畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-雙爐雙塔分離生產(chǎn)工業(yè)萘的工藝設(shè)計(jì)

1 21文獻(xiàn)綜述 31.1焦化工業(yè)發(fā)展史 31.1.1焦化工業(yè)的地位 3 41.1.3國(guó)內(nèi)焦化生產(chǎn)現(xiàn)狀及問(wèn)題 51.1.4中國(guó)焦化工業(yè)的發(fā)展方向 7 81.2.1中國(guó)煤焦油加工企業(yè)的分布與工藝特點(diǎn) 91.2.2世界煤焦油加工企業(yè)的概況與工藝特點(diǎn) 1.2.3國(guó)內(nèi)外煤焦油加工工藝的比較 1.2.4焦油的連續(xù)蒸餾 1.3工業(yè)萘生產(chǎn)工藝 1.3.1工業(yè)萘的生產(chǎn)工藝 1.3.2雙爐雙塔連續(xù)精餾 1.3.3單爐單塔連續(xù)精餾 1.3.4單爐雙塔加壓連續(xù)精餾 1.3.5提高萘產(chǎn)率和質(zhì)量的措施 1.4本設(shè)計(jì)擬采用的方案 2設(shè)計(jì)內(nèi)容 2.1工藝流程的選擇 2.2初餾塔工藝計(jì)算 2.2.1初餾塔物料衡算 2.2.2初餾塔的工藝計(jì)算 2.2.3初餾塔工藝負(fù)荷計(jì)算 2.2.4初餾塔尺寸的計(jì)算 2.2.5初餾塔塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 2.2.6初餾塔塔板流體力學(xué)的驗(yàn)算 2.3精餾塔工藝計(jì)算 2.3.1精餾塔物料衡算 2.3.2精餾塔的工藝計(jì)算 2.3.3精餾塔工藝負(fù)荷的計(jì)算 2.3.4精餾塔尺寸的計(jì)算 2.3.5精餾塔塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 2.3.6精餾塔塔板流體力學(xué)的驗(yàn)算 2.4機(jī)械校核 2.4.1精餾塔的機(jī)械校核 2.5熱量衡算 2.5.1初餾塔酚油冷凝冷卻器 2.5.2工業(yè)萘冷凝器 2.6管式爐的設(shè)計(jì) 2.6.1初餾塔管式爐 2.6.2精餾塔管式爐 2.7.1土建設(shè)計(jì)條件 2.7.2采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)條件 2.7.3電器與動(dòng)力設(shè)計(jì)條件 2.7.5分析化驗(yàn)條件 參考文獻(xiàn) 1關(guān)鍵詞：工業(yè)萘雙爐雙塔工藝華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2componentmethod"tocalculate.Firstmaterialbalance,obtainthecompositionofandthetop,bottomtemperature.operatingpressureusedtonearatmosp華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31文獻(xiàn)綜述焦化工業(yè)已經(jīng)歷了一百多年的歷史，在此期間，它不僅為鋼鐵工業(yè)提供了焦代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煉焦技術(shù)亦取得了很大進(jìn)步。但是過(guò)去二十年內(nèi)，由于鋼鐵市場(chǎng)迅猛發(fā)展，又由于過(guò)分樂(lè)觀地估計(jì)了高爐焦比的下降和無(wú)焦炭煉鐵工業(yè)的應(yīng)用而造成非常保守的投資政策，使與煉鋼、采礦和其它行業(yè)密切相關(guān)的國(guó)際人們對(duì)煉焦工業(yè)從環(huán)保、資源利用和建設(shè)費(fèi)用等方面也提出了更高的要求。因此煉焦技術(shù)將面臨新的挑戰(zhàn)。全世界對(duì)冶金焦的需求一直受?chē)姶得悍?PCI)和電爐煉鋼等技術(shù)的發(fā)展所限制。與此同時(shí)，現(xiàn)有的焦?fàn)t日益老化和損壞，新建焦?fàn)t又財(cái)力不足，再加上日趨嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定，使焦炭的供應(yīng)量也一直下降。據(jù)國(guó)際鋼鐵學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)最新預(yù)測(cè)：2000年世界鋼材需求量將達(dá)約750Mt,這意味著鋼材需求量將比1994年增加約120Mt。而粗鋼產(chǎn)量必須相應(yīng)提高130Mt。即從1994年的約723Mt提高到2000年的850Mt。而世界焦炭需求及其變化，約85%是由煉鋼工業(yè)而決定的，亦即由以高爐工藝為基礎(chǔ)的生鐵產(chǎn)而決定的。因此未來(lái)發(fā)展的決定性因素是生鐵產(chǎn)量和焦比的變化。綜合世界鋼鐵生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，從中長(zhǎng)期情況看，保守地估計(jì)，焦比將以每年1的速度遞減。2003年我國(guó)原煤產(chǎn)量16.67億t,國(guó)內(nèi)消費(fèi)15.73億t,其中，全國(guó)煉焦企業(yè)消費(fèi)煉焦煤25.7億t占原煤總消費(fèi)量的16.34%,僅次于直接或間接燃燒消費(fèi)。煉焦煤消費(fèi)在總煤消費(fèi)結(jié)構(gòu)中居第三位。盡管高爐富氧噴吹粉煤和直接還原煉鐵等技術(shù)的發(fā)展使冶金工業(yè)對(duì)焦炭需求量有所下降，但由于鋼鐵總量的增加，使我國(guó)1995年以來(lái)焦化工業(yè)消費(fèi)煤在總煤消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例保持在12%~16%之間。一種普遍的觀點(diǎn)是，不用焦炭的煉鐵工藝至少在今后20年30年內(nèi)不會(huì)大范圍替代目前的高爐煉鐵法，焦炭仍然是未來(lái)鋼鐵生產(chǎn)的主要原料。未來(lái)幾年是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，在這一時(shí)期社會(huì)對(duì)鋼材有很大需求，因而對(duì)焦炭也有很華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4大需求。焦化在我國(guó)煤消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)勢(shì)地位在近年內(nèi)不可動(dòng)搖。焦化是煤炭化工的最主要方式。在煤的非燃料利用中，煉焦用煤占70%以上，數(shù)量最大。年，世界焦炭產(chǎn)量34000萬(wàn)t,焦炭產(chǎn)量前五位的國(guó)家是：中國(guó)第一，12184萬(wàn)t;日本第二，3368萬(wàn)t;第三是俄羅斯，3058萬(wàn)t;第四是烏克蘭，1936萬(wàn)t;第五是美國(guó)，1880萬(wàn)t;2003年世界焦炭產(chǎn)量39000萬(wàn)t,中國(guó)焦炭產(chǎn)量17775萬(wàn)t,中國(guó)焦炭產(chǎn)量占全球焦炭生產(chǎn)總量的45.58%。中國(guó)焦炭增產(chǎn)量占全球焦炭增產(chǎn)量的91.31%,我國(guó)焦炭出口遍及世界主要地區(qū)，對(duì)世界焦炭市場(chǎng)影響較廣，2003年從中國(guó)進(jìn)口焦炭量在50萬(wàn)t以上的國(guó)家有：日本291萬(wàn)t,巴西214萬(wàn)t,印度118萬(wàn)t,意大利117萬(wàn)t,美國(guó)91萬(wàn)t,比利時(shí)76萬(wàn)t,荷蘭72萬(wàn)t,法國(guó)64萬(wàn)t,南非61萬(wàn)，2003年中國(guó)焦炭出口貿(mào)易量約占全球出口貿(mào)易量的56.44%左右。中國(guó)仍保持全球第一位焦炭出口大國(guó)。近幾年，我國(guó)焦炭消費(fèi)量穩(wěn)定在1.04~1.10億t,2003年焦炭消費(fèi)達(dá)1.63億t,居全球之首。焦炭是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)尤其是鋼鐵工業(yè)的主要原材料。1999年鋼鐵工業(yè)消費(fèi)的焦炭量約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)焦炭消費(fèi)總量的74%。2003年鋼鐵工業(yè)消費(fèi)焦炭13580萬(wàn)/%占全國(guó)消費(fèi)焦炭量的83.3%,中國(guó)是全球第一位焦炭消費(fèi)大國(guó)3。1883年，C·奧托博士在格仁克新建立了第一座燃燒室和炭化室相分離的焦?fàn)t，德國(guó)的現(xiàn)代焦化工業(yè)就從這里起步，從此世界煉焦工業(yè)迅速發(fā)展。從生產(chǎn)工藝的角度看，整個(gè)煉焦工藝在以后近100多年來(lái)變化甚微，但它日益受到嚴(yán)格的德國(guó)在不斷關(guān)閉老焦化廠的同時(shí)，積極建設(shè)更大的現(xiàn)代焦?fàn)t。目前德國(guó)運(yùn)行的焦化廠有7座，焦炭年生產(chǎn)能力1600萬(wàn)t,實(shí)際產(chǎn)量1100萬(wàn)t。盡管德國(guó)的焦化工業(yè)在不斷萎縮，但他們?cè)诮範(fàn)t的實(shí)驗(yàn)研究、設(shè)計(jì)及工業(yè)設(shè)施等方面都處于世界領(lǐng)先地位。俄羅斯的焦化工業(yè)現(xiàn)有63座焦?fàn)t，總設(shè)計(jì)能力為3980萬(wàn)t/a,其中有57座焦?fàn)t長(zhǎng)期投產(chǎn)，生產(chǎn)能力3560萬(wàn)t/a;20座瀝青焦?fàn)t，瀝青焦生產(chǎn)能力40萬(wàn)t/a,其中有12座使用，4座修理，4座備用；2個(gè)選煤廠，總設(shè)計(jì)能力為約1300萬(wàn)t/a;42個(gè)化學(xué)產(chǎn)品回收和加工車(chē)間。在現(xiàn)有的焦?fàn)t中有11座焦華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5爐的炭化室高7m,年產(chǎn)焦炭93-100萬(wàn)t。設(shè)備自然老化的煉焦廠，日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和工廠的倒閉，嚴(yán)重威脅了美國(guó)和加拿大的煉焦生產(chǎn)能力。根據(jù)世界鋼鐵動(dòng)態(tài)和CRU國(guó)際組織的研究，在未來(lái)的20年內(nèi)，每年將減少焦炭產(chǎn)量1200萬(wàn)t以上。生產(chǎn)能力的減少對(duì)焦炭生產(chǎn)企業(yè)提出了挑戰(zhàn)，他們必須開(kāi)發(fā)新技術(shù)來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，以滿足環(huán)保要求?？偟膩?lái)說(shuō)，在發(fā)達(dá)國(guó)家，煉焦設(shè)備老化和環(huán)境設(shè)備老化的焦化廠逐漸關(guān)閉，焦炭產(chǎn)量不斷減少。我國(guó)是世界焦炭生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)，產(chǎn)量占全球50%以上，出口量為全球70%-80%。