煤气吹脱解析法处理一百万吨焦化厂剩余氨水工艺设计

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摘 要

焦化厂剩余氨水是冶金钢铁行业含氨氮较高的污染源。国内焦化厂为脱除剩余氨水中的氨氮，一般均采用传统的直接蒸汽汽提蒸氨法，蒸氨废水经生化处理后循环使用或外排。但此方法存在成本高，能耗大，脱除率较低，生化处理负荷大等问题，而且长期以来国内氨氮一直未达到国家废水处理的排放标准。因此，迫切需要对焦化厂除氨氮的方法进行改进，使之更符合节能、环保技术经济的要求。

本文利用“煤气吹脱解吸法”中试所得到的最佳数据设计了一条煤气吹脱解析法处理100万吨焦化厂剩余氨水的工艺，利用硫氨工段后的贫氨煤气对剩余氨水进行吹脱，吹脱后的富氨煤气再送到硫氨工段脱氨，从而达到对剩余氨水的处理效果。采用的都是一些较新型的设备，如陶瓷膜过滤器，漩流式反应器，吹脱塔等。而且与传统直接蒸汽蒸氨法相比．具有运行成本低、工艺简单、便于操作等优点。以及与A2/O生化处理工艺的适应性，取得了较好的效果，经处理后的废水中氨氮的脱除率达到95%以上，大大减轻了A2/O法的负荷，为焦化剩余氨水的综合处理指出了一条新路线。

关键词： 剩余氨水； 煤气吹脱解吸法； 氨氮的去除

I

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Abstract

Surplus ammonia water of Coking and Chemistry Plant is the metallurgical steel trade pollution sources higher in ammonia nitrogen content. Domestic Coking and Chemistry Plant in order to remove ammonia nitrogen from surplus ammonia water, adopt traditional direct steam stripping , steam ammonia law generally, steam the ammonia waste water is recycled after biochemistry deal with or discharged . But this method exists high costs , energy consumption heavy, low removal rate , biochemistry handle load problem such as being heavy , and domestic ammonia nitrogen did not reach national discharge standard of waste water treatment for a long time. So, the method of ammonia nitrogen removal needs to improve in Coking and Chemistry Plant urgently and make it accord with the demands for energy-conservation , technological economy of environmental protection even more.

This text use the the best data gain from \the coal gas blow-denitrogenation and adsorption stripping \having designed a handicraft of %use the coal gas blow -denitrogenation and adsorption stripping \handle the surplus ammonia water of one million tons of coking factory . Make use of the coal gas from sulfur ammonia project blow-denitrogenation the surplus ammonia water, then the rich ammonia coal gas boasting delivers to sulfur ammonia project again to take off ammonia, To reach the treatment effect to surplus ammonia water thereby. Adopted some late-model equipment,eg : Ceramic filter , Eddy stream style reactor , Boast tower , and so on . Have the merit of low working cost , simple handicraft and easy to handle. And handle the adaptability of the craft with A2/O biochemistry , make better result. The removal rate of the ammonia nitrogen is more than 95 percent in the waste water after it is dealt with that \adsorption stripping \great load of lightening A2/O law, to found a new route for the comprehensive treatment of surplus ammonia water of coking.

Keyword： surplus ammonia water; coal gas blow-denitrogenation and adsorption

stripping; ammonia nitrogen removal

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目 录

1 总论 ...................................................................................................................................... 2

1.1 概述 ............................................................................................................................. 2 1.2 剩余氨水的来源，特点及质量组成 ......................................................................... 2 1.3 车间规模组成及主要装备水平 ................................................................................. 3 1.4 节能技术与环保 ......................................................................................................... 3 1.5 主要技术方案综述 ..................................................................................................... 3

1.5.1 主要技术的叙述 ................................................................................................ 3 1.5.2 吹脱工艺流程，设备及其特点 ........................................................................ 4 1.6 设计的依据 ................................................................................................................. 5

1.6.1 数据依据 ............................................................................................................ 5 1.6.2 试验依据 ............................................................................................................ 5 1.7 设计存在的主要问题及处理 ..................................................................................... 5 2 吹脱法处理剩余氨水工艺论述 .......................................................................................... 7

2.1 目前国内外吹脱法的现状 ......................................................................................... 7

2.1.1 吹脱技术净化石油污染地下水 ........................................................................ 7 2.1.2 吹脱法处理中低浓度氨氮废水 ........................................................................ 7 2.1.3 氧化吹脱－离子交换处理2－萘酚生产废水 ................................................. 7 2.1.4 超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废水 ............................................................ 8 2.1.5 超重力法吹脱氨氮废水技术 ............................................................................ 8 2.1.6 吹脱法脱除炼油厂含硫化氢废水 .................................................................... 9 2.2 目前国内外剩余氨水的生化处理方法 ................................................................... 10

2.2.1 传统工艺脱氮法 .............................................................................................. 10 2.2.2 A/O(缺氧/好氧)脱氮工艺 ............................................................................... 11 2.2.3 A2/O法 ............................................................................................................. 12 2.2.4 氧化沟硝化脱氮法 .......................................................................................... 13 2.2.5 SBR法（间歇曝气活性污泥法） .................................................................. 14 2.2.6 短程（或简洁）硝化反硝化法 ...................................................................... 14 2.2.7 同时硝化反硝化 .............................................................................................. 15 2.2.8 厌氧氨氧化 ...................................................................................................... 15 2.3 研究方案的选择 ....................................................................................................... 16 2.4 煤气吹脱法工艺叙述 ............................................................................................... 17

2.4.1 剩余氨水处理工段工艺原理及处理方法 ...................................................... 17 2.4.2 工艺流程的选择比较 ...................................................................................... 17

III

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3 设备选型与计算 ................................................................................................................ 19

3.1 概述 ........................................................................................................................... 19 3.2 物料衡算 ................................................................................................................... 20 3.3 热量衡算 ................................................................................................................... 20 3.4 设备的设计与计算 ................................................................................................... 21

