化工过程分析与合成设计课程设计报告精选课件

1、 化工过程分析和合成设计课程设计报告Analysis, synthesis, and Design of Chemical ProcessesDesign Report氯苯废水中苯和氯苯的回收Recovery of the benzene and the cholorobenzene from the cholorobenzene waste water 学 生 李朋伟 张小璇 年 级 化工与能源学院05博 指 导 教 师 钱 宇 教 授 李秀喜 副 教 授 完 成 日 期 2019.01.3主要内容项目背景 项目简介 工艺流程及改进Aspen Plus模拟计算汽提塔主体设计经济核算结 论致谢

2、 1. 项目背景 南京化工厂年产4万吨的氯化苯生产项目,每年约有1.2万吨废水排放,废水中苯质量浓度为5001000mg/L,氯苯的质量浓度为100800mg/L，二氯化苯511 mg/L。废水不仅造成了严重的环境污染而且使有用的化工原料白白流失。氯化苯生产废水含有高浓度的苯及氯苯，若直接排入污水厂处理，对污水处理场的微生物有严重的毒害作用，极大的影响污染物降解率，同时造成资源浪费，因此治理氯化苯废水，回收废水中苯及氯化苯不仅能带来一定的经济效益，而且具有巨大的环境效益和社会效益。2.1 概念设计 概念设计又称为“预设计”，在根据开发基础研究成果、文献数据、现有类似的操作数据和工作经验，按照所

3、开发的新技术工业化规模而作出的预设计，用以指导过程研究及提出对开发性的基础研究进一步的要求，所以它是实验研究和过程研究的指南，是开发研究过程中十分关键的一个步骤。 对处理氯苯废水过程进行模拟及优化，可以进行技术可行性分析，也可以进行经济效益分析，能够为化工生产提供数据支持。2.2 废水组成及处理标准V(污水)kg/h (苯)mg/L (氯苯)mg/L (二氯苯)mg/L PH 1515 1000 800 11 24 1.00.40.2氯苯0.50.20.1苯三级二级一级排放标准/ mg/L项目 苯是生产炸药、塑料、农药等的重要原料,常温下为无色透明液体,沸点80.1 ,在水中溶解度为1.865

4、/L(25),与水的共沸点为69.25(101.3ka),共沸组成是苯91.16% ,水8.84%。 氯化苯是重要的氯系中间体,常温下为无色透明液体，沸点132，在水中溶解度为0.049/(100水)(30) ，与水的共沸点为90.2(共沸组成：氯化苯71.6，水28.4% )。2.3 处理方法的选择 根据苯及氯苯的物理性质,多是采用物理化学处理法，如吹脱法、沉淀法、吸附法、微生物电解法、精馏法和汽提法。目前国内氯化苯废水治理主要采用吹脱（或汽提）、吸附与生物处理相结合的办法。 经过技术可行性及节约能源的目标论证，选择了汽提法处理氯苯废水。3.工艺流程及改进原工艺流程中和池过滤器固定床换热器汽

5、提塔冷凝器分离器 该流程中，汽提塔底部出料的温度达到100左右，如果直接排放，则会造成能量的极大浪费，同时该工艺流程中有物料需要加热，如果进行热集成，会节省很多能耗。因此，将此工艺路线改进如下：中和池过滤器固定床换热器汽提塔冷凝器分离器改进后的工艺4. Aspen Plus模拟过程 其中B2为汽提塔，1为原料进料冷物流，与塔釜出料热物流进行热交换。B4为分离器，10为分离出来的苯和氯苯物流。模拟计算结果换热器B1换热面积 /m24.12热负荷 /(MMkcal/hr)0.0759塔顶温度 / 99.9压力 / bar1.04气相采出负荷 /(Kg/hr)20塔底温度 /101.3压力 /bar

6、1.06采出液体量 /(Kg/hr)1512再沸器热负荷 /(MMkCal/hr)0.0478汽提塔理论板数3苯和氯苯回收量苯 /(kg/hr)1.53氯苯 /(kg/hr)1.225. 汽提塔主体设计5.1 塔径的计算 体积流量 Vs0.00118.314375/1100.0312m3/s 再由 计算塔径 该体系可取经验数据u0.6m/s，代入数据，得到D0.26m，圆整得D0.3m5.2 填料层高度的计算填料层的高度用等板高度法计算HNPHETPNPNT/由Aspan plus模拟计算结果，NT3，取塔效率为70则 NP3/0.74.3由经验数据，取等板高度HETP0.3m代入上式H4.3