2001年以來(lái)，受我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)和其它行業(yè)發(fā)展拉動(dòng)，焦炭市場(chǎng)需求急劇增長(zhǎng)，產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)攀高，國(guó)內(nèi)平均價(jià)格由2001年每噸400元上升到2004年1400元以上，國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格也由每噸67美元上漲到400美元以上。因此，我國(guó)焦炭生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大，投資日趨升溫。到2005年底，全國(guó)焦化生產(chǎn)企業(yè)約有1300多家，機(jī)焦生產(chǎn)總能力約為3億噸，比上年增長(zhǎng)25%;2005年焦炭實(shí)際產(chǎn)量2.43億噸，其中機(jī)焦產(chǎn)量約為2.33億噸，同比分別增長(zhǎng)17.9%和24.4%;焦炭出口1276萬(wàn)噸，同比下降15%,同時(shí)進(jìn)口煉焦用煤719萬(wàn)噸[5。焦?fàn)t低水平盲目重復(fù)建設(shè)、資源浪費(fèi)、污染環(huán)境嚴(yán)重等問(wèn)題，我國(guó)實(shí)施了《焦化摧毀土焦(改良焦)2500多萬(wàn)噸，淘汰小機(jī)焦產(chǎn)能約1000萬(wàn)噸。土焦產(chǎn)量由2000年降為目前不到5%。二是企業(yè)規(guī)模提高。規(guī)模以上煉焦企業(yè)生產(chǎn)焦炭2.33億噸、同比增長(zhǎng)24.43%,其中機(jī)焦比例由2000年71.7%提高到2005年90%以上。2005年產(chǎn)焦超過(guò)100萬(wàn)噸以上企業(yè)有48家，總產(chǎn)量約占全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)總產(chǎn)量38.8%。三是在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、治理環(huán)境污染、加強(qiáng)焦?fàn)t煤氣和焦化產(chǎn)品回收綜合利用方面華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6面焦炭?jī)r(jià)格持續(xù)下降，另一方面煉焦原料煤價(jià)格居高不下，加上嚴(yán)重產(chǎn)能過(guò)剩，2)主要問(wèn)題我國(guó)國(guó)內(nèi)焦炭現(xiàn)實(shí)際消費(fèi)量約2.3億噸，生產(chǎn)能力有3億噸，其中獨(dú)立焦化生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能約2.1億噸，占總產(chǎn)能70%,但開(kāi)工率僅60%左右，尤其是缺乏煤氣、焦油等副產(chǎn)品回收利用的獨(dú)立焦化企業(yè)開(kāi)工率更低，同時(shí)焦炭?jī)r(jià)格急劇回落，企業(yè)利潤(rùn)大幅下降，虧損面達(dá)80%以上，部分焦炭企業(yè)關(guān)門(mén)停產(chǎn)。因此，我國(guó)焦炭生產(chǎn)能力過(guò)剩；三是我國(guó)焦炭產(chǎn)能超過(guò)1億噸，目前仍在建和擬建能力3000萬(wàn)噸，煉焦產(chǎn)能超出現(xiàn)需求量180%-200%,整個(gè)行業(yè)徘徊在保本微利邊緣，產(chǎn)能過(guò)剩十世界發(fā)達(dá)國(guó)家焦炭主要用于鋼鐵冶煉，其中95%焦炭生產(chǎn)能力布局在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部，目的是焦炭生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的煤氣、余熱、焦油等能在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中得到充分利用。目前，我國(guó)鋼鐵企業(yè)用焦量占焦炭產(chǎn)量80%左右，但是，只有33%焦炭生產(chǎn)能力布局在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，而67%焦炭生產(chǎn)能力為獨(dú)立焦化生產(chǎn)企套設(shè)施或化工企業(yè)生產(chǎn)。二是我國(guó)焦炭生產(chǎn)主要集中在山西、陜西、云南等煤炭生產(chǎn)地區(qū)。據(jù)資料介紹，全國(guó)最大煉焦煤和焦炭生產(chǎn)基地山西，全省現(xiàn)有生產(chǎn)能力8000萬(wàn)噸以上，在建、擬建生產(chǎn)能力5000產(chǎn)回收和綜合利用。因此，難以實(shí)現(xiàn)煤炭資源綜合利用、行業(yè)資源優(yōu)化配置。焦炭生產(chǎn)大量排放廢水、廢氣、苯并芘等有害污染物，是污染最為嚴(yán)重的行業(yè)之一?，F(xiàn)已建成的獨(dú)立焦炭生產(chǎn)企業(yè)中，只有少數(shù)大型機(jī)焦?fàn)t和城市供氣機(jī)焦產(chǎn)干熄焦裝置33套，總產(chǎn)能達(dá)2700多萬(wàn)噸。預(yù)期我國(guó)2-3年內(nèi)，干熄焦裝置將超7華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)50套，干熄焦能力將達(dá)4000萬(wàn)噸以上，但是，它僅占我國(guó)焦炭總產(chǎn)量13.33%;二是我國(guó)獨(dú)立焦化企業(yè)每年放散煤氣約200億立方米以上。焦化生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的理、脫硫等設(shè)施達(dá)不到環(huán)保要求；三是2005年土焦(含改良焦)產(chǎn)量仍在1000萬(wàn)資源的小機(jī)焦也急需改造或淘汰；五是由于缺乏足夠資金和盲目追求短期效益，我國(guó)焦化生產(chǎn)存在“只焦不化”、違法違規(guī)或超標(biāo)排放的環(huán)境污染嚴(yán)重現(xiàn)象。我國(guó)焦化行業(yè)現(xiàn)有年產(chǎn)焦炭能力3億噸，平均每個(gè)企業(yè)年產(chǎn)能不到20萬(wàn)噸，中小獨(dú)立焦化企業(yè)數(shù)量在80%以上，產(chǎn)能約占35%。企業(yè)規(guī)模小、布局分散，生產(chǎn)工藝、技術(shù)和裝備落后，管理水平低，產(chǎn)業(yè)鏈短，成本和能源消耗高，生產(chǎn)集大型化有新突破，繼寶鋼、首鋼等焦化廠之后，又先后有鞍鋼、武鋼、本鋼等建設(shè)投產(chǎn)了一批炭化室高6米大焦?fàn)t15|(詳見(jiàn)表1)。炭化室高座數(shù)(座)產(chǎn)能(萬(wàn)t)比重(%)4.3m～5m合計(jì)其中搗固焦?fàn)t1)焦?fàn)t大型化炭化室加寬加高、提高單孔炭化室產(chǎn)焦量是焦?fàn)t的發(fā)展方向。中國(guó)目前正在生產(chǎn)的最大焦?fàn)t炭化室高為6m,鞍山焦耐設(shè)計(jì)總院正在開(kāi)發(fā)炭化室高6.5m的頂裝焦?fàn)t和炭化室高5m的搗固焦?fàn)t。2003年初，兗礦集團(tuán)有限公司購(gòu)買(mǎi)了德國(guó)年產(chǎn)200萬(wàn)t焦炭的凱澤斯圖爾焦化廠(7.63m焦?fàn)t)的全部設(shè)備和技術(shù)。2004年初，太鋼焦化廠引進(jìn)德國(guó)7.63m焦?fàn)t技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)年產(chǎn)230萬(wàn)t焦炭焦化廠的合同華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8正式簽約10。預(yù)計(jì)我國(guó)第1座炭化室高為7.63m的焦?fàn)t已經(jīng)投產(chǎn)，這將大大推動(dòng)中國(guó)焦?fàn)t大型化和技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。今后3～5年內(nèi)，中國(guó)還需要建設(shè)一定數(shù)量的炭化室高度為6m、6.5m、7.63m的頂裝焦?fàn)t和炭化室高度為4.3m、5m的搗固焦?fàn)t，以取代目前由土焦和小機(jī)焦所占領(lǐng)的市場(chǎng)份額，提高焦?fàn)t的整體大型化水平。2)大力推廣干熄焦技術(shù)與傳統(tǒng)的濕熄焦相比，干熄焦有以下誘人的特點(diǎn)：可回收80%的紅焦顯熱；減少對(duì)環(huán)境的污染；改善焦炭質(zhì)量或在保持焦炭質(zhì)量不變的條件下，多配入10%～20%的弱粘結(jié)性煤，合理利用煤炭資源。國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)大力倡導(dǎo)焦化廠建設(shè)干熄焦裝置。現(xiàn)在我國(guó)正在生產(chǎn)的干熄焦裝置共21套，干熄焦炭年產(chǎn)量1150萬(wàn)t,以2003年全國(guó)機(jī)焦總產(chǎn)量13570萬(wàn)t計(jì)，干熄焦率為8.5%。國(guó)家先后2次將21個(gè)干熄焦項(xiàng)目列為重點(diǎn)技術(shù)改造“雙高一優(yōu)”項(xiàng)目及國(guó)債項(xiàng)目，在資金上給予大力支持。3)加強(qiáng)煉焦生產(chǎn)的環(huán)境保護(hù)我國(guó)焦化企業(yè)在環(huán)保方面欠賬太多，今后必須加強(qiáng)焦化企業(yè)的環(huán)保工作。堅(jiān)決取締全部土焦、改良焦和違規(guī)建設(shè)的焦?fàn)t；已投產(chǎn)焦化廠必須嚴(yán)格按照國(guó)家環(huán)保要求，補(bǔ)建和完善各種環(huán)保措施；新建焦化廠必須同步建設(shè)、同步投產(chǎn)各種環(huán)4)合理利用煉焦煤源目前中國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量已超過(guò)1萬(wàn)億t。在全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量中，煙煤約占總儲(chǔ)量的3/4左右，其中氣煤、13焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤等煉焦用煤占煙煤儲(chǔ)量的50%左右。在煉焦煤中，以氣煤和1/3焦煤的比例最大，約占煉焦煤資源的一半，焦煤占煉焦煤資源的近20%,瘦煤占煉焦煤資源的近15%,肥煤和氣肥煤的儲(chǔ)量在煉焦煤中的比例最少，約占10%。因此，應(yīng)盡量多采用搗固煉焦、選擇性粉碎、配型煤、煤調(diào)濕、干熄焦等能擴(kuò)大弱粘結(jié)煤配比的生產(chǎn)工藝和設(shè)施，堅(jiān)決淘汰以煤焦油中的組分非常復(fù)雜，其有機(jī)化合物組分估計(jì)有上萬(wàn)種，已被鑒定的約華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9有500種。但大多數(shù)組分含量很少或極微。