苯胺工艺包.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上150吨/天苯胺废水中回收苯胺装置工艺软件包目 录专心-专注-专业1 概述天津亚东化工有限公司苯胺回收装置是醇溶苯胺黑生产的配套装置，该装置主要任务是将反应废水中含有少量苯胺（35 wt%），通过精馏装置回收其中的苯胺使其返回反应系统循环使用，废水排放。本设计以回收醇溶苯胺黑生产中的苯胺使其返回反应系统循环使用为目的，废水达标排放。本装置设计处理能力为150吨/天苯胺废水，连续操作，设计操作弹性范围为60%110%。1.1设计依据根据天津亚东化工有限公司(甲方)与青岛科技大学(乙方)签订的150吨/天苯胺废水中回收苯胺工艺研究合同进行此设计工作。1.2基本思想1) 执

2、行国家有关部门法律、标准、规范。2) 通过流程优化，挖掘装置的潜在能力，尽量利用现有设备设施。3) 对苯胺回收工艺流程及操作进行模拟优化。4) 精心设计、保证质量。努力做到技术先进、经济合理、节省投资，各项技术指标具有先进性。1.3设计要求1) 装置改造后的设计能力为150吨废水/天。2) 排放废水中苯胺含量不高于500ppm（wt%）。3) 能耗不高于0.3吨蒸汽/吨废水。4) 系统可实现自控，控制接入甲方DCS系统。1.4设计范围1) 本设计是150吨/天苯胺废水中回收苯胺工艺包设计。2) 本改造不涉及具体的建厂地点和与之相联系的地理、水文、气象等条件。3) 本设计对过程工艺部分力求详尽，

3、而对非工艺技术部分仅提出必要的数据和条件。4）本工艺包包括：工艺流程设计、物料平衡、热量平衡、设备设计参数、公用工程表、仪表及控制条件表、管路仪表流程图。2 设计基础2.1 原料及产品1) 原料本装置的原料为天津亚东化工染料有限公司醇溶苯胺黑生产的含苯胺废水，其中苯胺含量34%（w%），除含有醇溶苯胺黑生产所使用的催化剂三氯化铁（大约1%，w%）外，不含其他任何阴离子、阳离子，并不带沉淀物和机械杂质，该废水经加烧碱后，三氯化铁形成氢氧化铁或氢氧化亚铁沉淀，并部分呈胶体状，pH=1011。2) 产品性质根据合同要求，含苯胺废水经苯胺装置处理后，净化水苯胺含量500ppm左右；回收苯胺的浓度为92

4、%（wt%）。2.2 公用工程条件2.2.1 蒸汽系统0.6Mpa等级蒸汽供给回收塔T101，由于作为直接蒸汽使用，故该系统没有冷凝液产生。0.6Mpa蒸汽要求的技术规格如下：压力 0.7Mpa max 0.4Mpa min温度 160 min SiO 2 0.0210-6(质量比值) max总固体 0.410-6(质量比值) max电导 0.2微姆/cm max铁 0.210-6(质量比值) maxO2/CO2 无2.2.2 冷却水系统装置的冷凝器及机泵的冷却使用水冷方式。最大量为28.5T/h(正常用量8.86 T/h)，由于冷却系统基本上为碳钢设备，因此要求水质要适应碳钢设备，不会发生腐

5、蚀，其技术指标要求如下：上水：压力 0.5Mpa max 0.36Mpa min温度 3031回水：压力 0.3 Mpa min温度 3839 oC污垢系数 0.00014m3h oC/kJ氯化物 100mg/L2.3.3 电力电压 380、220V.A.C频率 50Hz系统 三相四线制中线接地表1 公用工程简表蒸汽0.6MPaG, 165循环水上水温度30,压力0.5MpaG；回水温度38,压力0.3MPaG交流电380V, 50Hz, 三相四线制, 中线接地3 工艺设计3.1 操作条件主要设备苯胺回收塔T-101的操作条件如下：塔顶压力：1.1 bar，塔釜压力：1.14bar，塔顶温度：

