摘 要
本论文对焦化苯萃取精馏制纯苯过程进行工艺设计，采用DMF(N,N-二甲基甲酰胺)作为萃取剂来脱除焦化苯中的含硫化合物噻吩，从而达到精制焦化苯的目的，制备符合工业要求的纯苯和噻吩浓缩物等产品。
设计的工艺过程采用两次萃取精馏和两次溶剂回收的方案。使用ASPEN化工设计软件对该工艺过程进行模拟计算，并进行工艺过程的调优，得到最佳塔板数、回流比、采出比等。使用CHEMCAD化工软件求得各个塔的塔径、塔高等工艺参数，根据相关资料和各个工艺参数对再沸器、冷凝器和泵等化工设备进行设计、计算、选型。使用AUTOCAD画图软件画出该工艺过程的带控制点的工艺流程图，并进行经济效益分析，完成整个工艺过程的经济核算。
关键词：焦化苯，噻吩，DMF，萃取精馏，工艺设计
I
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
Abstract
In this dissertation, a technologic process design for producing pure benzene by extractive distillation from coke-oven benzene has been designed. We use DMF(N,N-Dimethylformamide)as solvent to eliminate the thiophene from coke-oven benzene, so as to achieve the purpose of purifying coke-oven benzene. We can prepare pure benzene and thiophene that conform to the industrial demands.
In this technologic process design, we use extractive distillation for two times and recycle the solvent for two times. We use the chemical software ASPEN to simulate the whole technologic process and adjust the conditions until the products conform to the industrial demands. We use the chemical software CHEMCAD to calculate the parameters of tower diameter, tower height and so on. According to relative date and technologic parameters, we can design, calculate and choose the model for chemical equipments such as reboiler, condenser and pump. The technologic flow chart can be drawn by AUTOCAD. As last, we analyze the economical benefit and finish the economical calculate of the whole process.
Key words: coke-oven benzene, thiophene, DMF, extractive distillation,
technologic process design
II
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
目 录
第一章 前言...................................................................................................................1 第二章 文献综述............................................................................................................2
2.1 萃取精馏过程......................................................................................................2 2.2 焦化苯脱噻吩萃取精馏计算...............................................................................3 2.3 溶剂DMF对苯和噻吩相对挥发度的影响..........................................................7 2.4 苯-噻吩-DMF体系的汽液平衡...........................................................................8 第三章 设计过程..........................................................................................................10
3.1 设计任务.............................................................................................................10 3.2 设计方案.............................................................................................................10 3.3 相关物质的物理性质.........................................................................................11 3.4 设计过程.............................................................................................................13 3.5 设计过程论述.....................................................................................................13 3.6 经济效益分析.....................................................................................................30 第四章 结论..................................................................................................................33 参考文献.........................................................................................................................35 致 谢................................................................................................................................37 附录1..............................................................................................................................38 附录2..............................................................................................................................46 附录3..............................................................................................................................65 声 明................................................................................................................................66
III
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
第一章 前 言
苯是一种重要的化工原料，广泛用作合成树脂，塑料，合成纤维，橡胶，洗涤剂，染料，农药，医药和炸药等的原料，也可用作动力燃料以及涂料、橡胶、胶水的溶剂。
苯的主要来源之一是煤高温裂解后得到的焦化苯。由于化学工业对苯的质量要求很高，所以制取深度净化甚至不含噻吩的苯具有越来越重大的意义。我国的焦化苯资源极为丰富，约占我国苯总产量的40～50%，但由于含有各种杂质，特别是硫化物，如0.2～1.6%（质量分数，下同）的噻吩，0.3～0.4%的二硫化碳等，还有各种饱和烃及不饱和烃，从而限制了它的进一步深加工利用，它不能直接用于化工合成，必须预先进行脱硫精制，主要是噻吩的脱除。目前工业上主要通过硫酸法和催化加氢法来脱除焦化苯中的噻吩，但硫酸法会产生大量的酸焦油，污染环境，对设备腐蚀性强，而且会因磺化作用造成苯的损失，而加氢法则需要大量的投资，操作条件苛刻，难以在小规模的炼焦厂中推广应用，同时这两种精制工艺中噻吩已通过化学反应转化掉，不能回收利用。
噻吩是一种重要的有机化工原料，它的用途非常广泛，主要用于染料、医药和树脂，且价格昂贵。考虑到噻吩的工业应用价值，选用萃取精馏的提纯方法。通过向原料中加入适当的溶剂来提高苯和噻吩的相对挥发度，用萃取精馏工艺脱除焦化苯中的噻吩，以获得高纯度的苯，并回收噻吩。
采用先进的石油化工分离技术对现有的焦化苯精制工艺进行改造，以生产纯苯为目的，同时回收噻吩，工艺过程简单，替代原有陈旧的生产工艺，大幅度减少了产业对环境的污染，所得到的产品质量规格较高，具有十分显著的经济和社会效益。
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年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
第二章 文献综述
2.1 萃取精馏过程
常压下苯和噻吩的沸点只相差4.1℃，其相对挥发度为1.1～1.13，应用常规的精馏方法分离出质量浓度低于10-6的噻吩几乎是不可能的。然而，可以通过加入适当的溶剂来提高苯和噻吩的相对挥发度，即用萃取精馏方法分离。1975年以来，前苏联对此法做了较多的研究，所应用的溶剂主要有N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、单乙醇胺、1，2-乙二胺、N-甲基吡咯烷酮（NMP）以及甘醇等，显然这样的溶剂应满足具有高选择性、无毒、无腐蚀性、热稳定性好、价格便宜、来源丰富的要求。通过加入这些溶剂，其相对挥发度可提高到约1.4～1.5[1]。
萃取精馏是一个重要的工业过程，其通常含义是向被分离物系中加入比分离组分（通常为沸点接近的均相液态混合物）挥发度低的物质（溶剂），以改变体系的相对挥发度.选择合适的溶剂可以增大被分离组分之间的相对挥发度，从而可以使难分离物系转化为容易分离的物系，使分离成本降低。因此，萃取精馏在近沸点物系和共沸物的分离方面是很有潜力的操作过程。随着近年来石油化工的迅速发展，要求充分利用各种物料，对原料和产品纯度的要求也不断提高，萃取精馏受到了越来越多的关注。
连续萃取精馏过程中，进料、溶剂的加入及回收都是连续的。连续萃取精馏一般采用双塔操作，第一个塔是萃取精馏塔，被分离的物料由塔的中部连续进入塔内，而溶剂则在靠近塔顶的部位连续加入。在萃取精馏塔内易挥发组分由塔顶馏出，而难挥发组分和溶剂由塔底馏出并进入溶剂回收塔。在溶剂回收塔内，可使难挥发组分与溶剂得以分离，难挥发组分由塔顶馏出，而溶剂由塔底馏出并循环回送至萃取精馏塔[2]。
萃取精馏过程的实现，经济效果如何，与溶剂的选择密切相关。工业生产中适宜溶剂的选择主要应考虑以下因素[3]：（1）溶剂选择性：溶剂的加入能够使原有组分的相对挥发度按照分离要求的方向改变，选择性可以用相对挥发度表示。要求溶剂具有较高的选择性，以提高溶剂的利用率。（2）溶剂溶解性：要求溶剂与原有组分间有较大的相互溶解度，以防止液体在塔内产生分层现象，但具有高选择性的溶剂往往伴有不互溶性或较低的溶解性，因此需要通过权衡选取合适的溶剂，使其既具有较好的选择性，又具有较高的溶解性。（3）沸点：溶剂的沸点应高于原进料混
2
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合物的沸点，以防止形成溶剂-非溶剂共沸物；但也不能过高，以避免造成溶剂回收塔釜温度过高。（4）其它：溶剂的粘度、密度、表面张力、比热和蒸发潜热等的大小都直接影响到塔板效率和热量消耗，对过程的经济指标产生影响；此外，溶剂使用安全、无毒性、不腐蚀、热稳定性好、价格便宜及来源丰富等也都是选择溶剂时要考虑的因素。
N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的相对挥发度为1.75，具有较高的选择性；同时溶解能力较好；沸点为152.8℃，高于原料混合物的沸点（苯的沸点为80.1℃，甲苯的沸点为110.6℃，二甲苯沸点为138.4℃，噻吩沸点为84.2℃。）；粘度、密度、表面张力、比热和蒸发潜热见表3.3相关物质的物理性质；DMF也具有使用安全、无毒性、不腐蚀、热稳定性好、价格便宜及来源丰富等特点。综合考虑以上各因素，使用DMF作为本次工艺设计的萃取剂。
2.2 焦化苯脱噻吩萃取精馏计算
采用三对角矩阵[4]-同时校正联合法[5‚6]及NRTL模型[7]对脱除焦化苯中微量噻吩的萃取精馏塔操作条件进行严格的优化计算[8]。
2.2.1汽液平衡方程的建立 常压下，汽液两相达平衡时：
yi=γixiPi0/P （2–1）
其中γi用NRTL模型求解。NRTL模型参数和Antoine常数分别见表2–1和表
2–2。
表2–1 NRTL模型参数
体系
苯（1）–噻吩（2）
苯（1）–DMF（3） 噻吩（2）–DMF（3）
M123228.872 2009.185 4145.619
M21-2375.817 -399.060 -2925.421
α120.1969 0.5120 0.2213
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表2–2 Antoine常数
组分 苯（1） 噻吩（2） DMF（3）
A 15.9008 16.0243 16.3709
B C 2788.51 2869.07 3541.51
-52.36 -51.80 -62.76
