年产120万吨焦化厂粗苯工段的设计.docx
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年产120万吨焦化厂粗苯工段的设计
第六章主要设备的工艺计算和选型
设备的选型和计算是根据前述的粗苯工段工艺流程中提出的要求进行的。
计算过程中对一些参数的选择，要求考虑实际操作，选型要求考虑实际操作需要外，还需考虑设备的型号是否为国内大量生产的系列，以便检修和更换零件。
另外，该工段大部分是定型设备计算只能作为选择的参考。
并且计算过程中选择了许多设计定额中的数据。
6.1
6.1.1
终冷洗苯部分的工艺计算及设备选型
计算依据
煤气量
煤气密度
H2S产率（
H2S密度
320
0.454kg/
占装煤量）
Nm3/t煤
Nm3
0.2%
1.518kg/
1.1%
Nm3
6.1.2
1）
粗苯的回收率（占装煤量）
洗苯塔后煤气含苯2g/
粗苯蒸汽密度3.667kg/Nm3煤气量45000
煤气温度
硫铵工段来的煤气温度58
饱和温度52C
终冷温度22
计算过程
煤气流量
装炉干煤量
G煤=n氓V炭化室•丫干煤/T
Nm3
Nm3/h
=2x60x35.1/22.5
=187.2t/h
式中
N
35.1
焦炉周转时间,h
炉组焦炉个数炭化室孔数
单孔装煤量，即V炭化室”Y干煤，m'
干煤气量
V煤气=G煤二煤气
=187.2X320
=59904Nm3/h
G煤气=59904X0.454=27196.416Kg/h
2）煤气中含ms量
GhqS=G煤旧2S产率
=187.2X1000X0.2%
=374.4kg/h
VhqS=GH2S/PH2S
=374.4/1.518
=246.64Nm3/h
3）煤气中粗苯含量
G粗笨=G煤X粗苯的回收率+V煤气X塔后煤气含苯量
=187.2X1000X1.1%+59904X0.002
=2179.008kg/h
V粗笨=^且笨/P粗笨
=2179.008/3.667
=594.22Nm3/h
上述三种气体流量之和
V总=乂某气+VH2S+V粗苯
=59904+246.64+594.22
=60744.86Nm3/h
4）塔前煤气中水蒸气量（G塔前kg/h和V塔前Nm3/h）塔前煤气温度「=580，煤气露点T01=53C露点下的水蒸汽压力P01=13582Pa
煤气绝对总压力=大气压+煤气总压（表）
=101300+10000
=111300Pa
V塔前=P01/（P—Po1）
=60744.86X13582/111300-13582=8504.28Nm/h
G塔前=V塔前X18/22.
=8504.28X18/22.4
=6803.42Kg/h
5）塔后煤气中水蒸汽量（G塔后kg/h和V塔后Nm3/h）塔后煤气温度T2=22C露点T02=22C露点下水蒸汽压力P02=2638Pa
塔后煤气绝对总压力：
卩2=大气压+塔后煤气压力
=101300+8500
=109800Pa
V塔后=Po2/（P2-Po2）
=60744.86X2638/（109800-2638）
=1214.90Nm3/h
G塔后=V塔后X18/22.4
=1214.90X18/22.4
=976.26Kg/h
6.1.3横管终冷洗萘塔的计算
H2S
（一）
q3=G粗笨XIKJ/h
1=4.18X（103+Ct）
式中
c=（20.7+0.026t）/MKcal/（kgC）
M粗苯平均分子量，可取为82.2
t――煤气塔前温度，C
则c=（20.7+0.026X58）/82.2
=0.27Kcal/kgC
I=4.18X（103+0.27X58）
=496.00KJ/kg
q3=G粗笨XI
=2179.008X496.00
=1080785.35KJ/h
（4）水蒸气带入热量：
q4=G塔前X水蒸气塔前温度下的焓
=6803.42X2600.54
=17692565.85KJ/h
故带入热量为：
Qn=q1+q2+q3+q4=5236807.68+21502.39+1080785.35+17692565.85=24031661.27KJ/h
