1、 本 科 畢 業(yè) 設 計 年產(chǎn)15萬噸環(huán)己醇工藝設計the process design of 150kt/a cyclohexanol 學院名稱： 化學與環(huán)境工程學院 專業(yè)班級： 化學工程與工藝（專升本）12-1 學生姓名： 崔同明 學 號： 201205060013 指導教師姓名： 趙凌 指導教師職稱： 講師 2014 年5 月畢業(yè)設計原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文)，是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學院及其它教育機構

2、的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解安陽工學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計(論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)（論文）設計的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘要abstract主要符號說明引言1第一章 綜述21.1環(huán)己醇的性質(zhì)21.2 國內(nèi)外生產(chǎn)環(huán)

3、己醇研究進展21.2.1環(huán)己醇生產(chǎn)工藝方法比較31.2.1.1環(huán)己烷氧化法31.2.1.2環(huán)己烯法3第二章 環(huán)己烯催化水合制環(huán)己醇52.1工藝流程52.2催化劑62.2.1 苯部分加氫催化劑62.2.2 環(huán)己烯水合制環(huán)己醇催化劑7第三章 環(huán)己烯回收塔計算83.1 計算已知條件和基礎83.2 回收塔物料衡算83.3 塔頂塔底溫度計算103.4 相對揮發(fā)度的計算113.5 計算最少理論扳數(shù)nm123.6 汽化分率e的計算123.7最小回流比的計算123.8 操作回流比和理論塔板數(shù)的求取133.9 板效率和實際塔板數(shù)的求取143.10 進料位置和各段塔板數(shù)的求取143.11 塔徑計算153.12塔體

4、壁厚計算163.13 塔有效高度計算163.14 溢流裝置163.14.1溢流堰長lw163.14.2出口堰高hw163.14.3降液管的寬度wd與降液管的面積af.173.14.4降液管底隙高度ho173.15 塔的流體力學性能173.15.1 塔板壓力降173.15.2 液面落差183.16塔的操作特性183.16.1塔板上的異常操作現(xiàn)象校驗183.17小結19第四章 回收塔主要附件的選型計算214.1 塔內(nèi)管徑的計算及選型214.1.1進料管214.1.2 回流管214.1.3 塔頂蒸汽接管214.1.4 塔釜出料214.2 塔釜設計214.3 塔板布置214.3.1 計算開孔面積214

5、.3.2篩孔數(shù)n與開孔率224.4 裙座的設計224.4.1 選材224.4.2 基礎環(huán)板設計224.4.3人孔234.4.4 排氣管234.4.5地腳螺栓和地腳螺栓數(shù)的設計234.4.6引出管通道234.4.7吊柱23結論24致謝25參考文獻26附錄a 環(huán)己醇生產(chǎn)工藝流程圖附錄b 環(huán)己烯回收塔主體設備圖年產(chǎn)15萬噸環(huán)己醇工藝設計摘要：環(huán)己醇是一種優(yōu)良的中高沸點的有機化工產(chǎn)品，在化工生產(chǎn)的各個領域有著廣泛的應用。它主要用于生產(chǎn)己二酸、己內(nèi)酞胺和聚酞胺-66，是酞胺類產(chǎn)品不可缺少的中間產(chǎn)品，也是制備各種乙烯樹脂漆的主要原料。傳統(tǒng)的環(huán)己醇生產(chǎn)方法是環(huán)己烷氧化法，但由于有氧的參與，易發(fā)生爆炸，不甚安

6、全。苯部分加氫制環(huán)己烯、環(huán)己烯水合制環(huán)己醇工藝消耗低，較好地避免了環(huán)己烷氧化工藝過程的廢堿液生成，環(huán)境友好，環(huán)保投資少，是目前最先進的工藝路線。 本設計以環(huán)己烯催化水合制環(huán)己醇生產(chǎn)工藝為基礎，設計的主要設備是環(huán)己烯回收塔，所選用的塔為篩板精餾塔。它的作用是從環(huán)己烯和溶劑的混合物中回收環(huán)己烯，溶劑循環(huán)使用。通過對主體塔設備回收塔的計算，得出以下結果：塔高20米，塔徑1.5米，壁厚12mm。總板數(shù)40塊，精餾段21塊，提餾段19塊。同時也對塔的附屬設備進行了計算和選型。關鍵詞：環(huán)己醇；環(huán)己烯；回收塔 the process design of 150kt/a cyclohexanolabstrac

7、t：cyclohexanol is a kind of excellent high boiling point of organic chemical products, has been widely used in various fields of chemical production. it is mainly used in the production of adipic acid, caproic phthalein amine and poly phthalein amine - 66, indispensable intermediate product is phtha

8、lic amine product, preparation of various kinds of vinyl resin paint is the main raw material.the traditional method of producing cyclohexanol cyclohexan oxidation,but because of the participation of aerobic,easy explosion,not very safe. part of benzene hydrogenation system of cyclohexene,cyclohexen

9、e water also cyclohexanol process consumption is low, to avoid the cyclohexane oxidation process of waste alkali liquor generated, environmentally friendly, less investment of environmental protection, is currently the most advanced technology. this design is to cyclohexene catalytic water also cycl

