年产50万吨焦化厂洗苯工段初步设计.doc

年产50万吨焦化厂洗苯工段初步设计 50万吨焦化厂洗苯工段初步设计 目录课程设计任务书1摘要2一。概述31.1设计依据31.1.1设计依据31.1.2设计项目名称31.1.3生产能力31.1.4 生产方法31.1.5主要技术经济指标：31.1.6设计进度31.2生产方法的确定41.2.1终冷塔冷却方法41.2.2洗苯塔洗苯方法41.3工段组成及生产制度5二、化工计算52.1生产工艺流程示意图52.2计算依据52.3 终冷塔计算62.3.1物料衡算62.3.2 热量衡算82.4洗苯塔计算102.4.1原始数据102.4.2洗苯塔粗气物料衡算112.4.3洗油物料衡算11三、主要设备的工艺计算及设备的选型133.1终冷塔换热面积计算133.1.1温度差133.1.2终冷塔基本参数133.1.3传热系数133.1.4热负荷量163.1.5传热面积163.2洗苯塔工艺计算及设备选型163.2.1塔径163.2.2传质面积计算183.2.3填料计算193.2.4洗苯塔工艺计算19四、设备一览表21致谢22参考文献23附图24课程设计题目：年产50万吨焦化厂洗苯工段初步设计课程设计要求及原始数据（资料）：1、煤气产率：18.6 %，全焦率：73 %，一年按365天，一天24小时。2、煤气中杂质组成（煤气的分子量为10.4）杂质：H2S 0.02 g/Nm3煤气 NH3 0.03 g/Nm3煤气 HCN 0.3 g/Nm3煤气 苯 28.45 g/Nm3煤气 萘 0.4 g/Nm3煤气 焦油 微量 g/Nm3煤气 煤气入终冷塔的温度：55，压力 约为1200mmH2O(表压) ，煤气露点：403、当地大气压：9373.23 mmH2O4、洗油平均分子量：160，洗油密度：1055kg/m 5、公用工程：循环水：32-40 2; 低温水：16-23; 饱和蒸汽：5kgf/cm 6、比热：洗油：液相C=(0.403+0.0081t)/1.055 kcal/kg 气相（焓）i=62.2+0.403t kcal/kg. 粗苯：液相C=0.383+0.001043 kcal/kg 气相（焓）i=103+（20.7+0.026t）t/82.2 kcal/kg. 摘要苯是一种具有危害的化学品，在煤气中是一种杂质，如果煤气中含有粗苯，在居民使用中会出现燃烧不完全，冒黑烟等现象，对后续工段的工艺也有影响，同时，粗苯是一种有用的化学品，是重要的化工原料，经过分离可以分离出苯、甲苯、二甲苯等化学品，因此从粗煤气中提取出来粗苯不仅具有环保意义，而且具有经济价值。终冷洗苯工段就是将硫铵工段输送来的粗煤气进行降温冷却，使粗煤气温度降到最佳吸收温度，同时可以脱除粗煤气中的萘进行回收，然后送入洗苯塔用洗油进行吸收，将粗苯分离出来。终冷塔设计为两段式，分别用循环水和冷却水进行冷却，洗苯塔采用填料吸收塔进行吸收，使用塑料孔板波纹填料。关键词：终冷 洗苯 洗油 一、概述1.1设计依据1.1.1设计依据依据有关部门下达的设计任务书或可行性研究报告的批文，环境影响报告书的批文，技术引进报告的批文，设计合同，其他文件等。对于本次化工设计课程设计，设计依据是指导老师下达的设计任务书。1.1.2设计项目名称年产万吨焦化厂洗苯工段初步设计1.1.3生产能力年产万50吨焦炭，煤气产率：18.6，全焦率：73%，一年按天365，一天24小时。1.1.4 生产方法在生产硫铵的回收工艺中，饱和器后的煤气温度通常为左右，而回收苯族烃的适宜温度为左右，因此，在回收苯族烃之前煤气要再次进行冷却，称为最终冷却。在终冷前煤气含萘约，大大超过终冷温度下的饱和含萘量。因此，煤气最终冷却同时还有除萘作用。回收粗苯最常用的方法是洗油吸收法。为达到的回收率，采用多段逆流吸收法。吸收温度不高于。终冷后的煤气含粗苯， 进入粗苯吸收塔，塔上喷淋洗油，煤气自上而下流动，煤气与洗油逆流接触，洗油吸收粗苯成为富苯洗油，富油脱掉吸收的粗苯，称为贫油，贫油在洗苯塔吸收粗苯又成为富油。富油含苯，贫油含苯。1.1.5主要技术经济指标：粗苯为淡黄色透明液体，比水轻，不溶于水。储存时由于不饱和化合物，氧化和聚合形成树脂物质溶于粗苯中，色泽变暗。