工业萘精馏工艺的设计与优化.docx
《工业萘精馏工艺的设计与优化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业萘精馏工艺的设计与优化.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
工业萘精馏工艺的设计与优化
工业萘精馏工艺的设计与优化
工业萘精馏设工艺的设计与优化
摘要
工业萘为重要的化工原料，根据工业萘实际生产的需求，综合国内外工业萘生
产的工艺流程，为了尽量缩短现有生产工业萘的工艺、减少设备使用量、缩短流程、
降低能耗，使用AspenPlus化工模拟软件设计了双炉双塔工业萘精馏工艺流程、
单炉双塔耦合工业萘精馏工艺流程和单炉单塔侧线工业萘精馏工艺流程。
在计算机
模拟计算中使用组分相同的已洗三混馏分作为原料，对三种流程的能耗、产品组成、
收率、塔高、塔径等进行对比分析，并运用软件中的灵敏度分析优化了这三种工艺
流程，最终得到的工业萘产品的收率都达到了85%以上、纯度都达到了95%以上，
对三种流程进行了总体的评估和分析。
综合考虑工业萘生产工艺流程的各个方面的
因素，最终确定了单炉双塔耦合精馏工艺流程为生产工业萘的最佳方案。
关键词
工业萘，精馏，双炉双塔，单炉双塔，单炉单塔
I
工业萘精馏设工艺的设计与优化
Abstract
Naphthaleneisanimportantindustrialchemicalrawmaterials,accordingtothe
actualproductionofnaphthaleneindustrialdemand,naphthaleneandforeignindustrial
productionprocesses,inordertominimizethecurrentproductionofnaphthalene
industrialprocesses,reducetheuseofequipment,shortentheprocess,reducingenergy
consumption,theuseofAspenPluschemicalsimulationsoftwaredesignthetwintowers
ofthedoubleboilerindustrialnaphthalenedistillationprocess,single-furnace
naphthalenedistillationtowerscoupledindustrialfurnaceprocessandsingle-boilerand
single-towerlaterallineindustrialnaphthalenedistillationprocess.Incomputer
simulationusedinthecalculationofthesamecomponentshavebeenwashedthree
mixedfractionsasarawmaterial,energyconsumptionofthethreeprocesses,product
composition,theyield,high-tower,thetowerdiameter,suchascomparativeanalysisand
useofsoftwareinthesensitivityanalysisOptimizationofthesethreeprocesses,bythe
endofindustrialproductsnaphthalene,theyieldhasreachedmorethan85percent,the
purityhasreachedmorethan95percentofthethreeprocessesoftheoverallassessment
andanalysis.Naphthaleneisconsideredindustrialproduction
processinallitsaspects;
thesingle-furnacetowerscoupleddistillationprocessfortheproductionofindustrial
naphthaleneisthebestoption.
Keyword
Naphthalene,thetwintowersofthedoubleboiler,single-furnacenaphthalene
distillationtowers,single-boilerandsingle-tower
II
工业萘精馏设工艺的设计与优化
第一章前
言........................................................1
第二章文献综
述......................................................2
2.1概
述..........................................................2
2.2国内外工业萘产业的现状与发
展..................................2
2.3工业萘的精馏模拟软
件..........................................3
物性数据
库.......................................................3
操作单元模
块.....................................................3
系统实现策
略......................................................3
2.4工业萘生产的方
法..............................................4
2.5设计的目的和意
义..............................................4
2.6工业萘精馏的原
料..............................................4
第三章双炉双塔精馏工艺流程的设
计....................................6
3.1双炉双塔精馏工艺流程
图........................................6
3.2双炉双塔精馏工艺流程原
理......................................6
3.3初馏塔计算机模拟计
算..........................................6
初馏塔计算条
件...........................................6
初馏塔进料位置的确
定..............................................7
初馏塔的设
计.....................................................9
初馏塔设计结果核
算................................................9
3.4精萘塔计算机模拟计
算........................................10
精萘塔计算条
件..................................................10
精萘塔进料位置的确
定.............................................10
精萘塔的设
计....................................................12
精萘塔设计结果核
算...............................................12
3.5计算机模拟计算结
果..........................................12
初馏塔能耗结
