耗选
2、型2精馏塔管式炉的计算数据 1输入热量 2输出热量 3精馏塔管式炉的煤气消耗选型3原料换热器 1计算条件 2热量衡算 结论参考文献 摘 要精萘是有机化学工业主要的芳香族原料，广泛应用于生产合成纤维。橡胶。树脂。染料遗迹制取炸药。农药等工业部门，是一种重要的化工原理。而精萘又是经过对工业萘的精致取得到的，目前，除少数厂家根据需要生产精萘外，大部分厂家均生产工业萘产品，广泛的用途及用量使工业萘的高效生产量显得尤为重要。工业萘生产是采用精馏方法将含萘馏分进行分馏，提取出工业萘产品，精馏方法分为间歇式和连续式俩种工艺流程，原料年处理量决定精馏方法，本套设计将采用与年处理量为30万吨焦油蒸馏装置相配套的
3、连续生产工艺，即双炉双塔工业萘连续精馏工艺系统。下面的设计过程将对工业萘的双炉双塔连续式精馏工艺流程进行详细的叙述并对工艺系统中所使用的主体设备-工业萘初镏塔、工业萘精馏塔和工业萘气化冷凝冷却器进行设计计算。关键词：工业萘；双炉双塔连续精馏工艺；工业萘初镏塔；工业萘精馏塔；工业萘汽化冷凝冷却器 绪 论萘是有机化学工业主要的芳香族原料，广泛应用于生产合成纤维、橡胶、树脂、染料以及制取炸药、农药等的工业部门。萘的资源主要来自焦化萘和石油萘，就其质量来说石油萘大大超过目前的焦化萘，但从资源量上来说，焦化萘具有优异条件。目前，除少数厂根据需要生产精萘外，大部分厂俊生产工业萘产品。工业萘一般是指结晶点不
4、小于77.5，萘含量不小于95.13，其他指标符合国家质量指标GB670086的萘产品。我国生产的个工业萘主要用语生产苯酐，再以苯酐为原料制取各种纤维、塑料、增塑剂、树脂和油漆，例如，聚酯树脂和聚酯纤维。塑料薄膜形成和橡胶增塑剂。清漆和磁漆的醇酸树脂等。含萘馏分富集焦油中的萘是作为工业萘生产的原料，在原料馏分中含有极复杂的多种组分，有酸性（主要是酚类）中性及碱性（吡啶碱），每类组分又都还有多种单组分。为了提高工业萘产品质量及提取这些产品，原料馏分在精馏时，需要进行碱洗和酸洗，为了脱出酚类化合物，需要进行碱洗，为了脱出吡啶碱类需要用浓度为15-17的硫酸进行酸洗。由于目前工业萘大部分用于制取邻苯
5、二甲酸酐，随着苯酐生产工艺的改进，还有少量不饱和化合物的工业萘，对苯酐产品质量及催化剂性能均无不良影响，因此，现在许多焦化厂都用只经碱洗的原料馏分提取工业萘。工业萘生产是采用精馏方法将含萘馏分进行分馏，提取出产品工业萘。精馏方法分为间歇式和连续式两种工艺流程。原料年处理量决定精馏方式，与年处理量为30万吨焦油蒸馏装置相配合的工业萘蒸馏装置采用连续精馏生产工艺。以焦油蒸馏提取出的含萘馏分作为工业萘生产原料，到完成工业萘的生产过程，一般分为3个阶段，即原料的预处理，初镏和精馏。原料的预处理即将含萘馏分在馏分洗涤工段中用碱液或酸液进行化学洗涤处理，脱出原料中的酚类或吡啶类化合物，经化学处理后的馏分称
