毕业设计说明书
设计（文）题目：13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计
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指导教师：
2012年X月X日
摘
设计13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计通国外焦油加工工艺发展现状综述选择国应较较成熟常压两塔式焦油蒸馏工艺
首先段蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔等设备进行物料衡算馏分塔蒽塔进行设计计算确定塔径塔高塔板进行设计计算流体力学校核馏分塔进行机械设计强度校核出非工艺条件
设计设备：圆筒式式炉350万千卡时段蒸发器直径DN1400mm二段蒸发器直径DN2200mm馏分塔直径DN1600mm塔高H23000mm塔板数36蒽塔DN1600mm塔板数23段冷凝冷器换热面积54m2馏份塔冷凝冷器换热面积195 m2蒽油浸没式冷器换热面积24m2
关键词 煤焦油焦油蒸馏馏分塔工艺计算
Abstract
The design for the 130000 t a coal tar distillation section is preliminary designed The process and the development status of the domestic and foreign tar is described By comparison to the existing processthe domestic application of more and more mature atmospheric twotower tar distillation process is selected
The first section of the evaporator Sec evaporator anthracene tower distillate tower equipment material balance distillate tower anthracene tower design calculations to determine the tower diameter and tower height and plate design calculations and the hydrodynamics check distillate tower mechanical design and strength check Finally nonprocess conditions
The results show that cylindrical tube type furnace is 35 million kilocaloriehour the section of the evaporator diameter is 1400mm Sec evaporator diameter is 2200mm The diameter of the tower is 1600mm the height of the tower is 23000mm in which the plate number is 36 Anthracene tower diameter is 1600mm plate number is 23The section of condensation heat transfer area of the cooler is 54 m2 and the distillate tower condensate cooler heat transfer area is 195 m2 anthracene oilimmersed no cooler heat transfer area is 24 m2
Keywords coal tar tar distillation distillation tower calculation of crafts
目 录
摘 I
Abstract II
前 言 1
1文献综述 2
2设备选择 12
3工艺计算 13
31物料衡算 13
311整流程物料衡算 13
312设备物料衡算 14
32设备计算 15
321式加热炉 15
322段蒸发器 17
323二段蒸发器 18
324蒽塔 19
325馏分塔 20
326段轻油冷凝冷器 22
327馏分塔轻油冷凝冷器 23
328浸没式冷器（切萘洗量混馏分） 24
33馏分塔塔板工艺计算 25
331 塔径 26
332 塔高 26
333圆泡罩塔盘设计 26
334板面布置 27
335塔板压降 29
336液冷情况 31
337鼓泡层高度hf 31
338排空时间T 31
34蒽塔塔板工艺计算 32
341塔径 33
342圆泡罩塔盘设计 33
343板面布置 34
344塔板压降 36
345液泛情况 38
346鼓泡层高度hf 38
347排空时间T 38
35容器附件 39
351孔手孔 39
352视镜 39
353液面计 39
354接 39
355法兰 40
36 设备机械设计强度校核 40
361筒体封头壁厚 41
362塔设备载重计算 41
363风载荷风弯矩计算 43
364震弯矩计算 46
365种载荷引起轴应力 48
366 塔体组合轴拉应力校核 52
367 塔体水压时应力吊装时应力校核 53
368吊装时应力校核校核 54
369基础环设计 55
368脚螺栓计算 56
4 非工艺条件设计 58
41防火防爆等级 58
42采暖通风 58
43水排水 58
44供气 59
45设备维修 59
46电力 59
47土建 59
结 61
参考文献 62
谢 辞 63
前 言
煤焦油中化合物塑料合成纤维染料合成橡胶农药医药耐高温材料国防工业贵重原料部分环芳烃化合物石油加工业法生产代国煤焦油加工生产轻油酚油萘油甲基萘油洗油Ⅰ–蒽油Ⅱ 蒽油煤沥青馏分深加工制取苯萘酚蒽等种芳烃类化工原料中间体少量煤焦油作筑路油防腐剂炭黑原料油燃料油等年利合成树脂合成橡胶煤焦油进行改性制造高档次防水涂料煤焦混合物加工仅作燃料油炭黑原料油防腐油直接简单加工应价值
年着国钢铁工业炼焦行业世界煤化工行业发展国煤焦油加工行业带前未机遇应紧紧抓住难历机遇立足国持续增长煤焦油资源充分利引导企业进行煤焦油规模加工断提升产品科技含量坚定精细化工方快速发展
国煤源国通煤焦油加工提高煤利率源综合利重途径国煤焦油加工现状：装置规模热回收利合理产品种类少环境保护存定问题煤焦油加工存问题：工艺相落装置规模分散分离新技术应水低加工程环境污染严重加工深度够等
煤焦油集中加工时应煤焦油加工产品原料合成新精细化学产品 增加产品等级提高产品附加值外煤焦油蒸馏工艺技术产品品种进行选择应努力开发高效低耗新工艺动控制分析化验节环保等方面技术水提高
1 文献综述
11课题实际意义
煤焦油煤高温干馏气化中副产具刺激性臭味刺激性臭味黑色黑褐色黏稠状液体产品 简称焦油[1]产率约占炼焦干煤3～4组分万种已中分离认定单种化合物约500余种约占煤焦油总量55[2]稠环化合物ONS杂环化合物源[3]煤焦油炼焦中煤炭化副产品煤焦油产量焦炭产量增加增加受国外市场影响年国焦炭产量迅速增长国世界焦炭生产国1993年起焦炭产量连续居世界第位[4]
低水重复建设造成焦炭总量处剩状态 方面总体规模度膨胀 方30年受石油化工激烈竞争影响煤焦油加工稠环芳烃杂环芳烃具发展潜力 特医药农药染料合成纤维耐高温材料等领域定代性全世界萘需求量约100万t[5] 目前90煤焦油作染料原料精蒽年需求量3万ｔ生产碳素电极电极沥青年消耗250万ｔ 两环杂环芳烃咔唑喹啉噻吩全部煤焦油
12课题应性先进性
国煤炭资源国着开采力度逐年加煤储量已日益减少进步提高煤利价值煤炭煤气进行深加工外焦炭生产程中4左右煤焦油值深入研究课题特年石油价格断攀升煤焦油越越体现出化工产品中价值国许焦化厂煤矿企业想办法发挥煤焦油加工产品附加值[6]
121应性
煤焦油煤高温干馏气化程中副产具刺激性臭味黑色黑褐色黏稠状液体产品产率约占炼焦干煤3～4完全芳香族化合物组成复杂混合物组分万种已中分离认定单种化合物约500余种约占煤焦油总量55
煤焦油中化合物塑料合成纤维染料合成橡胶农药医药耐高温材料国防工业贵重原料部分环芳烃化合物石油加工业法生产代国煤焦油加工生产轻油酚油萘油甲基萘油
洗油I蒽油II蒽油煤沥青馏分深加工制取苯萘酚蒽
等种芳烃类化工原料中间体少量煤焦油作筑路油防腐剂炭黑原料油燃料油等年利合成树脂合成橡胶煤焦油进行改性制造高档次防水涂料占煤焦油50煤沥青途十分广泛作电极黏结剂制造碳素纤维等
煤焦油混合物加工仅作燃料油炭黑原料油防腐油直接简单加工应价值[7]国外普遍深加工精制产品应着济技术发展仅传统煤焦油加工产品开发出新途应新技术提取进步加工出煤焦油馏分产品更具市场竞争力应新技术新工艺煤焦油中提取市场急需类贵重化工产品仅实现资源综合利提高产品附加值济效益环境效益社会效益明显煤焦油精制加工极重
煤焦油行业较传统行业30年受石油化工行业激烈竞争煤焦油行业然具较发展潜力尤年着新材料钢铁行业发展煤焦油资源高效利度引起重视[8]
⑴煤焦油加工工艺
蒸馏工艺操作分间歇式蒸馏连续式蒸馏前者蒸馏釜中加热升温产品逐蒸出蒸完—釜停炉装料重新蒸工艺设备简单生产效率低劳动环境差蒸出馏分质罨高环境污染严重者工艺流程煤焦油式炉中加热400℃次性气化二次蒸发器蒽塔二蒽塔衽酚油萘油分离终分离出沥青
连续蒸馏操作压力分常压连续蒸馏常压减压连续蒸馏减压连续蒸馏常压连续蒸馏工艺塔式连续蒸馏流程两塔式炼焦化学产品回收连续蒸馏流程国型焦化厂连续蒸馏工艺煤焦油加工连续加工生产效率间歇式蒸馏高产品收率较高加热温度高某产品回收利设备较耗较高
焦油蒸馏工艺概况流程图图11示
图11 焦油蒸馏系统工艺流程
原料库区原料焦油脱水脱渣脱盐通焦油混合份换热器焦油蒽油换热器焦油加热炉节器混合份蒽油烟气换热换热进入焦油预热器导热油加热进入预脱水塔预脱水塔塔顶逸出轻油馏分水空冷器冷流入轻油油水分离器分离出轻油进入轻油槽部分作脱水塔回流部分作产品送成品库区分离水流库区酚水槽预脱水塔底焦油流脱水塔脱水塔利导热油作热源脱水塔底焦油脱水循环泵抽出脱水塔重沸器进行循环加热脱水塔顶馏出轻油馏分轻油空冷器冷流入轻油油水分离器分离出轻油作脱水塔回流余作产品送成品库区分离水进入库区酚水槽脱水焦油脱水塔底油抽出泵抽出焦油加热炉加热330℃进入焦油塔部塔减压操作塔顶馏出酚油汽空冷器冷流入塔回流槽部分回流泵送塔塔顶作回流部分送馏分洗涤部分酚油槽作洗涤原料
沥青塔塔底抽出泵塔底抽出送中温沥青槽沥青水成型系统进行成型
焦油塔真空排气酚油空冷器抽出真空冷凝器冷凝冷进入真空泵真空泵出口排气进排气洗净塔循环洗油洗净凝性气体排气放散真空泵采水环式焦油蒸馏工艺设计中特点：设计原：清洁高效实现离线操作工艺流程采常减压蒸馏馏分采出两混馏分轻油酚油采空冷器冷焦油蒸馏塔采斜孔塔盘道采电伴热保温塔底直接采中温沥青
常压蒸馏工艺优点：① 工艺流程短控制简便易操作国成熟生产验② 设备求低减压流程常减压流程③ 基建投资低
设备维护量较少
鉴常压蒸馏工艺优点介绍两种典型常压蒸馏工艺流程流程图
①常压塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程
原料煤焦油静止脱水段柱塞泵入式炉流段加热 泵前加质量分数8~12Na2CO3溶液脱盐流式炉段煤焦油加热120～130℃进入Ⅰ系统Ⅰ段蒸发器脱水器顶蒸出次轻油冷凝冷进入次轻油分离器分离出废水进入油库废水池分离出次轻油流入贮槽 器底流入水焦油槽含水05水焦油分离出水焦油通Ⅰ系统Ⅱ段泵送入式炉辐射段加热300～400℃进入Ⅰ系统Ⅱ段蒸发器器底排中温沥青器顶蒸汽进入Ⅰ系统Ⅱ段馏分塔 馏分塔底排出蒽油 冷进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分 冷进入贮槽馏分塔塔顶蒸出二次轻油冷凝冷入油水分离器分离出废水进入油库废水池分离出二次轻油部分回流回流量约水焦油量40部分产品入贮槽销售水焦油槽部分进入Ⅱ系统Ⅱ段蒸发器馏分塔流程Ⅰ系统Ⅱ段
连续蒸馏工艺流程图12示
图12 塔式连续蒸馏工艺流程图
1式炉2次蒸发器3二次蒸发器4馏分塔
5油水分离6回流槽7循环槽8满流槽
②常压两塔式煤焦油连续蒸馏工艺流
原料焦油贮槽中加热静置初步脱水段焦油柱塞泵26送入式炉1流段段泵入口处加入浓度8～12Na2CO3溶液进行脱盐焦油流段加热120～130℃进入段蒸发器2粗焦油中部分水分轻油蒸发出混合蒸汽蒸发器顶逸出冷凝冷器630～40℃冷凝液段轻油油水分离器分离段轻油氨水氨水流入氨水槽段轻油配入回流洗油中段蒸发器排出水焦油进入器底水焦油槽中满流水焦油进入满流槽16引入二段焦油泵前路中水焦油二段焦油柱塞泵27送入式炉辐射段加热400～410℃进入二段蒸发器
3次蒸发馏分煤焦油沥青分离沥青底部排出馏分蒸汽顶部逸出进入蒽塔4数第三层塔板塔顶洗油馏分回流塔底排出二蒽油111315层塔板侧线切取—蒽油蒽油二蒽油分埋入式冷器冷放入贮槽备送处理
蒽塔4顶逸出油气进入馏分塔5（称洗塔）数第五层塔板洗油馏分塔底排出萘油馏分第18202224层塔板侧线采出酚油馏分第363840层塔板采出馏分冷进入贮槽馏分塔顶出轻油水混合蒸汽冷凝冷油水分离水导入酚水槽配制洗涤脱酚时需碱液轻油入回流槽部分作回流液剩余部分送粗苯工段处理蒸馏直接蒸汽式炉辐射段加热450℃分送入塔底部
中国焦化厂馏分塔中萘油馏分洗油馏分合起切取做两混馏分时塔底油称苊油馏分含苊量25种切取两混馏分操作萘较集中两混馏分中萘集中度达93～96提高工业萘产率时洗油馏分中重组分已切取苊油馏分时提高洗油质量
煤焦油常压两塔式焦油连续蒸馏工艺流程图13示
图13 常压两塔式焦油连续蒸馏流程
1 —煤焦油式炉2—段蒸发器水煤焦油器3—二段蒸发器4—蒽塔5—馏分塔6—段轻油冷凝冷器7—馏分塔轻油冷凝冷器8—段轻油油水分离器9—馏分塔轻油油水分离器10—萘油埋入式冷器12—蒽油冷器13—二蒽油冷器14—轻油回流槽15—洗油回流槽16—水煤焦油满流槽17—煤焦油循环槽18—酚油接受槽19—酚水接受槽20—轻油接受槽21—萘油接受槽22—洗油接受槽23—蒽油接受槽24—二蒽油接受槽25—蒽油接受槽26—段煤焦油泵27—二段煤焦油泵28—轻油回流泵29—洗油回流泵30—二蒽油泵31—轻油泵
⑵煤焦油蒸馏设备
煤焦油蒸馏设备式加热炉次蒸发器二次蒸发器馏分塔
①式加热炉
