年产120万吨焦化厂粗苯工段的设计.docx

1、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。6.16.1.1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3200.454kg/占装煤量）Nm3/t 煤Nm30.2%1.518kg/1.1%Nm36.1.21)粗苯的回收率（占装煤量）洗苯塔后煤气

2、含苯 2g/粗苯蒸汽密度3.667 kg/ Nm3 煤气量 45000煤气温度硫铵工段来的煤气温度58饱和温度52 C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/TNm 3Nm3/h=2x60x35.1/22.5=187.2 t/h式中N35.1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=187.2 X 320=59904 Nm3/hG煤气=59904 X 0.454 = 27196.416Kg /h2） 煤气中含ms量GhqS =G煤旧2S产率=187.2 X 1000X 0.2%=374.4kg/hVhqS =

3、GH2S/ P H2S=374.4/1.518=246.64 Nm3/h3） 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=187.2 X 1000X 1.1% + 59904X 0.002=2179.008kg/hV粗笨=且笨/ P粗笨=2179.008/3.667=594.22 Nm3/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=60744.86 Nm3/h4） 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 P 01= 13582 Pa煤

4、气绝对总压力=大气压+煤气总压(表)=101300+10000=111300 PaV塔前=P01 /( P Po1)= 60744.86 X13582 /111300 -13582 =8504.28 Nm /hG塔前=V塔前 X18/ 22.=8504.28 X 18/22.4=6803.42 Kg/h5)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 = 2638 Pa塔后煤气绝对总压力：卩2 =大气压+塔后煤气压力=101300+8500=109800PaV塔后=Po2 /(P2 - Po2)=60744.

5、86 X 2638/(109800-2638)=1214.90 Nm3/hG塔后=V塔后 X 18/22.4=1214.90 X 18/22.4=976.26 Kg/h6.1.3横管终冷洗萘塔的计算H2S(一)q3 = G 粗笨 X IKJ/h1=4.18 X (103 + Ct)式中c=(20.7 + 0.026t)/M Kcal/(kg C)M 粗苯平均分子量，可取为 82.2t煤气塔前温度，C则 c=(20.7 + 0.026 X 58)/82.2=0.27Kcal/kg CI=4.18 X (103 + 0.27 X 58)=496.00KJ/kgq3 = G粗笨X I=2179.00

6、8 X 496.00=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=6803.42 X 2600.54=17692565.85KJ/h故带入热量为：Qn =q1 +q2 +q 3 +q4 =5236807.68+21502.39+1080785.35+17692565.85 =24031661.27KJ/h2.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=59904X 33.16=1986416.64KJ/h式中33.16 22 C下干煤气的焓， KJ/h(2)H 2S带出热量：c2 = G h2s X H2S在塔后温度下的

7、比热X塔后温度=374.4 X 0.9889 X 22=8145.37KJ/h(3)粗苯带出热量：Cjs = G 粗笨 X i , KJ/h=4.18 X (103 + tc)式中 c-= (20.7+0.026 tj /M,kcal/(kg C)M粗苯平均分子量，可取为 82.2t煤气塔后温度Cc =(20.7 + 0.026 X 22)/82.2=0.259kcal/(kg. C)r=4.18 X (103 + 0.259 X 22)=454.36 KJ/kg故粗苯产品带出热量Cb =2179.008 X 454.36=990054.07KJ/h(4)水蒸气带出热量：q4 = G塔前X水蒸

8、气塔前温度下的焓=976.26 X 2533.94=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)X 4.18 X 10001 =(2403161.27 5458400.34) / 【(28 18)X 4.18X 10001=444.34m/h(2)传热系数的计算：K=1%11)+ J 1查得：塔前露点58C时煤气水蒸气含量x1=91

9、.0g/Nm3 塔后露点22 C时煤气水蒸气含量x2=19.5g/Nm3X=【X0.0224X (273 + to + 生x0.0224x(273+to2%7318 18 273=8.36 %1=0.0522x + 5.36=0.0522 X 8.36 + 5.36=5.80故： =330.3 J/ rf. S- K2) 2是管内壁至冷却水对流传热系数 J/ SKa2=0.023Re0.8 prn人(取 n = 0.4) di横管终冷塔采用 25X 2.5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462.88 m3/h管内水速为WUS話444.34少4咒0.022 咒330

