年產(chǎn)150萬噸焦化廠溶劑萃取脫酚工段的初步設.doc

摘要 焦化廢水是煤在高溫干餾過程中以及煤氣凈化、化學產(chǎn)品精制過程中形成的廢水，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廢水。它的大量排放給環(huán)境帶來了嚴重污染，有害于人類健康及生物的生長繁殖，并且影響經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。同時酚類物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面又有著廣泛的應用。因此從廢水中回收酚類化合物是變廢為寶的環(huán)保項目。本設計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。在設計中主要探討了高濃度含酚廢水的處理工藝、進行了主要設備的選型和計算，完成了溶劑萃取脫酚工段的設計說明書，流程圖、脈沖萃取塔裝配圖、平面布置圖等相關任務。 關鍵詞 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設計的目的和意義11.2粗酚的質(zhì)量指標、市場需求、價格11.2.1粗酚的質(zhì)量指標11.2.2市場需求11.2.3 產(chǎn)品價格分析及預測41.3粗酚的組成及物性參數(shù)41.4設計地區(qū)的氣候條件錯誤！未定義書簽。1.4.1氣象條件錯誤！未定義書簽。1.4.2地震烈度錯誤！未定義書簽。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工藝設備論證142.2.1萃取塔設備的選擇142.2.2再生塔設備的選擇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萃取混合時的震蕩頻率(攪拌強度)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 工藝計算254.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗254.1.1基礎數(shù)據(jù)254.1.2異丙醚溶劑油耗量254.2脈沖萃取塔參數(shù)計算15264.2.1塔板數(shù)264.2.2篩板結構參數(shù)274.2.3處理能力的計算294.2.4塔徑的計算304.2.5塔高的計算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物性數(shù)據(jù)的計算404.3.4精餾塔的塔體工藝尺寸的計算444.3.5塔板主要工藝尺寸的計算474.3.6篩板的流體力學驗算504.3.7塔板負荷性能圖554.4氨水冷卻器644.5復蒸釜及柱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儲槽的計算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)布置說明725.1廠房布置原則725.2設備布置方案72第6章 非工藝部分設計746.1 車間定員746.1.1崗位基本任務746.1.2崗位基本職責746.1.3崗位定員746.2儀表安裝注意事項756.3消防器械的管理756.4防火防爆等級766.5土建766.6產(chǎn)品運輸注意事項76第7章 技術經(jīng)濟分析777.1投資估算777.1.1 征地費777.1.2 建筑面積費用777.1.3 設備費777.1.4 設備安裝及管線費787.1.5電氣儀表費（含安裝費）787.1.6技術開發(fā)轉(zhuǎn)讓費（含人工培訓費）787.1.7不可預見費787.1.8固定資產(chǎn)投資787.1.9建設期利息（一年計）787.1.10固定資產(chǎn)總投資797.1.11流動資金797.1.12項目總投資797.2 成本核算797.2.1單耗797.2.2動力消耗797.2.3加工費807.2.4設備維修折舊費807.2.5車間成本807.2.6工廠管理費807.2.7工廠成本817.2.8銷售費用817.2.9年銷售成本817.2.10年銷售稅金817.2.11年銷售利潤(毛利潤)：817.2.12年所得稅817.2.13年純利潤817.3經(jīng)濟效益評估817.3.1投資回收期（靜態(tài)）827.3.2投資利潤率（年）837.3.3投資利稅率83參考文獻86第1章 概述1.1設計的目的和意義 酚是一種芳香族碳氫化合物的含氧衍生物。酚類化合物種類繁多,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重的工業(yè)廢水之一。酚類物質(zhì)對生物活體均能產(chǎn)生毒害，它可通過皮膚及粘膜的接觸而吸入或經(jīng)口腔侵入體內(nèi)，與細胞原漿中蛋白質(zhì)接觸后，形成不溶性蛋白質(zhì)，使細胞失活。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)境保護及綜合利用的重要研究課題。1-2 隨著近代化學工業(yè)的迅猛發(fā)展, 對酚類物資的需求量日益增加。酚類物資的用途十分廣泛,利用酚可以制作酚醛樹脂、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, 總之酚類物質(zhì)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面有著廣泛應用, 因此, 回收廢水中的酚既達到了凈化含酚廢水的目的, 同時又變廢為寶, 利用回收的酚為我們?nèi)祟惙铡倪@些含酚廢水中提取酚類物質(zhì)既可回收利用資源，又可減少環(huán)境污染。真正實現(xiàn)社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益三者的統(tǒng)一。