合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計

1、15萬噸/年合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計1總論1.1概述合成氨原料氣中的硫是以不同形式的硫化物存在的,其中大部分是以硫化氫形式存在的無機硫化物,還有少量的有機硫化物。具體來說作為原料氣的半水煤氣中都含有一定數(shù)量的硫化氫和有機硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等,能導(dǎo)致甲醇、合成氨生產(chǎn)中催化劑中毒,增加液態(tài)溶劑的黏度,腐蝕、堵塞設(shè)備和管道,影響產(chǎn)品質(zhì)量。硫化物對合成氨的生產(chǎn)是十分有害的,燃燒物和工業(yè)裝置排放的氣體進(jìn)入大氣,造成環(huán)境污染,危害人體健康。硫也是工業(yè)生產(chǎn)的一種重要原料。因此為了保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境和提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量,對半水煤氣進(jìn)行脫硫回收是非常必要的。1.2文獻(xiàn)綜述1.2

2、.1合成氨原料氣凈化的現(xiàn)狀合成氨原料氣(半水煤氣的凈化就是清除原料氣中對合成氨無用或有害的物質(zhì)的過程,原料氣的凈化大致可以分為“熱法凈化”和“冷法凈化”兩種類型,原料氣的凈化有脫硫,脫碳,銅洗和甲烷化除雜質(zhì)等,在此進(jìn)行的氣體凈化主要是半水煤氣的脫硫的凈化。煤氣的脫硫方法從總體上來分有兩種:熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國,熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗研究階段,還有待于進(jìn)一步完善,而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù),其脫硫方法也很多。冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種方法,干法脫硫以氧化鐵法和活性炭法應(yīng)用較廣,而濕法脫硫以砷堿法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早,最早

3、應(yīng)用于煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù),之后,隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生產(chǎn)成本的相對降低,活性炭脫硫技術(shù)也開始被廣泛應(yīng)用。干法脫硫既可以脫除無機硫,又可以脫除有機硫,而且能脫至極精細(xì)的程度,但脫硫劑再生較困難,需周期性生產(chǎn),設(shè)備龐大,不宜用于含硫較高的煤氣,一般與濕法脫硫相配合,作為第二級脫硫使用。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣,脫硫劑是便于輸送的液體物料,可以再生,且可以回收有價值的元素硫,從而構(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法(A.D.A法及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高,應(yīng)用更為廣泛。改良ADA法相

4、比以前合成氨生產(chǎn)中采用毒性很大的三氧化二砷脫硫,它徹底的消除了砷的危害。基于此,在合成氨脫硫工藝的設(shè)計中我采用改良ADA法工藝。1.2.2ADA的理化性質(zhì)ADA是蒽醌二磺酸(Anthraqinone Disulphonic Acid的縮寫。作為染料中間體,它有幾種主要的異構(gòu)體。由于栲膠水溶液是膠體溶液,在將其配制成脫硫液之前,必須對其進(jìn)行預(yù)處理,以消除共膠體性和發(fā)泡性,并使其由酚態(tài)結(jié)構(gòu)氧化成醌態(tài)結(jié)構(gòu),這樣脫硫溶液才具有活性。在栲膠溶液氧化過程中,伴隨著吸光性能的變化。當(dāng)溶液充分氧化后,其消光值則會穩(wěn)定在某一數(shù)值附近,這種溶液就能滿足脫硫要求。通常制備栲膠溶液的預(yù)處理條件列舉在表1中:表1 制備

5、栲膠溶液的與處理條件 將純堿溶液用蒸汽加熱,通入空氣氧化,并維持溫度8090,恒溫10h 以上,讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng),大分子變小,表面活性物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì),達(dá)到預(yù)處理目的。栲膠法脫硫工藝,將堿性栲膠溶液打入溶液循環(huán)槽,自循環(huán)槽出來,經(jīng)過濾加壓后進(jìn)入系統(tǒng)的裂脫塔,吸收氣體中的H2S,由裂脫塔出來的溶液進(jìn)入裂脫再生塔,再生好的溶液由塔底流到溶液循環(huán)槽,經(jīng)過濾加壓循環(huán)使用;脫硫溶液從循環(huán)槽出來后經(jīng)過濾加壓送到變脫塔,吸收氣體中的H2S,由變脫塔出來的溶液進(jìn)入變脫溶液再生塔,再生好的溶液由變脫再生塔出來,進(jìn)入變脫溶液循環(huán)槽,再經(jīng)過濾加壓,如此循環(huán)使用。1.2.3栲膠法脫硫的優(yōu)缺點1.2.3.1