7、0.31.3m即填料层的高度为1.3米。 6. 经济核算6.1直接投资类别费用/元汽提塔30000换热器4400泵2000分离器4600合计410006.1.1 设备投资（PC）6.1.2 工厂直接投资(TPDC) 类别费用/元Equipment Purchase Cost (PC)41000Installation(安装费)5000Process Piping(管线)0.35 PC14350Instrumentation(仪表费用)0.60 PC24600Insulation(保温费用) 0.03 PC1230Electrical(电费) 0.15 PC6150Buildings（建筑）0.

8、75 PC30750Yard Improvement0.15 PC6150Auxiliary Facilities(辅助车间) 0.10 PC4100合计（TPDC）1333306.1. 3 工厂间接投资(TPIC) 类别费用/元Engineering(设计费)0.25TPDC33332Construction(建设费)0.35TPDC46665合计（TPIC）80000TPC=TPDC+TPIC=133330+80000=213330(元)6.1.4工厂总投资（TPC）6. 1.5 其他费用 类别费用/元Contractors Fee（股东分红）0.05TPC10666Contingency

9、（应急费用）0.10TPC21333合计320196.1.6 直接投资（Direct Fixed Captial） TPC+其他费用=213330+32019245329（元）6.1.2 年操作费用（Operating Cost Estimation）类别费用/元Raw Materials(原材料)0Labor-Dependent(人力相关费用)120000Equipment-Dependent(设备相关费用)5000Laboratory/QC/QA(实验室)5000Consumables(消耗品)5000Waste Treatment(废物处理)0Utilities(公用工程)60000Tr

10、ansportation(运输)0Miscellaneous(杂项)0Advertising and Selling(广告销售)0Running Royalties(运行许可费)0Failed Product Disposal(次品处理费)0合计1950006.1.3 利润分析（Profitability Analysis） 全年1.2万吨废水，其中含水中苯质量浓度为5001000mg/L,氯苯的质量浓度为100800mg/L，各种组分按平均浓度计算。每年可回收苯： 回收氯化苯：其收入见下表：产品年产量/吨单价/(元/吨)收入/元苯12700084000氯苯9.6900086400合计1704

11、006.1.3.1产品效益6.1.3.2 利润分析 直接投资： 24.5万元 年操作费用： 19.5万元 年收入： 17.0万元 年投资： 2.5万元 氯苯车间需直接投资24.5万元，此外每年还需要继续投资2.5万元。6. 2 能量估算 原工艺耗能：93.3314282+54.7887548+4.2214e-05=148.12（kw）原工艺一年内耗能：4.22109kJ改进后工艺耗能：55.55kw改进后一年内耗能：1.60109kJ与原工艺相比，一年内节省能量：2.62109kJ6.3 社会效益 用传统方法包括吹脱法、沉淀法、吸附法、精馏法处理氯化苯废水投资巨大，回收率低，处理后废水不能达标

12、排放，并且处理后废水中还含有一定的苯及氯化苯，因而给后续处理工艺带来一定的困难。使用汽提回收法可有效处理氯苯废水，大量回收了其中的苯、氯化苯及二氯苯等有用化工原料，苯及氯化苯的去除减少了对污水生化处理的危害，处理后废水达到国家一级排放标准，从而实现了污染物的资源化及氯化苯的清洁生产，为污水处理厂全面实现达标排放提供了前提保证，具有很大的社会效益。 7 结 论 通过对不同方法的技术和投资费用的比较，选定了用汽提法来回收氯化苯废水中的苯及氯化苯，并设计了汽提法回收氯化苯废水的废水处理工艺； 用Aspen Plus软件模拟汽提法回收氯化苯废水中苯和氯化苯，在排放氯苯废水达到排放标准前提下，进行了一定的优化，大大降低了能耗，减少了所需的理论板数。此外，回收了废水中的苯和氯苯，创造了客观的经济效益，降低了投资费用。 用Aspen Plus流程模拟软件模拟汽提法回收氯化苯废水中苯和氯化苯所得出的结果是合理的，对项目的实施具有很大的使用价值； 用superpro的思想对项目进行了经济核算