6、101.5，塔底温度：103.4。3.2控制方案本工序的控制主要是正常情况下的流量控制、温度控制和液位控制。流量控制包括废水进料流量和新鲜蒸汽蒸汽用量；液位控制包括塔釜液位、闪蒸罐液位等；温度控制有苯胺水冷凝器的出口温度控制。3.3 工艺流程简述醇溶苯胺黑生产反应废水中含有少量苯胺，该苯胺水经加烧碱中和后进入中和液储罐（R-101，A，B），在回收塔（T-101）中回收苯胺，脱除苯胺后的废水送往废水储罐（R-106）。废水中苯胺回收的流程为，中和液储罐中的苯胺水用苯胺水泵(P-101_A,B)升压并在苯胺水预热器（E-101）的壳程预热至约85-90，经过苯胺水预热器（E-101）的苯胺水，经

7、流量调节器（FICA-101）计量后，送入苯胺回收塔T-101塔顶进料。苯胺回收塔T-101在常压下操作，所需热量通过蒸汽直接送入塔底。苯胺水的蒸汽从塔顶出去，从塔底出来的废水含有0.05%以下的苯胺成分。回收塔的温度分布为：塔底（TR-105）103.4，塔中部（TI-104）102.8，塔顶（TRA-103）101.5。回收塔（T-101）的液位用液位调节计（LICA-102）控制。从回收塔顶出来的蒸汽在与废水进料换热后，未冷凝的蒸汽进入空冷器（A-101）冷却到60左右后与E-101的冷凝液相混合进入水苯胺冷凝器E-102继续冷却到40左右后送分离罐（R-103）分层，用界面分离器（R-

8、104）调节苯胺水分离罐的液位，水苯胺冷凝器（E-102）通有循环水，用温度调节计（TIC-107）控制为40左右。苯胺水分相后的下层苯胺送反应工序循环使用，上层水相进入循环苯胺水储罐（R-105），再返回苯胺水储罐（R-101）循环蒸馏以回收其中苯胺，由储槽液位控制循环泵（P-103）的开关，泵间歇操作。苯胺回收塔底出料废水送闪蒸罐（R-102）。为回收废水所含热量，利用塔釜新鲜蒸汽（6kg/cm2G）通过喷射器来蒸发其中部分水分。热量回收后废水的温度80左右通过废液泵（P-102）送往废水储罐（R-106）。苯胺水加料流量计（FICA-101）控制回收塔塔底的6kg/cm2蒸汽流量调节计（

9、FIC-102）。3.4 工艺流程图3.4.1带物料平衡的工艺流程图(附后)3.4.2带控制点的工艺流程图(附后)3.5物料平衡和能量平衡3.5.1总物料平衡表2 总物料平衡表入 方出 方物料名称Kg/hKmol/h物料名称Kg/h Kmol/h含苯胺废水1016250335.7403苯胺119265.16163.5284蒸汽103161089.3700净化水1117594.8291421.5818合计786078603.5.2 物流平衡表苯胺回收装置的物料平衡表见表3-1。表3-1苯胺回收装置的物料平衡表物流号101102103104相态液态液态液态气态位置界外苯胺苯胺R101E101T10

10、1新鲜蒸汽总管摩尔百分数，%水99.2099.2099.20100.0苯胺0.79960.79960.79960.0000总流量, kmol/h335.740431.776431.77689.3700重量百分数，水96.0096.0096.00100.0苯胺4.04.004.000.000总流量, kg/h6250.008035.1128035.1121610.000温度, 30.000090.000090.0000165.0431压力,bar1.01334.0004.0007.0133流率, m3/h6.2828.3278.327464焓, Kcal/kg29.34087.84087.840

11、659.286分子量18.61518.615618.615618.0150密度，kg/m3994.889964.950964.9503.468液相分率1.00001.00001.00000.0000 表3-1苯胺回收装置的物料平衡表 续表物流号105106107108相态气态气态气态气态位置新鲜蒸汽M-101M-101旁路M-101T101M-101, 旁路T101摩尔百分数，%水100.00100.00100.0100.0苯胺0.000.0001.088E-049.0006E-05总流量, kmol/h77.71311.657096.4611108.1181重量百分数，水100.0100.0

