煤化工工艺设计粗苯精制.doc

河南城建学院化学与化学工程系
《煤化工工艺》课程设计

粗

苯

的

精

制

指导教师：杜 玲 枝
姓 名：单 素 民
班 级：
日 期：2023/1/4

目录
一 综述…………………………………………………………………1
1.1概述 ……………………………………………………………1
1.2文献综述 ………………………………………………………1
1.3设计任务的依据 ………………………………………………2
二 生产方案的选择……………………………………………………5
2.1精馏塔类型的选择 ……………………………………………5
2.2化学精制工艺的选择 …………………………………………6
三 工艺流程的说明……………………………………………………7
四 粗苯精制的工艺计算………………………………………………9
4.1初步精馏计算…………………………………………………9
4.1.1原始数据获取………………………………………………9
4.1.2初馏塔清楚分割物料衡算…………………………………10
4.1.3用露点方程计算初馏塔塔顶温度…………………………11
4.1.4用泡点方程计算初馏塔塔底温度…………………………11
4.2化学精制………………………………………………………12
4.3最终精馏………………………………………………………14
4.3.1纯苯塔的物料衡算…………………………………………14
4.3.2用露点方程计算纯苯塔塔顶温度…………………………15
4.3.3用泡点方程计算纯苯塔塔底温度…………………………15
4.3.4甲苯塔的物料衡算…………………………………………16
4.3.5用露点方程计算甲苯塔塔顶温度…………………………17
4.3.6用泡点方程计算甲苯塔塔底温度…………………………17
4.3.7二甲苯塔的物料衡算………………………………………18
4.3.8用露点方程计算二甲苯塔塔顶温度………………………18
4.3.9用泡点方程计算二甲苯塔塔底温度………………………19
五 热量衡算 …………………………………………………………20
5.1初馏塔的热量衡算……………………………………………20
5.1.1塔顶冷凝器的热量衡算……………………………………20
5.1.2塔底再沸器的热量衡算……………………………………20
5.2纯苯塔的热量衡算……………………………………………21
5.2.1塔顶冷凝器的热量衡算……………………………………21
5.2.2塔底再沸器的热量衡算……………………………………21
5.3甲苯塔的热量衡算……………………………………………22
5.3.1塔顶冷凝器的热量衡算……………………………………22
5.3.2塔底再沸器的热量衡算……………………………………22
5.4二甲苯塔的热量衡算…………………………………………22
5.4.1塔顶冷凝器的热量衡算……………………………………22
5.4.2塔底再沸器的热量衡算……………………………………23
六 设计体会与收获 …………………………………………………24
七 参考资料和文献 …………………………………………………26

内容摘要

粗苯为中间体产品，自身用途极为有限，仅作为溶剂使用，但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料，在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格连续上涨，市场潜力巨大。业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充足运用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺涉及萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。
本设计的产品有纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、重苯，其中最重要的产品是纯苯、甲苯和二甲苯。
【关键词】 粗苯、苯、甲苯、二甲苯、精制

