【正文】 成圖。 一次蒸發(fā)器和二次蒸發(fā)器的計算 及選型。綜合論述國內外煤焦油蒸餾過程中對污染物采取的防護治理措施、工藝、特點、污染治理取得的效果及展望。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。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品。根據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 [4]。包含的化合物已被鑒定的達 400 余種。加工過程首先按沸點范圍蒸餾分割為各種餾分，然后再進一步加工。焦 油酸、焦油堿再進行蒸餾分離可分別得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。煤焦油蒸餾所得的餾分油也可不經分離而直接利用，如瀝青質可制電極焦、碳素纖維等各種重要產品，酚油可用于木材防腐，洗油用作從煤氣中回收粗苯的吸收劑，輕油則并入粗苯一并處理。 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設計 第 9 頁 產品分類 焦油的各 組分性質有差別，但性質相近組分較多，需要先采用蒸餾方法切取各種餾分，使酚、萘、蒽等欲提取的單組分產品濃縮集中到相應餾分中去，再進一步利用物理和化學的方法進行分離。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； 210～ 230℃的餾分主要為萘油，產率為 ~%，比重為 ~。含有甲酚、二甲酚及高沸點酚類 3～ 5%；重質吡啶堿類 4～5%；萘含量低于 15%；其余為洗油及少量其他有機物質； 280～ 360℃的餾分主要為一蒽油，產率為 16～ 22%，比重 ～ 。 煤焦油加工過程 煤焦油加工從過程上分為 4 個層次 ： 首先是原料煤焦油的預處理 ， 即煤焦油的凈化脫水、脫渣、除鹽過程 ； 其次是煤焦油蒸餾，切取各種餾分 ； 第三是各餾分的分離，即用各種分離技術從餾分中提取各種精制產品 ； 最后是精制產品的進一步深加工 ， 利用各種物理或化學方法開發(fā)下游精細化工產品。我國焦油加工企業(yè)采用離心分離技術和加壓過濾 技術的相對較少。 煤焦油加工工藝 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。目前國內焦化企業(yè)大都采用常壓單塔流程，這種流程投資低，易操作，比較適合中小規(guī)模的焦油蒸餾裝置，但餾份切割較粗。 我國以前煤焦油蒸餾裝置多采用間歇蒸餾或常壓連續(xù)蒸餾 ， 按溫度切取輕油、酚油、萘油、洗油、蒽油等餾分及瀝青的流程 ， 該工藝加熱溫度高、時間長。 一塔式流程 一塔式焦油蒸餾工藝又被稱為一塔半式 ， 就是在二段蒸發(fā)器上部加一段精餾塔以切取二蒽油餾分。其余餾分的混合蒸汽自頂部逸出進入餾分塔 ， 自餾分塔底排出的 270~ 290℃的一蒽油 ， 經冷卻后， 一部分用于二段蒸發(fā)器頂部打回流 ， 以保持二段蒸發(fā)器頂部溫度為 315~ 325℃ ， 其余送去處理。輕油及水的混合蒸汽以 95~ 115℃自塔頂逸出 ， 經冷凝冷卻油水分離后 ， 部分輕油打回流 ， 其余送粗苯工段處理。而后再精制三混得到高純度的萘、苊、芴、酚、吲哚、吡啶鹽、甲基萘餾分和 甲基萘餾分。 2. 二塔式流程 二塔式蒸餾工藝是在一塔式的基礎上做的改進工藝 ， 為了提高焦油初次蒸餾的效果 ， 在餾分塔之 前加入了蒽塔 ， 用于切取一蒽油和二蒽油 ， 然后塔頂的產品進入餾分塔 ， 提取萘油、洗油和酚油。上面的流程主要是用于提取焦油中的一些餾分 ， 如輕油餾分和三混餾分。例如對于酚油的繼續(xù)精制 ，要進行先經過洗滌 ， 在經由蒸餾操作得到精酚 ， 本次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。經脫水后含水量 %以下的無水焦油，經過油封流入無水焦油槽中。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)器進行閃蒸 ，分離成鎦份的混合蒸汽和液體瀝青。從 2 次蒸發(fā)器頂逸出的餾份混合蒸汽進入蒽塔進料塔板，塔底排出溫度為 320~330℃的二蒽油，側線切取溫度為 290~300℃的一蒽油。蒽塔頂用洗油打回流。