粗苯易燃易爆，闪点为，粗苯气在空气中的浓度在（体积）范围内时，能形成爆炸性混合物。1.1.6设计进度 该设计属于化工设计中的初步设计。1.2生产方法的确定1.2.1终冷塔冷却方法1.2.1.1直接水终冷法直接水终冷法用循环喷洒的冷却水直接与煤气接触，对煤气进行最终冷却。直接水终冷法是焦炉煤气终冷工艺中最通用的一种方法。直接水终冷法分敞开式和封闭式两种。敞开式在煤气终冷前既无脱萘也无脱硫脱氰装置。煤气在终冷中脱萘，煤气中的氰化氢同时大量溶解于终冷水中，氰化氢等有害气体从凉水架上逸散，污染了环境，并且工艺流程复杂。在封闭式流程中，煤气在终冷前已经脱除了煤焦油、奈、硫化氢和氰化氢，且回收了氨，因此工艺流程比较简单。回收氨后约左右的煤气在终冷塔内被循环喷洒的终冷水冷却至，从塔顶排出，去洗苯塔。在终冷水循环系统中设有间接冷却器，用循环冷却水和低温冷却水两端封闭式冷却。终冷塔内产生的冷凝液以终冷水排污方式排出，送往生物托分装置处理。1.2.1.2间接水终冷法初冷后的煤气进入列管式终冷器内，在管束间自上而下的流动，被管内中冷水冷却至，由下部派出，送往洗苯塔。煤气冷凝液流入器底，用泵抽出，送入终冷器的顶部和中部循环喷洒，以冲洗横管外壁上含沉积物。多余的冷凝液，间歇的送往焦炉煤气初冷流程中的焦油氨水分离器。1.2.1.3直接油终冷法直接油终冷法以轻柴油为冷却介质，与煤气直接进行冷却。脱去煤焦油、萘和氨后的煤气，在油终冷塔内被循环喷洒的轻柴油由约冷却至后出塔，送往后续的洗苯塔。轻柴油和煤气冷凝液一起进入油终冷塔下部的油澄清槽，在冷凝液被分离出后用循环油泵送经油冷却器冷却至，入油终冷塔循环使用。油终冷塔分为两段，上段引出的轻柴油用喷洒油泵送入下段喷洒冷却煤气。综上考虑，选用间接水终冷法，因为该系统阻力小，风机电耗低；操作维护简便；无污染；占地面积小，基建费用少。而且由于煤气冷却不直接与水接触，所以无含酚污水的处理。1.2.2洗苯塔洗苯方法1.2.2.1 焦油洗油吸收法吸收媒气中的粗苯可用焦油洗油，也可以用石油的轻柴油抽分。洗油应有良好的吸收能力，大的吸收容量，小的分子量，以便在相等的吸收浓度条件下具有较小分子浓度，在溶液上降低苯的蒸气压，增大吸收推动力。终冷后的煤气含粗苯，进入粗苯吸收塔，踏上喷淋洗油，煤气自下而上流动，煤气与洗油逆流接触。洗油吸收粗苯成为富苯洗油，简称富油。富油脱掉吸收的粗苯，成为贫油。贫油在洗苯塔（吸收苯塔）吸收粗苯又成为富油。富油含苯，贫油含苯。塔后煤气中粗苯含量要求低于。煤气温度，贫油温度应略高于煤气温度，以防煤气中水汽凝出。1.2.2.2 轻柴油洗苯轻柴油洗苯和焦油洗油洗苯的工艺流程一样，但贫油槽的设计应考虑油渣和乳化物的排除。轻柴油洗苯和焦油洗油洗苯相比较，含量低、与水的比重差大、易于油水分离、稳定性好，长期使用时其物理化学性质几乎不变。轻柴油吸收萘的能力强，可使洗苯塔出口粗气中含萘量降低至。但轻柴油吸收苯的能力较低，富油含苯，贫油含苯，因此循环洗油量要比焦油洗油循环量增加，脱苯的蒸气用量也要增多。此外，轻柴油洗苯过程中会形成难溶的油渣，易堵塞换热设备，含油渣的油与水易生成乳浊液，影响正常操作，故循环洗油含油渣应低于。1.3工段组成及生产制度该工段主要由终冷塔、洗苯塔、脱苯塔及再生塔组成，设计范围要求对终冷塔的传热面积设计计算，洗苯塔的工艺设计计算。生产制度是天/年，班组制度（班运转）、小时/班。二、化工计算2.1生产工艺流程示意图图2-1 工艺流程简图2.2计算依据年产50万吨焦炭，全焦率是73，煤气产率是18.6，一年生产365天，每天24小时。杂质组成如下表所示。表2-1 煤气杂质组成表杂质含量H2S 0.02 g/Nm3NH3 0.03 g/Nm3HCN 0.3 g/Nm3萘28.45 g/Nm3苯0.4 g/Nm3焦油微量g/Nm3煤气入终冷塔温度为55，压力约为1200mmH20，煤气露点为40。当地大气压为。洗油平均分子量为160，洗油密度：1055Kg/m3，循环水温度为32-40，冷冻水温度为16-23。