3.4.1 吹脱器的设计 .................................................................................................. 21 3.4.2 贮罐的设计 ..................................................................................................... 29 3.4.3 其他设备的计算与选择 .................................................................................. 29 3.5 管路的计算 ............................................................................................................... 31 4 总图运输 ............................................................................................................................ 33

4.1 概述 ........................................................................................................................... 33 4.2 车间位置 ................................................................................................................... 33 4.3 总平面布置 ............................................................................................................... 33 5 其它专业的设计要求 ........................................................................................................ 35

5.1 土建 ........................................................................................................................... 35 5.2 电力及照明 ............................................................................................................... 36 5.3 工业仪表 ................................................................................................................... 37 5.4 采暖通风 ................................................................................................................... 38 5.5 给水排水 ................................................................................................................... 39 6 环境保护 ............................................................................................................................ 41

6.1 概述 ........................................................................................................................... 41

6.1.1 原来蒸氨法对环境的影响 .............................................................................. 41 6.1.1 现在吹脱法的优点 .......................................................................................... 41 6. 2 绿化设计 .................................................................................................................. 42 7 效益分析 ............................................................................................................................ 43

7.1 环境效益 ................................................................................................................... 43 7.2 经济效益 ................................................................................................................... 43 结 论 ........................................................................................................................................ 45 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 46 致 谢 .................................................................................................. 错误！未定义书签。

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前 言

最近几年，科技日新月异，经济迅速发展，特别是我国，基础建设规模日益庞大，钢铁用量则空前增长，用于炼钢炼铁原料的焦碳自然用量剧增。随之而来的是一系列环境问题，如温室效应、光化学烟雾、江河湖水污染变臭、噪音污染等问题正威胁着人类和社会的健康发展。因此，优化工厂生产工艺流程，减少污染物排放量，积极治理环境污染已经是刻不容缓。

在这些环境污染中，水污染是一个重要的因素。而含氮废水的量一般较大，而且含氮废水中的氮容易造成水体富营养化，导致水质恶化，大量水生生物死亡。

焦化废水的来源主要有3部分：煤干馏煤气冷却过程中产生的剩余氨水；煤气净化过程中产生的煤气终冷水及粗苯分离水；焦油、粗苯等精制过程中产生的污水。其中剩余氨水的污染量占总污染量的一半以上，它既是焦化污水的主要来源，同时又是冶金钢铁行业含氨氮较高的污染源。剩余氨水中主要含有煤焦油、酚、氰化物、挥发氨和固定氨、硫化氢以及少量的含锗化合物，在排放到自然界之前，这些物质都必须进行回收处理，以免造成环境污染。焦化厂废水中的氨和铵盐，对金属设备和管道有腐蚀作用，并影响生物脱酚的正常操作，直接排放又严重污染环境。如何寻找一条脱除氨氮，并配合切实可行的生化方法，是各企业急于探求的目标。

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1 总论

1.1 概述

国内焦化厂中，为脱除剩余氨水中的氨，一般都采用传统的直接蒸汽汽提法蒸氨，蒸氨废水经生化处理后循环使用或外排。但是此法存在蒸汽耗量大，设备腐蚀严重和操作费用高等问题。许多焦化厂也都建有蒸氨装置，但由于存在蒸汽不足，设备腐蚀和堵塞等问题而长期未开工。剩余氨水不经任何处理，直接送生化装置处理后外排。致使生化装置因进水的污染物含量高，而难以达到理想的处理效果，造成外排水多项指标长年超标排放。

焦化废水的来源主要有3部分：煤干馏煤气冷却过程中产生的剩余氨水；煤气净化过程中产生的煤气终冷水及粗苯分离水；焦油、粗苯等精制过程中产生的污水。其中剩余氨水的污染量占总污染量的一半以上，它既是焦化污水的主要来源，同时又是冶金钢铁行业含氨氮较高的污染源。废水中氨氮的处理技术一直是各国学者研究的热门课题。脱氨方法有很多，目前在工业上应用的主要有蒸氨法、吹脱法、生物脱氮法、折点加氯法、离子交换法、烟道气治理法等等。生物脱氮法适用于处理含有机物的低氨氮浓度废水，该法技术可靠，处理效果好，主要应用于化工废水和生活污水的处理。对于高浓度无机氨氮废水，如化肥废水、催化剂废水，目前工业应用较多采用吹脱法。国内焦化厂为脱除剩余氨水中的氨氮，一般均采用蒸氨法。

考虑到本设计在技术和经济上的合理性，有必要进行设计之前的技术资料准备工作，以蒸氨工艺为参考，考虑预处理后的生化处理的联运，从工艺，设备及相关资料普查入手，经计算整理，设计一条利用煤气吹脱解析法处理100万吨焦化厂剩余氨水的工艺道路。由中试“煤气吹脱解析法处理剩余氨水”的试验结果可知，吹脱法处理的剩余氨水明显减轻了生化处理装置的负担，生化出水的水质也得到了明显的改善，外排水水质全部达标。而且大大降低了蒸汽耗量，降低工艺生产费用。

1.2 剩余氨水的来源，特点及质量组成

在焦炉煤气初冷过程中形成了大量氨水，其中大部分用做循环氨水喷洒冷却集气管的煤气，多余部分称剩余氨水。剩余氨水组成与焦炉操作制度、煤气初冷方式、初冷后煤气温度和初冷冷凝液的分离方法有关。其一般组成范围见表1.1 。

表1.1剩余氨水组成表

组 成, 克/升

[1]

[1]

