苯、甲苯、二甲苯混合物中甲苯的回收装置设计

1、苯、甲苯、二甲苯混合物中甲苯的回收装置设计摘要：目前国内采用传统颗粒活性炭装置，吸附能力低，资源浪费严重，本文采用了性能优 越的吸附材料和先进的工艺设计，使甲苯的回收率达到95%以上，而且甲苯的品质好，可 以直接作为原料使用，实现了清洁生产和废弃资源化，收到了很好的环境效益和经济效益。 为此本文设计了一个吸附柱，柱高为4.5m，底面直径为0.6m，选用活性炭作为吸附剂。该 吸附柱可用于甲苯的回收，处理能力为10000cm3/h。关键词：吸附柱；活性炭；甲苯回收；废物资源化Benzene, toluene, xylene, toluene mixture design recoveryYang

2、Wei Wei（Mechanical and Electrical Engineering machine from 10-3 classes 0310967）Abstract: At present, the traditional granular activated carbon unit, the adsorption capacity is low, serious waste of resources, this article uses the superior performance of adsorption materials and advanced process de

3、sign, toluene recovery rate of 95%, and toluene of good quality, can be directly as a raw material used to achieve cleaner production and waste recycling, received a very good environmental and economic benefits. This paper designs an adsorption column, columnheight of 4.5m, bottom diameter of 0.6m,

4、 use activated carbon as adsorbent. The tolueneadsorption column can be used for the recovery, processing capacity of 10000cm3 / h.Keywords: adsorption column; activated carbon; toluene recovery; waste recycling0.前言芳烃是石油化工工业的重要基础原料，在总数约为800万种的已知有机化合物中，芳烃 化合物占了约30%，其中BTX芳烃（苯、甲苯、二甲苯）被称为一级基本有机原料。BTX芳 烃

5、主要来自石油馏分催化重整生成油和裂解汽油，少部分来自煤焦油。近年来通过轻质烃类 芳构化及重芳烃轻质化来生产BTX芳烃的技术得到了较快的发展。由于科学技术的飞速进步 以及人们对生活和文化的需求日益提高，促进了以芳烃为基础原料的化学纤维、塑料、橡胶 等合成材料以及品种繁多的有机溶剂、农药、医药、染料、香料、涂料、化妆品、添加剂、 有机合成中间体等生产的迅猛发展。苯最大的用途是生产苯乙烯、环己烷和苯酚。其次是硝 基苯、顺酐、氯苯、直链烷基苯等；甲苯大部分用作汽油组分，它的化工利用主要是生产硝 基甲苯（TNT）、苯甲酸、异氰酸酯等；二甲苯中用量最大的是对二甲苯，是生产聚酯纤维和 薄膜的主要原料，邻二甲

6、苯是制造增塑剂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂的原料。二战期间甲苯被大量用于制作TNT，作为炸药原料；战后甲苯用于制作TNT的比例减小， 而大部分用作汽油的掺和组分和溶剂，用作化工原料的比例较小，C9芳烃则大都用作汽油的 掺和组分，作为燃料烧掉了。为了充分利用甲苯和C9芳烃资源，解决苯和二甲苯的需求， 人们将直接用途较少相对过剩的甲苯和c9芳烃通过甲苯歧化或甲苯与C9芳烃烷基转移反应 生成用途广泛、供不应求的苯和二甲苯，满足市场需求。9传统的甲苯回收装置存在很多缺点和回收装置设计上的问题，使得甲苯的回收成本较 高，回收率较低，品质差，大都不能直接作为配胶原料继续使用。在甲苯歧化与烷基转移反应生产苯和

7、二甲苯的过程中，未转化的甲苯需要从产品中回收后，从新作为原料循环使用， 以提高甲苯的最终转化率。本文设计了一固定床吸附住可用于上述过程中，甲苯的回收和再 利用。吸附剂的选择由于活性碳是比较非极性的物质，对有机质具有很强的亲和性；即使在有水分的存在， 吸附性能下降的也不大；而且比较廉价等原因，它在有机溶剂类的吸附中用的很多。特别是 回收溶剂中常用的成型颗粒活性炭，它是以煤、石油、木材、椰子壳等为原料，经过炭化、 粉碎、成型、烧成（炭化）及水蒸气活化，制成的粒度为2-5mm的产物。此外，也使用将原 料炭化、破碎、筛分以后，用水蒸汽活化过的、粒度为1mm以下的破碎状活性炭。纤维状活 性炭是将再生纤维

8、素、聚丙烯酯、酚醛树脂及沥青系纤维等，经过炭化、活化处理制成的。活性炭的吸附性能由孔隙大小与比表面积决定。可以认为，孔隙的大小决定对吸附质 的选择性，而比表面积的大小决定吸附容量。活性炭的特点是比表面积及比孔容积大，单位 重量的吸附量也大。根据活性炭吸附剂的上述特点及本设计中拟采用固定床吸附柱，因此本设计中，拟采 用以石油沥青为原料，制造的耐磨性能好的直径0.5-1mm的球形活性炭作为吸附剂。使用这 种活性炭，回收装置的吸附、脱附操作能够连续进行。吸附时间的确定在间歇操作装置，吸附器吸附床层和再生设备需要配套使用，整套装置一般需要有两个 吸附柱，一个在使用，一个再生，外加一个加热器和冷却器，冷

