产150万吨焦化厂溶剂萃取脱酚工段的初步设计.doc

摘要 焦化废水是煤在高温干馏过程中以及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等几十种污染物，成分复杂，污染物浓度高、色度高、毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水。它的大量排放给环境带来了严重污染，有害于人类健康及生物的生长繁殖，并且影响经济的可持续发展。同时酚类物质在工业、农业、国防、医药卫生等方面又有着广泛的应用。因此从废水中回收酚类化合物是变废为宝的环保项目。本设计采用溶剂萃取脱酚法，以二异丙基醚作为萃取剂，采用精馏法再生。在设计中主要探讨了高浓度含酚废水的处理工艺、进行了主要设备的选型和计算，完成了溶剂萃取脱酚工段的设计说明书，流程图、脉冲萃取塔装配图、平面布置图等相关任务。 关键词 含酚废水 萃取脱酚 异丙醚 精馏再生目录摘要I第1章 概述11.1设计的目的和意义11.2粗酚的质量指标、市场需求、价格11.2.1粗酚的质量指标11.2.2市场需求11.2.3 产品价格分析及预测41.3粗酚的组成及物性参数41.4设计地区的气候条件错误！未定义书签。1.4.1气象条件错误！未定义书签。1.4.2地震烈度错误！未定义书签。第2章 工艺论证52.1工艺路线论证52.1.1萃取脱酚原理52.1.2含酚废水的处理方法52.1.3工艺参数142.2工艺设备论证142.2.1萃取塔设备的选择142.2.2再生塔设备的选择162.3萃取剂的性能及其选择依据172.3.1萃取剂的性能172.3.2 萃取剂选择条件172.4工艺流程182.5影响萃取效率的因素192.5.1油水体积比192.5.2萃取温度192.5.3废水的pH值202.5.4萃取混合时的震荡频率(搅拌强度)20第3章 工艺详述203.1工艺原理203.2工艺流程213.3溶剂脱酚的操作制度24第4章 工艺计算254.1产品产量及原料消耗254.1.1基础数据254.1.2异丙醚溶剂油耗量254.2脉冲萃取塔参数计算15264.2.1塔板数264.2.2筛板结构参数274.2.3处理能力的计算294.2.4塔径的计算304.2.5塔高的计算324.2.6萃取塔轴功率324.2.7氨水溢流管354.3精馏再生塔计算16374.3.1精馏塔的物料衡算374.3.2塔板数的确定384.3.3精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算404.3.4精馏塔的塔体工艺尺寸的计算444.3.5塔板主要工艺尺寸的计算474.3.6筛板的流体力学验算504.3.7塔板负荷性能图554.4氨水冷却器644.5复蒸釜及柱654.5.1再生釜654.5.2蒸馏柱664.6带油水分离器的冷凝冷却器664.6.1精馏加热用蒸汽量664.6.2冷却器664.7储槽的计算674.7.1原料氨水槽674.7.2脱酚后油水分离器674.7.3氨水中间槽674.7.4循环溶剂油槽684.7.5新溶剂油槽684.7.6乳化物槽684.7.7焦油中间槽684.7.8地下放空槽684.7.9扬液槽684.8泵的选取694.8.1原料氨水泵694.8.2循环溶剂油泵694.8.3精酚泵694.8.4脱酚后氨水泵694.8.5送焦油泵694.8.6乳化物泵694.8.7液下泵70第5章 厂区布置说明725.1厂房布置原则725.2设备布置方案72第6章 非工艺部分设计746.1 车间定员746.1.1岗位基本任务746.1.2岗位基本职责746.1.3岗位定员746.2仪表安装注意事项756.3消防器械的管理756.4防火防爆等级766.5土建766.6产品运输注意事项76第7章 技术经济分析777.1投资估算777.1.1 征地费777.1.2 建筑面积费用777.1.3 设备费777.1.4 设备安装及管线费787.1.5电气仪表费（含安装费）787.1.6技术开发转让费（含人工培训费）787.1.7不可预见费787.1.8固定资产投资787.1.9建设期利息（一年计）787.1.10固定资产总投资797.1.11流动资金797.1.12项目总投资797.2 成本核算797.2.1单耗797.2.2动力消耗797.2.3加工费807.2.4设备维修折旧费807.2.5车间成本807.2.6工厂管理费807.2.7工厂成本817.2.8销售费用817.2.9年销售成本817.2.10年销售税金817.2.11年销售利润(毛利润)：817.2.12年所得税817.2.13年纯利润817.3经济效益评估817.3.1投资回收期（静态）827.3.2投资利润率（年）837.3.3投资利税率83参考文献86第1章 概述1.1设计的目的和意义 酚是一种芳香族碳氢化合物的含氧衍生物。