初冷工艺

初冷后煤气温度℃

全氨

挥发氨

CO2

H2S

HCN

酚

吡啶

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煤气的初冷 初冷冷凝液单独

分离 初冷冷凝液与集气管循环氨水混

合分离 硫铵流程 氨水流程 煤气直接初冷 初冷循环氨水与洗氨氨水混合分

离

30~40

7~9

6~8

2~4

1~3

0.1~0.2

1~2 0.2~0.4

30~40 20~25

2~5

1~2 2~3

1~2 1.5~3

0.2~2 0.5~2.5

0.04~0.14 0.1~0.2

25~30 4~6 0.4~1.4 0.1~0.24

1.3 车间规模组成及主要装备水平

本工艺适用于硫铵车间，用来取代蒸氨工艺，装备水平为100万吨焦化厂硫铵工段装备水平。

1.4 节能技术与环保

煤气吹脱解析法脱氨氮比蒸氨法脱氨成本要低，蒸氨法的直接气耗量为160～200公斤/米3原料氨水，按市场平均价格算，每吨蒸气的价格约为90元人民币，也就是说每处理一吨氨水，光消耗蒸汽就要花费18元。按60万吨焦化厂计，仅耗蒸汽约300万元。采用煤气吹脱法，通入的是焦化厂本身就产生的焦炉煤气，利用焦炉煤气本身的热量和余压对剩余氨水进行吹脱。节约了能源，保护了环境，降低了成本。

另外，蒸氨法工艺流程较复杂，设备较大。而煤气吹脱解吸法工艺流程简单，与整个水处理工艺能联运循环。

总之，煤气吹脱法比蒸氨法成本明显要低，工艺要更为合理优化。

1.5 主要技术方案综述

1.5.1 主要技术的叙述 [8]

当废水中含有可挥发性物质(如硫化氢、氨气等)时，可以用向废水中通入蒸汽的方法将之提取出来，这就是“吹脱”，带出来的挥发性物质可以通过适当的方法加以回收利用。

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氨氮的去除率是指通过处理，从废水中除掉的氨氮的量占原废水中氨氮总量的百分比。

废水中的氨氮多数是以铵离子(NH4+) 和游离氨(NH3) 的状态存在，并且它们之间存在如下的平衡关系：

???NH3?H2O?????NH4??OH NH3?H2O????显然，游离氨的浓度与废水的pH 值有关系,pH 值越高，游离氨的浓度越高。常温时，当PH值为7左右时氨氮大多数以铵离子状态存在，而PH为11左右时，游离氨大致占90％。

当水的PH值升高，呈游离状态的氨易于逸出。若加以搅拌，曝气等物理作用更可促使氨从水中溢出。在实际工程中，大多采用吹脱塔。吹脱塔的构造一般采用气液接触装置，通常以石灰作为碱剂处理，经石灰调节PH值后的水从塔的上部淋撒到填料上而形成水滴，而下部的煤气鼓泡而出与水逆流接触，完成传质过程，使氨由液相转变为气相，随煤气而出，完成吹脱过程。

吹脱是一种对流传质过程，根据有效膜理论，其推动力是溶质组分的液相浓度与气相浓度差，根据资料，常温下氨水系统的平衡方程式为：

Y＝1.2X （1.1）式中：Y――氨在空气中的摩尔分率； X――氨在水中的摩尔分率

由上式可以计算出，当氨氮去除率达到95％时的最小气液比为0.79，即气液比为980：1，由于氨吹脱属气相阻力控制，因此通常情况其实际生产过程的气液比可能还要大。

1.5.2 吹脱工艺流程，设备及其特点

本工艺流程大致为：于剩余氨水中投入碳酸钠，调节耗PH值后流经漩流式反应器，经反应后进入吹脱塔与煤气进行逆流接触，脱氨后用鼓风机抽至硫氨工段。

本工艺流程中煤气的走向大体上可以说是一个循环的过程，即利用硫氨工段后的贫氨煤气对剩余氨水进行吹脱，吹脱后的富氨煤气再送到硫氨工段脱氨，从而达到对剩余氨水的处理效果。采用的都是一些较新型的设备，如陶瓷膜过滤器，漩流式反应器，吹脱塔等。而且与传统直接蒸汽蒸氨法相比．具有运行成本低、工艺简单、便于操作等优点。

吹脱塔的形式有填料塔，筛板塔等。废水自塔顶喷下，煤气自塔底通入，在塔内废水与煤气进行逆流接触，废水吹脱后从塔底经水封管排出，自塔顶排出的气体进入到下一工段。单位时间吹脱的气体量，正比于气液两相的浓度差（或分压差）和两相的接触面积。

即 G＝K·A·△C （1.2）

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式中：G――为单位时间内由水中吹脱的气体量； A―― 为气液两相的接触面积； K―― 为吹脱系数

1.6 设计的依据

1.6.1 数据依据[1]

本设计题目为煤气吹脱法处理100万吨焦化厂剩余氨水的工艺设计。由文献[1]可知，标准状态下煤气处理量Q如下。

Q＝W×1.07Mg （1.3）式中 ：W――装炉干煤量，吨/时；

1.07――焦炉紧张操作系数； Mg――煤气发生量，标米3/吨干煤

煤气发生量系指1吨干装炉煤产生的标准状况下的干煤气体积。通常在洗苯塔后测出，故实际上不包括焦炉损失的煤气量。

煤气发生量波动于285～420标米3/吨干煤，约相当于装炉干煤重量的15～19％。它随煤料的挥发分而变。本设计中Mg取340标米3/吨干煤。

则可得 W＝100÷0.75=133万吨/年＝0.36万吨/天＝151吨/时. Q＝151×340×104

＝5.1×108标米3/时

而剩余氨水量W为10～11％的干煤量。 W＝133×0.1 ＝13.3万吨/年

1.6.2 试验依据

设计之前我们在武钢燃气厂气柜车间进行了煤气吹脱解析法处理剩余氨水的中试试验，由正交试验取得的最佳试验数据，以及出于对工业环保，经济等诸多因数的考虑选取设计依据为下表1.2。

表1.2 试验所得最佳数据

气液比 600：1

吹脱时间 120min

PH值 10.2

温度 80℃

1.7 设计存在的主要问题（或遗留问题）及处理

由于设计者能力和设计时间的有限，至使设计过程中出现的一些问题，具体如下： 1、由于设计的主要依据为“煤气吹托解析法”的中试试验。中试所用的煤气吹托

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盘设计比较粗糙，所用的孔径，开孔大小等，可能还没有达到最佳设计，应此试验所得的最佳气液比可能还会减小。也就是说，凡是和煤气有关的设计部分，设计的大小可能都有偏大。