煤焦油中含量超過(guò)1%的組分只有12種，如萘、甲基萘、氧芴、芴、范、蒽、菲、咔唑、熒蒽、芘、席和甲酚的種異構(gòu)體。煤焦油的組成復(fù)雜，為從煤焦油中分離加工出高附加值的化學(xué)產(chǎn)品，首先應(yīng)對(duì)其組分進(jìn)行初步分離，包括加工前處理和焦油蒸餾，以切割分離成一系列的窄餾分，再作進(jìn)一步的分離和深加工。中國(guó)是一個(gè)缺油、少氣，而煤炭資源相對(duì)豐富的國(guó)家，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例長(zhǎng)期以來(lái)一直維持在70%左右，預(yù)計(jì)在未來(lái)的50年中，仍將占居主導(dǎo)地位。近年來(lái)，由于國(guó)際油價(jià)節(jié)節(jié)攀升，煤化工越來(lái)越顯示出優(yōu)勢(shì)。2002年的世界焦炭產(chǎn)量約為3.54億噸，焦油產(chǎn)量為1500余萬(wàn)噸。據(jù)中國(guó)煉焦行業(yè)協(xié)會(huì)分析，2002年中國(guó)機(jī)焦產(chǎn)量為10829萬(wàn)噸，焦油產(chǎn)量為400萬(wàn)噸；2003年由于新增煉焦能力，預(yù)計(jì)機(jī)焦產(chǎn)量為12000萬(wàn)噸，焦油產(chǎn)量接近450萬(wàn)噸。我國(guó)煤焦油加工能力約260萬(wàn)噸，實(shí)際加工量低于250萬(wàn)噸，焦油加工率不足50%。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)、煉焦行業(yè)和世界煤化工行業(yè)的發(fā)展，給我國(guó)煤焦油加工行業(yè)帶來(lái)了前所未有的好機(jī)遇。我們應(yīng)緊緊抓住這一難得的歷史機(jī)遇，立足于國(guó)內(nèi)持續(xù)增長(zhǎng)的煤焦油資源，充分利用并引導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行煤焦油的規(guī)模加工，不斷提升產(chǎn)品的科技含量，堅(jiān)定地向精細(xì)化工方向快速發(fā)展。近年來(lái)，隨著國(guó)家土焦改機(jī)焦調(diào)控政策的不斷深入和鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，從北到南、自西向東，焦炭產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，煤焦油包鋼、攀鋼等11個(gè)大型企業(yè)的焦油加工能力占全年焦油加工總量的一半以上。但規(guī)模小于3萬(wàn)t/a的小廠數(shù)目也不少，由于加工規(guī)模小，往往只提取煤焦油中2種3種化學(xué)產(chǎn)品，如洗油和萘油，而這些焦油產(chǎn)品質(zhì)量較差，如工業(yè)萘、酚、優(yōu)質(zhì)瀝青等質(zhì)量均滿足不了市場(chǎng)需要。除此之外，焦油加工過(guò)程中的高能耗、高污染狀況沒(méi)有得到根本好轉(zhuǎn)。噸焦油加工能耗比國(guó)外先進(jìn)水平超出40%(國(guó)內(nèi)大型企業(yè)),甚至更多(中小型加工企業(yè))。加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣往往不進(jìn)行任何處理就直接排放到大氣中。不過(guò)，由于近年來(lái)國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越重視，新開(kāi)工建設(shè)的焦油加工項(xiàng)目與過(guò)去相比有明顯好轉(zhuǎn)。我國(guó)焦化行業(yè)自行開(kāi)發(fā)的技術(shù)有雙爐雙塔法生產(chǎn)工業(yè)萘，堿洗及減壓精餾分離酚類(lèi)產(chǎn)品，萃取精餾法從粗蒽中生產(chǎn)精蒽，區(qū)域熔融和定向結(jié)晶提純萘和范產(chǎn)品等新技術(shù)，有些技術(shù)并不比國(guó)外差。并華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)開(kāi)始研制煤瀝青針狀焦、瀝青碳纖維等新品種。在精細(xì)化工品加工方面開(kāi)發(fā)了許多新品種。國(guó)外的煤焦油加工企業(yè)以德國(guó)和日本比較有代表性，德國(guó)呂格特公司的煤焦油加工能力為150萬(wàn)t/a,已能生產(chǎn)500多種化工產(chǎn)品，煤焦油的化工利用率接近60%,位居世界之首，世界聞名的一些工藝流程幾乎都是德國(guó)斯蒂爾公司和考位多品種，包括提純和配制各種市場(chǎng)需求不同規(guī)格、不同等級(jí)的產(chǎn)品?？梢愿鶕?jù)市場(chǎng)要求，在同一裝置上改變不同的操作參數(shù)，在不同的時(shí)期生產(chǎn)不同級(jí)別的產(chǎn)品，達(dá)到同種裝置的多功能性；二是在煤焦油加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，發(fā)展向精細(xì)化工、染料、醫(yī)藥等方面延伸的深加工產(chǎn)品；三是重點(diǎn)加工瀝青類(lèi)產(chǎn)品在煤焦油加工過(guò)程中，瀝青占整個(gè)原料的50%以上做好瀝青加工這項(xiàng)工作，提高瀝青的附加值，就能保證焦油加工項(xiàng)目的整體效益。日本三菱公司利用瀝青加工的針狀焦、浸漬瀝青、碳纖維等都是附加值非常高的產(chǎn)品，基本獨(dú)占國(guó)際市場(chǎng)，很少有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手美國(guó)Rilly公司有專(zhuān)門(mén)配方的瀝劑等產(chǎn)品接近20多個(gè)品種，可以滿足各種市場(chǎng)的要求。澳大利亞Koppers公司專(zhuān)門(mén)在世界各地建設(shè)硬瀝青裝置，并將硬瀝青加工成各種電極，各種耐火材料的黏結(jié)劑，從而提高瀝青的附加值7。日本、德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家的單套焦油蒸餾裝置的能力都在10~50萬(wàn)t/a。從理論上講，能力越大，規(guī)模效益越好。國(guó)內(nèi)單套焦油蒸餾裝置有0.6萬(wàn)、蒸餾工藝，小于3萬(wàn)t/a的規(guī)模都是間歇蒸餾工藝。出現(xiàn)不同加工規(guī)模的原因有：(1)焦油加工廠自身焦油產(chǎn)量不同，按自產(chǎn)焦油建設(shè)相應(yīng)的規(guī)模；(2)未作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)考慮焦油的加工，僅作為一個(gè)焦化廠的附帶處理單元；(3)大規(guī)模焦油加工的技術(shù)水平不夠；(4)環(huán)境保護(hù)和能量利用沒(méi)有達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家的重視程度。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)煤焦油中所含物質(zhì)上萬(wàn)種，已查明的有500多種，能夠提取或配制的產(chǎn)品，到目前為止，大約200多種。國(guó)外煤焦油加工廠的生產(chǎn)有三種模式。一是全方位多品種，提純和配制各種規(guī)格和等級(jí)的產(chǎn)品；二是在煤焦油加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，向著精細(xì)化工、染料、醫(yī)藥方面延伸的深加工產(chǎn)品；三是重點(diǎn)加工瀝青類(lèi)產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)煤焦油加工的產(chǎn)品主要是酚類(lèi)、萘、洗油、粗蒽、瀝青等。各廠的產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量都基本類(lèi)似，導(dǎo)致焦油加工的效益平平，與國(guó)外差距較大。其主要原因有以下幾方面：各焦油加工裝置的規(guī)模普遍偏??；高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品較少；生產(chǎn)企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)能力較差；焦油深加工產(chǎn)品的市場(chǎng)有待開(kāi)發(fā)，特別是新產(chǎn)品推向國(guó)內(nèi)外焦油蒸餾的工藝大同小異，都是脫水、分餾，但國(guó)外的工藝比國(guó)內(nèi)要多樣化。國(guó)內(nèi)的焦油蒸餾工藝與國(guó)外工藝相比較，差距并不大，只是適用的場(chǎng)合不同。只要對(duì)國(guó)內(nèi)工藝的設(shè)備、儀表控制、能量利用方面做一些改進(jìn)工作，就能環(huán)保主要是指對(duì)焦油加工過(guò)程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的處理。焦油加工產(chǎn)生的廢水，國(guó)內(nèi)外所采取的措施基本相同，都是集中收集，送焦化廠污水處理裝置處理后排放。所不同的是國(guó)內(nèi)污水處理后的指標(biāo)要差一點(diǎn)。節(jié)能降耗是裝置的重要指標(biāo)。焦油加工是高能耗過(guò)程，國(guó)外在水、蒸汽、煤氣消耗方面控制較好，采用空冷、冷熱流體換熱、多級(jí)循環(huán)水、低溫減壓蒸餾、熱量回收蒸汽等技術(shù)。但電的消耗反而比國(guó)內(nèi)還高。隨著國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，多使用電，減少水、蒸汽和煤氣的消耗是一個(gè)必然趨勢(shì)。裝置的裝備水平與機(jī)械制造、自控水平密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)焦油加工的裝備水平高溫高粘度介質(zhì)的檢測(cè)儀表等難以找到合適的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠；即使是國(guó)外引進(jìn)的設(shè)結(jié)論華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的比較，在確定焦油加工項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：(1)焦油加工裝置的單套處理能力應(yīng)在10~50萬(wàn)t/a,關(guān)鍵在于原料是否充足。(2)確定焦油加工產(chǎn)品方案時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。(3)焦油加工工藝的選擇要根據(jù)產(chǎn)品品種、規(guī)模、投資等比較后確定。(4)提高環(huán)保、節(jié)能及自動(dòng)化的裝備水平仍是我們追求的目標(biāo)。(5)市場(chǎng)推廣，技術(shù)開(kāi)發(fā)是我國(guó)焦油加工的薄弱環(huán)節(jié)，只有開(kāi)發(fā)更多更好的新產(chǎn)品，才能發(fā)揮國(guó)內(nèi)焦油加工項(xiàng)目的高效益。煤焦油的蒸餾按操作方式可分為間歇式焦油蒸餾和連續(xù)式焦油蒸餾。