年產(chǎn)150萬(wàn)噸焦化廠溶劑萃取脫酚工段的初步設(shè).doc

摘要 焦化廢水是煤在高溫干餾過(guò)程中以及煤氣凈化、化學(xué)產(chǎn)品精制過(guò)程中形成的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)非常穩(wěn)定，是一種典型的難降解有機(jī)廢水。它的大量排放給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染，有害于人類(lèi)健康及生物的生長(zhǎng)繁殖，并且影響經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)酚類(lèi)物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面又有著廣泛的應(yīng)用。因此從廢水中回收酚類(lèi)化合物是變廢為寶的環(huán)保項(xiàng)目。本設(shè)計(jì)采用溶劑萃取脫酚法，以二異丙基醚作為萃取劑，采用精餾法再生。在設(shè)計(jì)中主要探討了高濃度含酚廢水的處理工藝、進(jìn)行了主要設(shè)備的選型和計(jì)算，完成了溶劑萃取脫酚工段的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，流程圖、脈沖萃取塔裝配圖、平面布置圖等相關(guān)任務(wù)。 關(guān)鍵詞 含酚廢水 萃取脫酚 異丙醚 精餾再生目錄摘要I第1章 概述11.1設(shè)計(jì)的目的和意義11.2粗酚的質(zhì)量指標(biāo)、市場(chǎng)需求、價(jià)格11.2.1粗酚的質(zhì)量指標(biāo)11.2.2市場(chǎng)需求11.2.3 產(chǎn)品價(jià)格分析及預(yù)測(cè)41.3粗酚的組成及物性參數(shù)41.4設(shè)計(jì)地區(qū)的氣候條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.4.1氣象條件錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.4.2地震烈度錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第2章 工藝論證52.1工藝路線論證52.1.1萃取脫酚原理52.1.2含酚廢水的處理方法52.1.3工藝參數(shù)142.2工藝設(shè)備論證142.2.1萃取塔設(shè)備的選擇142.2.2再生塔設(shè)備的選擇162.3萃取劑的性能及其選擇依據(jù)172.3.1萃取劑的性能172.3.2 萃取劑選擇條件172.4工藝流程182.5影響萃取效率的因素192.5.1油水體積比192.5.2萃取溫度192.5.3廢水的pH值202.5.4萃取混合時(shí)的震蕩頻率(攪拌強(qiáng)度)20第3章 工藝詳述203.1工藝原理203.2工藝流程213.3溶劑脫酚的操作制度24第4章 工藝計(jì)算254.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗254.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)254.1.2異丙醚溶劑油耗量254.2脈沖萃取塔參數(shù)計(jì)算15264.2.1塔板數(shù)264.2.2篩板結(jié)構(gòu)參數(shù)274.2.3處理能力的計(jì)算294.2.4塔徑的計(jì)算304.2.5塔高的計(jì)算324.2.6萃取塔軸功率324.2.7氨水溢流管354.3精餾再生塔計(jì)算16374.3.1精餾塔的物料衡算374.3.2塔板數(shù)的確定384.3.3精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算404.3.4精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算444.3.5塔板主要工藝尺寸的計(jì)算474.3.6篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算504.3.7塔板負(fù)荷性能圖554.4氨水冷卻器644.5復(fù)蒸釜及柱654.5.1再生釜654.5.2蒸餾柱664.6帶油水分離器的冷凝冷卻器664.6.1精餾加熱用蒸汽量664.6.2冷卻器664.7儲(chǔ)槽的計(jì)算674.7.1原料氨水槽674.7.2脫酚后油水分離器674.7.3氨水中間槽674.7.4循環(huán)溶劑油槽684.7.5新溶劑油槽684.7.6乳化物槽684.7.7焦油中間槽684.7.8地下放空槽684.7.9揚(yáng)液槽684.8泵的選取694.8.1原料氨水泵694.8.2循環(huán)溶劑油泵694.8.3精酚泵694.8.4脫酚后氨水泵694.8.5送焦油泵694.8.6乳化物泵694.8.7液下泵70第5章 