2.2.2 热量的计算
由于物体所含热量大小是一个相对值，所以选用常温（25℃）下液态焓Hi0L为基准。热量计算的工作方程如下：
L
HiL=Hi0L+∫CpdT （2–2） i
HiV=Hi0V+∫CVpidT （2–3）
Hi0V=Hi0L+Hi0潜 （2–4）
所以液态混合物摩尔热量大小为：
L
QL=∑(HiL−Hi0L)xi=∑∫(CpdT)xi （2–5） i
汽相混合物摩尔热量为：
VQV=∑(HiV−Hi0L)yi=∑∫(Hi0+CpidT)yi （2–6） 潜
根据文献[9]中各组分的汽液相热容（Cpi）及汽化潜热（Hi潜）的原始数据，用最小二乘法拟合出其与温度的关系，对密度随温度变化也进行了拟合，拟合常数见表2–3。拟合公式分别为：
Cpi=A1i+A2i(T−25)+A3i(T−25)+A4i(T−25) （2–7）
VVV2V3CVpi=A1i+A2i(T−25)+A3i(T−25)+A4i(T−25) （2–8） L
L
L
L
2
L
3
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Hi潜=A1i+A2i(T−25)+A3i(T−25)2+A4i(T−25)3 （2–9）
ρρ2ρ3
ρiL=A1ρi+A2i(T−25)+A3i(T−25)+A4i(T−25) （2–10）
表2–3 各物性数据随温度变化的拟合常数
物性名称 液相热容
L
Cp（J/mol℃） i
组分
A1A2A3A4
-1.023×10-5
3.471×10-6-3.412×10-71.841×10-61.674×10-7-1.040×10-11-2.593×10-4-2.617×10-4-1.455×10-4-1.515×10-9-3.098×10-8-1.826×10-9
汽相热容
CV pi（J/mol℃）
汽化潜热
Hi潜（J/mol）
液相密度
ρiL（g/cm3）
苯 143.777 -2.427×10-14.383×10-3
噻吩 116.792 2.256×10-1-6.891×10-4DMF 159.812 2.429×10-13.927×10-4苯 71.513 4.064×10-1-9.181×10-4噻吩 66.099 2.713×10-1-2.896×10-4DMF 97.705 3.347×10-12.525×10-9苯 34555.2 -41.212 -5.750×10-2噻吩 35571.2 -46.417 -6.632×10-3DMF 51350.2 -52.723 -2.722×10-2苯 0.896 -9.344×10-4-8.638×10-7噻吩 1.102 -2.022×10-39.377×10-6DMF 0.963 -8.689×10-4-1.748×10-7
2.2.3 萃取精馏塔的数学模型
通用萃取精馏模型塔的四大基本方程为： （1）物料平衡方程
Mi,j=FjZi,j+Lj−1xi,j−1+Vj+1yi,j+1−(Lj+Uj)xi,j−(Vj+Wj)yi,j=0 （2–11）
（2）热量平衡方程
VfLV
Lj−1QLj−1+Vj+1Qj+1+FjQj−Qi−(Lj+Uj)Qj−(Vj+Wj)Qj=0 （2–12）
（3）相平衡方程
Ej=yi,j−Ki,jxi,j=0 （2–13）
5
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（4）分子分数加和方程
Sj=∑xi,j−1=0 （2–14）
i=1mm
Sj=∑yi,j−1=0 （2–15）
i=1
总物料平衡方程为：
Lj=Vj+1+∑(Fk−Wk−Uk)−D （2–16）
k=2j
（2≤j≤N-1）
按上述四大基本方程，选用同时校正法求解，便可获得塔内各板温度、汽液相流量及组成分布。
2.2.4 萃取精馏计算
采用三对角矩阵及同时校正法相联合进行萃取精馏计算。该法初值由三对角矩阵法提供。
以工业纯DMF作溶剂，用含1%噻吩的苯为原料，在101.3kPa下进行萃取精馏塔模拟计算（进料量F为10kmol/h；进料温度Tf为80.0℃）。通过调整塔板总数、加料位置、回流比、采出率等操作参数，得出较好的萃取精馏塔操作参数优化结果，见表2–4、表2–5。
表2–4 萃取精馏塔操作参数优化计算结果
N
Ns
Nf
R
F
D
S
冷凝器
热负荷2.86×109
再沸器热负荷3.11×109
塔顶液相组成 （1）0.9999
（2）
塔底液相组成 （1）
（2）
50 6 28 9 10 9.3 400.0000 0.0147 0.0025
其中：N-理论总板数，块；Ns-溶剂进料板位置；Nf-原料进料板位置；R-回流比；F-原料进
料量，kmol/h；D-塔顶出料量，kmol/h；S-溶剂进料量，kmol/h；热负荷单位：J/h。
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表2–5 萃取精馏塔中汽液相组成及塔板温度随塔板数变化情况（部分数据） 塔板层
T(℃)
x1
x2
x3
y1
y2
y3
1 80.1 0.9999 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 2 80.1 0.9997 0.0000 0.0003 0.9999 0.0000 0.0000 3 80.5 0.9888 0.0000 0.0112 0.9983 0.0000 0.0017 4 82.1 0.9306 0.0000 0.0694 0.9899 0.0000 0.0101 5 91.9 0.6076 0.0000 0.3923 0.9379 0.0000 0.0621 6 91.9 0.6077 0.0000 0.3923 0.9379 0.0000 0.0621 47 48 49 50
96.0 0.5038 0.0330 0.4631 0.8797 0.0401 0.0802 110.4 0.2698 0.0252 0.7050 0.7594 0.0490 0.1916 135.5 0.0763 0.0097 0.9140 0.4205 0.0386 0.5409 149.9 0.0147 0.0025 0.9828 0.1126 0.0139 0.8735
2.2.5 结果
为配合萃取精馏塔工作，必须进行溶剂回收，可采用普通精馏法将萃取精馏塔塔底出料中的溶剂分离出来。用三对角矩阵-同时校正联合法，对以DMF为溶剂萃取精馏分离苯中微量噻吩，以及用三对角矩阵法对萃取精馏的溶剂回收进行了模拟计算，结果表明：萃取精馏塔顶可获得纯度高达99.99%以上的高质量苯，而塔底噻吩得到了富集（折合计算：噻吩与苯的相对含量可达14.5%）。萃取精馏塔的塔底出料经溶剂回收塔回收后，还可得到苯、噻吩、DMF的混合物料（噻吩与苯的相对含量为10.3%），可重新进行萃取精馏的进一步分离。
2.3 溶剂DMF对苯和噻吩相对挥发度的影响
相对挥发度，是指混合物中两组分挥发度之比，是分离难易程度的重要指标。郑英峨等人对101.3kPa下无溶剂及DMF溶剂体系中苯和噻吩的相对挥发度进行了研究，结果如表2–6所示[10]。
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表2–6 101.3kPa下无溶剂及DMF溶剂体系中苯(1)和噻吩(2)相对挥发度的比较 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 平均
二元体系 x10.03850.09630.16130.21360.27000.32990.38400.43210.48320.53030.57450.61830.65350.70200.75900.83230.87680.9294
y10.0433 0.1125 0.1842 0.2342 0.2976 0.3536 0.4128 0.4612 0.5118 0.5611 0.6034 0.6442 0.6837 0.7265 0.7790 0.8431 0.8869 0.9330
α 1.130 1.190 1.174 1.126 1.146 1.111 1.128 1.125 1.121 1.132 1.127 1.118 1.146 1.128 1.119 1.083 1.102 1.058 1.13
x10.06110.83600.08720.12170.12990.14200.17500.21640.20220.19770.22040.27000.28610.24370.22540.2973
x20.00470.00480.01640.01680.03110.04850.09720.09990.12230.13430.12640.11070.14100.19570.23530.2029
三元体系
y10.35130.44030.43560.53170.53740.54670.54890.59910.56750.54880.58560.66620.64450.54490.49040.6011
y20.0215 0.0190 0.0604 0.0534 0.0953 0.1389 0.2270 0.2050 0.2595 0.2793 0.2585 0.2063 0.2420 0.3414 0.4014 0.3157
α 1.257 1.330 1.356 1.374 1.350 1.344 1.343 1.349 1.323 1.335 1.299 1.324 1.313 1.286 1.275 1.299
1.32
由表中数据可知，二元体系中苯和噻吩间的平均α只有1.13，当使用DMF溶剂时平均α增至1.32，因此DMF溶剂能使苯和噻吩间的相对挥发度有所提高，对降低精馏塔塔高，减少塔板数具有工程应用价值。
2.4 苯-噻吩-DMF体系的汽液平衡
苯、噻吩、DMF之间的沸点差较大，唐忠等人用鼓泡平衡釜在不同温度下测定了苯-噻吩-DMF体系的二元和三元汽液平衡数据[11]，选用色谱双柱法对本研究体系的二元及三元汽液平衡组成进行分析。在全浓度范围内配置了苯、噻吩和DMF体系不同组成的若干标样，经反复验证，最大分析误差小于0.5%，平均误差小于
0.25%。
分别在333.4K、343.3K和351.4K下测定了苯-噻吩-DMF间三个二元和一个三元体系的等温VLE数据，用Wilson方程[12]进行关联，二元体系汽相组成的总平均偏
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差均小于0.003，最大偏差均小于0.008；对三元体系，实测值和推算值得总平均偏差小于0.006，最大偏差小于0.017。
通过关联得出三个二元体系在不同温度下各方程的配偶参数，且以Wilson方程的关联结果为最佳，其绝对平均偏差∆y1≤0.003。由二元Wilson方程参数推算三元体系的汽液平衡数据与实测值比较，总平均偏差∆yi≤0.006，表明Wilson方程参数完全可用于描述苯-噻吩-DMF体系全浓度范围内液相的非理想性。
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第三章 设计过程
3.1 设计任务
1、原料的处理量
年加工能力10万吨，即焦化苯的流量为13888.889kg/h。
2、原料的组成（wt%）
表3–1 原料的组成
组分 质量分数
苯
甲苯
二甲苯
噻吩
0.8 0.15 0.045 0.005
3、工业产品质量控制指标（wt%）
表3–2 产品质量指标
苯产品 苯含量﹥99.9%
噻吩含量﹤100ppm DMF含量﹤200ppm
甲苯产品 甲苯含量﹥98%
噻吩产品 噻吩含量﹥10%
3.2 设计方案
首先设计出整个流程的工艺方案，采用两次萃取精馏精制苯馏分和两次溶剂回收的方案，并且分离提纯甲苯和提浓噻吩。
工艺流程简图见图3.1。
整个工艺过程包括一级萃取精馏单元、苯-甲苯分离单元、二级萃取精馏单元、甲苯-二甲苯分离单元和溶剂回收单元。
一级萃取精馏单元的设计，主要作用是通过萃取溶剂萃取精馏焦化苯中的噻吩，生产合格的苯，并将浓缩的含噻吩体系进行下一步浓缩。
苯-甲苯分离单元的设计，主要作用是塔顶分离出含浓缩噻吩的苯馏分去二级萃取精馏单元，塔底分离出甲苯和二甲苯的混合物去甲苯分离单元和二甲苯分离单
10
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元。
二级萃取精馏单元的设计，主要作用是将一级萃取精馏单元得到的含噻吩的苯馏分进行进一步浓缩，使噻吩溶液的浓度进一步提高。
甲苯-二甲苯分离单元的设计，主要作用是通过甲苯-二甲苯塔，精馏分离得到合格的甲苯副产品。
溶剂回收单元的设计，主要作用是通过溶剂回收塔使溶剂能够分离出来并回收，这样溶剂就可以反复利用，节省资源。
绘出带控制点的工艺流程图，对整个流程进行调优及经济分析。
3.3 相关物质的物理性质
表3–3 相关物质的物理性质
密度
（20℃） kg/m3
沸点 ℃
比热容 kJ/(kg℃)
[13]
名称 分子式
粘度（20℃）mpa·s
汽化潜热 kJ/mol 表面张力mN/m
苯 C6H6 879 80.1 1.704 0.737 30.78 28.6 甲苯 C7H8 866 110.6 1.700 0.675 33.21 27.8 二甲苯 C8H10 861 138.4 1.704 0.643 36.01 28.0 噻吩 C4H4S 1065 84.2 1.482 0.662 31.49 34.4 DMF C4H7NO945 152.8 2.140 0.802 47.55 35.2
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去苯贮槽B15 溶剂进料 去苯贮槽 年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
B3 B9B16 B6 溶剂回收塔一溶剂回流 甲苯∣二甲苯分离塔去二甲苯贮槽 12
一溶剂进料 级萃取焦化苯进料 精馏塔 苯∣甲苯分离塔二级萃取精馏塔去噻吩贮槽B19 去甲苯贮槽溶剂回收塔二
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图3–1 工艺流程简图
3.4 设计过程
1、用ASPEN化工软件进行全流程物料、热量等的模拟； 2、用CHEMCAD化工软件求得各个塔的塔径、塔高等工艺数据；
3、计算流程相关参数、数据，如板式塔的负荷性能，其它辅助设备的设计等； 4、用AUTOCAD软件作出工艺流程图。
3.5 设计过程论述
3.5.1 工艺过程设计
在ASPEN界面上绘出塔1（一级萃取精馏塔）的简单流程图，进料数据如下：年投入10万吨焦化苯原料，按一年工作日300天，每天连续运转24小时计算，则焦化苯进料量为（10×107）/（300×24）=13888.889kg/h，常温进料，其中各个成分的质量分数为苯 0.8；甲苯0.15；二甲苯0.045；噻吩0.005。选取溶剂比为1/3（原料/溶剂），所以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的流量为41666.667 kg/h。操作压力为常压。
以塔1为例，比较理论板数、回流比、采出比、进料位置等参数的改变对分离效果的影响。
1、理论板数对塔分离效果的影响
选定回流比R=5，采出比为85%，进料位置为第45块板，选取不同理论板数，对塔顶产品苯中噻吩含量的影响如下
表3–4 理论板数对塔分离效果的影响
X轴 理论板数/块 Y轴 噻吩含量/PPM
55 60 65 70 196 122 97 90
13
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
