粗苯回收计算.docx
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粗苯回收计算
5物料计算
5.1
煤气中苯族烃的的体积分数计算:
已知苯族烃在煤气中的含量为
a140g/m3,依据粗苯组成,工程计算中
取Mb
83kg/kmol,则
22.4a1
22.4
40
b
1000
83
1000Mb
0.0108
5.2粗苯回收率计算:
焦炉煤气中苯族烃在洗苯塔内被吸收的程度称为回收率。
洗苯塔入口煤气
粗苯含量a140g/m3,出口煤气含苯量a22g/m3,则
1
a2
1
2
a1
40
95.0%
5.3焦炉煤气中粗苯含量:
常压操作取塔的平均压强为101.3kPa,故:
煤气量
273
1
40000
25
22.4
273
1635.91kmol/h
煤气中粗苯含量1635.910.0108
17.668kmol/h
1466.43kg/h
5.4循环洗油量计算:
按理论最小量计算确定:
qmmin
PbMmqv
22.4P1
式中qmmin
———理论最小循环洗油量,
kg/h
pb
———纯苯的饱和蒸汽压,kPa
Mm
———洗油相对分子质量,
kg/kmol
qv
———不包括苯族烃的入塔煤气体积,m3/h
p1
———入塔煤气压力,kPa
———要求达到的苯族烃的实际回收率
———无限大吸收面积的苯族烃的回收率
其中
a2
1
1.1a1
代入数据得:
a2
1
2
1
40
1.1a1
1.1
95.45%
查手册,25℃时,pb
12.881kPa;取Mm
180
kg/kmol
qvV1b
400001
0.0108
39568m3/h
p1101.3kPa;
95.0%
将以上数据代入得:
PbMmqv
qmmin
22.4P
1
12.881180395680.95
22.4101.30.9545
40239.85kg/h
实际循环油量可取qmmin的1.5~1.6倍:
qm1.6qmmin1.640239.85
64383.76kg/h
为了方便操作,同时提高粗苯的回收率,可使洗油量略大一些,则实际循环
油量取qm65000kg/h
5.5计算依据如下:
其组分质量含量:
组成苯(B)甲苯(T)二甲苯(X)溶剂油(S)
含量(%)
70
18
5
7
贫油中粗苯质量含量取0.4%。
贫油中粗苯组成质量含量:
组成苯(B)甲苯(T)二甲苯(X)溶剂油(S)
含量(%)
2.5
20
30
47.5
富油中萘(N)质量含量5%,水(W)质量含量1%。
5.6进入脱苯工序的富油量:
kg/h
富油量
1466.43
65000
650000.4%66726.43
富油中水量
66726.43
%
667.26
1
富油中萘量
66726.43
5%3336.32
洗油量
650003336.32
61663.68
5.7富油组成:
组
分
kg/h
kmol/h
苯
1033.00
13.24
甲
苯
315.96
3.43
二甲苯
151.32
1.43
溶剂油
225.63
1.88
萘
3336.32
26.07
洗
油
61663.68
342.58
水
667.26
37.07
合
计
67393.17
425.70
5.8进入脱苯工序的富油被预热到1250C后进入脱水塔,在脱水
塔顶压力P=120Kpa。
水的汽化率为90%,在此条件下计算脱水后
各组分留在液相中的分率:
i查图1250C各组分的饱和蒸汽压如下:
(KPa)
PBo=333.43;
PTo=162.68;
PXo=74.14;
PSo=36.86;
PNo=6.86;
Pmo=2.04;
以B,T,X,S,N,M,W分别代表苯,甲苯,二甲苯,溶剂油,萘,洗油和水留在液相中的质量含量(%):
经分析和多次核算,先设B=0.760,代入公式计算余下各组分i值:
B
PB
0
0.760
333.43
T
0
(1
0
0.760333.43
0.866
B
PB
B)PT
(10.760)162.68
B
PB
0
0.760
333.43
X
