【正文】 內外焦油蒸餾的工藝大同小異，都是脫水、分餾，但國外的工藝比國內要多樣化。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展和對環(huán)境保護要求的日益提高，煤焦油的深加工成為一個亟待解決的課題。從目前煤焦油行業(yè)的發(fā)展情況來看，國內的煤焦化行業(yè)正處在一次重要的整合變革時期，未來的煤焦油工業(yè)正向集中化、精細分離、深加工、新材料合成方向發(fā)展。國內的焦油蒸餾工藝與國外工藝相比較，差距并不大，只是適用的場合不同。但只要嚴格管理，認真處理，達到國外處理水平是完全可以實現(xiàn)的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，其生產(chǎn)、加工、消費呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。而煤焦油蒸餾是焦油加工的龍頭，其技術水平影響著焦油餾份的質量，并對焦油餾份的后續(xù)加工工藝的選擇有著較大影響。完成蒸餾工段的設備布置，繪制工藝流程圖、平面圖及立面圖；完成該工藝三廢處理與環(huán)境保護方面的設計和用水、用電等非工藝部分的設計任務。主要含有苯族烴，酚含量小于 5%并含有少量的古馬龍和茚等不飽和化合物及微量的萘。含蒽 16～20% ；萘 2～4% ；高沸點酚類 1～3%；重質吡啶堿類 2～4%；其余為Ⅰ蒽油。無水焦油槽應保持經(jīng)常滿流，滿流的焦油流入無水焦油槽，此槽中的焦油可用泵倒回原料焦油貯槽，或將滿流焦油引入一段焦油泵前的管路中。餾份塔頂出來的輕油和水的混合蒸汽引入餾份塔輕油冷凝冷卻器中，冷凝液經(jīng)油水分離后，水經(jīng)窺鏡導入酚水槽或下水道內。以對流傳熱的方式繼續(xù)將部分熱量傳給對流室爐管內流動著的油品，最后溫度降至200~450℃的煙氣從煙囪排人大氣。煙氣離開對流室時還含有不少熱量，有時可用空氣預熱器進行部分熱量回收，使煙氣溫度降到 200℃左右，再經(jīng)煙囪排出，但這需要用鼓風機或引風機強制通風。這種爐的特點是爐管沿長度方向受熱均勻，另外由于其輻射室高度低，故各輻射管間的受熱也比較均勻。由于無焰燃燒，爐膛體積可縮小，傳熱較均勻。在塔盤板上開許多圓孔，每個孔上焊接一個短管，稱為升氣管，管上再罩一個“帽子 “，稱為泡罩，泡罩周圍開有許多條形空孔。本設計所應用的 2 個塔設備都是對多種分進行分離，通過造價、塔板效率和操作彈性等多方面考慮，采用泡罩塔作為本設計的塔設備類型。所謂一次蒸發(fā)溫度，就是指在二段蒸發(fā)器中，液體與蒸汽之間達到平衡狀態(tài)時的溫度。Q3 =i輕 =10101 =式中：i輕 ——輕油餾份的蒸發(fā)潛熱，千卡/千克則第一段的有效耗熱量為：Q1+ Q2+ Q3=802221+962328+=1773726千焦/ 小時⑵.工藝用蒸汽過熱所吸收的熱量Q4=g（ I239。攝氏度上述計算式中的各數(shù)據(jù)為廢氣中各組成的量及其比熱。時輻射管管徑及管心距（1）管徑選擇 tGdNm????米式中：di——管內徑，米mt——管內流體重量流速，千克/米 2?Di小爐高徑比應大些。對于輻射管，當量冷平面 ????米式中：α——有效吸收因數(shù)，為管心距與管徑之比的函數(shù)，查圖得 α=n——輻射管根數(shù)L——輻射管有效長度，米C——管心距，米對于遮蔽管，因遮蔽管的后面沒有再輻射的爐墻，故不能吸收再輻射熱，但由于赤熱氣體直接流過遮蔽管，籍對流傳熱給它的熱量遠較一般輻射管為高，此對流熱用以補償再輻射而有余，故設 α=1。（2）校核爐管表面熱強度 q1輻射段加熱管實際表面積： ??248602..??????? ?千 卡 米 時 =741千 焦 米 時原假設熱強度為 75240 千焦/米 21體積熱強度 qv對于圓筒爐，qv 可按下式計算： ???? ??千 卡 米 時 =268千 焦 米 時式中： Qn——燃料的總發(fā)熱量，千焦/時 D——爐膛直徑，取 D= 米 H——爐膛高度，取 H= 米燃燒過程需要有足夠的空間和時間，以使燃氣充分燃燒。秒對流室尺寸確定如下：有效長 L= 米 有效寬 B=980 毫米 每排管數(shù) n=5（2）進入焦油脫水段煙氣的溫度 ts′每標米 3 濕煤氣所產(chǎn)生煙氣的焓，可由下列熱平衡式求得： ??/40651732641876si????千 焦 時/ 3985s?