目前煤焦油加工企业焦油整流设备中采式加热炉中圆筒式式炉已普图14示燃烧室（辐射室）流室烟囱三部分组成圆筒式加热炉规格生产力炉均单程辐射段炉流段光材质均1Cr5Mo合金钢辐射段炉炉壁圆周等距直立排列死角加热均匀流段光燃烧室顶水排列兼受流辐射俩种传热方式作蒸汽热设置流段辐射段加热面积应满足需蒸汽加热450℃辐射段炉加热强度取7540092100KJ(m2h)流采光时加热强取2520041900 KJ(m2h)
图14 圆筒炉结构图
1烟囱 2流室顶盖 3流室富油入口 4流室炉 5清扫门 6饱蒸汽入口 7热蒸汽入口 8辐射段富油出口 9射段炉 10火门 11火嘴 12孔 13调节阀板手摇鼓轮
②段蒸发器
段蒸发器塔式圆筒形设备图15示作快速蒸出煤焦油中含水分部分轻油塔体碳素钢灰铸铁制成保护设备壁受激磨损腐蚀煤焦入口部23层分配锥煤焦油入口补雾层高24m蒸发空间顶部设钢制拉西环补雾层塔底水煤焦油槽气体空塔气速般取02ms
图5 段蒸发器结构图
1蒸汽出口2捕雾层3保护板4煤焦油入口5分配锥6水煤焦油出口7水煤焦油入口89溢流塔板10水煤焦油出口
③二段蒸发器
二段蒸发器作400410℃热水煤焦油闪蒸馏分沥青分离两塔式流程中二段蒸发器带精馏段构造简单塔式带精馏段构造图16示塔体干灰铸铁锈钢塔段组成圆筒型设备
图16 二段蒸发器结构图
1放空口2浮球液面计接口3沥青出口45泡罩塔板6缓板7煤焦油入口8满流槽9水煤焦油槽10泡罩11孔12馏分蒸汽出口13回流液入口 14二蒽油出口15蒸汽出口
④馏分塔
馏分塔煤焦油蒸馏工艺中切取种馏分设备结构图17示分精馏段提馏段设塔板塔板间距半350550mm相应空塔气速
取035045ms进料塔板升塔板间宜采2倍板间距灰铸铁制造塔体时泡罩塔板泡罩条形园形星形等合金钢制造塔体时采浮阀塔板影响馏分塔操作素：原料油性质组成煤焦油泵流量冷凝冷系统操作塔顶轻油回流流量性质侧线位置开度塔底热蒸汽温度流量等
图17 煤焦油馏分塔结构图
122先进性
⑴生产规模
日德国法国俄罗斯等国家单套焦油蒸馏装置力10～50万ta理讲力越规模效益越资源限情况选择10万ta加工装置限度发挥产品加工价值焦油收集量足够时候建设50万ta焦油加工装置国单套焦油蒸馏装置06万12万3万5万75万10万15万ta种规模3万ta规模均连续蒸馏工艺3万ta规模间歇蒸馏工艺出现加工规模原 ①焦油加工厂身焦油产量产焦油建设相应规模②未作产业考虑焦油加工仅作焦化厂附带处理单元③规模焦油加工技术水够④环境保护量利没达发达国家重视程度
⑵产品方案
国外煤焦油加工厂生产三种模式全方位品种提纯配制种规格等级产品二煤焦油加工产品基础着精细化工染料医
药方面延伸深加工产品三重点加工沥青类产品
国煤焦油加工产品酚类萘洗油粗蒽沥青等厂产品质量数量基类似导致焦油加工效益国外差距较原方面焦油加工装置规模普遍偏高质量高附加值产品较少生产企业适应市场力较差焦油深加工产品市场开发特新产品推市场时难度较[9]
⑶工艺流程
国外焦油蒸馏工艺异脱水分馏国外工艺国样化国焦油蒸馏工艺国外工艺相较差距适场合国工艺设备仪表控制量利方面做改进工作够变成先进实工艺[10]
⑷环保水
环保指焦油加工程中产生废水废气废渣处理
焦油加工产生废水国外采取措施基相集中收集送焦化厂污水处理装置处理排放国污水处理指标差点
废气处理指焦油加工程中放散气沥青烟气处理国外焦油加工厂收集部分废气集中洗涤塔净化降温送式炉焚国外采取措施基相集中收集送焦化厂污水处理装置处理排放国污水处理指标差点废气处理指焦油加工程中放散气沥青烟气处理国外焦油加工厂收集部分废气集中洗涤塔净化降温送式炉焚烧焦油加工厂油槽顶部进行氮封放散气排出性更国焦油加工装置放散气进行集中收集处理部分装置放散废气处理应改进
焦油加工产生废渣焦油渣国处理模式样均集中收集混配煤中国配煤中设施较差厂抛弃现象严重严格理认真处理达国外处理水完全实现
⑸节水
节降耗装置重指标焦油加工高耗程国外水蒸汽煤气消耗方面控制较采空冷冷热流体换热级循环水低温减压蒸馏热量回收蒸汽等技术电消耗反国高
着国源结构调整电减少水蒸汽煤气消耗必然趋势
⑹装备水
装置装备水机械制造控水密切相关国焦油加工装备水国外差距较原考虑项目投资额高温运转设备耐腐蚀材质高温高粘度介质检测仪表等难找合适国生产厂国外引进设备维修水相差较远
13发展前景
综合十年煤焦油加工技术发展高效低耗低污染深加工始终推动煤焦油加工技术断前发展动力煤焦油加工工艺技术总体讲变化缓慢表现出定规律性
煤焦油组成极复杂混合物目前中成功分离出500种煤焦油加工产品冶金化工医药建材交通通讯等领域重基础原料国外着广阔市场前景时煤焦油行业较传统行业30年受石油化工行业激烈竞争煤焦油行业然具较发展潜力[11]尤年着新材料钢铁行业发展煤焦油资源高效利度引起重视[12]
前必须加快整合企业科研院技术力量建立企业体焦油深度加工技术开发创新体系必须加科研方面投入中力物力进行分离工艺分离装置等技术研究提高煤焦油中单组分分离效率形成系列成套生产工艺技术装备观产品分离工艺灵活性根市场需求时调整产品质量品种提升煤焦油企业综合实力济效益[13]
2 工艺方案确定设备选择
21工艺方案确定
根设计需次设计采国应较较成熟焦油蒸馏方案常压两塔式焦油蒸馏工艺
该工艺流程成熟简单投资低产品质量萘馏份集中度高洗油馏份中萘含量低馏份脱酚操作简单尾气集中洗涤环保效果
22设备选择
煤焦油蒸馏设备式加热炉次蒸发器二次蒸发器馏分塔
221 式加热炉
目前煤焦油加工企业焦油整流设备中采式加热炉中圆筒式式炉已普燃烧室（辐射室）
流室烟囱三部分组成圆筒式加热炉规格生产力炉均单程辐射段炉流段光材质均1Cr5Mo合金钢蒸汽热设置流段辐射段加热面积应满足需蒸汽加热450℃辐射段炉加热强度取7540092100KJ(m2h)流采光时加热强取2520041900 KJ(m2h)
222 段蒸发器
段蒸发器塔式圆筒形设备作快速蒸出煤焦油中含水分部分轻油塔体碳素钢灰铸铁制成保护设备壁受激磨损腐蚀煤焦入口部23层分配锥煤焦油入口补雾层高24m蒸发空间顶部设钢制拉西环补雾层塔底水煤焦油槽气体空塔气速般取02ms
223 二段蒸发器
二段蒸发器作400410℃热水煤焦油闪蒸馏分沥青分离两塔式流程中二段蒸发器带精馏段构造简单塔式带精馏段塔体干灰铸铁锈钢塔段组成圆筒型设备
224 馏分塔
馏分塔煤焦油蒸馏工艺中切取种馏分设备结构图7示分精馏段提馏段设塔板塔板间距半350550mm相应空塔气速取035045ms进料塔板升塔板间宜采2倍板间距合金钢制造塔体时采浮阀塔板影响馏分塔操作素：原料油性质组成煤焦油泵流量冷凝冷系统操作塔顶轻油回流流量性质侧线位置开度塔底热蒸汽温度流量等
3工艺计算
实现该分离务采常压两塔式煤焦油连续蒸馏流程切取蒽油馏分整流程中需热全式炉烧煤气提供提供热包括三部分：式炉流段煤焦油脱水提供热辐射段水煤焦油加热提供热饱蒸汽成热蒸汽提供热
简化计算假设：煤焦油水分全部段蒸发器中脱占水煤焦油025轻油段蒸发时蒸发脱盐碱液计入物料损失忽略计考虑水煤焦油满流
31物料衡算
原始数：
年处理量 13万t
原料煤焦油含水分 4
年工作日 330日半年维修次
时处理力 w＝164144
16414kg计算
表31 煤焦油馏分产率
馏分
轻油
酚油
萘油
洗油
蒽油
二蒽油
苊油
沥青
两塔式
05
15
12
5
17
5
3
56
311整流程物料衡算
表32 整流程物料衡算
输入 (kgh)
输出 (kgh)
计
煤焦油水分：
6566
水煤焦油：
1634834
16414
轻油：1634834×05＝847
酚油：1634834×15＝2452
苊油：1634834×3＝4904
萘油：1634834×12＝19618
洗油：1634834×5＝8174
蒽油：1634834×17＝27792
二蒽油：1634834×5＝8174
沥青： 1634834×56＝91551
脱水塔蒸出煤焦油水分：
16414×4＝6566
16414
输入物料量等输出物料量满足物料衡算求
312设备物料衡算
⑴段蒸发器
输入物料量：
水煤焦油 16414×(1－4)＝157576kgh
输出物料量：
轻油 157576×025＝394kgh
焦油 157576×9975＝157182 kgh
计 394+157182＝84864 kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑵二段蒸发器
输入物料量：
段蒸发器焦油量 157182kgh
输出物料量：
沥青 157576×56＝88243kgh
馏分 157576×(1－025－56)＝68939kgh
计 88243+68939＝157182kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑶蒽塔
输入物料量：
二段蒸发器顶部馏分 68939kgh
输出物料量：
蒽油 157576×17＝26788 kgh
二蒽油 157576×5＝7879kgh
馏分蒸汽 157576×(1－025－56－17－5)＝34273kgh
计 26788+7879+34273＝68939kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑷馏分塔
输入物料量：
蒽塔馏分蒸汽 34273 kgh
输出物料量：
轻油 157576×025＝393kgh
酚油 157576×15＝2364 kgh
萘油 157576×12＝18909kgh
洗油 157576×5＝7879kgh
苊油 157576×3＝4727 kgh
计 393+2364 +18909+7879+4727＝34273 kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
32设备计算
表33 焦油馏分产量 kgh（水煤焦油计）
轻油
酚油
萘油
洗油
苊油
蒽油
二蒽油
394
2364
18900
7879
4727
26788
7879
321式加热炉
已知条件：
焦油温度
段入口 85℃
段出口 125℃
二段入口 110℃
二段出口 405℃
热蒸汽出口 450℃
焦油含水量
段焦油量3计 16414×3＝4924 kgh
二段焦油量03计 16414×03＝492kgh
热蒸汽量焦油量4计 16414×4＝6566 kgh
式炉段轻油蒸发量水煤焦油025计 394 kgh
⑴段焦油加热
加热焦油耗热量：
Q1＝1641496(i125－i85)＝16414(1974－1218)
＝12409060 kJh
式中
1974—原料煤焦油125℃时热焓kJkg
1218—原料煤焦油85℃时热焓kJkg
加热蒸发段焦油水分耗热量（二段焦油含水量零计）：
Q2＝4924(q125－q85)＝4924(272202－357)＝11645358kJh
式中
272202—水蒸气125℃时热焓kJkg
357—水85℃时热焓kJkg
蒸发轻油耗热量：
Q3＝3943969＝156379 kJh
式中
394—轻油蒸发量kJh
3969—轻油汽化热kJkg
段焦油加热总耗热量：
Q1＋Q2 ＋Q3＝12409060+11645358+156379 24210796kJh
⑵热蒸汽加热量
加热蒸汽耗热量：
Q4＝6566(33856－27716)＝4031524kJh
式中
33856—6kgcm2（表压）饱水蒸气热450℃时热焓：kJkg
27716—6kgcm2（表压）饱水蒸气热焓：kJkg
⑶二段洗油加热
加热焦油耗热量：
Q5＝(157576－394)(966－168)＝125431236 kJh
式中 966—焦油380℃（次蒸发温度）时热焓kJkg
168—焦油110℃kJkg
加热二段焦油中水分耗热量：
Q6＝492＝1388089 kJh
式中 3285—405℃水蒸气热焓kJkg
46368—110℃水蒸气热焓kJkg
二段焦油焦油总耗热量：
Q5 ＋Q6＝126819325 kJh
⑷式炉效热负荷
Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6＝155061645 kJh
加热焦油单位耗热量：
＝9447 kJkg焦油
热负荷例：
段热负荷 ＝156
热蒸汽热负荷 ＝26
二段热负荷 ＝818
⑸耗煤气量
设式炉热效率75耗煤气量：
11720Nm3h
式中
17640—煤气热值kJ m3
吨焦油耗煤气量：
714 Nm3
选效负荷6270MJh(350万千卡时)标准圆筒式式炉台
322段蒸发器
已知条件：
塔顶温度 105℃
塔顶压力（绝压力） 101kgcm3
塔顶出物料
轻油 394 kgh
水分 49244924432 kgh
汽相负荷：
V2240213m3s
设空塔气速02 ms蒸发器直径：
Dm
选Dg 1400mm段蒸发器台
323二段蒸发器
已知条件：
直接汽量焦油量1计算 1641 kgh
焦油含水量焦油量03计算 492kgh
计 2133kgh
塔顶压力（绝压力） 135 kgcm3
塔顶温度 370℃
汽相负荷：
V 22
059 m3s
式中
394236418909787947272678878792133—分轻油酚油萘油苊油蒽油二蒽油等馏分产量水气量kgh
10512013317018920918—分轻油酚油馏分萘油混合馏分苊油馏分蒽油馏分二蒽油馏分水气分子量
采空塔气速02 ms蒸发器直径：
D1959m
选Dg 2200mm二段蒸发器台
324蒽塔
蒽塔采苊油进行回流
已知条件：
二段蒸发器直接蒸汽量 2133 kgh
塔顶压力（绝压力） 125 kgcm3
塔顶温度 257℃
回流量 164142462 kgh
回流温度 85℃
苊油馏分汽化热 3213 kJkg
苊油馏分均热
0~85℃ 1512 kJkg·℃
0~257℃ 1932 kJkg·℃
蒸发回流需热量：
Q2462×16971457 kJh
回流量：
52821 kgh
塔顶汽相负荷：
V224
0659m3s23723 m3h
汽相重度：
376kgm3
液相重度：
089890 kgm3
式中
000008—计算系数
108—苊油馏分20℃时重
液相负荷：
000165 m3s
空塔气速：
0691ms
式中
CO—系数根板间距求（板间距450mm时求
CO 0045）
适宜空塔气速08Wmax
08 ms
计算塔径：
D123m
设备系列选Dg1400mm考虑制造生产理方便选馏分塔相规格蒽塔
325馏分塔
已知条件：
直接蒸汽量
二段蒸发器 2133kgh
进入馏分塔焦油量17计 2790 kgh
计 4923 kgh
塔顶压力（绝压力） 102 kgcm3