综述
1.1 概述
21世纪以来，由于石油储量的减少，石油的需求量的增长，石油价格大幅攀升。因而迫使人们寻求新的能源和化工原料来代替石油，煤化工的发展是必然的。因此，煤在世界能源结构中又不断的回升，煤化工行业又迅速发展。2023年，我国成为世界上第二大原油进口国，因此发展煤化工已成为我们当务之急，我国的煤炭资源非常丰富，煤炭储量远大于石油，我国发展煤化工有非常大的潜力。
煤焦化就是煤化工工艺中最成熟的一项技术。煤焦化过程中产生粗苯，粗苯作为中间体产品，自身用途极为有限，仅作为溶剂使用，但是精制后的焦化苯、焦化甲苯、焦化二甲苯等产品，是有机化工、医药和农药等的重要原料，在国内、国际上都有很好的市场，目前精苯产品价格连续上涨，市场潜力巨大。业内专家认为，粗苯加氢精制技术代表了粗苯加工精制的发展方向，这一技术在我国的推广使用，不仅可使宝贵的苯资源得到充足运用，还可有效改善粗苯精制的面貌，提高清洁生产的水平。在本设计加氢工艺中，低温加氢工艺的加氢温度、压力较低，产品质量好，低温加氢工艺涉及萃取蒸馏低温加氢工艺和溶剂萃取低温加氢工艺，这两种工艺在国内外是比较成熟的工艺，已被广泛用于石油重整油、高温裂解汽油、焦化粗苯为原料的加氢生产中，因此本粗苯精制采用低温加氢精制工艺。纯苯精度可达99.9%以上，甲苯也在99%以上，产品纯度均优于其他方法。
粗苯精制对于一个公司的发展来说有非常重要的作用。粗苯精制延长了公司的产业链，增长了获利的空间，同时也增长了公司抵御风险的能力。因此，现在我国许多的煤焦化厂都大力发展粗苯精制这一工艺。
1.2 文献综述
粗苯重要是由苯﹑甲苯﹑二甲苯和三甲苯等苯族烃组成，尚有不饱和化合物及少量硫﹑氮﹑氧的化合物。其中各组分的含量因配煤质量和组成及炼焦工艺条件的不同而有较大的波动。粗苯精制的目的是将粗苯加工成苯、甲苯、二甲苯等产品，这些产品都是宝贵的化工原料。粗苯精制涉及酸洗和加氢、精馏分离，初馏分中戊烯的加工和其他高沸点化合物的深加工。
粗苯中苯、甲苯、二甲苯含量占90%以上，是粗苯精制提取的重要产品。苯族烃是易流动﹑易燃烧﹑不溶于水﹑无色透明的液体，其蒸气与空气混合能形成爆炸性混合物。在常压常温的爆炸范围：苯蒸气1.4%～7.1%；甲苯蒸气1.4%～6.7%；二甲苯蒸气1.0%～6.0%.粗苯中不饱和化合物含量为5%～10%。此含量重要取决于炼焦炭化室温度。炭化室温度越高，不饱和化合物的含量就越低，不饱和化合物在粗苯馏分中的分布很不均匀，重要集中在140℃以上的高沸点馏分和79℃以前的低沸点馏分中。这些不饱和化合物重要是带有一个和两个双键的环烯烃和直链烯烃，极易发生聚合，树脂化作用，易和空气中的氧形成深褐色的树脂状物质，溶解于苯类产品中，使之变成褐色。所以在生产苯﹑甲苯和二甲苯时，需将不饱和化合物除去。粗苯中硫化物含量约在0.6%～2%，重要是二硫化碳﹑噻吩及同系物。
苯是粗苯最重要的组分，含量占55%～80%。苯为无色易挥发和易燃液体，有芳香气味，不溶于水，而溶于乙醇。苯是有机合成工业的基础原料，用途极其广泛。中国目前用于合成纤维﹑塑料﹑合成橡胶﹑制取农药及国防工业等方面。
甲苯的产率仅次于苯，可有氯化﹑硝化﹑磺化﹑氧化及还原等方法制取染料医药﹑香料等中间体及炸药﹑糖精，此外还可制取己内酰胺供生产尼龙66用，甲苯的冰点很低，可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。
工业中的二甲苯可用作橡胶和油漆工业的溶剂，航空和动力燃料的添加剂。从工业二甲苯中得到的邻﹑间﹑对二甲苯可用于制取邻﹑间﹑对苯二甲酸，其中邻﹑间﹑对苯二甲酸是生产增塑剂，聚酯树脂和聚酯纤维的重要原料。
二硫化碳在工业上常用作溶剂，在农业上作为杀虫剂，选矿时作为浮选剂，还可用于生产磺酸盐。
粗苯的精制方法是根据粗苯的组成﹑性质﹑产品的品种和质量规定而制定的。粗苯的重要成分苯﹑甲苯﹑二甲苯及三甲苯等由于相邻的二组分之间的沸点温度相差较大，可用精馏方法进行分离。而某些不饱和化合物及硫化物的沸点与苯类产品之间的沸点温度相差很小，不能用精馏的方法把它们分开，要用化学的方法分离。按照除去不饱和化合物和硫化物的方式不同，粗苯精制方法重要有酸洗精制法和加氢精制法。
1.3 设计任务的依据
经查资料，获得以下参数：
表1-1 粗苯各组分的平均含量
组分
分子式
含量（质量百分数）/%
苯