2、反应器的保温采用的是夹套加热，应此，由设计参考资料塔径不能过大，导致吹托塔体过高，从而吹托煤气的动力要求也较大。以后的研究可以尝试选用其他的保温方法，增大塔径，降低塔高，减小煤气动力要求。

3、经过吹脱的煤气，本来温度可以不用要求到45℃，因为如果直接送往硫铵饱和器的话，温度降到60℃就足够了，但是如果这样的话，对于整个硫胺工段又涉及到了一个水平衡的问题，而使整个硫铵车间的反应条件都要依其作出一定的调整。整个工程调节过大，所以把吹脱后的煤气送往鼓风机前。以后的设计可以考虑在本设计的基础上向这个方向设计。

3、煤气吹脱解析法处理剩余氨水的中试试验中，为了和后面的A2/O相匹配，我们选用的助脱除剂为碳酸钠，但是试验中我们发现如果选用碳酸钠，投碱量会比较大，于经济和简便方面都不是很合适，因此，本设计中选用氢氧化钠。

4、中试装置的冷凝部分，我们设计的是蛇管形式，但是实际的试验中发现蛇管固然可以达到一定的冷凝效果，但是应此所需要的塔体部分高度过高，因此在本设计中，设计的是列管式，许多部分都可以按照标准件来设计，冷凝塔体部分高度减少了不少。

5、中试试验中发现煤气带雾现象比较严重，因此在设计中，加入了抽雾层，确保吹脱效果。

6、本设计开始时冷凝部分使用的冷凝水是16℃的冷却水，换热后温度达到35℃。后来注意到采用16℃的冷却水，消耗比较大，因此设计过程中又改为32℃的冷却水。但是经计算当采用32℃冷却水时所需要的还热面积又会增大，而且煤气吹托的动力要求也会增大，所以最终确定冷凝水为16℃的冷却水。考虑到处理后的剩余氨水到生化前也需要冷却，但要求并不高，因此设计用这里的35℃的出水来冷却处理后的剩余氨水。

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2 吹脱法处理剩余氨水工艺论述

2.1 目前国内外吹脱法的现状

2.1.1 吹脱技术净化石油污染地下水

在石油污染水中，大多数污染水为石油裂解产物或带有各种官能团的烃类衍生物，和NH4+－N 等污染物质，采用吹脱技术，可以较容易实现以下效果：(1)有效降低出水中油含量，随着气水比的增加，吹脱出水中油含量逐渐降低，可去除石油类有机物中绝大部分挥发性组分。(2)吹脱时，非离子氨(NH3 )从液相进入气相，从而使水中NH4+－N浓度降低。(3)吹脱对高锰酸钾指数的去除率较低，说明在吹脱掉的石油类污染物中，绝大部分是不可被高锰酸钾氧化的有机物质。吹脱还能增加水中的溶解氧，为后续的生物处理提供充足的溶解氧。

[8]

2.1.2 吹脱法处理中低浓度氨氮废水

废水中的氨氮大多以氨离子(NH4+) 和游离氨(NH 3)的形式存在。当水的pH 值升高时，游离态氨易于逸出。采用搅拌、曝气等方法可加快氨的逸出。采用吹脱塔和气液接触装置，经石灰调节pH值后的水从塔的上部淋洒到填料上而形成水滴，顺着填料的间隙次第落下，与由风机从塔底向上或水平方向吹送的空气逆流接触，完成传质过程； 氨由液相转为气相，随空气排放，完成吹脱过程。

2.1.3 氧化吹脱－离子交换处理2－萘酚生产废水

2－萘酚生产废水是高盐、高COD、高色的化工废水，传统物化与生化法无法处理， 可采用氧化吹脱－离子交换组合工艺方法，首先氧化吹脱废水中的亚硫酸盐，然后分离富集废水中萘磺酸盐并加以回收利用，处理后的废水可回用为洗涤液和回收硫酸钠。显著降低处理费用，力求做到废水资源化，是治理此类废水的关键。工艺流程如图 2.1。

废水氧化吹脱结果表明，在弱酸性条件下，亚硫酸以氧化为主，当PH小于3时，SO32一转化成SO2而被吹脱去除，此时COD氧化去除速率明显高于弱酸PH条件下的氧化速率。但在经过5h氧化吹脱反应后，弱酸与酸性PH条件下的氧化吹脱速率基本重合，废水COD去除率达到最大值。因此该处理212艺方案适宜对高含盐量，尤其对采用磺化反应而产生的高色度、高含盐量、高COD值的染料中间体化工废水的治理。

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回收硫酸钠 吹脱氧化 精密过滤 离子交换 沉淀过滤 加NAOH 用洗涤液 洗涤液回用 图 2.1氧化吹脱－离子交换处理2－萘酚生产废水工艺流程

2.1.4 超声波吹脱技术处理高浓度氨氮废水

超声波吹脱技术可以克服一般方法中吹脱效果低，NH4+－N的去除率只有40％～50％，不能达标排放的缺点。其原理是利用超声波辐射被处理废水，使水分子承受交替压缩和扩张，产生空化气泡，加强NH3的挥发和传质效果，使其更容易由液相转为气相。因产生超声波的动力是压缩空气，空气进入废水中能及时将NH3带出水面，以保持气液二相中NH3的分压差，从而获得吹脱NH3的高效率。工艺流程如图2.2。

图 2.2 超声波吹脱法处理高浓度氨氮废水工艺流程

本方法大大提高吹脱效率，降低供气量，节省动力消耗，缩短了吹脱时间，从而缩小了吹脱塔的体积，降低投资；吹脱效率比传统吹脱技术的脱氮率高17％～164％；其对废水中的COD也有明显的去除效果；吹脱后的尾气可以通过盐酸溶液吸收，制成高浓度的NH4Cl溶液，作为原料返回生产系统。

2.1.5 超重力法吹脱氨氮废水技术

利用旋转填料床产生强大离心力场一超重力场，可使气液流速与填料的比表面积提高而不产生液泛，氨氮废水在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气