6、为已洗萘油馏分、已洗萘油二混馏分、已洗萘油三混馏分，这些已洗馏分均作为工业萘生产原料进入初镏装置进行精馏。第一章 原料与产品1 原料与特性制取工业萘的原料为焦油蒸馏所得的，经碱洗脱酚后的富集萘的已洗馏分。按照焦油蒸馏流程及其馏分切取工艺制度的不同，已洗含萘有萘油馏分。萘洗混合馏分及酚萘洗三混馏分等。现有装置已洗萘油的质量如下：含 萘：72.38含 酚：0.416蒸馏试验：初镏点208.5214前镏出量26.2（v/v）214221馏出量58.1（v/v）221后馏出量12.1（v/v）干点233含萘馏分是多组分混合物，有酸性、中性和碱性三类组成，每类组成均由多种单一化合物组成。下面列出国内某厂
7、已洗萘洗混合馏分的组成。组 成含量，组 成含量，一、中性组成2,5,2,4-二甲基吡啶0.01381,3,5-三甲苯0.01922,4,6-三甲基吡啶0.01741,2,4-三甲苯0.0288邻-甲苯胺0.00991,2,3-三甲苯0.0192对-甲苯胺0.0084二氢化茚0.46间-甲苯胺0.0258四甲苯0.0192喹啉1.355茚0.2782-甲基喹啉0.238四氢化萘0.048异喹啉0.217笨甲腈0.1923-甲喹啉0.054萘60.56-7-甲基喹啉0.224硫茚1.3052,6-二甲基喹啉0.0773-甲基苯7.954-夹击喹啉0.082a-甲基苯3.962,4-二甲基喹啉0.0
8、6652,6-2,7二甲基苯2.09小计2.392联笨1.725三、酸性组分1,6-二甲基苯1.33苯酚0.000712,3-1,4-1,5二甲基苯0.336邻甲苯0.01071,2-二甲基笨0.2492,6-二甲苯0.01935苊5.73间-对-甲酚0.034苊烯0.222,4-2,5-二甲苯0.253氧芴2.12,3-二甲酚0.062芴0.5653,5-二甲酚0.1174小计89.1243,4-二甲酚0.0416二、碱性组分2,3,5-三甲酚0.1032-甲基苯0.00153a-萘酚0.03682,6-二甲基吡啶0.00117未知物0.13152-乙基吡啶0.00048小计0.7174含萘
9、馏分的不同，在生产工业萘时的精制率也会略有不同。萘洗混合馏分的精制率为96%97%，萘油馏分的可达97%以上，酚萘洗三混馏分的约为94%95%。工业上最常用的是已洗萘洗二混馏分或已洗酚萘洗三混馏分，事实上三混馏分作为原料的的产率最好，考虑到与其他组员不重复的原因，本设计选择了二混馏分作为原料。2 萘的物理化学性质萘在常温下是固体，容易升华成无色片状物或单斜晶体。萘的沸点（101.3kPa）为217.96；熔点为80.28；固态密度为1.145 g/cm3,液态密度：85时为0.9752 g/cm3，100时为0.9623 g/cm3；自燃点：在空气中为690，在氧气中为557;闪点为80。在8
10、0.27327.5时，萘的饱和蒸汽压与温度的关系可用下式表示：lgP=7.1268-1828.04/（212.53+t）式中：P压力，毫米汞柱；t温度，萘中含有杂质时，其结晶温度下降。萘的结晶温度与纯度的对应关系如下表，通常用测结晶点的方法即可知道萘的纯度。萘的质量分数，结晶温度，萘的质量分数，结晶温度，81.0070.590.8075.581.9571.091.8076.082.8571.592.8576.583.8072.093.8577.084.7572.594.9577.585.7073.096.0578.086.7073.597.2078.587.7074.098.4079.088.