6、優(yōu)點(1 栲膠資源豐富、價格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低,因而操作費用要比改良ADA法低。(2 脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小。栲膠本身既是氧化劑,又是釩的絡(luò)合劑,脫硫溶液的組成比改良ADA法簡單,且脫硫過程沒有硫黃堵塔問題。(3 脫硫效率大于98,所析出的硫容易浮選和分離。(4 栲膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程,脫硫與再生同時進(jìn)行,不需要設(shè)置備用脫硫塔。(5 煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要,通過調(diào)整溶液配比調(diào)整,適時加以控制,凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。1.2.3.2缺點設(shè)備較多,工藝操作也較復(fù)雜,設(shè)備投資較大。1.3 設(shè)計任務(wù)的依據(jù)工藝參數(shù):半水煤氣中H2S,C1=0.1

7、6%凈化氣中H2S,C2=0.003%入吸收塔半水煤氣量,G0 = 60000m3/h入冷卻塔半水煤氣溫度,t1=50 出冷卻塔入吸收塔半水煤氣溫度,t2=35 入吸收塔半水煤氣壓力,0.04MPa(表設(shè)計目標(biāo):半水煤氣中H2S濃度0.003%2 生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案的確定焦?fàn)t煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的H2S,脫硫的方法有兩種:干法脫硫、濕法脫硫。干法脫硫既可以脫除無機硫,又可以脫除有機硫,而且能脫至極精細(xì)的程度,但脫硫劑再生較困難,需周期性生產(chǎn),設(shè)備龐大,不宜用于含硫較高的煤氣,一般與濕法脫硫相配合,作為第二級脫硫使用。濕法脫硫可以處理含硫量高的煤氣,脫硫劑是便于輸送的液體物料,可以再生,

8、且可以回收有價值的元素硫,從而構(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法(A.D.A法及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高,應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞,而且藥品價格昂貴,近幾年來,在改良A.D.A的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項缺點。3 生產(chǎn)流程說明3.1反應(yīng)機理根據(jù)栲膠主組分的分子結(jié)構(gòu),按醌(酚類物質(zhì),變價金屬絡(luò)合物兩元氧化還原體系的反應(yīng)模式,栲膠法脫硫的反應(yīng)過程如下:3.1.1堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五價釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺,五價釩被還原成四價釩2V5+HS1-2V4+S

9、+H1+3.1.3 醌態(tài)栲膠氧化四價釩成五價釩,空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生,同時生成H2O2。TQ(醌態(tài)+V4+2H2OTHQ(酚態(tài)+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O23.1.4 H2O2氧化四價釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH-3.1.5 當(dāng)被處理氣體中有CO2、HCN、O2時產(chǎn)生如下副反應(yīng)。NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H2O3.2主要操作條件3.2.1溶液組分溶液的主要

10、組分是堿度、NaVO3、栲膠。3.2.1.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系,因而提高總堿度是提高硫容量的有效途徑,一般處理低硫原料氣時,采用的溶液總堿度為0.4N,而對高硫含量的原料氣則采用0.8N的總堿度。3.2.1.2 NaVO3含量NaVO3的含量取決于脫硫液的操作硫容,即與富液中的HS-濃度符合化學(xué)計量關(guān)系。應(yīng)添加的理論濃度可與液相中HS-的摩爾濃度相當(dāng),但在配制溶液時往往要過量,控制過量系數(shù)在1.31.5左右。3.2.1.3栲膠濃度作為氧載體,栲膠濃度應(yīng)與溶液中釩含量存在著化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系。從絡(luò)合作用考慮,要求栲膠濃度與釩濃度保持一定的比例,同時還應(yīng)滿足栲膠對碳鋼表面緩蝕作

11、用的含量要求。目前還無法有化學(xué)反應(yīng)方程計算所需的栲膠濃度,根據(jù)實踐經(jīng)驗,比較適宜的栲膠與釩的比例為1.11.3左右。工業(yè)生產(chǎn)中使用的溶液組成見下表2:表2 工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成 3.2.2溫度常溫范圍內(nèi),H2S、CO2脫除率及Na2S2O3生成率與溫度關(guān)系不敏感。再生溫度在45以下,Na2S2O3的生成率很低,超過45時則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行,約為3040。3.2.3 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。在適宜的操作條件下,它能從含99的CO2原料氣中將200mg/m3(標(biāo)的H2S脫除至45mg/m3(標(biāo)以下。但由于溶液吸收CO2后會使溶液的PH值下降,使脫硫效

12、率稍有降低。3.3工藝流程擬設(shè)計栲膠法脫硫及再生反應(yīng)過程如下:(1 吸收:在吸收塔內(nèi)原料氣與脫硫液逆流接觸硫化氫與溶液中堿作用被吸收;(2 析硫:在反應(yīng)槽內(nèi)硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質(zhì)硫;(3 再生氧化:在噴射再生槽內(nèi)空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(tài);以上過程按順序連續(xù)進(jìn)行從而完成氣體脫硫凈化,濕法脫硫和再生工藝流程如下(見圖: 1-分離器;2-脫硫塔;3-水封;4-循環(huán)槽;5-溶液泵;6-液位調(diào)節(jié)器;7-再生槽;8-硫泡沫槽;9-真空過濾機;10-熔硫釜;11-空氣壓縮機;圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設(shè)備介紹3.4.1填料塔填料塔用于要求高的H2S脫除效率。用作脫硫的填料塔每段填料間設(shè)