2.带出热量Q出:
（1）干煤气带出热量
q'=V煤气X干煤气在22C下的焓
=59904X33.16
=1986416.64KJ/h
式中33.16――22C下干煤气的焓，KJ/h
（2）H2S带出热量：
c2=Gh2sXH2S在塔后温度下的比热X塔后温度
=374.4X0.9889X22
=8145.37KJ/h
（3）粗苯带出热量：
Cjs=G粗笨Xi,KJ/h
「=4.18X（103+t'c）
式中c-=（20.7+0.026tj/M,kcal/（kgC）
M粗苯平均分子量，可取为82.2
t'――煤气塔后温度C
c=（20.7+0.026X22）/82.2
=0.259kcal/（kg.C）
r=4.18X（103+0.259X22）
=454.36KJ/kg
故粗苯产品带出热量
Cb=2179.008X454.36
=990054.07KJ/h
（4）水蒸气带出热量：
q4=G塔前X水蒸气塔前温度下的焓
=976.26X2533.94
=2473784.26KJ/h
故带出热量为：
''''
^C+q2+q3+q4
=1986416.64+8145.37+990054.07+2473784.26=5458400.34KJ/h
（二）冷却面积的计算冷却水采用18C的地下水出塔温度为28C左右
（1）冷却水量
W=（Q入一Q入）/【（28—18）X4.18X10001=（2403161.27—5458400.34）/【（28—18）X4.18
X10001
=444.34m/h
（2）传热系数的计算：
K=
1
%
1
1）
+J1
查得：
塔前露点58C时煤气水蒸气含量x1=91.0g/Nm3塔后露点22C时煤气水蒸气含量x2=19.5g/Nm3
X=【—X0.0224X（273+to+生x0.0224x（273+to2%73]
1818^273
=8.36%
1=0.0522x+5.36
=0.0522X8.36+5.36
=5.80
故：
％=330.3J/rf.S-K
2）«2是管内壁至冷却水对流传热系数J/S・K
a2=0.023Re0.8prn
人（取n=0.4）di
横管终冷塔采用①25X2.5的无缝钢管（钢号为20）管数为
342,根据前面计算得冷却水量为462.88m3/h
管内水速为
W
US話
444.34
少4咒0.022咒330.3咒3600
=0.1234m/s
几=0.6J/m•s•k
密度：
P=997.45kg/m3
比热：
Cp=4.18KJ/Kg-k导热系数：
黏度：
卩=9.437X10"4pa
贝
R=diUsP厂k
0.02咒1.2咒997.45
9.437X104
=25366.96
Pr=6.53
r0.80.4Z
故0<2=0.023'Re”Pr”—
di
06
=0.023CSBGG.ge0865364
0.02
=4877.86J/m2SK
3）管壁厚b=0.0025m,钢的导热系数a=51.54J/m2”S*,
b/入=0.0025/51.54=4.85
则:
1b1
=—+RSo+「+Rsi+—%人a2
=1/323.76+1.7197X10丄+4.85X10，+1.7197X10"+1/4877.86
=3.686X10°rf.S-K/J
K=271.3J/S-K
（三）高度计算
（1）管箱高度
管间距为32mm正△布管，则行间距为22.6mm可取25mm塔体采用边长为2米的长方形制造，每排可布57根水管，每组管束含6排，则一组共有57X6=285根水管，组间距取60
则一个管箱高度为32X10+20X2+60=420箱间距取
200mm
（4）计算有效管长
管子的倾斜度约为3r,形状如图：
由于每侧的管箱间距
为200mm则每根水管的纵向倾斜距离为100mm如图：
100
2000
则有效管长为：
X=j20002+1002=2002.5mm
（5）管箱数：
共需要管束个数为
=1569.75=35取m=36
285%兀咒0.025咒2.0025
F
m=
285•兀记*x
