仇汝臣化工工艺中的精馏设计

2o一、概述o二、化工工艺中的精馏设计案例o三、高效洗涤精馏设备开发o四、化工新技术开发成果o五、化工新技术开发的方法与技巧3一、概述★精馏是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的工艺过程之一。★常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。★工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。4★精馏的工艺过程设计，对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额等，都有重大的影响。★准确建立精馏计算模型和方法，是化工设计、生产、研究的重要课题。★计算模型建立•计算结果正确•可以采用先进的方法优化•节能降耗、节能减排•产品质量好•经济效益好5二、化工工艺中的精馏设计案例o(一)带固体颗粒的精馏工艺研究o在石油化工的生产过程中，常常有一些含有固体颗粒精馏分离的体系。例如：1.催化裂化流化床反应气体---分离与精馏；2.有机硅合成的流化床反应气体---分离与精馏；3.其它带固体颗粒、灰分的精馏过程---针状焦原料需要分离体系中的灰分等固体颗粒。o这些气体中夹带的固体颗粒粒径非常小，一般经过三级或四级旋风分离器分离后的产物。6传统工艺流程7改进工艺流程方案一8改进工艺流程方案二9改进工艺流程方案三10改进工艺流程方案四11改进工艺流程方案五12含固体精馏工艺方案研究结论o1.合理设计工艺流程，可以大幅度降低能耗，提高经济效益；o2.合理设计工艺流程，可以大幅度降低设备投资；o3.方案设计首先保证产品质量和生产可靠。13(二)有机化工装置有机溶剂回收精馏工艺设计o合理设计有机化工装置有机溶剂回收精馏工艺，可能降低投资，降低能耗，提高经济效益。14原设计工艺流程15设计优化工艺流程16经济效益计算o对有机化工装置有机溶剂回收精馏工艺进行全装置的工艺优化：将二级并流洗涤工艺，改为多级逆流洗涤工艺，有机溶剂损失量从100kg/h，降低到0.03kg/h。经济效益计算：o有机溶剂约10000元/吨，o每小时回收100kg/h有机溶剂，o直接经济效益800万元/年。o节省洗涤塔的固定投资；o节省洗涤塔的操作费用；o节省洗涤精馏塔的操作费用。o总节省费用，每年大于1000万元/年。17o(三)芳烃精制的工艺研究o由于催化重整油和裂解汽油等所含芳烃的沸点与相应的烷烃等相近并形成共沸物，不易用分馏方法得到芳烃，因此通过采用溶剂抽提方法取得混和芳烃，然后再用其他分离方法取得单体芳烃。o芳烃抽提/萃取精馏是借助选择性溶剂的作用从烃类混合物中分离高纯芳烃的物理过程。抽提/萃取精馏过程的技术指标在很大程度上取决于溶剂的性能18典型混合苯组成19o一个好的工业抽提溶剂应具备如下特性：o1、选择性好，有利于提高芳烃的纯度o2、芳烃溶解能力大，可以降低溶剂比和操作费用o3、与芳烃的沸点差大，与溶剂容易分离；o4、热稳定性及化学稳定性好；o5、无毒、无腐蚀性，便于操作和设备材质选取o6、价廉易得。2021o溶解能力顺序依次为：N-甲基吡咯烷酮＞N-甲酰基吗啉＞四甘醇＞环丁砜＞二甲亚砜＞三甘醇。o选择性的优劣次序依次为：环丁砜＞二甲亚砜＞N-甲酰基吗啉＞四甘醇＞三甘醇＞N-甲基吡咯烷酮。文献提供的溶剂选择顺序22o芳烃抽提由于采用不同溶剂而形成了各种溶剂抽提过程。o目前世界上已工业化的芳烃液一液溶剂抽提法很多，主要的溶剂有环丁砜(Sulfolane法)、N-甲基吡咯烷酮（Arosolan法）、二甲基亚砜（IFP法）及N-甲酰基吗啉(Formax法)。23o1．使用甘醇类溶剂的Udex方法，是由Dow化学公司开发，后又被UOP公司发展。甘醇类溶剂有二甘醇(DEG)、三甘醇(TEG)、四甘醇(TTEG)多种。近年来美国多数Udex装置改用TTEG溶剂，相应装置在全世界已有100多套。