【導(dǎo)讀】隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，焦化行業(yè)進(jìn)入到一個(gè)大發(fā)展時(shí)期。產(chǎn)生，為焦?fàn)t煤氣的合理開發(fā)利用提出了新的課題。焦?fàn)t煤氣的有效利用可產(chǎn)生巨。大的經(jīng)濟(jì)效益，并且可避免環(huán)境污染和二次能源的浪費(fèi)。與石油資源相比，我國(guó)的。因此，我國(guó)未來每年焦?fàn)t煤氣產(chǎn)量將十分可觀。以及CO2等溫室氣體。焦?fàn)t煤氣的應(yīng)用開發(fā)前景非常廣闊，從焦?fàn)t煤氣可提煉出的。一步利用，必須對(duì)其進(jìn)行凈化。未經(jīng)凈化的荒煤氣不能得到利用，這鏈條經(jīng)濟(jì)道路，還可將低附加值的焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品。產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所得到的可燃?xì)怏w。氣就是溫度小于700℃以前煤受熱分解出的氣態(tài)物質(zhì)。炭赴冶金，鑄造，化工，電石等部門的燃料或原料。煤焦油中含有多種物質(zhì)，苯、氣，每m3的煤氣的熱值相當(dāng)于的煤。酸反應(yīng)能生成硫銨，與水接觸可生成氨水。其主要成分為氫氣。焦?fàn)t氣屬于中熱值氣，其熱值為每標(biāo)準(zhǔn)立方米1719MJ，適合。苯塔的苯回收率下降%；負(fù)壓操作要求所有的設(shè)備管道加強(qiáng)密封，一面空氣漏入。

　　

【正文】 ?? ???? ?Gp ud ? ? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 30 頁(yè) 共 59 頁(yè) 如果 Re 在 10～ 35000 范圍內(nèi)吸收系數(shù)適用于以下關(guān)聯(lián)式求。 由于此吸收過程是氣相速率控制過程，總傳質(zhì)系數(shù)等于氣相傳質(zhì)系數(shù)。 ? ? ?????????????????? pGGGGVGG adDaGCaD RTk ? ?? ? ? ????? ????????? ?? ????????? ?????? ??Gk Gk =105（ kmol/m2 s） 式中： Re— 雷諾準(zhǔn)數(shù)； GD — 吸收質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； pd — 填料特性尺寸， mm； u— 空塔氣速， m/s； G? — 氣相粘度， Pa s； G? — 氣相密度， kg/m3； GV— 氣相的質(zhì)量流速， kg/(m2 s)； R— 氣體常數(shù)， kJ/(kmol K) T— 操作溫度， K； C— 系數(shù)，填料特性尺寸大于 15mm 時(shí)為 ，小于 15mm 為 。 關(guān)于填料的潤(rùn)濕表面，用如下關(guān)聯(lián)式計(jì)算： ?????????????????????????????????????????? x p1 aGgaGaGaallllllcw ?????? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 31 頁(yè) 共 59 頁(yè) 式中： wa — 單位體積填料層的潤(rùn)濕面積， m2/m3； a— 填料比表面積， m2/m3； ?— 液相表面張力， N/m； c? — 臨界表面張力，即能在該種填料上散開的最大表面張力， N/m； lG — 液體通過空塔界面的質(zhì)量流速， kg/(m2 s)； l? — 液體的粘度， Pa s； l? — 液體的密度 kg/m3； g— 重力加速度， m/s2。 代入數(shù)據(jù)得： ? ? ???????? ???????? ?????????? ???????? ?????????????323327 x p11000 wa wa =630（ m2/m3） 填料層高度計(jì)算： 6 3 0 6 5 ???? ?wG VOG akGH（ m） 式中： OGH — 氣相傳質(zhì)單元的高度， m； VG — 氣體摩爾流率， kmol/m2 s； wa — 單位體積填料的潤(rùn)濕面積， m2/m3； 在本次實(shí)際中，入口氣相中粗苯摩爾分率為 ，出口氣相中摩爾分率為，相平衡常數(shù) ，入口貧液粗苯摩爾分率為 ，出口富液粗苯摩爾分中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 32 頁(yè) 共 59 頁(yè) 率為 。 傳質(zhì)單元數(shù)為： ???????? ???????? ?? eeOG YY YYlmvN ,22 ,11ln/1 1 ?????? ?????? 0 0 0 6 2 0 0 2 1OGN ?OGN 式中： OGN — 氣相傳質(zhì)單元數(shù)； m— 氣液相平衡常數(shù)； 21 Y、Y — 氣相進(jìn)、出口粗苯摩爾分率； e2,1 Y、eY — 與液相相平衡氣相摩爾分率。 