千 焦 標 米 濕 煤 氣式中：is′——煤氣進入焦油脫水段的焓，千焦 /標米 3 濕煤氣i400 ——煤氣出焦油脫水段的焓，千焦/標米 3 濕煤氣 ???千 焦 標 米 濕 煤 氣——當 α= 時，煙氣在 400℃時的比熱，千卡/ 標米 3 濕煤氣——當 α= 時，每標米 3 濕煤氣產(chǎn)生的煙氣量， 3標 米 /標 米113742——焦油脫水段的總熱量，千焦/時 對流段總傳熱量為總耗熱量的 5%%=%，其中對流段中焦油脫水管排占總管排的 7/8。時℃= 千焦/米 239。在加熱過程中有相變化，故分為加熱段（無相變化）和汽化段（有相變化）兩部分進行計算。煙囪的最小高度還應考慮輻射管的安裝和檢修。阻力計算煙囪抽力的富裕量，按煙氣量在對流段入口處增加 10%，煙囪入口處增加25%來計算各部的阻力。汽液混合物流速： ..W???混 米 秒汽化段壓力降： . 0..718Cp???千 克 厘 米則開始汽化點的壓力： ??千 克 厘 米11078CCPp計 算 值 假 設 算 值 假 設 值然后，以假定值 pe 為橫坐標，計算值與假定值之比值為縱坐標，將以上兩次假設所得兩點繪于圖中， ；連接兩點為以直線，此直線與橫坐標之交點，即為所求開始汽化的壓力，p e= 千克/厘米 2，見圖 。秒?！鎴D 對流段氣體輻射傳熱系數(shù)取轉強輻射系數(shù)為對流傳熱系數(shù)和輻射傳熱系數(shù)之和的 10%，則外膜給熱系數(shù)為： ???? C???????? ?? 千 卡 米 時千 焦 米 時包括結垢熱阻在內的外膜傳熱系數(shù)： / ???????? ?千 卡 米 時 千 焦 米 時使用氣體燃料時，取結垢熱阻 Ri= 米 2時℃（3）內膜給熱系數(shù)管內焦油對管壁的內膜給熱系數(shù)可按下式計算： ??????????????cvvWdi式中：λ——焦油導熱系數(shù)。時 對流段的計算對流段由兩部分組成，一是用作焦油脫水（第一段加熱） ，一是用作蒸汽過熱。（3）校核管壁平均溫度他 tw管壁平均溫度按下式檢核： 121wtq?????℃式中：α——管壁對油品的給熱系數(shù)，管壁對焦油的給熱系數(shù)取 α=600 千卡/米 2則當量冷平面： ????米總當量冷平面： ?米爆露磚墻面積 AR全部磚墻面積： ????????????????????米式中：H——爐膛高，米D——爐膛直徑，米暴露磚墻面積： ????米氣體輻射率在爐膛內的燃燒氣體中，只有 CO2 和水汽等三原子氣體具有顯著的輻射能力，所以煙氣的輻射能力取決于該氣體的濃度、爐膛尺度和煙氣溫度（即 CO2和水汽在煙氣中的分壓 P、氣層的平均輻射長度 L 和煙氣溫度）有關。組間管心距取為 370 毫米，則節(jié)圓直徑 D′為： 39。此時，相當于管內線速度為 ～ 米/秒，今取 mt=700 千克/米 2 不同溫度下幾種氣體和蒸汽的平均比熱比熱，千卡/標米 3）=606() =式中： g——過熱的蒸汽量，千克/時 I139。一次蒸發(fā)溫度與餾份產(chǎn)率及二段蒸發(fā)器底部壓力有關。操作彈性大，在負荷變動較大時，仍能保持較高的效率。（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。但這種無焰燃燒噴嘴目前只能燒氣體燃料，另外爐墻結構也比較復雜、造價較高，國內主要用作焦化爐、高溫制氫的轉化爐及裂解爐等。立式爐在熱負荷較低時，投資高于圓筒爐，一般在熱負荷較大時使用。由于抽力受煙氣溫度、大氣溫度變化的影響，要在煙道內加擋板進行控制，以保證爐膛內最合適的負壓，一般要求負壓為 2~3mm 水柱，這樣既控制了輻射室的進風量，又使火焰不向火門外撲，確保操作安全。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。 設備的論述焦油蒸餾過程主要是將焦油加熱，利用組分間的沸點不同。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)。瀝青：為焦油蒸餾的殘液，產(chǎn)率為 54～56% [2]。含有酚和甲酚 20～30%；萘 5～20%；吡啶堿類 4～6%，其余為酚油。通過設計題目和要求可知本設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]。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。