55—80
甲苯

11—22
二甲苯

2.5—8
三甲苯

1—2
不饱和化合物
、
7—12
硫化物

0.3—1.8
饱和物

0.6—2.0
初馏塔初馏组分的规定：
表1-2 初馏分组成
原料
粗苯初馏分组成/%
轻苯初馏分组成/%

15—25
25—40
、
10—15
20—30

30—50
5—15
其他不饱和化合物
10—15
15—25
连续精馏塔操作条件：
表1-3 连续精馏塔操作条件
塔名
纯苯塔
甲苯塔
二甲苯塔
塔顶温度/℃
80左右
110左右
89—
塔底温度/℃
124—128
150—155
140—150
塔压/KPa
30左右
30左右
30左右
已知：10万吨褐煤
煤气产率：330-380 取：350
回收粗苯前粗苯含量：30
回收粗苯后粗苯含量：<2 取：1
回收的粗苯：吨/年
全年生产时间：300天，其余时间为维修时间。
设计任务：
苯的纯度：99.5%
甲苯的纯度：98%
二甲苯的纯度：98%

二、成产方案的选择
粗苯的精制涉及下述三个过程：
（1）初步精馏：将低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物与苯烃进行分离，得到初馏分和苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。
（2）化学精制：把通过初步精馏得到的苯类混合馏分中具有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物及硫化物除去。
（3）最终精馏：通过连续精馏得到合乎标准的纯产品。
2.1 精馏塔类型的选择：
气－液传质设备重要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔，也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。
板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(182023)、筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，重要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，而前两者使用尤为广泛。
筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的重要优点有：
(１) 结构比浮阀塔更简朴，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的80％左右。
(２) 解决能力大，比同塔径的泡罩塔可增长10～15％。
(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(４) 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。
筛板塔的缺陷是：
(１) 塔板安装的水平度规定较高，否则气液接触不匀。
(２) 操作弹性较小(约2～3)。
(３) 小孔筛板容易堵塞。
浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它重要的改善是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改善使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在解决粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸取以及脱吸等传质过程中。塔径从200mm到6400mm，使用效果均较好。国外浮阀塔径，大者可达10m，塔高可达80m，板数有的多达数百块。
浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是由于它具有下列特点：
(１) 解决能力大，比同塔径的泡罩塔可增长20～40％，而接近于筛板塔。
(２) 操作弹性大，一般约为5～9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多。
(３) 塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。
(４) 压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为400～660N/m2。
(５) 液面梯度小。
(６) 使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作。
(７) 结构简朴，安装容易，制造费为泡罩塔板的60～80％,为筛板塔的120～130％
据此本课程设计选取浮阀塔。
2.2 化学精制工艺的选择：
由于不饱和化合物与苯类产品之间的沸点温度相差很小，不能用精馏的方法把它们分开，要用化学的方法分离。工业上有两种方法：酸洗精制法和加氢精制法。
酸洗精制法具有工艺流程简朴、操作灵活、设备投资少，材料易得，常温常压下运营，但有液体废物产生。该方法在中国焦化厂已经广泛采用。加氢精制法工艺复杂，对设备材质规定较高，所的产品质量好，用途广，售价较高，没有液体废物产生，有助于保护户环境，宜在粗苯集中加工厂采用。
本设计采用酸洗精制法。