组，而每个管箱含2组管束，则共需36组管束，18个管箱，分两段，一段为9个管箱，二段为9个。
（6）塔高计算：
有效管板高度为：
H'二350+420X18+200X17+350=11660mm=11.66m两段喷洒高度共取1m煤气出口2m煤气入口1m底部油槽高5m则实际塔高为：
H=H'+1+2+1+4=20.66m
22C,塔后煤气温度26C,
30r
8500Pa,塔后煤气压力5880Pa
6.2洗苯塔的计算：
原始数据：
塔前煤气温度入塔贫油温度塔前煤气压力
从煤气中吸收的粗苯量为：
G，=G煤X粗苯回收率
=187.2X1.1%X1000
=2059.2Kg/h
出塔煤气含粗苯量为2360.59-2059.2=301.39Kg/h
入塔湿煤气量：
V,（Nm3/h）
G,（Kg/h）
煤
气
6489629462.78
硫
化氢
267.19
405.6
粗苯蒸汽
643.74
2360.59
水
蒸汽
1619.96
1301.75
共
计
67426.89
33530.72
出塔湿煤气量：
V,（Nm3/h）
G,（Kg/h）
煤
气
6489629462.78
硫
化氢
267.19
405.6
粗苯蒸汽
82.19
301.39
水
蒸汽
1619.96
1301.75
共计66865.3431471.524
煤气的实际流量（塔前为V1，塔后为V2）
V1=67426.89咒273十22咒101325=67221.45Nm3/h
273101325+8500
V2=66865.34X273+26%—101325一=69239.06Nm'/h
273101325+5880
煤气平均流量V的计算：
V=（V1+V2）/2=68117.21Nm3/h
1.洗油循环量W的计算：
油气比取为1.7L/m3煤气，油密度取
丫=1.06kg/L,贝U
油
W=VX油气比X丫
'油
=68117.21X1.7X1.06
=122747.21Kg/h
2.贫油粗苯含量的计算：
（1）塔前煤气含粗苯量：
%=G粗笨前X10OOV,|
=2179.008X1000/66995.36=32.52g/Nm3式中：
V1――塔前煤气实际流量,Nm3/h
（2）塔后煤气含粗苯量：
5=G粗笨后x1000V2
=301.39X1000/69239.06
2i
=4.35g/Nm3式中:
V21——塔后煤气实际流量，Nm3/h
（3）
1.25（x/Mb）R
贫油允许含粗苯量：
与a2相平衡的允许贫油含苯量按下式计算（用于焦油洗油）:
0.0224竺2=
Mbx/Mb+（100-x）/Mm按规定塔后煤气含量不大于2g/Nm式中：
a――为苯族烃的浓度
Mm――洗油的平均分子量，取160Mb――粗苯的平均分子量，取82.2
P煤气总压力
Pb――回收温度下粗苯的饱和蒸汽压，伽Hg
Pb=0.8008Pb'+0.1340R+0.0310Fx+0.00342FS伽HgPb'、P、Px、P分别是纯苯、甲苯、二甲苯、萘溶剂油的饱和蒸气压，查《焦化设计参考资料》下册得：
Pb'=95.2mmHg,R=34.87mmHg,
求得pb=80.9mHg将已知数据带入方程，即可求出洗油含萘量x:
X=0.209%
（4）入塔贫油实际含苯量为：
G=x/n
=0.209/1.2=0.174%
即取平衡偏离系数n=1.2
（5）出塔富油含苯量：
C2=C1+回收的苯量/（洗油量+苯的回收量）
=0.174%+20592（122747.21+2059.2）
=1.8%
3.塔径和塔高的确定；
根据《燃料化工》1998（3）:
36提供的参数，塑料花环填料的空塔气
速卩在1.1〜1.4m/s之间；花环填料表面定额在0.2〜0.3rf/Nmh本设计取卩=1.25m/s，花环填料表面定额值为0.25rf/Nm3-h
圆整后，取D=4.4m
式中VS――煤气平均体积流量，NnVs
花环填料面积，用量及塔高的计算：
由于花环填料表面定额值为0.25rf/Nm3-h得花环填料面积：
F=0.25X68117.21=17029.30rf