增長的原因：一是中國能源消費歷來以煤為主，煤焦油化工一直是中國化學工業(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，焦爐制氣將是中等城市最好的供氣方案之一；四是化學工業(yè)中的某些重要有機產(chǎn)品無法從石油中提取，只能從煤焦油中提取。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，但電的消耗反而比國內還高。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。從理論上講，能力越大，規(guī)模效益越好。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、擴建、擬建項目能力約為 200 萬噸。 。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。而引進的煤焦油蒸餾裝置有如下特點：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；餾分塔材質選用抗腐蝕低碳合金鋼。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化學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)濟地位又有了更新的認識。其優(yōu)點是：成本低；能耗低、產(chǎn)率高；投資?。划a(chǎn)品品種多、檔次高，有利于深加工；環(huán)境保護好。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。洗油餾份：為 230～300℃餾份，產(chǎn)率為 ～%，比重為 ～。本設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℃后進入 1 次蒸發(fā)器。蒽塔頂用洗油打回流。 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。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。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。從熱負荷上看，圓筒爐通常用作中、小型加熱護，這是因為輻射管不能太長，加大爐膛直徑又會提高造價。 塔設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。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。結構復雜、造價高，安裝維護麻煩；氣相壓降較大，但若在?；蚣訅合虏僮?，這并不是主要問題。設管式爐二段出口焦油的焓為238千卡/千克=?！?千克/厘米 2400℃過熱水蒸氣的焓，取I 139。通常輻射段的熱負荷為全爐熱負荷的70～80% 。輻射段爐體尺寸（1）輻射管總長及根數(shù) ????米對于不設輻射錐或折煙板的圓筒爐，火焰直接照射遮蔽管，因此，把遮蔽管當作輻射管看待。另一部分熱能通過爐墻，再度輻射至爐內，然后再被管組所吸收，其余部分熱能上升至對流段。℃——當 α= 時，1 標米 3 濕煤氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量，標米 3℃4160 ——濕煤氣的低熱值，千卡/標米 3——輻射段的總熱損失，取 qL/Qn=%當煙氣溫度 tp =900℃時 3 ???千 卡 標 米 濕 煤 氣 = 焦 標 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/標米 3時對流段爐管采用光管，橫排布置。℃d——對流段爐管內徑，米w——焦油在管內流速，米/秒υ——焦油運動粘度，米 2/秒γ——焦油平均重度，千克/米 3c——焦油平均比熱，千焦/千克秒TG——煙氣平均溫度， oK7042738????——對流爐管外徑，毫米cd取 MG—— 千克/米 2039。（2）內膜給熱系數(shù)過熱蒸汽的內膜給熱系數(shù)可由下式計算： ???????? ?千 卡 米 時 千 焦 米 時包括結垢熱阻在內的內膜給熱系數(shù)： 2 2/ CCR???????? ?千 卡 米 時 千 焦 米 時取水蒸氣的垢層熱阻 Ri= 米 2當煙囪吸力不足時，會導致燃燒不完全