塔顶温度 105℃
冷回流量 1641465656kgh
回流温度 30℃
轻油馏分汽化热 3969 kJkg
轻油馏分均热
0~110℃ 189kJkg·℃
0~30℃ 168kJkg·℃
蒸发回流需热量：
Q6565635779237 kJh
回流量：
90147kgh
塔顶汽相负荷：
0959m3s34536m3h
汽相重度：
276kgm3
液相重度：
0812812 kgm3
式中
000008—计算系数
088—轻油馏分20℃时重
液相负荷：
000308m3s
空塔气速：
0771ms
式中
—系数根板间距求（板间距450mm时求
0045）
适宜空塔气速08Wmax
08 ms
计算塔径：
D1408m1408mm
设备系列选Dg1600mm馏分塔蒽塔取Dg1600mm
326段轻油冷凝冷器
已知条件：
物料量
轻油 394kgh
水蒸气（段蒸发器底焦油含水量零计） 4923 kgh
物料温度
入口 105℃
出口 30℃
轻油均热 1974kJkg·℃
冷凝阶段放出热量：
kJh
式中
225036—水蒸气汽化热
3969—轻油汽化热
冷阶段放出热量：
kJh
热量计：
QQa+Qb1284397758 kJh
冷水（入口25℃出口40℃）量
th
冷段水温升高：
25+5989℃
数均温度差：
油汽 ℃ 105
冷水℃
65 4511 5
冷凝段：
℃
冷段：
℃
需换热面积F：K1150kcalm2·h·℃630kJm2·h℃K2 100 kcalm2· h·℃420 kJm2·h·℃
冷凝段：
m2
冷段：
m2
5366 m2
选1×54m2冷凝冷器台
327馏分塔轻油冷凝冷器
已知条件：
物料量
轻油 394+656566605kgh
水蒸气（段蒸发器底焦油含水量零计） 4923kgh
物料温度
入口 105℃
出口 30℃
轻油均热 30~110℃ 1974kJkg·℃
冷凝阶段放出热量：
kJh
式中
225036—水蒸气汽化热
3969—轻油汽化热
冷阶段放出热量：
kJh
热量计：
QQa+Qb48689837kJh
冷水（入口25℃出口40℃）量
th
冷段水温升高：
25+285℃
数均温度差：
油汽 ℃ 105
冷水℃
65 765 5
冷凝段：
℃
冷段：
℃
需换热面积F：K1150kcalm2· h·℃630kJ m2·h·℃K2100 kcalm2·h·℃420 kJ m2·h·℃
冷凝段：
m2
冷段：
m2
1872 m2
选3×65195m2冷凝冷器台
328浸没式冷器（切萘洗量混馏分）
已知条件：
物料量 26788（蒽油量）kgh
物料温度
入口 185℃
出口 70℃
物料热 21kJkg
·℃
物料放出热量
26788×21×(18570)6469302kgh
数均温度差
783℃
换热面积（取K420 kJ m2·h·℃）
m2
冷水（入口32℃出口45℃）量
th
选换热面积1×24m2浸没式冷器台
33馏分塔塔板工艺计算
已知条件：
汽相负荷 0959m3s
液相负荷 000308m3s
汽相重度 812 kgm3
液相重度 276kgm3
D16m馏分塔根验表相关数值：
表34 馏分塔规格技术特性
项目
塔板层数
36
精馏段
32
提馏段
4
板间距mm
450
馏分侧线塔板编号（）
蒽油
塔底
苊油
塔底
洗油
塔底
萘油
141618（萘洗两混）
酚油
283032
331 塔径
D16m（前面已计算）
塔板面积 AT0785×D20785×162201m2
空塔气速 ms
332 塔高
根验顶部空间般取12~15m取h115m底部空间h215m
效塔高
根验进料板间距增600mm孔板间距增500mm取3孔裙座取3m第141618283032层侧线采出塔板间距增500mm
效塔高
H0045×36+(05045)×6+(06045)×1+(05045)×3168m
塔高：
H168+15+15+3228m
塔高取23m
333圆泡罩塔盘设计
⑴泡罩尺寸选择
泡罩尺寸通常根塔径参表选[15]
表35 泡罩直径塔径关系
塔径 D(m)
泡罩公称直径 Dg(mm)
＜～12
80
12～30
100
＞30
150
选公称直径100mm泡罩
⑵需泡罩数m
选择圆形泡罩齿缝矩形型根式出泡罩数：
Vm
式中
Vm—满负荷取Vm213Vs
m—层塔板泡罩数
F4—泡罩齿缝总面积
h—齿缝高度
根验出数：
F45m2
h0032m
：
m
⑶需鼓泡面积：
鼓泡中中心距满足：t(125~15)D tD25~75mm
根课题取 t14D140mm tD40mm 符合条件
正三角形排列泡罩占正六角行鼓泡面积ab(mm2)：
ab0866t20866mm2
整塔盘鼓泡面积Aa(m2)：
Aamab78132m2
334板面布置
⑴选定流行
液相负荷Ls000308 m3s1109m3h估采单流型
取堰长Lw塔径066倍堰长：
Lw066×16106m
塔截面积：AT201m2
单型塔板系列选定降液面积Af塔截面积AT弓形降液宽度Wd塔径D分：
查图知[14]： 312
知：
Af00721×2010145 m2
Wd0124×2010198m
降液停留时间
应保证液体降液停留时间3~5s保证液体夹带气体释出
s
夹带气体释出降液尺寸
⑵泡罩排列
泡罩正三角形排列鼓泡区工排列78：
鼓泡区面积占百分：
(规定50~80间)
降液面积占百分：
(规定10~20间)
边缘面积占百分：
165614420 (规定20~50间)
满足塔盘分配求
⑶齿缝开度hs
根验知：
低气体负荷时齿缝开度h0mm
正常气体负荷时hs
气体负荷时hsh0032
设计正常负荷操作
hsmm
⑷堰液溢流高度how
采流堰式计算：
How
式中
E—液体收缩系数般取1
Lw—堰长m
h
：
howm
⑸堰高hw降液底距层塔板距离h0
根常压操作压力初步选定动液封：
hds40mm004m
静液封：
hsshdshow004001003m
堰高hw式计算：
hwhT+hss+hr+h
式中
hT—泡罩缝塔板间距m
hr—泡罩帽缘圈高度m
h—齿缝高度m
hss—静液封m
直径100mm泡罩查验数
hT15mmhr3mm
hw15+30+3+3280mm
选定堰高
hw80mm
降液底部液封20mm降液底层塔板距离应：
h0008002006m
⑹液面梯度
液面流板面梯度液流量（表示）
堰高hw泡罩底缘塔板距离hT关查
值较忽略计
⑺动液封hds
hdshow+hss+001+003004mm
335塔板压降
蒸汽通塔板时式计算压降：
hphL+hc+hs
式中
hp—塔板压降m液柱
hs—齿缝局部阻力m液柱
hc—泡罩局部阻力（包括升气回转通道环形间隙）m液柱
hL—效液层阻力m液柱
⑴泡罩局部阻力hc
hcm
式中
—阻力系数直径100mm泡罩取025
—泡罩升气截面积（升气直径取70mmAmm2）
⑵效液层阻力hL
hLhds
式中
—气系数
hds—动液封m液柱
气系数气相动数
Fb
式中
—液流面积Ab计算气速ms
AbAT2Af：
查
效液层阻力hL065m液柱
塔板压降：
hphL+hc+hs0026+00089+002133005623m液柱
全塔压降：
P36m液柱
336液冷情况
式求出降液液面高度：
Hdhw+hd+hp++ how
式中
hd：液相流出降液阻力m液柱
hd 0153m
液面梯度考虑降液液面高度：
Hd 008+001+005623+000036014659m
防止液泛现象需满足条件：
HT+hw
式中
—泡沫层相重般物系取05
HT—塔板板间距m
HT2 Hd hw
045
会发生液泛现象
337鼓泡层高度hf
式求：
hf00432
hf00432×093+189×008004060148m
鼓泡层顶部层塔板距离S：
SHThf04501480302m
338排空时间T
采排液孔直径d010mm
排液孔面积Aw般方米塔截面积1~3方厘米开孔面积计算
Aw201cm2m2
需排液孔数：
b 取13
全塔积液总排空时间式计算：
T15h
表36 馏分塔项数
项目
单位
数量
项目
单位
数量
塔径D
mm
1600
堰长Lw
m
106
效塔高H0
m
168
堰高hw
mm
80
塔高H
m
23
塔截面积AT
m2
201
顶部空间h1
m
15
齿缝开度hs
mm
2133
底部空间h2
m
15
降液底层塔板距离h0
mm
006
板间距HT
mm
450
动液封hds
mm
004
进料板间距
mm
600
静液封hss
mm
003
孔间距
mm
500
降液液层高度Hd
mm
1496
采出间距
mm
600
塔板压降hp
m液柱
0056
塔板形式
单流
液体降液停留时间
s
213
空塔气速W空
ms
048
排液孔直径d0
mm
10
泡罩数m
78
排液孔数b
13
泡罩中心距t
mm
140
排空时间T
h
312
泡罩排列
正三角形
弓形降液面积
m2
0145
34蒽塔塔板工艺计算
已知条件： 汽相负荷 0659m3s
液相负荷 000165m3s
汽相重度 890kgm3
液相重度 376kgm3
D16m蒽塔根验表相关数值：
表37 蒽塔规格技术特性
项目
塔板层数
23
精馏段
18
提馏段
5
板间距mm
350
馏分侧线塔板编号（）
蒽油
111315
苊油
塔底
洗油
塔底
萘油
塔底
酚油
塔底
341塔径
D16m
塔板面积
AT0785×D20785×162201m2
空塔气速
ms
342圆泡罩塔盘设计
⑴泡罩尺寸选择
泡罩尺寸选取100mm
⑵需泡罩数m
选择圆形泡罩齿缝矩形型根式出泡罩数：
Vm
式中
Vm—满负荷取Vm213Vs
m—层塔板泡罩数
F4—泡罩齿缝总面积
h—齿缝高度
根验出数：
F45m2
h0032m
：
m
⑶需鼓泡面积
鼓泡中中心距满足：t(125~15)D tD25~75mm
根课题取 t15D150mm tD50mm 符合条件
正三角形排列泡罩占正六角行鼓泡面积ab(mm2)：
ab0866t20866mm2
整塔盘鼓泡面积Aa(m2)：
Aamab117m2
343板面布置
⑴选定流行
液相负荷Ls000165 m3s594m3h估采单流型
取堰长Lw塔径066倍堰长：
Lw066×161056m
塔截面积：
AT201m2
查图知：单型塔板系列选定降液面积Af塔截面积AT弓形降液宽度Wd塔径D分：
知：
Af00721×2010145 m2
Wd0124×160198m
降液停留时间
应保证液体降液停留时间3~5s保证液体夹带气体释出
s
夹带气体释出降液尺寸
⑵泡罩排列
泡罩正三角形排列鼓泡区工排列60：
鼓泡区面积占百分：
(规定50~80间)
降液面积占百分：
(规定10~20间)
边缘面积占百分：
1582144274 (规定20~50间)
满足塔盘分配求
⑶齿缝开度hs
根验知：
低气体负荷时齿缝开度h0mm
正常气体负荷时hs
气体负荷时hsh0032
设计正常负荷操作
hsmm
⑷堰液溢流高度how
采流堰式计算：
How
式中
E—液体收缩系数般取1
Lw—堰长m
：
howm
⑸堰高hw降液底距层塔板距离h0
根常压操作压力初步选定动液封：
hds40mm004m
静液封：
hsshdshow00400090031m
堰高hw式计算：
hwhT+hss+hr+h
式中
hT—泡罩缝塔板间距m
hr—泡罩帽缘圈高度m
h—齿缝高度m
hss—静液封m
直径100mm泡罩查验数
hT15mmhr3mm
hw15+3+31+3281mm
选定堰高hw81mm
降液底部液封20mm降液底层塔板距离应：
h000810020061m
⑹液面梯度
液面流板面梯度液流量（表示）
堰高hw泡罩底缘塔板距离hT关查
值较忽略计
7动液封hds
hdshow+hss+0009+0031004mm
344塔板压降
蒸汽通塔板时式计算压降：
hphL+hc+hs
式中
hp—塔板压降m液柱
hs—齿缝局部阻力m液柱
hc—泡罩局部阻力（包括升气回转通道环形间隙）m液柱
hL—效液层阻力m液柱
⑴泡罩局部阻力hc
hcm
式中
—阻力系数直径100mm泡罩取025
—泡罩升气截面积（升气直径取70mmAmm2）
⑵效液层阻力hL
hLhds
式中
—气系数
hds—动液封m液柱
气系数气相动数
Fb
式中
—液流面积Ab计算气速ms
AbAT2Af：
查
效液层阻力
hL069m液柱
塔板压降：
hphL+hc+hs002133+00276+000900579m液柱
全塔压降：
P23m液柱
345液泛情况
式求出降液液面高度：
Hdhw+hd+hp++ how
式中
hd：液相流出降液阻力m液柱
hd 0153m
液面梯度考虑降液液面高度：
Hd 0081+00009+00001+005793013993m
防止液泛现象需满足条件：
HT+hw
式中
—泡沫层相重般物系取05
HT—塔板板间距m
HT2 Hd hw
045m
会发生液泛现象
346鼓泡层高度hf
式求： hf00432
hf00432×07432+189×00810406014m
鼓泡层顶部层塔板距离S：
SHThf045014031m
347排空时间T
采排液孔直径d010mm
排液孔面积Aw般方米塔截面积1~3方厘米开孔面积计算 Aw201cm2m2
需排液孔数：
b 取13
全塔积液总排空时间式计算：
T15h
表38 蒽塔项数
项目
单位
数量
项目
单位
数量
塔径D
mm
1600
降液底层塔板距离h0
mm
0061
板间距HT
mm
450
动液封hds
mm
004
塔板形式
单流
静液封hss
mm
0034
空塔气速W空
ms
033
降液液层高度Hd
mm
1399
泡罩数m
60
塔板压降hp
m液柱
0058
堰长Lw
m
1056
液体降液停留时间
s
395
堰高hw
mm
81
排液孔直径d0
mm
10
塔截面积AT
m2
201
排液孔数b
13
齿缝开度hs
mm
2133
排空时间T
h
19
泡罩中心距t
mm
150
弓形降液面积
m2
0145
泡罩排列
正三角形
35容器附件
351孔手孔
塔高23m般情况5m10m应该设孔设计中孔数3根设计需采常压盖孔种孔带法兰接安块盲板结构简单常压设计选公称直径DN600mm孔
352视镜
采带刮板视镜DN150mm焦油种粘稠液体视镜易受污染选直径带刮板视镜
353液面计
液面计观察设备部液位变化种装置设备操作提供部分根设备条件选浮子液面计浮子液面计必担心介质中含固体颗粒堵塞易造成防腐结构浮子薄壁金属玻璃制成承受较高压力
354接
⑴液体进料