13、有人孔,以供檢查用。國內(nèi)有些直徑為56m大型塔,填料用聚丙烯的塑料鮑爾環(huán)(大小為ø76mm×76mm×2.5mm,塑料的表面較光滑,所以不易被硫堵塞,用這種填料同時有很高的脫硫效率。3.4.2 氧化槽世界上使用最多的是有空氣分布板的垂直槽,圓形多孔板安裝于氧化槽的底部,孔徑一般為2mm,空氣壓力必須克服氧化槽內(nèi)溶液的壓頭與分布板的阻力,空氣在氧化器的截面均勻的鼓泡,液體與空氣并流向上流動,硫泡沫在槽頂部的溢流堰分離,分離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點引出。這種形式的氧化槽需要鼓風(fēng)機將空氣壓入。中國很多工廠使用一種自吸空氣噴射型的氧化槽,不需要空氣鼓風(fēng)機。液體加壓從

14、噴嘴進(jìn)入,空氣從文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽,槽內(nèi)放置多支噴射器。氧化槽目前使用最佳的是雙套筒二級擴(kuò)大式,脫硫液通過噴射再生管道反應(yīng),氧化再生后,經(jīng)過尾管流進(jìn)浮選筒,在浮選筒進(jìn)一步氧化再生,并起到硫的浮選作用。由于再生槽采用雙套筒,內(nèi)筒的吹風(fēng)強度較大,不僅有利于氧化再生,而且有利于浮選。內(nèi)筒上下各有一塊篩板,板上有正方形排列的篩孔,直徑15mm,孔間距20mm,開孔率44%。內(nèi)筒吹風(fēng)強度大,氣液混合物的重度小,而內(nèi)外筒的環(huán)形區(qū)基本上無空氣泡,因此液體重度大。在內(nèi)筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設(shè)計有如下三個基本參數(shù)要求的空氣流量;氧化器的直徑;有效的液體容積?？諝饬髁空?/p>

15、于硫的產(chǎn)量、反比于液體在氧化器內(nèi)的有效高度,比值可按氧化器內(nèi)每米有效液面高度氧利用率為0.6%0.7%來計算。氧化器直徑正比于空氣流量與空氣比重的平方,為了得到良好的硫浮選,空氣流速一般選2530m3/(min·m2截面。液體在氧化器的停留時間正比于液體流量,要求的停留時間與氧化器數(shù)量有關(guān),當(dāng)用一個氧化器時,停留時間約45min,用兩個氧化器停留時間不超過30min,多級氧化器有較高的氣液傳質(zhì)效率,第一個氧化器出來的液體供給第二個氧化器,硫泡沫從第二個氧化器頂部分離,第一個氧化器的空氣流量大,增大湍流使傳質(zhì)加快。第二個氧化器空氣流量較小,使硫浮選。3.4.3硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底

16、的鋼制圓筒,槽頂設(shè)有1525轉(zhuǎn)/min的攪拌機一個,以保持槽內(nèi)硫泡沫經(jīng)常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計算。3.4.4過濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過濾機,所需過濾面積可按每1m2過濾面積于1h內(nèi)能濾過干燥硫磺6080kg計算。通常采用的真空過濾機,當(dāng)過濾面積為10m2時,其直徑為2.6m,長為1.3m。傳統(tǒng)的硫回收裝置,是將硫泡沫經(jīng)真空過濾機過濾成硫膏,硫膏再送入熔硫釜中熔融。中國最近使用戈爾膜過濾器來過濾硫泡沫。該過濾元件是由多振過濾薄膜袋組成,多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜,可根據(jù)工作負(fù)荷的大小調(diào)整過濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑,以達(dá)到良好的過濾效果,單臺過濾器的膜面積為2

17、2.550m2。戈爾薄膜濾料由于表面有一層致密而多孔的薄膜,不需要傳統(tǒng)濾料的初始濾餅層,一開始過濾就是有效過濾,當(dāng)經(jīng)過一段時間后濾餅層積累到一定厚度,同樣也影響過濾流量,這時可以給濾料一個以秒計的反向推動力,將濾料表面全部的濾餅迅速而輕松地從濾料表面推卸下來,稱為反清洗。由于聚四氟乙烯自身的化學(xué)特性,它與任何物質(zhì)均不粘連,因而所有的濾餅均可被清洗下來,濾料又恢復(fù)新濾料的過濾能力,這樣過濾,反清洗,再過濾,再反清洗,一次又一次循環(huán)。這一工藝可在同樣的時間內(nèi)達(dá)到傳統(tǒng)過濾器520倍的過濾流量,而用傳統(tǒng)的過濾材料是無法實現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈爾過濾器是由罐體、管路、花板、濾芯、氣動撓性閥、自動控