洗苯塔吸收段内填Z型花环填料，填料层的结构采用多段填充，塔顶部设一层高0.8m的捕雾层，充填X型花环填料，采用6个叶式喷头，在塔的适当部位设再分布器。
三种花环填料规格见下表；
型号
填充分数
个/m3
比表面积
rf/Nm3
空隙率
%
容重
Kg/m3
X
32500
185
88
111
Z
8000
127
89
120
D
3000
94
90
188
由上表可查出：
Z型花环的比表面积为127rf/Nm3。
秒年里则：
填料总体积V=17029.30/127=134.09m3
故填料高度为：
h=-Vy=134.092=9.77m
nr2兀（4.笃）2
因此洗苯塔可分为5层填料，每层高度为2m填料层间距为1m捕雾层高0.8m,再分布器段2.5m,煤气入口段2m,煤气出口段2m,洗苯塔底部槽高为5m喷淋高度为2.5m,第二层与第三层填料间设再分布器，则洗苯塔内填料高度为：
H=5X2+2.5+3X1=15.5m
塔高可取为：
H=15.5+0.8+2+2+5++2.5+2.2（附加高度）=30m
6.3蒸馏脱苯部分设备计算和选型
6.3.1计算依据：
2179.008X76%=1656.05kg/h
2179.008X15%=326.70kg/h
2179.008X5%=108.95kg/h2179.008X4%=87.16kg/h122747.21kg/h
丫=1050Kg/m3
粗苯产量为2179.008kg/h,其中
苯甲苯二甲苯
萘溶剂油贫油量贫油密度
贝V=W=122747/1050=116.90m3/h
7
贫油中粗苯的含量为116.90X0.3%=0.351m3/h粗苯的密度取860kg/m3,贝U
粗苯量为0.351X860=301.86Kg/h
其中含苯2.8%X301.86=8.45Kg/h
甲苯19.2%X301.86=57.96Kg/h
二甲苯30.8%X301.86=92.97Kg/h萘溶剂油47.2%x301.86=142.48Kg/h
富油量=贫油量+粗苯产量+贫油中含粗苯量
=122747.21+2179.008+301.86
=125228.078Kg/h
富油中水量=富油量X（0.5〜1%
=125228.078X0.6%
=751.37Kg/h
富油中萘量=富油量X5%
=125228.078X5%
=6261.40Kg/h
洗油量=贫油量-富油中萘量
=122747.21-6261.40
=116485.81Kg/h
则进入脱苯工序的富油量如下：
成分
Kg/h
Kg/h
Kmol/h
分子量
洗油
116485.81
122747.21
728.04
160
萘
6261.40
48.92
128
苯
1664.5
2529.32
21.34
78
甲苯
384.66
4.19
91.9
二甲苯
201.92
1.92
105.9
溶剂油
229.64
1.92
120
水
751.37
41.5
18
共计
125979.3
843.42
6.3.2管式炉：
管式炉出口富油温度为180C，压力为920mmHg180C时各种组分的饱和蒸汽压（mmHg分别为：
苯：
7668;甲苯：
3875;萘：
295;溶剂油：
1100;洗油：
110。
从管式炉出来的富油进入脱苯塔时，闪蒸后与闪蒸前液相中各组分比率计算如下：
（用试差法）
苯的比率：
假设
0.619X7668+0.381咒3875=0.764
0.619X7668
rN=0.61^7668^'0.38n<110=0.991
成分
Kmol/h
Kg/h
苯
0.62X21.34=13.23
1031.94
1741.654
甲苯
0.764X4.19=3.20
294.08
二甲苯
0.859X1.92=1.65
174.74
溶剂油
0.919X1.92=1.76
211.2
萘
0.977X48.92=47.79
6117.12
120774.08
洗油
0.991X728.04=721.49
115438.4
共计
789.11
123266.416
验算申
B-
水：
®W=0
闪蒸后留在液相中各组分的数量如下（包括进入再生器的洗油量）
叫Gi