理论板数对塔分离效果的影响 噻吩含量/PPM Y2502001501005005560657075理论板数/块 X
图3–2 理论板数对塔分离效果的影响
由于苯产品中要求噻吩含量＜100PPM，所以选65块理论板。
2、回流比对塔分离效果的影响
选定采出比为85%，理论板数为65块塔板，进料位置为第45块板，选取不同回流比，对塔顶产品苯中噻吩含量的影响如下
表3–5 回流比对塔分离效果的影响
X轴回流比 Y轴噻吩含量/PPM
3 4 5 6 461 191 97 60
回流比对塔分离效果的影响噻吩含量/PPM Y500400300200100034567回流比 X
图3–3 回流比对塔分离效果的影响
14
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
由于苯产品中要求噻吩含量＜100PPM，所以选回流比R=3.7。
3、采出比对塔分离效果的影响
选定理论板数为65块塔板，进料位置为第45块板，回流比R=5，选取不同采出比，对塔顶产品苯中噻吩含量的影响如下
表3–6 采出比对塔分离效果的影响
X轴采出比/% Y轴噻吩含量/PPM
75 80 85 90 73 84 97 121
采出比对塔分离效果的影响1401201008060402007580859095 噻吩含量/PPM Y采出比 X
图3–4 采出比对塔分离效果的影响
由于苯产品中要求噻吩含量＜100PPM，所以选采出比为85%。
4、进料位置对塔分离效果的影响
选定理论板数为65块塔板，采出比为85%，回流比R=5，选取不同进料位置，对塔顶产品苯中噻吩含量的影响如下
表3–7 进料位置对塔分离效果的影响
X轴进料位置/块 Y轴噻吩含量/PPM
35 40 45 50 175 126 97 87
15
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
进料位置对塔分离效果的影响 噻吩含量/PPM Y2001501005003540455055进料位置/块 X
图3–5 进料位置对塔分离效果的影响
由于苯产品中要求噻吩含量＜100PPM，所以选进料位置为第45块板。 由以上图表分析可知，改变理论板数、回流比、采出比、进料位置等参数的大小，将明显影响模拟效果。
对整个流程采用不同的参数进行三次模拟，模拟情况和产品的质量见表3–8和表3–9。
表3–8 三次ASPEN全流程模拟参数
方案1
理论板数 进料位置 回流比 采出比 溶剂比 理论板数 进料位置 回流比 采出比 溶剂比 理论板数 进料位置 回流比 采出比 溶剂比
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
60 25 25 60 25 25 40 13 13 40 13 13 5 3 3 6 3 3 70% 99.9% 99.9% 64% 99.9% 99.9% 1/3 1/4 65 30 30 65 30 30 45 15 15 50 15 15 5 3 3 6 3 3 85% 99.9% 99.9% 73% 99.9% 99.9% 1/2.8 1/5 70 40 50 70 50 40 50 20 25 60 25 20 4 2 3 4 2 2 70% 99.9% 99.9% 64% 99.9% 99.9% 1/3 1/4
方案2
方案3
16
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计 表3–9 三次模拟得到产品的质量
方案1
塔1苯产品 塔2回收溶剂 塔4苯产品 塔5甲苯产品 塔6噻吩产品 塔6回收溶剂
方案2
塔1苯产品 塔2回收溶剂 塔4苯产品 塔5甲苯产品 塔6噻吩产品 塔6回收溶剂
方案3
塔1苯产品 塔2回收溶剂 塔4苯产品 塔5甲苯产品 塔6噻吩产品 塔6回收溶剂
苯含量wt%
噻吩含量wt%
溶剂含量wt% 甲苯含量wt%
0.9998 8.5123e-5 8.96e-5
(≈85ppm) (≈90ppm)
0.9967 0.9998 14.139e-5 7.9553e-5
(≈141ppm) (≈80ppm)
0.9828 0.0539 0.9999 0.9998 9.7447e-5 7.5647e-5
(≈97ppm) (≈76ppm)
0.9964 0.9998 9.781e-5 8.5191e-5
(≈98ppm) (≈85ppm)
0.9839 0.1317 0.9999 0.9998 7.4371e-5 12.667e-5
(≈74ppm) (≈127ppm)
0.997 0.9997 9.8984e-5 13.412e-5
(≈99ppm) (≈134ppm)
0.9831 0.0463 0.9999
从以上表格对比分析可知，既满足工业生产的要求，又最经济的方案是方案2。方案2的详细数据和ASPEN流程图见附录1。
3.5.2 设备设计
1、塔径
将ASPEN模拟计算得到的各个塔的流量、温度、压力、理论板数等数据运用到CHEMCAD的模拟流程中，由此得到塔径。塔1一级萃取精馏塔、塔2溶剂回收塔一、塔3苯-甲苯分离塔、塔4二级萃取精馏塔、塔5甲苯-二甲苯分离塔、塔
6溶剂回收塔二的处理量都较大，塔径也较大（见表3–10），根据一般规定：塔径
17
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
在800mm以上时采用板式塔，且圆整时，若塔径在1m以内，则按0.1m增值计，若塔径超过1m，则按0.2m增值计。
表3–10 塔径
塔径/m 圆整/m
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
2.591 1.981 0.914 1.067 0.914 0.762 2.7 2.1 1 1.2 1 0.8
2、塔板间距
塔板间距与塔径关系的经验数值见表3–11[14]。
表3–11 塔板间距与塔径的关系
塔径/m 板间距/m
0.3～0.5 0.5～0.8 0.8～1.6 1.6～2.0 2.0～2.4 0.2～0.3 0.3～0.35 0.35～0.45 0.45～0.6 0.5～0.8
＞2.4 ≥0.8
根据上述表格确定各塔的塔板间距见表3–12。
表3–12 塔板间距
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
板间距/m 0.8 0.5 0.35 0.4 0.35 0.35
3、实际塔板数
查阅相关文献[15]可知，一般塔板效率处于0.2～0.3之间，根据本次工艺设计中物料的流量及粘度等条件取各塔的塔板效率为0.7。
根据 实际塔板数=理论塔板数/塔板效率，计算各塔的实际塔板数见表3–13。
表3–13 实际塔板数
理论塔板数
实际塔板数
塔1 65 93
塔2 30 43
塔3 30 43
塔4 65 93
塔5 30 43
塔6 30 43
18
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
4、塔高
塔高按照以下公式计算[16]：
H=(n−nF−nP−1)HT+nFHF+nPHP+HD+HB （3–1）
H：塔高（不包括封头、裙坐），m；
HT：板间距，m； n：实际塔板数； nF：进料板数； nP：人孔数；
HF：进料板处板间距，m； HP：人孔处的板间距，m；
HD：塔顶空间（不包括头盖部分），m； HB：塔底空间（不包括底盖部分），m。
根据以上公式计算结果见表3–14。
表3–14 塔高及相关数据
板间距/m 塔顶空间/m 塔底空间/m 进料板数
进料板处板间距/m
人/手孔数
人/手孔处板间距/m
实际塔板数 塔高/m
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
0.8 0.5 0.35 0.4 0.35 0.35 1.2 0.75 0.525 0.6 0.525 0.525 1.2 0.75 0.525 0.6 0.525 0.525 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 11 5 5 11 5 5 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 93 43 43 93 43 43 74.2 23.5 17.65 41.4 17.65 17.65
5、塔板类型[16]
本次工艺设计采用板式塔类型中的F–1型浮阀塔，F–1型浮阀塔结构简单、节省材料、制造方便，且生产能力大、操作弹性较大、分离效率较高，因此在化工及炼油生产中普遍应用。F–1型浮阀塔的阀孔直径为39mm，本次设计采用重阀，因
19
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
为重阀的操作稳定性好，重阀质量为33g。
6、溢流装置[14]
本次工艺设计采用的降液管类型为弓形降液管，溢流方式为单溢流，受液盘形式为凹型受液盘（不需设置进口堰），溢流堰（出口堰）为平直形溢流堰板。
3.5.3 塔板负荷性能图
1、相关数据
塔板的负荷性能图中共包括6条线，分别是：雾沫夹带线、液泛线、液相负荷上限线、漏液线、液相负荷下限线、操作线。相关数据见表3–15。
表3–15 负荷性能图的相关数据
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
Wd/m 0.54 0.42 0.2 0.24 0.2 0.16
ZL/m 1.62 1.26 0.6 0.72 0.6 0.48 AT/m25.7256 3.4636 0.7854 1.131 0.7854 0.5027 Af/m20.859 0.5195 0.1178 0.1697 0.1178 0.0754 Ab/m24.0076 2.4246 0.5498 0.7916 0.5498 0.3519 K 1 1 1 1 1 1 ρL/kg/m3825.859 810.464 817.76 816.424 776.668 832.417 ρV/kg/m32.904 2.813 3.039 3.036 3.303 3.057 LS/ m3/sec 0.034 0.0265 0.0018 0.0026 0.0022 0.0005 VS/ m3/sec 6.8446 3.7987 0.6345 0.8049 0.6923 0.1883
CF0.152 0.132 0.106 0.116 0.106 0.106 d0/m 0.039 0.039 0.039 0.039 0.039 0.039 N 480 290 70 95 70 45 E 1 1 1 1 1 1 lw/m 1.782 1.386 0.66 0.792 0.66 0.528
2、方程[17]
雾沫夹带线方程：
VS
泛点率=
ρVρL−ρV
+1.36LSZL
（3–2）
KCFAb
20
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
液泛线方程：
22
LS2ρVu03600LS3
Φ(HT+hw)=5.34+0.153()+(1+ε0)[hw+0.00284E()]（3–3）
ρL2g
lwh0lw
液相负荷上限线方程：
(LAfHT
S)min=
5
漏液线方程：
(V2F0
S)min=
π4d0N
ρ V
液相负荷下限线方程：
2.843600(L2
S)min1000
E[L]3=0.006 W
操作线：操作点为进料板位置的液相流量LS和汽相流量VS。
3、负荷性能图
塔1：雾沫夹带线：VS=8.5041－37.0909LS
液泛线：V2
2
2S=254.491－350.2395LS－422.3952LS3
液相负荷上限线：(L3
S)max=0.1374 m/sec
V3
S)min=1.6824 m/sec
L3S)min=0.00152 m/sec 0.034，6.8446）
3–4）
3–5）
3–6）
（ （ （ 漏液线：( 液相负荷下限线：( 操作线：操作点为（ 21年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
13.012.011.010.09.0s/8.03m7.0,SV6.05.04.03.02.01.00.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.0L23S×10,m/s图3–6 塔1的负荷性能图 塔2：雾沫夹带线：VS=4.839－29.0441LS2液泛线：V2274.8718L2S=100.7326－S－300.8425LS3 LS)max=0.052 m3/sec V3S)min=1.0328 m/sec LS)min=0.00118 m3/sec 0.0265，3.7987） 9.08.07.016.02s/3m5.03,SV4.043.052.061.00.00.01.02.03.04.05.06.0L3S×102,m/s图3–7 塔2的负荷性能图
123456 液相负荷上限线：( 漏液线：( 液相负荷下限线：( 操作线：操作点为（
22
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
塔3：雾沫夹带线：VS=0.9627－13.3552LS
液泛线：V2
2
2S=16.5153－911.5607LS－107.5145LS3
液相负荷上限线：(L3
S)max=0.0082 m/sec 漏液线：(V3S)min=0.2398 m/sec
液相负荷下限线：(LS)min=0.00056 m3
/sec 操作线：操作点为（0.0018，0.6345）
5.04.0s/3m3.0,SV2.01.00.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0L33S×10,m/s图3–8 塔3的负荷性能图
塔4：雾沫夹带线：VS=1.2029－16.0262LS
液泛线：V22
2S=25.196－855.0504LS－130.0112LS3 液相负荷上限线：(L3S)max=0.0136 m/sec 漏液线：(VS)min=0.3257m3/sec 液相负荷下限线：(LS)min=0.00068 m3/sec 操作线：操作点为（0.0026，0.8049） 23123456
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
5.04.0VS,m/s1233.02.01.00.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.0LS×103,m3/s4356 图3–9 塔4的负荷性能图 塔5：雾沫夹带线：VS=0.9125－12.4771LS液泛线：VS=14.43－653.3478LS－93.9394LS 2223 液相负荷上限线：(LS)max=0.0082 m3/sec 漏液线：(VS)min=0.2301 m3/sec 液相负荷下限线：(LS)min=0.00056 m3/sec 操作线：操作点为（0.0022，0.6923） 4.03.0VS,m/s31234562.01.00.00.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0LS×103,m3/s 图3–10 塔5的负荷性能图 24年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
塔6：雾沫夹带线：VS=0.4909－10.7545LS