PB
0
(1
B)PX
0
0.760333.43
0.934
B
(10.760)74.14
B
PB
0
0.760
333.43
S
0
B)PS
0
0.966
BPB
(1
0.760333.43
(10.760)36.86
PB
0
0.760
333.43
B
N
0
(1
B)PN
0
0.760333.43
0.994
BPB
(10.760)6.86
B
PB
0
0.760
333.43
m
0
0
0.998
BPB
(1
B)Pm
0.760333.43
(10.760)2.04
进入管式炉的各组分的数量:
组
分
kg/h
kmol/h
苯
785.08
10.07
甲
苯
273.62
2.97
二甲苯
141.33
1.33
溶剂油
217.96
1.82
萘
3316.30
25.91
洗
油
61540.35
341.89
水
66.73
3.71
合计
66341.37
387.70
为了验算B值,必须将上式计算值,按下式求A值:
P
i.Gi
Mi
A
i.Gi
Gi
Mi
Mi
数据代入上式得:
A120
387.70
1224.32
425.70
787.70
则按B
A
A
验算B,即:
PB
1224.32
B0.786
1224.32333.43
B0.786与假设B0.760接近相符合,证明假设B0.760合适,上述计
算结果成立。
5.9管式炉出口富油温度180℃,压力122.66kPa,在此条件下,
富油进入脱苯塔闪蒸后与闪蒸前液相中各组分的比率计算如下:
查180℃122.66kPa时,各组分的饱和蒸气压得:
(kPa)
PBo=1016.58;PTo=477.29;PXo=270.11;
PSo=106.66;PNo=39.33;Pmo=14.67;
经分析和多次核算,先设B0.85,代入公式计算其余各组分i值:
T
B
PB
0
0
(1
B)PT
0
BPB
BPB0
x
PB
0
(1B)PX
0
B
BPB0
S
P
0
(1
)P0
B
BB
S
BPB0
N
0
(1B)PN
0
BPB
BPB0
m
PB
0
(1B)Pm0
B
0.85
1016.58
0.923
0.85
1016.58
(1
0.85)
477.29
0.85
1016.58
0.955
0.85
1016.58
(1
0.85)
270.11
0.85
1016.58
0.982
0.85
1016.58
(1
0.85)
106.66
0.85
1016.58
0.993
0.85
1016.58
(1
0.85)
39.33
0.85
1016.58
0.997
0.85
1016.58
(1
0.85)
14.67
W0
闪蒸后留在液相中各组分的数量(包括进入再生器的油量)如下:
组
分
kg/h
kmol/h
苯
667.32
8.56
甲
苯
252.55
2.75
二甲苯
134.97
1.27
溶剂油
214.04
1.78
萘
3293.09
25.73
洗
油
60857.23
338.10
合计
65419.20
378.19
为了验算B值,必须将上式计算值,按下式求A值:
P
i.Gi
Mi
A
i.Gi
Gi
Mi
Mi
数据代入上式得:
A378.19
122.66
4877.90
378.19
387.70
则按B
A
验算B
,即:
PB
A
B
4877.90
0.84
4877.90
1016.58
B0.786与假设B0.760接近相符合,证明假设B0.760合适,上述计
算结果成立。
5.10在脱苯塔进口处各组分的蒸发量(包括进入再生器的蒸发
量)如下:
组
分
kg/h
苯
78.51
甲
苯
13.68
二甲苯
4.10
溶剂油
2.62
萘
13.27
洗
油
622.08
水
66.73
合计
800.99
6热量计算
加热面积的确定:
在进行一般工艺计算时,可采用已知的热强度数据按下式确定所需要的加热面积:
Q
F
式中Q——单位时间内炉管吸收的热量,KJ/h
——炉管的表面热强度,辐射段单排管可取为84000~105000KJ/(m2.h);