9、凝器等附属设备。这套设备 要能经济地连续操作使用，必须使吸附操作时间3加热时间+冷却时间吸附时间T :sT =叩s uA&BC0 M式中V吸附器的工作容器G0-不计吸附质的吸附剂用量加热时间T “ht = GfM +-h G p C Ath P C 广0 M pf h M pf h -式中G-吸附剂重量加吸附相当量和贮器当量之和；Cpc -吸附剂的比热；cpS吸附相的比热；cpw贮器的比热；g再生时，床层温度升高的差值；Gc 贮器的重量；T h 加热时间 t一加热时，再生气入口和出口之间的平均温度差。冷却时间TcGC At CM tT = pcc0w_s-c G P C At V0 M pf

10、c wtc一冷却后，床层的温度降；t一冷却时，再生气体进口和出口的平均温度差。虽然可以通过必要的理论计算获得吸附时间、加热时间、冷却时间以确定为满足连续操 作所需的条件，但工作量较大，在本设计中实际意义并不大。根据经验，一般吸附剂的活化 过程（包括加热脱附、冷却）的时间一般不会超过12小时，以及工厂中实际安排工作的需 要，本设计中假定单个吸附柱的吸附操作时间为12小时，即每12小时切换一次为一周期。饱和吸附床层高度的计算3. 1有效吸附容量根据文献（1）中的数据可知，活性炭的物性参数如下，其吸附容量为0.153Kg甲苯/Kg 活性炭，同时假定循环使用中吸附剂不发生劣化，残余量为0。表1活性炭物

11、性参数规格比表面积a1/m2/g孔隙率空隙率几何因子大孔率 堆积密度&mP 一P b? 2.399790.410.332.030.56403. 2甲苯总量W1* = 10 x 0.867 x 12 x 0.9=93.6Kg3. 3饱和吸附床层高度L0吸附剂用量G =黑=竺6 = 611.8q 0.153床层容积G _ 611.8 _v 6- 0.96秫 2b如空塔线速为0.1cm/s，吸附塔的截面积A 二-10000=0.28” 2u 0.10 x 3600塔的直径D =,0.60m t,兀饱和吸附床层高度L - 096 3.43m0 A 0.28吸附传质区的长度和吸附柱高度的确定从吸附等温线

12、计算吸附传质区的长度L =二= 1.17m a K a C - C *吸附柱高度L = L + L = 3.43 +117 = 4.02 m022安全计取4.5m。4.结论与新装置的高性能分析理论计算表明，欲回收处理量为10000cm3/h的甲苯，吸收塔的高度约为4.50m,塔的底 面直径为0.6m。吸附材料的优劣，直接关系到回收率的高低，回收品质和运行成本。工业上对吸附材料 的要求是，必须有大的比表面积，高的空隙率，均匀的孔径，而且要求脱附后污染物的残留 量尽可能的少。颗粒活性炭比表面积一般为700-1000 m2/g，其直径多为几毫米甚至十几毫米，微孔 孔道长，而且孔径大小不一，除小孔外，

13、还有0.01-0.1um的中孔和0.5-5um的大孔。活性炭纤维比表面积达1000-2500 m2/g.由于其中微孔都开在纤维细丝的表面，因孔 道极端，与颗粒活性炭都相差2个数量级。同时，孔径均一，绝大多数为特别适合气体吸附 的小孔，因而具有更大的有效比表面积。由于活性炭纤维孔道极短，使得活性炭纤维吸附容 量大，吸附和脱附速度高，它的吸附容量是普通活性炭的1-40倍，吸附速率是颗粒活性炭 的10-100倍。许多工程实践也都证明，活性炭纤维的吸附率可达92%-98%，而且使用寿命长 大大延长了吸附剂的更换周期，从而使设备的年均投资也大为降低。参考文献1胡怀修等.五氟脲嘧啶生产过程中甲醇、甲苯的回

14、收研究.环境科学与技术1995/02 .2化学工程手册编辑委员会.化学工程手册第17卷，化学工业出版社,1985.3李国文，刘强，樊青娟等活性炭吸附甲苯动力学研究.化学工程,2000,28(1):25-28.4.李守信等.回收涂布生产废气中甲苯的新型装置.中国环保产业.2006/07.5李法耿等.氯化苄合成副产酸中甲苯的回收.氯碱工业.2008/03.6王俐等.苯酐生产技术进展.【期刊】精细石油化工进展.中国石化集团北京化工研究院北京.2002-02-15.CP阿莱斯；M博伦斯；E梵登海德.制备烷二醇及碳酸二烷基酯的方法.国际壳牌研究有限公司. 2011-04-13.DL拉里格；RD怀特利；MJ拉巴达;JM奥基亚利尼；KA利弗；MS延科沃伊.集装箱化的气体分离系 统气体产品与化学公司.2008-11-19.9