易腐蚀易堵塞物料便清洗检修应进料做成拆卸结构公称直径选 DN150mm
⑵出料 DN200mm
⑶排液 DN200mm
⑷仪表接口
①压力计接口取压口 DN30mm压力表测量
②温度计接口温度计安装法兰连接固定利防腐蚀方便维修等优点
355法兰
采乙型焊法兰凹凸面密封形式DN16m d27mm
36 设备机械设计强度校核
设计条件：
塔体裙座机械设计条件[14]：
⑴塔体径mm塔高mm塔体高度H0168m
⑵工作压力P[﹝10×981×206941×+102﹞1013]21KPa（表压）
设计压力采爆破膜作安全装置时
取
计算压力KPa（表压）设计温度
⑶设置区：基风压值Nm2
震设防烈度8级
场土类：Ⅱ类面粗糙度B类
⑷塔高开设三孔图相应孔处安装半圆形台3台宽度mm高度mm
⑸塔外保温层厚度mm保温材料密度kgm3
⑹塔体封头裙座均采MPa MPaMPaMPaMPa
基础环基础螺栓钢
⑺塔体裙座接焊接塔体焊接接头系数
⑻塔体封头腐蚀余量mm
361筒体封头壁厚
计算压力：P0025MPa C2mm MPa
圆筒计算厚度：0208mm
封头厚度： 0208mm
S+C2208mm
S822085792mm
取塔壳裙座封头厚度均8mm封头采标准椭圆形封头中封头曲边深400mm直边高度25mm封头容积0587m
362塔设备载重计算
⑴塔体质量m01
圆筒质量m1
DN1600mmSn8mm 圆筒米长质量317kg∕m[15]
塔体圆筒长H1215mm
圆筒质量：m1317×21568155kg
封头质量m2
DN1600mmSn8mm 椭圆形封头质量185kg
封头质量m2185×2370kg
裙座高度 3m（厚度8mm计）
裙座质量 m3317×3951kg
m01m1+m2+m368155+370+95181365kg
⑵塔构件质量m02
查文献泡罩塔盘质量150kgm236塔盘：
＝1085734kg
⑶保温层质量m03
取保温层厚度m保温材料密度kgm3保温层重：
m07852424Kg
⑷台扶梯质量m04
设计设3孔相应孔处置台需设置钢制台成半圆形取台宽度m高度1m台质量 kgm2笼式扶梯质量qF40 kgm m4023+07846164Kg
⑸操作时物料重量m05
式中
how—塔液层高度001m
N—塔板层数
—塔釜物料密度812 kgm2
Vf —封头容积椭圆形封头
h0—塔釜圆筒部分深度
2695885kg
⑹附件重量
验取附件质量
kg
⑺充水重量
+2×0587×1000
443084kg
情况种载荷进行组合
全塔操作时重量：（偏心载荷设计中0）
2858265kg
全塔质量mmax发生水压试验时
70267165
全塔质量mmin发生设备吊装时：
17200893kg
全塔分成5段计算列质量载荷（计算中略似）
表39 段质量载荷
塔段
0～1
1～2
2～3
3～4
4～顶
合计
塔段长度／mm
1000
1000
5000
8000
8000
23000
孔台数
0
0
1
1
1
3
塔板数
0
0
6
15
15
36
／kg
317
317
1770
2536
215564
81365
／kg
—
—
180864
45216
45216
1085184
／kg
—
—
4847
9694
9694
2424
／kg
40
40
1432136
1552136
1552136
46164
／kg
—
—
44931
112329
112329
2695881
／kg
7925
7925
4425
634
58391
2034125
／kg
—
—
126232
172508
142364
443804
／kg
—
—
—
—
—
—
／kg
43625
43625
5951056
10463966
9891576
2858265
全塔操作质量／kg
2858265
全塔质量／kg
17200893
水压试验时质量／kg
70267165
363风载荷风弯矩计算
风压塔高分干段
0—0裙座底部计算截面1—1裙座检查孔处计算截面2—2塔体危险计算截面
⑴段风载荷计算
2—3段例计算风载荷：
（N）
式中
—空气动力系数圆筒形容器 取＝07
—区基风压值Nm2
—风压高度变化系数插算100
—计算高度5000m
—脉动影响系数87 089
T1—塔基振周期等直径等厚度圆截面
T19033H
094
—脉动增系数根振周期T1
NS2∕m2
插法 215
—振型系数表查014
K23—风振系数
K231+
1+
1268
—塔设备计算段效直径m设笼式扶梯塔顶线成角
(mm)
式中
—塔设备计算段外径mm
—塔设备第i段保温层厚度mm
—笼式扶梯量宽度确切数时取mm
—塔顶线外径mm 取400mm
—线保温层厚度mm
—操作台量宽度mm
取mmmmmm
mm
1616+2×100+400+400+2×100+3603176mm
07×1268×350×1×5000×3176×
493328N
述方法计算出段风载荷列表：
表310 段风载荷计算结果
计算段
mm
Nm2
台数
mm
mm
N
1
1000
350
07
072
0008
215
106
02
0
0
2416
12549
2
1000
350
07
079
0019
215
108
04
0
0
2416
25571
3
5000
350
07
089
014
215
1268
100
1
360
3176
493328
4
8000
350
07
089
053
215
1890
114
1
360
3041
1284219
5
8000
350
07
089
1
215
2472
13
1
360
3041
1915421
⑵风弯矩计算
截面0—0：
截面1—1：
截面22：
453534480
45353
364震弯矩计算
震弯矩计算时方便分析计算简化成图：
塔总高度 H23000mm
全塔操作质量 m02858265kg
结构综合影响系数 05
重力加速度 g981 ms2
震影响系数
查 03(B类场土震)
查 (设计震烈度8级)
01440
计算截面距面高度h：
00截面：h0
11截面：h1000m
22截面：h2000m
高度等20m时视设备柔性结构须考虑高振型影响进行稳定验算时取震弯矩值列计算值125倍列方法计算震弯矩：
截面00
截面11
＝19935
截面22
18644
365种载荷引起轴应力
⑴计算压力引起轴拉应力
式中
—接焊缝系数取085
⑵操作质量引起轴应力
0—0截面操作质量引起轴应力
式中
mm
DieDi1600mm
kg
N
式中
—垂直震影响系数取0625
—塔器容量质量取075
MPa
1 —1截面操作质量引起轴应力
中
kg
6264679N
—手孔截面截面积 查
A2
2801536
孔直径取600mm
孔长度取120mm
孔壁厚取8mm
MPa
2—2截面操作质量引起轴应力
中
kg
8509592N
MPa
⑶弯矩引起轴应力
0—0截面弯矩引起轴应力 ：
中
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
39729Nmm
Nmm
MPa
1—1截面弯矩引起轴应力 ：
中
孔断面模数取11896832
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
37663 Nmm
50975 Nmm
MPa
2—2截面弯矩引起轴应力 ：
中
mm3
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
34643 Nmm
45353 Nmm
38 MPa
366 塔体组合轴拉应力校核
⑴危险截面22截面稳定校核
22截面容易发生断裂
MPa
塔体采Q235B相关数允许应力113MPa接焊缝系数K12
K MPa
设计中MPa＜11526 MPa 出满足校核求
⑵塔体裙座危险截面稳定校核
22截面
塔体组合轴压应力发生停车22截面
MPa
塔体裙座采Q235B查相关数允许应力113MPa接焊缝系数K12
A
查表出B110 MPa
K MPa
KB110 MPa
KBK中选择者11526 MPa
47426 MPa＜11526 MPa
塔体裙座危险截面稳定
11截面
MPa
A
5023 MPa＜11526 MPa满足校核求
00截面
MPa＜11526 MPa
满足校核求
综述塔体裙座危险截面强度稳定性符合求
367 塔体水压时应力吊装时应力校核
⑴水压实验时种载荷引起应力
①实验压力静液引起环应力
MPa
式中
PT—液压试验压力
PT 125P125MPa（表压）
—试验介质密度介质水时1000kg∕m
液柱静压力：H1000MPa
②实验压力引起轴拉应力
MPa
③质量引起轴拉应力
MPa
702671654362543625
6939467kg
④弯矩引起轴应力
MPa
⑵水压试验应力校核
①筒体环形应力校核
筒体材料选择Q235BMPa
09 MPa
3547 MPa＜1798 MPa
满足水压试验强度校核
②组合轴应力校核
MPa
0909MPa
MPa
满足水压试验强度校核
③组合轴拉应力校核
MPa
组合轴拉应力KB110MPa
09 MPa
两者中取132 MPa
3433 MPa＜132 MPa 满足水压试验强度校核
368吊装时应力校核校核
吊装点设塔顶利吊装条件进行校核
MPa
吊装时应力KB110MPa09 MPa两者中取132 MPa 3302MPa＜132MPa
满足满足水压试验强度校核
369基础环设计
⑴基础环尺寸确定
DobDis+ 250 1600+250 1850 mm
DibDis 1600250 1350 mm
⑵基础环环应力校核
基础环环应力两者中选值：
式中
—基础环面积
07850785mm2
—基础环截面积
mm2
141MPa
169 MPa
取两者较值
141MPa
选75号混凝土查表89许应力Ra35MPa
141MPa＜35MPa
满足校核求
⑶基础环厚度
根钢筋板计算基础环厚度查表 MPa腐蚀裕量C3mm
b mm
假设螺栓直径M42表811查160m
时表810查
N·mm
筋板时计算基础环厚度
mm
圆整取17mm
368脚螺栓计算
脚螺栓拉应力
式中
kg
N·mm
N·mm
kg
mm3
mm2
105 MPa
112MPa
取两数中较值
112MPa
选取脚螺栓数 n32
23158mm
式中 MPa
—脚螺栓根径mm
n—脚螺栓数取n32
C23mm
表812查M27螺栓根径23752选32M27脚螺栓
4 非工艺条件设计
41防火防爆等级
表41 爆炸火灾危险场等级
场设备名称
介质名称
介质操作温度°C
环境场等级
焦油式炉
焦油
<410
焦油蒸馏塔室外中间槽
焦油馏分
400~50
H1
焦油馏分冷器室泵房
焦油馏分
330~50
H1
42采暖通风
采暖通风求见表：
表42 采暖温度换气系数
害气体
冬季室采暖温度℃
换热系数次时
焦油蒸馏泵房
余热焦油
1016
5
焦油馏分冷器室
余热焦油
1016
10
馏分结晶洗涤房
余热油气
1016
15
焦油油库泵房
油气
10
10
注：1室采暖湿度1016℃应视工艺操作条件定集中操作室时取10℃否取16℃
2 述采暖温度应设备发热量计算热衡
43水排水
⑴焦油车间十产冷水水质回收车间
⑵生产水水温般25℃系二次利水时设备出水计算温度40℃酚油萘油洗油蒽油工业萘等油类冷器酚钠冷器采温度32℃循环水出水计算温度45℃
⑶水量举例见表
表43 焦油车间水量
项目
年处理焦油量吨
130000
12000
6000
25°C水米3时
140
103
95
32°C循环水米3时
297
81
505
注：仅包括焦油蒸馏馏分洗涤结晶沥青池工业萘制取
44供气
⑴焦油车间生产蒸汽般求表压 6kg／cm2饱蒸汽粗酚精制加热蒸汽压力应24～35 kg／cm2重吡啶精制加热蒸汽压力应低24 kg／cm2轻吡啶精制加热蒸汽压力应低20 kg／cm2
⑵汽量举例（仅包括焦油蒸馏馏分结品洗涤工业萘制取沥青池焦油油库）：
表44汽量
年处理焦油量吨
130000
12000
6000
汽量吨／时
976
22
14
45设备维修
年处理焦油130000吨焦油车间应设维修间设备维修项目见表
表45设备维修项目
设备名称
维修容
维修制度
式炉
炉
第七检查
焦油蒸发器蒸馏塔
清渣更换附属道等
工业萘精馏塔
部件损坏
萘转鼓结晶机
更换刮刀
馏分洗涤器酚钠分解器
设备体衬
沥青冷运输机
部件损坏
蒽离心机
筛网刮刀易损件
定期维修
油系统
三月换油
蒽结晶机
机体易损件
定期检修
46电力
⑴焦油车间供电负荷焦化厂负荷分级规定
⑵电设备钮般设设备附连续运转设备仪表室应运行指示信号泵二段焦油泵工业萘热油循环泵等应电流表报警信号
⑶观察频繁操作部位视镜工业带塔底液面等处应局部明
⑷车间工段办公室仪表操作室应设置动电话调度电话
47土建
⑴厂房室坪标高室外坪标高宜高出015米
⑵酸碱洗涤室属室外酸类贮槽区坪应作防腐处理室应设墙裙洗坪排水箅子
⑶工段泵房设备厂房坪耐油耐碱处理般铺设磁砖水磨石坪
⑷室外设备操作区通道需作水泥坪考虑排水
⑸室穿楼板洞应作凸台防漏水漏油
⑹工艺需厂房设计中考虑安装门安装孔
结
设计13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计
1 通国外煤焦油加工技术发展现状趋势综述确定设计常压两塔式焦油蒸馏工艺
2 工艺计算：段蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔等设备进行物料衡算均满足物料衡算定律式加热炉段焦油加热蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔段轻油冷凝冷器馏分塔轻油冷凝冷器浸没式冷器等进行热量衡算工艺计算设备选型馏分塔蒽塔进行塔板工艺计算煤焦油黏稠液体采泡罩塔板计算出：馏分塔直径
DN1600mm塔高H23000mm塔板数36蒽塔DN1600mm塔板数23段冷凝冷器换热面积54m2馏份塔冷凝冷器换热面积195m2蒽油浸没式冷器换热面积24m2馏分塔进行机械设计强度校核校核满足求
3 非工艺设计条件：包括防火防爆等级采暖通风水排水供气设备维修电力土建设计
4 绘制带控制点工艺流程图精馏塔结构图车间布置图
参考文献
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[15] 路季林王者相．塔设备[M]北京：化学工业出版社2004：3428
谢 辞