廠區(qū)布置說(shuō)明725.1廠房布置原則725.2設(shè)備布置方案72第6章 非工藝部分設(shè)計(jì)746.1 車(chē)間定員746.1.1崗位基本任務(wù)746.1.2崗位基本職責(zé)746.1.3崗位定員746.2儀表安裝注意事項(xiàng)756.3消防器械的管理756.4防火防爆等級(jí)766.5土建766.6產(chǎn)品運(yùn)輸注意事項(xiàng)76第7章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析777.1投資估算777.1.1 征地費(fèi)777.1.2 建筑面積費(fèi)用777.1.3 設(shè)備費(fèi)777.1.4 設(shè)備安裝及管線費(fèi)787.1.5電氣儀表費(fèi)（含安裝費(fèi)）787.1.6技術(shù)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)讓費(fèi)（含人工培訓(xùn)費(fèi)）787.1.7不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)787.1.8固定資產(chǎn)投資787.1.9建設(shè)期利息（一年計(jì)）787.1.10固定資產(chǎn)總投資797.1.11流動(dòng)資金797.1.12項(xiàng)目總投資797.2 成本核算797.2.1單耗797.2.2動(dòng)力消耗797.2.3加工費(fèi)807.2.4設(shè)備維修折舊費(fèi)807.2.5車(chē)間成本807.2.6工廠管理費(fèi)807.2.7工廠成本817.2.8銷(xiāo)售費(fèi)用817.2.9年銷(xiāo)售成本817.2.10年銷(xiāo)售稅金817.2.11年銷(xiāo)售利潤(rùn)(毛利潤(rùn))：817.2.12年所得稅817.2.13年純利潤(rùn)817.3經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估817.3.1投資回收期（靜態(tài)）827.3.2投資利潤(rùn)率（年）837.3.3投資利稅率83參考文獻(xiàn)86第1章 概述1.1設(shè)計(jì)的目的和意義 酚是一種芳香族碳?xì)浠衔锏暮跹苌?。酚?lèi)化合物種類(lèi)繁多,有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、萘酚、氯酚等,其中苯酚、甲酚污染最突出。含酚廢水是危害十分嚴(yán)重的工業(yè)廢水之一。酚類(lèi)物質(zhì)對(duì)生物活體均能產(chǎn)生毒害，它可通過(guò)皮膚及粘膜的接觸而吸入或經(jīng)口腔侵入體內(nèi)，與細(xì)胞原漿中蛋白質(zhì)接觸后，形成不溶性蛋白質(zhì)，使細(xì)胞失活。一般低濃度酚可使蛋白質(zhì)變性，高濃度酚則使蛋白質(zhì)凝固，并繼續(xù)向體內(nèi)滲透，引起組織損傷、壞死乃至使生物體中毒。因此，如何合理而有效地處理含酚廢水是環(huán)境保護(hù)及綜合利用的重要研究課題。1-2 隨著近代化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展, 對(duì)酚類(lèi)物資的需求量日益增加。酚類(lèi)物資的用途十分廣泛,利用酚可以制作酚醛樹(shù)脂、黏合劑、增塑劑、炸藥、染料、顏料、殺菌劑、防腐劑、醫(yī)藥、香料、合成纖維等等, 總之酚類(lèi)物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面有著廣泛應(yīng)用, 因此, 回收廢水中的酚既達(dá)到了凈化含酚廢水的目的, 同時(shí)又變廢為寶, 利用回收的酚為我們?nèi)祟?lèi)服務(wù)。從這些含酚廢水中提取酚類(lèi)物質(zhì)既可回收利用資源，又可減少環(huán)境污染。真正實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者的統(tǒng)一。1.2粗酚的質(zhì)量指標(biāo)、市場(chǎng)需求、價(jià)格 1.2.1粗酚的質(zhì)量指標(biāo)：含酚95%以上；溶劑油90%、易揮發(fā)、損失高4洗油14161.031.07230300價(jià)廉易再生、操作安全、但乳化嚴(yán)重不易分離5精苯油230.870165200不易乳化、油水分層快、萃取率90%、但價(jià)格較高65%N-50310+95%煤油8100.8040.809煤油:180 290N503:1555萃取率高、損耗低、操作穩(wěn)定、脫酚效率90%，但價(jià)格較貴7 二異丙基醚11-12200.72668.5萃取效率90%、不易乳化、分配系數(shù)較高、回收溶劑的費(fèi)用較低 1.