-S
Mi
Mi
789.11X920
848.05-789.11
®B=A/（A+Pb）
=12317.29
成分
Kg/h
苯
1664.5-1031.94=632.56
与假设值WB=0.619
在脱苯塔进口各组分蒸发量如下:
12317.29=0.616
12317.29+7668
非常接近，故以上计算正确。
（包括进入再生器的蒸发量）
甲苯
384.66-294.08=90.58
二甲苯
201.92-173.676=28.24
4
769.824
1961.514
溶剂油
229.64-211.2=18.44
萘
6261.40-6117.12=144.28
1191.69
洗油
116485.81-115438.4=1047.41
水
751.37
共计
2712.884
粗苯在管式炉中的蒸发率：
769.824/2179.008X100%=35%
1.管式炉输入热量Qr:
（1）从洗苯塔来的富油经分缩器，贫富油换热器后进入管式炉（包括洗
油，粗苯，水，其温度为125C）,带入热量Q1:
1洗油带入热量（包括萘）:
5=洗油量（包括萘）X125C洗油的比热X温度
=122747.21X0.491X125X4.18
=31490489.86KJ/h
式中0.491――含萘洗油125C时的比热，KcaL/Kg•C
2粗苯带入热量：
KJ/h。
q2=粗苯量X比热X温度，粗苯125C的比热
C=0.383+0.00104t=0.513KcaL/Kg
贝Uq2=2480.72X0.513X125X4.18
=664938.39KJ/h
3水带入热量：
q3=水量X比热X温度
=751.37X1.017X125X4.18
=399264.869KJ/h
式中1.017——水在125C下的比热，KcaL/Kg「C故带入热量
Q1=q1+q2+q3
=31490489.86+664938.39+399264.869
=325554693.12KJ/h
入管式炉对流段低压蒸汽带入热量Q2：
查《焦化设计参考资料》下册，得：
每千克粗苯的直接蒸汽耗量为1.592千克，则蒸馏用直接蒸汽耗量为：
G=1.592X2179.008
=3468.98Kg/h
故：
Q2=3468.98X2747.8
=9532063.24KJ/h
式中2747.8――0.4MPa表压）饱和蒸汽热焓，KJ/h④管式炉加热用煤气供热量Q3；
则输入热量为：
Qr=Q1+Q2+Qs
2、管式炉输出热量Qc
（1）出管式炉富油180C时带走的热量Q4含萘洗油带走热量
q,=洗油量（包括萘）X比热X温度
=122747.21X2.236X180
=49403297.08KJ/h
式中2.236――含萘洗油180C时的比热，KJ/Kg•C粗苯带入热量：
KJ/h。
q?
'=粗苯量X比热X温度，
粗苯比热
C=0.383+0.00104t
=0.383+0.00104X180
=0.571KcaL/Kg•C
贝Uq2,=2480.72X0.571X180X4.18
=1067652.27KJ/h故：
Q4=q/+q2，
=49403297.08+1067652.27
=50470949.35KJ/h
（2）粗苯蒸汽和油气带出热量Q5
1洗油蒸汽带走热量（含萘蒸汽）
q3,=含萘洗油蒸汽量X热焓
=1191.69X565.2
=673543.19KJ/h
式中565.2――180C含萘洗油蒸汽热焓，KJ/Kg
2粗苯蒸汽带出热量
q4=粗苯蒸汽量X热焓
=769.824X665.7
=512471.84KJ/h
式中665.7――180C粗苯蒸汽热焓，KJ/h
3水蒸汽带出热量
qs=水蒸汽量X热焓
=751.37X2834.5
=2129758.27KJ/h
式中2834.5——1.2Kgf/cm2180C水蒸汽热焓，KJ/Kg
4粗苯蒸汽和油气带出热量Qb
Q5=q3+q4+q5
=673543.19+512471.84+212
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