1 设 计 任 务 书1.1设计任务年产70万吨焦碳的焦化厂蒸氨工段的设计。

1.2设计的基础资料1.2.1 工艺计算主要依据煤气产率 340Nm 3/t 干煤氨产率（挥发氨） 0.3%初冷器后煤气温度 30℃剩余氨水中氨含量 3.5g/l2 概述剩余氨水是煤焦化工业中焦化废水的主要来源，其中含有大量的挥发氨和固定胺盐，严重影响了生化工段的废水处理结果，因此蒸氨工艺是焦化废水处理工艺的第一环节，同时还在为脱硫工段提供碱源的过程中起重要作用，因此蒸氨系统的稳定运行直接影响到生化工段出水指标及脱硫工段的脱硫效果。

鼓冷工段昌盛的大量剩余氨水与蒸氨塔底废水换热后，进入到蒸氨塔中开始蒸馏，蒸氨塔底部通入饱和水蒸汽，以提供蒸氨所需热量及氨气载体，蒸出的大量氨气与水蒸气混合气体从塔顶分缩器出来后，去往脱硫工段，塔底废水在与剩余氨水、冷却水连续换热后，去往盛化工段进行水处理，同时在蒸氨过程中，需要在剩余氨水中加入一定量的液体氢氧化钠，以促进剩余氨水中固定铵盐的分解，保证蒸氨效果。

3蒸氨工段设备的计算3.1 蒸氨塔的计算3.1.1 基本数据的确定①原始数据：煤气总量 35000Nm 3 进料温度 50℃分凝器后产品浓度 10%塔顶温度 102℃ 塔顶压力 14.7MPa 塔底温度 105℃ 塔底压力 34.3MPa 回流温度 90℃ 进料浓度 3.5 g/h经计算得 进料量F 及浓度X FF = 12.63 t/h%35.0%10063.12105.363.123=⨯⨯⨯=-F X 参考《炼焦化学品回收与加工》附表5，得氨水在水溶液里及液面上蒸汽内的含量为Y 1 = 3.5%② 氨分缩器后成品氨气浓度的确定X D = 10%,设在蒸氨塔里的氨回收率99%，则氨为: 99%×12.63×3.5×103-/1000≈43.75kg/h 或54.51h Nm /3氨气混合物 D = 43.75÷10% = 437.5 kg/h水蒸汽的量 437.5×(1-10%) = 393.75kg/h 或 490.61 h Nm /3考虑到氨气中H 2S 和CO 2,设占氨气体积的5%，则82.573%5161.49051.54=-+h Nm /3 取分缩器后氨气操作压力为850mmH 2O,则氨气在气体混合物中的分压为:P S = 850×490.61/573.82= 726.148 mmH 2O③分缩器后回流液含氨浓度的确定出成品氨的浓度为10% 即X D = 10% 查《炼焦化学品回收与加工》中附表5得,回流液浓度为X R = 1.2%。