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体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，强化了传质过程。这种特殊强化传质作用，大幅度提高吹脱能力和吹脱效率，有效地实现氨氮废水的吹脱，在PH值为10.8，气液比1200m3/m3的操作条件下，氨的单程吹脱率达到95％。

该技术特点：(a) 传质系数大幅度提高，在气液比为传统吹脱法l/4左右时即可达到同样的吹脱效果，降低了运行费用，吹脱后空气中氨的浓度高，易于回收利用。(b) 气液在床层中的流速加快，湍流加剧，污垢及好氧生物和藻类不易沉积在填料层中，保证设备的长期正常运行。(c) 由于传质过程的强化，使得设备体积缩小，重量减轻，设备及基建费用减少。(d) 过程放大容易，开车、停车时间短，在数分钟内就能达到稳定运行状态，更适合间断氨氮废水排放的处理。

2.1.6 吹脱法脱除炼油厂含硫化氢废水

炼油厂从冷凝器排出的废水中，含有大量石油及硫化氢，具有很强的腐蚀性，其中硫化氢的存在形式因pH 值不同而异，处理时一般先酸化至DH < 5 以后，再用吹脱法除去。工艺流程图如图 2.3。

贮油池 加酸设备 硫酸车间 废水 废水 除油池 热水贮池 吹热水池 渣 池 净化后废泵 脱塔 冷却补充新鲜中间水槽 塔 排污水 图 2.3 吹脱法脱除炼油厂含硫化氢废水工艺流程

吹脱技术还可脱除其它一些气体和物质。

1）由于二氧化碳不会引起大气污染，故可在吹脱池内进行。

2）在选矿废水中，氰化物主要以氰化钠形式存在，它是一种强碱弱酸盐，在水溶液中易水解为氰化氢，加酸可促进水解反应的进行。生成的氰化钠用吹脱法脱除后，再用NaOH碱液吸收，可回收氰化钠，重新用于生产。如采用真空闭路循环系统，可使输送氰化氢气体的管路处于负压下，可防止漏气中毒，还可避免新鲜空气中所含CO2，对碱液的消耗。

3）利用空气吹脱的方法对水中的三氯乙烯、氯苯、l，3一二氯苯都有好的去除效

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果，去除率为30％～85％，去除效果随温度的升高而增加。

2.2 目前国内外剩余氨水的生化处理方法

2.2.1 传统工艺脱氮法

该工艺以氨化、硝化、反硝化三项反应为基础，流程如图2.4。

[9]

图2.4 传统工艺脱氮流程

从图上可看出，I、Ⅱ、Ⅲ分别完成氨化、硝化和反硝化作用，加碱是为了保持硝化所需的偏碱环境，加甲醉是为了提供反硝化所需的碳源。此系统有下列优点：氨化、硝化、反硝化分开进行，氧化速度高，污泥负荷率可达1.4mgN/gMLSS·h；不同性质污泥在不同沉淀他分离和回流，运行方便，灵活性大，效果较好。缺点：处理设备多，造价高；由于投加甲酵而带来的BOD5(生化需氧量)需在系统后设曝气池和沉淀池除去。

在实践中，也常采用单级脱氯系统，此系统仅有一个沉淀池，流程简单，设备少，稳定性和效果可能有不足之处，但由于该系统可达到脱氯处理要求，且经济实用，管理方便，故常采用。流程如图2.5。

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图2.5 单级脱氮流程

2.2.2 A/O(缺氧/好氧)脱氮工艺

传统工艺流程BOD5去除和脱氯效果良好，但流程长，构筑物多，基建费高，需外加碳源为了克服此缺点，在80年代开创了A/O工艺流程，如图2.6。

图2.6 A/O脱氮流程

从图2.6中可看到，反硝化菌利用原废水中的有机物作为碳源，将回流混合液中大量的NO2－N还原成N 2。从达脱氯目的。在好氧池中同时进行生物氧化、氨化和硝化。因此此工艺有以下优点：流程简单，构筑物少；不需外加碳源；缺氧池中残留的有机物在好氧池中得到进一步去除，提高了出水水质；有机碳在缺氧他被利用，减轻了好氧池的负荷，同时，缺氧池产生的碱度可补偿好氧他对碱度的需求。

该工艺主要缺点是：脱氯效率不高，一般为70%～80%，若欲提高，必须加大内循环回流比R，但这样会导致运行费用加大，同时导致反硝化溶解氧变大，影响反硝化过程。

A/O工艺影响因素较多，主要应注意：

1)水力停留时间HRT：一般要取得70%～80%的脱氮率，HRT硝化＞6h，HRT反硝化＜2h，否则，脱氮效率下降。

2)进入好氧池BOD5＜80 mg/L，否则导致异氧型细菌迅速繁殖，自氧型细菌得不到优势不能成为优占菌种，则硝化反应无法进行。

3)好氧池中DO(溶解氧)控制在2mg/L左右，并要满足氧化1gNH3－N需4.57g氧。 4)最佳pH值：硝化池中保持8.0～8.4，反硝化池为6.5～7.5。

5)硝化池最佳温度为20～30℃，反硝化为20～40℃，低于15℃时，速率都将下降。 6)污水中溶解性BOD5/NOX－N值应大于4，否则反硝化速率下降，此时应加有机碳源。

7)混合液回流比R一般取值200%～500%，此时脱氮率为70%～80%。

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4）煤气出口管

V＝9.28×103m3/h＝2.58 m3/s 取 u＝20 m/s d＝V2.58?＝0.412m

0.785u0.785?20取公称直径为400mm的钢管?426×9mm

4V4?2.58则实际流速为 u＝2?＝19.9 m/s

?d3.14?0.40625）夹套上蒸气进口、出口管

由于夹套是用作保温，应此，入口管和出口管都按照常规取作公称直径为50mm的钢管?57×3.5mm。

6）冷凝水进口、出口管

由冷凝筒体部分的设计可知分两个管室 可知 V1＝V÷2＝181.4 m3/h÷2＝0.025 m3/s 取 u＝1.2 m/s

d＝V0.025?＝0.162m

0.785u0.785?1.2进水管取公称直径为150mm的钢管?159×4.5mm

4V4?0.025则实际流速为 u＝2?＝1.4 m/s

?d3.14?0.152由上计算得出水管也选公称直径为150mm的钢管?159×4.5mm 7）仪表接口

吹脱器上主要的仪表接口有压力计接口，分析取样口，温度计接口和液位计接口，压力计接口及分析取样口可采用DN15～25带法兰的接管，并附法兰盖；温度计接口可采用DN32或40带法兰的接管，并附法兰盖；液位计可按标准查取。因此设计尺寸如下表3.5。