酚类化合物种类繁多,有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、萘酚、氯酚等,其中苯酚、甲酚污染最突出。含酚废水是危害十分严重的工业废水之一。酚类物质对生物活体均能产生毒害，它可通过皮肤及粘膜的接触而吸入或经口腔侵入体内，与细胞原浆中蛋白质接触后，形成不溶性蛋白质，使细胞失活。一般低浓度酚可使蛋白质变性，高浓度酚则使蛋白质凝固，并继续向体内渗透，引起组织损伤、坏死乃至使生物体中毒。因此，如何合理而有效地处理含酚废水是环境保护及综合利用的重要研究课题。1-2 随着近代化学工业的迅猛发展, 对酚类物资的需求量日益增加。酚类物资的用途十分广泛,利用酚可以制作酚醛树脂、黏合剂、增塑剂、炸药、染料、颜料、杀菌剂、防腐剂、医药、香料、合成纤维等等, 总之酚类物质在工业、农业、国防、医药卫生等方面有着广泛应用, 因此, 回收废水中的酚既达到了净化含酚废水的目的, 同时又变废为宝, 利用回收的酚为我们人类服务。从这些含酚废水中提取酚类物质既可回收利用资源，又可减少环境污染。真正实现社会效益、经济效益和环境效益三者的统一。1.2粗酚的质量指标、市场需求、价格 1.2.1粗酚的质量指标：含酚95%以上；溶剂油90%、易挥发、损失高4洗油14161.031.07230300价廉易再生、操作安全、但乳化严重不易分离5精苯油230.870165200不易乳化、油水分层快、萃取率90%、但价格较高65%N-50310+95%煤油8100.8040.809煤油:180 290N503:1555萃取率高、损耗低、操作稳定、脱酚效率90%，但价格较贵7 二异丙基醚11-12200.72668.5萃取效率90%、不易乳化、分配系数较高、回收溶剂的费用较低 1.溶剂选择性系数=Kxar/xae小于或大于1均可，但又取决于K值，K值越大分离效果越好； 2.溶剂回收应容易，一般在萃取器上部引出后到精馏再生塔与过热蒸汽接触使酚与萃取剂分离； 3.溶剂的物理性质应与被萃取物质的密度间有足够的差别。要求：溶剂不易乳化、在水中溶解度小、蒸汽压低、毒性小、着火点高、易于再生、腐蚀性小； 4.溶剂的化学性质要求有化学稳定性，完全不与被分离的化学介质起化学反应，且有热稳定性。 经过对比本设计采用二异丙基醚作为萃取剂。 2.4工艺流程 在含酚废水中加入萃取剂，使酚溶入萃取剂。含酚溶剂用蒸馏再生，酚以的单质的形式回收，蒸馏出的溶剂循环使用。工艺流程如下图：图24 工艺流程 将高浓度含酚废水流入氨水池均化，池底的焦化类物质定期抽出。高浓度含酚废水经焦碳过滤器除油，使出水符合进生化处理装置的要求。吸附油的焦碳定期用蒸汽吹脱。除油后的含酚废水经冷却器冷却至5565进入萃取塔上部。萃取剂选用二异丙基醚，由循环油泵打入萃取塔底部。溶剂油与高浓度含酚废水在萃取塔中逆流接触，绝大部分酚转移至溶剂油中，溶剂油由萃取塔顶溢流进入精馏塔，萃取剂遇热后变为油蒸汽由塔顶溢出后进入循环油槽，循环使用。塔底流出的粗酚进入精酚工段。萃取后的含酚废水由萃取塔排出，经蒸氨脱除部分氨，再与其它废水混合，进入隔油池除油，然后经过调节池调节水质水量后，进入生化处理流程。 2.5影响萃取效率的因素 2.5.1油水体积比 油水比大就相当于增大萃取剂的比重，理论上说油水比越大，分配系数与酚的去除率越高，萃取效果越好，但油水比增大的同时，萃取剂的循环量会也随着增大，成本也随之增加。所以从多方面考虑油水比也不是越大越好。 2.5.2萃取温度 温度对萃取与再生过程都有重要影响。一般说来，萃取时的温度高些较好，可以加快溶液中分子的运动速率，有利于破乳，有利于萃取剂与水分离，还能加速水和油的传质过程。但温度过高，萃取剂在水中的溶解度增大，而随水带走的损失量增加，温度过高，还易产生液泛反而影响效率。特别要提到的是，当温度超过60时，溶液中的酚类会挥发，造成生产过程的失控。 2.5.3废水的pH值 由于酚只能在酸性或中性条件下稳定存在，所以含酚废水一般呈酸性或中性。