11、7074.599.3079.589.7575.010080.33 产品质量对工业萘产品的技术指标在现行国家标准（GB/T6699-1998）中的规定：指标名称指 标优等品一等品合格品外观白色，允许带微红或微黄粉状、片状结晶结晶点， 不小于78.378.077.5不挥发物， 不大于0.040.060.08灰分， 不大于0.010.010.02注 1 不挥发物按生产厂检验数据为准 2 工业萘按液体供货时不挥发物指标由供需双方确定不挥发物是指工业萘试样在150下烘烤60-80分钟后的残留物，主要是一些不饱和物及其聚合物，如甲基茚、甲基古马隆等。随着时间的延长或温度的升高，不挥发物会升高。第二章 工业
12、萘连续精馏工艺技术1工业萘的生产工艺技术的选择目前，大规模的工业萘生产装置多采用管式炉加热连续精馏法。管式炉加热连续精馏法制取工业萘，有双炉双塔、单炉双塔、单炉单塔三种流程。双炉双塔蒸馏工艺由两台蒸馏塔和两台加热炉组成。即在初镏塔内切取酚油馏分，在精馏塔内切取工业萘和甲基萘油馏分，两台蒸馏塔分别由两台加热炉供热。该工艺工业萘产品质量稳定，酚油、甲基萘油含萘低，萘的收率较高，操作稳定，易于控制，但投资大。单炉双塔蒸馏工艺由一台蒸馏塔和一台管式加热炉组成。工业萘由蒸馏塔的侧线采出。蒸馏塔由加热炉供热。该工艺简单，投资少，由于在一台蒸馏塔内要同时保证酚油、工业萘和甲基萘油三种产品质量都合格，所以比双
13、炉双塔工艺难于调节，适用于原料含苯较高的情况。单炉双塔蒸馏工艺由两台蒸馏塔和一台加热炉组成。即在初镏塔内切取酚油馏分，在精馏塔内切取工业萘和甲基萘油馏分，两台蒸馏塔由一台加热炉供热。该工艺由一台加热炉控制两台蒸馏塔塔底温度，虽然节能但操作难度大。上述工艺流程均具有各自的特点，适用于不同的场合。在本次设计中萘产品质量要求比较严，而且萘产品是主要产品，保证工业萘的质量和收率，将直接关系到工程的经济效益，同时考虑为了和年处理量为30万吨焦油蒸馏装置相配套，决定采用双炉双塔连续精馏制取工业萘流程为工艺方案。2 工艺流程简介中间槽区的已洗混合份，用已洗混合份输送泵，送入工业萘/原料换热器换热后进入初镏塔
14、中段，塔顶油气在酚油冷凝冷却器内冷凝冷却后，经酚油油水分离器分离，酚油进入酚油回流槽，一部分通过初镏塔回流泵作为回流送入初镏塔顶，其余部分送到中间槽区脱酚槽，酚水自流到中间槽区的酚水槽。初镏塔回流泵将初镏塔底部的萘洗馏分一部分连续送入初镏塔加热，加热后，返回初镏塔底部，作为初镏塔的热源。其余则送入精馏塔原料换热器冷凝，工业萘气化冷却器冷却到规定温度值后，流至工业萘回流槽。精馏塔回流泵将部分工业萘送精馏塔顶作为回流，其余的工业萘作为产品送至工业萘高值槽或成品槽区95萘槽。精馏塔循环泵将精馏塔底的洗油一部分连续送入精馏塔加热炉，加热到规定温度值后，返回精馏塔底部，作为精馏塔热源。其余作为洗油经洗油
15、冷却器冷却后，送至成品槽区洗油槽。工艺萘高置槽中的工业萘，自流进入结片机，经冷去、结晶、切片得到固体工业萘，存入工业萘包装机贮斗，再通过包装机自动计量、包装后，由防暴叉车送入仓库。结片机内通以循环水，升华萘由通风除尘装置回收。各设备的排气均分类集中至馏分洗涤及酚盐分解装置。3 工艺特点该工艺在国内早已应用，技术成熟，易于操作。产品质量稳定，萘的收率较高。利用原料与工业萘换热，降低了煤气耗量和冷却水用量。 4 设计工艺参数列表项目与指标已洗萘洗二混馏份初馏系统精馏系统原料含萘量，%60-65原料水分，%0.5原料温度，75-90管式炉出口温度，270-275275-282塔顶温度，190217-
