年产19万吨煤焦油工厂处理蒸馏工段的初步设计

1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计题目：19万t/a煤焦油工厂处理蒸馏工段的初步设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 学 部： 指导教师： 2012年05月10日摘 要本设计为19万t/a焦油加工厂焦油蒸馏工段的初步设计。重点介绍了蒸馏工艺，通过对现有工艺比较，选用了国内应用较多且比较成熟的常压两塔式焦油蒸馏工艺。首先对主要设备进行了物料衡算和热量衡算以及设计计算及设备选型，确定了塔径和塔高，并对塔板进行设计计算和流体力学校核；对馏分塔进行了机械设计和强度校核；最后给出非工艺条件。并用Auto-CAD绘制了

2、带控制点的工艺流程图，精馏塔结构图，车间布置图。本设计的主要设备有：圆筒式管式炉350万千卡/小时，一段蒸发器的直径DN=1600mm、二段蒸发器直径DN=2400mm、馏分塔直径DN=1800mm，塔高H=28000mm，塔板数为47，蒽塔DN=1800mm，塔板数为21，塔高H=17000mm,一段冷凝冷却器的换热面积是72m2，馏分塔冷凝冷却器的换热面积是296 m2，蒽油浸没式冷却器的换热面积是12m2等。关键词: 煤焦油；焦油蒸馏；馏分塔AbstractThis design is the preliminary design of the section of t/a tar di

3、stillation in tar processing factory and mainly introduces the distillation process.According to comparing the existing process, chosing the domestic application of more and more mature tar distillation tower is two columns continuous distillation of coal tar. First of all, do the material balance a

4、nd heat balance calculation，design calculation and equipment selection for he main equipment, and determine the diameter and height of the tower, and do the tower board calculation and check design of fluid mechanics；distillation tower were mechanically designed and strengthly checked；finally，the pr

5、ocess conditions；distillate tower mechanical design and The strength check; Finally, non-process conditions.By Auto-CAD,drawing piping and instrument diagram，the distillation column chart and workshop layout.The results of the design of the main equipment is as follows.Cylindrical tube type furnace

6、is 3.5 million kcal/h, the diameter of evaporator is 1600mm, the diameter of two sections of evaporator is 2400mm, and the diameter of fractions tower is 1800mm, whose height is 28000mm, the number of whose plate is 47, and the diameter of anthraquinone tower is 1800mm, the number of whose tower pla

7、te is 21 and whose height is 17000mm, and the cooler area of a condensation heat and the limonene condensation heat are respectively 72m2 and 296m2,and the heat transfer area of anthracene oil submerged type cooler is 12m2 etc. Keywords: coal tar;tar distillation; fractions tower 目录摘 要IAbstractII前言1

8、1 文献综述21.1我国煤焦油加工工业的现状21.2煤焦油蒸馏工艺分类31.2.1按工艺操作31.2.2按操作压力41.2.3焦油蒸馏新工艺61.3煤焦油加工的环保、节能及装备水平71.4发展前景82 工艺方案的确定及主要设备选择92.1 工艺流程确定92.2 主要设备选型93工艺计算103.1物料衡算103.1.1整个流程的物料衡算103.1.2主要设备的物料衡算113.2主要设备计算123.2.1管式加热炉123.2.2一段蒸发器143.2.3二段蒸发器153.2.4蒽塔153.2.5馏分塔173.2.6一段轻油冷凝冷却器193.2.7馏分塔轻油冷凝冷却器203.2.8浸没式冷却器（切萘洗

9、量混馏分）213.3馏分塔塔板的工艺计算223.3.1 塔径223.3.2 塔高233.3.3圆泡罩塔盘的设计233.3.4板面布置243.3.5塔板压降263.3.6液冷情况283.3.7鼓泡层高度hf283.3.8排空时间T283.4蒽塔塔板的工艺计算293.4.1塔径303.4.2圆泡罩塔盘的设计303.4.3板面布置313.4.4塔板压降333.4.5液泛情况353.4.6鼓度泡层高hf353.4.7排空时间T353.5容器附件363.5.1人孔和手孔363.5.2视镜363.5.3液面计363.5.4接管373.5.5法兰373.6 主要设备机械设计和强度校核373.6.1筒体和封头