2.3 终冷塔计算2.3.1物料衡算2.3.1.1煤气量及杂质计算1、煤气量的计算根据设计任务书中的焦炭产量及全焦率、煤气产率计算出煤气量：所以体积产量为：2、粗苯量的计算已知粗煤气中粗苯的含量，计算出粗苯量为：3、 其余微量杂质量的计算 （1）H2S的含量： （2）NH3的含量： （3）HCN的含量： （4）萘的含量： 所以粗气的含量（不包括水蒸气）为：4、 水蒸气含量的计算已知入口状态下粗气露点为40，查表可知水蒸气在该温度下的饱和蒸汽压为752.96mmH2O，设粗气中水蒸气的体积为V水蒸气，则入口段水蒸气体积由下式： 得，综上所述， 2.3.1.2终冷塔物料衡算1、预冷段物料衡算假设预冷段出口粗气温度为40，压力为1200mmH2O，饱和水蒸气分压为574mmH2O，则预冷段出口水蒸气体积为相当于1342.42m3/h。在预冷段冷凝的水量为(1998.906-1342.42)Kg/h=656.486Kg/h。2、终冷段物料衡算假设终冷段出口粗气温度为20，压力为1200mmH2O，饱和水蒸气分压为238.5mmH2O，则预冷段出口水蒸气体积为相当于575.092Kg/h。在终冷塔冷凝的水排水量为(1998.906-575.092)Kg/h=1423.814Kg/h。其中，预冷段冷凝水量656.486Kg/h，终冷段冷凝水量575.092Kg/h。2.3.1.3终冷塔预冷段和终冷段出口粗气组成终冷塔预冷段和终冷段出口粗气组成如下表所示表2-2 终冷塔预冷段和终冷段出口粗气组成表项目预冷段出口终冷段出口质量（Kg/h）体积（m3/h）质量（Kg/h）体积（m3/h）气相：干粗气1447032155.561447032155.56水蒸气1360.641700.78548.32685.4H2S0.6430.540.6430.54NH30.9641.370.9641.37HCN9.64610.359.64610.35萘12.86132.1512.86132.15苯918.724250.49918.724250.49总计16769.5334149.7515957.2133134.37液相：水452.98812.322.3.2 热量衡算2.3.2.1不同温度下干粗气及杂质的比热和水蒸气的焓值在进行热量衡算的时候会用到不同温度下的比热，为了就算方便，不同温度下的粗煤气及杂质的比热和水蒸气的焓值如下表所示。表2-3不同温度下干粗气及杂质的比热和水蒸气的焓值温度比热Kcal/kg.焓值Kcal/kg干粗气苯H2SNH3HCN萘水蒸气200.730.260.240.50.280.31606400.730.260.240.50.280.31613550.730.260.240.50.280.316212.3.2.2预冷段热量衡算1、预冷段入口热量粗气带入的热量：水蒸气带入的热量：粗苯带入的热量：H2S带入的热量：NH3带入的热量：HCN带入的热量：萘带入的热量：设循环水入口温度为，循环水用量为,则循环水带入的热量为。带入预冷段总热量Q预入=2、预冷段出口热量粗气带出的热量：水蒸气带出的热量：粗苯带出的热量：H2S带出的热量：NH3带出的热量：HCN带出的热量：萘带出的热量：设循环水出口温度为42，循环水用量为W1（kg/h），则循环水带出的热量为42W1带出预冷段总热量。Q预出=令Q预入=Q预出，则 =即 W1=58996.68Kg/h2.3.2.3终冷段热量衡算1、终冷段入口热量设冷却水入口温度是16，冷却水量为W2(kg/h)，则冷却水带入的热量为：Q终入=2、终冷段出口热量粗气带出的热量：水蒸气带出的热量：粗苯带出的热量：H2S带出的热量：；NH3带出的热量：；HCN带出的热量：；萘带出的热量：； 设冷却水出口温度为32，循环水用量为W2(kg/h),则冷却水带出的热量为32W2。带出预冷段总热量:Q终出=令Q预入=Q预出 则 =即W2=4269.95kg/h2.4洗苯塔计算2.4.1原始数据入塔煤气温度为20，塔前煤气压力1200mmH2O，塔后煤气压力为800mmH2O，用洗油吸收后煤气中剩余苯的量为2g/m3。则从煤气中吸收的粗苯量为。