10、.3咒3600=0.1234m/s几=0.6 J/m s k密度：P =997.45 kg/ m 3比热：Cp =4.18 KJ/Kg - k导热系数：黏度：卩=9.437 X 104pa贝R =diUs P 厂k0.02 咒1.2咒 997.459.437X104=25366.96Pr =6.53r 0.8 0.4 Z故 02 = 0.023 Re ”Pr ”di0 6= 0.023 CSBGG.ge08 653640.02=4877.86 J/m2 S K3)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:1

11、b 1=+RSo+ Rsi+ % 人 a2=1/323.76+1.7197 X 10 丄 +4.85 X 10，+1.7197 X 10 +1/4877.86=3.686 X 10 rf. S- K/JK=271.3 J/ 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 22.6 mm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57X 6=285根水管，组间距取60则一个管箱高度为 32X 10+20X 2+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

12、则每根水管的纵向倾斜距离为 100mm如图：1 002 00 0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=36285% 兀咒0.025咒 2.0025Fm =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+420 X 18+200X 17+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=20.66

13、m22C,塔后煤气温度26C,30 r8500Pa,塔后煤气压力5880Pa6.2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=187.2 X 1.1%X 1000=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267.19405.6粗苯蒸汽643.742360.59水蒸汽1619.961301.75共计67426.8933530.72出塔湿煤气量：V,( Nm3/h)G,( Kg/h)煤气

14、64896 29462.78硫化氢267.19405.6粗苯蒸汽82.19301.39水蒸汽1619.961301.75共 计 66865.34 31471.524煤气的实际流量(塔前为 V1，塔后为V2)V1 = 67426.89 咒 273 十 22 咒 101325 = 67221.45 Nm 3/h273 101325 +8500V2 = 66865.34X 273 + 26 % 101325一 = 69239.06 Nm/h273 101325 +5880煤气平均流量V的计算：V = (V1 + V2) /2 = 68117.21 Nm 3/h1.洗油循环量W的计算：油气比取为1.7

15、L/m 3煤气，油密度取丫 = 1.06kg/L,贝 U油W = VX油气比X 丫油=68117.21 X 1.7 X 1.06=122747.21 Kg/h2.贫油粗苯含量的计算：(1)塔前煤气含粗苯量：% =G 粗笨前 X 10OOV,|=2179.008 X 1000/66995.36 =32.52 g/Nm 3 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=301.39 X 1000/69239.062i=4.35 g/Nm 3 式中:V 21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

16、贫油含苯量按下式计算(用于焦油洗油):0.0224 竺2 =Mb x/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 160 Mb 粗苯的平均分子量，取 82.2P 煤气总压力Pb 回收温度下粗苯的饱和蒸汽压，伽HgPb =0.8008Pb +0.1340R +0.0310Fx +0.00342FS 伽 Hg Pb、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 = 95.2 mm Hg , R = 34.87 mm Hg,求得 pb = 80.9 m Hg 将已知数据带入方程，

17、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 = C 1+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1.11.4m/s之间；花环填料表面定额在0.20.3 rf /Nm h 本设计取卩=1.25m/s ，花环填料表面定额值为 0.25 rf /Nm3 - h圆整后，取D = 4.4 m式中V S 煤气

18、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0.25 rf /Nm3 - h 得花环填料面积：F = 0.25 X 68117.21 = 17029.30 rf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/m3X3250018588111Z800012789120D300094901 88由上表可查出：Z型花环的比表面积为127 rf/Nm3。秒年里 则：填料总体积 V

19、= 17029.30/127 = 134.09 m 3故填料高度为：h = -Vy = 134.09 2 = 9.77 mn r2 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 = 5 X 2+2.5+3 X 1 = 15.5m塔高可取为：H = 15.5+0.8+2+2+5+2.5+2.2 （附加高度）=30 m6.3蒸馏脱苯部分设备计算和选型6.3.1计算依据：2179.008 X 76% =

20、1656.05 kg/h2179.008 X 15% = 326.70 kg/h2179.008 X 5% = 108.95 kg/h 2179.008 X 4% = 87.16 kg/h 122747.21 kg/h丫 = 1050Kg/ m 3粗苯产量为2179.008 kg/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= 116.90 m 3/h7贫油中粗苯的含量为116.90 X 0.3% = 0.351m3/ h 粗苯的密度取860 kg/m3,贝U粗苯量为 0.351 X 860 = 301.86 Kg/h其中含苯 2.8% X 301