对流段可取为21000~50000KJ/(m2.h)
6.1管式炉供给富油的热量Qm:
1)从脱水塔来的富油带入的热量Q1
洗油(包括萘)q164856.652.05612516668159.05KJ/h
粗苯q21417.992.150125381084.81KJ/h
水
q366.734.258
12535517.04KJ/h
式中2.056
,2.150,4.258
分别依次为1250C时,洗油、粗苯和水的比热
容,KJ/(kgK)
其中粗苯的比热容C
1.604
0.004367t
2.150KJ/(kggoC)得出,洗油和水
的比热容查表得出。
即:
Q1q1q2q317084760.90KJ/h
2)出管式炉1800C的富油带出的热量Q2
洗油(包括萘)q164856.652.23618026103504.49KJ/h
粗苯
q2
1417.99
2.391180
610274.54KJ/h
式中
2.236
,2.391
分别依次为
1800C时,洗油和粗苯的比热容,KJ/(
kgK
)
其中粗苯的比热容
C1.604
0.004367t
2.391KJ/(kgg0C)
得出,洗油和
水的比热容查表得出。
即:
Q2
q1
q2
26713779.03KJ/h
3)出管式炉粗苯蒸气和油气带出的热量Q3
洗油蒸气(包括萘蒸气)q1635.35565.2359099.82KJ/h
粗苯蒸气q298.91665.765844.39KJ/h
水蒸气
q366.732834.5
189146.19KJ/h
式中565.2
,665.7
分别为洗油蒸气和粗苯蒸气的焓,
KJ/Kg
2834.5
-0.12MPa,1800C时水蒸气质量焓,KJ/Kg
即:
Q3
q1q2q3614090.40KJ/h
则管式炉供给富油的热量Qm:
QmQ1Q2Q343184449.53KJ/h
6.2管式炉供给蒸气的热量QV:
1)入管式炉对流段低压蒸汽带入热量Q4:
蒸馏用直接蒸汽消耗量:
G=1.5×1466.43=2199.65Kg/h
Q4=2747.8×2199.65=6044198.27KJ/h
式中2747.8-------0.4MPa(表压)饱和蒸汽质量焓,KJ/Kg
2)4000C过热蒸气带出热量Q5:
Q5=2199.65×3272=7197254.80KJ/h
式中3272-------0.4MPa(表压)过热蒸汽质量焓,KJ/Kg
则管式炉供给蒸气的热量QV:
QVQ5Q41153056.53KJ/h
6.3管式炉加热面积:
1)取Qm的95%由辐射段供给,5%由对流段供给,取辐射段热强度为105000KJ/(m2.h),则辐射段炉管加热面积为:
F1Q43184449.5395%390.72m2
105000
2)取对流段热强度为21000KJ/(m2.h),则对流段炉管加热面积为:
蒸汽部分:
F2Q1153056.5354.91m2
21000
富油部分:
F3Q43184449.535%102.82m2
21000
对流段总加热面积:
F2F3157.73m2
3)设管式炉热效率为75%,煤气热值为17800KJ/m3,则煤气消耗量为:
Vg
Qm
QV
43184449.531153056.53
0.75
17800
0.75
17800
3321.16m3/h
7、主要设备工艺计算
7.1
塔径计算:
煤气处理量V
40000m3/h;
在进行钢板网填料塔计算时,可采用下列数据:
填料比表面积44
m2/m3;
油气比1.6
~2.0L/
m3;空塔气速
0.8~1.1m/s;煤气所需填料面积
0.6~
0.7
m2/(m3
h)
1)在进行填料计算时,可取空塔气速0.8~1.1m/s,这里取1.0m/s,
则塔径:
4V
4
40000
D
3.14
3.76m
u1
1.03600
圆整塔径取D=4.0m
2)核算气速:
4V
4
40000
u
2
3.14
4.0
2
0.88m/s
D
3600
7.2塔高计算:
经分析取填料层高度Z10m;封头和裙座等辅助设备高度大约共取