煤气中剩余苯的量为，即17.62m3/h2.4.2洗苯塔粗气物料衡算出入洗苯塔的粗气成分如下表所示：表2-4粗气出入洗苯塔成分表项目洗苯塔入口洗苯塔出口质量（kg/h）体积（m3/h）质量（kg/h）体积（m3/h）气相：干粗气1447032155.561447032155.56水蒸气548.32685.4548.32685.4H2S0.6430.540.6430.54NH30.9641.370.9641.37HCN9.64610.359.64610.35萘12.86132.1512.86132.15苯918.742250.7464.5917.62总计15957331421510632895.42.4.3洗油物料衡算1、湿煤气实际流量入塔时：V1=33346.964=31728.013m3/h出塔时：V2=33113.804=32744.96m3/h平均流量：V=（31728.013+32744.96）/2=32236.49m3/h洗苯塔中所用洗油量为:i油V=1.71.05532236.49=57542.13kg/h其中，油气比i取为1.7L/m煤气，油密度取油=1.055kg/L, V=32209.82m3/h2、贫富油实际含苯量煤气实际含苯量塔前1=29.00g/m3塔后2=1.97g/m3 用焦油作为洗油时，与洗苯塔塔后煤气含苯量2相平衡的贫油允许含苯量 x（单位为）满足以下公式： 0.0224=式中: 2出塔含苯量，1.97g/m3 x洗油含苯量，Mm洗油的平均分子量160， Mb粗苯的分子量82.2，P煤气总压力， mmHgP2出塔煤气的绝对压力，mmHgPcb回收温度下粗苯的饱和蒸汽压，mmHg煤气出口压力为：P2=760+800/13.6=818.8mmHg 粗苯饱和蒸汽压： Pcb=0.8009Pb+0.1340Pt+0.0310Px +0.0343Ps其中Pb =101.35mmHg Pt=36.67mmHg Px =12mmHg Ps=4.2mmHg，分别为纯苯，甲苯，二甲苯，溶剂油在时的饱和蒸汽压。代入数值求得Pcb=101mmHg于是可求得贫油含苯量x=0.0952入塔贫油实际含苯量：C1=x/n=则出塔富油含苯量：其中，油洗量=1746.66g/m3三、主要设备的工艺计算及设备的选型3.1终冷塔换热面积计算3.1.1温度差终冷塔冷却水和煤气的温度如下图所示 预冷段 终冷段煤气 55 4020冷却水 423216 预冷段温度差：t1=终冷段温度差：t2=3.1.2终冷塔基本参数终冷塔基本参数的选取：选45x3管子，管长2000mm，流通面积0.04m2，管程走冷却水，壳程走煤气，流通面积为1.31m2。3.1.3传热系数3.1.3.1预冷段传热系数K1预冷段循环水平均温度：预冷段传热系数计算式为： 式中： 1粗气到管壁的给热系数； 1管壁厚度，取1=0.003mm 1钢的导热系数，取1=40 2管壁垢层厚度（米） 2管壁到冷却水的给热系数。（kcal/m2.h。） 1主要取决于粗气中水蒸气平均含量（体积百分数），按下式计算： 1g1=1.69+0.0246X根据预冷段进出口粗气中水蒸气体积含量，求得： 所以， 1g1=1.69+0.02466.072 得 1=69.08kcal/m2.h.管壁垢层热阻取 2/2=0.001（m2.h./kcal）管壁至循环水的给热系数按下式计算:2=Nu./d其中， 水的导热系数，取;=0.538kcal/（m2.h.） d水管内径，d=0.039m Nu努塞尔准数，Nu=(Re0.87-）Pr0.4计算雷诺准数Re，Re=1000xdv/，为水的重度，=994kg/m3 ，为水的粘度，=0.7225cP管程内水的流速:带入数据，则雷诺准数为： Re=1000dv/=1000x（994x0.039x0.404）/0.04=21655普朗特准数的计算：Pr=3.6=4.28Nu=（Re-0.87）Pr=126.85因此，管壁到循环水的给热系数 2=126.85=1749.81kcal/(m2h)将以上各值代入计算式，得K1=62.03kcal/(m2h)3.1.3.2终冷段传热系数K1终冷段冷却水平均温度：T平均=预冷段传热系数K1计算式为： K2=K2=式中： ，1粗气到管壁的给热系数； 1管壁厚度，取=0.003mm ，1钢的导热系数，取1=40 ，2管壁垢层厚度（米）,2管壁到冷却水的给热系数（kcal/m2.h.）