12、100.0100.00苯胺0.000.005.215E-044.653E-04总流量, kg/h1400.0210.01737.761947.75温度, 165.0431165.0431144.6517146.6973压力,bar7.01337.01331.21001.21流率, m3/h40460.5627693199焓, Kcal/kg659.286659.286653.974654.55分子量18.015018.015018.01518.0150密度，kg/m33.4683.4680.6270.624液相分率0.00000.00001.00001.0000表3-1苯胺回收装置的物料平衡表

13、 续表物流号109110111112相态液态气态液态液态位置T-101R-102R102M-101R-102P-102P-102R-106摩尔百分数，%水100.0100.0100.0100.0苯胺1.5169E-045.1905E-041.0517E-041.0517E-04总流量, kmol/h440.329918.748421.582421.582重量百分数，水100.00100.00100.00100.00苯胺7.842E-040.00275.437E-045.437E-04总流量, kg/h7932.59337.7557594.8297594.829温度, 103.394180.00

14、0080.000080.0120压力,bar1.14260.47380.47382.4738流率, m3/h8.29811627.8227.822焓, Kcal/kg103.435631.96379.93179.980分子量18.015018.01518.015018.0150密度，kg/m3955.9960.291971.001970.972液相分率1.00000.00001.00001.0000 表3-1苯胺回收装置的物料平衡表 续表物流号113114115116相态气态气态液态液态位置T-101E-101E101A-101E-101E-102A-101E-102摩尔百分数，%水96.57

15、94.6798.7594.67苯胺3.435.331.255.33总流量, kmol/h99.56453.2746.29453.27重量百分数，水84.4877.4593.8877.45苯胺15.5222.556.1222.55总流量, kg/h2050.2731171.512877.2711173.0温度, 101.499100.016100.01660.000压力,bar1.10001.06001.06001.0600流率, m3/h281915590.9151.193焓, Kcal/kg565.872531.72596.43451.081分子量20.592622.023418.95122

16、2.0234密度，kg/m30.7270.752958.268983.619液相分率0.00000.0001.0001.0000 表3-1苯胺回收装置的物料平衡表 续表物流号117118119120相态混合物液态液态液态位置E-101，A-101E-102E-102R-103R-103苯胺储罐R-103R-105摩尔百分数，%水96.5796.5723.9499.24苯胺3.433.4376.060.76总流量, kmol/h99.56499.5643.52896.035重量百分数，水84.4884.485.7496.18苯胺15.5215.5294.263.82总流量, kg/h2050.2

17、732050.273265.1621785.11温度, 78.300040.000040.000040.0000压力,bar1.06001.05151.01321.0132流率, m3/h2.108 2.0650.2641.801焓, Kcal/kg70.90336.41218.36939.093分子量20.592620.592674.807218.5881密度，kg/m3972.532992.4191005.209991.044液相分率1.00001.00001.00001.0000 表3-1苯胺回收装置的物料平衡表 续表物流号121122123相态液态液态液态位置R105P103循环水E-

18、102E-102循环水摩尔百分数，%水99.24100.00100.00苯胺0.760.00000.0000总流量, kmol/h96.035491.812491.812重量百分数，水96.18100.00100.00苯胺3.820.00000.0000总流量, kg/h1785.118860.0008860.000温度, 40.000030.000037.9942压力,bar1.01325.01324.9779流率, m3/h1.801 8.9128.938焓, Kcal/kg39.14129.99037.971分子量18.588118.015018.0150密度，kg/m3991.0249