表3.5 仪表接口尺寸表

压力计接口 温度计接口 液位计接口 窥镜接口

PN10DN25 PN10DN32 PN10DN25 PN10DN150

（8）煤气进气盘的设计

本工艺设计的关键为吹脱器的设计，而吹脱器设计的关键为煤气进气盘的设计，如附图CTQ01－04所示，本吹脱塔有两个进气盘，两个进气盘，结构基本相同，不同点在于一个为底部进气，一个为侧面进气。由煤气吹脱解析法处理焦化剩余氨水的中试试

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验可得，吹脱的效果主要和试验所需的气液比有关，而试验所需的气液比决定于气体的分布情况，如果气体分布均匀，气速稳定，和剩余氨水能接触完全，则所需的气液比会比较小，吹脱效果也比较好。应此这里我们在保证气速的情况下，将进气盘设计为附图CTQ01－04的形式。

煤气进气管的内径，上面已经计算出为300mm，此时相当于把原来的进气管平分为了五到六根。应此以煤气速度大体保持不变为前提，分管的管径Df计算如下。

11?Dz2?n?Df24 4 （3.17）

式中： Dz――总管的直径，mm； Df――分管的直径，mm； n――分管的根数，根 即 Df?11Dz3002=122mm =n6取 Df＝100mm

盘上安上用螺纹连接的莲蓬头，莲蓬头上的小孔是按同心圆排列的，资料显示小孔直径do一般取3～15mm，这里我们选do为6mm。莲蓬头的直径d定为100mm，球面半径取为100mm喷洒角度?＝60℃，莲蓬高度y＝50mm。开孔排列安照正三角形法，孔间距t取10mm。则由上述设计，参看图CTQ01－04可得一个莲蓬头上可开孔61个。

现在估算一下小孔的个数，公式同（3.17）。 不过这里Df＝6mm，计算得n＝2500为开孔个数。 莲蓬头个数N＝2500÷61＝41个

如果假设，莲蓬头在吹托盘得大圈上以15°的角度差均布，在吹脱盘的小圈上以20°的角度差均布，则共可分部42个。同上面的计算相近，假设成立。

可按上面的假设来布置莲蓬头。 （9）氨水分布盘的设计

一般来说，液体喷淋装置的作用是为了有效的分布液体，当液体喷淋装置设计不合理时，煤气和剩余氨水的接触可能达不到要求，致使分离效果降低，选择和设计液体喷淋装置的原则是能使氨水能均匀地分散开来，同时结构简单，制造很检修方便。

剩余氨水的进口管径上面已经算出为70mm，盘上安装用螺纹连接的莲蓬头，莲蓬头上的小孔按同心圆排列，资料显示小孔直径do一般取3～8mm，这里我们选do为4mm。莲蓬头的直径d定为50mm，球面半径取为50mm喷洒角度?＝60℃，莲蓬高度y＝25mm。开孔排列安照正三角形法，孔间距t取5mm。则由上述设计，参看图CTQ01－05可得一

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个莲蓬头上可开孔61个。

现在估算一下小孔的个数，公式同上（3.17）。 不过这里Df＝4mm，计算得n＝306为开孔个数。 莲蓬头个数N＝306÷61＝5个

由上面的计算可得，莲蓬头在吹托盘上以72°的角度差均布，可按上面的计算来布置莲蓬头。

3.4.2 贮罐的设计

槽是用来储存物料准备反应的，因此需要在保证正常生产的条件下，对物料进行储备，根据实际生产过程中的物料储备情况，保证储存的物料能提供一个的生产需要。

本工艺中设计有四个贮罐，分别为卸碱槽，碱液贮槽，碱液高位槽，废水槽。 1）卸碱槽

卸碱槽采用卧式贮罐，由于需求量大，来源方便，贮存量为一天到两天即可。若以两天计，本工艺确定的吹脱PH为10.2。原水的PH大约为9.30～9.40之间。需求量W＝24×15.3×6×2＝4406.4Kg，那么，采用40％的工业用碱，所需体积V＝4406.4÷400＝11m3 ，取蒸VN＝10 m3，由文献[4]尺寸取DN＝1400mm，L＝7000mm。

2）碱液贮槽

为了防止碱液的接块等问题，贮槽内有加热设备，所以选用立式贮罐。体积应该和卸碱槽相同，VN＝10 m3，由文献[4]尺寸取DN＝2400mm，H＝2585mm。

3）碱液高位槽

高位槽起计量槽的作用，选用立式贮罐。一般来说容积根据每批物料量而定，由于本设计的氨水处理时间为两个小时，这里就定为两个小时的量，W＝0.46 m3。

由文献[4]取DN＝800mm，H＝1390mm，VN＝0.63 m3。 4）废液槽

废液槽采用的是卧式贮罐，作中间贮罐用。一般容积NV取3m3即可，由文献取DN＝1200，L＝2400mm。

3.4.3 其他设备的计算与选择

本工艺中的主要设备除了吹脱器，贮罐以外，还有陶瓷膜过滤器，废液冷却器，漩流式反应器，泵，鼓风机。这些设备的选择和计算如下：

1) 陶瓷膜过滤器。

剩余氨水的处理量为15.3m3/h，除油设备我们选用萍乡市庞泰化工填料有限公司制造的PT963过滤器（专利号：ZL01249774.6）。过滤器选用两台，一台备用。由流量我们选择PT963GB0型过滤器。

2）废液冷却器

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废液量和原水量大约相同为15.3m3/h，初始温度为80℃，本工艺使用吹脱塔冷凝段的出水来的35℃冷凝废液流量为181.4℃。换热器本工艺选用固定板式换热器（系列号：JB/T4715－92）