10、ohexanol production technology as the foundation, design is the main equipment of cyclohexene recovery tower, chooses tower sieve plate column. its role from a mixture of cyclohexene and solvent recovery of cyclohexene, solvent recycle. through calculation of main tower equipment recovery tower, the

11、 following results: 20 meters high tower, 1.5 meters tower diameter, wall thickness 12 mm. the total number of 40 boards, rectifying section 21 pieces, stripping section 19 pieces. at the same time also to the tower of accessory equipment for the calculation and selection.key words：cyclohexanol；cycl

12、ohexene；recovery tower主要符號說明英文字母塔板開孔面積，m2；篩板的穩(wěn)定性系數(shù)，無因次；降液管面積，m2；塔內(nèi)下降液體的流量，kmol/h；篩孔面積，m2；塔內(nèi)下降液體的流量，m3/s；塔截面積，m2；溢流堰長度，m；計算時的負荷系數(shù)，無因次；塔板數(shù)；理論板數(shù)；流量系數(shù)，無因次；實際塔板數(shù)；塔頂餾出液流量；kmol/h；理論塔板數(shù)；篩孔直徑，mm；篩孔數(shù)；液流收縮系數(shù)，無因次；操作壓強，pa或kpa；全塔效率（總板效率），無因次；壓強降，pa或kpa；物沫夾帶量，kg（液）/kg（氣）；進料熱狀態(tài)參數(shù)；進料流量，kmol/h；回流比；開孔區(qū)半徑，m；氣相動能因數(shù)，m/s(

13、kg/m3)1/2；直接蒸汽量，kmol/h；重力加速度，m/s2；篩孔中心距，mm；板間距，m或mm；塔高，m或mm；空塔氣速，m/s；與干板壓降相當?shù)囊褐叨龋琺；按開孔區(qū)流通面積計算的氣速，m/s；與液體流經(jīng)降液管的壓降相當?shù)囊褐叨龋琺；篩孔氣速，m/s；與氣孔穿過板上液層的壓降相當?shù)囊褐叨龋琺；降液管底隙處液體流速，m/s；板上鼓泡層高度，m；漏液點氣速，m/s；進口堰和降液管間的水平距離，m；塔內(nèi)上升蒸汽流量，kmol/h；板上液層高度，m；塔內(nèi)上升蒸汽流量，m3/s；堰上液層高度，m；塔底產(chǎn)品流量，kmol/h；降液管底隙高度，m；無效區(qū)寬度，m；與單板壓降相當?shù)囊簩痈叨龋琺；

14、弓形降液管寬度，m；與克服液體表面張力的壓降所相當?shù)囊褐叨龋琺；安定區(qū)寬度，m；溢流堰高度，m；液相中易揮發(fā)組分的摩爾分率；開孔區(qū)寬度的1/2寬度，m；塔有效高度，m；氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率。希臘字母相對揮發(fā)度，無因次；氣相密度，kg/m3；干篩孔流量系數(shù)的修正系數(shù)，無因次；液體表面張力，n/m；篩板厚度，mm；時間，s；板上液層充氣系數(shù)，無因次；開孔率；粘度，mpas；液體密度校正系數(shù)。液相密度，kg/m3；引 言 環(huán)己醇是重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)己二酸、己二胺、環(huán)己酮己內(nèi)酰胺，也可用作肥皂的穩(wěn)定劑，制造消毒藥皂和去垢乳劑，用做橡膠、樹脂、硝基纖維、金屬皂、油類、脂類、醚類的溶劑，

15、涂料的摻合劑，皮革的脫脂劑、脫模劑、干洗劑、擦亮劑。環(huán)己醇也是纖維整理劑、殺蟲劑、增塑劑的原料，環(huán)己醇與光氣反應得到氯甲酸環(huán)己脂，是引發(fā)劑過氧化二碳酸二環(huán)己脂的中間體。 傳統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)己醇的方法是將苯加氫制成環(huán)己烷，再經(jīng)催化氧化制環(huán)己醇，或?qū)⒈街瞥杀椒樱俳?jīng)加氫制環(huán)己醇。但因傳統(tǒng)工藝循環(huán)量大，能耗高，且副產(chǎn)酸，污染大，國內(nèi)外對環(huán)己醇制備工藝路線開展了許多研究。 20 世紀80 年代以來，國外提出了新工藝，即由苯選擇加氫生成環(huán)己烯，再經(jīng)水合得到環(huán)己醇。同傳統(tǒng)工藝相比，此工藝具有轉(zhuǎn)化率高、節(jié)約氫源、反應溫和、副反應少等特點1。另據(jù)報道2，以甲酸為承載體，環(huán)己烯間接水合制環(huán)己醇工藝路線也有所研究，環(huán)己烯