液泛线：VS=10.7469－2132.9876LS－80.5803LS 液相负荷上限线：(LS)max=0.0053 m3/sec 漏液线：(VS)min=0.1537 m/sec 液相负荷下限线：(LS)min=0.00041 m/sec 操作线：操作点为（0.0005，0.1883） 13.0VS,m/s3322
2332.01.00.00.01.02.03.04.05.0LS×103,m3/s23456 图3–11 塔6的负荷性能图 3.5.4 其它设备选型 1、再沸器的计算选型 本次设计中，共有6个再沸器，设饱和水蒸汽汽态进口温度为250℃，液态出口温度为250℃，塔1、塔2的总传热系数为400W/m2·℃，塔3、塔4、塔6的总传热系数为300W/m2·℃，塔5的总传热系数为200W/m2·℃。 表3–16 再沸器计算的相关数据 塔底温度/℃ 升温/℃ 传热温差/℃ 热容/kJ/kg·℃ 流量/kg/h 塔1 塔2 塔3 塔4 塔5 塔6 140.8 151.6 114.6 141.6 134.2 151.8 109.2 98.4 135.4 108.4 115.8 98.2 195.4 200.8 182.3 195.8 192.1 200.9 2.16 2.14 1.72 2.11 1.77 2.14 43333.3 38892.6 2705.6 9194 647.6 8675.9 25年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
（1）热负荷
Q1=m1Cp1∆t1=43333.3×2.16×109.2=1.02×107W Q2=38892.6×2.14×98.4=8.19×106W Q3=2705.6×1.72×135.4=6.3×105W Q4=9194×2.11×108.4=2.1×106W Q5=647.6×1.77×115.8=1.3×105W Q6=8675.9×2.14×98.2=1.8×106W （2）传热面积
取实际传热面积为计算值的1.15倍。
S1=1.15Q1/K∆tm1=1.15×1.02×107/(400×195.4)=150.1m2S2=1.15×8.19×106/(400×200.8)=117.3 m2S3=1.15×6.3×105/(300×182.3)=13.2m2S4=1.15×2.1×106/(300×195.8)=41.2m2S5=1.15×1.3×105/(200×192.1)=3.9m2S6=1.15×1.8×106/(300×200.9)=34.4m2（3）再沸器的选型[18]
选用列管式固定管板换热器。
塔1选用再沸器的型号为G 800 VI–25–200，即公称直径为800mm，管程数为
VI，换热管数量为444，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为200m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0232m2，公称压力为2.5MPa。
塔2选用再沸器的型号为G 600 II–16–120，即公称直径为600mm，管程数为II，换热管数量为254，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为120m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0399m2，公称压力为1.6MPa。
塔3选用再沸器的型号为G 400 II–16–15，即公称直径为400mm，管程数为II，换热管数量为102，换热管总长为2000mm，换热面积公称值为15m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.016m2，公称压力为1.6MPa。
塔4选用再沸器的型号为G 400 II–16–45，即公称直径为400mm，管程数为II，换热管数量为102，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为45m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.016m2，公称压力为1.6MPa。
塔5选用再沸器的型号为G 273 I–25–4，即公称直径为273mm，管程数为I，
26
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
换热管数量为38，换热管总长为1500mm，换热面积公称值为4m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0119m2，公称压力为2.5MPa。
塔6选用再沸器的型号为G 500 IV–25–35，即公称直径为500mm，管程数为IV，换热管数量为152，换热管总长为3000mm，换热面积公称值为35m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0119m2，公称压力为2.5MPa。
2、冷凝器的计算选型
本次设计中，共有6个冷凝器，设冷却水的进口温度为20℃，出口温度为40℃，塔1、塔2的总传热系数为400W/m2·℃，塔3、塔4、塔5的总传热系数为300W/m2·℃，塔6的总传热系数为200W/m2·℃。
表3–17 再沸器计算的相关数据
塔顶温度/℃ 降温/℃ 传热温差/℃ 热容/kJ/kg·℃ 流量/kg/h
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
80.1 96 80.3 80.1 110.5 80.6 55.1 71 55.3 55.1 85.5 55.6 16.9 21.1 16.9 16.9 24.8 17 1.704 1.712 1.695 1.704 1.707 1.675 9444.4 4440.7 1735.1 1216.4 2058 518.1
（1）热负荷
Q1=m1Cp1∆t1=9444.4×1.704×55.1=8.9×105W Q2=4440.7×1.712×71=5.4×105W Q3=1735.1×1.695×55.3=1.6×105W Q4=1216.4×1.704×55.1=1.1×105W Q5=2058×1.707×85.5=3×105W Q6=518.1×1.675×55.6=4.8×104W （2）传热面积
取实际传热面积为计算值的1.15倍。
S1=1.15Q1/K∆tm1=1.15×8.9×105/(400×16.9)=151.4m2S2=1.15×5.4×105/(400×21.1)=73.6 m2S3=1.15×1.6×105/(300×16.9)=36.3m2S4=1.15×1.1×105/(300×16.9)=25m2
27
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
S5=1.15×3×105/(300×24.8)=46.4m2S6=1.15×4.8×104/(200×17)=16.2m2（3）冷凝器的选型[18]
选用列管式固定管板换热器。
塔1选用冷凝器的型号为G 800 VI-25-200，即公称直径为800mm，管程数为VI，换热管数量为444，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为200m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0232m2，公称压力为2.5MPa。
塔2选用冷凝器的型号为G 500 II-25-80，即公称直径为500mm，管程数为II，换热管数量为168，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为80m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0264m2，公称压力为2.5MPa。
塔3选用冷凝器的型号为G 500 II-25-40，即公称直径为500mm，管程数为II，换热管数量为168，换热管总长为3000mm，换热面积公称值为40m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0264m2，公称压力为2.5MPa。
塔4选用冷凝器的型号为G 400 I-16-25，即公称直径为400mm，管程数为I，换热管数量为109，换热管总长为3000mm，换热面积公称值为25m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0342m2，公称压力为1.6MPa。
塔5选用冷凝器的型号为G 400 II-16-45，即公称直径为400mm，管程数为II，换热管数量为102，换热管总长为6000mm，换热面积公称值为45m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.016m2，公称压力为1.6MPa。
塔6选用冷凝器的型号为G 400 I-16-16，即公称直径为400mm，管程数为I，换热管数量为109，换热管总长为2000mm，换热面积公称值为16m2，不锈耐酸钢管尺寸为Φ25×2，管程通道截面积为0.0342m2，公称压力为1.6MPa。
3、泵的计算选型
本次设计中，共有8个泵，用以提升进料口压力。泵1是塔1的原料进料泵，泵2是塔1的溶剂进料泵，泵3是塔2进料泵，泵4是塔3的进料泵，泵5是塔4的原料进料泵，泵6是塔4的溶剂进料泵，泵7是塔5的进料泵，泵8是塔6的进料泵。
(1)扬程的计算 泵1：
ρ=ρ苯x苯+ρ甲苯x甲苯+ρ二甲苯x二甲苯+ρ噻吩x噻吩+ρDMFxDMF
=879×0.8+867×0.15+861×0.045+1065×0.005+0=877.3kg/m
3
28
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
H=1.1He=1.1×(
P2−P1
+Z2−Z1)ρg
111457.5−101325
=1.1×(+0.8×20)=18.9m
877.3195×9.81
泵2：ρ=945kg/m3
H=1.1×(
泵3：
111457.5−101325
+0.8×59)=53.1m
945×9.81
3
ρ=879×0.0385+867×0.048+861×0.0144+1065×0.00158+945×0.897=937.2kg/mH=1.1×(
111457.5−101325
+0.5×15)=9.5m
937.2×9.81
泵4：
ρ=879×0.376+867×0.464+861×0.115+1065×0.015+945×0.03=876.1kg/m3H=1.1×(
111457.5−101325
+0.35×15)=7.1m
876.1×9.81
泵5：ρ=879×0.96+1065×0.039+945×0.03=885.4kg/m3
H=1.1×(
111457.5−101325
+0.4×15)=7.9m
885.41×9.81
泵6：ρ=945kg/m3
H=1.1×(
111457.5−101325
+0.4×59)=27.2m
945×9.81
泵7：ρ=879×0.00066+867×0.76+861×0.188+945×0.0495=868.1kg/m3
H=1.1×(
111457.5−101325
+0.35×15)=7.1m
868.1×9.81
泵8：ρ=879×0.049+1065×0.0074+945×0.994=939.3kg/m3
H=1.1×(
111457.5−101325
+0.35×15)=7m
939.3×9.81
(2) 流量的计算
13888.889
=17.4m3/h
877.3
13888.889
泵2：Q=1.1×=45.3m3/h
945泵1：Q=1.1Qe=1.1×
29
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
12.037×3600
=50.9m3/h
937.21.2335×3600
=5.6m3/h 泵4：Q=1.1×
876.10.482×3600
=2.2m3/h 泵5：Q=1.1×
885.42.4098×3600
=10.1m3/h 泵6：Q=1.1×
945
0.7516×3600
=3.4m3/h 泵7：Q=1.1×
868.12.5539×3600
=10.8m3/h 泵8：Q=1.1×
939.3泵3：Q=1.1×（3）泵的选型[17]
表3–18 泵的选型
泵1 泵2 泵3 泵4 泵5 泵6 泵7 泵8
扬程/m 18.9 53.1 9.5 7.1 7.9 27.2 7.1 7
流量/m3/h 17.4 45.3 50.9 5.6 2.2 10.1 3.4 10.8
泵的型号 2B31A 3B57 3B19 2B19B 2B19B 2B31 2B19B 2B19B
效率/% 65.6 63.5 75 51 51 64 51 51
3.5.5 带控制点的工艺流程图
用AUTOCAD软件做出带控制点的工艺流程图，见附录3。
3.6 经济效益分析
3.6.1 原料成本估算
1、原料的成本
按焦化苯年加工量为10万吨，设备每天运转24小时，一年工作300天计算，焦化苯的价格为4800元/吨，则：
原料的成本=4800元/吨×10万吨/年=48000万元/年
30
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
2、溶剂DMF的成本
一级萃取精馏塔开车时一次投料为：
38888.889kg/h×5h=194.444吨
由于溶剂能够回流，故溶剂的用量还需要补充萃取精馏和溶剂回收过程中的损失：
（0.00019845+0.0372374）×3600×24×300=970.337吨 二级萃取精馏塔开车时一次投料为：
2.40984505kg/sec×3600s×5h=43.377吨 溶剂在萃取精馏和溶剂回收过程中的损失： （2.8789e-5+4.1043e-11）×3600×24×300=0.746吨 溶剂DMF的价格为7000元/吨，则：
溶剂DMF的成本=7000元/吨×（194.444吨+970.337吨+43.377吨+0.746吨）=846.233万元/年
3、造塔的成本
造塔所用的钢材选用普通碳钢，厚度为0.02m，密度为7.85吨/m3，各塔所需钢材的数据见表3–19。
表3–19 各塔所需钢材的数据
塔高/m 塔径/m
3
钢材体积/m钢材重量/吨
塔1 74.2 2.7 12.59 98.83
塔2 23.5 2.1 3.1 24.33
塔3 17.65 1 1.11 8.71
塔4 41.4 1.2 3.12 24.49
塔5 17.65 1 1.11 8.71
塔6 17.65 0.8 0.89 6.99
其中：钢材体积=π×塔径×塔高×钢材厚度
钢材重量=钢材体积×钢材密度
钢材总重量=98.83+24.33+8.71+24.49+8.71+6.99=172.06吨 普通碳钢的价格为4500元/吨，则：
造塔的成本=4500元/吨×172.06吨=77.427万元 3.6.2 投资估算[19]
固定资产投入(包括造塔成本)：5000万元
31
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
设备折旧：按使用年限20年计算：
年折旧率=2/折旧年限×100%=2/20×100%=10%
年折旧额=固定资产投入×年折旧率=5000×10%=500万元 能耗：500万元
原料及溶剂成本：48850万元/年 人工及其它成本：500万元 产品及产值：见表3–20