3）漩流式反应器

漩流式反应器即为固定铵盐反应装置，此装置为一种体积小、耗能低、液体旋流混合均匀、结构合理、固定铵盐转化率较高的反应器。为王光华老师的专利产品。其结构示意图如下图3.1。

图 3.1 漩流式反应器的结构示意图

1 入口 2 法兰热 3 载体夹套 4 流体反应通道 5 旋流板 6 热载体通道 7排液孔 8热载体入口 9 出口 10 热载体出口

4）泵

泵分为碱液下泵，碱计量泵，和废液泵。

由于所输送的液体都具有腐蚀性，所以应选用F型耐腐蚀泵，根据流量要求和实际扬程要求。碱液下泵选用40F－16A型号泵，额定流量为6.55 m3/h，扬程为12m；碱计量泵选用40F－16型号泵，额定流量为7.2 m3/h，扬程为15.7m；废液泵选用50F－16A型号泵，额定流量为13.1 m3/h，扬程为12m，符合工艺要求。

5)鼓风机

由压力计算我们已经知道，硫氨工段鼓风机前的煤气压力为－300mm水柱，硫氨饱和器后的煤气压力为1100mm水柱。而由上面吹脱器的计算，吹脱器内液面高度大约为6.9m，冷凝和抽雾层部分合计阻力大约600mm水柱。应此粗算鼓风机所需压力P＝6900＋500－1100－300＝6100mm水柱。并且煤气的流量Q＝154.8m3/min,由文献[1]应

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选用罗茨鼓风机两台，型号为D60×63－160/3500,电动机规格为JS126－6。其额定流量为160 m3/min，静压为3500mm水柱，符合工艺要求。

3.5 管路的计算

本工艺的管路部分主要分为煤气管路，剩余氨水管路，碱液管路，蒸气管路，冷却水管路，五大部分。根据文献[4]各种流体的经济流速如下表3.6。

表3.6各种流体的经济流速

名称

管径 大于800 400～700 300

煤气管道

200 100 80 大于200

饱和蒸汽管道

200～100 小于100

液体压力管道 液体自流管道

―― ――

7 6 4 30～40 25～35 15～30 1.2～2.0 0.3～0.5 经济流速 12～18 10～12 8

[2]

1）煤气管路

本工艺中煤气的的流量要求为9.28×103m3/h。由表3.6所示的经济流速，若取管径为600mm，则计算得煤气流速为9.12m/s,若取管径为500mm，则计算得煤气流速为13.1 m/s，由表3.6所示，选煤气管管径为600mm比较合适。

2）剩余氨水管路

本工艺中剩余氨水的流量要求为15.3 m3/h。由表3.6所示的经济流速为0.3～0.5m/s，选定流速为0.4 m/s，则计算得剩余氨水管道管径为116mm，则取公称直径为125mm的钢管。实际流速为0.35 m/s。

3）碱液管路

本工艺的碱液的流量要求为0.23 m3/h。由表3.6所示的经济流速为0.3～0.5 m/s，选定流速为0.3 m/s，则计算得碱液管道管径为8.2mm，则取公称直径为15mm的钢管。实际流速为0.09 m/s。

4）蒸汽管路

本工艺中的饱和蒸汽只是起到保温的作用，应此需求量并不大，根据工艺要求和依

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表3.6所示，选取经济流量为15 m/s，管径选公称直径为50mm。

5）冷却水管路

本工艺的冷却水要求流量为181.4 m3/h，经济流速选为1.5 m/s，则计算得冷却水管路的管径为216mm，取冷却水管路的公称直径为200mm，则实际的流速为1.62 m/s。

则个管路管径的选择和流速如下表3.7。

表3.7各管路管径及流速

管路名称 煤气管路 剩余氨水管路 碱液管路 蒸汽管路 冷却水管路

公称直径(mm)

600 125 15 50 200

流速(m/s) 9.12 0.35 0.09 15 1.62

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4 总图运输[2]

4.1 概述

厂址的选择是一项综合课题，厂址的好坏，直接影响到建设进度，投资费用，经营效益以及环境保护效果等环节。由于本工艺只是对化产车间原有蒸氨工艺的替代，因此本处主要参看硫铵车间。

4.2 车间位置

本装置的厂址选在公司现有厂区内硫铵车间，公用工程设施依托原有系统。

4.3 总平面布置

一、总平面布置原则

1、本工程贯彻减少占地的原则，将新建装置、配套储运布置、辅助生产设施在新厂区。公用工程和充分依托老厂，不足部分新建。

2、 使各生产环节具有良好的联系，流程简单，避免生产迂回往返； 3、满足生产、卫生、安全、防火、施工等要求。 二、总平面布置方案 界区内设：

汽车装车设施，位于最北； 装置区，位于中部； 新设计的装备，位于西部； 公用设施，位于最南部；

以上各部分，由北到南排列，整齐化一，紧凑布置，同步建设。 总平面位置图见附图MQ02。 三、竖向布置原则

本工程所建装置及配套设施地面设计标高与现有地面标高基本一致，土石方工程量不大；雨水依自然坡度排入厂内现有各道路网边排雨水明沟内，然后排入总排水沟。

四、工程占地

该工段总占地面积为50m×100m=5000m2，其中： 吹脱装置占地8m×15m=120m2； 五、工厂运输

本装置所需原料、中间原料、产品，为管道输送和汽车运输。 六、管线布置 工厂管线布置如下：

1、管线采用平直敷设，与道路、建筑、管线之间互相平行或成直角交叉；

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2、管线布置应满足线路最短，直线敷设，尽量减少与道路交叉及管路间的交叉； 3、主管应靠近主要使用设备单元，并应尽量布置在连接支管最多一边；

4、 管线交叉时的避让原则是：小管让大管，易弯曲的让难弯曲的，压力管让重力管；新管让久管等。

七、设备布置

设备布置的要求如下：

1、 在设备布置时要满足工艺流程的顺序，保证水平方向和垂直方向的连续性。在设备布置时，应充分利用高位差布置有压差的设备。在垂直布置时，应避免操作人员在生产中过多的往返于楼层之间。