16、的轉(zhuǎn)化率達到90%。但是，由于甲酸的加入，對設備要求較高。因此，我們對生產(chǎn)環(huán)己醇工藝的研究是非常必要的。第一章 綜述1.1環(huán)己醇的性質(zhì) 環(huán)己醇分子式為c6h12o，分子量100.16，是一種重要的飽和脂環(huán)醇。無色晶體或液體。有樟腦和雜醇油的氣味。熔點25.2，沸點161，密度（20/4）0.9624g/cm3。有吸濕性。易燃燒。稍溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯、二硫化碳、乙酸乙酯和松節(jié)油等。 1.2國內(nèi)外生產(chǎn)環(huán)己醇研究進展 環(huán)己醇是一種優(yōu)良的中高沸點的有機化工產(chǎn)品，在化工生產(chǎn)的各個領域有著廣泛的應它主要用于生產(chǎn)己二酸、己內(nèi)酰胺和聚酰胺-66，是酰胺類產(chǎn)品不可缺少的中間產(chǎn)品，也是制備各種乙烯樹脂漆的

17、主要原料，并且被廣泛地用作許多高分子聚合物的溶劑。因此，環(huán)己醇在有機化工工業(yè)、涂料、紡織工業(yè)等方面有著重要的應用和廣泛的市場。 隨著石油資源的日漸枯竭，通過鹵代環(huán)己烷脫鹵代氫、環(huán)己醇脫水等方法制備環(huán)己烯的原料越來越昂貴，而且這些制備工藝還存在路線復雜，成本高等缺點，只能用來合成賴氨酸等附加值高的精細化工產(chǎn)品，不能滿足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)己醇和己二酸等產(chǎn)品的需要3。因此，尋找更加經(jīng)濟，更加適合于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)己烯制備方法被廣為關注。早在20世紀初，人們就認識到可以由苯部分加氫制環(huán)己烯，不過由于一直沒有開發(fā)出較好的選擇性加氫催化劑，苯部分加氫制備環(huán)己烯反應的收率并不高。直到1972年，drinkard

18、發(fā)現(xiàn)在含有鋅鹽的堿性水溶液中用釕催化苯加氫反應，環(huán)己烯的收率可達到32%以上，這為苯選擇加氫制備環(huán)己烯路線的工業(yè)化提供了可能。1989年，旭化成公司成功地將苯部分加氫制環(huán)己烯工藝實現(xiàn)工業(yè)化，在冰島建成60 kt/a的生產(chǎn)裝置，并于1990年8月開始商業(yè)運轉(zhuǎn)，此方法一直在被不斷地改進而運行。 楊付等4研究了帶有微混合器的固定床反應器中環(huán)己烯的水合反應，使環(huán)己烯轉(zhuǎn)化率和環(huán)己醇選擇性分別達到9和99。景國耀等5對于旭化成的環(huán)己烯水合工藝進行了不斷探索，提出改進方案，減少催化劑消耗，提高了經(jīng)濟效益。吳濟民等6對水合催化劑的再生進行了研究和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)最佳再生條件為：除油溫度100，h202處理溫度90，

19、再生時間24h，處理后催化劑流失和消耗顯著降低，環(huán)己醇產(chǎn)量上升。馬希平等7針對日本旭化成環(huán)己醇裝置生產(chǎn)工藝得出環(huán)己烯轉(zhuǎn)化率達9.5，選擇性為99，反應持續(xù)時間較長。 steyer 等8-10最近研究了在反應精餾塔中環(huán)己烯間接水合制備環(huán)己醇的新工藝。首先，環(huán)己烯和甲酸進行酯化反應，生成甲酸環(huán)己酯；然后，甲酸環(huán)己酯發(fā)生水解反應，生成環(huán)己醇和甲酸，甲酸起了一個承載作用。這種工藝，克服了環(huán)己烯水合反應的熱力學限制，環(huán)己烯轉(zhuǎn)化率達到90%。但是，由于加入了甲酸，對設備材質(zhì)要求較高。酯在酸性或堿性條件下都可發(fā)生水解，因此，環(huán)己烯間接水合制備環(huán)己醇的關鍵是環(huán)己烯酯化生成甲酸環(huán)己酯。最早其合成方法一般是通過環(huán)

20、己醇與硼酸反應得硼酸環(huán)己酯，然后用甲酸進行酯取代反應，或先由光氣入手，然后經(jīng)hconme2 反應而成。這些方法反應條件復雜或原料難得，而且流程復雜，產(chǎn)率較低。文獻11報道了用甲酸與環(huán)己醇一步反應合成甲酸環(huán)己酯的方法，產(chǎn)率85.3%。saha12等人采用離子交換樹脂做催化劑，研究了間歇式和精餾塔反應器中環(huán)己烯的酯化反應，環(huán)己烯轉(zhuǎn)化率達到60%以上，甲酸環(huán)己酯選擇性達到95%以上。1.2.1 環(huán)己醇生產(chǎn)工藝方法比較1.2.1.1 環(huán)己烷氧化法 環(huán)己烷氧化屬于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，該方法反應比較復雜，它首先生成環(huán)己基過氧化氫,然后分解為環(huán)己醇和環(huán)己酮。各反應過程的速度常數(shù)比:k1/k2=3.7；k3/k4=