表3–20 产品及产值
产品名称 苯 甲苯 噻吩
产量/（吨/年）
76800 14820 3730
价格/（万元／吨）产值／（万元／年）
0.96
0.6 0.46
73730 8900 1720
产值合计=73730+8900+1720=84350万元
税前利润=产值合计－固定资产投入－设备折旧－能耗－原料及溶剂成本
－人工及其它成本
=84350－5000－500－500－48850－500
=29000万元
增值税=税前利润×17%=4930万元 企业所得税=税前利润×33%=9570万元
税后利润=税前利润－增值税－企业所得税=29000－4930－9570=14500万元
32
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
第四章 结 论
通过这次毕业设计，借助相关资料和化工软件，设计出了以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂脱除焦化苯中微量噻吩的萃取精馏过程，取得了良好的效果。
此流程的工艺过程方案采用两次萃取精馏精制苯馏分和两次溶剂回收，并分离出噻吩和甲苯产品。将石油化工先进的分离技术引入传统的焦化行业，开发出一种新型的脱除焦化苯中微量噻吩的工艺，在理论上、工业应用上都具有重要的价值，并能带来可观的经济效益和社会效益。
在ASPEN化工软件设计中，对设计出的整个工艺流程采用不同的参数做三次模拟，分析各个结果可知，改变塔板数、进料位置、回流比、采出比等参数，将影响模拟结果。经比较选出最优的设计方案，见表4–1，此方案的设计结果与前人实验所得的结果相一致，且基本符合实际工业生产的要求。
表4–1 ASPEN设计最优方案
理论板数 进料位置 回流比 采出比 溶剂比
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
65 30 30 65 30 30 45 15 15 50 15 15 5 3 3 6 3 3 85% 99.9% 99.9% 73% 99.9% 99.9% 1/2.8 1/5
在CHEMCAD化工软件设计中，根据选定的不同塔型模拟各个塔的塔径、塔高等工艺条件，见表4–2，设计结果基本符合实际工业生产的要求。
表4–2 CHEMCAD设计工艺条件
塔径圆整/ m
板间距/m 实际塔板数 塔高/m
塔1
塔2
塔3
塔4
塔5
塔6
2.7 2.1 1 1.2 1 0.8 0.8 0.5 0.35 0.4 0.35 0.35 93 43 43 93 43 43 74.2 23.5 17.65 41.4 17.65 17.65
根据以上模拟所得的结果，确定其它设备如再沸器、冷凝器、泵等的参数，计
33
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
算并选出合适的类型。
运用AUTOCAD所做的带控制点的工艺流程图更完善了整个工业的实践性。 通过经济核算，可知此工业设计的经济效益显著，能够带来可观的利润。 本次工业设计基本达到了预期目标，既能获得高质量的苯，有可充分回收噻吩，因此本次设计能为脱除焦化苯中微量噻吩的工艺流程提供科学的依据。
34
年产10万吨焦化苯萃取精馏工艺设计
参 考 文 献
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36
ASPEN设计相关数据
附录1
ASPEN部分
包括ASPEN流程图和塔1至塔6的ASPEN数据表。 1 PUMP9B711PUMPB8 12PUMPB1 36B47PUMP B5 B6108 2 B2 4B338
5 15PUMP20B15B1221B1927B171922 25B18PUMP26ASPEN设计相关数据
B9 13 16B13PUMP12 B10 B1114 B1617B14PUMP18232824 39
ASPEN设计相关数据
塔1
Stream ID
Temperature Pressure Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec kmol/sec
3
298.15 111457.5 0.047657093.858024750.004431536.77418495
4
298.15 111457.5 0.1477872710.80246930.01286838-120.31402
0 0 0 0 10.8024693
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0.14778727
0 0 0 0 1
40
5
353.281109 101325 0.03358507 2.62345683 0.00321488 6.54052169
2.62300273 1.75E-16 5.74E-29 0.00025564 0.00019845
0.99982691 6.68E-17 2.19E-29 9.74E-05 7.56E-05
0.03357931 1.90E-18 5.41E-31 3.04E-06 2.72E-06
0.99982869 5.66E-17 1.61E-29 9.05E-05 8.08E-05
6
413.999918101325 0.1618593 12.03703720.016317 -108.46034
0.463417080.578703710.173611110.0190344710.8022708
0.038499260.048076920.014423070.001581320.89741941
0.0059326 0.006280660.001635250.000226210.14778456
0.036652820.038803230.010102960.001397620.91304334
Vapor Frac 0 0 0 0
3.0864198 0.578703710.173611110.01929012
0
0.8 0.15 0.045 0.005 0
0.039511910.006280660.001635250.00022925
0
0.829087790.131788650.034313 0.00481056
0
ASPEN设计相关数据
塔2
Stream ID
Temperature Pressure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec
8
298.15 111457.5
0 0.1618593 12.03703710.01430244-119.25778
10
369.172904101325 0 0.0142126 1.2335317 0.001551741.37211685
0.463417010.572280590.141562230.01903446
0.463936670.114761730.015430870.03018763
0.006210950.001333380.000226210.00050944
0.417418330.437003360.093817230.015916790.03584427
9
424.720875 101325 0 0.1476467 10.8035054 0.01486627 -109.32354
6.74E-08 0.00642311 0.03204887 1.19E-09
0.00059454 0.00296652 1.10E-10 0.99643893
6.97E-05 0.00030187 1.42E-11 0.14727512
5.84E-09 0.00047214 0.00204455 9.61E-11 0.9974833
0.46341708 0.57870371 0.17361111 0.01903447 10.8022707
0.0372374 10.7650333 0.3756831 6.23E-09
0.03849926 0.04807692 0.01442307 0.00158132 0.89741941kmol/sec
0.0059326 0.0059326 8.62E-10 0.00628066 0.00163525 0.00022621 0.14778456
0.03665282 0.03880323 0.01010296 0.00139762 0.91304335
41
ASPEN设计相关数据
塔3
Stream ID
Temperature Pressure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec kmol/sec
12
298.15 111457.5
0 0.0142126 1.233531690.001425790.75370063
13
353.425705101325 0 0.006152590.481969020.000586661.22980193
0.462919523.56E-05 4.72E-12 0.0190139 3.46E-12
0.960475677.39E-05 9.80E-12 0.039450477.17E-12
0.005926233.86E-07 4.45E-14 0.000225974.73E-14
0.963208856.28E-05 7.23E-12 0.036728367.68E-12
14
387.750255 101325 0 0.00806 0.75156267 0.00097094 0.17174471
0.00049749 0.572245 0.14156223 2.06E-05 0.0372374
0.00066194 0.76140689 0.18835719 2.73E-05 0.04954663
6.37E-06 0.00621056 0.00133338 2.44E-07 0.00050944
0.00079017 0.77054114 0.16543245 3.03E-05 0.06320593
0.463417010.572280590.141562230.019034460.0372374
0.3756831 0.463936670.114761730.015430860.03018763
0.0059326 0.006210950.001333380.000226210.00050944
0.417418330.437003370.093817230.015916780.03584427
42
ASPEN设计相关数据
塔4
Stream ID
Temperature Pressure Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec kmol/sec
19
298.15 111457.5 0.006152590.481969010.000547821.05037129
20
298.15 111457.5 0.032968792.409845050.00287071-26.839988
0 0 0 2.40984505
0 0 0 1 0 0 0 0.03296879
0 0 0 1
43
21
353.281391 101325 0.00432614 0.33793125 0.00041411 0.84245306
0.33786941 6.26E-23 3.31E-05 2.88E-05
0.999817 1.85E-22 9.78E-05 8.52E-05
0.00432535 6.79E-25 3.93E-07 3.94E-07
0.99981816 1.57E-22 9.08E-05 9.10E-05
22
414.745624101325 0.034795242.553882810.00346761-24.221571
0.125050113.56E-05 0.018980842.40981626
0.0489647 1.39E-05 0.007432150.94358921
0.001600873.86E-07 0.000225580.0329684
0.046008411.11E-05 0.006483120.94749736
Vapor Frac 0 0 0 0
0.462919523.56E-05 0.0190139 3.46E-12
4.72E-12 0 7.23E-35 4.72E-12
0.960475697.39E-05 0.039450467.17E-12
9.80E-12 0 2.14E-35 1.85E-12
0.005926233.86E-07 0.000225974.73E-14
4.45E-14 0 6.81E-35 4.45E-14
0.963208866.28E-05 0.036728357.68E-12
7.23E-12 0 1.57E-35 1.28E-12 ASPEN设计相关数据
塔5
Stream ID
Temperature Pressure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec kmol/sec
18
298.15 111457.5
0 0.00806 0.751562670.00087355-0.2899052
23
383.67223 101325 0 0.006229910.571672790.000733910.46999951
0.000497480.562461694.12E-06 2.06E-05 0.00868892
0.000870230.983887477.21E-06 3.60E-05 0.01519912
6.37E-06 0.006104393.88E-08 2.44E-07 0.00011887
0.001022290.9798514 6.24E-06 3.92E-05 0.01908086
24
407.377676 101325 0 0.00183009 0.17988988 0.00023764 -0.2885914
2.93E-11 0.0097833 0.1415581 2.93E-13 0.02854847
1.63E-10 0.05438495 0.78691533 1.63E-12 0.15869972
3.75E-13 0.00010617 0.00133334 3.48E-15 0.00039056
2.05E-10 0.05801781 0.72856795 1.90E-12 0.21341424
0.000497490.572245 0.141562232.06E-05 0.0372374
0.000661940.761406890.188357192.73E-05 0.04954663
6.37E-06 0.006210560.001333382.44E-07 0.00050944
0.000790170.770541140.165432453.03E-05 0.06320593
44
ASPEN设计相关数据
塔6
Stream ID
Temperature Pressure Vapor Frac Mole Flow Mass Flow Volume Flow Enthalpy Mass Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mass Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Flow BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01 Mole Frac BENZE-01 TOLUE-01 P-XYL-01 THIOP-01 N,N-D-01
