【正文】 2=760毫米水柱；P——燒嘴前煤氣的靜壓力，毫米汞柱，取P=600毫米汞柱；濕煤氣的低熱值Q e： 1039。操作彈性大，在負(fù)荷變動較大時，仍能保持較高的效率。（4）舌形和浮舌塔盤舌形塔盤是在塔盤板上沖有一系列舌孔，舌片與塔盤板呈一定傾角，氣流通過舌孔時，利用氣體噴射作用，將液相分散成液滴和流束而進(jìn)行傳質(zhì)，并推動液相通過塔盤。（2）浮閥塔盤浮閥塔盤是在塔盤板上開許多圓孔，每一個孔上裝一個帶三條腿可上下浮動的閥。又可根據(jù)有沒有降液管分為溢流式塔板（泡帽等）和穿流式塔板（穿流式篩板和穿流式柵板等） [5]。但這種無焰燃燒噴嘴目前只能燒氣體燃料，另外爐墻結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜、造價較高，國內(nèi)主要用作焦化爐、高溫制氫的轉(zhuǎn)化爐及裂解爐等。圓筒爐的熱效率偏低也使熱負(fù)荷的提高受到限制。立式爐在熱負(fù)荷較低時，投資高于圓筒爐，一般在熱負(fù)荷較大時使用。臥管立式爐其輻射爐管沿爐壁橫排，火焰垂直于爐管上燒，爐膛較窄。由于抽力受煙氣溫度、大氣溫度變化的影響，要在煙道內(nèi)加擋板進(jìn)行控制，以保證爐膛內(nèi)最合適的負(fù)壓，一般要求負(fù)壓為 2~3mm 水柱，這樣既控制了輻射室的進(jìn)風(fēng)量，又使火焰不向火門外撲，確保操作安全。有時為增加對流管的受熱表面積，以提高傳熱效率，還常采用釘頭管和翅片管。輻射室是加熱爐的核心部分，從火嘴噴出的燃料(油或氣)在爐膛內(nèi)燃燒，需要一定的空間才能燃燒完全，同時還要保證火焰不直接撲到爐管上，以防將爐管燒壞，所以輻射室的體積較大。其工作原理如下：爐底的油氣聯(lián)合燃燒器(火嘴)噴出高達(dá)幾米的火焰，溫度高達(dá) 1000~1500℃、主要以輻射傳熱的方式，將大部分熱量傳給輻射室(又叫爐膛)爐管(也叫輻射管)內(nèi)流動的油品。 設(shè)備的論述焦油蒸餾過程主要是將焦油加熱，利用組分間的沸點(diǎn)不同。自蒽塔頂來的油氣進(jìn)入餾分塔進(jìn)料塔板。由 2 次蒸發(fā)器的底部排出的瀝青，送瀝青冷卻澆注系統(tǒng)。于此，粗焦油中的大部分水份和部分輕油的混合蒸汽以 100—106℃的溫度自 1 次蒸發(fā)器頂逸出，進(jìn)入一段冷凝冷卻器；及油水分離器；與水分離后的輕油送往粗苯工段處理。瀝青：為焦油蒸餾的殘液，產(chǎn)率為 54～56% [2]。含有甲酚、二甲酚及高沸點(diǎn)酚類 3～5%；重質(zhì)吡啶堿類 4～5%；萘含量低于15%；其余為洗油及少量其他有機(jī)物質(zhì)。含有酚和甲酚 20～30%；萘 5～20%；吡啶堿類 4～6%，其余為酚油。生產(chǎn)原料為煉焦回收的高溫焦油。通過設(shè)計題目和要求可知本設(shè)計屬大型焦化廠精餾工段，所以采用管式爐連續(xù)蒸餾工藝對焦油進(jìn)行蒸餾，在這套工藝中，無水焦油經(jīng)過汽化和精餾，能夠較好地得到分離，從而得到瀝青和其他副產(chǎn)品 [2]。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，國內(nèi)外煤焦油加工工藝大同小異，都是脫水、分餾，煤焦油加工的主要研究方向是 增加產(chǎn)品品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量等級、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境 [1]。目前，我國煤焦油主要用來加工生產(chǎn)輕油、酚油、萘油及改質(zhì)瀝青等，再經(jīng)深加工后制取苯、酚、萘、蒽等多種化工原料，產(chǎn)品數(shù)量眾多、用途十分廣泛。中國煤焦油加工工業(yè)作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成。