18、制系統(tǒng)等組成。戈爾膜過濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經(jīng)1#閥進(jìn)入過濾器,空氣經(jīng)3#閥排放后關(guān)閉3#閥,溶液經(jīng)上腔進(jìn)入貯槽。過濾一段時間后濾餅達(dá)到定值時,控制系統(tǒng)進(jìn)入反沖狀態(tài),1#、2#、4#閥自動切換,反沖清膜,濾餅脫離袋沉降到錐底部,系統(tǒng)重新進(jìn)入過濾狀態(tài)。濾餅達(dá)到一定量時,開6#閥排硫膏,去熔硫釜熔成硫磺或脫水生成硫膏出售。使用戈爾膜過濾器,可將硫泡沫高度凈化,如進(jìn)過濾器前懸浮硫含量為8g/L,出膜過濾器清液懸浮硫含量8mg/L,取出的硫是硫膏,水分含量低,縮短了熔硫釜的熔硫時間,并節(jié)省蒸汽。3.4.5熔硫釜熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設(shè)備,其操作壓力通常為0.4MPa。其容積

19、按能充滿70%75%計算,而放入的硫泡沫含有40%50%的水分。對于直徑1.2m,有效高度2.5m的熔硫釜,每次熔化所需的時間約為34h。脫硫主要設(shè)備都用碳鋼制作,為了防腐,在吸收塔、再生器的內(nèi)表面可用適當(dāng)?shù)耐苛贤克ⅰＶ袊Ｓ么笃?、環(huán)氧樹脂作涂料。中國介紹,用玻璃纖維加強聚酯涂料,在液體浸濕到的部位涂刷1.52.0mm厚。溶液泵的主要部分要用不銹鋼制作,臥式再生槽的噴射器也用不銹鋼,泵的密封用機械密封,以減少溶液的漏損。4 工藝計算書4.1原始數(shù)據(jù)4.1.1焦?fàn)t煤氣組分: 4.1.2脫硫液組分: 4.1.3設(shè)計工藝參數(shù)焦?fàn)t煤氣中H2S初始含量C1 = 2.5g/m3凈化氣中H2S含量C2 =0

20、.05g/m3入吸收塔焦?fàn)t煤氣氣量G0 = 60000m3/h入吸收塔焦?fàn)t煤氣壓力P0 = 0.039 Mpa出吸收塔焦?fàn)t煤氣壓力P i = 0.037 Mpa入吸收塔焦?fàn)t煤氣溫度,t0=35o C硫容S = 0.416 Kg(H2S/m3氨產(chǎn)量17.6 t/h熔硫釜的工作周期4h熔硫釜的操作壓力0.4Mpa硫泡沫中硫含量S1 = 30 Kg/m3硫泡沫槽溶液初始溫度t1 = 400C;硫泡沫槽溶液終溫t2 = 800C;熔硫釜硫膏初始溫度t3 = 15 0C熔硫釜加熱終溫t4 = 135 o C入熔硫釜硫膏初始含水率80出熔硫釜硫膏含水率50硫膏密度S = 1500 Kg/m3硫泡沫密度f

21、=1100Kg/m3硫泡沫比熱容,C f =3.68 KJ/(Kg·K;常用熔硫釜全容積為V r = 1.6m3熔硫釜裝填系數(shù)為7075%硫膏的比熱容C s = 1.8 KJ/(Kg·K硫膏的熔融熱C h=38.69 KJ/Kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)= 12.56 KJ/(m·h·0C0.2MPa蒸汽的汽化熱r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化熱r2 = 2135.2 KJ/KgH2S氣體密度G = 1.05 Kg/m3;脫硫液液體密度G = 1050 Kg/m3熔硫釜表面積F= 92 m2噴射再生槽溶液流速W i = 25 m/

22、s通常W i = 1828 m/s噴射再生槽噴嘴入口收縮角1 = 14° 噴射再生槽噴嘴喉管長度L 6 = 3mm 噴射再生槽吸氣室收縮角2 = 30°噴射再生槽管內(nèi)空氣流速取W A =3.5 m/s ; 噴射再生槽尾管直徑擴(kuò)張角取3 = 7° 尾管中流體速W e = 1 m/s ; 4.2物料衡算4.2.1H 2S 脫除,G 1,kg/hG 1 =1000C -(C G 210 =60000×(2.5-0.05/ 1000 = 147Kg/h=8.35 Kg/tNH 34.2.2溶液循環(huán)量L T ,m 3/hL T =SG 1= 147 / 0.1 =