K N/sqm kmol/sec kg/sec cum/sec MMBtu/hr kg/sec kmol/sec
26
298.15 111457.5
0 0.034795242.5538828 0.0030382 -26.4971
27
353.780475101325 0 0.001825090.143922480.000172410.38612776
0.124969511.56E-09 0.018952964.10E-11
0.868311291.08E-08 0.131688692.85E-10
0.001599841.69E-11 0.000225255.62E-13
0.8765814 9.26E-09 0.123418593.08E-10
28
424.911611 101325 0 0.03297015 2.40996032 0.00331747 -24.471252
8.06E-05 3.56E-05 2.79E-05 2.40981626
3.34E-05 1.48E-05 1.16E-05 0.99994022
1.03E-06 3.86E-07 3.31E-07 0.0329684
3.13E-05 1.17E-05 1.00E-05 0.99994694
0.125050113.56E-05 0.018980842.40981626
4.72E-12 2.35E-22 4.72E-12
0.0489647 1.39E-05 0.007432150.94358921
1.85E-12 1.63E-21 1.96E-12
0.001600873.86E-07 0.000225580.0329684
4.45E-14 2.22E-24 4.45E-14
0.046008411.11E-05 0.006483110.94749736
45
1.28E-12 1.21E-21 1.35E-12 CHEMCAD设计相关数据
附录2
CHEMCAD部分
CHEMCAD 5.2.0
Job Name: 塔1 Date: 05/18/2005 Time: 15:16:39
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
15.825 kg/sec 13.187 kg/sec 18795.805 m3/h 58.436 m3/h Density 3.031 kg/m3 812.402 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 2.134 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.254 1.382 0.240 Avg. weir length m ................ 1.382 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 1.626 Flow path width m ................ 1.904 Tray area, m2 ................ 3.575 Tray active area m2 ................ 3.095 % flood ................ 80.051 Hole area m2 ................ 0.588 Approx # of valves ................ 496 Tray press loss, m ................ 0.133 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.084 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.012 Downcomer backup m ................ 0.226 Downcomer residence time, sec ................ 3.341 Liquid holdup m3 ................ 0.206
46
CHEMCAD设计相关数据
Liquid holdup kg ................ 167.120 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.016
Equip. 1 Tray No. 45
Tray Loadings Vapor Liquid
19.878 kg/sec 28.040 kg/sec 24640.440 m3/h 122.230 m3/h Density 2.904 kg/m3 825.859 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 2.591 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.387 1.848 0.494 Avg. weir length m ................ 1.848 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 1.816 Flow path width m ................ 2.359 Tray area, m2 ................ 5.272 Tray active area m2 ................ 4.285 % flood ................ 79.629 Hole area m2 ................ 0.814 Approx # of valves ................ 687 Tray press loss, m ................ 0.130 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.071 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.030 Downcomer backup m ................ 0.251 Downcomer residence time, sec ................ 3.642 Liquid holdup m3 ................ 0.376 Liquid holdup kg ................ 310.534
47
CHEMCAD设计相关数据
Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.013
Equip. 1 Tray No. 64
Tray Loadings Vapor Liquid
17.784 kg/sec 29.806 kg/sec 24950.985 m3/h 130.507 m3/h Density 2.566 kg/m3 822.196 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 2.591 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.387 1.848 0.494 Avg. weir length m ................ 1.848 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 1.816 Flow path width m ................ 2.359 Tray area, m2 ................ 5.272 Tray active area m2 ................ 4.285 % flood ................ 77.018 Hole area m2 ................ 0.814 Approx # of valves ................ 687 Tray press loss, m ................ 0.126 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.065 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.035 Downcomer backup m ................ 0.252 Downcomer residence time, sec ................ 3.428 Liquid holdup m3 ................ 0.384 Liquid holdup kg ................ 315.714 Design pressure, atm ................ 1.100
48
CHEMCAD设计相关数据
Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.013 Total column pressure drop = 0.638 atm
CHEMCAD 5.2.0 Job Name:塔2 Date: 05/18/2005 Time: 16:17:55
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
4.949 kg/sec 3.713 kg/sec 5643.062 m3/h 16.982 m3/h Density 3.157 kg/m3 787.128 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 1.219 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.777 0.074 Avg. weir length m ................ 0.777 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.940 Flow path width m ................ 1.084 Tray area, m2 ................ 1.167 Tray active area m2 ................ 1.019 % flood ................ 76.304 Hole area m2 ................ 0.194 Approx # of valves ................ 163 Tray press loss, m ................ 0.114 Tray press loss, atm ................ 0.009 Dry press drop, m ................ 0.075 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.003 Downcomer backup m ................ 0.187
49
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer residence time, sec ................ 2.944 Liquid holdup m3 ................ 0.053 Liquid holdup kg ................ 42.025 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.007
Equip. 1 Tray No. 15
Tray Loadings Vapor Liquid
10.685 kg/sec 21.486 kg/sec 13675.356 m3/h 95.437 m3/h Density 2.813 kg/m3 810.464 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 1.981 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.292 1.405 0.283 Avg. weir length m ................ 1.405 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 1.397 Flow path width m ................ 1.802 Tray area, m2 ................ 3.083 Tray active area m2 ................ 2.517 % flood ................ 75.752 Hole area m2 ................ 0.478 Approx # of valves ................ 404 Tray press loss, m ................ 0.122 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.063 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.032 Downcomer backup m ................ 0.245 Downcomer residence time, sec ................ 2.614
50
CHEMCAD设计相关数据
Liquid holdup m3 ................ 0.219 Liquid holdup kg ................ 177.732 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.00
Equip. 1 Tray No. 29
Tray Loadings Vapor Liquid
9.806 kg/sec 20.607 kg/sec 14857.368 m3/h 91.155 m3/h Density 2.376 kg/m3 813.851 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 1.981 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.292 1.405 0.283 Avg. weir length m ................ 1.405 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 1.397 Flow path width m ................ 1.802 Tray area, m2 ................ 3.083 Tray active area m2 ................ 2.517 % flood ................ 74.250 Hole area m2 ................ 0.478 Approx # of valves ................ 404 Tray press loss, m ................ 0.121 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.062 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.029 Downcomer backup m ................ 0.239 Downcomer residence time, sec ................ 2.673 Liquid holdup m3 ................ 0.215