19、94.113991.223液相分率1.00001.00001.00003.5.3能量平衡表苯胺回收装置的能量平衡表见表4。表4 能量平衡表设备位号换热物流热负荷kW物流流量kg/hr入 口出 口温度()液相分率温度()液相分率E-101进料预热器冷废水541.608035301.090.01.0热塔顶蒸汽2050101.50.0100.00.359E-102(最大)塔顶冷凝器冷循环水248.142850030.01.0381.0热塔顶蒸汽205098.81.0401E-102(正常)塔顶冷凝器冷循环水82.30886030.01.0381.0热塔顶蒸汽205078.31.0401A-101空冷

20、器冷空气653.523163730.000.040.000.0热塔顶蒸汽1172100.00.0060.001.00新鲜水蒸汽量用量1610kg/hr回收蒸气量337.8kg/hr4设备核算及选型工艺流程的热量、物料衡算，回收塔的工艺计算、水利学计算采用Simsci公司的PRO/II工程化学模拟软件。换热器的设计计算采用Aspen B-JAC。4.1 苯胺回收塔T-101苯胺回收塔基础数据一览表见表5，见36页附录图。4.2 塔顶预热器E-101 塔顶预热器E-101基础数据一览表见表6，见37页附录图。4.3 塔顶冷却器E-102 塔顶冷却器E-102基础数据一览表见表7，见38页附录图。4

21、.4 空冷器A-101 介质：苯胺、水蒸汽组成：苯胺22.57wt%、水77.45wt%流量：1171kghr进口温度：100，饱和蒸汽出口温度：60操作压力：常压热负荷：562100kcal/h地区条件：天津空冷器A-101基础数据一览表见表8。推荐空冷器见43页附录图。4.5 喷射器M101核算喷射器设计条件如下： 工作蒸汽：压力6BarG，温度165，流量1400kg/h（总蒸汽量1610kg/h，旁路的流量为210kg/h）。吸入蒸汽：-0.54BarG，温度80，流量338kg/h。组成：水蒸汽+500ppm苯胺出口条件：压力0.14BarG闪蒸罐压力4.73E-01BarA，-0.

22、54BarG，闪蒸温度80，蒸汽量338kg/hr，携带比为19.45。推荐喷射器的型号为ZPY0.047-0.338/0.012-0.6，见42页附录图。4.5泵条件1） 进料泵P-101：工作流量8.10m3/hr，扬程35m。2） 废液泵P-102：工作流量7.82m3/hr，扬程20m。3） 循环泵P-103：工作流量1.80 m3/hr（连续操作）或5m3/hr（间歇操作、每3小时开1小时），扬程20m。4.6 废水闪蒸罐条件设计条件：流速0.32m/s，罐直径1000mm，停留时间7.76min，罐容积2m3。最终选定闪蒸罐：DN10002500mm。见39页附录图。4.7苯胺水分

23、离罐条件设计条件：停留时间2.4hr，罐直径1500mm，罐溶剂：4.77 m3。最终选定苯胺水分离器：DN15002700mm。另外，需要液位调节罐R-104。苯胺水分离罐和液位调节罐分别见40页和41页附录图。4.8设备一览表 设备一览表见表8。4.9 管线表 管线表见表9。4.10 手阀选型 本装置设计物料较为普通，对阀门没有特殊要求，以厂家习惯用阀即可，建议采用截止阀、球阀，在PID图中均表示的是截止阀。4.11. 布置要求：1) 装置可能要分三层布置，最上层E101、E102、空冷器A101，第二层R102和R103，一层为R105和R106和泵。2) E101和空冷器安装在水平位置

24、，E101的气相物流进空冷器，液相物流和空冷器的出料进E102，E102布置在二者的下方。可将E102和E101重叠安装。3) 喷射器M-101离塔T-101蒸汽入口尽量近。4) 闪蒸罐R-102和泵P-102的相对高度需要满足泵P-102的安装高度，因此建议把R102安装在二楼，以防P102汽蚀。5) T101底座要高，T101塔釜液面与R102基本持平或少低一些（1-2m），以便塔釜液有足够动力流入R102中。6) R103和R104的支撑腿设计高度仅供参考，但要求两者的相对安装高度：界面调整器R104最高液位比分离器R103液位高25mm，或者说界面调整器上沿安装位置比分离器上沿低25m