增長的原因：一是中國能源消費(fèi)歷來以煤為主，煤焦油化工一直是中國化學(xué)工業(yè)的主要支柱之一；二是煉焦工業(yè)將隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展繼續(xù)發(fā)展；三是城市燃料煤氣化的發(fā)展表明，焦?fàn)t制氣將是中等城市最好的供氣方案之一；四是化學(xué)工業(yè)中的某些重要有機(jī)產(chǎn)品無法從石油中提取，只能從煤焦油中提取。 發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)意義煤焦油是塑料、合成纖維、染料、合成橡膠、農(nóng)藥、醫(yī)藥、耐高溫材料以及國防工業(yè)的重要原料。焦油加工是高能耗過程，國外在水、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內(nèi)還高。有些焦油加工廠的油槽頂部還進(jìn)行氮封，其放散氣排出的可能性就更小。環(huán)保水平環(huán)保主要是指對焦油加工過程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣的處理。產(chǎn)品方案 國外煤焦油加工有 3 種模式生產(chǎn)：一是全方位多品種，提純和配制各種規(guī)格和等級的產(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)加工瀝青類產(chǎn)品國內(nèi)煤焦油加工產(chǎn)品主要是酚類、萘、洗油、粗蒽、瀝青等。從理論上講，能力越大，規(guī)模效益越好。目前共有約 50 多家企業(yè)進(jìn)行煤焦油加工，其中最為先進(jìn)的是寶鋼集團(tuán)上世紀(jì)從日本引入的煤焦油加工裝置，加工規(guī)模為 26 萬噸／年，產(chǎn)品品種有 26 種，其次是鞍鋼、武鋼和本鋼。我國煤焦油年產(chǎn)量約為 500—600 萬噸，加工能力約為 450 萬噸，在建、擴(kuò)建、擬建項目能力約為 200 萬噸。生產(chǎn)規(guī)模日本、德國、法國、俄羅斯等國家的單套焦油蒸餾裝置的能力都在 l0～50萬。 。只要對國內(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，就能夠變成先進(jìn)和實用的工藝。國外焦油廠收集這部分廢氣，并集中到洗滌塔，凈化、降溫后送管式爐焚燒。節(jié)能水平節(jié)能降耗是裝置的重要指標(biāo)。而引進(jìn)的煤焦油蒸餾裝置有如下特點(diǎn)：采用連續(xù)脫水脫輕油，餾分塔為減壓操作，塔頂采出酚油、壓力為 13．3 kPa，塔底為軟化點(diǎn)為 65℃的軟瀝青；采用方箱管式爐，出口焦油溫度為 330℃；余熱利用好，其中，軟瀝青與焦油換熱、各餾分采用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生 0．3 MPa 的低壓蒸汽；餾分塔塔頂?shù)挠推捎每諝饫淠鋮s器，并為減壓操作，可節(jié)能約 15％一 50％；減壓抽出的尾氣與分離酚水均送往管式爐焚燒；餾分塔材質(zhì)選用抗腐蝕低碳合金鋼。2022 年中國煤焦油需求量約為 3Mt／a，預(yù)計到 2022 年的需求量約為 ／a，生產(chǎn)能力將有望達(dá)到 ／a 。其主要原因：一是國家發(fā)展改革委員會在“十五”計劃中己確定中國基礎(chǔ)化學(xué)品和能源將以煤為主，煤焦油加工項目己列人國家發(fā)展計劃，得到國家和地方政府政策上的支持；二是進(jìn)入 90 年代中期，利用煤焦油加工的萘、蒽、吡啶、酚類等多環(huán)或雜環(huán)芳香烴產(chǎn)品，以及發(fā)展起來的炭素工業(yè)對原料(如針狀焦、中間相瀝青) 的需求不斷加大，人們對煤焦油加工業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)地位又有了更新的認(rèn)識。所以說對蒸餾工段的研究將會對增加產(chǎn)量有著巨大的作用 [1]。其優(yōu)點(diǎn)是：成本低；能耗低、產(chǎn)率高；投資??；產(chǎn)品品種多、檔次高，有利于深加工；環(huán)境保護(hù)好。