洗油餾份以 230~340℃的溫度自塔底排出；溫度為 200~210℃的萘油餾份從側線采出；溫度為 150~160℃的酚油餾份從對應的側線層采出；這些餾份都分別經各自的埋入 式冷卻器，然后經窺鏡流入各自的貯槽。輕油經窺鏡流入回流槽，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。 焦油分離主要設備 焦油蒸餾過程主要是將焦油加熱，利用組分間的沸點不同。此生產過程的主要設備為：管式爐、蒸發(fā)器、蒽塔、餾分塔、冷卻器等 [6]。箱型立體式或圓筒管式爐主要由燃燒室、對流室和煙囪構成。輻射管從入口至出口管徑是變化的，按順序依次為四種規(guī)格，可使焦油在管內加熱均勻，提高爐子熱效應，避免爐管結焦，延長使用壽命。煙氣沿著輻射室上升到對流室，溫度降到700~900℃。油品則先進入對流管再進入輻射管，不斷吸收高溫煙氣傳給的熱量，逐步升高到所需要的溫度。由于火焰溫度很高 (最高處可達 1500~1800℃左右 )，又不允許沖刷爐管，所以熱量主要以輻射方式傳送。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。在對流室還可以加幾排蒸汽管，以充分利用蒸汽余熱，產生過熱蒸汽供生產上使用。有時則利用煙囪的抽力直接將煙氣排入大氣。 焦油在管內流向是先從對流管的上部接口進入，流經全部對流管后，出對流 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設計 第 13 頁 段，經聯絡管進入斜頂處的輻射管入口，由下至上流經輻射段一側的輻射管，再由底部與另一側的輻射管相連，由下至上流動，最后由斜頂處最后一根輻射管出爐。燒嘴中有的設有廢氣通入管，用以噴然有害氣體。風箱是一個側面為 L 型、斷面為長方形的管狀物，內襯消聲材料，端部入口設有百葉窗。爐子采用陶瓷纖維為耐火材料，以玻璃棉氈為絕熱性能好，質量輕，易施工，使用壽命長。按照管式爐的結構又可分為立式爐、圓筒爐和無焰爐。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。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。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。圓筒爐的特點是結構緊湊，造價較低。圓筒爐的熱效率偏低也使熱負荷的提高受到限制。由于無焰燃燒，爐膛體積可縮小，傳熱較均勻。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。（ 2）蒸汽過熱段可以設置一段或二段，要合理確定加熱面積。（ 3）輻射管熱強度實際生產波動在 1800~2600千卡 /米 2時。當選用光管 時，對流段熱強度一般采用 6000~10000 千卡 /米 2時。（ 5）火嘴能力應大于管式爐能力的 ~ 倍火嘴與管凈 4 宜大于 900 毫米，以免火嘴舔燒爐管。從生產要求和經濟效益核算來考慮純加熱式圓筒爐是本設計的最佳選擇。閃蒸空間一般不小于 2400 毫米。另一種是中間無隔板，上下連通。無水槽宜以液面自動調節(jié)裝置自控液面。本設計選擇的一次蒸發(fā)器如下表 。一般情況下，二 段蒸發(fā)器直徑宜按餾分塔直徑大一級考慮。采用液面自調裝置控制瀝青液面。設置人孔以便清掃、檢修。 表 Dg2400 項目 數據 高度，毫米 2200 塔板層數 10000 內蒸空間，毫米 4102 捕霧層 10層鋼絲網，總高 1000毫米 蒸餾塔 1 餾分塔選擇原則： 根據塔徑確定踏板間距。降液管截面宜按停留時間不低于 5 秒考慮。 2 餾分塔的分類： 板式塔：可根據氣液操作狀態(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、網孔等塔板。 泡罩塔盤：泡罩塔盤是工業(yè)上應用最早的塔盤之一。工作時，液體由上層塔盤經降液管流入下層塔盤，氣體從下一層塔盤上升進入升氣管 ，再經泡罩的條形孔流散到液體中。浮閥是保證氣液接觸的元件，操作時氣流自下而上吹起浮閥，從浮閥周邊水平地吹入塔盤上的液層；液體由上層塔盤經降液管流入下層塔盤，再橫流過塔盤與氣相接觸傳質后，經溢流堰入降液管，流入下一層塔盤。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。