设计选题具体设计工作教师指导完成老师知识渊博治学严谨验丰富正直谦逊严谨治学态度实事求工作作风忘科学奉献精神渊博理知识令受益匪浅终生学榜样XX老师致诚挚感谢
外课题设计程中教研组全体老师学关心支持表示衷心感谢
谨关心帮助支持鼓励表示衷心感谢崇高敬意
衷心感谢百忙中抽出时间文评审工作付出辛勤劳动位老师专家
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毕业设计说明书
设计（文）题目：13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计
学生姓名：
学 号：
专业班级：
学 部：
指导教师：
2012年X月X日
摘
设计13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计通国外焦油加工工艺发展现状综述选择国应较较成熟常压两塔式焦油蒸馏工艺
首先段蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔等设备进行物料衡算馏分塔蒽塔进行设计计算确定塔径塔高塔板进行设计计算流体力学校核馏分塔进行机械设计强度校核出非工艺条件
设计设备：圆筒式式炉350万千卡时段蒸发器直径DN1400mm二段蒸发器直径DN2200mm馏分塔直径DN1600mm塔高H23000mm塔板数36蒽塔DN1600mm塔板数23段冷凝冷器换热面积54m2馏份塔冷凝冷器换热面积195 m2蒽油浸没式冷器换热面积24m2
关键词 煤焦油焦油蒸馏馏分塔工艺计算
Abstract
The design for the 130000 t a coal tar distillation section is preliminary designed The process and the development status of the domestic and foreign tar is described By comparison to the existing processthe domestic application of more and more mature atmospheric twotower tar distillation process is selected
The first section of the evaporator Sec evaporator anthracene tower distillate tower equipment material balance distillate tower anthracene tower design calculations to determine the tower diameter and tower height and plate design calculations and the hydrodynamics check distillate tower mechanical design and strength check Finally nonprocess conditions
The results show that cylindrical tube type furnace is 35 million kilocaloriehour the section of the evaporator diameter is 1400mm Sec evaporator diameter is 2200mm The diameter of the tower is 1600mm the height of the tower is 23000mm in which the plate number is 36 Anthracene tower diameter is 1600mm plate number is 23The section of condensation heat transfer area of the cooler is 54 m2 and the distillate tower condensate cooler heat transfer area is 195 m2 anthracene oilimmersed no cooler heat transfer area is 24 m2
Keywords coal tar tar distillation distillation tower calculation of crafts
目 录
摘 I
Abstract II
前 言 1
1文献综述 2
2设备选择 12
3工艺计算 13
31物料衡算 13
311整流程物料衡算 13
312设备物料衡算 14
32设备计算 15
321式加热炉 15
322段蒸发器 17
323二段蒸发器 18
324蒽塔 19
325馏分塔 20
326段轻油冷凝冷器 22
327馏分塔轻油冷凝冷器 23
328浸没式冷器（切萘洗量混馏分） 24
33馏分塔塔板工艺计算 25
331 塔径 26
332 塔高 26
333圆泡罩塔盘设计 26
334板面布置 27
335塔板压降 29
336液冷情况 31
337鼓泡层高度hf 31
338排空时间T 31
34蒽塔塔板工艺计算 32
341塔径 33
342圆泡罩塔盘设计 33
343板面布置 34
344塔板压降 36
345液泛情况 38
346鼓泡层高度hf 38
347排空时间T 38
35容器附件 39
351孔手孔 39
352视镜 39
353液面计 39
354接 39
355法兰 40
36 设备机械设计强度校核 40
361筒体封头壁厚 41
362塔设备载重计算 41
363风载荷风弯矩计算 43
364震弯矩计算 46
365种载荷引起轴应力 48
366 塔体组合轴拉应力校核 52
367 塔体水压时应力吊装时应力校核 53
368吊装时应力校核校核 54
369基础环设计 55
368脚螺栓计算 56
4 非工艺条件设计 58
41防火防爆等级 58
42采暖通风 58
43水排水 58
44供气 59
45设备维修 59
46电力 59
47土建 59
结 61
参考文献 62
谢 辞 63
前 言
煤焦油中化合物塑料合成纤维染料合成橡胶农药医药耐高温材料国防工业贵重原料部分环芳烃化合物石油加工业法生产代国煤焦油加工生产轻油酚油萘油甲基萘油洗油Ⅰ–蒽油Ⅱ 蒽油煤沥青馏分深加工制取苯萘酚蒽等种芳烃类化工原料中间体少量煤焦油作筑路油防腐剂炭黑原料油燃料油等年利合成树脂合成橡胶煤焦油进行改性制造高档次防水涂料煤焦混合物加工仅作燃料油炭黑原料油防腐油直接简单加工应价值
年着国钢铁工业炼焦行业世界煤化工行业发展国煤焦油加工行业带前未机遇应紧紧抓住难历机遇立足国持续增长煤焦油资源充分利引导企业进行煤焦油规模加工断提升产品科技含量坚定精细化工方快速发展
国煤源国通煤焦油加工提高煤利率源综合利重途径国煤焦油加工现状：装置规模热回收利合理产品种类少环境保护存定问题煤焦油加工存问题：工艺相落装置规模分散分离新技术应水低加工程环境污染严重加工深度够等
煤焦油集中加工时应煤焦油加工产品原料合成新精细化学产品 增加产品等级提高产品附加值外煤焦油蒸馏工艺技术产品品种进行选择应努力开发高效低耗新工艺动控制分析化验节环保等方面技术水提高
1 文献综述
11课题实际意义
煤焦油煤高温干馏气化中副产具刺激性臭味刺激性臭味黑色黑褐色黏稠状液体产品 简称焦油[1]产率约占炼焦干煤3～4组分万种已中分离认定单种化合物约500余种约占煤焦油总量55[2]稠环化合物ONS杂环化合物源[3]煤焦油炼焦中煤炭化副产品煤焦油产量焦炭产量增加增加受国外市场影响年国焦炭产量迅速增长国世界焦炭生产国1993年起焦炭产量连续居世界第位[4]
低水重复建设造成焦炭总量处剩状态 方面总体规模度膨胀 方30年受石油化工激烈竞争影响煤焦油加工稠环芳烃杂环芳烃具发展潜力 特医药农药染料合成纤维耐高温材料等领域定代性全世界萘需求量约100万t[5] 目前90煤焦油作染料原料精蒽年需求量3万ｔ生产碳素电极电极沥青年消耗250万ｔ 两环杂环芳烃咔唑喹啉噻吩全部煤焦油
12课题应性先进性
国煤炭资源国着开采力度逐年加煤储量已日益减少进步提高煤利价值煤炭煤气进行深加工外焦炭生产程中4左右煤焦油值深入研究课题特年石油价格断攀升煤焦油越越体现出化工产品中价值国许焦化厂煤矿企业想办法发挥煤焦油加工产品附加值[6]
121应性
煤焦油煤高温干馏气化程中副产具刺激性臭味黑色黑褐色黏稠状液体产品产率约占炼焦干煤3～4完全芳香族化合物组成复杂混合物组分万种已中分离认定单种化合物约500余种约占煤焦油总量55
煤焦油中化合物塑料合成纤维染料合成橡胶农药医药耐高温材料国防工业贵重原料部分环芳烃化合物石油加工业法生产代国煤焦油加工生产轻油酚油萘油甲基萘油
洗油I蒽油II蒽油煤沥青馏分深加工制取苯萘酚蒽
等种芳烃类化工原料中间体少量煤焦油作筑路油防腐剂炭黑原料油燃料油等年利合成树脂合成橡胶煤焦油进行改性制造高档次防水涂料占煤焦油50煤沥青途十分广泛作电极黏结剂制造碳素纤维等
煤焦油混合物加工仅作燃料油炭黑原料油防腐油直接简单加工应价值[7]国外普遍深加工精制产品应着济技术发展仅传统煤焦油加工产品开发出新途应新技术提取进步加工出煤焦油馏分产品更具市场竞争力应新技术新工艺煤焦油中提取市场急需类贵重化工产品仅实现资源综合利提高产品附加值济效益环境效益社会效益明显煤焦油精制加工极重
煤焦油行业较传统行业30年受石油化工行业激烈竞争煤焦油行业然具较发展潜力尤年着新材料钢铁行业发展煤焦油资源高效利度引起重视[8]
⑴煤焦油加工工艺
蒸馏工艺操作分间歇式蒸馏连续式蒸馏前者蒸馏釜中加热升温产品逐蒸出蒸完—釜停炉装料重新蒸工艺设备简单生产效率低劳动环境差蒸出馏分质罨高环境污染严重者工艺流程煤焦油式炉中加热400℃次性气化二次蒸发器蒽塔二蒽塔衽酚油萘油分离终分离出沥青
连续蒸馏操作压力分常压连续蒸馏常压减压连续蒸馏减压连续蒸馏常压连续蒸馏工艺塔式连续蒸馏流程两塔式炼焦化学产品回收连续蒸馏流程国型焦化厂连续蒸馏工艺煤焦油加工连续加工生产效率间歇式蒸馏高产品收率较高加热温度高某产品回收利设备较耗较高
焦油蒸馏工艺概况流程图图11示
图11 焦油蒸馏系统工艺流程
原料库区原料焦油脱水脱渣脱盐通焦油混合份换热器焦油蒽油换热器焦油加热炉节器混合份蒽油烟气换热换热进入焦油预热器导热油加热进入预脱水塔预脱水塔塔顶逸出轻油馏分水空冷器冷流入轻油油水分离器分离出轻油进入轻油槽部分作脱水塔回流部分作产品送成品库区分离水流库区酚水槽预脱水塔底焦油流脱水塔脱水塔利导热油作热源脱水塔底焦油脱水循环泵抽出脱水塔重沸器进行循环加热脱水塔顶馏出轻油馏分轻油空冷器冷流入轻油油水分离器分离出轻油作脱水塔回流余作产品送成品库区分离水进入库区酚水槽脱水焦油脱水塔底油抽出泵抽出焦油加热炉加热330℃进入焦油塔部塔减压操作塔顶馏出酚油汽空冷器冷流入塔回流槽部分回流泵送塔塔顶作回流部分送馏分洗涤部分酚油槽作洗涤原料
沥青塔塔底抽出泵塔底抽出送中温沥青槽沥青水成型系统进行成型
焦油塔真空排气酚油空冷器抽出真空冷凝器冷凝冷进入真空泵真空泵出口排气进排气洗净塔循环洗油洗净凝性气体排气放散真空泵采水环式焦油蒸馏工艺设计中特点：设计原：清洁高效实现离线操作工艺流程采常减压蒸馏馏分采出两混馏分轻油酚油采空冷器冷焦油蒸馏塔采斜孔塔盘道采电伴热保温塔底直接采中温沥青
常压蒸馏工艺优点：① 工艺流程短控制简便易操作国成熟生产验② 设备求低减压流程常减压流程③ 基建投资低
设备维护量较少
鉴常压蒸馏工艺优点介绍两种典型常压蒸馏工艺流程流程图
①常压塔式煤焦油连续蒸馏工艺流程
原料煤焦油静止脱水段柱塞泵入式炉流段加热 泵前加质量分数8~12Na2CO3溶液脱盐流式炉段煤焦油加热120～130℃进入Ⅰ系统Ⅰ段蒸发器脱水器顶蒸出次轻油冷凝冷进入次轻油分离器分离出废水进入油库废水池分离出次轻油流入贮槽 器底流入水焦油槽含水05水焦油分离出水焦油通Ⅰ系统Ⅱ段泵送入式炉辐射段加热300～400℃进入Ⅰ系统Ⅱ段蒸发器器底排中温沥青器顶蒸汽进入Ⅰ系统Ⅱ段馏分塔 馏分塔底排出蒽油 冷进入产品贮槽馏分塔侧线采出三混馏分 冷进入贮槽馏分塔塔顶蒸出二次轻油冷凝冷入油水分离器分离出废水进入油库废水池分离出二次轻油部分回流回流量约水焦油量40部分产品入贮槽销售水焦油槽部分进入Ⅱ系统Ⅱ段蒸发器馏分塔流程Ⅰ系统Ⅱ段
连续蒸馏工艺流程图12示
图12 塔式连续蒸馏工艺流程图
1式炉2次蒸发器3二次蒸发器4馏分塔
5油水分离6回流槽7循环槽8满流槽
②常压两塔式煤焦油连续蒸馏工艺流
原料焦油贮槽中加热静置初步脱水段焦油柱塞泵26送入式炉1流段段泵入口处加入浓度8～12Na2CO3溶液进行脱盐焦油流段加热120～130℃进入段蒸发器2粗焦油中部分水分轻油蒸发出混合蒸汽蒸发器顶逸出冷凝冷器630～40℃冷凝液段轻油油水分离器分离段轻油氨水氨水流入氨水槽段轻油配入回流洗油中段蒸发器排出水焦油进入器底水焦油槽中满流水焦油进入满流槽16引入二段焦油泵前路中水焦油二段焦油柱塞泵27送入式炉辐射段加热400～410℃进入二段蒸发器
3次蒸发馏分煤焦油沥青分离沥青底部排出馏分蒸汽顶部逸出进入蒽塔4数第三层塔板塔顶洗油馏分回流塔底排出二蒽油111315层塔板侧线切取—蒽油蒽油二蒽油分埋入式冷器冷放入贮槽备送处理
蒽塔4顶逸出油气进入馏分塔5（称洗塔）数第五层塔板洗油馏分塔底排出萘油馏分第18202224层塔板侧线采出酚油馏分第363840层塔板采出馏分冷进入贮槽馏分塔顶出轻油水混合蒸汽冷凝冷油水分离水导入酚水槽配制洗涤脱酚时需碱液轻油入回流槽部分作回流液剩余部分送粗苯工段处理蒸馏直接蒸汽式炉辐射段加热450℃分送入塔底部
中国焦化厂馏分塔中萘油馏分洗油馏分合起切取做两混馏分时塔底油称苊油馏分含苊量25种切取两混馏分操作萘较集中两混馏分中萘集中度达93～96提高工业萘产率时洗油馏分中重组分已切取苊油馏分时提高洗油质量
煤焦油常压两塔式焦油连续蒸馏工艺流程图13示
图13 常压两塔式焦油连续蒸馏流程
1 —煤焦油式炉2—段蒸发器水煤焦油器3—二段蒸发器4—蒽塔5—馏分塔6—段轻油冷凝冷器7—馏分塔轻油冷凝冷器8—段轻油油水分离器9—馏分塔轻油油水分离器10—萘油埋入式冷器12—蒽油冷器13—二蒽油冷器14—轻油回流槽15—洗油回流槽16—水煤焦油满流槽17—煤焦油循环槽18—酚油接受槽19—酚水接受槽20—轻油接受槽21—萘油接受槽22—洗油接受槽23—蒽油接受槽24—二蒽油接受槽25—蒽油接受槽26—段煤焦油泵27—二段煤焦油泵28—轻油回流泵29—洗油回流泵30—二蒽油泵31—轻油泵