10、壁厚383.6.2塔设备载重计算383.6.3风载荷与风弯矩计算413.6.4地震弯矩计算433.6.5各种载荷引起的轴向应力453.6.6 塔体最大组合轴向拉应力校核483.6.7 塔体水压时应力及吊装时应力校核493.6.8吊装时应力校核校核513.6.9基础环设计513.6.8地脚螺栓计算534.非工艺条件设计554.1防火防爆等级554.2采暖通风554.3给水排水554.4供气564.5设备维修564.6电力574.7土建57结论58参考文献59谢 辞61 前言我国虽然是煤炭资源大国，但随着开采力度逐年加大，煤的储量已经日益减少。如何进一步提高煤的利用价值，对焦炭和煤进行深加工以外，

11、焦炭生产过程中4%左右的煤焦油也是值得深入研究的课题，特别是近年来石油价格的不断攀升，煤焦油越来越体现其在化工产品中的价值，国内许多焦化厂、煤矿企业都在想办法如何发挥煤焦油加工产品的附加值。煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠状液体，简称焦油1。煤焦油中含有1万多种化合物2, 煤焦油是炼焦化工的大宗产品，煤焦油的加工利用开创了近代有机化学工业的历史。在石油化工高速发展的今天，煤焦油化工仍然占有重要地位，在提供多环芳烃和高碳物原料方面具有不可取代的作用。传统的煤焦油深加工主要是用蒸馏系统先对煤焦油进行初步分离, 而后在做进一步分离与深加工,当时主要是为了提取像萘和蒽这样的在煤

12、焦油中含量比较大的组分。经过一段时间的发展,焦油加工的规模得以提高(高于30 kt/a) ,应运而生的是管式炉连续式焦油蒸馏工艺的开发成功3。目前我国煤化工的核心仍是传统的焦化，虽然伴随着钢铁工业的发展，焦化仍有一定的发展空间。但单一的焦化已不适应新形势的需要，迫切需要对炼焦化学产品进行回收与加工4。尽管我国在煤焦油加工方面取得了一些成绩，但与发达国家相比仍然存在科技力量薄弱，投入少，现有装置规模小，工艺落后且过于分散，深加工力度不够，严重污染环境等突出问题5。研究和开发煤焦油产品的应用领域，是我国发挥资源优势，改善产品结构，实现经济快速发展的有效途径。高温煤焦油是主要由芳香烃所组成的复杂混合

13、物，据统计，其中含有上万种有机物质，目前已经查明的约有500多种，其中很多化合物是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、农药、医药、耐高温材料以及国际工业的贵重原料，也有一部分多环芳烃化合物是石油加工无法替代的6。本设计对焦化厂焦油蒸馏工段进行了设计，采用了两塔式切取萘洗两混馏分的工艺流程。采用物料衡算和能量衡算对主要工艺设备进行了计算，给出了主要设备选型的依据。计算的主要设备有管式加热炉、一段蒸发器、二段蒸发器、馏分塔、换热器、蒽塔、泵等；除此之外还进行了馏分塔的强度校核；提出工段建设条件、采暖通风、给排水，安全防火与消防、劳动组织与定员、环境保护等非工艺设计要求1 文献综述1.1我国煤焦油加工工

14、业的现状50年代，鞍山钢铁公司建成两塔式方箱型管式炉常压连续蒸馏装置。以后，本溪钢铁公司、包头钢铁公司、武汉钢铁公司、上海焦化有限公司和南京梅山钢铁公司等地，也陆续建成一塔式或两塔式常压连续蒸馏装置。1985年，上海焦化有限公司建成了煤焦油减压连续蒸馏、萘区域熔融精制和沥青延迟焦化装置，大大提高了煤焦油加工的水平7。近年来，我国炼焦企业的焦油集中加工能力有所加强。宝钢、鞍钢、本钢、包钢、攀钢等11个大型企业的焦油加工能力占全年焦油加工总量的一半以上。但规模小于3万t/a的小厂数目也不少，由于加工规模小，往往只提取煤焦油中两三种化学产品。如洗油和萘油，而这些焦油产品质最较差，如工业萘、酚、优质沥

