本科毕业设计工艺计算题目年处理24万吨焦油常减压蒸馏车间初步设计院（系环化学院班级：化工12-2 姓名：柴昶学号： 2012020836 指导教师：张劲勇教师职称：教授2016年3月第4章工艺计算4.1设备选择要点4.1.1 圆筒管式炉（1）合理确定一段（对流段）和二段（辐射段）加热面积比例，应满足正常条件下，二段焦油出口温度400～410℃时，一段焦油出口温度在120～130℃之间的要求。

（2）蒸汽过热管可设置预一段或二段，要合理确定加热面积。

当蒸气量为焦油量的4%时，应满足加热至400～450℃的要求。

（3）辐射管热强度实际生产波动在18000～26000千卡/米2·时，设计宜采用18000～22000千卡/米2·时，对小型加热炉，还可取低些。

当选用光管时，对流段热强度一般采用6000～10000千卡/米2·时。

（4）保护层厚度宜大于200毫米，是散热损失控制在3%以内。

（5）火嘴能力应大于管式炉能力的1.25～1.3倍。

火嘴与炉管净距宜大于900毫米，以免火焰添烧炉管。

（6）辐射管和遮蔽管宜采用耐热钢（如Cr5Mo等）。

4.1.2馏分塔（1）根据不同塔径确定塔板间距，见表4-1。

表4-1 塔板间距塔径（mm)80090010001200140016001800200022002400板距（mm)350350350350400400450450450450400400450450500500500500（2）进料层的闪蒸空间宜采用板距的2倍。

（3）降液管截面宜按停留时间不低于5秒考虑。

（4）塔板层数应结合流程种类、产品方案、切取制度及其他技术经济指标综合确定。

4.2物料衡算原始数据：年处理量 24万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 w＝30303.03kg可按30303 kg计算表4-2 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产率0.5 1.5125175356 4.2.1整个流程的物料衡算表4-3 整个流程的物料衡算输入 (kg/h)输出 (kg/h)共计煤焦油水分：1212.1无水煤焦油：29090.930303轻油： 29090.9×0.5%＝151.5酚油： 29090.9×1.5%＝454.5苊油： 29090.9×3%＝909.1萘油： 29090.9×12%＝3636.4洗油： 29090.9×5%＝1515.3一蒽油： 29090.9×17%＝ 5151.6二蒽油： 29090.9×5%＝1515.3沥青： 29090.9×56%＝16969.7从脱水塔蒸出的煤焦油的水分：30303×4%＝1212.130303输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算的要求。

4.2.2主要设备的物料衡算1.一段蒸发器输入物料量：无水煤焦油 30303×(1－4%)＝29090.9 kg/h输出物料量：轻油 29090.9×0.25%＝72.7kg/h焦油 29090.9×99.75%＝29018.2kg/h 共计 72.7+29018.2＝29090.9 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。

2.二段蒸发器输入物料量：从一段蒸发器来的焦油量 29018.2 kg/h输出物料量：轻油 29090.9×0.25%＝72.7kg/h馏分 29090.9×(1－0.25%－0.25%)＝28945.4kg/h共计 72.7+28945.4＝29018.2 kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。

3.酚油塔输入物料量：来自二段蒸发器顶部的馏分 28945.4 kg/h输出物料量：酚油 29090.9×1.5%＝436.4kg/h萘油 29090.9×12%＝3490.9kg/h馏分蒸汽 29090.9×(1－0.5%－12%－1.5%)＝25018.2kg/h共计 436.4+25018.2+3490.9＝28945.4kg/h输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。

4.馏分塔输入物料量：来自蒽塔的馏分蒸汽 25018.2 kg/h 输出物料量：一蒽油 29090.9×17%＝4945.5kg/h 二蒽油 29090.9×5%＝1454.5kg/h 沥青 29090.9×56%=16290.9kg/h 洗油 29090.9×5%＝1454.5kg/h苊油 29090.9×3%＝872.7 kg/h共计 4945.5+1454.5+16290.9+1454.5+872.7＝25018.2kg/h 输入物料量等于输出物料量，故满足物料衡算定律。

4.3主要设备计算4.3.1管式炉已知条件：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 30303×3%＝909.1kg/h二段，按焦油量的0.3%计 30303×0.3%＝91kg/h过热蒸汽量，按焦油量的4%计 30303×4%＝1212.1 kg/h经管式炉一段后轻油蒸发量，按无水煤焦油的0.25%计72.8 kg/h ⑴一段焦油加热加热焦油耗热量：Q 1＝30303⨯96%⨯(i125－i85)＝29090.9⨯(197.4－121.8)＝2199272kJ/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）：Q 2＝909.1⨯(q 125－q 85)＝909.1⨯(2722.02－357)＝2150039.7kJ/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：Q 3＝72.8⨯396.9＝28894.3kJ/h式中57.6—轻油蒸发量，kg/h 396.9—轻油汽化热，kJ/kg 一段焦油加热总耗热量：Q 1＋Q 2 ＋Q 3＝2199272+2150039+28894.3=4378205.3kJ/h⑵过热蒸汽加热量加热蒸汽耗热量：Q 4＝1212.1 ⨯(3385.6－2771.6)＝744229.4 kJ/h 式中3385.6—6kg/cm 2（表压）饱和水蒸气过热至450℃时热焓：kJ/kg ； 2771.6—6kg/cm 2（表压）饱和水蒸气热焓：kJ/kg 。