23、 1470m 3/h=83.52 Kg/tNH 3 式中 S 溶液硫容量,kg/m 3,S = 0.1 Kg (H 2S/m 34.2.3生成Na 2S 2O 3消耗H 2S 的量G 2, Kg/h取Na 2S 2O 3的生成率為脫除量的8,則:G 2 = 147×8 = 11.76 Kg/h=0.67Kg/tNH 34.2.4Na 2S 2O 3生成量,G 3,Kg/hG 3 =SH O S Na M M G 232222= 11.76×158/2×34 = 27.32 Kg/h=3.59 Kg/tNH 3式中M Na2S2O3 Na 2S 2O 3分子量 M

24、H2S H 2S 分子量4.2.5理論硫回收量G 4,kg/hG 4 =(G 1-G 2M S / M H2S = (147-11.76×32/34 = 127.28 Kg/h=7.23 Kg/tNH 3 式中 M S 硫的分子量4.2.6理論硫回收率,= G 4/ G 1 = 127.28/147 = 86.6 4.2.7生成Na 2S 2O 3消耗純堿的量G 5,Kg/hG 5 = G 3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.32×106 / 158 = 18.33 Kg/h=1.04 Kg/tNH 3 式中 M Na2CO3 碳酸鈉的分子量;4.2.8硫泡沫

25、生成量G 6,m 3/hG 6 = G 4/S 1 = 127.28/30 =4.24 m 3/h =0.24 m 3/tNH 3 式中 S 1 硫泡沫中硫含量,此處取S 1=30/m 3;4.2.9入熔硫釜硫膏量G 7G 7 = G 4/S 2 = 127.28/0.2 = 636.4 Kg/h =36.16Kg/tNH 3 式中 S 2 硫膏含量,此處取S 2=20%;4.2.10回收率, = 121C C C -= (2.5-0.05/ 2.5 =984.3熱量衡算 4.3.1冷卻塔熱量衡算4.3.1.1冷卻塔熱負(fù)荷,1Q ,KJ/t NH 3(10121122P Q G Ct t W

26、i W i=-+- 式中0G 入冷卻塔焦?fàn)t煤氣量,Kmol/(tNH 3;P C 焦?fàn)t煤氣平均等壓比熱容,KJ/( kmol.0C;07.20/(.30.15kJ/ kmol P C Kcal Kmol c =12,t t 入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫度;12,W W 入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫含水量,Kg/Kmol.查得 120.784/,0.784/W Kg Kmol W Kg Kmol =12,i i 入,出冷卻塔條件下水蒸氣的焓,Kcal/Kg, 查表知12,i i12619/2591.63/,619.6/2564.83/i Kcal Kg kJ Kg i Kcal Kg kJ Kg = 代入公

27、式計算得(1152.1930.4450350.7842591.632564.83Q =-+-3152.19(30.44150.78426.872687.65/k J t N H=+=4.3.1.2冷卻水消耗量,3W ,33/m tNH1131000Q t W =式中 1t 冷卻水溫升,O C ,此處取15O t C =。 (33372687.6517.6100050.825/W m tNH =÷=4.3.2硫泡沫槽熱量衡算4.3.2.1硫泡沫槽熱負(fù)荷Q 2,KJ/t NH 3Q 2 = V f P f C f (t 3-t 4 = 4.24/17.6×1100×3

28、.68×(80-40 = 39008 KJ/t NH 3式中 V f 硫泡沫體積,m 3,V f =G 6/17.6 ;f 硫泡沫密度,Kg/m 3 , f = 1100Kg/m 3; C f 硫泡沫比熱容,KJ/(Kg·K,C f =3.68 KJ/(Kg·K;T 4 槽中硫泡沫初溫,t 1 = 400C ;T 3 槽中硫泡沫終溫,t 2 = 800C ; 17.6 小時氨產(chǎn)量,t/h4.3.2.2蒸汽消耗量,W4,Kg/t NH3W4 = Q2/r1 = 39008/2202.26 =17.71 Kg/t NH3式中r1-0.2MPa蒸汽的汽化熱,r1 = 2

29、202.26 KJ/Kg4.3.3熔硫釜熱量衡算4.3.3.1熔硫釜熱負(fù)荷Q3,KJ/釜Q2 =G8C ss(t5-t6+0.5G8s C h +4F(t5-t6= 1.2×1.8×1500×(135-15+ 0.5×1.2×1500×38.69 + 4×12.56×92×(135-15= 978270.6 KJ/釜式中G8-每一釜硫膏量,m3/熔硫釜,G8=0.75V r = 0.75×1.6 = 1.2 m3/釜V r-常用熔硫釜全容積為1.6m30.75 -熔硫釜裝填系數(shù)為75%C s硫膏

30、的比熱容,KJ/(Kg·K, C s =1.8 KJ/(Kg·KC h硫膏的熔融熱,KJ/Kg ,C h=38.69 KJ/Kg 熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù),KJ/(m·h·0C,= 12.56 KJ/(m·h·0CF 熔硫釜表面積,F= 92 m2T6 -入釜硫膏溫度,o C,t3= 15 0Ct5 釜內(nèi)加熱終溫, o C ,t4 = 135 o C0.5 硫膏中含硫量504 熔1釜所需時間(工作周期,hS硫膏密度,Kg/m3,S = 1500 Kg/m34.3.3.2 蒸汽消耗量W2,Kg/釜W 2 = Q 3 /r 2 = 978