则进料热状况:q = 将1Kmol 进料变为饱和蒸汽所需的热量/原料液的Kmol 汽化热，查物性手册得1097.12250184018618)50102(225018≈=⨯⨯⨯-+⨯即:q F Y Y = Xq X F = ∴Rmin=F F F D X -Y Y -X =5.05.35.310--=2.06 一般取R=(1.1～2) Rmin 现取 R=1.5Rmin=3.093.2 物料恒算(1)输入物料进料量 F = 12.63t/h含氨量 = 12.63×103×0.35% = 44.19 kg/h设蒸氨塔中氨的回收率为99%则：D=44.19×99%/10%=437.47kg/h回流量 L = RD = 3.09×437.47= 1351.79 kg/h(2)输出物料塔顶蒸汽量 V = (R+1)D = 4.09×437.47= 1789.26kg/h废水量 W = F-D+G = 12630– 437.47 +G = 12192.53+ G kg/h(3)热量恒算—确定直接蒸汽量G①输入热量进料带入热量 q 1 = 12630×50×1.0074×4.187= 2662698.14 kJ/h回流带入热量 q 2=1351.79×90×1.005×4.187= 511941.66kJ/h直接蒸汽带入热量q 3 = 2738G kJ/h式中 G — 蒸气量2738—4Kg/cm 3（绝压）时水蒸气热焓，2741 — 表压为0.3时,水蒸汽热焓 kJ/Kg1Q = q 1+ q 2+ q 3 = 2662698.14+ 511941.66 + 2738G= 3174639.8+ 2738G kJ/h②输出热量塔顶蒸汽带出热量q 4 = 2811.7×3.5%×102×2.131 + 2811.7×(1-3.5%)×2678.84= 7507857.8 kJ/h式中 2.131—— 氨的比热 KJ/(Kg ·℃)3.5% —— 含氨量2678.84—— 102℃时水的热焓 kJ/kg氨解析吸收的热量 q 5 = 2811.695×3.5%×491×4.187= 20231.16 kJ/h废水带出的热量 q 6 = (12192.53+G)×105×1.0089×4.187= 5407969.27+443.5G kJ/h散热损失 q 7 = q 3×2% = 2738G ×0.02 = 57.46G kJ/h2Q = q 4 + q 5 + q 6+ q 7=7507857.8+20231.16+5407969.27+443.5G +54.76G=12936058.23+488.26G kJ/h由 1Q =2Q 得：3174639.8+ 2738G =12936058.23+488.26G直接蒸汽量G =4338.91kg/h1吨氨水所用蒸汽量 g = G/F = 4338.91/12.63 = 343.54kg/t废水量 W = 12192.53+ G = 12536.07kg/h = 16531.44 t/h3.3蒸氨塔设备的计算（1） 塔板层数的确定作全塔的物料平衡：∵废水量W = 12192.53+ G = 16531.44kg/h = 16.531 t/h∴废水含氨量X W =%005.016531.441000%212192.535.3=⨯⨯⨯直接蒸汽加热时，提镏段的操作线方程为Y W m m X GW X G W +=-1 式中：W —废水量，16531.44 kg/hG —直接蒸汽耗量，4338.91kg/h即Y 000191.081.34338.9116531.444338.9116531.4411-=-=--m W m m X X X 以进料含氨量浓度 XF=0.35% 按《炼焦化学品回收与加工》附表5中数据采用逐板计算法计算提馏段理论板数.X % 0.35 0.17 0.0811 0.0374 0.0159 0.00536 0.000176Y % 1.70 0.811 0.374 0.159 0.0536 0.00176∴提馏段需理论板数为5对于精馏段由于塔顶气相浓度不高于和进料平衡的气相浓度,所以只 需要一块理论板,则全塔理论板数为6块.本设计采用浮阀塔,总板效率取0.5,则实际板数为6/0.5=12块（2） 塔径的计算 ∵V ＜V S ∴用塔底气体积确定塔径Vs =3.343.1013.1012731022734.2218%)5.31(7.281117%5.37.2811+⨯+⨯⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯+⨯ =3601.2h m /3原料汽化热取水的热量为 1500kJ/kg 平均温度(98+50)/2 = 74℃ρl = 974.8 ㎏/m3 ρV =0.661 ㎏/m3 查《化工原理》（天大版） 附表7 水的比热为4.2 kJ/(㎏·℃)q = 1500)5098(2.41500-⨯+=1.13 L ' = L+QF = 1351.79+1.13×20890 =24957.49㎏/hV ' = V+(q-1)F = 1351.79+0.13×20890 =4067.49㎏/h21)(Pv Pl Vh Lh =1)(661.08.974661.0/56768.974/2.25842⨯= 00.119塔板间距取45㎜，板上液层高度取0.07m 则： H T -H l = 0.38 m 查《化工原理》（天大版）下册P160， 史密斯关系图得C 20 = 0.0062校正 C = C 20×2.020)(δ = 0.062×2.0206345.0)(=0.031∴Umax=C ×Pv PvPl -=0.031×661.0661.08.974-= 1.19 m/s 通常取 U = 0.6～0.8Umax 现取安全系数 0.7则U = 0.65×1.19 = 0.774 m/s 则D =U Vs14.34=774.014.336002.36014⨯⨯⨯= 1.283m 圆整取D = 1400 mm 塔截面面积 AT =2414.3D =24.1414.3= 1.538㎡ (3) 塔高的计算1）该塔有效高度Z=(N-1)×HT=(12-1)×0.45=4.95m2）塔顶辅助高度取1m3）塔底辅助高度取1.5m(塔底最后一块塔板到塔底封头切线的距离)4）塔底裙座高度取2 m5）人孔,人孔的设计应便于进入任何一层塔板,但设置过多会使制造时塔体弯曲度难以达到要求,所以本塔设置一个人孔,位置在自上面算起第8块塔板处,此处塔板间距设计为600㎜,另外,塔裙处应设计两个人孔直径为450㎜.综上该塔实际高度H=4.95+1+1.5+2+(0.6-0.45)=9.6m参考文献[1] 朱世勇．环境与工业气体净化技术[M]．北京：化学工业出版社．2001．31-36．[2] 库咸熙．炼焦化学产品的回收与加工.冶金工业出版社，1985[3] Berkowitz N．焦炉煤气脱硫工艺的选择[J]．高彬升译．国外炼焦化学[J]．1990(5)：57[4] 王睿，石冈等．工业气体中H2S的脱除方法．天然气工业[J]．1999(5)：84～90．[5] 张巨水．焦化厂焦炉煤气脱硫脱氰工艺的选择[J]．煤化工，1999(4)：21[6] 张炳玉，金蝶翔．焦炉煤气净化工艺评述[J]．包钢科技，2001(2)：15[7] 杨建华,王永林.焦炉煤气净化.北京：化学工业出版社，2005[8] 张双全，吴国光.煤化学.中国矿业大学出版社，2004[9] 肖瑞华, 白金锋.煤化学产品工艺学[M].北京: 冶金工业出版社,2003[10] 夏清，陈常贵.化工原理(上下册）.天津：天津大学出版社，2006[11] 姚玉英.化工原理(上册).天津：天津大学出版社，1999[12] 陈钟秀，顾飞燕等.化工热力学.化学工业出版社，2003[13] 柴诚敬，刘国维等.化工原理课程设计.天津科学技术出版社，1995[14] 倪进方.化工设计.化学工业出版社，1999[15] 汪寿建.化工厂工艺系统设计指南. 化学工业出版社，1996[16] 陈声宗.化工设计.化学工业出版社，2001[17] 王同章.煤炭汽化原理与设备.机械工业出版社，2001[18] 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册(上下册)，1985[19] 侯文顺.化工设计概论.化学工业出版社，1999[20] 黄璐，王保国.化工设计.北京：化学工业出版社，2001[21] 历玉鸣.化工仪表及自动化.北京:化学工业出版社.2005[22] 董大勤.化工设备机械基础.化学工业出版社，2003[23] 大连理工大学.青岛化工学院.南京化工学院.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社，1989[24] 范德明.工业泵选用手册[M].北京: 化学工业出版社, 1998[25] 李尚文，鲁国良.实用管路手册.化学工业出版社，1999[26] 刘相臣，张秉淑.化工设备事故分析与预防.化学工业出版社，2003。