⑶二段洗油加热 加热焦油耗热量：Q 5＝(29090.0－72.8)⨯(966－168)＝23156443.8kJ/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：Q 6＝91⨯()68.4633285-＝256740.1kJ/h式中 3285—405℃水蒸气热焓，kJ/kg ； 463.68—110℃水蒸气热焓，kJ/kg 。

二段焦油总耗热量：Q 5 ＋Q 6＝23413183.9kJ/h⑷管式炉有效热负荷Q ＝Q 1＋Q 2＋Q 3＋Q 4＋Q 5＋Q 6＝28535619.6kJ/h加热焦油单位耗热量：303036.28535618＝941.7 kJ/kg热负荷比例： 一段热负荷QQ Q Q 321++ ＝15.3%过热蒸汽热负荷QQ 4＝2.6% 二段热负荷QQ Q 65+＝82% ⑸耗煤气量设管式炉热效率为75%，则耗煤气量为：75.017640⨯Q=2156.9Nm 3/h式中17640—煤气热值，kJ/ m 3 每吨焦油耗煤气量为：310303039.2156-⨯=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。

350万千卡时的管式炉规格性能见表4-44.3.2一段蒸发器已知条件：塔顶温度 105℃ 塔顶压力（绝对压力） 1.01kg/cm 3 塔顶出来的物料轻油 72.7kg/h 水分 909.1-91= 818.1kg/h 汽相负荷：3936.0360001.1273105273181.8181057.724.22=⨯⨯+⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯=V m 3/s 设空塔气速为0.2 m/s ，则蒸发器直径为：58.12.0785.03936.02.0785.0=⨯=⨯=V D m故选用D g 1600mm 的一段蒸发器一台。

表4-4 350万千卡/时焦油蒸馏圆筒管式炉规格性能项 目 公称能力项 目 公称能力热负荷分布，万千卡/时热强度，千卡/米2时辐射段 280.3 辐射段 18200 对流段 59.7 对流段 8270 过热蒸汽段 12.2 过热蒸汽段 8820 加热面积，米2设备重量，吨辐射段 154.3 金属 49 对流段 72 保温材料40 过热蒸汽段144.3.3二段蒸发器已知条件：直接汽量，按焦油量的1%计算 303.03 kg/h 焦油含水量，按焦油量的0.3%计算 91kg/h 小计 394.03kg/h 塔顶压力（绝对压力） 1.35 kg/cm 3 塔顶温度 370℃ 气相负荷()360035.127313702731803.3942093.15151896.51511701.9091333.15154.36361205.4541057.724.22⨯⨯⨯+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++++⨯=V = 1.14m 3/s 式中72.7、454.5、3636.4、1515.3、909.1、5151.6、1515.3、394.03—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子量。

采用空塔气速为0.2 m/s ，则蒸发器直径为：D=2.0785.014.12.0785.0⨯=⨯V =2.69m故选用Dg2800mm 的二段蒸发器一台。

4.3.4酚油塔酚油塔采用酚油进行回流。

已知条件：从二段蒸发器来的直接蒸汽量 377.2kg/h 塔顶压力（绝对压力） 1.25 kg/cm 3塔顶温度 257℃ 回流量 3030315.0⨯=4545.5kg/h 回流温度 85℃ 酚油馏分汽化热 321.3 kJ/kg 酚油馏分平均比热0~85℃ 1.512 kJ/kg ·℃ 0~257℃ 1.932 kJ/kg ·℃蒸发回流所需要的热量：Q =4545.5×()[]512.185932.12579.393⨯-⨯+=3463234.63 kJ/h内回流量：3.32163.34632343.321=Q =10778.8kg/h 塔顶汽相负荷：4.222013.15151896.5151182.3771708.107781.9091333.15154.3636120454.5⨯⎪⎭⎫⎝⎛+++++++=s V3600125.11273257273⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯ =1.62m 3/s=5834.9m 3/h汽相重度：9.58343.15156.51512.3778.107781.9093.15154.36365.4547.72++++++++=V γ=4.18kg/m 3液相重度：()=--=202570008.008.1L γ0.89=890 kg/m 3式中0.00008—计算系数；1.08—苊油馏分20℃时的比重。