6、该设计的创新之处
①煤气消耗量少；②由于蒸馏是负压操作，降低了蒸馏温度，减少了管式炉结焦；③减压操作可改善操作环境，有利于环境保护。
7、设计产品的主要用途和应用领域：
萘是化学工业中很重要的原料，广泛用于制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料油漆及医药等用；酚及其同系物用来生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等；蒽用来制蒽醌燃料、合成糅剂及油漆。沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物，用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。
题目
25万吨焦油蒸馏工段的初步设计
来源
工程实践
1、研究目的和意义
焦油加工是近代有机化学的先导，至今有100多年的历史。目前我国煤化工的核心仍然是传统的焦化。近年来，尽管焦化在钢铁工业的带动下有一定的发展，但单一的焦化已经不适应当今社会的发展需求，迫切要求对炼焦化学产品进行回收与加工。
粗苯和煤焦油是炼焦化学产品回收中最重要的两类产品。在石油工业中曾被称为基础化工原料的八种烃类有四种（苯、甲苯、二甲苯、萘）从粗苯和焦油产品中提取。2009年中国年产焦炭达到3.45亿吨，煤焦油的年产量也已超过了一千万吨。
蒸馏过程由脱水和馏分蒸馏组成。在常压下脱水，然后无水焦油在馏分塔内进行减压蒸馏。宝钢化工公司、济钢焦化厂、梅钢焦化厂均采用此种工艺。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。主蒸馏塔为减压操作，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回流。减压蒸馏工艺优点是：①煤气消耗量少；②由于蒸馏是负压操作，降低了蒸馏温度，减少了管式炉结焦；③减压操作可改善操作环境，有利于环境保护。缺点是：①由于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，导致高附加值产品流失；②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；③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。如果进一步加工生产中温沥青，则需增加设备投资和运行成本。
近30年来，由于受到来自石油化工的激烈竞争，以及钢铁工业的制约，其发展比较缓慢且不均衡。进入20世纪90年代中期，由于对煤焦油产品的需求，人们对煤焦油加工工业的重要地位又有了新的认识，煤焦油加工工业作为区域经济发展的重要支柱产业已经形成，特别在当前原油价格大幅上涨的背景下，石油化工原料成本不断攀高、石化产品竞争力大大削弱，“高油价时代”的到来，为长期处于竞争劣势的煤化工提供了一个千载难逢的发展机遇。
【5】水恒福,张德祥,张超群编.煤焦油分离与精制[M].化学工业出版社2007
【6】周敏，倪献智，李寒旭编.焦化工艺学[M].中国矿业大学出版社出版199
作为发展中国家，印度的煤焦油加工生产水平也较高，目前其生产量达38万t / a。印度在萘、苯、甲苯及二甲苯和酚的生产工艺方面取得了突出的成就，在甲苯、萘和蒽的催化氧化方面也做了大量的研究和开发工作。
3、研究/设计的目标：
根据焦化厂生产设计完成25万吨焦油蒸馏工段的初步设计，包括开题报告及相关ppt、设计说明书及工艺流程图、车间设备平面布置图、主要设备图共三张图纸，要求其中至少一张为手绘，至少一张为AutoCAD图，此三张工艺图总图幅为三张A0号图纸大小。
煤焦油蒸馏是对煤焦油进行初步分离，一般可分离得到轻油、酚油、洗油、萘油、蒽油、沥青焦油六种馏份。萘是化学工业中很重要的原料，广泛用于制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料油漆及医药等用；酚及其同系物用来生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、炸药等；蒽用来制蒽醌燃料、合成糅剂及油漆。沥青是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物，用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。
8、时间进程
1、1-3周：收集资料、撰写开题报告、开题答辩（3周）；
2、4周：工艺论证（1周）；
3、5-9周：毕业实习、工艺计算及设备设计、选型计算（5周）；
4、10-13周：绘图（4周）；
5、14周：技术经济分析及非工艺部分（1周）；
6、15周：编制设计说明书（1周）；
7、16周：上交毕业设计说明书、答辩评审、预答辩（1周）；
b主要采用手段：此设计主要采用的手段是通过工程计算和利用计算机的CAD的运用来完成图形的绘图。
5、方案的可行性分析：