三、工艺流程的说明
粗苯的精制涉及下述三个过程：
（1）初步精馏：将低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物与苯烃进行分离，得到初馏分和苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。
（2）化学精制：把通过初步精馏得到的苯类混合馏分中具有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物及硫化物除去。
（3）最终精馏：通过连续精馏得到合乎标准的纯产品。
粗苯经初馏塔初步精馏，塔顶得到初馏分低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物，塔底得到苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。初馏塔由重沸器供热，由于塔底具有不饱和化合物形成的聚合物，进入重沸器之前需通过过滤器滤出聚合物，以减轻设备的堵塞。
初步精馏得到的苯类混合物中具有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物及硫化物，不能用精馏法把它们除去，为了制取合格产品，必需将它们预先除去，除去这些杂质用硫酸解决。用硫酸进行洗涤。
通过硫酸洗涤的混合馏分带有碱性，一方面进入吹苯塔，把苯，甲苯，二甲苯吹出。吹出苯由泵送入纯苯塔。纯苯塔的蒸汽温度控制在80℃左右，在此温度下逸出的蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的纯苯一部分作为回流送入塔顶，一部分作为产品采出。塔底纯苯残液温度为124-128℃，由塔底排除，送入纯苯残油槽。
纯苯残油积累到一定量后，用泵连续送入甲苯塔进行精馏。蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的甲苯一部分作为回流送入塔顶，一部分作为产品采出。塔底甲苯残液由塔底排除，送入纯苯残油槽。甲苯残液规定不含甲苯。
解决甲苯残液，用泵连续送入二甲苯塔进行精馏。塔顶逸出的蒸汽经冷凝器冷却把油和水分离，所得到的二甲苯一部分作为回流送入塔顶，其余部分作为产品采出。
粗苯精制工艺流程图如下图：

四、粗苯精制的工艺计算
4.1 初步精馏计算
初步精馏塔如下图：

图4-1 初馏塔
4.1.1 原始数据获取：
经查资料获得粗苯中组分的组成以及精制规定如下：
已知：10万吨褐煤
煤气产率：330-380 取：350
回收粗苯前粗苯含量：30
回收粗苯后粗苯含量：<2 取：1
回收的粗苯：吨
全年生产时间：300天，其余时间为维修时间。
则粗苯进料流量：
表4-1 原料各组分数据汇总

解决量：10万吨褐煤/年 产生粗苯：1015吨/年
组分

0.01
0.04
0.74
0.13
0.04
0.03
0.01
1.00

76
70
78
92
104
106
120

1.41
5.64
104.34
18.33
5.64
4.23
1.41

0.0186
0.0806
1.3377
101992
0.0542
0.0399
0.0118
1.742

0.0107
0.0463
0.7679
0.1144
0.0311
0.0229
0.0067
1.000
分离规定
苯的纯度：99.5% 甲苯的纯度：98% 二甲苯的纯度：98%
4.1.2 初馏塔清楚分割物料衡算：
轻苯的初步精馏的目的是将低沸点的二硫化碳和戊烯等不饱和化合物与苯烃进行分离，得到初馏分和苯，甲苯，二甲苯等苯类混合馏分。
工艺规定：此段精馏过程在常压下进行规定戊烯在塔顶的回收率达99.9％。苯在塔底的回收率达成99.5％。
根据设计计算，按清楚分割，选戊烯为轻关键组分，苯为重关键组分。
塔顶产品：