⑵煤焦油蒸馏设备
煤焦油蒸馏设备式加热炉次蒸发器二次蒸发器馏分塔
①式加热炉
目前煤焦油加工企业焦油整流设备中采式加热炉中圆筒式式炉已普图14示燃烧室（辐射室）流室烟囱三部分组成圆筒式加热炉规格生产力炉均单程辐射段炉流段光材质均1Cr5Mo合金钢辐射段炉炉壁圆周等距直立排列死角加热均匀流段光燃烧室顶水排列兼受流辐射俩种传热方式作蒸汽热设置流段辐射段加热面积应满足需蒸汽加热450℃辐射段炉加热强度取7540092100KJ(m2h)流采光时加热强取2520041900 KJ(m2h)
图14 圆筒炉结构图
1烟囱 2流室顶盖 3流室富油入口 4流室炉 5清扫门 6饱蒸汽入口 7热蒸汽入口 8辐射段富油出口 9射段炉 10火门 11火嘴 12孔 13调节阀板手摇鼓轮
②段蒸发器
段蒸发器塔式圆筒形设备图15示作快速蒸出煤焦油中含水分部分轻油塔体碳素钢灰铸铁制成保护设备壁受激磨损腐蚀煤焦入口部23层分配锥煤焦油入口补雾层高24m蒸发空间顶部设钢制拉西环补雾层塔底水煤焦油槽气体空塔气速般取02ms
图5 段蒸发器结构图
1蒸汽出口2捕雾层3保护板4煤焦油入口5分配锥6水煤焦油出口7水煤焦油入口89溢流塔板10水煤焦油出口
③二段蒸发器
二段蒸发器作400410℃热水煤焦油闪蒸馏分沥青分离两塔式流程中二段蒸发器带精馏段构造简单塔式带精馏段构造图16示塔体干灰铸铁锈钢塔段组成圆筒型设备
图16 二段蒸发器结构图
1放空口2浮球液面计接口3沥青出口45泡罩塔板6缓板7煤焦油入口8满流槽9水煤焦油槽10泡罩11孔12馏分蒸汽出口13回流液入口 14二蒽油出口15蒸汽出口
④馏分塔
馏分塔煤焦油蒸馏工艺中切取种馏分设备结构图17示分精馏段提馏段设塔板塔板间距半350550mm相应空塔气速
取035045ms进料塔板升塔板间宜采2倍板间距灰铸铁制造塔体时泡罩塔板泡罩条形园形星形等合金钢制造塔体时采浮阀塔板影响馏分塔操作素：原料油性质组成煤焦油泵流量冷凝冷系统操作塔顶轻油回流流量性质侧线位置开度塔底热蒸汽温度流量等
图17 煤焦油馏分塔结构图
122先进性
⑴生产规模
日德国法国俄罗斯等国家单套焦油蒸馏装置力10～50万ta理讲力越规模效益越资源限情况选择10万ta加工装置限度发挥产品加工价值焦油收集量足够时候建设50万ta焦油加工装置国单套焦油蒸馏装置06万12万3万5万75万10万15万ta种规模3万ta规模均连续蒸馏工艺3万ta规模间歇蒸馏工艺出现加工规模原 ①焦油加工厂身焦油产量产焦油建设相应规模②未作产业考虑焦油加工仅作焦化厂附带处理单元③规模焦油加工技术水够④环境保护量利没达发达国家重视程度
⑵产品方案
国外煤焦油加工厂生产三种模式全方位品种提纯配制种规格等级产品二煤焦油加工产品基础着精细化工染料医
药方面延伸深加工产品三重点加工沥青类产品
国煤焦油加工产品酚类萘洗油粗蒽沥青等厂产品质量数量基类似导致焦油加工效益国外差距较原方面焦油加工装置规模普遍偏高质量高附加值产品较少生产企业适应市场力较差焦油深加工产品市场开发特新产品推市场时难度较[9]
⑶工艺流程
国外焦油蒸馏工艺异脱水分馏国外工艺国样化国焦油蒸馏工艺国外工艺相较差距适场合国工艺设备仪表控制量利方面做改进工作够变成先进实工艺[10]
⑷环保水
环保指焦油加工程中产生废水废气废渣处理
焦油加工产生废水国外采取措施基相集中收集送焦化厂污水处理装置处理排放国污水处理指标差点
废气处理指焦油加工程中放散气沥青烟气处理国外焦油加工厂收集部分废气集中洗涤塔净化降温送式炉焚国外采取措施基相集中收集送焦化厂污水处理装置处理排放国污水处理指标差点废气处理指焦油加工程中放散气沥青烟气处理国外焦油加工厂收集部分废气集中洗涤塔净化降温送式炉焚烧焦油加工厂油槽顶部进行氮封放散气排出性更国焦油加工装置放散气进行集中收集处理部分装置放散废气处理应改进
焦油加工产生废渣焦油渣国处理模式样均集中收集混配煤中国配煤中设施较差厂抛弃现象严重严格理认真处理达国外处理水完全实现
⑸节水
节降耗装置重指标焦油加工高耗程国外水蒸汽煤气消耗方面控制较采空冷冷热流体换热级循环水低温减压蒸馏热量回收蒸汽等技术电消耗反国高
着国源结构调整电减少水蒸汽煤气消耗必然趋势
⑹装备水
装置装备水机械制造控水密切相关国焦油加工装备水国外差距较原考虑项目投资额高温运转设备耐腐蚀材质高温高粘度介质检测仪表等难找合适国生产厂国外引进设备维修水相差较远
13发展前景
综合十年煤焦油加工技术发展高效低耗低污染深加工始终推动煤焦油加工技术断前发展动力煤焦油加工工艺技术总体讲变化缓慢表现出定规律性
煤焦油组成极复杂混合物目前中成功分离出500种煤焦油加工产品冶金化工医药建材交通通讯等领域重基础原料国外着广阔市场前景时煤焦油行业较传统行业30年受石油化工行业激烈竞争煤焦油行业然具较发展潜力[11]尤年着新材料钢铁行业发展煤焦油资源高效利度引起重视[12]
前必须加快整合企业科研院技术力量建立企业体焦油深度加工技术开发创新体系必须加科研方面投入中力物力进行分离工艺分离装置等技术研究提高煤焦油中单组分分离效率形成系列成套生产工艺技术装备观产品分离工艺灵活性根市场需求时调整产品质量品种提升煤焦油企业综合实力济效益[13]
2 工艺方案确定设备选择
21工艺方案确定
根设计需次设计采国应较较成熟焦油蒸馏方案常压两塔式焦油蒸馏工艺
该工艺流程成熟简单投资低产品质量萘馏份集中度高洗油馏份中萘含量低馏份脱酚操作简单尾气集中洗涤环保效果
22设备选择
煤焦油蒸馏设备式加热炉次蒸发器二次蒸发器馏分塔
221 式加热炉
目前煤焦油加工企业焦油整流设备中采式加热炉中圆筒式式炉已普燃烧室（辐射室）
流室烟囱三部分组成圆筒式加热炉规格生产力炉均单程辐射段炉流段光材质均1Cr5Mo合金钢蒸汽热设置流段辐射段加热面积应满足需蒸汽加热450℃辐射段炉加热强度取7540092100KJ(m2h)流采光时加热强取2520041900 KJ(m2h)
222 段蒸发器
段蒸发器塔式圆筒形设备作快速蒸出煤焦油中含水分部分轻油塔体碳素钢灰铸铁制成保护设备壁受激磨损腐蚀煤焦入口部23层分配锥煤焦油入口补雾层高24m蒸发空间顶部设钢制拉西环补雾层塔底水煤焦油槽气体空塔气速般取02ms
223 二段蒸发器
二段蒸发器作400410℃热水煤焦油闪蒸馏分沥青分离两塔式流程中二段蒸发器带精馏段构造简单塔式带精馏段塔体干灰铸铁锈钢塔段组成圆筒型设备
224 馏分塔
馏分塔煤焦油蒸馏工艺中切取种馏分设备结构图7示分精馏段提馏段设塔板塔板间距半350550mm相应空塔气速取035045ms进料塔板升塔板间宜采2倍板间距合金钢制造塔体时采浮阀塔板影响馏分塔操作素：原料油性质组成煤焦油泵流量冷凝冷系统操作塔顶轻油回流流量性质侧线位置开度塔底热蒸汽温度流量等
3工艺计算
实现该分离务采常压两塔式煤焦油连续蒸馏流程切取蒽油馏分整流程中需热全式炉烧煤气提供提供热包括三部分：式炉流段煤焦油脱水提供热辐射段水煤焦油加热提供热饱蒸汽成热蒸汽提供热
简化计算假设：煤焦油水分全部段蒸发器中脱占水煤焦油025轻油段蒸发时蒸发脱盐碱液计入物料损失忽略计考虑水煤焦油满流
31物料衡算
原始数：
年处理量 13万t
原料煤焦油含水分 4
年工作日 330日半年维修次
时处理力 w＝164144
16414kg计算
表31 煤焦油馏分产率
馏分
轻油
酚油
萘油
洗油
蒽油
二蒽油
苊油
沥青
两塔式
05
15
12
5
17
5
3
56
311整流程物料衡算
表32 整流程物料衡算
输入 (kgh)
输出 (kgh)
计
煤焦油水分：
6566
水煤焦油：
1634834
16414
轻油：1634834×05＝847
酚油：1634834×15＝2452
苊油：1634834×3＝4904
萘油：1634834×12＝19618
洗油：1634834×5＝8174
蒽油：1634834×17＝27792
二蒽油：1634834×5＝8174
沥青： 1634834×56＝91551
脱水塔蒸出煤焦油水分：
16414×4＝6566
16414
输入物料量等输出物料量满足物料衡算求
312设备物料衡算
⑴段蒸发器
输入物料量：
水煤焦油 16414×(1－4)＝157576kgh
输出物料量：
轻油 157576×025＝394kgh
焦油 157576×9975＝157182 kgh
计 394+157182＝84864 kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑵二段蒸发器
输入物料量：
段蒸发器焦油量 157182kgh
输出物料量：
沥青 157576×56＝88243kgh
馏分 157576×(1－025－56)＝68939kgh
计 88243+68939＝157182kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑶蒽塔
输入物料量：
二段蒸发器顶部馏分 68939kgh
输出物料量：
蒽油 157576×17＝26788 kgh
二蒽油 157576×5＝7879kgh
馏分蒸汽 157576×(1－025－56－17－5)＝34273kgh
计 26788+7879+34273＝68939kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
⑷馏分塔
输入物料量：
蒽塔馏分蒸汽 34273 kgh
输出物料量：
轻油 157576×025＝393kgh
酚油 157576×15＝2364 kgh
萘油 157576×12＝18909kgh
洗油 157576×5＝7879kgh
苊油 157576×3＝4727 kgh
计 393+2364 +18909+7879+4727＝34273 kgh
输入物料量等输出物料量满足物料衡算定律
32设备计算
表33 焦油馏分产量 kgh（水煤焦油计）
轻油
酚油
萘油
洗油
苊油
蒽油
二蒽油
394
2364
18900
7879
4727
26788
7879
321式加热炉
已知条件：
焦油温度
段入口 85℃
段出口 125℃
二段入口 110℃
二段出口 405℃
热蒸汽出口 450℃
焦油含水量
段焦油量3计 16414×3＝4924 kgh
二段焦油量03计 16414×03＝492kgh
热蒸汽量焦油量4计 16414×4＝6566 kgh
式炉段轻油蒸发量水煤焦油025计 394 kgh
⑴段焦油加热
加热焦油耗热量：
Q1＝1641496(i125－i85)＝16414(1974－1218)
＝12409060 kJh
式中
1974—原料煤焦油125℃时热焓kJkg
1218—原料煤焦油85℃时热焓kJkg
加热蒸发段焦油水分耗热量（二段焦油含水量零计）：
Q2＝4924(q125－q85)＝4924(272202－357)＝11645358kJh
式中
272202—水蒸气125℃时热焓kJkg
357—水85℃时热焓kJkg
蒸发轻油耗热量：
Q3＝3943969＝156379 kJh
式中
394—轻油蒸发量kJh
3969—轻油汽化热kJkg
段焦油加热总耗热量：
Q1＋Q2 ＋Q3＝12409060+11645358+156379 24210796kJh
⑵热蒸汽加热量
加热蒸汽耗热量：
Q4＝6566(33856－27716)＝4031524kJh
式中
33856—6kgcm2（表压）饱水蒸气热450℃时热焓：kJkg
27716—6kgcm2（表压）饱水蒸气热焓：kJkg
⑶二段洗油加热
加热焦油耗热量：
Q5＝(157576－394)(966－168)＝125431236 kJh
式中 966—焦油380℃（次蒸发温度）时热焓kJkg
168—焦油110℃kJkg
加热二段焦油中水分耗热量：
Q6＝492＝1388089 kJh
式中 3285—405℃水蒸气热焓kJkg
46368—110℃水蒸气热焓kJkg
二段焦油焦油总耗热量：
Q5 ＋Q6＝126819325 kJh
⑷式炉效热负荷
Q＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6＝155061645 kJh
加热焦油单位耗热量：
＝9447 kJkg焦油
热负荷例：
段热负荷 ＝156
热蒸汽热负荷 ＝26
二段热负荷 ＝818
⑸耗煤气量
设式炉热效率75耗煤气量：
11720Nm3h
式中
17640—煤气热值kJ m3
吨焦油耗煤气量：
714 Nm3
选效负荷6270MJh(350万千卡时)标准圆筒式式炉台
322段蒸发器
已知条件：
塔顶温度 105℃
塔顶压力（绝压力） 101kgcm3
塔顶出物料
轻油 394 kgh
水分 49244924432 kgh
汽相负荷：
V2240213m3s
设空塔气速02 ms蒸发器直径：
Dm
选Dg 1400mm段蒸发器台
323二段蒸发器
已知条件：
直接汽量焦油量1计算 1641 kgh
焦油含水量焦油量03计算 492kgh
计 2133kgh
塔顶压力（绝压力） 135 kgcm3
塔顶温度 370℃
汽相负荷：
V 22
059 m3s
式中
394236418909787947272678878792133—分轻油酚油萘油苊油蒽油二蒽油等馏分产量水气量kgh
10512013317018920918—分轻油酚油馏分萘油混合馏分苊油馏分蒽油馏分二蒽油馏分水气分子量
采空塔气速02 ms蒸发器直径：
D1959m
选Dg 2200mm二段蒸发器台
324蒽塔
蒽塔采苊油进行回流
已知条件：
二段蒸发器直接蒸汽量 2133 kgh
塔顶压力（绝压力） 125 kgcm3
塔顶温度 257℃
回流量 164142462 kgh
回流温度 85℃
苊油馏分汽化热 3213 kJkg
苊油馏分均热
0~85℃ 1512 kJkg·℃
0~257℃ 1932 kJkg·℃
蒸发回流需热量：
Q2462×16971457 kJh
回流量：
52821 kgh
塔顶汽相负荷：
V224
0659m3s23723 m3h
汽相重度：
376kgm3
液相重度：
089890 kgm3
式中
000008—计算系数
108—苊油馏分20℃时重
液相负荷：
000165 m3s
空塔气速：
0691ms
式中
CO—系数根板间距求（板间距450mm时求
CO 0045）
适宜空塔气速08Wmax
08 ms
计算塔径：
D123m
设备系列选Dg1400mm考虑制造生产理方便选馏分塔相规格蒽塔
325馏分塔
已知条件：
直接蒸汽量
二段蒸发器 2133kgh