2、 相同设备或同类型的设备应尽可能布置在一起，例如塔体集中布置，热交换器，泵成组布置在一处等。

3、 设备布置时，应留一定的位置，有利于操作及检修。 4、 车间内要留有原料、中间体、产品贮存及运输、操作通道。 5、 考虑物料的防火、防爆、防毒及控制噪声的要求。 八、工厂绿化

工厂区的绿化设计，应与工厂总平面布置统一考虑，同时进行，并且应该与厂区的环境美化设计结合来进行。化工厂绿化设计采用“厂区绿化覆盖面积系数”及“厂区绿化用的系数”两项指标，前者用来反应厂区绿化水平，后者反应厂区绿化用地状况。

九、管廊布置

大型装置的管道往返较多，为了便于安装及装置的整洁美观，通常都设集中管廊。 1、 管廊的布置首先要考虑工艺流程，来去管道要做到最短，最省，尽量减少交叉重复。管廊在装置中的位置以能联系尽量多的设备为宜。

2、 管廊宽度根据管道数量，管径大小等数量确定。管廊断面要精心布置，尽可能避免交叉换位。

3、 多层管廊最好按管道类别安排，一般输送有腐蚀性介质的管道布置在下层，小口径气液管布置在中层，大口径气液管布置在上面。

十、设计中采用的总图运输标准

《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-92及（1999年局部修改条文） 《石油化工企业厂内道路设计规范》 SHJ23-90

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5 其它专业的设计要求[2]

5.1 土建

一、地基处理方案

对于罐基础，由于荷载效应超出地基允许应力，采用基础预先抬高，充水预压的办法对地基进行处理；其它基础均采用天然地基，如遇不良地质现象，根据具体情况再做特别处理。

二、结构方案

1、厂房：主体厂房采用排架结构。钢筋混凝土柱，簿腹梁，大型屋面板。吊车梁也可采用钢筋混凝土结架。二层操作平台及其它小型构件采用钢结构。钢筋混凝土基础。

2、变配电室、自控室、泵房、值班室等：采用框架结构或砖混结构。

3、反应构架，反应冷换构架，分流冷换构架等：采用钢结构，钢筋混凝土基础。 4、管架：采用钢结构，钢筋混凝土基础。 5、装车站台：采用钢结构, 钢筋混凝土基础。 6、塔基础及设备基础：采用钢筋混凝土结构。 7、泵及小型设备基础：采用素混凝土结构。 8、罐基础：采用钢筋混凝土环墙结构。 三、材料选用 1、钢筋：

直径<12mm I级钢； 直径≥12mm II级钢 ； 2、钢材： Q235--A.F

3、钢平台： 钢平台采用钢格板； 4、围护结构：砖彻体；

5、螺栓材质：(包括地脚螺栓和普通螺栓)：未经冷加工的 Q235--A.F钢筋； 6、焊条规格： 采用E43系列焊条； 7、地方材料：

⑴ 砖： 地面以下MU10，地面以上MU7.5； ⑵ 水泥：采用325#,425#普通硅酸盐水泥；

⑶ 钢结构的防腐：所有钢结构除有特殊要求外均应做防腐处理； ⑷ 钢结构的防火：防火涂料选用隔热厚型室外钢结构防火涂料； 四、设计采用的主要规范：

《建筑设计防火规范 》 GBJI6－87（1997年版） 《石油化工企业建筑设计规范》 SHJ I7－90

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《湿陷性黄土地区建筑规范》 GBJ25－90 《建筑抗震设计规范》 GBJ11－89 《构筑物抗震设计规范》 GB50l9l－93 《建筑地基基础设计规范》 GBJ7－89 《工业企业噪声控制设计规范》 GBJ 87-1985

5.2 电力及照明

一、电力 1）概述

本工艺中电力专业设计任务主要为：硫铵、污水处理和公辅设施等。

本工程大部分电力负荷属二类用电负荷，电源应为双回路独立电源。分别由变电站引来两路独立的10KV供电电源，承担本工程的供电任务。两路10KV供电电源中的任何一路均应承担本工程100%的用电负荷。两路10KV供电电源引至公司厂区边界，具体位置及引接方式将在初步设计阶段予以确定。

2）供配电系统

本工程在厂区内设置中央配电所一座，电压等级为10KV，分别为本工程各车间变电所及10KV高压电动机供电。中央配电所10KV母线为单母线（分段）。中央配电所内采用手车式高压开关柜，操作电源为直流220V，由免维护电池屏供电。无功补偿在中央配电所10KV母线上进行，采用静电电容器补偿方式。补偿后380V母线上功率因数达到0.85以上，补偿后10KV母线上功率因数达到0.90以上。

本工程10KV高压电动机为：280KW脱硫液循环泵2台，200KW循环水泵3台。 本工程拟建2个变电所，分别为：1、1＃变电所，负责脱硫工段、硫铵工段、粗苯蒸馏工段、终冷洗苯工段、循环水泵房、部分厂区道路照明等用电负荷的供电；2、2＃变电所，负责油库、酚氰污水处理站、压缩空气站、锅炉房、厂办公楼、中心化验室、机电修仪表维修间、厂动力办公室及厂区道路照明等低压用电负荷的供电。

车间变电所内采用S9型节能型变压器。 3）电气传动

低压配电系统一般为放射式，由各车间变电所及各工段内低压配电室、中低压配电屏及动力配电箱向各用电设备供电。若个别采用链式配电时，一般链接的配电装置或用电设备不超过三个。低压配电屏采用GGD型，动力配电箱采用XL－21型。

一般采用自动开关作为短路保护设备，采用自动开关的长延时或热继电器作为过负荷保护。

本工程低负荷按车间计量，因此对非本车间用的送出回路也须考虑计量。但对煤气净化车间及给排水设施等系统则应根据需要按工段或设施进行计量。

对于与机械设备成套供应的电控装置，设计上除满足工艺及有关专业联锁要求外，

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