焦油加工規(guī)模較小時(shí)(3萬(wàn)噸/年以下)可以采用間歇式焦油蒸餾，而較大規(guī)模的焦油加工(5萬(wàn)噸/年以上)一般采用管式爐連續(xù)式焦油蒸餾，此時(shí)設(shè)備的生產(chǎn)率高，焦油分離效果好，各種餾分產(chǎn)率高，酚和萘可高度集中在一定的餾分中，能耗低，效益明顯。按切取餾分的不同又可分為切取窄餾分、萘洗兩混餾分或酚萘洗三混餾分。目前三混餾分(1)一塔式焦油蒸餾工藝一塔式焦油蒸餾工藝在國(guó)內(nèi)也稱(chēng)為一塔半式，就是在二段蒸發(fā)器上部加一段精餾塔以切取二蒽油餾分8],如圖1所示。原料焦油由原料泵送往管式爐一段，加熱至120~130℃進(jìn)入一段蒸發(fā)器脫水。無(wú)水焦油于管式爐二段加熱至405℃左右送入二段蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)、分餾，瀝青由器底排出。溫度為320~335℃的二蒽油自蒸發(fā)器上部精餾塔側(cè)線引出，經(jīng)冷卻后送儲(chǔ)槽。其余餾分的混合蒸氣自頂部逸二段蒸發(fā)器頂部打回流，以保持二段蒸發(fā)器頂部溫度為315~325℃,其余送去處理。由餾分塔下部側(cè)線切取溫度為225~245℃的洗油餾分，中部側(cè)線切取溫度為200~215℃的萘油餾分，上部側(cè)線切取165~185℃的酚油餾分。各種餾分均經(jīng)冷卻后導(dǎo)入相應(yīng)的中間槽，然后送去處理。輕油及水的混合蒸氣以95~115℃自塔頂逸出，經(jīng)冷凝冷卻油水分離后，部分輕油打回流，其余送粗苯工段處理。當(dāng)一塔式華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)流程在用于切取酚、萘、洗三混餾分,餾分塔總塔板層數(shù)可由切取窄餾65層塔酚油萘油洗油處理一蒽油回流貯槽二蒽油處理輕油及水餾分塔精餾段二段蒸發(fā)器原料焦油管式爐一段→管式爐二段瀝青(2)二塔式焦油蒸餾工藝在一塔式焦油蒸餾工藝的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高焦油初餾效果，單獨(dú)設(shè)立蒽塔，切取一蒽油和二蒽油，原料焦油用一段焦油泵送人管式爐對(duì)流段，加熱至120~130℃后進(jìn)入一段蒸發(fā)器8]。在此，粗焦油中大部分水分和部分輕油蒸發(fā)出來(lái)，混合蒸氣以105~110℃自蒸發(fā)器頂逸出，經(jīng)冷凝冷卻和油水分離后得一段輕無(wú)水焦油槽，無(wú)水焦油用二段焦油泵送人管式爐輻射段，加熱至405℃左右，進(jìn)入二段蒸發(fā)器一次蒸發(fā)，分離成372℃左右的油氣進(jìn)入各種餾分的混合蒸氣和液體瀝青。從二段蒸發(fā)器頂逸出的溫度為蒽塔，塔頂用洗油餾分打回流，塔底排出蒽油分別經(jīng)冷卻器冷卻后，放人各自的儲(chǔ)槽，以備送出處理。自蒽塔頂逸出的油氣進(jìn)入餾分塔。洗油餾分以225~235℃自塔底排出，溫度為198~200℃的萘油餾分自塔中部側(cè)線采出，溫度為160~170℃的酚油餾分從塔上側(cè)線采出。這些餾分經(jīng)華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)冷卻后流人各自的儲(chǔ)槽。餾分塔頂逸出的輕油和水的混合蒸氣經(jīng)冷凝冷卻和油水分離后，水導(dǎo)人酚水槽，用來(lái)配制洗滌脫酚時(shí)所需的堿液，輕油人回流槽，部分用作回流液，剩余部分送粗苯工段處理。原料焦油萘貯槽酚貯槽輕油管式爐無(wú)水焦油一段蒸發(fā)器管式爐無(wú)水焦油萘油餾分塔管式爐輻射段酚油V洗油蒽塔貯槽段蒸發(fā)器貯槽圖2兩塔式焦油蒸餾工藝流程1.3工業(yè)萘生產(chǎn)工藝較為集中在萘油餾分及洗油餾分中。在煤焦油中還發(fā)現(xiàn)有兩種萘的一甲基衍生物 (它們的含量較大),6種二甲基萘及二乙基萘。在相應(yīng)的餾分中也確定了有三甲基萘存在，但目前12種三甲基萘的可能異構(gòu)體中只在煤焦油中發(fā)現(xiàn)了兩種，它于煤焦油，它是在1819年發(fā)現(xiàn)并于1821年從熱解的煤焦油中分離出的較純固體；另外在石油煉制過(guò)程中，利用催化裂化、重整等餾分為原料，經(jīng)過(guò)加氫精制、催化脫烷基、脫氫等工藝也可獲得萘，通稱(chēng)石油萘。美國(guó)萘的來(lái)源有煤焦油萘和石油萘，而中國(guó)和其它國(guó)家只有煤焦油萘9。在煤焦油的高沸點(diǎn)化合物中還發(fā)現(xiàn)了萘的衍生物苯并茚。煤焦油中還發(fā)現(xiàn)了少量萘的氫化衍生物如二氫萘和四氫萘。此外還有范，主要集中在洗油餾分中?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，促使能源的消耗量華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不斷增，近幾年來(lái)，石油價(jià)格的持續(xù)上漲及儲(chǔ)量的限制，促進(jìn)了煤化工工業(yè)的迅速發(fā)展，煤化產(chǎn)品生產(chǎn)量大幅提高，同時(shí)，對(duì)各種煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量要求也更加嚴(yán)格，以滿足各行業(yè)對(duì)煤化工產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。萘是有機(jī)化學(xué)工業(yè)的重要原料，是煤焦油中含量最多(占煤焦油的8%~15%),提取價(jià)值很高的重要組分，廣泛分中含有甲基萘、聯(lián)苯、范、芴、氧芴等組分(占煤焦油的4.5%~6.5%),常用于洗滌吸收煤氣中的苯族烴和從中提取喹啉類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物、甲基萘、二甲基因此，在煤焦油加工中如何提高萘及洗油的產(chǎn)率和質(zhì)量顯得尤其重要。生產(chǎn)萘的原料油主要是餾程為210~230℃的萘油餾分19I。精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘處理量大，萘回收率高，且對(duì)原料萘油要求不高，因而廣泛用于中國(guó)、日本、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家。精餾法有多種流程，如連續(xù)和間歇；常壓和減壓等。連續(xù)精餾又有常壓雙爐雙塔、單爐單塔和單爐雙塔、加壓?jiǎn)螤t雙塔等類(lèi)型。這些工藝都具有各自的特點(diǎn)，主要從投資、能耗、方便操作等方面加以區(qū)別。目前應(yīng)用最廣的是雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝(主要設(shè)備是兩座管式加熱爐和兩座精餾塔);由于精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘主要缺點(diǎn)之一是能耗較高，有專(zhuān)家認(rèn)為工業(yè)萘精餾采用單爐單塔由于萘的沸點(diǎn)(218℃)和硫茚的沸點(diǎn)(219.9℃)相差不到2℃,因此精餾法只能工業(yè)萘生產(chǎn)是采用精餾方法將含萘餾分進(jìn)行分餾，提取出產(chǎn)品工業(yè)萘。精餾方式分為間歇式和連續(xù)式兩種工藝流程。年處理量決定精餾方式，與年處理量12000t焦油裝置相配合的工業(yè)萘精餾裝置采用連續(xù)式生產(chǎn)工藝。以焦油蒸餾提取出的含萘餾分作為工業(yè)萘生產(chǎn)原料，到完成工業(yè)萘的生產(chǎn)過(guò)程，一般分為3個(gè)階段，即原料的預(yù)處理，初餾和精餾。我國(guó)有些工廠在餾分塔中將萘油餾分和洗油餾分合并一起切取，叫做兩混餾分。此時(shí)塔底油稱(chēng)為范油餾分，含范量大于25%。這種操作可使萘較多的集中在兩混餾分中，萘的集中度達(dá)93%~96%,從而提高了工業(yè)萘的產(chǎn)率11]。國(guó)內(nèi)許多焦化廠以已洗(酚油、萘油、汽油)三混餾分為原料，采用雙爐雙塔華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)制取工業(yè)萘工藝。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是萘的提取率高，工藝成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量容易保證等。但能耗高是其主要缺點(diǎn)。70年代，焦化廠開(kāi)發(fā)的以流程短，能耗較低等優(yōu)點(diǎn)；石家莊焦化廠曾將以三混餾分為原料的單爐雙塔工藝按此進(jìn)行改遣試生產(chǎn)，也能得到合格產(chǎn)品，能耗較低。但受塔高的限制，萘的提取率偏低，對(duì)操作的要求較高，后來(lái)改為雙爐雙塔工藝。80年代，上海寶鋼焦化廠一期工程從日本引進(jìn)了以己洗萘油(和提取精萘后的晶析油)為原料的單爐雙塔雙精餾制取工業(yè)萘裝置，并以其能耗低引起許多人的興趣。嗣后，隨著能源緊缺局面逐步緩解，近年來(lái)對(duì)此已很少提及，不過(guò)，節(jié)能降耗畢竟是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。因此，在保持以三混餾份為原料，雙塔蒸餾優(yōu)點(diǎn)的前提下，探討單爐雙塔雙效蒸餾的可能性具有重要意義。雙爐雙塔連續(xù)精餾工藝流程見(jiàn)圖3。經(jīng)過(guò)靜置脫水后的萘洗混合分，由原料泵送至工業(yè)塔換熱器，溫度由80~90℃升至200℃左右，進(jìn)入設(shè)有70層浮閥塔板的初餾塔。初餾塔頂溢出的酚油蒸汽經(jīng)冷凝冷卻和油水分離后進(jìn)入回流槽。在此大部分作初餾塔回流，少部分從回流槽滿流入酚油槽。已脫除酚油的萘洗塔底油用熱油泵送往初餾塔管式爐加熱后返回初餾塔底，以供給出餾塔熱量。同時(shí)在熱油泵出口分出一部分萘洗油打入精餾塔。精餾塔頂溢出的工業(yè)萘蒸汽，在熱交換器餾塔回流。一部分經(jīng)轉(zhuǎn)鼓結(jié)晶機(jī)冷卻結(jié)晶，則得到含萘質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%的工業(yè)萘產(chǎn)品。精餾塔塔底殘油用熱油泵送至管式爐加熱后返回塔底，以供給精餾塔熱該工藝的特點(diǎn)是：初餾與精餾塔的塔底供熱均靠各自的專(zhuān)用管式爐提供，以控制塔底的溫度；兩個(gè)塔的塔頂溫度均靠調(diào)節(jié)其回流量來(lái)控制，有各自獨(dú)立的溫度制度，故操作方便，易控制12華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1:原料槽；2:換熱器；3:初餾管式爐；4:精餾管式爐；5:初餾塔；6:精餾塔；7:酚油回流槽；8:工業(yè)萘回流槽圖3工業(yè)萘連續(xù)精餾流程圖單爐單塔連續(xù)精餾工藝流程與雙爐雙塔連續(xù)精餾流程不同之處是采用一爐一塔；原料經(jīng)管式爐對(duì)流段加熱后進(jìn)入工業(yè)萘精餾塔，塔底洗油送至管式爐輻射段加熱后返回塔內(nèi)，以供給精餾塔熱量；工業(yè)萘由精餾塔側(cè)線采出8。單爐雙塔加壓連續(xù)精餾工藝為：脫酚后的萘油井第一換熱器和第二換熱器分別與萘精餾塔地的甲基萘油和萘塔回流槽來(lái)的工業(yè)萘換熱后進(jìn)入初餾塔。從初餾塔地溢出的酚油氣，經(jīng)第一凝縮器將熱量傳遞給鍋爐給水，使其產(chǎn)生蒸汽。冷凝液再經(jīng)第二凝縮器后進(jìn)入回流槽。