16、219塔底温度，240245-250酚油冷却器出口温度，75-85工业萘汽化冷凝冷却器出口温度， 100-110回流比 182管式炉煤气耗量(m3/h)292.5866.8第三章 工艺计算一、初镏塔的物料衡算1 原料处理量 根据生产设计任务要求年处理30Wt，按照每年工作日为300天，每天设备工作24h，则可计算原料每小时处理量为： 2 原料组成及各组分的含量切取的萘洗二混馏分为原料，其中有21的馏分为已洗馏分，即420000.21=8820kg/h；其中主要是中性组分约为90左右，其余是碱性、酸性组分。由书籍资料可确定数据分析，列于表中 已洗萘洗二混馏分中性组分的组成组分质量摩尔分数Kg/h
17、Kmol/h相对分子量1，3,5-三甲苯0.020.0171.7640.01471201,2,3-三甲苯0.050.0424.410.037120四甲苯0.500.37344.10.329134茚0.290.2525.60.22116邻、对甲酚0.250.222.050.17108四氢化萘5.054.6445.414.13132萘63.1349.3556843.5128已洗萘洗二混馏分中性组分的组成组分质量摩尔分数Kg/hKmol/h相对分子量硫茚1.3611200.89134甲基萘4.142.9365.22.58142甲基萘8.305.9743.25.161422,6-二甲基萘2.181.4
18、192.21.23156联苯1.801.2158.81.031541,2-二甲基萘0.260.1722.930.151561,5-二甲基萘0.350.2230.870.201561,6-二甲基萘1.390.9122.60.79156苊5.975.01526.63.42154苊烯0.230.1520.30.133152氧笏2.191.46193.21.28150笏0.560.449.40.37135合计100882065.643 初馏塔物料衡算按照表41，取四氢化萘为轻关键组分，萘为重关键组分，那么已洗馏分中四氢化萘摩尔分数X1f=4.6，；萘的摩尔分数X2f=49.3。 由相关资料可取轻关键组
19、分在馏出物中的浓度为0.32，重关键组分在釜残液中的浓度为0.01（摩尔分数） 轻关键组分： 0.32P+0.01W=65.640.046 根据物料衡算： P+W=65.64 解得：馏出物P=7.63kmol/h，釜残液量W=58.01kmol/h 馏出物含四氢化萘：7.630.32=2.44kmol/h 馏出物含萘量：7.63-（0.0147+0.037+0.329+0.22+0.17+2.44）=4.42kmol/h 沸点低于四氢化萘的各组分可以被认为全部蒸出，高于它的各种馏分全部留在釜残液中。从中可以列出初馏塔的物料平衡表，初馏塔物料平衡表 原料 馏出物 釜残液组分Kmol/h摩尔分数K
20、mol/h摩尔分数Kmol/h摩尔分数1，3,5-三甲苯0.01470.0170.01470.19001,2,3-三甲苯0.0370.0420.0370.4800四甲苯0.3290.3730.3294.4300茚0.220.250.222.900邻、对甲酚0.170.20.172.200四氢化萘4.134.62.4432.01.692.9萘43.549.34.4256.139.0867.2硫茚0.891000.891.53甲基萘2.582.9002.584.45甲基萘5.165.9005.168.892,6-二甲基萘1.231.4001.232.1联苯1.031.2001.031.781,2-