果..................................................12
精萘塔能耗结
果..................................................14
工业萘精馏结
果..................................................17
3.6工业萘精馏结果分
析..........................................18
III
工业萘精馏设工艺的设计与优化
第四章单炉双塔耦合精馏工艺的设
计...................................19
4.1单炉双塔耦合精馏工艺流程
图...................................19
4.2单炉双塔耦合精馏工艺流程原
理.................................19
4.3初馏塔计算机模
拟.............................................19
初馏塔计算条
件..................................................19
初馏塔进料位置的确
定.............................................20
初馏塔的设
计....................................................22
初馏塔设计结果核
算...............................................22
4.4精萘塔计算机模
拟............................................23
精萘塔计算条
件..................................................24
精萘塔进料位置的确
定.............................................24
精萘塔的设
计....................................................25
精萘塔设计结果核
算...............................................25
4.5计算机模拟计算结
果..........................................25
初萘塔能耗结
果..................................................25
精萘塔能耗结
果..................................................27
工业萘精馏结
果..................................................29
4.6工业萘精馏结果分
析...........................................31
第五章单炉单塔侧线精馏工艺流程的设
计...............................33
5.1单炉单塔侧线精馏工艺流程图结
果...............................33
5.2单炉单塔侧线精馏工艺流程原
理.................................33
5.3精萘塔计算机模
拟.............................................33
精萘塔计算条
件..................................................33
精萘塔进料位置的确
定.............................................34
精萘塔的设
计....................................................36
精萘塔设计结果核
算...............................................38
5.4计算机模拟计算结
果..........................................38
精萘塔能耗结
果..................................................38
工业萘精馏结
果..................................................41
5.5工业萘精馏结果分
析..........................................43
IV
工业萘精馏设工艺的设计与优化
第六章结
论.........................................................44
6.1三种工艺流程工业萘收率的分析及对
比..........................44
6.2三种工艺流程工业萘纯度的分析及对
比..........................44
6.3三种工艺流程生产工业萘能耗的分析及对
比......................44
6.4生产工业萘最佳工艺流程的确
定................................45
参考文
献............................................................47
致
谢............................................................48
声
明............................................................49
V
工业萘精馏工艺的设计与优化
第一章前言
工业萘是化学工业中一种很重要的原料，其主要由煤焦油经过精馏、结
晶等工
艺得到。
工业萘在煤焦油中相对含量较高，在中国的煤焦油中含量可达到
8,12,，
是焦油加工的重要产品。
工业萘主要用于生产聚脂树脂、聚酯纤维（用于织
造的确
良）、塑料、薄膜形成物、橡胶的增塑剂、漆和磁漆的醇酸树脂等。
此外工业萘及
萘系的同类产品产品精萘和甲级萘还可用于制取甲萘胺、H酸、丁腈橡胶、增塑剂、
扩散剂、抗凝剂等产品应当加以充分地利用，使其发挥更大的经济效益。
工业萘蒸馏工艺可分为常压间歇釜式精馏、减压间歇釜式精馏、常压双釜双塔
连续精馏、常压双炉双塔连续精馏、常压单炉双塔连续精馏、常压单炉单塔连续精
馏、常加压单炉双塔连续精馏等。
精萘塔的实际塔板数来为35层、50层、后增加
到63层、64层、70层。
其精萘塔的塔型有填料塔（瓷环、鲍尔环、波纹板等）、
圆泡罩塔、条形泡罩塔、斜孔板塔、浮阀塔等。
目前，多数大型焦化厂采用70层
浮阀塔，以两混或三混馏分为原料的常压双炉双塔连续精馏工艺。
常压单炉双塔连
续工艺较普遍，而宝钢的常、加压单炉双塔连续工艺的能耗最低。
为了缩短现有生产工业萘的工艺、减少设备使用量、缩短流程、降低能耗，根
据工业萘实际生产的需求，综合国内外工业萘生产的工艺流程，使用AspenPlus
化工模拟软件对双炉双塔工业萘精馏工艺流程、单炉双塔耦合工业萘精馏工艺流程
和单炉单塔侧线工业萘精馏工艺流程进行详细模拟和比较，对指导工业生产，有实
际意义。
1
工业萘精馏工艺的设计与优化
第二章文献综述
2.1概述
工业萘一般为白色或微黄、微红色片状晶体，有特殊的气味，可燃，易挥发，
不溶于水，可溶于乙醇、乙醚、氯仿、二硫化碳、苯等，空气中最高允许浓度为
10ppm。
比重1.162，熔点80.1?
，沸点217.9?
，闪点78.89?
，自燃点526?
，属
于二级易燃固体。
能点燃，光弱烟多，并能防蛀。
水溶性较小，而且不易被吸收，
故其毒性不太强，操作现场要求通风。
主要用于生产聚脂树脂、聚酯纤维（用于织
造的确良）、塑料、薄膜形成物、橡胶的增塑剂、漆和磁漆的醇酸树脂等。
在工业生产中，工业萘的质量规格规定为:
工业萘的含萘量（纯度）不低于
95.13%，结晶点不小于77.5?