15、青等质量均满足不了市场需要。电极沥青的主要性能指标如软化点、固定碳、苯不溶物、喹啉不溶物等百分含量也难以满足炭素和炼铝工业的需要。焦油产品的品种和数量也不能满足国内同益增长的市场需求，如医药的原料异喹啉、氧茚、吡啶以及化工原料精蒽，精萘每年都要花大量的外汇进口。多数小型企业往往将经简单蒸馏后得到的剩余产品当作燃料烧掉造成相当严重的资源浪费7。除此之外，焦油加工过程中的高能耗、高污染状况没有得到根本好转。吨焦油加工能耗比国外先进水平超出40%(国内大型企业)，甚至更多（中小型加工企业)。加工过程中产生的废气往往不进行任何处理就直接排放到大气中。不过，由于近年来国家对环保问题越来越重视，新开工建设

16、的焦油加工项目与过去相比有明显好转。国内单套焦油蒸馏的能力分别有0.6万t/a、1.2万t/a、3万t/a、5万t/a、7.5万t/a、10万t/a、15万t/a各种规模，3万t/a以上规模均为连续蒸馏装置，小于3万t/a的规模都是间歇蒸馏装置。我国现有大中型煤焦油加工企业46家，年加工能力为540万t。年加工规模在10万t以上的25家。其中宝钢化工公司是国内最大的煤焦油加工企业，4套加工装置能力为60万t/a，山西焦化两套装置能力为35 万吨/年，鞍钢化工厂加工能力为30万t/a，民企山西宏特煤化工有限公司目前也已形成40万t/a的加工能力。2005年，我国机焦产量突破了2亿吨，煤焦油产量为

17、800万t左右，由于原油涨价，被当作燃料油烧掉的比重增加，实际用于深加工的焦油量少于2004年8。后来我国焦炭市场整体疲软，许多焦化厂为减少亏损不得不延长结焦时间，有的甚至熄火停产，导致煤焦油产量相对减少。加之国际原油涨价，许多燃料和重油用户纷纷转用煤焦油，造成煤焦油市场一路走强，致使一些煤焦油加工企业因买不到焦油原料而减产、停产。2006年我国单套产能最大的煤焦油加工装置山西焦化股份有限公司30万吨/年煤焦油加工改造项目，一期工程已经竣工，日前通过了山西省经委组织的专家验收。30万吨/年煤焦油加工项目总投资近9亿元，将分别建设煤焦油预处理、煤焦油蒸馏、馏分洗涤等13套主要生产装置和公用辅助设

18、施，可生产6个系列、33种产品。该项目一期工程建设了煤焦油预处理、煤焦油蒸馏、脱酚、精酚、工业萘、改质沥青和碳黑7套生产装置，可生产轻油、苯酚、工业萘、洗油和改质沥青等17种产品9。尽管我国在煤焦油加工方面取得了一些成绩，但与发达国家相比仍然存在科研力量薄弱、投入少，现有装置规模小、工艺落后且过于分散，深加工力度不够、严重污染环境等突出问题。我国煤焦油加工率低、加工深度不够、产品品种太少、加工装置规模小、开发应用厂家投入不足等问题急需解决10。此外，国内煤焦油加工装置的装备水平、自控水平较低。主要原因是过多考虑项目投资额，为节省投资不愿购入高水平装备。高温运转设备、耐腐蚀材质、高温高粘度介质的

19、检测仪表等均不能找到合适的国内生产厂家，而引进国外先进的设备，后续的维修水平又跟不上。另外一个值得关注的动向是，目前国内出现了煤焦油加工装置盲目建设的趋势。据了解，我国现有焦油年加工能力540万吨，在建加工能力425万吨，投产后合计年加工能力将达1340万吨，如果在建、拟建的项目全部建成投产，焦油加工能力将是现有焦油产量的两倍多，焦油加工能力面临严重过剩，因此新建项目一定要慎重审批，避免重复建设。1.2煤焦油蒸馏工艺分类煤焦油蒸馏是依各组分的不同沸点，把各组分分割为富集某几种化合物馏分的加工过程。1.2.1按工艺操作可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。前者是存蒸馏釜中经加热升温把产品逐一蒸出，每蒸完釜，