h6m,则塔高为:
HZh16m
8辅助设备的选型和计算
8.1洗油再生器:
1)构造介绍:
洗油再生器为钢板制的直立圆筒,带有锥形体底。
中部设有带再分布装置的进料管,下部设有残渣排出管。
蒸汽法加热富油脱苯的再生器下部设有加热器,管式炉法加热富油脱苯的再生器不设加热器。
为了降低洗油的蒸出温度,再生器底部设有直接蒸汽管,通入脱苯蒸馏所需的绝大部分或部分蒸汽。
在富油入口管下面设两块弓形隔板,以提高再生器内洗油的蒸出程度。
在富油入口管的上面设三块弓形隔板,以捕集油滴。
2)富油中各组分的蒸出率计算:
进入再生器的富油中各组分蒸出率按下式计算:
1
n
l2
ki
in1
1
l2
ki
式中ii组分的蒸出率
n提馏段塔板层数
ki
i组分的平衡常数,按下式计算:
ki
Pi
0
P
式中
Pi
0
i组分的饱和蒸气压,kPa
P再生器内总压力,kPa
l洗油和水蒸气摩尔量之比,按下式计算:
lGmgMsGsgMm
式中
Gm,Gs
洗油量和水蒸气量,kg/h
Mm,Ms
洗油和水蒸气的相对分子质量分别为
180和18
再生器内设5层多孔折流板,设其相当于两层泡罩塔板,即n=2
洗油在再生器内被加热到2000C。
该温度下萘和洗油的饱和蒸汽压力分别为66.128Kpa和26.664Kpa。
再生器出口油气压力为130.656KPa,则组分的平衡常
数ki为:
萘
kN
66.128
0.5061
130.656
洗油
26.664
0.2041
km
130.656
进入再生器内的油量Gm为脱水塔后富油量的1%,即663.4137kg/h,其中气
相为8.0099kg/h,液相为
655.4038kg/h
。
气相包括洗油6.2208kg/h,萘
0.1327kg/h,粗苯0.9891kg/h
,水蒸气0.6673kg/h。
液相包括洗油608.5723kg/h,
萘32.9309kg/h,粗苯12.6888kg/h。
进入再生器内的水蒸气量GS=2199.65kg/h
液相油与水蒸气摩尔量之比为:
655.403818
l0.0298
2199.65180
将上式各值代入式,得组分蒸出率为:
萘
洗油
N
m
10.0298
0.5061
0.0298
1
0.5061
10.0298
0.2041
0.0298
1
0.2041
2
2
0.944
0.872
从再生器进入脱苯塔的气体数量:
洗油6.2208+608.5723×0.872=536.90kg/h
萘0.1327+32.9309×0.944=31.22kg/h
粗苯0.9891+12.6888=13.68kg/h
水蒸气0.6673+2199.65=2200.32kg/h
从再生器排除残渣数量:
洗油608.5723×(1-0.872)=77.90kg/h
萘32.9309×(1-0.944)=1.84kg/h
共计77.90+1.84=79.74kg/h
对每吨1800C前粗苯为:
79.741000
1466.43
8.2塔设备壁厚设计:
1)筒体的设计壁厚:
54.38kg
d
pcgDi
C2
t
2
pc
式中d-圆筒设计厚度,mm
pc-容器设计压力,Mpa
Di-圆筒内径,mm
t
-设计温度下筒体材料的许用应力,Mpa
-焊接接头系数
C2-腐蚀裕量,mm
依据上式,塔体材料选用
16MnR,查
pc0.11MpaDi4000mm
t
170Mpa0.85C21.0mm代入得:
d
pcDi
C2
t
2
pc
0.114000
1.0
21700.850.11
2.52mm
考虑到钢板厚度负偏差C1=0.22mm,圆整后,取圆筒名义厚度n3.0mm
2)用水压试验进行强度校核:
水压试验时要求满足的强度条件为:
pT(Di
e)
T
0.9s
2e
代入数据:
pT1.25pt1.250.1110.14MPa
enC1C230.2211.78mm
则:
T0.14(40001.78)1
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