进入馏分塔焦油量17计 2790 kgh
计 4923 kgh
塔顶压力（绝压力） 102 kgcm3
塔顶温度 105℃
冷回流量 1641465656kgh
回流温度 30℃
轻油馏分汽化热 3969 kJkg
轻油馏分均热
0~110℃ 189kJkg·℃
0~30℃ 168kJkg·℃
蒸发回流需热量：
Q6565635779237 kJh
回流量：
90147kgh
塔顶汽相负荷：
0959m3s34536m3h
汽相重度：
276kgm3
液相重度：
0812812 kgm3
式中
000008—计算系数
088—轻油馏分20℃时重
液相负荷：
000308m3s
空塔气速：
0771ms
式中
—系数根板间距求（板间距450mm时求
0045）
适宜空塔气速08Wmax
08 ms
计算塔径：
D1408m1408mm
设备系列选Dg1600mm馏分塔蒽塔取Dg1600mm
326段轻油冷凝冷器
已知条件：
物料量
轻油 394kgh
水蒸气（段蒸发器底焦油含水量零计） 4923 kgh
物料温度
入口 105℃
出口 30℃
轻油均热 1974kJkg·℃
冷凝阶段放出热量：
kJh
式中
225036—水蒸气汽化热
3969—轻油汽化热
冷阶段放出热量：
kJh
热量计：
QQa+Qb1284397758 kJh
冷水（入口25℃出口40℃）量
th
冷段水温升高：
25+5989℃
数均温度差：
油汽 ℃ 105
冷水℃
65 4511 5
冷凝段：
℃
冷段：
℃
需换热面积F：K1150kcalm2·h·℃630kJm2·h℃K2 100 kcalm2· h·℃420 kJm2·h·℃
冷凝段：
m2
冷段：
m2
5366 m2
选1×54m2冷凝冷器台
327馏分塔轻油冷凝冷器
已知条件：
物料量
轻油 394+656566605kgh
水蒸气（段蒸发器底焦油含水量零计） 4923kgh
物料温度
入口 105℃
出口 30℃
轻油均热 30~110℃ 1974kJkg·℃
冷凝阶段放出热量：
kJh
式中
225036—水蒸气汽化热
3969—轻油汽化热
冷阶段放出热量：
kJh
热量计：
QQa+Qb48689837kJh
冷水（入口25℃出口40℃）量
th
冷段水温升高：
25+285℃
数均温度差：
油汽 ℃ 105
冷水℃
65 765 5
冷凝段：
℃
冷段：
℃
需换热面积F：K1150kcalm2· h·℃630kJ m2·h·℃K2100 kcalm2·h·℃420 kJ m2·h·℃
冷凝段：
m2
冷段：
m2
1872 m2
选3×65195m2冷凝冷器台
328浸没式冷器（切萘洗量混馏分）
已知条件：
物料量 26788（蒽油量）kgh
物料温度
入口 185℃
出口 70℃
物料热 21kJkg
·℃
物料放出热量
26788×21×(18570)6469302kgh
数均温度差
783℃
换热面积（取K420 kJ m2·h·℃）
m2
冷水（入口32℃出口45℃）量
th
选换热面积1×24m2浸没式冷器台
33馏分塔塔板工艺计算
已知条件：
汽相负荷 0959m3s
液相负荷 000308m3s
汽相重度 812 kgm3
液相重度 276kgm3
D16m馏分塔根验表相关数值：
表34 馏分塔规格技术特性
项目
塔板层数
36
精馏段
32
提馏段
4
板间距mm
450
馏分侧线塔板编号（）
蒽油
塔底
苊油
塔底
洗油
塔底
萘油
141618（萘洗两混）
酚油
283032
331 塔径
D16m（前面已计算）
塔板面积 AT0785×D20785×162201m2
空塔气速 ms
332 塔高
根验顶部空间般取12~15m取h115m底部空间h215m
效塔高
根验进料板间距增600mm孔板间距增500mm取3孔裙座取3m第141618283032层侧线采出塔板间距增500mm
效塔高
H0045×36+(05045)×6+(06045)×1+(05045)×3168m
塔高：
H168+15+15+3228m
塔高取23m
333圆泡罩塔盘设计
⑴泡罩尺寸选择
泡罩尺寸通常根塔径参表选[15]
表35 泡罩直径塔径关系
塔径 D(m)
泡罩公称直径 Dg(mm)
＜～12
80
12～30
100
＞30
150
选公称直径100mm泡罩
⑵需泡罩数m
选择圆形泡罩齿缝矩形型根式出泡罩数：
Vm
式中
Vm—满负荷取Vm213Vs
m—层塔板泡罩数
F4—泡罩齿缝总面积
h—齿缝高度
根验出数：
F45m2
h0032m
：
m
⑶需鼓泡面积：
鼓泡中中心距满足：t(125~15)D tD25~75mm
根课题取 t14D140mm tD40mm 符合条件
正三角形排列泡罩占正六角行鼓泡面积ab(mm2)：
ab0866t20866mm2
整塔盘鼓泡面积Aa(m2)：
Aamab78132m2
334板面布置
⑴选定流行
液相负荷Ls000308 m3s1109m3h估采单流型
取堰长Lw塔径066倍堰长：
Lw066×16106m
塔截面积：AT201m2
单型塔板系列选定降液面积Af塔截面积AT弓形降液宽度Wd塔径D分：
查图知[14]： 312
知：
Af00721×2010145 m2
Wd0124×2010198m
降液停留时间
应保证液体降液停留时间3~5s保证液体夹带气体释出
s
夹带气体释出降液尺寸
⑵泡罩排列
泡罩正三角形排列鼓泡区工排列78：
鼓泡区面积占百分：
(规定50~80间)
降液面积占百分：
(规定10~20间)
边缘面积占百分：
165614420 (规定20~50间)
满足塔盘分配求
⑶齿缝开度hs
根验知：
低气体负荷时齿缝开度h0mm
正常气体负荷时hs
气体负荷时hsh0032
设计正常负荷操作
hsmm
⑷堰液溢流高度how
采流堰式计算：
How
式中
E—液体收缩系数般取1
Lw—堰长m
h
：
howm
⑸堰高hw降液底距层塔板距离h0
根常压操作压力初步选定动液封：
hds40mm004m
静液封：
hsshdshow004001003m
堰高hw式计算：
hwhT+hss+hr+h
式中
hT—泡罩缝塔板间距m
hr—泡罩帽缘圈高度m
h—齿缝高度m
hss—静液封m
直径100mm泡罩查验数
hT15mmhr3mm
hw15+30+3+3280mm
选定堰高
hw80mm
降液底部液封20mm降液底层塔板距离应：
h0008002006m
⑹液面梯度
液面流板面梯度液流量（表示）
堰高hw泡罩底缘塔板距离hT关查
值较忽略计
⑺动液封hds
hdshow+hss+001+003004mm
335塔板压降
蒸汽通塔板时式计算压降：
hphL+hc+hs
式中
hp—塔板压降m液柱
hs—齿缝局部阻力m液柱
hc—泡罩局部阻力（包括升气回转通道环形间隙）m液柱
hL—效液层阻力m液柱
⑴泡罩局部阻力hc
hcm
式中
—阻力系数直径100mm泡罩取025
—泡罩升气截面积（升气直径取70mmAmm2）
⑵效液层阻力hL
hLhds
式中
—气系数
hds—动液封m液柱
气系数气相动数
Fb
式中
—液流面积Ab计算气速ms
AbAT2Af：
查
效液层阻力hL065m液柱
塔板压降：
hphL+hc+hs0026+00089+002133005623m液柱
全塔压降：
P36m液柱
336液冷情况
式求出降液液面高度：
Hdhw+hd+hp++ how
式中
hd：液相流出降液阻力m液柱
hd 0153m
液面梯度考虑降液液面高度：
Hd 008+001+005623+000036014659m
防止液泛现象需满足条件：
HT+hw
式中
—泡沫层相重般物系取05
HT—塔板板间距m
HT2 Hd hw
045
会发生液泛现象
337鼓泡层高度hf
式求：
hf00432
hf00432×093+189×008004060148m
鼓泡层顶部层塔板距离S：
SHThf04501480302m
338排空时间T
采排液孔直径d010mm
排液孔面积Aw般方米塔截面积1~3方厘米开孔面积计算
Aw201cm2m2
需排液孔数：
b 取13
全塔积液总排空时间式计算：
T15h
表36 馏分塔项数
项目
单位
数量
项目
单位
数量
塔径D
mm
1600
堰长Lw
m
106
效塔高H0
m
168
堰高hw
mm
80
塔高H
m
23
塔截面积AT
m2
201
顶部空间h1
m
15
齿缝开度hs
mm
2133
底部空间h2
m
15
降液底层塔板距离h0
mm
006
板间距HT
mm
450
动液封hds
mm
004
进料板间距
mm
600
静液封hss
mm
003
孔间距
mm
500
降液液层高度Hd
mm
1496
采出间距
mm
600
塔板压降hp
m液柱
0056
塔板形式
单流
液体降液停留时间
s
213
空塔气速W空
ms
048
排液孔直径d0
mm
10
泡罩数m
78
排液孔数b
13
泡罩中心距t
mm
140
排空时间T
h
312
泡罩排列
正三角形
弓形降液面积
m2
0145
34蒽塔塔板工艺计算
已知条件： 汽相负荷 0659m3s
液相负荷 000165m3s
汽相重度 890kgm3
液相重度 376kgm3
D16m蒽塔根验表相关数值：
表37 蒽塔规格技术特性
项目
塔板层数
23
精馏段
18
提馏段
5
板间距mm
350
馏分侧线塔板编号（）
蒽油
111315
苊油
塔底
洗油
塔底
萘油
塔底
酚油
塔底
341塔径
D16m
塔板面积
AT0785×D20785×162201m2
空塔气速
ms
342圆泡罩塔盘设计
⑴泡罩尺寸选择
泡罩尺寸选取100mm
⑵需泡罩数m
选择圆形泡罩齿缝矩形型根式出泡罩数：
Vm
式中
Vm—满负荷取Vm213Vs
m—层塔板泡罩数
F4—泡罩齿缝总面积
h—齿缝高度
根验出数：
F45m2
h0032m
：
m
⑶需鼓泡面积
鼓泡中中心距满足：t(125~15)D tD25~75mm
根课题取 t15D150mm tD50mm 符合条件
正三角形排列泡罩占正六角行鼓泡面积ab(mm2)：
ab0866t20866mm2
整塔盘鼓泡面积Aa(m2)：
Aamab117m2
343板面布置
⑴选定流行
液相负荷Ls000165 m3s594m3h估采单流型
取堰长Lw塔径066倍堰长：
Lw066×161056m
塔截面积：
AT201m2
查图知：单型塔板系列选定降液面积Af塔截面积AT弓形降液宽度Wd塔径D分：
知：
Af00721×2010145 m2
Wd0124×160198m
降液停留时间
应保证液体降液停留时间3~5s保证液体夹带气体释出
s
夹带气体释出降液尺寸
⑵泡罩排列
泡罩正三角形排列鼓泡区工排列60：
鼓泡区面积占百分：
(规定50~80间)
降液面积占百分：
(规定10~20间)
边缘面积占百分：
1582144274 (规定20~50间)
满足塔盘分配求
⑶齿缝开度hs
根验知：
低气体负荷时齿缝开度h0mm
正常气体负荷时hs
气体负荷时hsh0032
设计正常负荷操作
hsmm
⑷堰液溢流高度how
采流堰式计算：
How
式中
E—液体收缩系数般取1
Lw—堰长m
：
howm
⑸堰高hw降液底距层塔板距离h0
根常压操作压力初步选定动液封：
hds40mm004m
静液封：
hsshdshow00400090031m
堰高hw式计算：
hwhT+hss+hr+h
式中
hT—泡罩缝塔板间距m
hr—泡罩帽缘圈高度m
h—齿缝高度m
hss—静液封m
直径100mm泡罩查验数
hT15mmhr3mm
hw15+3+31+3281mm
选定堰高hw81mm
降液底部液封20mm降液底层塔板距离应：
h000810020061m
⑹液面梯度
液面流板面梯度液流量（表示）
堰高hw泡罩底缘塔板距离hT关查
值较忽略计
7动液封hds
hdshow+hss+0009+0031004mm
344塔板压降
蒸汽通塔板时式计算压降：
hphL+hc+hs
式中
hp—塔板压降m液柱
hs—齿缝局部阻力m液柱
hc—泡罩局部阻力（包括升气回转通道环形间隙）m液柱
hL—效液层阻力m液柱
⑴泡罩局部阻力hc
hcm
式中
—阻力系数直径100mm泡罩取025
—泡罩升气截面积（升气直径取70mmAmm2）
⑵效液层阻力hL
hLhds
式中
—气系数
hds—动液封m液柱
气系数气相动数
Fb
式中
—液流面积Ab计算气速ms
AbAT2Af：
查
效液层阻力
hL069m液柱
塔板压降：
hphL+hc+hs002133+00276+000900579m液柱
全塔压降：
P23m液柱
345液泛情况
式求出降液液面高度：
Hdhw+hd+hp++ how
式中
hd：液相流出降液阻力m液柱
hd 0153m
液面梯度考虑降液液面高度：
Hd 0081+00009+00001+005793013993m
防止液泛现象需满足条件：
HT+hw
式中
—泡沫层相重般物系取05
HT—塔板板间距m
HT2 Hd hw
045m
会发生液泛现象
346鼓泡层高度hf
式求： hf00432
hf00432×07432+189×00810406014m
鼓泡层顶部层塔板距离S：
SHThf045014031m
347排空时间T
采排液孔直径d010mm
排液孔面积Aw般方米塔截面积1~3方厘米开孔面积计算 Aw201cm2m2
需排液孔数：
b 取13
全塔积液总排空时间式计算：
T15h
表38 蒽塔项数
项目
单位
数量
项目
单位
数量
塔径D
mm
1600
降液底层塔板距离h0
mm
0061
板间距HT
mm
450
动液封hds
mm
004
塔板形式
单流
静液封hss
mm
0034
空塔气速W空
ms
033
降液液层高度Hd
mm
1399
泡罩数m
60
塔板压降hp
m液柱
0058
堰长Lw
m
1056
液体降液停留时间
s
395
堰高hw
mm
81
排液孔直径d0
mm
10
塔截面积AT
m2
201
排液孔数b
13
齿缝开度hs
mm
2133
排空时间T
h
19
泡罩中心距t
mm
150
弓形降液面积
m2
0145
泡罩排列
正三角形
35容器附件
351孔手孔
塔高23m般情况5m10m应该设孔设计中孔数3根设计需采常压盖孔种孔带法兰接安块盲板结构简单常压设计选公称直径DN600mm孔
352视镜
采带刮板视镜DN150mm焦油种粘稠液体视镜易受污染选直径带刮板视镜
353液面计
液面计观察设备部液位变化种装置设备操作提供部分根设备条件选浮子液面计浮子液面计必担心介质中含固体颗粒堵塞易造成防腐结构浮子薄壁金属玻璃制成承受较高压力