20、就停炉装料重新再蒸。本工艺设备简单，而生产效率低，劳动环境差，蒸出的馏分质量不高，并环境污染严重。后者的工艺流程是把煤焦油在管式炉中加热到400，一次性气化，再经一、二次发器至到一蒽塔、二蒽塔把酚油、萘油分离，最终分离出沥青11。连续蒸馏常压连续蒸馏、常压-减压连续蒸馏和减压连续蒸馏，常压连续蒸馏工艺又有一塔式连续蒸馏流程和两塔式炼焦化学产品的回收连续蒸馏流程。在我国大型焦化厂主要使用连续蒸馏工艺，使煤焦油加工能连续加工，生产效率比间歇式蒸馏高，产品收率也较高，但加热温度高对某些产品的回收不利，设备较大，能耗也较高。1.2.2按操作压力可以分为常压蒸馏工艺、减压蒸馏工艺、常减压蒸馏工艺（1）常

21、压蒸馏工艺常压蒸馏是近年来国内普遍采用的焦油蒸馏工艺，工艺流程见图1.1。如图1.1所示，原料焦油经管式炉对流段加热后进入一段蒸发器内闪蒸，顶部脱出水和部分轻油，底部的无水焦油由二段焦油泵送入管式炉辐射段加热后，进入二段蒸发器。二段蒸发器底部的中温沥青，侧线切取二蒽油馏分，顶部用一蒽油打回流。蒸发器顶部逸出的馏分蒸汽进入馏分塔内进一步分离。从馏分塔顶采出轻油馏分，侧线由上至下依次切取酚油、萘油、洗油和一蒽油馏分，酚油、萘油和洗油馏分也可作为三混油馏分一起采出。馏分塔顶部用轻油打回流，以控制塔顶温度。为了降低蒸馏温度，二段蒸发器和馏分塔底部通入过热蒸汽。常压蒸馏工艺具有如下优点：图1.1 焦油的

22、常压蒸馏工艺流程1焦油管式炉；2一段蒸发器；3二段蒸发器；4馏分塔；5二段焦油泵a工艺流程短，控制简便，易于操作，在国内有很多成熟的生产经验。b对设备要求低于减压流程和常减压流程。c基建投资低，设备维护量较少。缺点是常压蒸馏的煤气耗量较高。由于多个馏分的分离是在同一个塔内完成，蒸馏所需热量由管式炉提供，单套装置处理能力较低，处理无水焦油最多20万t/a。而且通入的直接蒸汽经过油水分离后变成含酚废水，增加了水污染。（2）减压蒸馏工艺减压蒸馏由常压脱水和无水焦油在减压下蒸馏两部分组成。宝钢化工公司、济钢焦化厂、梅钢焦化厂均采用此种工艺。减压蒸馏工艺流程见图2.2。图1.2 焦油的减压蒸馏工艺流程1

23、焦油预热器；2预脱水塔；3脱水塔：4脱水塔循环泵；5脱水塔重沸器；6脱水塔抽出泵；7焦油管式炉：8主蒸馏塔。如图1.2 所示，原料焦油经蒸汽预热后进入预脱水塔，塔顶脱出大部分水和少量轻油，塔底的焦油自流入脱水塔。脱水塔顶部用轻油打回流，以控制轻油质量，底部由重沸器进行循环加热，以提供蒸馏所需热量，重沸器以高压蒸汽为热源。脱水塔顶馏出轻油馏分和水，塔底无水焦油经过管式炉加热后进入主蒸馏塔下部。主蒸馏塔在减压下操作，塔顶馏出酚油馏分，侧线自上而下分别切取萘油、洗油和蒽油馏分，塔底采出软沥青，主蒸馏塔顶用酚油馏分打回流。减压蒸馏工艺具有煤气消耗量少、负压操作可降低蒸馏温度，减少了管式炉的结焦、减压操

24、作可改善操作环境，有利于环境保护等优点。其主要缺点是无水焦油需要在单塔内分离成多个馏分，各馏分之间分离不够精细，导致高附加值产品的流失；其次是减压蒸馏增加了一套真空装置，对设备及操作要求严格，基建投资高于常压蒸馏，真空系统有腐蚀现象；第三是软沥青产品直接销售时，由于其软化点低，需液态运输，销路有限。（3）常减压蒸馏工艺常减压蒸馏过程由脱水、常压蒸馏和减压蒸馏组成。脱水在常压下进行，馏分根据沸点和产量的不同进行常压和减压蒸馏10。从国外引进的30万t/a焦油常减压蒸馏装置的工艺流程见图1.3。 图1.3 焦油常减压蒸馏的工艺流程1焦油预热器；2脱水塔；3脱水塔循环泵；4脱水塔重沸器；5脱水塔抽出