1.2粗酚的質(zhì)量指標、市場需求、價格 1.2.1粗酚的質(zhì)量指標：含酚95%以上；溶劑油90%、易揮發(fā)、損失高4洗油14161.031.07230300價廉易再生、操作安全、但乳化嚴重不易分離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.溶劑回收應容易，一般在萃取器上部引出后到精餾再生塔與過熱蒸汽接觸使酚與萃取劑分離； 3.溶劑的物理性質(zhì)應與被萃取物質(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、著火點高、易于再生、腐蝕性小； 4.溶劑的化學性質(zhì)要求有化學穩(wěn)定性，完全不與被分離的化學介質(zhì)起化學反應，且有熱穩(wěn)定性。 經(jīng)過對比本設計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，池底的焦化類物質(zhì)定期抽出。高濃度含酚廢水經(jīng)焦碳過濾器除油，使出水符合進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入精餾塔，萃取劑遇熱后變?yōu)橛驼羝伤斠绯龊筮M入循環(huán)油槽，循環(huán)使用。塔底流出的粗酚進入精酚工段。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，進入隔油池除油，然后經(jīng)過調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，進入生化處理流程。 2.5影響萃取效率的因素 2.5.1油水體積比 油水比大就相當于增大萃取劑的比重，理論上說油水比越大，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，萃取劑的循環(huán)量會也隨著增大，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 溫度對萃取與再生過程都有重要影響。一般說來，萃取時的溫度高些較好，可以加快溶液中分子的運動速率，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)過程。但溫度過高，萃取劑在水中的溶解度增大，而隨水帶走的損失量增加，溫度過高，還易產(chǎn)生液泛反而影響效率。特別要提到的是，當溫度超過60時，溶液中的酚類會揮發(fā)，造成生產(chǎn)過程的失控。 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，其結果只有很少量的酚與有機堿絡合反應，從而不利于酚的絡合萃取，而如果溶液酸度過高，有機堿加入的大部分又與無機酸反應，同樣不利于酚的絡合萃取。因此，溶液pH值也有其適當?shù)姆秶?2.5.4萃取混合時的震蕩頻率(攪拌強度) 為了讓萃取劑和含酚廢水能充分混合。要對溶液進行攪拌，而攪拌強度和振幅及頻率有關，振幅過小，分散不好，脫酚效率下降；振幅過大，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現(xiàn)分離，所使用溶劑必須滿足下列兩個基本要求：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液相，然后加以攪伴，將一個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)稱為萃取相，被分離混和物中出現(xiàn)了溶劑，稱萃余相。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)得到廣泛應用。精餾過程在能量計的驅(qū)動下，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。實現(xiàn)原料混合物中各組成分離，該過程是同時進行傳質(zhì)傳熱的過程。3.2工藝流程圖31 萃取脫酚的工藝流程 由回收車間來的剩余氨水及焦油車間來的含酚廢水用泵連續(xù)送入三臺串聯(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后進入萃取塔頂部分布器。萃取劑（二異丙基醚，簡稱油）自循環(huán)油槽經(jīng)預熱器加熱到4045后進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，在塔內(nèi)帶孔葉片（即篩板）的上下往復振動下，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)冷凝冷卻后進入油水分離器，分離水進入低位混合槽作為酚水處理，分離出來的油返回循環(huán)槽，釜底殘渣定期通過揚液槽，再利用焦油車定期送至冷凝鼓風工段。 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目單位指標項目單位指標進萃取塔的氨水含酚量mg/L2100mg/L進萃取塔的油溫度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進入萃取塔的酚水pH值-58.4精餾塔塔頂溫度70進萃取塔的氨水溫度5055壓力kPa105.3 第4章 工藝計算4.1產(chǎn)品產(chǎn)量及原料消耗 4.1.1基礎數(shù)據(jù) 混合氨水處理量 100米3/時其中（1）酚水量35 米3/時（包括由鼓風冷凝工段來的未分解水和煤中水分)（2）終冷水1.330米3/時（3）粗苯分離水1.219米3/時（4）焦油蒸餾工段酚水0.362米3/時 =0.276噸/時0.276米3/時（5） 焦油蒸餾工段分離水0.439米3/時 =0.329噸/時0.329米3/時合計38.154噸/時考慮到裝入煤水分波動及操作中的事故排水，酚水量按100米3/時計?；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=35.04噸/年 4.2脈沖