o此外使用甘醇类溶剂的还有UnionCARbide公司开发的Tetra过程和Carom过程，可进一步降低能耗，提高处理能力。24o2．使用环丁砜为溶剂的Sulfolane工艺，是荷兰皇家壳牌石油公司(ROYALDUTCHSHELL)公司开发，UOP公司继续开发的。o但环丁砜为溶剂的Sulfolane工艺塔设备较多，工艺比较复杂。o3．使用N-甲基吡咯烷酮为溶剂的Arosolvan工艺，是由德国Lurgi公司开发的。使用特殊设计的Mehner萃取器，其效率高，但结构复杂，能耗大。25o4．使用二甲基亚砜为溶剂的工艺，是法国IFP公司开发的。由于该溶剂遇水分解，有轻微腐蚀性，需采用C4烷烃等作为反萃取溶剂，流程复杂，能耗大，部分设备用不锈钢制造。o5.北京石油化工科学研究院开发的SED芳烃萃取精馏技术，以环丁砜为溶剂，以COS为助溶剂，具有苯的回收率高、投资低、能耗低等优点。26o各方法的工艺流程略。o采用复合溶剂方法具有明显的优势。o本研究采用“AOX”为主溶剂，以“NOS”为助溶剂，对芳烃抽提工艺进行分离工艺设计。o结论：工艺计算表明，此工艺具有苯、甲苯的回收率高、工艺流程简单、投资低、能耗低等优点。o对于其它的萃取、精馏，也可以采用此方法进行研究与改进。27复合溶剂芳烃萃取精馏工艺计算流程28(四)环保芳烃油两段溶剂精制的工艺o重油(催化裂化油浆)是一种贫蜡富芳烃组分。其烷烃含量较少，大量含有一环、两环、三环、四环、五环等芳烃组分。o重油有多种用途，最具有经济价值的是生产环保芳烃油(也称橡胶油，是橡胶制品添加剂)。o环保芳烃油的生产要求一环、二环芳烃。催化油浆等重油油品中的一环、二环芳烃适宜作为生产环保芳烃油的原料。29o催化油浆等重油油品中的三环、四环芳烃适宜作为生产针状焦的原料。o以山东滨州的中海沥青股份有限公司的实验数据为依据，建立了采用两段溶剂精制方法生产环保芳烃油的工艺过程数学模型(该数据已经公开发表)。30环保芳烃油两段溶剂精制的工艺流程示意图31环保芳烃油第一段溶剂精制的工艺流程模型见下图。32环保芳烃油第二段溶剂精制的工艺流程模型见下图33两段溶剂精制方法生产环保芳烃油的实验数据与计算数据对比结构族组成原料油wt%一次抽出油二次精制油(环保芳烃油产品)实验值wt%计算值wt%实验值wt%计算值wt%环保芳烃CA12.4016.4016.5513.2515.87烷烃CP39.0014.0014.6828.4028.05环烷烃CN39.0054.0053.2055.4053.12多环芳烃PCA9.6015.6015.572.952.96总芳烃CA+PCA22.0032.0032.1216.2018.83合计100.00100.00100.00100.00100.0034o从上表的计算结果可以看出，两段环保芳烃油的计算结果与前期的实验数据非常吻合。o只要根据现场实际原料实验得到两段环保芳烃油的实验结果，就可以建立本研究的工艺数学模型。根据建立的工艺模型，就可以设计两段环保芳烃油的工艺流程。应用于炼厂的环保芳烃油的生产安全可靠。35(五)废气回收o1、DMF废气回收N,N-二甲基甲酰胺（DMF）是一种透明液体，能和水及大部分有机溶剂互溶。它是化学反应的常用溶剂。纯二甲基甲酰胺是没有气味的，但工业级或变质的二甲基甲酰胺则有鱼腥味，因其含有二甲基胺的不纯物。36DMF性质oDMF无色、淡的氨气味的液体。分子式C3H7NO。分子量73.10。相对密度0.9445（25℃）。熔点-61℃。沸点152.8℃。闪点57.78℃。蒸气密度2.51。蒸气压0.49kpa（3.7mmHg25℃）。自燃点445℃。折射率1.42817，溶解度参数δ=12.1。蒸汽与空气混合物爆炸极限2.2～15.2%。o与水和通常有机溶剂混溶,与石油醚混合分层。遇明火、高热可引起燃烧爆炸。o能与浓硫酸、发烟硝酸剧烈反应甚至发生爆炸。危险标记7（易燃液体）o主要用途主要用作工业溶剂，医药工业上用于生产维生素、激素，也用于制造杀虫剂。37二甲基甲酰胺毒作用机制和侵入途径o毒作用机制：DMF的毒性作用机制尚未完全明了，现在认为与其体内代谢过程有关。