25、泵；6预蒸馏塔；7预蒸馏塔分缩器；8沥青循环泵；9沥青加热炉；10沥青塔；11急冷塔；12宽馏分泵；13中和塔；14馏分塔进料泵；15馏分塔；16馏分塔分缩器；17重油循环泵；18重油加热炉；19洗油塔；20洗油塔分缩器；21洗油塔重沸器。常减压蒸馏工艺具有如下优点。a焦油蒸馏采用常压蒸馏与减压蒸馏相结合，可降低高沸点馏分的蒸馏温度。b各馏分切取精细，减少了后续加工馏分的重复加热，洗油馏分中含萘量较低。c沥青塔底采用油循环加热，既能有效地防止管式炉的结焦，又便于操作和调节。常减压蒸馏工艺缺点是：a与常压蒸馏和减压蒸馏工艺相比，增加了蒸馏塔及附属的大量设备，基建投资大，操作复杂，设备运转、维护费

26、用较高。b焦油中的主要馏分在常压预蒸馏急冷后进行二次加热，进入减压蒸馏过程中2次加热，煤气消耗量大。1.2.3焦油蒸馏新工艺 随着焦化工业的发展，焦油加工越来越趋于集中化、大型化、精细分离和深加工方向发展。但目前国内已建成投产的焦油加工项目多为20万t/a以下规模的常压或常减压工艺，尚没有30万t/a以上规模焦油蒸馏工艺生产经验，尤其是减压蒸馏或常减压蒸馏工艺流程。新建工程一般都采用国外引进基本技术和国内联合设计，因此价格昂贵。工艺采用两塔式常减压蒸馏，包括脱水、1号蒸馏、2号蒸馏等主要系统及真空、导热油、温水、废气洗净、贮槽等辅助系统12。工艺流程见图1.4。图1.4 新焦油常减压蒸馏工艺流

27、程1焦油预热器；2预脱水塔；3脱水塔；4脱水塔底循环泵；5脱水塔重沸器；6脱水塔底抽出泵；71号管式加热炉；81号蒸馏塔；91号蒸馏塔分缩器；101号蒸馏塔底循环泵；111号蒸馏塔底抽出泵；122号管式加热炉；132号蒸馏塔；142号蒸馏塔分缩器；152号蒸馏塔底循环泵；16焦油-洗油换热器；17焦油-萘油换热器；18焦油一蒽油换热器；192号蒸馏塔底抽出泵；20沥青-导热油换热器。1.3煤焦油加工的环保、节能及装备水平环保主要是指对焦油加工生产过程中所产生的废水、废气、废渣的处理。焦油加工产生的废水，国内外所采取的措施基本相同，都是集中收集不外排，然后送焦化厂污水处理装置或焦油加工厂自建的污

28、水处理设施进行处理，达标排放。国外焦油加工厂均收集这部分废气，将其集中送到洗涤塔，经洗涤净化、降温后送管式炉焚烧。有些焦油加工厂在油槽顶部还要进行氮封，其放散气排出的可能性就更小焦油加工产生的废渣只有焦油渣，各国处理模式都一样，均是集中收集然后送煤场，混配到煤中国内配到煤中的设施要差一些，有些企业还存在随地抛弃的现象。对这些问题，只要严格管理，认真处理，达到国外水平是完全可以实现的13。节能降耗是每个装置的一项重要指标。焦油加工是高能耗加工过程，国外的工艺在水、蒸汽、煤气消耗方面控制较好，电的消耗反而比我国的工艺还高，主要体现在空冷、冷热流体换热、多级循环水使用、低温减压蒸馏、热量回收(蒸汽)

29、等。随着国内能源结构的调整，向着多使用电，减少水、蒸汽、煤气的消耗是一个必然趋势14。煤焦油加工装置的装备水平与国家的机械制造、自控能力密切相关。国内焦油加工装置的装备水平与国外同类装置相比，差距较大。我国由于过多考虑项目投资，加之配套选用国有设备所能达到的能力，如高温运转设备、耐腐蚀材质、高温高粘度检测仪表等都难以找到合适的配套生产厂，有的还以次充好，或者以手动代替自动。当然除了硬件原因之外，软件也是一方面，如果人员的管理和维修水平跟不上，高水平的装备也是一个摆设，到一定操作时间后会完全变样，还不如当初就从低起点考虑问题15。1.4发展前景目前全世界煤焦油总产量约2000万t，其中80%来自