填料塔的高度為： OGOG NHH ?? = = ≈ (m) 噴淋密度可由下式計(jì)算： Wlm ALq ?? AqL lmW ?? 235 3600/ ??? ???WL ?WL m3/(m2s) 式中： WL — 淋下密度， m3/(m2s 1) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 33 頁(yè) 共 59 頁(yè) mq — 洗油質(zhì)量流率， kg/s； l? — 洗油密度， kg/m3； A— 填料塔截面積， m2。 填料層分段：流體沿填料層流下時(shí)，有 逐漸向塔壁方向集中的趨勢(shì)，形成壁流效應(yīng)。壁流效應(yīng)造成填料層氣液分布不均勻，使傳質(zhì)效率降低。因此，設(shè)計(jì)中每隔一定的填料層高度，需要設(shè)置液體收集再分布裝置，即將液體分段 [24]。 表 42 規(guī)整填料分段高度推薦值 填料類型 高度 h/m 250Y 板波紋填料 500Y 板波紋填料 500BX 絲網(wǎng)波紋填料 700CY 絲網(wǎng)波紋填料 根據(jù)上表將填料分為 4m、 5m、 5m。 填料層的壓強(qiáng)降的計(jì)算：規(guī)整填料的壓強(qiáng)降通常按以下關(guān)聯(lián)式計(jì)算 [25] blglgl muuaPH1?????????????????? ??????????? ??? ? ? 1 ?????????????????? ?????????????? ?PH ? ?? ? ?????? PH ??PH (Pa／ m) 式中 PH/? — 單位高度填料層壓 降 ， Pa／ m； 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 34 頁(yè) 共 59 頁(yè) gu —?dú)怏w空塔速度， m/s； lu —洗油 噴淋密度， m3/(m 2s )； a、 b、 m—填料常數(shù)，無因次 []； l? —洗油粘度， Pas lg ??, —煤氣和洗油的密度， kg/m3； 填料塔 輔助設(shè)備的選型 1 填料支撐結(jié)構(gòu)的的選擇 [26] 填料支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足 3 個(gè)基本條件： 使氣液順利通過，對(duì)于普通填料塔，支撐件上的流體通過的自由截面應(yīng)為塔截面的 50%以上，且應(yīng)大于填料空隙率；此外應(yīng)考慮到裝上填料后會(huì)將支撐板的自由截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面，自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象，增加壓降，降低效率，甚至形成液泛； 要有足夠的強(qiáng)度承受填料重量，并考慮填料空隙中的持液重量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，濕度波動(dòng)等因素； 要有一定的耐腐蝕性能。 較常用的支撐結(jié)構(gòu)是柵板，其有豎立的扁鋼條構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造 方便。 2 除沫器的選擇 除沫器是用來捕集夾帶在氣相中液滴的裝置，裝在塔的頂部，它能起到保證傳質(zhì)效率、降低物料損失、改善塔后壓縮機(jī)或真空泵的操作狀況，以及減少對(duì)環(huán)境污染的作用，常用絲網(wǎng)除沫器，它適于分離五微米的液滴，其除沫率可達(dá) 99%。由一定規(guī)格編制成的絲網(wǎng)帶卷制而成，是一盤狀物，在用支撐板加以固定，絲帶網(wǎng)可用金屬或非金屬材料制成，絲網(wǎng)支撐柵板的自由截面積應(yīng)大于 90%，適用于潔凈氣體。 絲網(wǎng)除沫器的壓降較折流板式除沫器較大，約為 ，且不適宜用與氣液中含有粘性或固體物質(zhì)，因?yàn)橐后w蒸發(fā)后留下固體物質(zhì)容易堵塞絲網(wǎng)孔 ，影響塔的正常操作。 絲網(wǎng)盤高 H 一般取 100～ 150mm，盤的直徑可根據(jù)氣速 u確定。 此外，填料塔常用的除沫裝置還有干填料，這種除沫方法用得較多，效果與折板除沫器相仿。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 35 頁(yè) 共 59 頁(yè) 3 液體再分布器的選擇與尺寸 [27] 由于工藝條件的要求，需要的填料層高度較大，當(dāng)噴淋液體噴到填料表面后，液體沿填料層表面向下流時(shí)往往有逐漸靠塔壁方向集中趨勢(shì)，稱為 “干錐體現(xiàn)象 ”，使液相分布不均，降低了填料塔的效率，為了避免產(chǎn)生 “干錐體現(xiàn)象 ”，每隔一定距離必須設(shè)置液體再分布裝置，使填料在整個(gè)高度的填料層內(nèi)部都得到噴淋液的均勻分布。 液體分 布器布液能力計(jì)算：本設(shè)計(jì)操作壓力為常壓，選用重力液體分布器即可。 多孔型分布器開孔數(shù)目計(jì)算式： ????????? ? gHgndL loS ??? 