1、 化工過程分析和合成設(shè)計課程設(shè)計報告Analysis, synthesis, and Design of Chemical ProcessesDesign Report氯苯廢水中苯和氯苯的回收Recovery of the benzene and the cholorobenzene from the cholorobenzene waste water 學(xué) 生 李朋偉 張小璇 年 級 化工與能源學(xué)院05博 指 導(dǎo) 教 師 錢 宇 教 授 李秀喜 副 教 授 完 成 日 期 2019.01.3主要內(nèi)容項目背景 項目簡介 工藝流程及改進(jìn)Aspen Plus模擬計算汽提塔主體設(shè)計經(jīng)濟(jì)核算結(jié) 論致謝

2、 1. 項目背景 南京化工廠年產(chǎn)4萬噸的氯化苯生產(chǎn)項目,每年約有1.2萬噸廢水排放,廢水中苯質(zhì)量濃度為5001000mg/L,氯苯的質(zhì)量濃度為100800mg/L，二氯化苯511 mg/L。廢水不僅造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染而且使有用的化工原料白白流失。氯化苯生產(chǎn)廢水含有高濃度的苯及氯苯，若直接排入污水廠處理，對污水處理場的微生物有嚴(yán)重的毒害作用，極大的影響污染物降解率，同時造成資源浪費，因此治理氯化苯廢水，回收廢水中苯及氯化苯不僅能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且具有巨大的環(huán)境效益和社會效益。2.1 概念設(shè)計 概念設(shè)計又稱為“預(yù)設(shè)計”，在根據(jù)開發(fā)基礎(chǔ)研究成果、文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)有類似的操作數(shù)據(jù)和工作經(jīng)驗，按照所

3、開發(fā)的新技術(shù)工業(yè)化規(guī)模而作出的預(yù)設(shè)計，用以指導(dǎo)過程研究及提出對開發(fā)性的基礎(chǔ)研究進(jìn)一步的要求，所以它是實驗研究和過程研究的指南，是開發(fā)研究過程中十分關(guān)鍵的一個步驟。 對處理氯苯廢水過程進(jìn)行模擬及優(yōu)化，可以進(jìn)行技術(shù)可行性分析，也可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，能夠為化工生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。2.2 廢水組成及處理標(biāo)準(zhǔn)V(污水)kg/h (苯)mg/L (氯苯)mg/L (二氯苯)mg/L PH 1515 1000 800 11 24 1.00.40.2氯苯0.50.20.1苯三級二級一級排放標(biāo)準(zhǔn)/ mg/L項目 苯是生產(chǎn)炸藥、塑料、農(nóng)藥等的重要原料,常溫下為無色透明液體,沸點80.1 ,在水中溶解度為1.865

4、/L(25),與水的共沸點為69.25(101.3ka),共沸組成是苯91.16% ,水8.84%。 氯化苯是重要的氯系中間體,常溫下為無色透明液體，沸點132，在水中溶解度為0.049/(100水)(30) ，與水的共沸點為90.2(共沸組成：氯化苯71.6，水28.4% )。2.3 處理方法的選擇 根據(jù)苯及氯苯的物理性質(zhì),多是采用物理化學(xué)處理法，如吹脫法、沉淀法、吸附法、微生物電解法、精餾法和汽提法。目前國內(nèi)氯化苯廢水治理主要采用吹脫（或汽提）、吸附與生物處理相結(jié)合的辦法。 經(jīng)過技術(shù)可行性及節(jié)約能源的目標(biāo)論證，選擇了汽提法處理氯苯廢水。3.工藝流程及改進(jìn)原工藝流程中和池過濾器固定床換熱器汽

5、提塔冷凝器分離器 該流程中，汽提塔底部出料的溫度達(dá)到100左右，如果直接排放，則會造成能量的極大浪費，同時該工藝流程中有物料需要加熱，如果進(jìn)行熱集成，會節(jié)省很多能耗。因此，將此工藝路線改進(jìn)如下：中和池過濾器固定床換熱器汽提塔冷凝器分離器改進(jìn)后的工藝4. Aspen Plus模擬過程 其中B2為汽提塔，1為原料進(jìn)料冷物流，與塔釜出料熱物流進(jìn)行熱交換。B4為分離器，10為分離出來的苯和氯苯物流。模擬計算結(jié)果換熱器B1換熱面積 /m24.12熱負(fù)荷 /(MMkcal/hr)0.0759塔頂溫度 / 99.9壓力 / bar1.04氣相采出負(fù)荷 /(Kg/hr)20塔底溫度 /101.3壓力 /bar