30、炼焦，20%来自气化和低温干馏，另外还有500万t左右的焦化粗苯可加工成芳烃类化工原料、中间体高分子材料和碳素材料等，发展潜力巨大，全世界萘的需求量约100万t/a，其中90%来自煤焦油，稠环芳烃如蒽、萘和咔唑等以及生产碳素电板所需的电极沥青全部来自煤焦油。目前国内焦化企业大都采用常压单塔流程，这种流程投资低，易操作，比较适合中小规模的焦油蒸馏装置，但馏份切割较粗16。煤焦油进一步深加工水平取决于投资和市场，一般而言，随着加工深度的增加，产品的附加值增高，同时投资也增大。在深加工中要考虑设备上的灵活性，根据市场需要及时调整产品质量品种。煤焦油的集中加工是现代化工业发展的必然趋势，也是国家的一项

31、技术政策，今后发展方向是如何提高资源利用率、扩大品种、搞深度加工，对产品结构延伸，致力于新产品的开发、减少污染，加强国内外信息交流，扩大对外开放，加大引资的力度，为企业的发展注入活力，组建煤焦油化学品信息与技术协作网。加强煤焦化企业、科研教学、信息研究机构的协作，使资源得到合理利用17。今后将重点研究煤焦油组分以及组分之间的相互特性，以开发出低能耗、环保的先进工艺。同时提高装备制造和自动化控制水平。对于煤焦油行业，近几年来，由于国际原油价格的持续走高，加上焦炭需求旺盛，国内的煤焦油行业和煤焦油加工发展很快，生产技术和规模得到较大的提高，技术革新和技术引进同步进行。但是，全球经济危机使得世界经济

32、骤然变冷，石油价格的持续走低使得煤焦油行业的生存空间被一步步地压缩了，于是不少煤焦油项目中途夭折，煤焦油行业开始回归理性。但整个世界石油资源短缺的形势是不可逆转的，而煤焦油能提取很多重要的石油化工原料。正是由于此，有理由相信煤焦油行业还会迎来另一个高峰18 。2 工艺方案的确定及主要设备选择2.1 工艺流程确定根据设计要求，选择采用常压两塔式焦油连续蒸馏流程，煤焦油连续通过管式炉加热，并在蒽塔和煤焦油馏分塔中在常压下先后分馏成各种馏分的煤焦油蒸馏工艺。目前国内焦化企业大都采用常压单塔式流程，这种流程投资低，易操作，比较适合中小规模的焦油蒸馏装置，但馏份切割较粗。采用此流程，特点是：各馏份切取较

33、精细，如萘油馏份中萘的集中度可达80%以上，洗油馏份中含萘量较低；由于馏份分割较细，有利于馏份的后续加工和提高产品的提取率。2.2 主要设备选型管式加热炉 选用圆筒式管式炉350万千卡/小时一段蒸发器 本设计选用直径为1600mm一塔式圆筒型的蒸发器。二段蒸发器 蒸发器上段设有4 6层筛板塔，在塔顶送入一蒽油馏分作回流，在精馏段底部设置侧线以抽出二蒽油馏分。在精馏段与蒸发段之间设有两层溢流塔板，其作用是阻挡上升蒸汽所带的焦油液滴，并使液滴中的馏分蒸汽充分蒸发出去。馏分塔 综合考虑，焦油蒸馏的特点和设备造价、操作等问题，本设计采用筛板式塔。塔段和塔板均用铸铁制造，塔板内零件用合金钢制造，根据不同

34、的切取制度，在馏分塔的不同部位上设有多个切取侧线产品的出口。焦油二次蒸发后生成的汽相混合物的精馏过程就是在馏分塔中进行的，将焦油分离为沸程窄的馏分。精馏效率主要取决于处于不平衡状态的蒸汽与液体间的接触，在馏分塔中，塔板是唯一的接触板，蒸汽相与液相相向运动连续接触，结果，其组成沿塔高有很大的变化，塔越高，低沸点组分浓度越高，相反，在塔底方向，在较高温度下蒸出的组分含量增加。塔底的温度通过供给过热蒸汽自动调节，而酚馏分的切取温度通过向塔顶打回流液来调节。泵往复泵当输送粘稠液体时，容积系数减少510，而且由于活塞在活动时其速度由零变到最高速，它的送箱能力是不均匀的。在焦油蒸馏过程中，多数为热流体，要