24 ?????? ???????? 32 n? 140?n （個(gè)） 式中： SL — 洗油流量， m3/s； n— 開孔數(shù)目； ?— 孔流系數(shù)，取 ； od — 開孔孔徑， mm； H? — 開孔上方液位高度， mm； l? — 洗油密度， kg/m3。 4 管口的結(jié)構(gòu)的選擇 [28] 氣體進(jìn)、出口管 ： (1) 氣體進(jìn)口的結(jié)構(gòu) 氣體進(jìn)口的結(jié)構(gòu)，要能防止液體淹沒氣體通道。填料塔對(duì)氣流入塔的分布要求不嚴(yán)，但也不應(yīng)使氣流直接有管口或水平管沖入塔內(nèi) 。對(duì)于直徑小于 ，可使進(jìn)氣管水平伸到塔的中部，管的末端切成向下的 45176。斜口，使氣流折轉(zhuǎn)向上，分布更均勻，對(duì)于直徑大于 ，管的末端可做成鄉(xiāng)下的喇叭形擴(kuò)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 36 頁(yè) 共 59 頁(yè) 大口。 (2) 氣體出口的結(jié)構(gòu) 氣體出口的結(jié)構(gòu)，要能防止液滴的帶出和集聚，可采用同進(jìn)氣口結(jié)構(gòu)相似的開口向下的引出管，或者在出口管之前加裝除沫擋板或加裝一開口向上的分離袋囊，袋底鉆有小孔，以泄去分離出來的液體。當(dāng)氣體夾帶液滴較多時(shí)，則需另裝除沫器。 液體進(jìn)、出口管 ： 液體進(jìn)口管多是直接通向噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)需按噴淋裝置的要求而定。液體 的出口裝置應(yīng)該便于塔內(nèi)液體的排放，不易堵塞，而且又能將塔設(shè)備的內(nèi)部與外部大氣相隔離。液體出口裝置在負(fù)壓操作的塔設(shè)備中必須另裝液封裝置，例如倒 U 形管等。有時(shí)不另裝液封裝置，而把塔的下部當(dāng)做緩沖器使用，即其中經(jīng)貯有一定量的液體，并保持液面恒定。在有的塔設(shè)備中，液體出口裝置采用防渦流板，可消除鄰近出口處的漩渦，這一結(jié)構(gòu)也可用于液體不太清潔的場(chǎng)合。另外，也要防止瓷環(huán)碎片漏入液體出口管，使管道堵塞，可裝設(shè)擋網(wǎng)等。 5 填料壓緊板的選擇 [29] 較高的氣速和壓力波動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致填料的松動(dòng)，使得填料層內(nèi)各處的裝填密度產(chǎn)生差 異，引起液體的不良分布，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致散裝填料的的流化，造成陶瓷等易碎材料制成的填料的損壞，甚至把填料帶入下游裝置中，影響下游裝置的操作。此外，分布器下邊的流化，還會(huì)影響液體的初始分布，安裝在填料頂層的填料壓緊或限位裝置都是用于阻止填料的流化和松動(dòng)。前者為直接壓在填料之上的填料壓圈或壓板，用于易碎的陶瓷填料，其重量一般為 100︿ 150kg/料限位圈，用于金屬和塑料填料。 不論是壓緊裝置還是限位裝置，與填料支承一樣，必須具有足夠高的開孔率，而單個(gè)開孔又必須足夠小，以保證既具有與填料層 一樣的質(zhì)量。同時(shí)又能阻止填料穿過。在物料比較清潔且腐蝕不嚴(yán)重時(shí)，可在限位圈下面安裝一層金屬絲網(wǎng)，以達(dá)到上述兩個(gè)要求。填料壓緊和限位裝置的開孔率一般取在 70%以上 [30]。 橫管冷卻器的設(shè)計(jì) 原則 (1) 流道選型原則 ： 易結(jié)垢和不清潔的流體走管內(nèi)，以便機(jī)械清潔； 腐蝕性流體走管內(nèi)，以節(jié)省耐腐蝕材料用量； 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 第 37 頁(yè) 共 59 頁(yè) 毒性物料走管內(nèi)，以減少泄露機(jī)會(huì)； 高壓流體走管內(nèi)，以減少外殼厚度； 高溫且要求特殊材料的流體走管內(nèi)，以節(jié)省材料； 高粘度流體走殼程，以易于形成湍流，擾動(dòng)程度大，提高給熱系數(shù)； 若兩流體溫差較大， 應(yīng)選給熱系數(shù)大的流體走殼程，以減少殼體與管壁的溫度，減少熱應(yīng)力；若兩流體溫差很大，且給熱系數(shù)相差很大，則應(yīng)選給熱系數(shù)大的流體走管壁，因?yàn)樵诠芡饧映崞容^方便； 飽和蒸汽走殼程，以便及時(shí)排除冷凝液，被冷凝的流體走殼程，利于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。 在本次任務(wù)中，煤氣流量比水的得多，煤氣走殼程，流道截面大且易于提高給熱系數(shù)。煤氣中冷凝下來的少量焦油便于及時(shí)排除。 在此次設(shè)計(jì)中煤氣走殼程，冷卻水走管程 [31]。 (2) 流體流速的選擇 [32]： 若流速增大，不僅給熱系數(shù)增大，同時(shí)也可減少污垢在管子表面沉積的可能性，從而 可提高傳熱系