在此大部分作回流返回初餾塔頂，少部分經(jīng)冷循環(huán)泵抽送入重沸器，與萘塔頂溢出的萘氣換熱后返回初餾塔，以供給初餾塔熱量。為了利用乃塔頂逸出的萘蒸汽的余熱，萘塔采用加壓操作。此壓力是靠調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)加入系統(tǒng)內(nèi)的氮?dú)饬亢拖蛳到y(tǒng)外排出的氮?dú)饬慷鴮?shí)現(xiàn)的。從萘塔頂逸出的萘氣經(jīng)初餾塔重沸器冷凝后進(jìn)入萘塔回流槽。在此一部分送到萘塔頂作回流，另一部分送入第二換熱器和冷卻器冷卻后作為產(chǎn)品排入貯槽?；亓鞑鄣奈茨龤怏w排入排氣冷卻器后，用壓力調(diào)節(jié)閥減壓至接近大氣壓，再經(jīng)過(guò)安全閥噴出氣凝縮器而進(jìn)入排氣洗凈塔。在排氣冷卻器冷凝的萘油流入回流槽。萘塔地的佳績(jī)?nèi)A北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中度可達(dá)96%,而萘洗兩混餾分中萘集中度僅能達(dá)到86%~90%。洗脫萘操作是影響工業(yè)萘質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和檢修。對(duì)熱油泵、管式爐、蒸發(fā)器、餾分塔、精餾塔、冷凝冷卻該設(shè)計(jì)采用雙爐雙塔的操作工藝，即該設(shè)計(jì)包括兩個(gè)管式爐兩個(gè)精餾塔。生產(chǎn)的萘的質(zhì)量除了與工藝有關(guān)，還與所采取的原料有關(guān)，三混餾分的萘的集中度最大，因此該設(shè)計(jì)選萘集中度高的三混餾分作為原料，由于經(jīng)酸洗或堿洗后的焦油餾分作為原料含萘量高，故選已洗三混餾分作為原料。公用工程包括給排水、供電、供熱與冷凍以及采暖通風(fēng)等非工藝條件的設(shè)計(jì)。建廠地區(qū)的水源要充足，因?yàn)樗敺佑屠鋮s及萘油冷卻都需要水，冷卻范圍大，而且水在循環(huán)使用過(guò)程中會(huì)吸收空氣中的CO?與水中的Ca離子反應(yīng)而結(jié)垢，因華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)此循環(huán)水需經(jīng)常補(bǔ)充新水源以減少對(duì)設(shè)備的腐蝕，故需大量水源以滿足生產(chǎn)。由于該設(shè)計(jì)需要泵向管式爐和塔內(nèi)輸送原料，年產(chǎn)萘量較大需泵等電器設(shè)備的負(fù)荷大，因此該設(shè)計(jì)的車(chē)間內(nèi)采取高壓3000V,低壓選用380V,由該廠直接變電使用。該設(shè)計(jì)要求對(duì)供電可靠性大，因?yàn)橥蝗煌ｋ妼?duì)精餾塔的壓力和溫度控制帶來(lái)不便而影響產(chǎn)品質(zhì)量。該設(shè)計(jì)需提供一定熱量控制塔的溫度，由于本設(shè)計(jì)采取的原料是酚萘洗油，利用酚油以及洗油的熱來(lái)提供一部分熱量，其余熱量靠在管式爐內(nèi)加熱洗油來(lái)提供，而管式爐所需熱量由該廠的煤氣燃燒供給。車(chē)間內(nèi)通風(fēng)采用自然通風(fēng)即可，靠室內(nèi)外空氣溫差引起的相對(duì)密度差和風(fēng)壓進(jìn)行自然換氣，以免車(chē)間內(nèi)余熱余濕對(duì)身體造成危害。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2.1工藝流程的選擇本設(shè)計(jì)選用雙爐雙塔操作工藝，該工藝特點(diǎn)是兩個(gè)塔中初餾塔保持近常壓操作，精餾塔也常壓操作以便將萘塔塔頂?shù)妮琳羝淠裏嶙鳛槌躔s塔底液的加熱源達(dá)到回收廢熱，節(jié)省能耗的目的該工藝包括初餾、精餾和輔助工藝系統(tǒng)。1.原料的預(yù)熱：要求預(yù)熱溫度穩(wěn)定，并與進(jìn)料板汽相溫度一致，即沸點(diǎn)進(jìn)料。預(yù)熱方式除與工業(yè)萘蒸汽換熱外，還可用管式爐對(duì)流段加熱或在塔底熱油循環(huán)槽內(nèi)設(shè)換熱器2.原料質(zhì)量：質(zhì)量恒定，含水量盡量維持恒定，含水量小于0.5%。3.塔頂溫度和回流比：塔頂溫度和酚油含萘量應(yīng)以采出合格的工業(yè)萘為原萘油原料)或10%左右(對(duì)酚萘洗混合餾分原料)。精餾塔塔頂溫度與工業(yè)萘成品的純度密切相關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格控制在218~219℃。塔頂溫度除了與進(jìn)料溫度和塔底溫度有一定關(guān)系外，主要由回流比控制。4.塔底溫度：對(duì)初餾塔講，塔底溫度高低應(yīng)保證撥去沸點(diǎn)比萘低的輕餾分同時(shí)不使過(guò)多的萘帶到塔頂。而精餾塔塔底溫度高低應(yīng)保證塔頂工業(yè)萘產(chǎn)品合格，塔底洗油的萘含量隨溫度升高而降低，洗油萘含量一般應(yīng)控制在5%以下，應(yīng)為洗油產(chǎn)量遠(yuǎn)大于酚油，所以，洗油帶走的萘是造成萘損失的主要原因。5.塔底循環(huán)比：即洗油循環(huán)量對(duì)采出量之比。萘的回收率與循環(huán)比有較好的相關(guān)性，循環(huán)比大，萘的回收率高，洗油中萘含量低，相反，則萘回收率低，洗油中萘含量高。6.萘回收率的控制：萘回收率是衡量精餾和其它分離精制方法的重要指標(biāo)：萘回收率與加工的原料有密切關(guān)系，對(duì)萘油餾分一般大于97%,對(duì)萘洗混合餾分為96~97%,酚萘洗三混餾分制取萘的質(zhì)量指標(biāo)范圍為95～98%。7.連續(xù)精餾制取工業(yè)萘全年工作日330天，每日工作時(shí)間24h,三班制。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)本工藝優(yōu)點(diǎn)：萘的回收率高，工業(yè)萘質(zhì)量高，工藝容易控制，萘損失較小，熱效率高，操作費(fèi)用和成本較低，且操作穩(wěn)定。缺點(diǎn)：設(shè)備多，工藝流程復(fù)雜，能量消耗較大。2.2初餾塔的工藝計(jì)算1.計(jì)算依據(jù)：①原料處理量：由于焦油蒸餾一塔式工藝切取三混餾分產(chǎn)率為18～23%[13]該工藝取20%,因此原料處理量：②原料組成見(jiàn)表1-1141其中已洗酚萘洗三混餾分中萘含量占52.0%[13]組分分子式沸點(diǎn)/℃相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)%摩爾分?jǐn)?shù)%質(zhì)量處理量kg/h摩爾處理量1,2,4-三甲苯茚對(duì)甲酚四氫化萘萘硫雜茚CgH?S二甲酚喹啉β-甲基萘CuH?o二甲基萘范C?H?o合計(jì)該工藝假設(shè)輕關(guān)鍵組分在餾出物中的濃度為0.32(摩爾分?jǐn)?shù)),輕關(guān)鍵組分在殘液中的濃度為0.01(摩爾分?jǐn)?shù))。設(shè)：塔頂餾出物的摩爾分?jǐn)?shù)為D,釜液摩爾數(shù)為W。則物料平衡關(guān)系式為：D+W=52.69①華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)0.32D+0.01W=52.69×3.51%②沸點(diǎn)低于四氫化萘的各組分可以認(rèn)為全部被蒸出，沸點(diǎn)高于萘的各種餾分可以認(rèn)為全部留在殘液中。則初餾塔的物料平衡如下表。見(jiàn)表1-2表1-2初餾塔的物料平衡原料餾出物殘液組分1,2,4-三甲摩爾分?jǐn)?shù)%摩爾分?jǐn)?shù)%摩爾分?jǐn)?shù)%苯茚對(duì)甲酚四氫化萘萘硫雜茚二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì)1.塔操作條件的確定(1)操作壓力的確定：由于初餾塔為近常壓操作。因此設(shè)塔頂壓力為102.6(2)操作溫度塔頂溫度的確定采用泡點(diǎn)法。對(duì)于這幾種組分設(shè)塔頂蒸汽組成。1,2,4-平衡的液相組成為x?,x?……x;;各組分在塔頂下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為P°,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),塔頂操作總壓力P。根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關(guān)系式為：Py?=P°x?;Py?=P?°x?……Py=Px?。由于相平衡常數(shù),故錯(cuò)誤!未找到引用源。因此，對(duì)任一組分而言對(duì)于11種組分：選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔頂溫度下的蒸氣壓為P即得：根據(jù)相平衡常數(shù)定義：錯(cuò)誤!未找到對(duì)于本工藝視氣相為理想氣體，液相為理想溶液，則錯(cuò)誤!未找到,因此，由于沸點(diǎn)高于萘的組分全部蒸出，采用試差法確定塔頂溫度，由于對(duì)于雙塔工藝塔頂蒸氣溫度控制在190~200℃[16設(shè)塔頂溫度為190℃.在190℃下對(duì)應(yīng)的塔頂各組分的飽和蒸氣壓分別為各組分的α(取以萘為基準(zhǔn)，取其α=1)則各組分的α及其值列于表1-3華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)組分ayd1,2,4-三甲苯茚對(duì)甲酚四氫化萘萘1合計(jì) —由于萘在190℃下相平衡常數(shù)而、錯(cuò)誤床找到月用源。且樣的方法進(jìn)行試差結(jié)果如下表。偏高因此設(shè)塔頂溫度為195℃,則用同,組分aya1,2,4-三甲苯茚對(duì)甲酚四氫化萘萘合計(jì)—而萘在195℃下相平衡常數(shù)根據(jù)液相等溫線方程來(lái)確定塔底溫度，設(shè)塔底壓力為P,將液相視為理想溶液、氣相為理想氣體。則：華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度的定對(duì)于該工藝確定塔底溫度時(shí)，同樣采用試差法確定塔底溫度硫雜茚的蒸氣壓的確定：用Riedel法確定1A=10.28521978,B=10.5790832,C=-5.077540306,D=0.293863422。設(shè)塔底溫度為235℃即：508.15K則根據(jù)上式得硫雜茚的蒸氣壓為129.24kPa。將組分名稱(chēng)xα四氫化萘萘硫雜茚3,4-二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì)— 235℃下萘的相平衡常數(shù)重華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)組分名稱(chēng)Xa四氫化萘萘硫雜茚3,4-二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì) 由表看出242℃下萘的相平衡常數(shù)(2)理論板及回流比的確定①最小理論板數(shù)的確定根據(jù)物料衡算平衡數(shù)據(jù)知：輕關(guān)鍵在餾出物和釜液的濃度為：X??=0.32,X?w=0.01根據(jù)芬斯克方程計(jì)算最小理論板數(shù)(不包括再沸器):所以最小理論塔板數(shù)N=23.35-1=22.35,②求最小回流比R華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)X?p=0.32,X?y=3.51%,Xup=0.0776,根據(jù)柯?tīng)柋痉ㄓ?jì)算公式，計(jì)算最小回流比Xy=54.52%(3)實(shí)際板數(shù)的確定操作回流比取為R=1.4R。