35、求流体在泵内所生成的最低压强不能小于液体当时的蒸汽压，否则液体将沸腾，而不能使泵吸入。基于以上原因和被输送液体的特性，本设计中除用于运输高粘度物料的泵选用柱塞泵外，其他输送机械均采用离心泵19。3工艺计算为实现该分离任务，采用常压两塔式煤焦油连续蒸馏流程，且切取蒽油馏分。整个流程中所需要的热能全由管式炉烧煤气提供，提供热能包括以下三部分：管式炉在对流段为煤焦油脱水提供热能，在辐射段对无水煤焦油加热提供热能，以及饱和蒸汽成为过热蒸汽提供热能20。为简化计算，假设：煤焦油水分全部在一段蒸发器中脱除，占无水煤焦油0.25%的轻油在一段蒸发时蒸发，脱盐用碱液不计入，物料损失忽略不计，不考虑无水煤焦油满

36、流。3.1物料衡算原始数据： 年处理量 19万t/a 原料煤焦油所含水分 4% 年工作日 330日，半年维修一次 每小时处理能力 w23989.899kg可按23990 kg计算表3-1 煤焦油馏分产率 % 馏分轻油酚油萘油洗油一蒽油二蒽油苊油沥青两塔式0.51.51251753563.1.1整个流程的物料衡算表3-2 整个流程的物料衡算输入 (kg/h)输出 (kg/h)共计煤焦油水分：959.6无水煤焦油：23030.4 23990轻油： 23030.40.5%115.2酚油： 23030.41.5%345.5 苊油： 23030.43%690.9萘油： 23030.412%2763.6

37、洗油： 23030.45%1151.5 一蒽油： 23030.417% 3915.2 二蒽油： 23030.45%1151.5 沥青： 23030.456%12897 从脱水塔蒸出的煤焦油的水分：239904%959.623990输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算的要求。3.1.2主要设备的物料衡算一段蒸发器输入物料量： 无水煤焦油 23990(14%)23030.4 kg/h输出物料量： 轻油 23030.40.25%57.6kg/h 焦油 23030.499.75%22972.8kg/h 共计 57.6+22972.823030.4 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定

38、律。二段蒸发器输入物料量： 从一段蒸发器来的焦油量 22972.8 kg/h输出物料量： 沥青 23030.456%12897kg/h 馏分 23030.4(10.25%56%)10075.8kg/h 共计 12897+10075.822972.8 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。蒽塔输入物料量： 来自二段蒸发器顶部的馏分 10075.8 kg/h输出物料量： 一蒽油 23030.417%3915.2 kg/h 二蒽油 23030.45%1151.5kg/h 馏分蒸汽 23030.4(10.25%56%17%5%)5009.1kg/h 共计 3915.2+1151.5+5

39、009.110075.8kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。馏分塔输入物料量： 来自蒽塔的馏分蒸汽 5009.1 kg/h输出物料量： 轻油 23030.40.25%57.6kg/h酚油 23030.41.5%345.5kg/h萘油 23030.412%2763.6 kg/h 洗油 23030.45%1151.5 kg/h 苊油 23030.43%690.9 kg/h 共计 57.6+345.5+2763.6+1151.5+690.95009.1 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。 3.2主要设备计算表3-3 焦油馏分产量 kg/h（以无水煤焦油计）轻油酚

40、油萘油洗油苊油一蒽油二蒽油115.2345.52763.61151.5690.93915.21151.53.2.1管式加热炉已知条件： 焦油温度 一段入口 85 一段出口 125 二段入口 110 二段出口 405 过热蒸汽出口 450 焦油含水量 一段，按焦油量的3%计 239903%719.7 kg/h 二段，按焦油量的0.3%计 239900.3%72kg/h 过热蒸汽量，按焦油量的4%计 239904%959.6 kg/h 经管式炉一段后轻油蒸发量，按无水煤焦油的0.25%计 57.6 kg/h一段焦油加热加热焦油耗热量： Q1%(i125i85)23030.4(197.4121.8)