25、m。表5 T101塔基础数据一览表位号T101名称苯胺回收塔功能精馏型式填料塔物 料 工 艺 参 数物料衡算单位塔顶进塔底进塔顶出塔底出kg/h8035.111947.752050.37932.60操作温度90.0146.70101.50103.39操作压力bar4.48961.211.11.143液相分率1.000.00.01.0塔 内 操 作 负 荷上部下部汽相质量流量 kg/h20701995体积流量 m3/h30903058空塔汽速 m/s1.0931.082密 度 kg/m30.670070.65232粘 度 cP0.012110.01224液相质量流量kg/h80307980体积流

26、量m3/h8.3938.345密 度 kg/m3956.782956.187粘 度 cP0.273310.27020表面张力 dyne/cm58.8058.68泛点百分数 36.62 35.28F因子PA*0.50.910.87设 备 特 性 参 数塔直径 mm1000塔高度 mm17000操作温度 101104操作压力 bar1.2填料型式CT-TB-7I型填料高度 mm400+5000+5000计算压降 kPa5允许压降 kPa10分布器形式盘式比表面积300m/m塔内件液体分布器两套；液体收集器一套；气体分布器一套；填料支撑压圈两套表6 换热器 E-101 基础数据一览表位 号E-101

27、名 称苯胺水预热器类 型固定管板BEM换热面积m249.8热负荷kW541.6卧/立式卧式物 料 工 艺 参 数壳 程管 程介 质苯胺、水苯胺、水流 量 kg/h20508035入口出口入口出口气 体 量 kg/h20501080液 体 量 kg/h097080358035温 度 101.66100.3430.090压 力 MPa（abs）0.1080.1080.1960.196流 体 物 性气体液体气体液体气体液体气体液体流 体 比 热 kcal/kg.0.43890.3600.9860.9720.981流 体 粘 度 CP0.0130.0120.2870.8090.333导 热 系 数 k

28、cal/m.h.0.02100.02080.3230.43230.4418流 体 密 度 kg/m30.7110.716958.073994.889967.95表 面 张 力 dyne/cm59.01570.78561.861汽 化 潜 热 kcal/kg473.98474.72流 速 m/s10.420.16热 交 换 特 性污垢系数 m2 .h./kcal0.000410.00041传热膜系数 kcal/m2 .h.5335.41171.5压 力 降 kPa1.861.27总传热系数kcal/m2 .h.452.8平均温差31.6安全系数1.53设 备 特 性 参 数管 程设计压力Mpa（

29、abs）0.517材质碳钢管数216管长m3.00管外径mm25管内径mm20管中心距mm32排列方式三角形管程数6进口管径mm50出口管径mm50壳 程设计压力Mpa（abs）0.517材质碳钢壳径mm600折流板数目5挡板间距mm500.00切割%37%（竖缺）进口管径mm200出口管径mm150表7换热器E-102基础数据一览表位 号E-102名 称水苯胺冷凝器类 型固定管板BEM换热面积m233.3热负荷kW248.14卧/立式卧式物 料 工 艺 参 数壳 程管 程介 质苯胺、水循环水流 量 kg/h205028500入口出口入口出口气 体 量 kg/h2040液 体 量 kg/h18

30、4620502850028500温 度 98.840.030.038.0压 力 MPa（abs）0.1010.1010.3920.392流 体 物 性气体液体气体液体气体液体气体液体流 体 比 热 kcal/kg.0.4383 0.9550.8880.92910.942流 体 粘 度 CP0.0120.2900.6950.8200.698导 热 系 数 kcal/m.h.0.02030.34420.3330.5280.537流 体 密 度 kg/m30.780959.075988.51989.1981.3表 面 张 力 dyne/cm58.98468.77271.02169.845汽 化 潜