31、270.6/2135.27 = 458.148 KJ/釜 式中 r 2 0.4MPa 蒸汽汽化熱,r 2 = 2135.27KJ/Kg5 主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸5.1.1 填料吸收塔計算5.1.1.1 塔徑利用貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算10112480.23f t v v L g L l V l u a W l A K g W =- 0.204=-114814701050 1.051.7560000 1.051050 =-1.4378 f u = 1.617= 0.85 1.375/f u u m s = 3.93D m = 圓整得, D =4m式中 f u -泛點氣速

32、,/m s ,L w - 流體質(zhì)量流速,Kg/(h.L ,L w = L T L = 1470×1050 = 1543500 Kg/(h.L;v w - 氣體質(zhì)量流速,Kg/(h.L ,v w = G 0G = 60000×1.05 =63000 Kg/(h.L;-填料比表面積,m2/m3,選用50mm×25 mm×1.5mm塑料階梯環(huán),= 114 m2/m3;-填料孔隙率,m3/ m3,= 0.927 m3/ m3;L-溶液粘度,m·Pa·s,= 0.8 m·Pa·s ;v-氣體密度,Kg/m3,v = 1.05

33、 Kg/m3;L-液體密度,Kg/m3,L = 1050 Kg/m3;A.K-關(guān)聯(lián)常數(shù),查相關(guān)數(shù)據(jù)表得A=0.204,K=1.75-重力加速度,m/s2 , = 9.81 m/s2D -吸收塔直徑,m ;5.1.1.2填料層高度計算吸收過程傳質(zhì)系數(shù)K G的計算6K G = Au1.3C Na0.1B-0.01 = 10×(1.3751.3×(50.1×(24.5-0.01=17.21 kg/m2·h·MPa式中K G -傳質(zhì)系數(shù),kg/m2·h·MPa ;A -經(jīng)驗數(shù),A = 10;u -操作氣速,m/s ;C Na-溶液中

34、Na2CO3的含量,C Na= 5 g/L;B-吸收過程液氣比,B = L T / G0 3吸收過程平均推動力P mP m = (P1-P1*-(P2-P2*/ (P1-P1*/ (P2-P2*= 0.0023-0.000045/(0.0023÷0.000045=0.57×10-3atm ;式中P1-吸收塔入口氣相H2S分壓,atm ;P1 = P0C1×22.4/M H2S =1.39×2.5×22.4/34×1000 = 0.0023atmP2-吸收塔出口氣相H2S分壓,atm ;P2= P i C2×22.4/M H2

35、S= 1.37×0.05×22.4/34×1000 = 0.000045atm ;P 0- 吸收塔入口壓力 ,atm ,P 0 = 1.39atm ; P i - 吸收塔出口壓力 ,atm ,P i = 1.37atm ; P 1*,P 2*- 吸收塔入,出口氣相H 2S 平衡分壓 ,Mpa ,溶液中H 2S 含量很低,可以忽略。P 1*= P 2*=0所需傳質(zhì)面積的計算A P = G 1/ K G P m = 147/17.21×0.57×10-3 =14985 m 2 填料層高度的計算H P = A P /0.785D 2=14985/0.

36、785×42×114 = 10.47 m 取填料層高度:H P =11 m 對于階梯環(huán)填料,max 815,6h h mm D= 取8h D =,則 8400032000h mm =計算得填料層高度為11000mm,故無需分段5.1.1.3 壓降的計算采用Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降10 橫坐標(biāo)為0.5G LG L w w 0.514701050 1.0560000 1.051050= 24.50.03= 0.775=縱坐標(biāo)為 20.220.2998 1.051.375890.8105010509.81G L L u g = 0.016=u -空塔氣速,m/sg

37、-重力加速度,9.81m/s 2-填料因子,m -1-液體密度校正系數(shù),=水/液 L ,G -液體,氣體的密度,3/kg mL -液體粘度,a mp sL W ,G W -液體,氣體的質(zhì)量流量,/kg s 查圖得/40/a P Z P m =填料層壓降為4011440a p p =塔徑與填料尺寸之比:4000/50=80 > 10 所以填料選擇正確。查得:液體的噴淋密度 l = 22m 3/m 2·h 填料的潤濕率L WL W =l/ = 22/114=0.192 m 3/m 2·h > 0.08 m 3/m 2.h 合適 式中 - 填料的比表面積,m 2/m