塔底产品：

塔顶、塔底产品的组成计算如下表：
表4-2 清楚分割物料衡算计算结果汇总
组分

0.0107
0.0463
0.7679
0.1144
0.0311
0.0229
0.0067
1.000

0.0186
0.0806
1.3377
0.1992
0.0542
0.0399
0.0118
1.742

0.0186
0.0805
0.0067
0
0
0
0
0.1058

0.1758
0.7629
0.0633
0
0
0
0
1.0000

0
0.0001
1.331
0.1992
0.0542
0.0399
0.0118
1.6362

0
0.0001
0.8135
0.1217
0.0331
0.0244
0.0072
1.000
4.1.3 用露点方程计算初馏塔塔顶温度：
一方面相平衡常数拟定：
当汽相是抱负气体组成的抱负溶液，液相也是抱负溶液：这种体系的压力一般不高于202KPa，混合物有化学结构相近﹑分子量相差不大的化合物形成在这种情况下，汽液相均可看做为抱负溶液。相平衡常数可表达为：
对于低压物系有安托因方程：来拟定饱和蒸汽压
经查资料得安托因系数A﹑B﹑C如下表：
表4-3 各组分安托因系数
组分

5.9714
1044.9
233.516

6.03055
1211.033
220.790

6.07954
1344.8
219.482

6.082
1445.58
209.43

6.12381
1474.679
213.686

6.19926
1569.622
209.578
用安托因方程计算K值，由露点方程拟定露点温度，计算要采用试差法，看是否满足
初设塔顶温度℃，计算结果如下表：
表4-4 露点方程计算塔顶温度结果
组分

0.1758
0.7609
0.0633
1.0000

0.9137
1.3977
0.2405

0.1924
0.5444
0.2632
1.0000
在所设的℃，|-1|<0.01,符合规定。
所以塔顶温度为40℃。
4.1.4 用泡点方程计算初馏塔塔底温度：
初设塔底温度℃，计算结果如下表：
表4-5 泡点方程计算塔底温度结果
组分

0.0001
0.8135
0.1217
0.0331
0.0244
0.0072
1.0000
90℃

5.4430
1.3433
0.5352
0.1772
0.1829
0.0899

0.0005
1.0928
0.0651
0.0059
0.0045
0.0006
1.1689
84.7℃

4.8089
1.1492
0.4495
0.1450
0.1499
0.0824

0.0005
0.9394
0.0547
0.0005
0.0004
0.0001
0.9911
在所设的84.7℃条件下，|-1|<0.01, 符合规定。
所以塔底温度为：84.7℃。
所以初馏塔全塔的平均温度为：℃。
4.2 化学精制
粗苯初步精制得到的苯类混合物馏分中，具有沸点与苯族烃相近的不饱和化合物如戊烯和苯乙烯。不能用精馏法将它们除去，为了制取合格的产品，必须将它们预先除去，除去这些杂质的方法就是用硫酸解决。用硫酸精制具有工艺流程简朴，操作灵活，设备投资少，材料易得，常温常压下进行。该法在中国的焦化厂得到广泛的应用。
用硫酸洗涤时，同时进行多种化学反映，其中重要的反映如下（清除不饱和化合物反映）：
① 不饱和化合物反映;不饱和化合物在浓硫酸的作用下很容易发生聚合作用，生成各种复杂的聚合物。聚合反映的第一阶段是生成酸式酯，聚合反映的第二阶段是酸式酯不饱和化合物生成二聚物。例如:

此反映可继续进行，生成深度的聚合物。
② 不饱和化合物的加成反映，生成中式酯：

酸洗工艺流程图如下图：

图4-2 酸洗流程图
为了得到比较纯净的苯系化合物，不饱和化合物通过酸洗，消耗的硫酸的量为：

则：吨
选用93%的浓硫酸洗，则消耗的酸的质量为：
吨
所以消耗93%的浓硫酸为12.95吨。
4.3 最终精馏
通过酸洗净化，把混合苯馏分中的戊烯、苯乙烯除去，得到苯、甲苯、二甲苯的混合馏分，通过吹苯塔，吹出苯、甲苯、二甲苯组分。苯、甲苯、二甲苯组分进入精馏过程，本精馏过程采用全连续精馏流程（热油连料全连续精馏装置），全连续精馏流程具有生产稳定，产品产率高，质量好，操作简朴，投资少，便于自动化控制的优点。
最终精馏工艺流程图：