21、1.4；k3/k1=24；k4/k2=66。這些比值幾乎不受溫度影響。它表明：環(huán)己醇和環(huán)己酮比環(huán)己烷更容易氧化；大部分環(huán)己酮是由環(huán)己醇氧化生成，環(huán)己酮又會生成各種氧化副產(chǎn)物。反應可在催化劑存在下進行，也可不用催化劑。常用的催化劑有：鈷鹽（環(huán)烷酸鈷、油酸鈷等）和硼酸，用鈷鹽催化劑時，所得酮醇混合物（俗稱酮醇油即ka油）之酮醇比為1:12，硼酸催化時則1:9,但需增設硼酸回收系統(tǒng)。不用催化劑的工藝，則設有環(huán)己基過氧化氫的催化分解系統(tǒng)。工業(yè)上應用最廣泛的是鈷鹽法。 含有100mg/l環(huán)烷酸鈷的新鮮環(huán)己烷與循環(huán)環(huán)己烷混合,在三級串聯(lián)的反應器中用空氣氧化,溫度150160、壓力 0.81.0mpa、反應

22、時間 1015min、單程轉(zhuǎn)化率4%6%。反應尾氣經(jīng)冷凝回收其中的環(huán)己烷和高沸物后放空。液相氧化產(chǎn)物經(jīng)過堿洗皂化和水洗除去雜質(zhì)后，蒸餾回收其中90%以上的環(huán)己烷，循環(huán)使用。在進一步脫除輕重組分后，便可獲得醇酮混合物，經(jīng)過精餾，便分離出環(huán)己醇和環(huán)己酮。1.2.1.2 環(huán)己烯法 以釕為催化劑，鋅化合物等為助催化劑，水為連續(xù)相，苯為分散相，使苯部分加氫生成環(huán)己烯，反應溫度為100180，反應壓力為310mpa。然后經(jīng)萃取蒸餾獲得環(huán)己烯，環(huán)己烯經(jīng)水合得到環(huán)己醇。水合反應使用高硅沸石zsm-5為催化劑，催化劑懸浮于水中，環(huán)己烯作為油相，生成的環(huán)己醇用油相萃取，通過油水分離回收生成物，再用普通精餾法除去未

23、反應的環(huán)己烯得到產(chǎn)品環(huán)己醇。 傳統(tǒng)的氧化工藝，主要采用苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷，環(huán)己烷空氣氧化工藝生產(chǎn)環(huán)己醇和環(huán)己酮的混合物（ka油），如果得到純凈的環(huán)己醇，還需要將ka油分離精制13,14。與傳統(tǒng)工藝相比，環(huán)己烯水合制環(huán)己醇工藝有以下優(yōu)點：1、節(jié)約資源和節(jié)能方面由環(huán)己烯生產(chǎn)環(huán)己醇，轉(zhuǎn)化率提高（910%）。而傳統(tǒng)工藝的環(huán)己烷氧化轉(zhuǎn)化率僅為26%，而且副反應減少，使得有用產(chǎn)品的收率接近100%，產(chǎn)品中的雜質(zhì)少，氫氣消耗量約為傳統(tǒng)工藝的2/3，是生產(chǎn)成本大幅度削減。2、操作方面： 旭化成工藝所處理的工藝流體較干凈，不易堵塞設備，使得操作平穩(wěn)。同時得到高純度的環(huán)己醇，反應過程中副反應少，使得下游ada裝置排

24、出廢水中bod組分減少。3、環(huán)保方面： 環(huán)己醇工藝排出少量的廢油可用作燃料，而且從加氫工段排出的廢氣含氫可觀，可用作燃料。 綜合考慮后選擇苯部分加氫制環(huán)己烯、環(huán)己烯水合生成環(huán)己醇這條工藝路線，苯部分加氫制環(huán)己烯、環(huán)己烯水合制環(huán)己醇工藝消耗低，較好地避免了環(huán)己烷氧化工藝過程的廢堿液生成，環(huán)境友好，環(huán)保投資少，是目前最先進的工藝路線。 第二章 環(huán)己烯催化水合制環(huán)己醇 本設計選擇了環(huán)己烯催化水合生產(chǎn)環(huán)己醇的工藝路線，其生產(chǎn)方法是以精苯、氫氣為原料，用釕、硫酸鋅和氧化鋯為催化劑，苯催化加氫生成環(huán)己烯，環(huán)己烯在強酸性高硅沸石催化劑作用下水合生成環(huán)己醇，并生成副產(chǎn)物環(huán)己烷。2.1 工藝流程 原料苯在預處理

25、吸附器通過吸附除去苯中所含少量硫化物等雜質(zhì)，然后處理過的苯與萃取精餾工序脫氮處理后的循環(huán)苯混合，送入第一加氫反應器。氫氣經(jīng)氫氣壓縮機壓縮后送入第一、第二加氫反應器，在串聯(lián)的加氫反應器中含催化劑漿液水相、油相在加氫沉降器中分離，催化劑漿液（水相）再循環(huán)至第一加氫反應器，一部分催化劑間歇抽出送到催化劑再生工序再生。沉降器中分離出的油相，經(jīng)減壓后，在閃蒸罐中閃蒸。 加氫工序來的油相含有水，在脫水塔中除去水后送至苯分離塔。環(huán)己烯和環(huán)己烷從塔頂蒸出，苯和溶劑從塔底抽出，送至苯回收塔。苯從回收塔頂部回收，然后返回加氫工序，塔底流出的溶劑返回苯分離塔再循環(huán)使用。苯分離塔頂部蒸出的油相，送入環(huán)己烯分離塔，環(huán)己

