苯、甲苯、二甲苯分离过程工艺设计说明书

化工过程及CAD课程设计任务书

项目一、CAD

1.题目

化工单元操作设备CAD 图（以化工原理课程设计手工图纸为基础）

2.提交材料

1）电子版图纸（图幅：A1；文件格：*.dwg；CAD 版本：2010及以前的版本）

2）纸质材料：将电子版A1 图纸用A3 制进行打印。

项目二、化工过程设计（工作间：330d/a）

题目

4）苯、甲苯、二甲苯分离过程设计（进料：苯含量20‐40%；甲苯：15‐30%；分离后苯的纯度不小于98%；甲苯纯度不小98%；二甲苯纯度不小97%）。

2.要求

1）查阅文献资料，完成工艺流程设计，按化工制图中对流程图的要求绘制工艺流程图；2）采用流程模拟软件，进行全流程流程模拟；

3）编辑得到流程模拟的物料平衡表、热量平衡表；

4）对其中一个精馏塔进行塔体工艺尺寸计算，以及敏感性分析；

5）编制工艺设计报告应报包括：文献调研情况，设计依据——

年工作时间、原料规格、加热蒸汽机冷却水规格等、工艺流程设计——

工艺流程图及工艺流程简述，全流程模拟结果——物料平衡与热量平

衡，塔设备工艺尺寸结果，塔设备敏感性分解结果图表。

6）格式与排版要求：见附件

年处理量18.86万吨三苯分离项目工艺设计说明书

第一章总论

1.1 项目概况

本项目为在任务书的要求下设计一个简单的三苯分离工艺。由于苯、甲苯、二甲苯之间沸点温差相差明显，存在较大温差，故可用传统精馏操作即可分离，无需太过复杂的工艺要求。对于三元混合物的分离，应采用连续精馏流程。连续精馏具有生产能力大，产品质量稳定等优点。采用全凝器为主，以使于准确的控制回流比。利用液体混合物中各组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分的分离。

1.2 设计依据

化工过程及CAD课程设计任务书；

1.3 生产工艺及全厂总流程

1.3.1 生产工艺

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发的不同并借助于多次不分汽化和部分冷凝达到轻，重组分分流的方法。蒸馏操作在化工，石油化工，轻工等工业生产中占有重要的地位。蒸馏过程按蒸馏方式可分为简单蒸馏，平衡蒸馏，精馏和特殊精馏等。

本设计采用连续精馏工艺。设计中采用泡点进料，将原料通过预加热至泡点送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储罐。

1.3.2精馏原理及其在工业生产中的应用

精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同将混合物进行分离。在精馏塔中，再沸器或塔釜产精馏是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。因此可是混合物得到几乎完全的分离。精馏可视为由多次蒸馏演变而来的。精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物，是化工、医药、食品等工业中尤为常见的单元操作。

进行精馏操作的设备叫做精馏塔。在精馏塔中生的蒸汽沿塔逐渐上升，来自塔顶冷凝器的回流液从塔顶逐渐下降，气液两相在塔内实现多次接触，进行传质、传热，重组分下降，使混合液达到一定程度的分离。如果离开某一块塔板（或某一段填料）分离苯-甲苯混合液的浮阀板式精馏塔工艺设计的气相和液相的组成达到平衡，则该板（或该段填料）称为一块

理论板或一个理论级。然而，在实际操作的塔板上或一段填料层中，由于气液两相接触时间有限，气液两相不到平衡状态，即一块实际操作的塔板（或一段填料层）的分离效果常常达不到一块理论板或一个理论级的作用。要想达到一定的分离要求，实际操作的塔板数总要比理论的板数多，或所需的填料层高度要比理论上的要高。

1.3.3精馏操作的特点及其对塔设备的要求

精馏操作的特点

从上述对精馏过程的简单介绍可知，常见的精馏塔的两端分别为汽化成分的冷凝和液体的沸腾的传热过程，精馏塔也就是一种换热器。但和一般的传热过程相比，精馏操作又有如下特点：

1)沸点升高

精馏的溶液中含有沸点不同的溶剂，在相同的压力下溶液的蒸汽压较同温度下纯溶剂的汽化压低，使溶液的沸点高于醇溶液的沸点，这种现象称为沸点的升高。在加热汽化温度一定的情况下，汽化溶液时的传热温差必定小于加热纯溶剂的纯温差，而且溶液的浓度越高，这种影响也越显著。

2)物料的工艺特性

精馏溶液本身具有某些特性，如某些物料在加入到溶液中时可与溶液中的某一组分或几组分形成恒沸液等。如何利用物料的特性和工艺要求，选择适宜的精流流程和设备是精馏操作彼此需要知道和必须考虑的问题。

3)节约能源

精馏汽化的溶剂量较大，需要消耗较大的加热蒸汽。如何充分利用热量提高加热蒸汽的利用率是精馏操作需要考虑的另一个问题

精馏操作对塔设备的主要要求

1：生产能力大：即单位塔截面大的气液相流率，不会产生液泛等不正常流动。

2：效率高：气液两相在塔内保持充分的密切接触，具有较高的塔板效率或传质效率。

3：流体阻力小：流体通过塔设备时阻力降小，可以节省动力费用，在减压操作是时易于达到所要求的真空度。

4：有一定的操作弹性：当气液相流率有一定波动时，两相均能维持正常的流动，而不会使效率发生较大的变化。

5：结构简单，造价低，安装检修方便。

6：能满足某些工艺的特性：腐蚀性，热敏性，起泡性等。

1.3.4设计总流程

本设计采用连续精馏工艺。设计中采用泡点进料，将原料通过预加热至泡点送入精馏塔内。塔顶上升蒸汽采用全冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分冷却后送至储罐。

图1-1工艺总流程

1.4 建设规模和产品方案

1.4.1 建设规模

本项目为年处理20万吨三苯混合物的精馏分离。

1.4.2 产品方案

本设计采用连续精馏工艺，根据任务书要求以及流程模拟，本设计得到的产品规格如下表:

产品规格

纯度

（mole百分含量）

产量

（万吨/年）

苯优等品99.99甲苯优等品98.04二甲苯优等品98.63