51
CHEMCAD设计相关数据
Liquid holdup kg ................ 174.734 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.005 Total column pressure drop = 0.255 atm
CHEMCAD 5.2.0 Job Name: 塔3 Date: 05/19/2005 Time: 16:26:04
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
1.928 kg/sec 1.446 kg/sec 2284.265 m3/h 6.366 m3/h Density 3.039 kg/m3 817.760 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.762 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.102 0.518 0.036 Avg. weir length m ................ 0.518 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.559 Flow path width m ................ 0.687 Tray area, m2 ................ 0.456 Tray active area m2 ................ 0.384 % flood ................ 75.956 Hole area m2 ................ 0.073 Approx # of valves ................ 61 Tray press loss, m ................ 0.114 Tray press loss, atm ................ 0.009 Dry press drop, m ................ 0.081 Downcomer clearance m ................ 0.044
52
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer head loss m ................ 0.001 Downcomer backup m ................ 0.178 Downcomer residence time, sec ................ 3.649 Liquid holdup m3 ................ 0.019 Liquid holdup kg ................ 15.594 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.013
Equip. 1 Tray No. 15
Tray Loadings Vapor Liquid
2.321 kg/sec 3.072 kg/sec 2727.562 m3/h 13.721 m3/h Density 3.063 kg/m3 806.125 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.658 0.063 Avg. weir length m ................ 0.658 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.635 Flow path width m ................ 0.834 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.530 % flood ................ 65.933 Hole area m2 ................ 0.101 Approx # of valves ................ 85 Tray press loss, m ................ 0.100 Tray press loss, atm ................ 0.008 Dry press drop, m ................ 0.062 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.003
53
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer backup m ................ 0.172 Downcomer residence time, sec ................ 2.864 Liquid holdup m3 ................ 0.031 Liquid holdup kg ................ 25.108 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010
Equip. 1 Tray No. 29
Tray Loadings Vapor Liquid
2.505 kg/sec 3.256 kg/sec 2748.675 m3/h 15.100 m3/h Density 3.281 kg/m3 776.347 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.658 0.063 Avg. weir length m ................ 0.658 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.635 Flow path width m ................ 0.834 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.530 % flood ................ 70.471 Hole area m2 ................ 0.101 Approx # of valves ................ 85 Tray press loss, m ................ 0.109 Tray press loss, atm ................ 0.008 Dry press drop, m ................ 0.070 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.004 Downcomer backup m ................ 0.183
54
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer residence time, sec ................ 2.769 Liquid holdup m3 ................ 0.032 Liquid holdup kg ................ 25.210 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010 Total column pressure drop = 0.237 atm
CHEMCAD 5.2.0 Job Name: 塔4 Date: 05/19/2005 Time: 15:47:48
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
2.444 kg/sec 2.095 kg/sec 2897.677 m3/h 9.236 m3/h Density 3.036 kg/m3 816.424 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.121 0.619 0.051 Avg. weir length m ................ 0.619 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.673 Flow path width m ................ 0.823 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.554 % flood ................ 66.936 Hole area m2 ................ 0.105 Approx # of valves ................ 88 Tray press loss, m ................ 0.097 Tray press loss, atm ................ 0.008
55
CHEMCAD设计相关数据
Dry press drop, m ................ 0.062 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.002 Downcomer backup m ................ 0.164 Downcomer residence time, sec ................ 3.277 Liquid holdup m3 ................ 0.028 Liquid holdup kg ................ 22.525 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.043
Equip. 1 Tray No. 50
Tray Loadings Vapor Liquid
3.476 kg/sec 6.019 kg/sec 4351.582 m3/h 26.108 m3/h Density 2.876 kg/m3 829.926 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 1.067 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.159 0.759 0.083 Avg. weir length m ................ 0.759 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.749 Flow path width m ................ 0.971 Tray area, m2 ................ 0.894 Tray active area m2 ................ 0.728 % flood ................ 75.179 Hole area m2 ................ 0.138 Approx # of valves ................ 116 Tray press loss, m ................ 0.121 Tray press loss, atm ................ 0.010 Dry press drop, m ................ 0.076
56
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.008 Downcomer backup m ................ 0.206 Downcomer residence time, sec ................ 2.357 Liquid holdup m3 ................ 0.050 Liquid holdup kg ................ 41.516 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.035
Equip. 1 Tray No. 64
Tray Loadings Vapor Liquid
2.899 kg/sec 5.442 kg/sec 4216.260 m3/h 23.555 m3/h Density 2.475 kg/m3 831.671 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 1.067 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.159 0.759 0.083 Avg. weir length m ................ 0.759 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.749 Flow path width m ................ 0.971 Tray area, m2 ................ 0.894 Tray active area m2 ................ 0.728 % flood ................ 67.014 Hole area m2 ................ 0.138 Approx # of valves ................ 116 Tray press loss, m ................ 0.105 Tray press loss, atm ................ 0.008 Dry press drop, m ................ 0.061 Downcomer clearance m ................ 0.044
57
CHEMCAD设计相关数据
Downcomer head loss m ................ 0.007 Downcomer backup m ................ 0.186 Downcomer residence time, sec ................ 2.363 Liquid holdup m3 ................ 0.047 Liquid holdup kg ................ 39.243 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.035 Total column pressure drop = 0.577 atm
CHEMCAD 5.2.0 Job Name: 塔5 Date: 05/20/2005 Time: 16:30:46
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