26、烷從塔頂蒸出，送至環(huán)己烷精制工序，環(huán)己烯和溶劑從塔底抽出。含有環(huán)己烯和溶劑的塔底物流送入環(huán)己烯回收塔，環(huán)己烯從塔頂蒸出，然后送入水合工序，塔底的溶劑送至環(huán)己烯分離塔重新使用。 由于高沸點組分在溶劑中積累，苯回收塔及環(huán)己烯回收塔的塔底物流，被送至溶劑提純塔，除去積累在溶劑中的高沸物。從萃取精制工序分離出的環(huán)己烯送入環(huán)己烯洗滌塔，在此塔中用水洗去少量雜質(zhì)，水洗過的環(huán)己烯送入環(huán)己醇分離塔分離出環(huán)己醇，然后再與循環(huán)的環(huán)己烯一起送入第一水合反應器。在串聯(lián)的水合反應器中，含催化劑漿液的水相與油相混合，壓力在1mpa（g），溫度100130下，環(huán)己烯與水進行水合反應，生成環(huán)己醇。反應器上部有沉降區(qū)，以便從水

27、相中分離出油相，上層的油相被送至環(huán)己醇分離塔。一部分催化劑漿液間歇從反應器抽出，送至水合催化劑再生工序再生。水合反應生成的油相是環(huán)己醇與未反應的環(huán)己烯混合物，經(jīng)環(huán)己醇分離塔，環(huán)己烯從塔的側(cè)線抽出，再送回第一水合反應器，塔頂一部分物流送至萃取精制工序，以防止低沸點組分在水合系統(tǒng)中積聚，塔底含有環(huán)己醇和環(huán)己烯的物流經(jīng)汽化后送入環(huán)己醇提純塔（精制塔）。從該塔頂部出去環(huán)己烯，底部出去高沸物，側(cè)線抽出得到產(chǎn)品環(huán)己醇。 自萃取精制工序環(huán)己烯分離塔頂部出來的環(huán)己烷，在環(huán)己烷水洗塔水洗除去少量雜質(zhì)后進入環(huán)己烷處理反應器，反應器中少量的烯烴及芳烴在催化劑存在的條件下，溫度80250，壓力1.53mpa(g)下完

28、全催化加氫，然后反應產(chǎn)物被送入環(huán)己烷精制塔，從塔頂出去低沸點組分，在塔底得到精制的環(huán)己烷副產(chǎn)物。其工藝流程簡圖如下：1脫水塔；2苯分離塔；3苯回收塔；4環(huán)己烯分離塔； 5環(huán)己烯回收塔；6環(huán)己烯水洗塔；7水合反應器； 8環(huán)己醇分離塔；9環(huán)己醇精制塔；10環(huán)己烷精制塔；11環(huán)己醇貯槽圖1 .1旭化成公司的環(huán)己醇生產(chǎn)工藝流程簡圖 該工藝路線中很重要的一點就是催化劑的選取起到非常重要的作用，該工藝中用到的催化劑有苯部分加氫催化劑和環(huán)己烯水合生成環(huán)己醇催化劑。2.2 催化劑2.2.1 苯部分加氫催化劑 旭化成專利中，苯部分加氫反應是用ru為催化劑，強酸鹽水溶液為促進劑，在150180、5.07.0mpa

29、條件下進行，ru催化劑可以是含或不含助催化劑的晶體，也可以有或沒有載體為骨架。據(jù)報道，這種工藝的環(huán)己烯收率達到50%，苯的轉(zhuǎn)化率為60%70%。2.2.2 環(huán)己烯水合制環(huán)己醇催化劑 環(huán)己烯水合反應可以是連續(xù)或間歇的、主要以非均相催化劑參與進行。非均相催化劑是sio2/al2o3的物質(zhì)的量比大于20的沸石催化劑。高硅沸石有疏水性，有利于環(huán)己烯達到催化劑的活性表面，進行水合反應。催化劑的粒徑、酸度等亦影響活性。在已研究的沸石中，zsm-5和zsm-11都有10個環(huán)狀網(wǎng)絡形成的通道，能保證環(huán)己醇的選擇性大于99%。水合反應的快慢，取決于環(huán)己烯和環(huán)己醇固體催化劑表面的吸附能力，取決于各組分在油相和水相