图4-3 最终精馏工艺图
4.3.1 纯苯塔的物料衡算：
纯苯塔的进料组成如下表：
表4-6 纯苯塔进料组成
组分

1.331
0.1992
0.0399
0.0118
1.5819

0.8414
0.1259
0.0252
0.0075
1.0000
根据设计需要，纯苯塔回收苯的纯度达成99.5%，而笨的回收率为99.8%
根据组分，设苯为轻关键组分，甲苯为重关键组分，由清楚分割法计算纯苯塔的物料衡算，结果如下表：
表4-7 纯苯塔物料衡算结果
组分

1.3283
0.0013
0.0000
0.0000
1.3296

0.999
0.0001
0.0000
0.0000

0.0027
0.1979
0.0399
0.0118
0.2523

0.0107
0.7844
0.1581
0.0468
1.0000
4.3.2 用露点方程计算纯苯塔塔顶温度：
初设塔顶温度℃，操作压强为33KPa。计算结果如下表：
表4-8 露点方程计算塔顶温度结果
组分

0.999
0.001
1.000

0.9969
0.3832

1.0021
0.0026
1.0047
在所设的℃，|-1|<0.01,符合规定。
所以塔顶温度为80℃。
4.3.3 用泡点方程计算纯苯塔塔底温度：
初设塔底温度℃，计算结果如下表:
表4-9 泡点方程计算纯苯塔塔底温度结果
组分

0.0107
0.7844
0.1581
0.0468
1.0000
125℃

3.3311
1.4790
0.5807
0.3178

0.0356
1.1601
0.0918
0.0149
1.3024
114℃

2.5578
1.0995
0.4148
0.2201

0.0273
0.8624
0.0656
0.0103
0.9656
115℃

2.6469
1.1305
0.4280
0.2278

0.0283
0.8868
0.0677
0.0109
0.9935
在所设的115℃条件下，|-1|<0.01, 符合规定。
所以塔底温度为：115℃。
所以纯苯塔全塔的平均温度为：℃。
纯苯的产量：
吨
4.3.4 甲苯塔的物料衡算：
甲苯塔的进料组成如下表：
表4-10 甲苯的进料组成
组分

0.0027
0.1975
0.0.99
0.0118
0.2523

0.0107
0.7844
0.1581
0.0468
1.0000
根据设计需要，甲苯塔回收甲苯的纯度达成98%，而甲苯塔顶的回收率为99.8%。
根据组分，设甲苯为轻关键组分，二甲苯为重关键组分，由清楚分割法计算甲苯塔的物料衡算，结果如下表：
表4-11 甲苯塔的物料衡算结果
组分

0.0027
0.1975
0.0013
0.0000
0.2023

0.0134
0.9801
0.0065
0.0000
1.0000

0.0000
0.0004
0.0386
0.0118
0.0508

0.0000
0.0079
0.7598
0.2323
1.0000
4.3.5 用露点方程计算甲苯塔塔顶温度：
初设塔顶温度℃，操作压强为101.33KPa。计算结果如下表：
表4-12 露点方程计算甲苯塔塔顶温度
组分

0.0134
0.9801
0.0065
1.0000
110℃

2.3019
0.9823
0.3649

0.0058
0.9978
0.0178
1.0214
110.8℃

2.3584
1.0049
0.3745

0.0057
0.9753
0.0174
0.9984
在所设的℃，|-1|<0.01,符合规定。
所以塔顶温度为110.8℃。
4.3.6 用泡点方程计算甲苯塔塔底温度：
初设塔底温度℃，计算结果如下表:
表4-13 泡点方程计算甲苯塔塔底温度
组分