38、3 ; 塔截面積A=0.785D 2=0.785×42=12.56m 2 式中 A -塔截面積,m 2D - 塔徑,m ;填料個數(shù)N =d -3 = 0.77×(0.05-3= 6160 個/m 3 式中 N - 單位體積內(nèi)填料的個數(shù),個/m 3 ;d - 填料尺寸,m ;- 常數(shù), = 0.77 ;持液量的計算:H t = 0.143(L/d e 0.6 = 0.143(1470/0.050.6 =68.60m 3液體/m 3填料【1】式中 H t - 總持液量,m 3液體/m 3填料 ;L - 液相流率,m 3/m 2·h ;d e - 填料直徑,m ;5.1

39、.2噴射再生槽的計算5.1.2.1 槽體再生槽直徑D 1的計算 D 1 = I A A G 785.0 = 5.47 m 圓整:D 1 = 6 m式中 D 1 槽體直徑,mA i 吹風(fēng)強度,m 3 /(h·m 2,A i = 150 m 3 /(h·m 2G A 空氣量,m 3/h ,G A =L t C i = 1470×2.4 = 3528 m 3/hC i 噴射器抽吸系數(shù),m 3/m 2,設(shè)C i =2.4m 3/m 2再生槽擴(kuò)大部分直徑D 2的計算D 2 = 0.4 + D 1 = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度計算H 1 = 21785.0D L

40、T = 1470×8/0.785×62×60 = 6.94 m圓整:H 1 = 7 m式中 H 1 - 再生槽有效高度,m ;- 溶液在再生槽內(nèi)的停留時間,min ,取 8min ;H T = H 1 + H 2 + H 3 = 7 + 1.5 + 0.5 = 9 m式中 H T - 再生槽高度,m ;H 2 - 噴射器出口到槽底距離,m ,H 2 取0.5 mH 3 - 擴(kuò)大部分高度,m ,H 3 取1.5m ;5.1.2.2 噴射器(1 噴嘴的計算噴嘴個數(shù),n 個n = L T /L i = 1470/200 =7.35個圓整:n = 8個式中 L i 每個噴

41、射器溶液量,m 3/h ,取L i =200 m 3/h ; 噴嘴孔徑,d i ,m d i = i i W L 785.0= = 0.0532 m 式中 W i 噴射處溶液流速,m/s , W i = 25 m/s溶液入口管直徑,d i ,md i =3d i = 3×0.0532 =0.160 m噴嘴入口收縮段長度,L 5,mmL 5 = 2/21tg d d i L -= 0.160-0.0532/2tg (14/2= 0.434 m 式中 1 噴嘴入口收縮角,1 = 14°噴嘴喉管長度L 6 ,mL 6 = 3mm噴嘴總長度L 7 ,mL 7 = L 5 + L 6

42、 = 0.434 + 0.003 = 0.437 m(2 混合管的計算混合管直徑d m ,md m = 1.132785.0i md 式中 m 噴射器形狀系數(shù),取m = 8.5選168×5的管混合管長度L 3 ,mL 3 = 25d m = 25×0.155 =3.875 m圓整:L 3 =4 m(3 吸氣室的計算空氣入口管直徑d a ,mmd a 選245×6.5的管W A 管內(nèi)空氣流速,m/s ,取W A =3.5 m/s ;吸氣室直徑d M ,mmd M = 21.3a d= = 408 mm 選426×9的管吸氣室高度L 1 取L 1=350mm

43、吸氣室收縮長度L 2L 2 = 2/22tg d d m M - = 408-158/2tg (30/2= 466.5 mm 式中 2 吸氣室收縮角,取2 = 30°尾管直徑的計算d e =18.8ei W L = 18.8×(200/10.5 = 266 mm 選2997.5的管式中 d e 尾管直徑,mm ;W e 尾管中流體速度,m/s ,取W e = 1 m/s ;擴(kuò)張管長度的計算L 4 = 2/23tg d d m e -= 284-158/ 2tg (7/2= 1030 mm 式中 L 4 擴(kuò)張管長度,mm ;3 擴(kuò)張角,取3 = 7°5.2輔助設(shè)備的

44、選型5.2.1液體分布裝置采用溢流槽式布液器,具體尺寸如下表5.1:表5.1 溢流分布器尺寸 槽寬140mm ,高度340mm5.2.2液體再分布器采用梁型再分布器,具體尺寸如下:表5.2 梁型再分布器尺寸 5.2.3填料支承板采用梁型氣體噴射式支承板,具體尺寸如下:表5.3梁型氣體噴射式支承板尺寸 支承板采用塑料材料,板厚6mm,最大液體負(fù)荷200m3/m2·h,最大跨度1600mm 5.2.4填料壓板采用床層限制板,限制板外徑比塔徑小25mm,用塑料制品5.2.5封頭選用橢圓型封頭,具體尺寸如下:表5.4橢圓型封頭尺寸 塔的總高:H = 11000+5700+5000+1000=