=1.4×33.72=47.21,(4)進(jìn)料板位置的確定采用沸點(diǎn)進(jìn)料，設(shè)精餾段和提餾塔板數(shù)分別為n和m,則按kirbride提出的經(jīng)驗(yàn)公式15求得n和m。n+m-1=Nn+m-1=39將上式聯(lián)立解得：n=22,m=18精餾段實(shí)際塔板數(shù)為即加料板位置為從上往下數(shù)37層塔板。2.2.3初餾塔工藝負(fù)荷計(jì)算1精餾段氣相、液相負(fù)荷①精餾段氣相負(fù)荷由于無(wú)側(cè)線采出按式V=D+L(δ-1),計(jì)算，而L=RD華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)式中r—酚油汽化勢(shì)kcal/kg,t?—塔頂氣相溫度，℃,t?—酚油回流溫度，℃,在塔頂狀態(tài)下氣相流量：氣相重度的計(jì)算：由于酚油平均分子量M=120l13]②精餾段液相負(fù)荷精餾段液相負(fù)荷按下式計(jì)算：L?=Lδ=RDδ=47.21×4.268×1.64=330.45kmol/h=33098kg/h酚油餾分在塔頂溫度下的重度按式γ,=d-α(1-20)式中，a—系數(shù)(酚油取0.0008)①提餾段的氣相負(fù)荷式中錯(cuò)誤!未找到引用源。F—入塔原料量kmol/h萘洗混合餾分的平均沸點(diǎn)tx=235℃,該工藝的進(jìn)料溫度取250℃。t;,t?一分別為進(jìn)料塔板和入塔物料的溫度℃,cj,c?一分別為混合餾分在0～235℃,0～250℃的平均比熱kcal/kg。源。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)在進(jìn)料塔板狀態(tài)下氣相流量為：②提餾段液相負(fù)荷液相負(fù)荷按下式計(jì)算：L=L?+Fδ=330.45+52.69×0.886=377.13kmol/h式中，系數(shù)α=0.0008精餾段、提餾段的氣液相負(fù)荷見(jiàn)下表1-7。表1-7不同區(qū)域的氣相、液相計(jì)算值名稱(chēng)精餾段提餾段氣相流量V?、V?氣相重度Yv、Yv液相流量L,L?液相重度Y,、Yt5062.9m3/h或1.406m3/s38.88m3/h或0.0108m3/s4570.51m3/h或1.27m3/s62.21m3/h或0.017m31塔徑的計(jì)算①精餾段塔徑計(jì)算C?—液體表面張力為20dyn/cm時(shí)物系的smith系數(shù)。取板間距Hr=0.40m,塔板上清液層高度h=0.060m,則分離空間為：H?-h?=0.400-0.060=0.340m酚油在塔頂溫度下的表面張力，按下式計(jì)算查手冊(cè)知酚油在100℃下表面張力σ=28.3dyn/cm,β=0.123Og?=28.3-0.123×(196-100)=16.492d0.8)Wm[13,W=0.80×0.914=0.713m/s②提餾段塔徑計(jì)算華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)未找到引用源。100℃下查得酚油、工業(yè)萘、洗油的表面張力分別為：28.3dyn/cm,29.95dyn/cm,,33.6dyn/cm0245M=28.3-0.123×(235-100)=11.70dyn/cm錯(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤!未找到引用源。因此原料在235℃下的表面張力：設(shè)計(jì)采用空塔速度：W=0.80×0.821=0..657m/s因此選用初餾塔徑D=1600mm。則，塔截面積錯(cuò)誤!未找到引用源。將精餾段、提餾段的工藝計(jì)算值列于下表，見(jiàn)表1-8精餾段提餾段空塔速度m/s華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2初餾塔有效高度的計(jì)算2.2.5初餾塔塔板主要工藝尺寸的計(jì)算1溢流裝置計(jì)算選用溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。①堰長(zhǎng)的計(jì)算常用弓形降液管的溢流堰長(zhǎng)度對(duì)于單流型lw=(0.6～0.8)D該工藝取0.75,②溢流堰高度hw:hw=h?-how錯(cuò)誤!未找到引用源。,取平直堰則錯(cuò)誤!式中E—液流收縮系數(shù)。取E=1,故③弓形液管寬度W。和面積A,由于,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)液體在降液管的停留時(shí)間：由于θ>5s故降液管尺寸可用。④降液管底隙高度h,錯(cuò)誤!未找到引用源。2塔板位置及浮閥數(shù)目與排列對(duì)于V-1型浮閥而言，板上所有浮閥剛剛?cè)_(kāi)時(shí)，而F。的數(shù)值常在9～12因此，精餾段的閥孔氣速：錯(cuò)誤!未找到引用源。提餾段的閥孔氣速：因此，精餾段每層塔板上的浮閥數(shù)：對(duì)于V-1型浮閥標(biāo)準(zhǔn)孔徑為華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)取邊緣區(qū)寬度W=0.06m,破沫區(qū)寬度W,=0.10m,則鼓泡區(qū)的面積：孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)提餾段：錯(cuò)誤!未找到引用源。m/sF=u?√=5.61×√3.16=9.97提餾段：錯(cuò)誤!未找到引用源。由于閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大仍在9～12之間，塔板開(kāi)孔率在規(guī)定范圍之內(nèi)開(kāi)孔率合理。h,=h?+h?+h?=0.032+0.021=0.053m②液泛H?≤φ(H?+hw)20),H?=h,+h+h?,H?=h?+h+h?=0.053+0.06+0.00344=0.117m③霧沫夾帶液柱可見(jiàn)H≤φ(H?+hy)泛=56.20%對(duì)于大塔泛點(diǎn)率<80%即可滿足要求由于以上兩泛點(diǎn)率均小于80%,故霧沫①氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降h,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)m由于本設(shè)備分離酚油和萘洗油的混合液。即液相為油類(lèi)，因此取充氣系數(shù)②液泛H?′=h,+h1+h?,③霧沫夾帶泛點(diǎn)率=錯(cuò)誤!未找到引用源。,錯(cuò)誤!未找到引用源。=56.03%②液泛線而孔徑d?？讛?shù)n?亦為定值。因此化簡(jiǎn)上式得L,與V,的關(guān)系為：0.01701V2=0.1742-29.5139L-0表1-10華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)L、/(m3/s)V(m3/s)據(jù)表1-10做出液泛線③液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3～5s。以5s作為液體在降液管中停留時(shí)間下限。11因此，以錯(cuò)誤!未找到引用源。s作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線。⑤液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度錯(cuò)誤!未找到引用源。m作為液相負(fù)荷下限條件，計(jì)算L,的下限值根據(jù)以上計(jì)算作出塔板負(fù)荷性能圖華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖由圖可以看出按規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P,處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。塔板液相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液線控制。查圖1知，氣相負(fù)荷上限(V)max=2.10,氣相負(fù)荷下限(V?)min=0.706,錯(cuò)誤!未找到引用源。(2)提餾段塔板負(fù)荷性能圖①霧沫夾帶線,按泛點(diǎn)率為80%計(jì)算錯(cuò)誤!未由于霧沫夾帶線為直線故任取兩點(diǎn)，列于表1-11表1-11華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)錯(cuò)誤!未找到引用源。/m3/s表1-12L。/m3/sV?/m3/s根據(jù)上表做出液泛線③液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在液降管中停留時(shí)間不低于3~5s。以5s作為液體在降液管中停留時(shí)間下限。對(duì)于V-I型重閥根據(jù)錯(cuò)誤!未找到引用源。計(jì)算，則,而華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),因此以錯(cuò)誤!未找到引用源。s作為規(guī)錯(cuò)誤!未找到引用源。據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線。⑤液相負(fù)荷下限線根據(jù)以上計(jì)算作出塔板負(fù)荷性能圖圖5初餾塔提餾段負(fù)荷性能圖由圖可以看出，操作點(diǎn)P在范圍之內(nèi)，塔板氣相負(fù)荷上限控制下限由漏液控制。操作彈性為則初餾塔浮閥塔板設(shè)計(jì)結(jié)果列于下表。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)精餾段提餾段備注塔板形式單溢流弓形單溢流弓形液分塊式塔板空塔氣速u(mài)/(m/s)堰長(zhǎng)lw/m板上液層高度h,/m降液管底隙高度h?/m正三角形叉排閥孔氣速/m3/s臨界閥孔氣速/m3/s孔心距t/m單板壓降△P,/Pa液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θ/s液降管內(nèi)清液層高度H/m泛點(diǎn)率/%氣相負(fù)荷上限(V?)maxm3/s氣相負(fù)荷下限(V)minm3/s操作彈性華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)組分，該工藝要求提取含萘大于95%的產(chǎn)品，因此規(guī)定殘液中輕關(guān)鍵組分含量為2%(摩爾分?jǐn)?shù))重關(guān)鍵在餾出液中含量為0.3%(摩爾分?jǐn)?shù))組分分子式沸點(diǎn)/℃相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)%質(zhì)量處理量kg/h摩爾處理量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)%四氫化萘萘硫雜茚C?H?S二甲酚喹啉β-甲基萘CH?o二甲基萘范C??H?o合計(jì)令萘原料組成相對(duì)揮發(fā)度分別為α?、αs……a?