0.0079
0.7598
0.2323
1.0000
150℃

2.7171
1.1568
0.6735

0.0215
0.8789
0.1565
1.0569
147.6℃

2.5708
1.0948
0.6295

0.0203
0.8318
0.1462
0.9983
在所设的147.6℃条件下，|-1|<0.01, 符合规定。
所以塔底温度为：147.6℃。
所以纯苯塔全塔的平均温度为：℃。
甲苯的产量：
吨
4.3.7 二甲苯塔的物料衡算：
二甲苯塔的进料组成如下表：
表4-14 二甲苯塔的进料组成
组分

0.0004
0.0386
0.0118
0.0508

0.0079
0.7598
0.2323
1.0000
根据设计需要，二甲苯塔回收二甲苯的纯度达成98%，而二甲苯的回收率为99.8%。
根据组分，设二甲苯为轻关键组分，三甲苯为重关键组分，由清楚分割法计算二甲苯塔的物料衡算，结果如下表：
表4-15 二甲苯塔的物料衡算

0.0004
0.0385
0.0004
0.0393

0.01
0.98
0.01
1.00

0.0000
0.0001
0.0114
0.0115

0.0000
0.0087
0.9913
1.0000
4.3.8 用露点方程计算二甲苯塔塔顶温度：
初设塔顶温度℃，操作压强为18KPa。计算结果如下表：
表4-16 露点方程计算二甲苯塔塔顶温度
组分

0.01
0.98
0.01
1.00
90℃

3.0126
1.0294
0.5065

0.0033
0.9520
0.0198
0.9751
89.3℃

2.9450
1.0032
0.4923

0.0034
0.9769
0.0203
1.0006
在所设的℃，|-1|<0.01,符合规定。
所以塔顶温度为89.3℃。
4.3.9 用泡点方程计算二甲苯塔塔底温度：
初设塔底温度℃，计算结果如下表:
表4-17 泡点方程计算二甲苯塔塔底温度
组分

0.0087
0.9913
1.0000
110℃

2.0542
1.0776

0.0179
1.0682
1.086
107.5℃

1.8915
0.9856

0.01650
0.9770
0.9935
在所设的107.5℃条件下，|-1|<0.01, 符合规定。
所以塔底温度为：107.5℃。
所以二甲苯塔全塔的平均温度为：℃。
二甲苯的产量：
吨
五、热量衡算
5.1 初馏塔的热量衡算
5.1.1 塔顶冷凝器的热量衡算：
冷凝器体系选取如下图：

图5-1 冷凝器
下表为基准焓值为40℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-1 塔顶冷凝器热量衡算计算表
组分

0.1758
0.7609
0.0633

26.74
25.20
30.76

7.7009
19.1747
1.9471
25.8227

5.1.2 塔底再沸器的热量衡算：

图5-2 再沸器
下表为基准焓值为84.7℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-2 塔底再沸器热量衡算计算表
组分

0.0001
1.331
0.1992
0.0542
0.0399
0.0118

25.20
30.76
33.18
36.82
36.82
39.25

0.0025
40.9416
6.6095
1.9956
1.4691
0.4632
51.4815

5.2 纯苯塔的热量衡算
5.2.1 塔顶冷凝器的热量衡算：
下表为基准焓值为80℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-3 塔顶冷凝器热量衡算计算表
组分

1.3283
0.0013

30.76
33.18

40.8585
0.0431
40.9016

5.2.2 塔底再沸器的热量衡算：
下表为基准焓值为115℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-4 塔底再沸器热量衡算计算表
组分

0.0027
0.1979
0.0399
0.0118

30.76
33.18
36.82
39.25

0.0831
6.5663
1.4691
0.4632
8.5817

5.3 甲苯塔的热量衡算
5.3.1 塔顶冷凝器的热量衡算：
下表为基准焓值为110.8℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-5 塔顶冷凝器热量衡算计算表
组分