6、1.06采出液體量 /(Kg/hr)1512再沸器熱負(fù)荷 /(MMkCal/hr)0.0478汽提塔理論板數(shù)3苯和氯苯回收量苯 /(kg/hr)1.53氯苯 /(kg/hr)1.225. 汽提塔主體設(shè)計5.1 塔徑的計算 體積流量 Vs0.00118.314375/1100.0312m3/s 再由 計算塔徑 該體系可取經(jīng)驗數(shù)據(jù)u0.6m/s，代入數(shù)據(jù)，得到D0.26m，圓整得D0.3m5.2 填料層高度的計算填料層的高度用等板高度法計算HNPHETPNPNT/由Aspan plus模擬計算結(jié)果，NT3，取塔效率為70則 NP3/0.74.3由經(jīng)驗數(shù)據(jù)，取等板高度HETP0.3m代入上式H4.3

7、0.31.3m即填料層的高度為1.3米。 6. 經(jīng)濟(jì)核算6.1直接投資類別費用/元汽提塔30000換熱器4400泵2000分離器4600合計410006.1.1 設(shè)備投資（PC）6.1.2 工廠直接投資(TPDC) 類別費用/元Equipment Purchase Cost (PC)41000Installation(安裝費)5000Process Piping(管線)0.35 PC14350Instrumentation(儀表費用)0.60 PC24600Insulation(保溫費用) 0.03 PC1230Electrical(電費) 0.15 PC6150Buildings（建筑）0.

8、75 PC30750Yard Improvement0.15 PC6150Auxiliary Facilities(輔助車間) 0.10 PC4100合計（TPDC）1333306.1. 3 工廠間接投資(TPIC) 類別費用/元Engineering(設(shè)計費)0.25TPDC33332Construction(建設(shè)費)0.35TPDC46665合計（TPIC）80000TPC=TPDC+TPIC=133330+80000=213330(元)6.1.4工廠總投資（TPC）6. 1.5 其他費用 類別費用/元Contractors Fee（股東分紅）0.05TPC10666Contingency

9、（應(yīng)急費用）0.10TPC21333合計320196.1.6 直接投資（Direct Fixed Captial） TPC+其他費用=213330+32019245329（元）6.1.2 年操作費用（Operating Cost Estimation）類別費用/元Raw Materials(原材料)0Labor-Dependent(人力相關(guān)費用)120000Equipment-Dependent(設(shè)備相關(guān)費用)5000Laboratory/QC/QA(實驗室)5000Consumables(消耗品)5000Waste Treatment(廢物處理)0Utilities(公用工程)60000Tr

10、ansportation(運輸)0Miscellaneous(雜項)0Advertising and Selling(廣告銷售)0Running Royalties(運行許可費)0Failed Product Disposal(次品處理費)0合計1950006.1.3 利潤分析（Profitability Analysis） 全年1.2萬噸廢水，其中含水中苯質(zhì)量濃度為5001000mg/L,氯苯的質(zhì)量濃度為100800mg/L，各種組分按平均濃度計算。每年可回收苯： 回收氯化苯：其收入見下表：產(chǎn)品年產(chǎn)量/噸單價/(元/噸)收入/元苯12700084000氯苯9.6900086400合計1704

11、006.1.3.1產(chǎn)品效益6.1.3.2 利潤分析 直接投資： 24.5萬元 年操作費用： 19.5萬元 年收入： 17.0萬元 年投資： 2.5萬元 氯苯車間需直接投資24.5萬元，此外每年還需要繼續(xù)投資2.5萬元。6. 2 能量估算 原工藝耗能：93.3314282+54.7887548+4.2214e-05=148.12（kw）原工藝一年內(nèi)耗能：4.22109kJ改進(jìn)后工藝耗能：55.55kw改進(jìn)后一年內(nèi)耗能：1.60109kJ與原工藝相比，一年內(nèi)節(jié)省能量：2.62109kJ6.3 社會效益 用傳統(tǒng)方法包括吹脫法、沉淀法、吸附法、精餾法處理氯化苯廢水投資巨大，回收率低，處理后廢水不能達(dá)標(biāo)

12、排放，并且處理后廢水中還含有一定的苯及氯化苯，因而給后續(xù)處理工藝帶來一定的困難。使用汽提回收法可有效處理氯苯廢水，大量回收了其中的苯、氯化苯及二氯苯等有用化工原料，苯及氯化苯的去除減少了對污水生化處理的危害，處理后廢水達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)了污染物的資源化及氯化苯的清潔生產(chǎn)，為污水處理廠全面實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放提供了前提保證，具有很大的社會效益。 7 結(jié) 論 通過對不同方法的技術(shù)和投資費用的比較，選定了用汽提法來回收氯化苯廢水中的苯及氯化苯，并設(shè)計了汽提法回收氯化苯廢水的廢水處理工藝； 用Aspen Plus軟件模擬汽提法回收氯化苯廢水中苯和氯化苯，在排放氯苯廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)前提下，進(jìn)行了一定的優(yōu)化，大大降低了能耗，減少了所需的理論板數(shù)。此外，回收了廢水中的苯和氯苯，創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟(jì)效益，降低了投資費用。 用Aspen Plus流程模擬軟件模擬汽提法回收氯化苯廢水中苯和氯化苯所得出的結(jié)果是合理的，對項目的實施具有很大的使用價值； 用superpro的思想對項目進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)核算