查相關(guān)資料知相對(duì)揮發(fā)度數(shù)由于進(jìn)料量為48.422kmol/h,從相對(duì)揮發(fā)度可以看出硫雜茚、二甲酚、喹啉為中間組分，初定流出液和釜液的分配比然后校正。則初定的分配比列于下表，組分進(jìn)料流出液d;四氫化萘萘28.394-0.02w硫雜茚二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì)DW0.482+28.394-0.02W+0.61+0.09+0.129+0.03D=D①華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)②0.02W+0.05+0.016+0.09+12.324-0.003D+4.918+1.407=W②w?=0.660-0.633=0.027kmol/hw?=0.219-0.004=0.215kmol/h,由于與初定值偏差較大，故直接迭代重做物料衡算，見(jiàn)表2-3華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)組分進(jìn)料流出液d;四氫化萘萘28.394-0.02w硫雜茚二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范—合計(jì)DW0.482+28.394-0.02W+0.633+0.101+0.004+0.03D=D①0.482+28.394-0.02W+0.633+0.101+0.004+0.03D=D①根據(jù)芬斯克方程知：w?=0.660-0.633=0.027華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)w?=0.116-0.101=0.015kmol/h偏差較小故最終物料衡算得到的物料平衡列于下表。組分?jǐn)?shù)量原料摩爾分?jǐn)?shù)%餾出物數(shù)量摩爾分?jǐn)?shù)%殘液數(shù)量摩爾分?jǐn)?shù)%四氫化萘—萘硫雜茚二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì)1塔操作條件的確定由于初餾塔為近常壓操作。因此設(shè)塔頂壓力為105kPa。塔底氣相壓為150kPa(2)操作溫度的確定①塔頂溫度：塔頂溫度的確定采用泡點(diǎn)法。(7)-喹啉(8)-β-甲基萘(9)-二甲基萘Q0)-范(ID,分別為y?,ys……y?與y?,y;……y?成平衡的液相組成為x?,xs……各組分在塔頂下物質(zhì)的飽和蒸氣壓為P°,P·……P°,塔頂操作總壓力P。根據(jù)拉烏爾定律列出相平衡關(guān)系式為：華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)Py?=P?x?;Py?=P?xs……Py=Px?。分而言對(duì)于11種組分：選萘為基準(zhǔn)，設(shè)萘在塔頂溫度下的蒸氣壓為Px即得：根據(jù)相平衡常數(shù)定義：對(duì)于本工藝視氣相為理想氣體，液相為理想溶液，則錯(cuò)誤!未找到引用源。而相對(duì)揮發(fā)度的定義令則,由于沸點(diǎn)高于萘的組分全部蒸出，因此，采用試差法確定塔頂溫度，由于對(duì)于雙塔工藝塔頂蒸氣溫度控制在220℃,設(shè)塔頂溫度為220℃.在220℃下對(duì)應(yīng)的塔頂各物質(zhì)組成y及a(取以萘為基準(zhǔn)，取其α=1)則各組分的α及其值列于表2-5。組分p°/Kpaay四氫化萘萘硫雜茚二甲酚喹啉β-甲基萘華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)誤差9為：在允許誤差范圍內(nèi)。因此取塔頂溫度為220℃。②塔底溫度根根據(jù)液相等溫線方程來(lái)確定塔底溫度，設(shè)塔底壓力為P,將液相視為理想溶液、氣相為理想氣體。則：的定義因此，上式可簡(jiǎn)化為。根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度對(duì)于該工藝確定塔底溫度時(shí)同樣采用試差法確定塔底溫度由于塔底溫度一般控制在270℃左右，因此設(shè)塔底溫度為270℃,將270℃下x及α值列于表2-6。組分名稱(chēng)p°/KpaXa萘硫雜茚3,4-二甲酚喹啉β-甲基萘二甲基萘范合計(jì)—270℃下萘的相平衡常數(shù)錯(cuò)誤!未找到引用源。而(2)理論板及回流比的確定在允許誤差范圍內(nèi)，因此塔底溫度為270℃。①最小理論板數(shù)的確定②求最小回流比Rm選β-甲基萘為基準(zhǔn)時(shí)萘在塔頂塔底的相對(duì)揮發(fā)度分別為1.84,1.71(3)實(shí)際板數(shù)的確定操作回流比取為R=1.4R=1.4×2.07=2.9,取塔板效率η=0.6,則初餾(4)進(jìn)料板位置的確定設(shè)精餾段和提餾塔板數(shù)分別為n和m,則按kirbride提出的經(jīng)驗(yàn)公式3求得n和m。n+m-1=N華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)n+m-1=30將上式聯(lián)立解得：n=19,m=12精餾段實(shí)際塔板數(shù)為即加料板位置為從上往下數(shù)32層塔板。2.3.3精餾塔工藝負(fù)荷的計(jì)算1精餾段氣相、液相負(fù)荷精餾段氣相負(fù)荷由于無(wú)側(cè)線采出按下式計(jì)算，式中r—工業(yè)萘汽化勢(shì)kcal/kg,在塔頂狀態(tài)下氣相流量：L?=Lδ=RDδ=2.9×29.320×1.69=143.70kmol/h=18422.00kg/h式中α—系數(shù)(取0.0008)在塔頂狀態(tài)下的液相流量：①提餾段的氣相負(fù)荷提餾段的氣相負(fù)荷按下式計(jì)算萘洗混合餾分的平均沸點(diǎn)tx=240℃,該工藝的進(jìn)料溫度取235℃。tj,t?—分別為進(jìn)料塔板和入塔物料的溫度℃,cj,c?—分別為混合餾分在0～240℃,0～235℃的平均比熱kcal/kg。c?=0.473,c=0.470華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)②提餾段液相負(fù)荷kmol/hL?=L,+Fδ=143.70+48.422×1.038=193.96kmol/h查手冊(cè)[71知己進(jìn)料混合餾分在20℃的比重d?=1.028,式中，系數(shù)a=0.0008精餾段、提餾段的氣液相負(fù)荷見(jiàn)下表2-7表2-7不同區(qū)域的液相、氣相計(jì)算值名稱(chēng)精餾段提餾段氣相流量V、V3434.73m3/h或0.954m3/s3161.10m3/h或0.88m3/s氣相重度Yv、Yv液相流量L、L?液相重度Y,、Yt21.42m3/h或0.0060m3/s31.81m3/h或0.0088m3/sH?-h?=0.400-0.060=0.340m板間距與板上清液高度與精餾段相同錯(cuò)誤!未找到引用源。由不同分離空間下動(dòng)能參數(shù)與負(fù)荷系數(shù)之間的關(guān)系圖查得02復(fù)化素=13.51dyn/cm,錯(cuò)誤!未找到引用源。錯(cuò)誤!未找到引用源。因此原料華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)將精餾段、提餾段的工藝計(jì)算值列于下表，見(jiàn)表2-8精餾段提餾段空塔速度m/s2精餾塔有效高度的計(jì)算故初餾塔的有效高度：Z=12.4+6.8+0.8×2+5×0.40=22.4m2.3.5精餾塔板主要工藝尺寸的計(jì)算工業(yè)萘精餾塔采用V-1型浮閥1溢流裝置計(jì)算選用溢流弓形降液管，采用凹形受液盤(pán)。①堰長(zhǎng)的計(jì)算常用弓形降液管的溢流堰長(zhǎng)度對(duì)于單流型ly=(0.6～0.8)D該工藝取0.75,則lw=0.75×1.4=1.05m②溢流堰高度hw:hw=h?-how錯(cuò)誤!未找到引用源。,取平直堰則錯(cuò)誤!式中E—液流收縮系數(shù)。取E=1,故，精餾段：由于板上液層高度錯(cuò)誤!未找到引用源。m,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)提餾段的閥孔氣速因此，精餾段每層塔板上的浮閥數(shù)對(duì)于V-1型浮閥標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39mm!20]取邊緣區(qū)寬度W.=0.06m,破沫區(qū)寬度W?=0.10m則，鼓泡區(qū)的面積取同一橫排的閥孔中心距則排間距t=75mm=0.075m,由于塔徑過(guò)大，必須采用分塊式塔板，分成四塊，由于浮閥排數(shù)為11。中間排17個(gè)，因此閥孔數(shù)為：n=142。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)由于閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大仍在9～12之間，塔板開(kāi)孔率在規(guī)定范圍之內(nèi)開(kāi)孔率合理。1精餾段塔板流體力學(xué)的驗(yàn)算h,=h.+h+h?h?—液面張力所造成的阻力。液柱，由于本設(shè)備②液泛為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度泛點(diǎn);=46.15%華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)對(duì)于大塔泛點(diǎn)率<80%即可滿足要求由于以上兩泛點(diǎn)率均小于80%,故霧沫2提餾段塔板力學(xué)驗(yàn)算錯(cuò)誤!未找到引用源。因此，干板阻根據(jù)式錯(cuò)誤!未找到引用源。計(jì)算由于本設(shè)備分離酚油和萘洗油的混合液。即液相為油類(lèi)，因此取充氣系數(shù)h,=h+h'+h?=0.032+0.021=0.053m則單板壓降：錯(cuò)誤!未找到引用源。②液泛為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生要求控制降液管中清液層高度：H?≤φ(H?+hw),H?=h,+h?+h?,H?=h+h+h?=0.053+0.06+0.0030=0.116m。取φ=0.5,則，錯(cuò)誤!未找到引用源。,②霧沫夾帶泛點(diǎn)率=錯(cuò)誤!未找到引用源。,錯(cuò)誤!未找到引用源。=47.29%3塔板負(fù)荷性能圖②液泛線華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)為值，m?.與以的發(fā)系為在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)L,值計(jì)算出相應(yīng)V,值，列于表2-10據(jù)表2-10做出液泛線③液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3～5s。以5s作為液體在降液管中停留時(shí)間下限。求出上限液體流量L,值。在V-L,圖上液相負(fù)荷上線為與氣體流量V,無(wú)關(guān)的豎直線④漏液線據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線。⑤液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度錯(cuò)誤!未找到引用源。