溶劑選擇性系數(shù)=Kxar/xae小于或大于1均可，但又取決于K值，K值越大分離效果越好； 2.溶劑回收應(yīng)容易，一般在萃取器上部引出后到精餾再生塔與過(guò)熱蒸汽接觸使酚與萃取劑分離； 3.溶劑的物理性質(zhì)應(yīng)與被萃取物質(zhì)的密度間有足夠的差別。要求：溶劑不易乳化、在水中溶解度小、蒸汽壓低、毒性小、著火點(diǎn)高、易于再生、腐蝕性小； 4.溶劑的化學(xué)性質(zhì)要求有化學(xué)穩(wěn)定性，完全不與被分離的化學(xué)介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，且有熱穩(wěn)定性。 經(jīng)過(guò)對(duì)比本設(shè)計(jì)采用二異丙基醚作為萃取劑。 2.4工藝流程 在含酚廢水中加入萃取劑，使酚溶入萃取劑。含酚溶劑用蒸餾再生，酚以的單質(zhì)的形式回收，蒸餾出的溶劑循環(huán)使用。工藝流程如下圖：圖24 工藝流程 將高濃度含酚廢水流入氨水池均化，池底的焦化類(lèi)物質(zhì)定期抽出。高濃度含酚廢水經(jīng)焦碳過(guò)濾器除油，使出水符合進(jìn)生化處理裝置的要求。吸附油的焦碳定期用蒸汽吹脫。除油后的含酚廢水經(jīng)冷卻器冷卻至5565進(jìn)入萃取塔上部。萃取劑選用二異丙基醚，由循環(huán)油泵打入萃取塔底部。溶劑油與高濃度含酚廢水在萃取塔中逆流接觸，絕大部分酚轉(zhuǎn)移至溶劑油中，溶劑油由萃取塔頂溢流進(jìn)入精餾塔，萃取劑遇熱后變?yōu)橛驼羝伤斠绯龊筮M(jìn)入循環(huán)油槽，循環(huán)使用。塔底流出的粗酚進(jìn)入精酚工段。萃取后的含酚廢水由萃取塔排出，經(jīng)蒸氨脫除部分氨，再與其它廢水混合，進(jìn)入隔油池除油，然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，進(jìn)入生化處理流程。 2.5影響萃取效率的因素 2.5.1油水體積比 油水比大就相當(dāng)于增大萃取劑的比重，理論上說(shuō)油水比越大，分配系數(shù)與酚的去除率越高，萃取效果越好，但油水比增大的同時(shí)，萃取劑的循環(huán)量會(huì)也隨著增大，成本也隨之增加。所以從多方面考慮油水比也不是越大越好。 2.5.2萃取溫度 溫度對(duì)萃取與再生過(guò)程都有重要影響。一般說(shuō)來(lái)，萃取時(shí)的溫度高些較好，可以加快溶液中分子的運(yùn)動(dòng)速率，有利于破乳，有利于萃取劑與水分離，還能加速水和油的傳質(zhì)過(guò)程。但溫度過(guò)高，萃取劑在水中的溶解度增大，而隨水帶走的損失量增加，溫度過(guò)高，還易產(chǎn)生液泛反而影響效率。特別要提到的是，當(dāng)溫度超過(guò)60時(shí)，溶液中的酚類(lèi)會(huì)揮發(fā)，造成生產(chǎn)過(guò)程的失控。 2.5.3廢水的pH值 由于酚只能在酸性或中性條件下穩(wěn)定存在，所以含酚廢水一般呈酸性或中性。根據(jù)酚的性質(zhì)，如果溶液偏堿，酚將以酚鹽形式存在，其結(jié)果只有很少量的酚與有機(jī)堿絡(luò)合反應(yīng)，從而不利于酚的絡(luò)合萃取，而如果溶液酸度過(guò)高，有機(jī)堿加入的大部分又與無(wú)機(jī)酸反應(yīng)，同樣不利于酚的絡(luò)合萃取。因此，溶液pH值也有其適當(dāng)?shù)姆秶?2.5.4萃取混合時(shí)的震蕩頻率(攪拌強(qiáng)度) 為了讓萃取劑和含酚廢水能充分混合。要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，而攪拌強(qiáng)度和振幅及頻率有關(guān)，振幅過(guò)小，分散不好，脫酚效率下降；振幅過(guò)大，則影響輕相上升，使生產(chǎn)能力降低。第3章 工藝詳述3.1工藝原理 a）萃取原理13：液液萃取是分離液體混和物的一種方法，若一溶液內(nèi)含有A、B兩組，為將其分離，可使用溶劑C加入到溶液中利用液體混和物各組份在溶液C中溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)分離，所使用溶劑必須滿(mǎn)足下列兩個(gè)基本要求：a、溶劑不能被分離混合物完全互溶，只能部分溶解。b、溶劑對(duì)A、B兩組分有一定的溶解能力。這樣將一定量溶劑加入到被分離混和物中使其形成兩個(gè)液相，然后加以攪伴，將一個(gè)液相以小滴的形式分散于另一液相中，形成很大的相接觸面，給物質(zhì)傳遞創(chuàng)造良好的條件，兩液相因密度差而自行沉降分層，溶劑中出現(xiàn)了C和B兩種物質(zhì)稱(chēng)為萃取相，被分離混和物中出現(xiàn)了溶劑，稱(chēng)萃余相。