根据酚的性质，如果溶液偏碱，酚将以酚盐形式存在，其结果只有很少量的酚与有机碱络合反应，从而不利于酚的络合萃取，而如果溶液酸度过高，有机碱加入的大部分又与无机酸反应，同样不利于酚的络合萃取。因此，溶液pH值也有其适当的范围。 2.5.4萃取混合时的震荡频率(搅拌强度) 为了让萃取剂和含酚废水能充分混合。要对溶液进行搅拌，而搅拌强度和振幅及频率有关，振幅过小，分散不好，脱酚效率下降；振幅过大，则影响轻相上升，使生产能力降低。第3章 工艺详述3.1工艺原理 a）萃取原理13：液液萃取是分离液体混和物的一种方法，若一溶液内含有A、B两组，为将其分离，可使用溶剂C加入到溶液中利用液体混和物各组份在溶液C中溶解度的差异而实现分离，所使用溶剂必须满足下列两个基本要求：a、溶剂不能被分离混合物完全互溶，只能部分溶解。b、溶剂对A、B两组分有一定的溶解能力。这样将一定量溶剂加入到被分离混和物中使其形成两个液相，然后加以搅伴，将一个液相以小滴的形式分散于另一液相中，形成很大的相接触面，给物质传递创造良好的条件，两液相因密度差而自行沉降分层，溶剂中出现了C和B两种物质称为萃取相，被分离混和物中出现了溶剂，称萃余相。b)精馏原理：精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离，该过程是同时进行传质传热的过程。3.2工艺流程图31 萃取脱酚的工艺流程 由回收车间来的剩余氨水及焦油车间来的含酚废水用泵连续送入三台串联的原料氨水槽，氨水静止、澄清，沉淀出焦油，定期抽入焦油槽。氨水用泵送加热冷却器，温度由7075降至5055后进入萃取塔顶部分布器。萃取剂（二异丙基醚，简称油）自循环油槽经预热器加热到4045后进入萃取塔底部分布器。油同氨水由于比重不同在塔内逆流流动，在塔内带孔叶片（即筛板）的上下往复振动下，油（分散相）被分散成极小的颗粒（d=0.53mm)后缓慢上升，氨水（连续相）则缓慢下降。由于酚在油中的溶解度比在水中的大，水中的酚即扩散到油中去。萃取脱酚后的氨水在塔下部澄清段澄清后，经控制分离器分出被夹带的油后进入氨水中间槽。在此用氨水泵连续送去蒸氨。控制分离器上部积存的油定期放入地下放空槽，在进入循环油槽内加以回收。 萃取了酚的油在萃取塔顶部澄清段澄清后，进入精馏塔。油从精馏塔底部缓慢上升，利用精馏原理将萃取物中的酚和二异丙基醚分离。精馏再生后的油从精馏塔顶部流入循环油槽供循环使用。 流出物经冷凝冷却后进入油水分离器，分离水进入低位混合槽作为酚水处理，分离出来的油返回循环槽，釜底残渣定期通过扬液槽，再利用焦油车定期送至冷凝鼓风工段。 萃取塔内两相界面处聚集的乳化物定期排放至乳化物槽，并在其中离心破乳、澄清分离，分离水放入低位混合槽，脱水的油送再生釜复蒸。 为了接收脱酚氨水控制分离器放出的油，管道系统的放空液以及循环油槽底部放出的粗酚等，设有地下放空槽。用液下泵定期将槽内的液体送往乳化物槽、循环油槽和再生塔。萃取过程中生成的乳化物送乳化物沉淀槽，澄清后送再生塔处理，油流入循环油槽。3.3溶剂脱酚的操作制度表31 溶剂脱酚的操作制度项目单位指标项目单位指标进萃取塔的氨水含酚量mg/L2100mg/L进萃取塔的油温度4045脱酚后废水含酚量mg/L200萃取塔内相界面-控制在萃取段脱酚效率%90精馏塔塔底温度18014相比（水：油）-8:1压力kPa115.1进入萃取塔的酚水pH值-58.4精馏塔塔顶温度70进萃取塔的氨水温度5055压力kPa105.3 第4章 工艺计算4.1产品产量及原料消耗 4.1.1基础数据 混合氨水处理量 100米3/时其中（1）酚水量35 米3/时（包括由鼓风冷凝工段来的未分解水和煤中水分)（2）终冷水1.330米3/时（3）粗苯分离水1.219米3/时（4）焦油蒸馏工段酚水0.362米3/时 =0.276吨/时0.276米3/时（5） 焦油蒸馏工段分离水0.439米3/时 =0.329吨/时0.329米3/时合计38.154吨/时考虑到装入煤水分波动及操作中的事故排水，酚水量按100米3/时计。混合氨水含酚 2100毫克/升脱酚后废水含挥发酚 200毫克/升酚效率 90%异丙醚溶剂油耗量 0.1千克/米3氨水 油水比 1：8异丙醚溶剂油比重 0.73吨/米3 4.1.2异丙醚溶剂油耗量 在溶剂萃取脱酚工段中，要用异丙醚溶剂油来萃取含酚废水中的酚，本工段每年需要的溶剂油量为：=4千克/时=35.04吨/年 4.2脉冲