21、二甲基萘0.150.17000.150.251,5-二甲基萘0.200.22000.200.341,6-二甲基萘0.790.9000.791.4苊3.425.01003.425.8苊烯0.1330.15000.1330.23氧笏1.281.46001.282.2笏0.370.4000.370.63合计65.647.6310058.01100二、初馏塔所需要的理论板的层数及回流比 工业萘初馏塔和精馏塔大多采用浮阀塔。浮阀能够随着气速的增减在相当宽广的气速范围萘自由调节、升降，保持稳定操作。它的处理量大，比泡罩塔提高2040，而且操作弹性大，且塔板效率高，一般比泡罩塔高15左右。浮阀塔塔板间距为3
22、00450mm。在塔底最下一层浮阀塔板的下面，设有24层筛板作为蒸发板。浮阀塔塔底设有油槽，使塔底残油停留时间为710min。正常操作液位不低于4m，塔板数在5075之间，塔板数由原料组决定。1最小理论塔板数 设轻关键组分在馏出物中的浓度X1P=0.32，轻关键组分在釜残液中的浓度X1W=0.01；重关键组分在馏出物中的浓度X2P=0.561，重关键组分在釜残液中的浓度为X2W=0.672。平均为轻关键组分四氢化萘在塔顶和塔底温度下相对挥发度的平均值，则： 另外可根据芬斯克方程可以计算出最小理论板数，即： 最小理论板数位13.9-1=12.9，取13块。2 最小回流比根据前述的物料数据可知，
23、根据恩伍特方程可计算最小回流比，即： 3 实际塔板数初馏塔设计中，一般不进行详细的经济衡算，而是根据经验选取。通常操作回流比可取为最小回流比的1.12倍。操作回流比取 则：查得： 则：N=28.5,取为N=29；塔板效率由奥康萘尔关系曲线，即ET=0.49（L）-0.245 可以从曲线上得出，初馏塔的塔板效率为0.45 则初馏塔的实际塔板数为： 三 初镏塔的热平衡计算进入初馏塔的已洗萘洗混合馏分 8820kg/h 冷回流比 18 塔顶酚油量（含3） 264.6kg/h 塔顶回流量为 264.618=4763kg/h塔底萘油洗油量（95） 8379kg/h塔顶酚油温度 190 塔底萘、洗油温度
24、240 已洗混合馏分入塔温度 200 回流入塔温度 401 输入热量已洗二混馏分代入的热量，已知二混馏分在20220间的平均比热为1.797KJ/Kg。则：Q1=88201.797200=3169908 KJ/h 酚油回流代入的热量，已知酚油在2050之间的平均比热，为1.739KJ/Kg。则：Q2=47631.73940=331314 KJ/h 塔底循环油，通过管式炉加热炉补充热量Q3 由、可计算出输入的总热量，则： 2 输出热量塔顶酚油及回流汽油汽带出的热量，已知酚油在20200间的比热为1.860KJ/kg；酚油在塔顶条件下的汽化潜热为340.7KJ/Kg。Q4=（264.6+4763）
25、（1.860190+340.7）=3306262 KJ/h； 塔底萘、洗油带出的热量，萘、洗油在20250之间的平均比热为1.881KJ/Kg，则： Q5=83791.881240=3782626 KJ/h； 塔表面散失的热量，联合给热系数同馏分塔的计算，即K=67.3 KJ/mh，初馏塔直径为1.5m，塔高H=33.34m，保温层厚0.1m（经验值），则塔的散热表面积： 保温层外表面平均温度为：t1=35，而哈尔滨空气年平均温度t2=3.6；基础散热量为表面散热量的5，则全塔散热量为： 经过计算后，得输出总热量为：因为热量守恒，所以：Q3=4108651KJ/h 其工业萘初馏塔热量平衡如表；工业萘初馏塔热量平衡收入支出项目名称KJ/h项目名称KJ/h已洗两混馏分代入热量3169908塔顶酚油及回流所带出的热量3306262酚油回流代入热量331314 塔底萘油、洗油带出的热量3782626循环油代入热量4108651塔表面散热损失520985合计76098737609873四 精馏段、提馏段工艺条件的计算1 精馏段工艺条件的确定 塔顶出来的气体量：V=D(R