41、 .2kJ/h 式中 197.4原料煤焦油125时的热焓，kJ/kg； 121.8原料煤焦油85时的热焓，kJ/kg。加热及蒸发一段焦油水分耗热量（按二段焦油含水量为零计）：Q2719.7(q125q85)719.7(2722.02357).9kJ/h 式中 2722.02水蒸气125时的热焓，kJ/kg； 357水85时的热焓，kJ/kg。蒸发轻油耗热量：Q357.6396.922861.4kJ/h式中 57.6轻油蒸发量，kJ/h396.9轻油汽化热，kJ/kg一段焦油加热总耗热量：Q1Q2 Q3.2+.9+22861.4=.5kJ/h过热蒸汽加热量加热蒸汽耗热量： Q4959.6 (33

42、85.62771.6).4 kJ/h式中 3385.66kg/cm2（表压）饱和水蒸气过热至450时热焓：kJ/kg； 2771.66kg/cm2（表压）饱和水蒸气热焓：kJ/kg。二段洗油加热加热焦油耗热量：Q5(23030.457.6)(966168).4kJ/h式中 966焦油380（即一次蒸发温度）时热焓，kJ/kg； 168焦油110，kJ/kg。加热二段焦油中水分耗热量：Q672kJ/h式中 3285405水蒸气热焓，kJ/kg；463.68110水蒸气热焓，kJ/kg。二段焦油焦油总耗热量：Q5 Q6.4 kJ/h管式炉有效热负荷QQ1Q2Q3Q4Q5Q6.3kJ/h加热焦油单位

43、耗热量：941.7 kJ/kg焦油热负荷比例：一段热负荷 15.3%过热蒸汽热负荷 2.6%二段热负荷 82%耗煤气量设管式炉热效率为75%，则耗煤气量为：=1707.5Nm3/h式中 17640煤气热值，kJ/ m3每吨焦油耗煤气量为： =71.2 Nm3选用有效负荷为6270MJ/h(350万千卡/时)的标准圆筒式管式炉两台。3.2.2一段蒸发器已知条件： 塔顶温度 105 塔顶压力（绝对压力） 1.01kg/cm3 塔顶出来的物料 轻油 57.6 kg/h 水分 719.7-72= 647.7kg/h汽相负荷：V=22.4=0.3116m3/s设空塔气速为0.2 m/s，则蒸发器直径为：

44、D=m 故选用Dg1600mm的一段蒸发器一台。3.2.3二段蒸发器已知条件：直接汽量，按焦油量的1%计算 239.9 kg/h焦油含水量，按焦油量的0.3%计算 72kg/h小计 311.9kg/h塔顶压力（绝对压力） 1.35 kg/cm3塔顶温度 370气相负荷 = 0.87m3/s式中 57.6、345.5、2763.6、1151.5、690.9、3915.2、1151.5、311.9分别是轻油、酚油、萘油、苊油、一蒽油、二蒽油等馏分产量及水气量，kg/h；105、120、133、170、189、209、18分别是轻油、酚油馏分、萘油混合馏分、苊油馏分、一蒽油馏分、二蒽油馏分及水气的分

45、子量。采用空塔气速为0.2 m/s，则蒸发器直径为：D=2.354m故选用Dg2400mm的二段蒸发器一台。3.2.4蒽塔 蒽塔采用苊油进行回流。已知条件： 从二段蒸发器来的直接蒸汽量 311.9 kg/h 塔顶压力（绝对压力） 1.25 kg/cm3 塔顶温度 257 回流量 23990=3598.5 kg/h 回流温度 85 苊油馏分汽化热 321.3 kJ/kg 苊油馏分平均比热 085 1.512 kJ/kg 0257 1.932 kJ/kg蒸发回流所需要的热量：Q=3598.5=.444 kJ/h内回流量：=7720.1kg/h塔顶汽相负荷：=0.963m3/s=3467.5m3/h汽相重度：=3.76kg/m3液相重度：0.89=890 kg/m3式中 0.00008计算系数；1.08苊油馏分20时的比重。液相负荷：=0.00241m3/s空塔气速： =0.768m/s式中 CO系数，根据不同板间距求得（当板间距是400mm时，求