30、中的分配比例。最終苯部分加氫選擇了以ru為催化劑，能夠提高苯的轉(zhuǎn)化率。環(huán)己烯催化水合制環(huán)己醇選擇了以高硅沸石zsm-5為催化劑，能夠提高環(huán)己烯水合反應速率。第三章 環(huán)己烯回收塔計算 本設計以環(huán)己烯水合生產(chǎn)環(huán)己醇工藝為基礎，為了提高環(huán)己烯的回收率，從而達到提高環(huán)己醇的生成率，特此對其工藝中的環(huán)己烯回收塔進行工藝設計。3.1 計算已知條件和基礎 設計題目：年產(chǎn)15萬噸環(huán)己醇工藝設計 已知條件： 設計環(huán)己烯回收塔相關工藝 精餾塔采用：篩板精餾塔 塔頂壓力：360mmhg 塔底壓力：750mmhg 進料溫度：134.4表3.1進料組成表組分苯(bz)環(huán)己烯(he)環(huán)己烷(ha)二甲基乙酰胺(dmac)

31、合計組成wt%0.0819.380.02990.51100 設計指標: 塔頂：dmac含量0.005%（wt%） 塔底：dmac含量99.99%（wt%）3.2 回收塔物料衡算在整個工藝流程中，本人設計的是環(huán)己烯回收塔。采用篩板精餾塔。塔頂壓力：360mmhg，塔底壓力：750mmhg，進料溫度：134.4。環(huán)己烯和溶劑由環(huán)己醇分離塔底部流出，進入環(huán)己烯回收塔。經(jīng)精餾后苯、環(huán)己烯、環(huán)己烷和少量dmac由塔頂蒸出。少量環(huán)己烯和dmac由塔底排出。環(huán)己烯送往水合工序，塔底的溶劑（dmac）送至環(huán)己烯分離塔重新使用。設計總產(chǎn)量為15萬噸環(huán)己醇每年。由環(huán)己醇精制塔倒推環(huán)己烯精制塔塔頂總物料為：d=12

32、476.325kg/h 表3.2各組分分子量組分bzhehadmac分子量78828487以苯為基準求總進料量：d=12476.325kg/h f0.081%=d0.87%即： f=134004.972kg/hddmac =0.005%0.9d=0.005%0.912476.325=0.5614kg/h fdmac =134004.97290.51%=121287.9kg/hwdmac=fdmacddmac =121287.90.5614=121287.34kg/h由得 =12.13kg/h求塔頂各組分的量：dbz=134004.9720.081%=108.54kg/hdhe=134004.9

33、729.38%-8.08=12557.53kg/hdha=134004.9720.029%=38.86kg/h塔底各組分的量：=12.13kg/hwdmac=121287.34kg/h求進料各組分的量：fbz=dbz=108.54kg/hfhe=12557.53+12.13=12569.66kg/hfha=dha=38.86kg/hfdmac=121287.34+0.5614=121287.9kg/h單位轉(zhuǎn)換為kmol/hfbz=108.54/78=1.3915kmol/hfhe=12569.66/82=153.3kmol/hfha=38.86/84=0.4626kmol/hfdmac=121

34、287.9/87=1394.1kmol/hdbz=108.54/78=1.3915kmol/hdhe=12557.53/82=153.14kmol/hdha=38.86/84=0.4626kmol/hddmac=0.5614/87=0.00645kmol/hwhe=12.13/84=0.1444kmol/hwdmac=121287.34/87=1394.1kmol/h各組分的摩爾百分數(shù)3.3 塔頂塔底溫度計算 pd=360mmhg pw=750mmhg 塔頂：設溫度為60， 查手冊15得 表3.3氣相各組分分配系數(shù)bzhehadmacki1.055611.05560.044/0.00860.9

35、880.002820.000951.00892故所設溫度合適。塔底：設溫度為165，查手冊15計算得 表3.4液相各組分分配系數(shù)bzhehadmacki/6.93/1/0.000693/0.99991.000593故所設溫度合適。3.4 相對揮發(fā)度的計算表3.5各組分的揮發(fā)度組分ibzhehadmackdi1.05611.0560.044ihd2422.723.991kwi/6.93/0.9866ihw/7.02/1/12.6/13.5 計算最少理論板數(shù)nm由芬斯克方程16得 =塊nm=6.42-1=5.42 塊3.6 汽化分率e的計算依據(jù)=1，設e0.098。由已知條件得進料溫度：t=134

36、.4具體計算結果如下：表3.6計算結果組分ibzhehadmac/ki5.9467.755.2250.54/zi0.0008980.098950.00029860.89985/0.00060.05390.00020.942/yi=kixi0.0040.4180.0010.5090.932所以汽化分率e=0.0983.7 最小回流比的計算全塔平均溫度：以dmac對比求 p=555mmhg表3.7各組分相對揮發(fā)度組分ibzhehadmacki3.242.883.240.1622017.78201由查資料17得 又 e=0.098 試差求 由環(huán)己烯回收塔計算中輕、重組分不相鄰，從回收塔主要分離任務是

37、把環(huán)己烯及更輕組分以進料混合物分離，主要為dmac、he之間的分割，故計算時應使17.781表3.8計算結果組分ibzhehadmaczi0.0008980.098950.00029860.899851/=40.00110.127670.00037-0.0299950.099xdi0.008980.9880.002980.0000421 = =0.0112251.274790.0037250.000014 =1.29 rm=1.291=0.293.8 操作回流比和理論塔板數(shù)的求取因為從經(jīng)濟等方面考慮，故選r=1.9rm.由于r=1.9rm則 r=1.90.29=0.5518查吉利蘭圖18得 可