2 生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備的論述目前我國各焦化廠根據(jù)生產(chǎn)能力和規(guī)模大小的不同，所采取的生產(chǎn)形式有：間歇式焦油蒸餾和連續(xù)式焦油蒸餾，生產(chǎn)工藝有分為：單塔、雙塔兩種。根據(jù)干餾溫度和方法的不同可得到以下幾種焦油：低溫（450～650℃）干餾焦油；低溫和中溫（600～800℃）發(fā)生爐焦油；中溫（900～1000℃）立式爐焦油；高溫（1000℃）煉焦焦油。酚油餾份：為 170~210℃前的餾分，產(chǎn)率為 ~%，比重為 ~。洗油餾份：為 230～300℃餾份，產(chǎn)率為 ～%，比重為 ～。Ⅱ蒽油餾份：產(chǎn)率 4~6%，比重 ～，初餾點(diǎn) 310℃，餾出 50%時為400℃，含萘不大于 3%。本設(shè)計采用兩塔式蒸餾過程，蒸餾工藝如下：由原料貯槽來的初步脫水的焦油用 1 段焦油泵送入管式爐的對流段、加熱至 120—130℃后進(jìn)入 1 次蒸發(fā)器。無水焦油用 2 段焦油泵送入管式爐輻射段，在此被加熱到 400℃左右送入 2 段蒸發(fā)器進(jìn)行閃蒸，分離成鎦份的混合蒸汽和液體瀝青。蒽塔頂用洗油打回流。輕油經(jīng)窺鏡流入回流槽，用回流泵送到餾份塔頂作為回流油，剩余的輕油送往粗苯工段。 管式爐的工作原理管式加熱爐一般由三個主要部分組成：輻射室、對流室及煙囪。油品則先進(jìn)入對流管再進(jìn)入輻射管，不斷吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，逐步升高到所需要的溫度。煙氣沖刷爐管的速度越快，傳熱的能力越大，所以對流室窄而高些，排滿爐管，且間距要盡量小。有時則利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。立式爐立式爐爐膛為長方形箱體，爐管可水平放置或垂直放置。其主要優(yōu)點(diǎn)是減少了爐管支架，便于布置多管程，缺點(diǎn)是爐管沿管長受熱不均勻，清掃困難。從熱負(fù)荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護(hù)，這是因為輻射管不能太長，加大爐膛直徑又會提高造價。由于燃燒完全，過?？諝庀禂?shù)小，爐子熱效率較高。 塔設(shè)備的選型板式塔可根據(jù)氣液操作狀態(tài)分為鼓泡式塔板，如泡罩、浮閥、篩板等塔板及噴射式塔，如舌形、網(wǎng)孔等塔板。工作時，液體由上層塔盤經(jīng)降液管流入下層塔盤，氣體從下一層塔盤上升進(jìn)入升氣管，再經(jīng)泡罩的條形孔流散到液體中。由于通過篩孔的氣體有動能，故一般情況下液體不會從篩孔大量泄漏。其主要特點(diǎn)為：氣、液兩相接觸充分，傳質(zhì)面積大，因此塔盤效率高。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，安裝維護(hù)麻煩；氣相壓降較大，但若在?；蚣訅合虏僮?，這并不是主要問題。管式爐二段焦油出口溫度必須保證焦油在二段蒸發(fā)器內(nèi)一次蒸發(fā)所需的熱量。設(shè)管式爐二段出口焦油的焓為238千卡/千克=。 I139?！?千克/厘米 2400℃過熱水蒸氣的焓，取I 139。⑵爐體的散熱損失取輻射段和對流段的總熱損失占總耗熱量的5%。通常輻射段的熱負(fù)荷為全爐熱負(fù)荷的70～80% 。秒 按實際情況，焦油管式爐重量速度選取 650～950。輻射段爐體尺寸（1）輻射管總長及根數(shù) ????米對于不設(shè)輻射錐或折煙板的圓筒爐，火焰直接照射遮蔽管，因此，把遮蔽管當(dāng)作輻射管看待。取 Li= 米，則輻射管根數(shù)： ? 取 n=48 根（2）爐管節(jié)圓直徑 D′將 48 根爐管分為 6 組，其中每組為 8 根。另一部分熱能通過爐墻，再度輻射至爐內(nèi)，然后再被管組所吸收，其余部分熱能上升至對流段。遮蔽管每排 5 根，每根有效長 米?！妗?dāng) α= 時，1 標(biāo)米 3 濕煤氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量，標(biāo)米 3℃4160 ——濕煤氣的低熱值，千卡/標(biāo)米 3——輻射段的總熱損失，取 qL/Qn=%當(dāng)煙氣溫度 tp =900℃時 3 ???