31、热 kcal/kg487.5517.47流 速 m/s4.780.98热 交 换 特 性污垢系数 m2 .h./kcal0.000410.00041传热膜系数 kcal/m2 .h.930.33050.9压 力 降 kPa0.88 4.61总传热系数kcal/m2 .h.410.2平均温差24.4安全系数1.56设 备 特 性 参 数管 程设计压力Mpa（abs）0.517材质碳钢管数144管长m3.00管外径mm25管内径mm20管中心距mm32排列方式三角形管程数4进口管径mm100出口管径mm100壳 程设计压力Mpa（abs）0.517材质碳钢壳径mm500折流板数目14挡板间距mm

32、200.00切割%22%（横缺）进口管径mm100出口管径mm50表8 空冷器A-101基础数据一览表位 号A-101名 称空冷器类 型JB/T4740-1997换热面积m2700热负荷kW653.51卧/立式物 料 工 艺 参 数壳 程管 程介 质空气苯胺、水流 量 kg/h2316371172入口出口入口出口气 体 量 kg/h2316372316371172液 体 量 kg/h1172温 度 3040100.32860.000压 力 bar（abs）1.061.06流 体 物 性气体液体气体液体气体液体气体液体流 体 比 热 kcal/kg.0.3600.888流 体 粘 度 CP0.0

33、11820.49181导 热 系 数 kcal/m.h.0.020790.29061流 体 密 度 kg/m30.716983.1表 面 张 力 dyne/cm65.3568汽 化 潜 热 kcal/kg460.01流 速 m/s热 交 换 特 性污垢系数 m2 .h./kcal传热膜系数 kcal/m2 .h.压 力 降 kPa总传热系数kcal/m2 .h.平均温差43.287安全系数设 备 特 性 参 数管 程设计压力Mpa（abs）材质碳钢管数管长m管外径mm管内径mm管中心距mm排列方式管程数进口管径mm出口管径mm壳 程设计压力Mpa（abs）材质碳钢壳径mm挡板数目挡板间距mm切

34、割%进口管径mm出口管径mm表9. 1 塔一览表序号位号设备名称操作温度操作压力bar规格径高（mm）类型填料高度m材质数量本体内件/填料1T-101回收塔1041.21000180002填料0.455碳钢不锈钢1表9.2 换热器一览表序号位号设备名称操作温度操作压力，Mpa壳径mm面积m2规格管外径长度数量材 质数量壳程管程壳程管程壳程管程1E-101苯胺水预热器101.090.00.110.19660049.8253000216碳钢碳钢12E-102水苯胺冷凝器101.040.00.110.39250033.3253000144碳钢碳钢13A-101水苯胺空冷器40.0100.0常压13片

35、3042GJP63B-24/2F碳钢碳钢1表9.3 动设备一览表序号位 号设 备 名 称介 质操作温度密度kg/m3粘度cP实际流量m3/h流量扬程m3/hm数量备 注1P-101_A,B进料泵苯胺水30994.8890.9728.10103522P-102_A,B废液泵废水80971.0011.0027.82102023P-103循环泵苯胺水42990.2410.9721.805.05.0201间歇注：因为泵的进出口管嘴的压力等级和一些基本配管参数都不清楚，与甲方商量拟请泵的厂家自备进出口法兰（可通过订货时解决），乙方设计时配好进出管嘴管线（包括阀门，过滤器等），甩在标高500mm上，请甲方

36、根据实地泵，连接管嘴。表9.4 罐一览表序号位号设备名称操作温度操作压力barG容积m3规 格材质数量备注直径高,mmmm1R-101_1,2苯胺水储罐40常压3230004400碳钢22R-102闪蒸罐80-0.54210002500碳钢1有金属丝除雾网3R-103苯胺水分离罐40常压4.815002700碳钢14R-104界面调节器40常压0.042300600碳钢15R-105循环苯胺水储罐40常压3230004400碳钢16R106废水储罐80常压3230004400碳钢1注：R-101、105、106尺寸只作为建议尺寸，厂方可根据实际情况安排。表9.5 其他设备序号位 号设 备 名 称数量型式选型条件重量,kg材质1M-101