38、得 n=11.49（塊）3.9 板效率和實際塔板數(shù)的求取平均操作溫度 表3.9計算結果表組分ibzhehadmaczi0.0008980.098950.00029860.8998510.220.0240.30.78/0.00020.00240.000089580.410.413 =17.780.413=7.34由奧康奈爾圖19查得總板效率：na=11.49/0.29=39.6240塊3.10 進料位置和各段塔板數(shù)的求取 =11.49=m+1.1m m=5.47 n=6.02精餾段實際板數(shù)：塊提餾段實際板數(shù)：m=40-21=19塊3.11 塔徑計算精餾段氣液負荷計算：v=（r1）d=(0.551

39、+1)106=164.4kmol/hl=rd=0.551106=58.406kmol/hls=5.976m3/h初選板間距ht=0.40m,取板上液層高度hl=0.05m.故 ht-hl=0.40-0.05=0.35m由史密斯關聯(lián)圖20，得：c20=0.071，校正到物系表面張力為20.4n/m時的c，即：umax=取安全系數(shù)為0.70，則u=0.70umax=0.701.184=0.8288m/s故 d=按標準塔徑圓整后為 d=1.5m塔截面積為 實際空塔氣速為 3.12 塔體壁厚計算溫度為常溫（100130）壓力為低壓（1mpa）塔體選材為16mnr 計算壓力pc=2.0mpa di=15

40、00mm t=170mpa =0.85（采用帶墊板的雙面焊對接接頭，局部無損檢測）取c2=1.0mm計算厚度為： 設計厚度為：d=c2=10.451.0=11.45mm根據(jù)d=11.45mm，查表（4-9）21得c1=0.25mm名義厚度 n=dc1圓整量=11.45+0.25+圓整量=11.70+圓整量圓整后，取名義厚度為 n=12mm.復驗n6=0.72mm0.25mm,故最后取c1=0.25mm。該塔體可用12mm厚的16mnr鋼板制作。3.13 塔有效高度計算精餾段有效高度為: z精=（n精-1）ht=（21-1）0.4=8.0提餾段有效高度為z提=（n提-1）ht=（19-1）0.4

41、=7.2在進料板上方開一人孔，其高度為0.8m，故精餾塔的有效高度為：z=z精+z提+0.8=7.2+8.0+0.8=16.0m3.14 溢流裝置 采用單溢流，弓形降液管，平行受液盤及平行溢流堰，不設進口堰。各項計算如下：3.14.1 溢流堰長lw 取堰長為0.66d，即lw=0.661.5=0.99m3.14.2 出口堰高hw hw=hl-how由lw/d=0.99/1.5=0.66,lh/lw=(36000.00166)/0.99=6.04查溢流收縮系數(shù)計算圖22得 e=1.05 故 hw=0.05-0.01=0.04m3.14.3 降液管的寬度wd與降液管的面積af由lw/d=0.66

42、查圖，得wd/d=0.124,af/at=0.075故 wd=0.124d=0.1241.5=0.186m 計算液體在降液管中停留時間以檢驗降液管面積，即 5s 符合要求3.14.4 降液管底隙高度h0取液體通過降液管底隙的流速為0.08m/s 在(0.020.025)m范圍內(nèi)故降液管底隙高度設計合理。選用凹形受液盤，深度.3.15 塔的流體力學性能3.15.1塔板壓力降 干板阻力hc計算干板阻力hc由式 計算由，查圖得，c0=0.742故 液柱。 氣體通過液層的阻力和hl計算查圖得 故 液體表面張力的阻力計算液體表面張力的阻力所產(chǎn)生的阻力h0： 氣體通過每層塔板的液柱高度hp可按下式計算：氣

43、體通過每層塔板的壓降為： （設計允許值）3.15.2 液面落差對于篩板塔，液面落差很少，且本例的塔徑和液流量均不大。故可忽略頁面落差的影響。3.16 塔的操作特性3.16.1塔板上的異常操作現(xiàn)象校驗 液沫夾帶液沫夾帶量計算：hf=2.5hl=2.50.05=0.125m故故在本設計中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)。 漏液對篩板塔，漏夜點氣速為 =5.20m/s實際孔速 u0=20.02m/s穩(wěn)定系數(shù)為 1.5故在本設計中無明顯漏液。 液泛 降液管內(nèi)的清液層高度hd用于克服塔板阻力，板上液層的阻力和液體流過降液管的阻力等。若忽略塔板的液面落差，則可用下式表達： hd=hp+hl+hd 式中 hd液體通過

44、降液管的液柱高度，m為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高hd應服從 hd 取0.4（發(fā)泡物系）=0.4（0.40+0.04）=0.176m而 hd=hp+hl+hd板上不設進口堰， hd=0.153()2=0.153(0.08)2=0.00098m 液柱 hd=0.0859+0.029+0.0098=0.1247m 液柱 hd故在本設計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。3.17小節(jié)回收塔設計計算結果如下表：表3.10篩板塔設計計算結果匯總表項目符號單位精餾段提餾段各段平均壓強pmmmhg360750各段平均溫度tm60165實際塔板數(shù)n塊2119板間距htm0.4平均流量氣相vsm3/s1.295平均流量液相