m作為液相負(fù)荷下限條件，計(jì)算L,的華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)下限值根據(jù)以上計(jì)算作出塔板負(fù)荷性能圖圖6精餾塔精餾段塔板負(fù)荷性能圖由圖可以看出，按規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。塔板氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，下限由漏液線控制。查圖6知?dú)庀嘭?fù)錯(cuò)誤!未找到引用源。(2)提餾段塔板負(fù)荷性能圖①霧沫夾帶線由于泛點(diǎn)率妝花點(diǎn)平為80%山算甜呋!不找到引用源。與L華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)由于霧沫夾帶線為直線故任取兩點(diǎn)，列于表2-11表2-11L?/m3/s錯(cuò)誤!未找到引用源。/m3/s②液泛線在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)L,值，計(jì)算出相應(yīng)V,值列于表2-12表2-12根據(jù)上表做出液泛線③液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在液降管中停留時(shí)間不低于3~5s。以5s作為液體在降液管中停留時(shí)間下限。華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)無(wú)關(guān)的豎直線④漏液線對(duì)于V-I型重閥根據(jù)錯(cuò)誤!未找到引用源。計(jì)算，則,而錯(cuò)誤!未找到引用源。據(jù)此做出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線。⑤液相負(fù)荷下限線根據(jù)以上計(jì)算作出塔板負(fù)荷性能圖華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖7精餾塔提餾段塔板負(fù)荷性能圖由圖5可以看出，操作點(diǎn)P在范圍之內(nèi)，塔板氣相負(fù)荷上限控制下限由漏液線控制。操作彈性為則，精餾塔浮閥塔板設(shè)計(jì)結(jié)果列于下表。 表2-13板間距H?/m塔板形式空塔氣速u(mài)/(m/s)堰長(zhǎng)lw/m堰高h(yuǎn)w/m板上液層高度h,/m降液管底隙高度h?/m閥孔氣速/m3/s閥孔動(dòng)能因數(shù)F?臨界閥孔氣速/m3/s孔心距t/m排間距t/m單板壓降△P,/Pa液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間θ/s液降管內(nèi)清液層高度H/m泛點(diǎn)率/%氣相負(fù)荷上限(V?)maxm3/s氣相負(fù)荷下限(V?)minm3/s操作彈性精餾段單溢流弓形提餾段單溢流弓形降液管備注分塊式塔板正三角形叉排2.4機(jī)械校核1精餾塔高度的計(jì)算H=Z+H?+H?+H?+H?,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)mo?=V??·P?=[0.1309×(D,+2S,+2δ)2+0.785×(D,+2S,0.1309×(D,+2S,)2-0.華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)將塔分成5段如圖8,塔的各種質(zhì)量載荷列于表3-1華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)圖8塔分段示意圖塔段長(zhǎng)度4-頂合計(jì)人孔與平臺(tái)數(shù)塔板數(shù)000018337各塔段最小質(zhì)量全塔操作質(zhì)量全塔最小質(zhì)量m?=mo+m?+mo?+m??+mos+m?+m?=37261.86水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量塔段長(zhǎng)度mmin=mo?+0.2mo?+mo?+mo?+m?+m。=23841.46mmx=mo+mo?+mo?+mo?+my+m?+m,=71613.362風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩的計(jì)算q?錯(cuò)誤!未找到引用源?！?0m處基本風(fēng)壓，取350N,以1-2段為例：計(jì)算錯(cuò)誤!未找到引用源。,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(a)D?=D??+2δ+K?+K?,(b)D6--設(shè)備保溫層厚度，取100mm。錯(cuò)誤!未找到引用源。,(b)D?=D?+2δ+K?+d?+2δ=1420+2×1P?=K?K?9?f?I?D?×10?=0.7×1.123×350×0.72×2000×2220×10-?計(jì)段K?/mmmmP110230華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)345(1)風(fēng)彎矩的計(jì)算①0-0截面②1-1截面③2-2截面=7.71×10?N·mm3地震載荷的計(jì)算①對(duì)于0-0截面，計(jì)算截面距地面高度h=0m華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)=2.6937×10?N·mm②對(duì)于1-1截面，計(jì)算截面距地面高度h=1000m=2.5721×10°N·mm③對(duì)于2-2截面，計(jì)算截面距地面高度h=3000(2)操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力錯(cuò)誤!未找到引用源。①0-0截面A=31820mm2,華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)③2-2截面(1)最大彎矩引起的軸向應(yīng)力錯(cuò)誤!未找到引用源。①0-0截面最大彎矩取下列兩式中較大者②1-1截面彎矩取下式中較大者華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)③2-2截面彎矩取下式中較大者5、塔體和裙座危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核(1).塔體的最大組合軸向拉應(yīng)力發(fā)生在正常操作的2-2截面上σ2-2=G?-02-2+03-2=6.56-9.82+62.64=59.38MPa工作溫度下的許用應(yīng)力[o]'=148.8MPa,取φ=1.0,取載荷組合系數(shù)K=1.2σ22=59.38<K[o]'φ=178.56MPa,滿足要求。(2)塔體與裙座的穩(wěn)定性校核①2-2截面塔體的最大組合軸向壓應(yīng)力發(fā)生在停車(chē)的2-2截面上σ=97.24MPa<KB=1.2×83=99.6,K[o]'=1.2×14華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)③0-0截面o=85.05MPa<KB=1.2×83=99.6,K[o]'=1.2×148.8=178.56MPa滿足要求。6、塔體水壓試驗(yàn)和吊裝時(shí)的應(yīng)力校核(1)水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力：(2)水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核①筒體環(huán)向應(yīng)力校核0.9σ,φ=0.9×345×1.0=310.5MPa,式中，σ—材料的屈服點(diǎn)②最大組合軸向拉應(yīng)力校核0.9Koφ=0.9×1.2×345×1.0=372.6MPa③最大組合軸向壓應(yīng)力校核σmx<KB=1.2×83=99.6MPa,0.9Ko,φ=372.6MPaA=0.785(D2-D2)=0.785×(17002-11002)=1318800華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)M=0.08266σmaxl2=0.08266×2.57×1602=5579.16N-mm故取較大者M(jìn),=7455.06N-mm。按有筋板時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度圓整后取S,=20mm(1)地腳螺栓最大拉力(2)地腳螺栓根數(shù)進(jìn)入冷凝冷卻器的酚油量：D=4.268kmol/h,錯(cuò)誤!未找到引用源。由于酚油的分子量為120;故D=4.268×120=512.16kg/h由前面計(jì)算知塔頂溫度為195℃,因此設(shè)酚油進(jìn)口溫度為195℃,出口溫度為100℃,查手冊(cè)知酚油汽化熱為設(shè)冷卻水進(jìn)、出口溫度分別為t?=30℃,t?=45℃,錯(cuò)誤!未找到引用源。酚油和冷卻水之間的對(duì)數(shù)平均溫差：查手冊(cè)知冷凝階段傳熱系數(shù)為K=150kcal/m2h℃查資料知冷卻階段傳熱系數(shù)100kcal/m,冷卻階段的換熱面積：Q=29.32×128.2×0.58×(2(1)管式爐的有效熱量①原料入塔熱量的計(jì)算：華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)②塔頂回流帶入熱量：由于酚油在0~100℃的平均比熱為0.38kcal/kg·℃q?=47.21×4.268×1.64×120×0.38×100=1506840kcal③循環(huán)油帶入熱量：設(shè)所需熱油循環(huán)量為xkg/h,設(shè)循環(huán)油入塔溫度為280℃,則0~280℃洗油的q?=x·0.49×280=137.2xkcal/hq=q?+q?+q?=848485.2+1506840+137.2x=2355325.2+137.2x①塔頂蒸汽帶出熱量：由于0~195℃的平均比熱為0.46kcal/kg·℃,而195℃酚油汽化熱為q?=[4.268+47.21×4.268×(1.64-1)×120×(0.46×195+81.5)]=2744288kcal/h0~242℃是洗油的平均比熱為0.47kcal/kg·℃q?=(x+48.422×139.59)×242×0.47=113.74x+768794.48kcal/h華北理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)q'=q?+q?=2744288+113.74x+768794.48=3513082.5+113.74xq=q',即2355325.2+137.2x=3513082.5+113.74x需要熱油循環(huán)供給的熱量為：Q?=49350×(0.49×280-0.47×242)=1157751kcal/h,式中，0.38為0~85℃的平均比熱。初餾塔管式爐的有效熱量為：Q=Q+Q?=1157751+620101.27=1777852.27kcal/h取管式爐的熱效率為η=70%,則管式爐總熱量為：(2)管式爐消耗的煤氣量(1)管式爐的有效熱量輸入熱量：①原料入塔熱量的計(jì)算：由于原料0~235℃時(shí)的平均比熱為0.47kcal/kg.℃②塔頂回流帶入熱量：由于酚油在0~110℃的平均比熱為0.398kcal/kg·℃q?=2.9×29.32×1.69×128.2×0.398×110=806515.00kcal③循環(huán)油帶入熱量：設(shè)所需熱油循環(huán)量為xkg/h,設(shè)循環(huán)油入塔溫度為310℃,則0~310℃洗油的平均比熱為0.508