焦化苯萃取精馏工艺设计

论文总字数：9650字

摘 要

本设计是对焦化苯的萃取精馏制取苯的过程进行的工艺及流程设计，综合市场调查、文献参考的结果，用Aspen软件进行初步流程模拟和进一步优化，得到了焦化苯萃取的最佳工艺方案。精馏过程采用的萃取剂是N,N-二甲基甲酰胺，目的是脱除其中的杂质(含硫化合物噻吩)，从而得到符合工业要求的纯苯。通过流程模拟软件核算出进料位置、塔径、塔高、回流比、最佳塔板数等工艺参数。最后用AUTOCAD绘制工艺流程图，并完成整个精馏过程的经济核算及可行性分析。

关键词：焦化苯，N,N-二甲基甲酰胺（DMF），噻吩，萃取精馏，工艺设计

Abstract: This design is the process and process design of the extraction and distillation process of coking benzene to prepare benzene. Based on the results of market survey and literature reference, the preliminary process simulation and further optimization are carried out with Aspen software, and the optimal process scheme of coking benzene extraction is obtained. The extraction agent used in the distillation process is N, n-dimethylformamide, the purpose is to remove impurities (containing the sulfur compound thiophene), so as to obtain pure benzene in line with industrial requirements. Process parameters such as feed position, tower diameter, tower height, reflux ratio and optimum number of trays were calculated by process simulation software. Finally, AUTOCAD was used to draw the process flow chart, and the economic accounting and feasibility analysis of the whole distillation process were completed.

Keywords：Coking benzene，N-ndimethyformamide，thiophene，extractive distillation，technology design

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1.前言 8

1.1物质性质 8

1.1.1苯的性质 8

1.1.2焦化苯的性质 10

1.1.3噻吩的性质 10

2. 文献综述 11

2.1 萃取精馏过程 11

2.1.1萃取精馏 11

2.2萃取剂的选择 11

2.2 焦化苯脱噻吩萃取精馏计算 12

2.2.1气液平衡方程的建立 12

2.2.2萃取精馏塔的数学模型 13

2.2.3结果 14

2.2.4 DMF对苯和噻吩相对挥发度的影响 14

3. 设计过程 15

3.1设计任务 15

3.2 设计方案 16

3.3设计过程 16

3.4设计过程论述 18

3.4.1工艺过程设计 18

结论 21

参考文献 22

致谢 23

1.前言

苯是一种无色、易燃的环状芳香族化合物，多数可由石油的催化重整、蒸汽裂解及加氢脱烷基化得到。它可用于生产苯胺、苯酚、尼龙等，常用作建筑、装饰材料及人造板家具的溶剂、添加剂和粘合剂，像油漆、染色剂、打印机粘合剂、墙纸、地毯、合成纤维都有不同含量的苯。

苯可以由焦化粗苯炼解得到，焦化苯主要用于染料、氯化苯、顺酐、农药和医药，还能用来做胶水、涂料、动力燃料的溶剂。焦化苯中会含有很多杂质，主要是含硫化合物，比如噻吩，因此将焦化苯分为焦化纯苯和无硫苯，无硫苯即焦化纯苯进一步提纯的产物。要想将焦化苯用于工艺生产，就必须将噻吩脱除。

噻吩是一种无色、不溶于水的杂环化合物，存在于煤焦油分馏得到的粗苯中。它的性质和苯相近，不易分离，可以替代苯用来做塑料和染剂，目前噻吩应用于树脂和医药、以及合成新型的广谱抗菌素先锋霉素。工业上提取噻吩一般用溶剂萃取法，但我国还没有很好的技术制取噻吩，苯作溶剂的产品中还易掺杂噻吩，导致产品报废率高。

1.1物质性质

1.1.1苯的性质

表1- 1 苯的物理性质

中文名	苯	性状	易挥发液体	颜色	无色
气味	芳香味	熔点	5.5℃	沸点	80.1℃
密度	0.88g/ml	相对分子质量	78.11	化学品类别	有机物--苯的同系物
分子式	C₆H₆

表1- 2 苯的化学性质

（1）苯的取代反应 (这种取代反应也被称为硝化反应)	在50℃到60℃的时候，苯环上的氢原子可以被浓硝酸中的硝酸根取代生成硝基苯和水（加入一定的浓硫酸作为催化剂并加热），反应方程式如下:
	②苯也可以和溴发生取代反应，生成溴苯（FeBr3作为反应的催化剂）反应方程式如下:
（2）苯的加成反应	苯可以与氢气发生加成反应（在镍的催化下）反应方程式为:
（3）苯的氧化反应	苯可以在空气中燃烧，燃烧时发出光亮且产生大量浓烟，同时放出大量热，反应方程式为:

1.1.2焦化苯的性质

表1- 3 焦化苯的物理性质

中文名	焦化苯	性状	液体	颜色	无色透明
气味	芳香味	毒性	有毒	密度	0.879g/ml
沸点	80.1	熔点	5.51	闪点	-11(闭杯)
自燃点	562.2	爆炸极限	1.3-7.1%	空气中最大允许浓度	25ppm

1.1.3噻吩的性质

表1- 1 噻吩的物理性质

中文名	噻吩	英文名	thiophene	分子式	C4H4S
分子量	84.14	性状	液体	颜色	无色
熔点(℃)	-38.3℃	相对密度(水=1)	1.06	沸点(℃)	84.2
相对密度(空气=1)	2.9	饱和蒸汽压(kPa)	5.33/12.5	燃烧热(Kj/mol)	2802.7
临界温度(℃)	96.8	闪点(℃)	-9.0	自燃温度(℃)	395
爆炸下限[%(V/V)]	1.5	爆炸上限[%(V/V)]	12.5	最小点火能(mJ)	0.31
最大爆炸压力(MPa)	0.843

2. 文献综述

2.1 萃取精馏过程

2.1.1萃取精馏

萃取精馏是一种特殊精馏方法，和恒沸精馏相似但应用更加广泛。溶剂在萃取精馏中的作用是使原有组分的相对挥发度按所希望的方向改变，并有尽可能大的相对挥发度。

以公式为例：

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