45、lsm3/s0.00166塔的有效高度zm16塔徑dm1.5壁厚mm12空塔氣速um/s0.733塔板液流型式單流型板上清液層高度hlm0.05溢流管型式弓形堰長lwm0.99堰高hwm0.04溢流堰寬度wdm0.186管底與受液盤距離h0m0.021孔徑d0mm6.0孔間距tmm15孔數(shù)n個6673開孔面積aam21.30篩孔氣速u0m/s20.02塔板壓降hpkpa0.0859液體在降液管中停留時間s31.8降液管內(nèi)清液高度hdm0.1247霧沫夾帶evkg液/kg氣0.0085負荷上限液泛控制負荷下線漏液控制第四章 回收塔主要附件的選型計算 4.1 塔內(nèi)管徑的計算及選型 4.1.1 進料

46、管 內(nèi)管： 外管：4.1.2 回流管 對于直立回流一般0.2-0.5m/s 取m/s 4.1.3 塔頂蒸汽接管 操作壓力為常壓，蒸汽速度 4.1.4塔釜出料 液體速度取1 4.2塔釜設計 料液在釜內(nèi)停留時間20min，裝添系數(shù)0.5，。4.3塔板布置 取邊緣取寬度wc=0.035m,安定區(qū)寬度ws=0.065m4.3.1計算開孔面積aa= = =1.30m2其中 x=d/2-(wd+ws)=1.5/2-(0.186+0.065)=0.499m r= d/2-ws=1.5/2-0.035=0.7154.3.2 篩孔數(shù)n與開孔率 選用不銹鋼. 取篩孔直徑d0=6mm. 篩孔按正三角形排列。取孔中心

47、距t=2.5d0=2.56=15mm篩孔數(shù)目 個開孔率 氣體通過篩孔的氣速為： 4.4裙座的設計4.4.1選材 選用支座a3，圓筒形，與封頭連接采用對焊焊接。4.4.2 基礎環(huán)板設計 材料q235a基礎環(huán)厚度r=22mm 筋板厚度=18mm 壓板厚度=36mm 基礎環(huán)板內(nèi)、外徑的確定dob=dis+(160400)dib=dis(160400)式中：dob基礎環(huán)外徑，mm dib基礎環(huán)內(nèi)徑，mm dis裙座底截面內(nèi)經(jīng)，mmdob=1500+300=1800mmdib =1500-300=1200mm表4.1裙座的結構尺寸及開設個數(shù)的選取結果裙座直徑di（mm）數(shù)量（個）座體有效厚度es(mm)

48、中心高h（mm）150011615004.4.3 人孔表4.2人孔的結構尺寸及開設個數(shù)的選取結果人孔直徑d（mm）數(shù)量（個）45024.4.4 排氣管（孔）表4.3 排氣管的選擇結果數(shù)量d(mm)孔中心與切線距離h(mm)4225170應注意裙座防火問題，外側(cè)敷設防火層。4.4.5 地腳螺栓和地腳螺栓數(shù)的設計 地腳螺栓材料選用q235a取10米處風壓值qo=510-4mpa 表4.4地腳螺栓的尺寸及開設個數(shù)的選取結果規(guī)格數(shù)量（個）m3684.4.6 引出管通道 查資料23，選用dg125的引出管通道。4.4.7吊柱 對于較高的室外無框架的整體塔，在塔頂設置吊柱，對于安裝、拆卸內(nèi)件，是既經(jīng)濟又方

49、便的一項設施，一般塔高超過10m，需設置吊柱。結 論本設計以環(huán)己烯水合生產(chǎn)環(huán)己醇工藝為基礎，為了提高環(huán)己烯的回收率，從而達到提高環(huán)己醇的生成率，特此對其工藝中的環(huán)己烯回收塔進行工藝設計。本次設計加料方式為泵直接加料，雖然流量不太穩(wěn)定，流速也忽大忽小，影響了傳質(zhì)效率，但結構簡單，安裝方便。設計的主要設備為環(huán)己烯回收塔，所選用的塔為篩板精餾塔。先以一定的設計條件對其進行物性的確定，物料衡算得出結果：進料f=134004.972kg/h，塔頂出料d=12476.325kg/h，塔底出料w=121287.34kg/h。經(jīng)過對塔板數(shù)，塔高、塔徑的計算，得出總共40塊塔板，精餾段21塊，提餾段19塊，塔高20米，塔徑1.5米，壁厚12mm。然后又對此塔的流體力學性能，操作特性進行了校驗，最終達到設計的指標 塔頂：dmac含量0.005%（wt%）, 塔底：dmac含量99.99%（wt%）。另外還對回收塔的主要附件進行了一定的計算并選型。最后,經(jīng)過計算后的校驗，本設計很好的滿足了工藝的設計任務要求。 致 謝首先感謝我的指導趙凌老師。本次設計的每個細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開你的細心指導。趙老