354接
⑴液体进料
易腐蚀易堵塞物料便清洗检修应进料做成拆卸结构公称直径选 DN150mm
⑵出料 DN200mm
⑶排液 DN200mm
⑷仪表接口
①压力计接口取压口 DN30mm压力表测量
②温度计接口温度计安装法兰连接固定利防腐蚀方便维修等优点
355法兰
采乙型焊法兰凹凸面密封形式DN16m d27mm
36 设备机械设计强度校核
设计条件：
塔体裙座机械设计条件[14]：
⑴塔体径mm塔高mm塔体高度H0168m
⑵工作压力P[﹝10×981×206941×+102﹞1013]21KPa（表压）
设计压力采爆破膜作安全装置时
取
计算压力KPa（表压）设计温度
⑶设置区：基风压值Nm2
震设防烈度8级
场土类：Ⅱ类面粗糙度B类
⑷塔高开设三孔图相应孔处安装半圆形台3台宽度mm高度mm
⑸塔外保温层厚度mm保温材料密度kgm3
⑹塔体封头裙座均采MPa MPaMPaMPaMPa
基础环基础螺栓钢
⑺塔体裙座接焊接塔体焊接接头系数
⑻塔体封头腐蚀余量mm
361筒体封头壁厚
计算压力：P0025MPa C2mm MPa
圆筒计算厚度：0208mm
封头厚度： 0208mm
S+C2208mm
S822085792mm
取塔壳裙座封头厚度均8mm封头采标准椭圆形封头中封头曲边深400mm直边高度25mm封头容积0587m
362塔设备载重计算
⑴塔体质量m01
圆筒质量m1
DN1600mmSn8mm 圆筒米长质量317kg∕m[15]
塔体圆筒长H1215mm
圆筒质量：m1317×21568155kg
封头质量m2
DN1600mmSn8mm 椭圆形封头质量185kg
封头质量m2185×2370kg
裙座高度 3m（厚度8mm计）
裙座质量 m3317×3951kg
m01m1+m2+m368155+370+95181365kg
⑵塔构件质量m02
查文献泡罩塔盘质量150kgm236塔盘：
＝1085734kg
⑶保温层质量m03
取保温层厚度m保温材料密度kgm3保温层重：
m07852424Kg
⑷台扶梯质量m04
设计设3孔相应孔处置台需设置钢制台成半圆形取台宽度m高度1m台质量 kgm2笼式扶梯质量qF40 kgm m4023+07846164Kg
⑸操作时物料重量m05
式中
how—塔液层高度001m
N—塔板层数
—塔釜物料密度812 kgm2
Vf —封头容积椭圆形封头
h0—塔釜圆筒部分深度
2695885kg
⑹附件重量
验取附件质量
kg
⑺充水重量
+2×0587×1000
443084kg
情况种载荷进行组合
全塔操作时重量：（偏心载荷设计中0）
2858265kg
全塔质量mmax发生水压试验时
70267165
全塔质量mmin发生设备吊装时：
17200893kg
全塔分成5段计算列质量载荷（计算中略似）
表39 段质量载荷
塔段
0～1
1～2
2～3
3～4
4～顶
合计
塔段长度／mm
1000
1000
5000
8000
8000
23000
孔台数
0
0
1
1
1
3
塔板数
0
0
6
15
15
36
／kg
317
317
1770
2536
215564
81365
／kg
—
—
180864
45216
45216
1085184
／kg
—
—
4847
9694
9694
2424
／kg
40
40
1432136
1552136
1552136
46164
／kg
—
—
44931
112329
112329
2695881
／kg
7925
7925
4425
634
58391
2034125
／kg
—
—
126232
172508
142364
443804
／kg
—
—
—
—
—
—
／kg
43625
43625
5951056
10463966
9891576
2858265
全塔操作质量／kg
2858265
全塔质量／kg
17200893
水压试验时质量／kg
70267165
363风载荷风弯矩计算
风压塔高分干段
0—0裙座底部计算截面1—1裙座检查孔处计算截面2—2塔体危险计算截面
⑴段风载荷计算
2—3段例计算风载荷：
（N）
式中
—空气动力系数圆筒形容器 取＝07
—区基风压值Nm2
—风压高度变化系数插算100
—计算高度5000m
—脉动影响系数87 089
T1—塔基振周期等直径等厚度圆截面
T19033H
094
—脉动增系数根振周期T1
NS2∕m2
插法 215
—振型系数表查014
K23—风振系数
K231+
1+
1268
—塔设备计算段效直径m设笼式扶梯塔顶线成角
(mm)
式中
—塔设备计算段外径mm
—塔设备第i段保温层厚度mm
—笼式扶梯量宽度确切数时取mm
—塔顶线外径mm 取400mm
—线保温层厚度mm
—操作台量宽度mm
取mmmmmm
mm
1616+2×100+400+400+2×100+3603176mm
07×1268×350×1×5000×3176×
493328N
述方法计算出段风载荷列表：
表310 段风载荷计算结果
计算段
mm
Nm2
台数
mm
mm
N
1
1000
350
07
072
0008
215
106
02
0
0
2416
12549
2
1000
350
07
079
0019
215
108
04
0
0
2416
25571
3
5000
350
07
089
014
215
1268
100
1
360
3176
493328
4
8000
350
07
089
053
215
1890
114
1
360
3041
1284219
5
8000
350
07
089
1
215
2472
13
1
360
3041
1915421
⑵风弯矩计算
截面0—0：
截面1—1：
截面22：
453534480
45353
364震弯矩计算
震弯矩计算时方便分析计算简化成图：
塔总高度 H23000mm
全塔操作质量 m02858265kg
结构综合影响系数 05
重力加速度 g981 ms2
震影响系数
查 03(B类场土震)
查 (设计震烈度8级)
01440
计算截面距面高度h：
00截面：h0
11截面：h1000m
22截面：h2000m
高度等20m时视设备柔性结构须考虑高振型影响进行稳定验算时取震弯矩值列计算值125倍列方法计算震弯矩：
截面00
截面11
＝19935
截面22
18644
365种载荷引起轴应力
⑴计算压力引起轴拉应力
式中
—接焊缝系数取085
⑵操作质量引起轴应力
0—0截面操作质量引起轴应力
式中
mm
DieDi1600mm
kg
N
式中
—垂直震影响系数取0625
—塔器容量质量取075
MPa
1 —1截面操作质量引起轴应力
中
kg
6264679N
—手孔截面截面积 查
A2
2801536
孔直径取600mm
孔长度取120mm
孔壁厚取8mm
MPa
2—2截面操作质量引起轴应力
中
kg
8509592N
MPa
⑶弯矩引起轴应力
0—0截面弯矩引起轴应力 ：
中
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
39729Nmm
Nmm
MPa
1—1截面弯矩引起轴应力 ：
中
孔断面模数取11896832
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
37663 Nmm
50975 Nmm
MPa
2—2截面弯矩引起轴应力 ：
中
mm3
式中
2种计算方法中选择者：
Nmm
34643 Nmm
45353 Nmm
38 MPa
366 塔体组合轴拉应力校核
⑴危险截面22截面稳定校核
22截面容易发生断裂
MPa
塔体采Q235B相关数允许应力113MPa接焊缝系数K12
K MPa
设计中MPa＜11526 MPa 出满足校核求
⑵塔体裙座危险截面稳定校核
22截面
塔体组合轴压应力发生停车22截面
MPa
塔体裙座采Q235B查相关数允许应力113MPa接焊缝系数K12
A
查表出B110 MPa
K MPa
KB110 MPa
KBK中选择者11526 MPa
47426 MPa＜11526 MPa
塔体裙座危险截面稳定
11截面
MPa
A
5023 MPa＜11526 MPa满足校核求
00截面
MPa＜11526 MPa
满足校核求
综述塔体裙座危险截面强度稳定性符合求
367 塔体水压时应力吊装时应力校核
⑴水压实验时种载荷引起应力
①实验压力静液引起环应力
MPa
式中
PT—液压试验压力
PT 125P125MPa（表压）
—试验介质密度介质水时1000kg∕m
液柱静压力：H1000MPa
②实验压力引起轴拉应力
MPa
③质量引起轴拉应力
MPa
702671654362543625
6939467kg
④弯矩引起轴应力
MPa
⑵水压试验应力校核
①筒体环形应力校核
筒体材料选择Q235BMPa
09 MPa
3547 MPa＜1798 MPa
满足水压试验强度校核
②组合轴应力校核
MPa
0909MPa
MPa
满足水压试验强度校核
③组合轴拉应力校核
MPa
组合轴拉应力KB110MPa
09 MPa
两者中取132 MPa
3433 MPa＜132 MPa 满足水压试验强度校核
368吊装时应力校核校核
吊装点设塔顶利吊装条件进行校核
MPa
吊装时应力KB110MPa09 MPa两者中取132 MPa 3302MPa＜132MPa
满足满足水压试验强度校核
369基础环设计
⑴基础环尺寸确定
DobDis+ 250 1600+250 1850 mm
DibDis 1600250 1350 mm
⑵基础环环应力校核
基础环环应力两者中选值：
式中
—基础环面积
07850785mm2
—基础环截面积
mm2
141MPa
169 MPa
取两者较值
141MPa
选75号混凝土查表89许应力Ra35MPa
141MPa＜35MPa
满足校核求
⑶基础环厚度
根钢筋板计算基础环厚度查表 MPa腐蚀裕量C3mm
b mm
假设螺栓直径M42表811查160m
时表810查
N·mm
筋板时计算基础环厚度
mm
圆整取17mm
368脚螺栓计算
脚螺栓拉应力
式中
kg
N·mm
N·mm
kg
mm3
mm2
105 MPa
112MPa
取两数中较值
112MPa
选取脚螺栓数 n32
23158mm
式中 MPa
—脚螺栓根径mm
n—脚螺栓数取n32
C23mm
表812查M27螺栓根径23752选32M27脚螺栓
4 非工艺条件设计
41防火防爆等级
表41 爆炸火灾危险场等级
场设备名称
介质名称
介质操作温度°C
环境场等级
焦油式炉
焦油
<410
焦油蒸馏塔室外中间槽
焦油馏分
400~50
H1
焦油馏分冷器室泵房
焦油馏分
330~50
H1
42采暖通风
采暖通风求见表：
表42 采暖温度换气系数
害气体
冬季室采暖温度℃
换热系数次时
焦油蒸馏泵房
余热焦油
1016
5
焦油馏分冷器室
余热焦油
1016
10
馏分结晶洗涤房
余热油气
1016
15
焦油油库泵房
油气
10
10
注：1室采暖湿度1016℃应视工艺操作条件定集中操作室时取10℃否取16℃
2 述采暖温度应设备发热量计算热衡
43水排水
⑴焦油车间十产冷水水质回收车间
⑵生产水水温般25℃系二次利水时设备出水计算温度40℃酚油萘油洗油蒽油工业萘等油类冷器酚钠冷器采温度32℃循环水出水计算温度45℃
⑶水量举例见表
表43 焦油车间水量
项目
年处理焦油量吨
130000
12000
6000
25°C水米3时
140
103
95
32°C循环水米3时
297
81
505
注：仅包括焦油蒸馏馏分洗涤结晶沥青池工业萘制取
44供气
⑴焦油车间生产蒸汽般求表压 6kg／cm2饱蒸汽粗酚精制加热蒸汽压力应24～35 kg／cm2重吡啶精制加热蒸汽压力应低24 kg／cm2轻吡啶精制加热蒸汽压力应低20 kg／cm2
⑵汽量举例（仅包括焦油蒸馏馏分结品洗涤工业萘制取沥青池焦油油库）：
表44汽量
年处理焦油量吨
130000
12000
6000
汽量吨／时
976
22
14
45设备维修
年处理焦油130000吨焦油车间应设维修间设备维修项目见表
表45设备维修项目
设备名称
维修容
维修制度
式炉
炉
第七检查
焦油蒸发器蒸馏塔
清渣更换附属道等
工业萘精馏塔
部件损坏
萘转鼓结晶机
更换刮刀
馏分洗涤器酚钠分解器
设备体衬
沥青冷运输机
部件损坏
蒽离心机
筛网刮刀易损件
定期维修
油系统
三月换油
蒽结晶机
机体易损件
定期检修
46电力
⑴焦油车间供电负荷焦化厂负荷分级规定
⑵电设备钮般设设备附连续运转设备仪表室应运行指示信号泵二段焦油泵工业萘热油循环泵等应电流表报警信号
⑶观察频繁操作部位视镜工业带塔底液面等处应局部明
⑷车间工段办公室仪表操作室应设置动电话调度电话
47土建
⑴厂房室坪标高室外坪标高宜高出015米
⑵酸碱洗涤室属室外酸类贮槽区坪应作防腐处理室应设墙裙洗坪排水箅子
⑶工段泵房设备厂房坪耐油耐碱处理般铺设磁砖水磨石坪
⑷室外设备操作区通道需作水泥坪考虑排水
⑸室穿楼板洞应作凸台防漏水漏油
⑹工艺需厂房设计中考虑安装门安装孔
结
设计13万ta焦油加工厂蒸馏工段初步设计
1 通国外煤焦油加工技术发展现状趋势综述确定设计常压两塔式焦油蒸馏工艺
2 工艺计算：段蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔等设备进行物料衡算均满足物料衡算定律式加热炉段焦油加热蒸发器二段蒸发器蒽塔馏分塔段轻油冷凝冷器馏分塔轻油冷凝冷器浸没式冷器等进行热量衡算工艺计算设备选型馏分塔蒽塔进行塔板工艺计算煤焦油黏稠液体采泡罩塔板计算出：馏分塔直径
DN1600mm塔高H23000mm塔板数36蒽塔DN1600mm塔板数23段冷凝冷器换热面积54m2馏份塔冷凝冷器换热面积195m2蒽油浸没式冷器换热面积24m2馏分塔进行机械设计强度校核校核满足求
3 非工艺设计条件：包括防火防爆等级采暖通风水排水供气设备维修电力土建设计
4 绘制带控制点工艺流程图精馏塔结构图车间布置图
参考文献
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谢 辞
设计选题具体设计工作教师指导完成老师知识渊博治学严谨验丰富正直谦逊严谨治学态度实事求工作作风忘科学奉献精神渊博理知识令受益匪浅终生学榜样XX老师致诚挚感谢
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