该设计采用两塔式流程比单塔式流程多一个馏分塔，即多以一个蒽塔。从二段蒸发器顶逸出的馏分混合蒸汽进入蒽塔第五层塔板，塔底排除温度为320~330℃的二蒽油，由10、12或14层侧线切取温度为290~300℃的一蒽油。自蒽塔顶部来的油气进入馏分塔第五层塔板。然后根据馏分的不同温度在不同切线切取酚油、萘油、洗油（洗油由塔底排除）。两塔式流程主要特点是：1）二段蒸发器不打回流，没有侧线。所有馏分蒸汽先进入蒽塔，在蒽塔下部排除二蒽油，在馏分塔侧线则提取一蒽油馏分、洗油馏分、萘油馏分及轻油馏分；2）该流程有一个沥青吹气柱，可以调节沥青的软化点；3）两塔式流程的萘集中度一般约为85%~90%，而损失于其他馏分中的萘约为10%~15%。并且各馏分产率及萘集中度是博大的。具备可行性。
目前我国煤焦油初馏装置规模较小，普遍在10万吨/年以下，但我国焦化量大，焦油产量增加，加工空间大，同时深层产品潜力更大。所以煤焦油的深加工前景广阔。
2、国内外发展情况(文献综述)
我国煤焦油加工工业是随着炼焦工业发展起来的。目前，煤焦油加工规模小，分离精制技术低，产品数量少，品级低，而且其市场还有待于进一步开拓，不少化工企业从国外进口焦化原料，而焦化行业却因产品找不到国内市场又不得不低价出口。
我国现有焦油年加工能力为540万t，在建加工能力425万t，而拟建的加工能力达到377万t，投产后合计年加工能力达到1340万t。与世界先进水平相比，能力小、技术水平低、产品品种少、能耗高、环境污染严重。造成这一现象的主要原因是煤焦油分散加工。目前仍未建成一座现代化的煤焦油集中加工厂。上海宝钢于20世纪80年代建成的煤焦油加工系统的主要设备技术从日本引进，但规模偏小，产品、副产品只有26种，中间产品种，与国内同行相比，技术上没有多大突破，我国煤焦油加工业的状况与德国进行比较，存在较大的差距。
对流段采用光管时，热强度取为25200~41900 kJ/（m2.h）
b一段蒸发器：一段蒸发器是快速蒸出煤焦油中所含水分和部分轻油的蒸馏设备，其构造如右图所示。塔体由碳素钢或灰铸铁制成，焦油从塔中部沿切线方向进入。为保护设备内壁不受冲蚀，在焦油入口处有可拆卸的保护板，入口的下部有2~3层分配锥。焦油入口至捕雾层有高为2.4m以上的蒸发分离空间，顶部设钢制拉西环捕雾层，塔底为无水焦油槽。气相空塔速度宜采用0.2m/s。
（2）工艺流程选择
由于实际生产中切取混合馏分的的流程更为普遍，所以采用两他切取两混馏分，该流程的特点是：油汽自蒽塔入馏分塔后，塔顶仍出轻油，上部侧线仍切取酚油馏分，而下部侧线改切萘、洗两混馏分（侧线部位与切取萘馏分时相同），塔底改出苊油馏分。蒽塔顶部用苊油馏分打回流。该种馏分切取方式，萘较好地集中于萘、洗两混馏分中、洗两混馏分中，使馏分的洗涤及制取工业萘的操作得到简化。苊油馏分主要含苊、芴、氧芴等，单独切取苊油馏分，不仅可以改进洗油质量，而且可以一步提取工业苊、氧苊等提供方便条件。苊油馏分含萘控制在小于5%。
4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：
25万吨焦油蒸馏工段的初步设计是对煤焦油进行初步分离的设计，焦油初步蒸馏分离可得到轻油、酚油、洗油、萘油、蒽油、沥青焦油六种馏份。根据该处理量选择连续式蒸馏。
（1）蒸馏工艺选择
工业上可采用常压蒸馏和减压蒸馏两种蒸馏工艺，由于减压蒸馏工艺煤气消耗量少，蒸馏是负压操作，降低了蒸馏温度，减少了管式炉结焦，减压操作可改善操作环境，有利于环境保护，所以采用减压蒸馏。如右图
2.2、国外发展状况
近十几年来，德国和日本等许多发达国家已将煤焦油的分离和利用的重点由高含量组分转向低含量组分，以从中获取合成精细化学品所需的高附加值成分，并且成功地开发出一系列先进的煤焦油加工新工艺。
德国是最早利用煤焦油的国家。世界闻名的一些工艺流程几乎都是德国斯蒂尔公司和考伯斯公司设计的，它们投入相当大的力量，积极开发与完善加工新技术，扩大产品品种，提高产品的质量等级。目前，吕特格公司（Rutgers Werke AG）的焦油加工能力为150万t/a，他们已能生产500多种芳烃产品，煤焦油的化工利用率接近1.2，位居世界之首。
（3）焦油蒸馏的主要设备
a管式加热炉：焦油蒸馏装置中多采用圆筒式管式炉，主要由燃烧室、对流室和烟囱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三部分组成如右图所示，
圆筒管式炉因生产能力不同有多种规格，炉管均为单程，辐射段炉管及对流段光管的材质为1Cr5Mo合金钢。辐射段炉管沿管壁圆周等距直立排列，无死角，加热均匀。对流段炉管在燃烧室顶水平排列，兼受对流及辐射两种传热方式作用。蒸汽过热管设置与对流段和辐射段，其加热面积应满足将所需蒸汽加热至450℃。辐射段炉管热强度取为75400~92100kJ/（m2.h）；
d馏分塔：馏分塔是焦油蒸馏工艺中切取各种馏分的设备。馏分塔分精馏段和提馏段，内设塔板。塔板间距依塔径确定，一般为350~500mm，相应的空塔气速可取为0.35~0.45m/s。进料层的闪蒸空间宜采用板间距的2倍。
一般采用灰铸铁制造塔体时，采用泡罩塔板，泡罩有条形、圆形和星形等；采用合金钢制造塔体时，采用浮阀塔版。
（4）此工段设计的计算方法及手段
a主要的拟用的计算方法：物料衡算和热量衡算包括计算基准的选择与基准条件的确定。通过对管式加热炉、一段蒸发器、二段蒸发器、馏分塔、换热器、泵等设备的物料衡算及热量衡算可以了解设备内物料转移情况，也可以求得焦油加工后萘，蒽等主要产品的回收率。