千 卡 標(biāo) 米 濕 煤 氣 = 焦 標(biāo) 米 濕 煤 氣221 . ??????? ?????千 卡 米 時 97千 焦 米 時式中：——煙氣在 20～900℃之間的平均比熱，千焦/標(biāo)米 3時，與計算所得值基本相符。時一般體積熱強(qiáng)度取 30000～80000 千卡/米 2對流段爐管采用光管，橫排布置。則焦油脫水段的傳熱量為： %781342??千 焦 時煙氣進(jìn)入焦油脫水段的溫度： /60.. C??式中：——當(dāng) α= 時，煙氣在此溫度時的比熱，千焦 /標(biāo)米 2℃d——對流段爐管內(nèi)徑，米w——焦油在管內(nèi)流速，米/秒υ——焦油運(yùn)動粘度，米 2/秒γ——焦油平均重度，千克/米 3c——焦油平均比熱，千焦/千克℃α0r——管外氣體輻射給熱系數(shù)，千焦/秒TG——煙氣平均溫度， oK7042738????——對流爐管外徑，毫米cd取 MG—— 千克/米 2時039。1ii???代入得： ??????千 焦 米 時(6)爐管表面積和爐管排數(shù)爐管表面積： ??米爐管排數(shù)： ???排取 16 排，則爐管表面積： .???米(7)爐管表面熱強(qiáng)度 ?? ?千 卡 米 時 =36千 焦 米 時過熱蒸汽管排的計算過熱蒸汽管排的熱負(fù)荷 QC= 千卡千焦/時，管內(nèi)蒸汽流速一般取60~130 千克/ 米 2（2）內(nèi)膜給熱系數(shù)過熱蒸汽的內(nèi)膜給熱系數(shù)可由下式計算： ???????? ?千 卡 米 時 千 焦 米 時包括結(jié)垢熱阻在內(nèi)的內(nèi)膜給熱系數(shù)： 2 2/ CCR???????? ?千 卡 米 時 千 焦 米 時取水蒸氣的垢層熱阻 Ri= 米 2汽化段爐管壓力降假設(shè)開始汽化時的壓力，p e= 千克/厘米 2（絕）查圖 得開始汽化時的溫度，t e=355℃圖 煤焦油壓力與一次汽化開始溫度的關(guān)系曲線輻射段全部爐管當(dāng)量長度 leg 為??????????米汽化段爐管當(dāng)量長度 按下式計算：???米式中：It——油料在爐出口處的焓，焦油及其餾分的焓為 995 千卡/千克焦油（按一次汽化溫度及汽化率值，查圖 ） ，水分的焓為 4 千焦/千克焦油，則共計238+4=242 千卡 /千克焦油=1012 千焦/千克焦油Ie——開始汽化時油料的焓，185+4=189 千焦/千克焦油Ii ——爐入口處油料的熱焓，40+= 千焦/千克焦油忽略微量的水分，則汽化混合重度可按下式計算： 31126/(.)729vLrer??????混 千 克 米式中：e——汽化段焦油的平均汽化率，在二段出口處的焓為 222 千焦/千克，t=400查圖得此點(diǎn)的汽化率 e=0 則汽化段中，平均汽化率： （參照焦油蒸餾工段設(shè)計指導(dǎo)書）??erv——汽化段換算為一個大氣壓下的餾分蒸汽平均重度： 38.(32.)(40)v?????千 克 米式中128——餾分蒸汽的平均分子量——爐出口處油料的壓力，千克/ （絕）3厘 米rL——汽化段的液相重度（包括油和水） ，r L =951 千克/ 米 2氣液混合物流速： ..1W???混 米 秒（1）汽化段壓力降： 24 . ?? ??? ?混 混 千 克 厘 米式中：f——水力摩察系數(shù)，對汽化段取 f= 是安全的故開始汽化時的壓力： ????千 克 厘 米今 pe1 值與原假設(shè)值 千克/厘米 2 已接近，為進(jìn)一步使試算值接近于假定值，也可用圖解法進(jìn)行，其試算法如下： 另設(shè) pe= 千克/ ，則由圖查得 te=331℃,汽化段爐管的當(dāng)量長度經(jīng)3厘 米查圖代入得： ????米相應(yīng)汽液混合物重度： ??. 米千 克混 ???式中：r v= 千克/米 2，r L=965 千克/米，參照前述計算進(jìn)行。當(dāng)煙囪吸力不足時，會導(dǎo)致燃燒不完全。煙囪的設(shè)計首先要求處煙氣的阻力，然后根據(jù)阻力設(shè)計處合適的煙囪直徑和高度