，不挥发物含量要求一级品不大于0.04%，二级品不
大于0.06%。
2.2国内外工业萘产业的现状与发展
截至2003年，全球工业萘生产能力约118万t/a，总产量约107万吨，其中来
自煤焦油的萘约占97%，石油萘约占3%。
工业萘的主要生产公司是德国RutgersAG、法国HGDSA、美国Koppers公司
及Recochem公司、日本NipponSteel及KawasakiSteel，2003年生
产能力合计48.5
万t/a，约占世界总能力的40%。
随着我国煤焦油产量的逐年增加以及工业萘市场
需求量的大幅度增长，极大地带动了我国煤焦油加工业的发展和工业萘产能的增
长。
2001年工业萘产量约为21万吨，2003年我国煤焦油加工量在370万吨左右，
工业萘的产量约为31.5万吨。
我国现有60多家工业萘生产企业，总生产能力在37,
40万吨/年。
我国工业萘基本来自煤焦油，其中从事煤焦油萘生产的大多数企业是
冶金系统的焦化厂，生产规模较大的企业主要有上海宝钢化工有限公司、鞍钢实业
化工公司、武汉钢铁集团焦化有限责任公司、首都钢铁公司焦化厂、攀枝花钢铁集
团煤化工公司等，化工系统主要有北京焦化厂、上海焦化厂、吉林化工公司等;此
外还有无锡新安合成化工厂、昆明钢厂、包钢、济南钢厂、本溪钢厂、浙江德清化
工公司、石家庄焦化厂等。
由乙烯裂解焦油生产石油萘的仅有上海石化股份公司的
8000t/a工业萘装置，辽化公司1200t/a工业萘装置等[1-3]。
从目前全球各地区工业萘的供求情况来看，中国已成为全球最大的工业萘生
2
工业萘精馏工艺的设计与优化
产、消费及进口国。
2003年中国工业萘的消费量占了全球的30,，预计2008年将
占到全球市场需求量的50,左右，同时随着我国焦化工业及煤焦油加工业的发展，
中国工业萘的生产及消费将主宰全球工业萘的市场。
但从今后中国工业萘的供求发
[4]
展来看，工业萘供应紧张的趋势在短期内很难得以改善。
2.3工业萘精馏的模拟软件
[5]
本文工业萘精馏采用的是AspenPlus2006化工模拟软件。
AspenPlus是基于
稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程软件。
它为用户提供
了一套完整的单元操作模型，用于模拟各种操作过程，从单个操作单元到整个工艺
流程的模拟。
AspenPlus主要由三部分组成，简述如下:
物性数据库
AspenPlus自身拥有两个通用的数据库:
AspenCD―AspenTech公司自己开发
的数据库;DIPPR―美国化工协会物性数据设计院设计的数据库。
ApsenPlus具有工业上最适用而完备的物性系统。
其包含1773种有机物、2450
种无机物、3314种固体物、900种水溶电解质的基本物性参数。
计算时可自动从数
据库中调用基础物性进行传递物性和热力学性质的计算。
单元操作模块
AspenPlus中有五十多种单元操作模型，如混合、分割、换热、闪蒸、精馏、
反应等，通过这些模型的模块的组合，能模拟用户所需要的流程。
除此之外，Aspen
Plus还提供了灵敏度分析和工况分析模块。
利用灵敏度分析模块，用户可以设置某
一变量作为灵敏度分析变量，通过改变此变量的值模拟操作结果的变化情况。
采用
工况分析模块，用户可以对同一流程集中操作工况进行运行分析。
系统实现策略
AspenPlus提供了操作方便、灵活的用户界面―ModelManager，以交互式图
形界面（GUI）来定义问题、控制计算和灵活地检查结果。
用户在窗口环境中可使
用MOUSE鼠标器和键盘操作，并提供多种菜单、包括一般文本菜单、下拉菜单
（Pull-down）、弹出菜单（Pop-up）、对话框（Dialoguebox）等，用户可以根据屏
幕提示以填充式的表格方式填入数据，产生报告，定义图标和流程。
3
工业萘精馏工艺的设计与优化
AspenPlus是目前应用最为广泛的化工大型通用流程模拟系统，是世界上唯一
能处理带有固体、电解质及煤、生物物质和常规物料等复杂的流程模拟系统，其相
平衡及多塔精馏计算体现了目前工艺技术水平的重要进展。
2.4工业萘生产的方法
工业萘生产是采用精馏的方法将含萘馏分进行分馏提取除产品工业萘。
以焦油
蒸馏提取出的含萘馏分作为工业萘生产原料到完成工业萘的生产过程分3个阶段，
即原料预处理，初馏和精馏。
本文主要研究双炉双塔精馏工艺、单炉双塔耦合精馏工艺和单炉单塔侧线精馏
工艺，这三种精馏工艺是目前国内运用最广泛的。
设计所用的AspenPlus中的严格法计算的蒸馏塔单元操作模块，该模块包括
RadFrac（严格法精馏）、MultiFrac（严格法多塔精馏）、PetroFrac
（严格分馏法）
和RateFrac（基于流率的精馏）四种单元操作模块。
本文所采用的是RadFrac（严
格法精馏），RadFrac是一个用于模拟所有类型的多极汽―液精馏操作的严格模型，
这些操作包括一般精馏、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取和共沸蒸馏等。
所以RadFrac既适用于常规的两相和三相蒸馏体系，也可用于窄沸程和宽沸程体系
及液相为非理想的体系。
计算所用方程为NRTL-RK，在计算中估计出所有未知元
素的值。
2.5设计的目的和意义
本次设计要求根据现有条件，选择能够缩短现有生产工业萘的工艺、减少设备
使用量、缩短流程、降低能耗的工艺流程。
生产出的工业萘纯度能够达到95%以上，产量在85%以上，塔顶酚油和塔底
洗油馏出物的含萘量不超过10%，对其余组分无过多要
升级会员 