2.287 kg/sec 1.715 kg/sec 2492.231 m3/h 7.949 m3/h Density 3.303 kg/m3 776.668 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.121 0.619 0.051 Avg. weir length m ................ 0.619 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.673 Flow path width m ................ 0.823 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.554 % flood ................ 61.828 Hole area m2 ................ 0.105 Approx # of valves ................ 88
58
CHEMCAD设计相关数据
Tray press loss, m ................ 0.086 Tray press loss, atm ................ 0.006 Dry press drop, m ................ 0.053 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.001 Downcomer backup m ................ 0.151 Downcomer residence time, sec ................ 3.512 Liquid holdup m3 ................ 0.026 Liquid holdup kg ................ 20.336 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010
Equip. 1 Tray No. 15
Tray Loadings Vapor Liquid
2.607 kg/sec 2.786 kg/sec 2856.845 m3/h 12.917 m3/h Density 3.285 kg/m3 776.569 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.658 0.063 Avg. weir length m ................ 0.658 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.635 Flow path width m ................ 0.834 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.530 % flood ................ 72.402 Hole area m2 ................ 0.101 Approx # of valves ................ 85 Tray press loss, m ................ 0.113
59
CHEMCAD设计相关数据
Tray press loss, atm ................ 0.008 Dry press drop, m ................ 0.075 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.003 Downcomer backup m ................ 0.184 Downcomer residence time, sec ................ 3.254 Liquid holdup m3 ................ 0.032 Liquid holdup kg ................ 24.489 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010
Equip. 1 Tray No. 29
Tray Loadings Vapor Liquid
2.502 kg/sec 2.682 kg/sec 2755.520 m3/h 12.565 m3/h Density 3.269 kg/m3 768.426 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.914 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.658 0.063 Avg. weir length m ................ 0.658 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.635 Flow path width m ................ 0.834 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.530 % flood ................ 70.045 Hole area m2 ................ 0.101 Approx # of valves ................ 85 Tray press loss, m ................ 0.108 Tray press loss, atm ................ 0.008
60
CHEMCAD设计相关数据
Dry press drop, m ................ 0.071 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.003 Downcomer backup m ................ 0.178 Downcomer residence time, sec ................ 3.243 Liquid holdup m3 ................ 0.031 Liquid holdup kg ................ 23.830 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010 Total column pressure drop = 0.206 atm
CHEMCAD 5.2.0 Job Name: 塔6 Date: 05/20/2005 Time: 16:35:15
Vapor load is defined as the vapor from the tray below. Liquid load is defined as the liquid on the tray. Equip. 1 Tray No. 2
Tray Loadings Vapor Liquid
0.576 kg/sec 0.432 kg/sec 677.863 m3/h 1.867 m3/h Density 3.057 kg/m3 832.417 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.457 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.064 0.316 0.014 Avg. weir length m ................ 0.316 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.330 Flow path width m ................ 0.414 Tray area, m2 ................ 0.164 Tray active area m2 ................ 0.137 % flood ................ 62.258
61
CHEMCAD设计相关数据
Hole area m2 ................ 0.026 Approx # of valves ................ 21 Tray press loss, m ................ 0.084 Tray press loss, atm ................ 0.007 Dry press drop, m ................ 0.056 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.000 Downcomer backup m ................ 0.143 Downcomer residence time, sec ................ 3.797 Liquid holdup m3 ................ 0.006 Liquid holdup kg ................ 4.825 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.025
Equip. 1 Tray No. 15
Tray Loadings Vapor Liquid
1.671 kg/sec 4.081 kg/sec 2164.038 m3/h 17.510 m3/h Density 2.780 kg/m3 839.094 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.762 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.121 0.556 0.046 Avg. weir length m ................ 0.556 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.521 Flow path width m ................ 0.698 Tray area, m2 ................ 0.456 Tray active area m2 ................ 0.363 % flood ................ 72.817 Hole area m2 ................ 0.069
62
CHEMCAD设计相关数据
Approx # of valves ................ 58 Tray press loss, m ................ 0.116 Tray press loss, atm ................ 0.009 Dry press drop, m ................ 0.072 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.007 Downcomer backup m ................ 0.198 Downcomer residence time, sec ................ 1.884 Liquid holdup m3 ................ 0.025 Liquid holdup kg ................ 21.050 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.013
Equip. 1 Tray No. 29
Tray Loadings Vapor Liquid
1.740 kg/sec 4.150 kg/sec 2650.812 m3/h 18.356 m3/h Density 2.363 kg/m3 813.945 kg/m3 System factor ................ 1.000 Valve type : V-1 Valve material : S.S.
Valve thickness, gage ................ 12.000 Deck thickness, gage ................ 14.000 Tower internal diameter, m ................ 0.762 Tray spacing, m ................ 0.610 No. of tray liquid passes ................ 1 Downcomer dimension, Width m Length m Area m2 Side 0.140 0.658 0.063 Avg. weir length m ................ 0.658 Weir height, m ................ 0.051 Flow path length m ................ 0.635 Flow path width m ................ 0.834 Tray area, m2 ................ 0.657 Tray active area m2 ................ 0.530 % flood ................ 57.349 Hole area m2 ................ 0.101 Approx # of valves ................ 85
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CHEMCAD设计相关数据
Tray press loss, m ................ 0.087 Tray press loss, atm ................ 0.007 Dry press drop, m ................ 0.045 Downcomer clearance m ................ 0.044 Downcomer head loss m ................ 0.005 Downcomer backup m ................ 0.165 Downcomer residence time, sec ................ 2.050 Liquid holdup m3 ................ 0.033 Liquid holdup kg ................ 26.626 Design pressure, atm ................ 1.100 Joint efficiency ................ 0.850 Allowable stress atm ................ 932.230 Corrosion allowance m ................ 0.001 Column thickness m ................ 0.002 Bottom thickness m ................ 0.010 Total column pressure drop = 0.225 atm
64
带控制点的工艺流程图
附录3
带控制点的工艺流程图
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