其产物或中间产物具有亲电性，可以与蛋白质、DNA、RNA等大分子的亲核中心共价结合，造成机体肝肾器官损伤。o侵入途径：可经呼吸道、皮肤及消化道吸收。o对眼、皮肤和呼吸道有刺激作用。o侵入机体后，主要由肝内代谢，排泄较快，主要靶器官为肝脏，肾脏也有一定损害，属中等毒性。38临床特点o刺激症状：DMF蒸气可引起眼、上呼吸道轻、中度刺激症状。o皮肤：污染皮肤可致轻、重不等的灼伤，皮肤起皱，肤色发白，伴有灼痛感，严重者可使皮肤胀肿，剧烈灼痛。o眼：污染眼引起灼痛、流泪、结膜充血；严重者可引起角膜坏死。o胃肠道症状：患者常有食欲不振、恶心、呕吐、腹部不适及便秘等，少数病例有中上腹痛。o肝脏：急性中毒时肝脏损害常较为突出，患者有明显乏力，右上腹胀痛，不适，出现黄疸，肝脏逐渐肿大，有压痛，常规肝功能检查示异常，其中血清转氨酶升高较明显。病变一般不严重，经治疗可逐步减轻，数周内病情可完全恢复。39临床特点o严重急性中毒：表现为重症中毒性肝病，职业性中毒为少见，接触高浓度,尤其是皮肤污染严重，未及时彻底洗清者，应警惕发生严重中毒。o生活性中毒：曾有原患慢性溃疡性结肠炎患者，以DMF灌肠，作为治疗药物而引起肝病，病情呈进行性加剧，类似亚急性肝坏死型肝炎，2周内出现肝昏迷，预后凶险。o特殊危险者：原患有各种原因的肝脏疾病者，对DMF较为敏感。40临床处理o该品尚无特效解毒剂。o皮肤污染时用大量清水彻底冲洗，如皮肤有灼伤，参见；化学性皮肤灼伤的治疗；。o眼污染时用清水彻底冲洗，必要时请眼科检查。o口服毒物必须彻底洗胃。41二甲基甲酰胺治疗要点o重点针对中毒性肝病：a.卧床休息。b.清淡、富含维生素易消化的饮食。c.给予维生素B族。d.葡萄糖液注射。e.选择一、二种常用的治疗药物如酵母片、肝泰乐、肝乐、维丙肝、胆碱等。f.较重者可用糖皮质激素，一般用地塞米松20～60mg/天，分次肌注，用药不超过一周，逐步减量。需特别注意副作用，尤其是胃肠道出血。o其他对症、支持治疗。中医辨证论治。参见；急性化学物中毒性肝病的治疗；。42二甲基甲酰胺注意事项o1可在皮肤灼伤愈合后出现肝脏病变的表现，故在早期即应注意，给予必要的治疗,如用维生素B族、C、葡萄糖等，应严密观察，有无迟发性肝病的发生。o2小工厂中应用该品，不了解其毒性，也不注意防护，故发生急性中毒的报导较前增加，卫生部门，应加强宣教，将本样品引起的中毒表现，向内科医师、传染病医师介绍，以提高早期诊断治疗的质量。43二甲基甲酰胺标准o车间空气卫生标准：中国MAC10mg/m^3。美国ACGIHTLV-TWA30mg/m3（10ppm）（皮肤）o危规：GB3.3类33627。UNNO.2265。IMDGCODE3132-2页，3.3类。44事故案例o据香港《大公报》报道：广州先艺制衣厂于1999年初发生两起由布料中所含的化学物二甲基甲酰胺导致中毒的事件。其毒源来自浙江的一批布料。广州海珠区正采措施堵截有毒布料。先艺制衣厂发生六十一人集体中毒事件后，广东省中毒急救中心从多名重症中毒者的血液和尿中查出二甲基甲酰胺的代谢产物，由此判断为二甲基甲酰胺急性中毒，并对十多位症状较重的患者进行对症治疗。45事故案例o据厂方反映，布料一打开，工人们就闻到一股刺鼻的异味。当于下午四时开工到晚上十二时，开始有多人出现头痛、恶心等症状。经查，这十六名员工均为二甲基甲酰胺中毒。o据悉，病例众多、症状明显的二甲基甲酰胺中毒，在广东省尚属首次。有关人士认为，有毒布料在过去亦是较为罕见，可在广州却连续发现，原因是时下有的厂家用二甲基甲酰胺进行布料的表面处理，按生产工艺，那些处理过的布料应有烘干的工序，使布料上的二甲基甲酰胺挥发。不过，有些厂家为了省钱而省去了该道工序。46DMF废气回收工艺说明o含DMF的废气经引风机进入吸收塔的下部，与含DMF溶剂浓度为5-30%的混合水溶液逆流接触，在吸收塔的下段吸收，吸收DMF后的吸收液，一部分送去精馏回收DMF，其余部分继续作为循环吸收液回到吸收塔中上部。由于循环吸收水溶液中的DMF浓度