主要取决于粗气中水蒸气平均含量（体积百分数），按下式计算： 1g，1=1.69+0.0246X根据预冷段进出口粗气中水蒸气体积含量，求得：x=所以， lg1=1.69+0.02464.61 得 ，1=63.59（kcal/m2.h.）管壁垢层热阻取 2/2=（m2.h./kcal）管壁至冷却水的给热系数按下式计算:，2=Nu/d其中， 水的导热系数，取;=0.538kcal/（m2.h.） d水管内径，d=0.039m。 Nu努塞尔准数，Nu=（Re0.87-）Pr0.4计算雷诺准数Re，Re=dv/，为水的重度，=kg/m3，为水的粘度，=cP管程内水的流速v，=0.300m/s带入数据，则雷诺准数Re为： Re=1000=16103普朗特准数的计算： Pr=c/=Pr=3.6=4.82Re（3000,106） pr=4.82（1.5,500）Nu=(Pe0.87)Pe0.4=96因此，管壁到冷却水的给热系数，2=Nud=96.60kcal/m2.h.=1332.58kcal/m2.h.将以上各值代入计算式，得K2=3.1.4热负荷量预冷段热负荷量：Q1=(183777.56-1248810.78)kcal/h=581232.16kcal/h终冷段热负荷量：Q2=（1248810.78-565592.40）kcal/h=691484.38kcal/h3.1.5传热面积传热面积的计算式为：F=q/t1K。则 预冷段传热面积为F1=Q1/t1K1=581232.16/10.3/62.03m2=909.73m2终冷段传热面积为F2=Q2/t2K2=691484.38/6/56.98m2=2022.59m23.2洗苯塔工艺计算及设备选型3.2.1塔径选用塑料孔板波纹填料，型号是Y250，比表面积为250m2/m，空隙率为97%，密度为75计算泛点气速根据贝恩-霍根公式 其中WF泛点气速m/s2g重力加速度9.81m/s2a填料比表面积m2/ma/3干填料因子 a/3=250/0.973 =274 m-1L液体流量 L=57768.31kg/h在标准状况下，入塔前密度为入= 0.499 kg/m3；出塔后密度为出=0.4769kg/m3；则平均密度g=0.4879kg/m3。标准状态下，粗气重度1=0.4880kg/m3 。将重度换算成25，平均压力下的重度为： g=0.4880=0.4496kg/m3故 =0.0004262质量流量为： G=Vss =32209.82 0.4496=14481.53kg/h则 解得： WF=5.24m/s 对填料塔而言，操作气速为泛点气速的0.50.85，当v=0.5时，WF=2.62 m/s塔径D= 当v=0.85时，WF=4.454m/s 塔径D= 取D=1.8m。3.2.2传质面积计算洗苯塔传质面积按下式计算： F=G/KP式中吸收面积（m2）；吸收粗苯数量，取G= kg/h；总传质系数(kg/m2hmmHg)；吸收推动力(mmHg)。3.2.2.1吸收推动力p p=(p1-p2)/ln(p1/p2)式中：p1塔下部吸收推动力 p2塔上部吸收推动力1、塔下部吸收推动力p1=pg-pe其中， Pg =0.0224=6.587mmHg Pe =0.01=3.159mmHg于是有，P1=Pg-Pe=（6.587-3.159）mmGg=3.428 mmHg2、塔上部吸收推动力P2=P,g-P，e其中， Pg =0.0224=0.4421mmHgPe =0.01=0.163mmHg 于是有，P2=0.279mmHg。所以，吸收推动力为：P=1.255mmHg3.2.2.2总传质系数 K=KGKL/KG+KLKG气膜传质系数(kg/m2.h.mmHg)；KL液膜传质系数（kg/m2.h.mmHg）。 取K=0.05（kg/m2.h.mmHg）3.2.2.3传质量 G=850.47kg/h所以传质面积为F=G/K.P= =13553.31m23.2.3填料计算填料体积V=F/填料比表面积=m3=54.21m3填料高度H=4v/d2