燒嘴中有的設有廢氣通入管，用以噴然有害氣體。風箱是一個側面為 L 型、斷面為長方形的管狀物，內襯消聲材料，端部入口設有百葉窗。爐子采用陶瓷纖維為耐火材料，以玻璃棉氈為絕熱性能好，質量輕，易施工，使用壽命長。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。操作彈性大，在負荷變動較大時，仍能保持較高的效率。不易堵塞，介質適用范圍廣。 餾分塔可為條形泡罩塔或浮閥塔，塔板數為 41~63 層。塔板零件由合金鋼制造。餾分塔底設有直接蒸汽分布器，供通入直接過熱蒸汽用。 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設計 第 17 頁 表 項目 蒽塔 Dg2020 餾分塔 Dg2020 高度，毫米 16000 24000 重量，噸 塔板層數 21 63 精餾段 16 60 提餾段 5 3 泡罩形式 條形 星形 泡罩個數 10 43 泡罩齒縫高度，毫米 25 38 每層塔板齒縫面積，米 2 降液管面積，米 2 板距，毫米 450 400 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設計 第 18 頁 3 車間及非工藝部分的設計 蒸餾工藝布置 焦油蒸餾工段一般由管式爐、蒸餾塔平臺、蒸餾廠房、餾分中間槽等組成。根據氣溫條件，蒸餾廠房可以布置為敞開式或半敞開式。碳酸鈉高位槽槽底標高應高于一段焦油泵的原料焦油槽高度。餾分中間槽的布置，應考慮共加熱器抽出方便。一般情況下，焦油蒸餾工段的工藝布置間距見表 。各工段之間的距離符合防火安全要求，一般工段之間盡距離不少于 12 米，廠房與室外儲槽盡距離不少于 6 米。考慮綜合利用，在車間范圍內應適當留有發(fā)展余地。在車間范圍內應布置車間辦公室、廁所、浴室更衣室等生活設施。 廠址的選擇一般要求如下：（ 1）廠址應有較好的交通運輸條件 。應鋪設專用線并和鐵路正線接轉。（ 2）廠址應當靠近主要原材料供應地區(qū)或產品銷售地區(qū)；最好靠近熱電站以獲得大量蒸汽和電力。（ 4） 應在居民區(qū)的下風向和江河下游，但又不受其他企業(yè)的煙氣的影響的地方建廠。（ 5）廠址最好選擇在已有居民的附近地區(qū)，離城市不 遠或靠近已建成投資的其他企業(yè)，這樣可以利用城市或原有企業(yè)的各種設施。（ 6）有些化工廠有大量的廢渣產生，要有適當的洼地堆放或填埋 [7]。酸堿洗滌室及所屬室外酸類貯槽區(qū)的地坪應作仿佛處理，室內應設墻裙及沖洗地坪的排水箅子。室外設備的操作區(qū)及通道需作 水泥地坪，并考慮排水。按照工藝需要在廠房設計中考慮安裝門或安 遼寧科技學院本科生 畢業(yè)設計 第 20 頁 裝孔。對于建筑物進行設計時，應使廠房室內的地平標志次室外地平標高出 。室內應設置墻裙及沖洗地平的排水管子 [7]。用電設備的按鈕一般設在設備附近，連續(xù)運轉的設備，在儀表室內應有運行指示信號。觀察頻 繁的操作部分如視鏡、工業(yè)萘塔底面等處應有局部照明。 滑觸線高度不宜小于 ；如低于 ，其下部應設防護網，防護網應接地良好。電氣設備（特別是手持電動工具）的外殼和電線的金屬護管應有接零或接地保護和漏電保護器。行燈必須是24 伏低壓燈；在金屬容器內或潮濕地方其電壓 不得超過 12 伏。建筑物和生產裝置必須采取防直接雷擊和感應雷擊的措施。 在 本設計中 ，用水量是很大的，它包括了生產用水（工藝用水和冷卻用水）、輔助生產用水（清洗設備及清洗工作環(huán)境用水）、生活用水和消防用水等，所以供排水設計是化工設計中一個不可缺少的組成部分。由于冷卻用水對水質有一定的要求，因此，從水源取來的原水一般都要經過必要的處理如沉淀、混凝和過濾以除去 懸浮物，必要時還需經過軟化處理以降低硬度才能使用。水在冷卻塔中降溫約 5~10℃，經水質穩(wěn)定處理后在用作冷卻水，如此不斷循環(huán)。生活污水和大氣污水污染的有害程度均小于生產污水，生產污水中往往含有 大量的酸、堿、鹽和各種有害物質，經過凈化達到國家規(guī)定的排放標準排入河道。在合流系統(tǒng)中是將所有的污水通過一個共同的水管到凈化池處理后再引入河道，分流系統(tǒng)是將生活污水和大氣污水與生產污水分開排除，或生產污水和生活污水合流而大氣污水分流。 防火防爆 凡是輸送距離短，有條件設置的，均宜采用自流和虹吸輸送方式。用氣體壓送易燃液體時，不可采用壓縮空氣，可用氮氣或 二氧化