b)精餾原理：精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。精餾過(guò)程在能量計(jì)的驅(qū)動(dòng)下，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發(fā)度的不同，使揮發(fā)組分由液相向氣相轉(zhuǎn)移，難揮發(fā)組分由氣相向液相轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)原料混合物中各組成分離，該過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)傳熱的過(guò)程。3.2工藝流程圖31 萃取脫酚的工藝流程 由回收車(chē)間來(lái)的剩余氨水及焦油車(chē)間來(lái)的含酚廢水用泵連續(xù)送入三臺(tái)串聯(lián)的原料氨水槽，氨水靜止、澄清，沉淀出焦油，定期抽入焦油槽。氨水用泵送加熱冷卻器，溫度由7075降至5055后進(jìn)入萃取塔頂部分布器。萃取劑（二異丙基醚，簡(jiǎn)稱(chēng)油）自循環(huán)油槽經(jīng)預(yù)熱器加熱到4045后進(jìn)入萃取塔底部分布器。油同氨水由于比重不同在塔內(nèi)逆流流動(dòng)，在塔內(nèi)帶孔葉片（即篩板）的上下往復(fù)振動(dòng)下，油（分散相）被分散成極小的顆粒（d=0.53mm)后緩慢上升，氨水（連續(xù)相）則緩慢下降。由于酚在油中的溶解度比在水中的大，水中的酚即擴(kuò)散到油中去。萃取脫酚后的氨水在塔下部澄清段澄清后，經(jīng)控制分離器分出被夾帶的油后進(jìn)入氨水中間槽。在此用氨水泵連續(xù)送去蒸氨?？刂品蛛x器上部積存的油定期放入地下放空槽，在進(jìn)入循環(huán)油槽內(nèi)加以回收。 萃取了酚的油在萃取塔頂部澄清段澄清后，進(jìn)入精餾塔。油從精餾塔底部緩慢上升，利用精餾原理將萃取物中的酚和二異丙基醚分離。精餾再生后的油從精餾塔頂部流入循環(huán)油槽供循環(huán)使用。 流出物經(jīng)冷凝冷卻后進(jìn)入油水分離器，分離水進(jìn)入低位混合槽作為酚水處理，分離出來(lái)的油返回循環(huán)槽，釜底殘?jiān)ㄆ谕ㄟ^(guò)揚(yáng)液槽，再利用焦油車(chē)定期送至冷凝鼓風(fēng)工段。 萃取塔內(nèi)兩相界面處聚集的乳化物定期排放至乳化物槽，并在其中離心破乳、澄清分離，分離水放入低位混合槽，脫水的油送再生釜復(fù)蒸。 為了接收脫酚氨水控制分離器放出的油，管道系統(tǒng)的放空液以及循環(huán)油槽底部放出的粗酚等，設(shè)有地下放空槽。用液下泵定期將槽內(nèi)的液體送往乳化物槽、循環(huán)油槽和再生塔。萃取過(guò)程中生成的乳化物送乳化物沉淀槽，澄清后送再生塔處理，油流入循環(huán)油槽。3.3溶劑脫酚的操作制度表31 溶劑脫酚的操作制度項(xiàng)目單位指標(biāo)項(xiàng)目單位指標(biāo)進(jìn)萃取塔的氨水含酚量mg/L2100mg/L進(jìn)萃取塔的油溫度4045脫酚后廢水含酚量mg/L200萃取塔內(nèi)相界面-控制在萃取段脫酚效率%90精餾塔塔底溫度18014相比（水：油）-8:1壓力kPa115.1進(jìn)入萃取塔的酚水pH值-58.4精餾塔塔頂溫度70進(jìn)萃取塔的氨水溫度5055壓力kPa105.3 第4章 工藝計(jì)算4.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗 4.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 混合氨水處理量 100米3/時(shí)其中（1）酚水量35 米3/時(shí)（包括由鼓風(fēng)冷凝工段來(lái)的未分解水和煤中水分)（2）終冷水1.330米3/時(shí)（3）粗苯分離水1.219米3/時(shí)（4）焦油蒸餾工段酚水0.362米3/時(shí) =0.276噸/時(shí)0.276米3/時(shí)（5） 焦油蒸餾工段分離水0.439米3/時(shí) =0.329噸/時(shí)0.329米3/時(shí)合計(jì)38.154噸/時(shí)考慮到裝入煤水分波動(dòng)及操作中的事故排水，酚水量按100米3/時(shí)計(jì)?；旌习彼?2100毫克/升脫酚后廢水含揮發(fā)酚 200毫克/升酚效率 90%異丙醚溶劑油耗量 0.1千克/米3氨水 油水比 1：8異丙醚溶劑油比重 0.73噸/米3 4.1.2異丙醚溶劑油耗量 在溶劑萃取脫酚工段中，要用異丙醚溶劑油來(lái)萃取含酚廢水中的酚，本工段每年需要的溶劑油量為：=4千克/時(shí)=35.04噸/年 4.2脈沖