21、.86= 8.45 Kg/h甲苯 19.2% X 301.86= 57.96 Kg/h二甲苯 30.8% X 301.86 = 92.97 Kg/h 萘溶剂油 47.2%x 301.86= 142.48 Kg/h富油量=贫油量+粗苯产量+贫油中含粗苯量=122747.21 + 2179.008+301.86=125228.078 Kg/h富油中水量=富油量X( 0.51%=125228.078 X 0.6%=751.37 Kg/h富油中萘量=富油量X 5%=125228.078 X 5%=6261.40Kg/h洗油量=贫油量-富油中萘量=122747.21 - 6261.40=116485.8

22、1 Kg/h则进入脱苯工序的富油量如下：成分Kg/hKg/hKmol/h分子量洗油116485.81122747.21728.04160萘6261.4048.92128苯1664.52529.3221.3478甲苯384.664.1991.9二甲苯201.921.92105. 9溶剂油229.641.92120水751.3741.518共计125979.3843.426.3.2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

23、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 = 0.7640.619X 7668r N = 0.6176680.38n110 = 0.991成分Kmol/hKg/h苯0.62 X 21.34=13.231031.941741.654甲苯0.764 X 4.19=3.20294.08二甲苯0.859 X 1.92=1.65174.74溶剂油0.919 X 1.92=1.76211.2萘0.977 X 48.92=47.796117.12120774.08洗油0.991 X 728.04=721.49115438.4共计789.

24、11123266.416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-SMiMi789.11X920848.05 -789.11B= A/ （ A+Pb）=12317.29成分Kg/h苯1664.5-1031.94=632.56与假设值W B = 0.619在脱苯塔进口各组分蒸发量如下:12317.29 = 0.61612317.29 +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=28.244769.8241961.514溶剂油229.64-211.2

25、=18.44萘6261.40-6117.12=144.281191.69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：769.824/2179.008 X 100 % = 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）X 125C洗油的比热X温度=122747.21 X 0.491 X 125X 4.18=31490489.86 KJ/h式中0.491 含萘洗油125C时的比热

26、，KcaL/Kg C2粗苯带入热量：KJ/h。q2 =粗苯量X比热X温度， 粗苯125 C的比热C = 0.383+0.00104t = 0.513 KcaL/Kg贝U q2 = 2480.72 X 0.513 X 125X 4.18=664938.39 KJ/h3水带入热量：q3 =水量X比热X温度=751.37 X 1.017 X 125X 4.18=399264.869 KJ/h式中1.017 水在125C下的比热，KcaL/KgC 故带入热量Q1 = q1 +q2 + q3=31490489.86+664938.39+399264.869=325554693.12 KJ/h入管式炉对流

27、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= 1.592 X 2179.008=3468.98Kg/h故：Q2 = 3468.98 X 2747.8=9532063.24 KJ/h式中2747.8 0.4MPa表压）饱和蒸汽热焓，KJ/h 管式炉加热用煤气供热量Q3 ；则输入热量为：Qr = Q1 + Q2 + Qs2、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=122747.21 X 2.236 X 180=49403297.08 KJ/h式中

28、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 + 0.00104 X 180=0.571 KcaL/Kg C贝U q2, = 2480.72 X 0.571 X 180X 4.18=1067652.27 KJ/h 故：Q4 = q/ + q2，=49403297.08 + 1067652.27=50470949.35 KJ/h(2)粗苯蒸汽和油气带出热量Q51洗油蒸汽带走热量(含萘蒸汽)q3,=含萘洗油蒸汽量X热焓=1191.69 X 565.2=673543.19 KJ/h式中565.2 180C含萘洗油蒸汽热焓，KJ/ Kg2粗苯蒸汽带出热量q4 =粗苯蒸汽量X热焓=769.824 X 665.7=512471.84 KJ/h式中665.7 180C粗苯蒸汽热焓，KJ/ h3水蒸汽带出热量qs =水蒸汽量X热焓=751.37 X 2834.5=2129758.27KJ/h式中 2834.5 1.2Kgf/ cm2180C水蒸汽热焓，KJ/ Kg4粗苯蒸汽和油气带出热量QbQ5 = q3 + q4 + q5=673543.19 + 512471.84 + 212