0.0027
0.1975
0.0013

30.76
33.18
36.82

0.0831
6.5531
0.0478
6.684

5.3.2 塔底再沸器的热量衡算：
下表为基准焓值为147.6℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-6 塔底再沸器热量衡算计算表
组分

0.0004
0.0386
0.0118

33.18
36.82
39.25

0.0133
1.4213
0.4632
1.8888

5.4 二甲苯塔的热量衡算
5.4.1 塔顶冷凝器的热量衡算：
下表为基准焓值为89.3℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-7 塔顶冷凝器热量衡算计算表
组分

0.0004
0.0385
0.0004

33.18
36.82
39.25

0.0133
1.1476
0.0157
1.4466

5.4.2 塔底再沸器的热量衡算：
下表为基准焓值为107.5℃时饱和液相焓值，列汇总表如下：
表5-8 塔底再沸器热量衡算计算表
组分

0.0001
0.0114

36.82
39.25

0.0037
0.4475
0.4512

六、设计体会与收获
本次煤化工课程设计旨在使我们了解煤化工工艺基本原理、重要工艺过程、设备的构造及工程设计基本内容，初步掌握化工工艺设计的重要程序及方法，锻炼和提高我们综合运用理论知识和技能的能力、收集和查阅文献资料的能力、分析和解决工程实际问题的能力、独立工作和创新能力。通过这次课程设计，我想我们基本上完毕了本次课程设计的任务，同时也使我们熟悉了化工工艺设计的重要内容，使我们对理论知识有了进一步的结识。锻炼和提高我们综合运用理论知识和技能的能力、收集和查阅文献资料的能力、分析和解决工程实际问题的能力、独立工作和创新能力。
本次课程设计应当是我们大学以来最难的一次课程设计。虽然通过对煤化工工艺的学习，我们已经基本掌握了煤化工工艺基本的方法，但作为这次设计，由于工艺的参数、任务的设定等许多内容都需要我们自己来设定，刚开始这给我们带来了很大的困难。我们通过多次向赵老师的请教，查找了许多资料的具体参数，终于基本上完毕了这次设计，通过这次设计，我们获得了许多知识。
一方面，通过课程设计资料的搜索以及对数据的计算中，让我对煤化工工艺有了更加清楚、深刻的结识，课程设计自身的完毕过程，其实也是自己对煤化工工艺轮廓的理解，对内容的把握的过程，这样可以更加丰富的了解煤化工工艺的全貌，对自己的专业知识学习也更加深刻，不再流于表面。通过本次课程设计提高了我的逻辑思维能力以及对材料的整合和筛选能力，这对于我此后的研究和学习有很大的帮助，通过了整个课程设计方案的描述，让我更加全面的拓宽自己的思考能力。在良好的互动环境下我们大家都很努力认真，不仅是为了取得成绩，更是为了能在知识上，在能力上都有所提高。特别使对一些参考文献的使用，和对图表的查询都有了实质性的操作，动手能力也有了显著提高，使我们大家都不久乐。我想，在这次设计中，大家都学到了许多知识。
另一方面，我感觉到合作的重要性。独自完毕课程设计是相称困难的，这次设计的完毕与杜老师丁老师的指导和各位同学的合作是分不开的。刚开始设计时，我们感觉非常困难，在杜老师和丁老师的指导下，找到突破口，怎么来设计。在具体计算的过程中，我们又碰到许多困难，例如：粗苯中那么多组分，怎么计算组分组成，化学精制中怎么计算物料衡算，三个精馏塔的计算问题怎么简化成我们学习过的模型等等。在我们共同的努力下，终于把这些问题都解决了。因此，在此后的工作中一定要注意团队合作，这样会事半功倍。
当然这次设计中也有一些问题。在精馏塔的计算中和化学精制的计算过程中，由于时间的因素，资料的有限，为了能便于计算，我们简化了模型。是整个过程简朴了些