45、22700m5.2.6裙座選5m5.2.7人孔,手孔人孔選用600,手孔選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸DN2505.2.8加強圈加強圈選用6個,每3.75m一個6 設(shè)備穩(wěn)定性及機械強度校核計算6.1壁厚的計算6.1.1塔體壁厚122c id t c P D c P =+-選用235Q C -查表得125t MP -0.139C P MP -1.0-2c -雙面腐蝕取40.139400055644 6.23212510.139249.861d mm =+=+=- 考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量,圓整后取10n mm =厚的235Q C -鋼板作筒體6.1.2封頭壁厚采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,雙面對接焊縫100%探傷 1

46、.0=設(shè)計壁厚d 按下式計算1220.5c id t c P D c P =+-0.13940004212510.50.1392.2246.22mm =+-=+=考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量,圓整后取10n mm =厚的235Q C -鋼板作封頭,所以塔體壁厚和封頭壁厚均取10n mm =校核罐體與封頭水壓試驗強度的計算由下式1(0.92s T i e T eP D += 式中 1.25 1.250.1390.17375T a p p MP =10 4.8 5.2e n c mm =-=-=120.84 4.8c c c =+=+=徑向應(yīng)力235s MP =則(2T i e T eP D +

47、= (0.13754000 5.22 5.2+= 66.91MP =0.90.91235211.5s MP =0.9sT 所以水壓試驗滿足強度要求6.2 機械強度的校核6.2.1 質(zhì)量載荷塔設(shè)備的質(zhì)量包括塔體,裙座體,內(nèi)構(gòu)件,保溫材料,扶梯和平臺及各種附件等的質(zhì)量,還包括在操作,停修或水壓試驗等不同工況時的物料或充水質(zhì)量。設(shè)備操作時的質(zhì)量012345a e m m m m m m m m =+式中 1m -塔體和裙座質(zhì)量,kg2m -內(nèi)件質(zhì)量,kg3m -保溫材料質(zhì)量,kg4m -平臺,扶梯質(zhì)量,kg5m -操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量,kga m -人孔,接管,法蘭等附件質(zhì)量,kge m -偏心質(zhì)量,

48、kg其中2211124(m D D H =- 22314(4 3.9821.77.81021216.7kg=-= 22 3.981154.34m =7431kg =30m =取籠式扶梯2222.745.4L H m =44045.41816m kg =254105068.6 3.9811m = 9852396kg =0a m =0e m =所以 021216743118169852396m =+9882860kg =6.2.2 風(fēng)載荷6.2.2.1風(fēng)載荷的計算根據(jù)塔高將其分五段,分別為2.7m,5m,5m,5m,5m.如下圖所示: 兩相鄰計算截面間的水平壓力為1612010i i i i ei

49、 p k k q f L D -=式中 i p -水平風(fēng)力,N0q -基本風(fēng)壓,查表但均不應(yīng)小于250N/ m 2 ,取400N/mi L -第 段計算長度,mmi f -風(fēng)壓高度變化系數(shù),按表選取0.81k - 體型系數(shù),圓柱直立設(shè)備取0.7ei D - 塔設(shè)備各計算段的有效直徑,mm2i k -風(fēng)振系數(shù)風(fēng)振系數(shù)K 2i :K 2i = 1 + m i 式中 m i - 脈動系數(shù),;- 動力系數(shù),;K 21 = K 22 = K 23 = K 24 = 1 + 3.20.35 =2.12K 25 =1 + 3.20.32 =2.024代入式中得61121011110e p k k q f L

50、 D -=60.7 2.124000.82700(400020105103N -=-= 2p 6122022210e k k q f L D -=60.7 2.124000.85000(400020104725N -=-=2345p p p p =4725N6.2.2.2 風(fēng)彎矩的計算在計算風(fēng)載荷時,常常將塔設(shè)備沿塔高分為若干份,任意截面的風(fēng)彎矩為112121222i i i i i w i i i i i i L L L M P P L P L L -+=+ 11312121312222w L L L M P P L P L L -=+ 5441235123422L L P L L L P

51、L L L L + 688924570481957182095445246919N m=+= 22235243242352342222w L L L L M P P L P L L P L L L -=+ 55554725472554725554725555222211812.535437.559062.582687.5189000N m=+ =+=33354343534222w L L L M P P L P L L -=+ 55554725472554725554725555222211812.535437.559062.5106312.5N m=+ =+=554444422wL L M

52、P P L -=+554725472552211812.535437.547250N m=+ =+= 55552w L M P -= 54725211812.5N m =7 設(shè)計體會與收獲隨著畢業(yè)日子的到來,畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié),但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前總覺得自己什么東西都會,什么東西都懂,有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計,

53、我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計中我們的同學(xué)關(guān)系更近了一步,同學(xué)之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法可以讓我們更好的理解知識,所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。此外,還得出一個結(jié)論:知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學(xué)會了,但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)還是一無所知,所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。在此要感謝指導(dǎo)老師宋軍超對我的悉心指導(dǎo),感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中,我通過查閱大量有關(guān)資料,與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué),并向老師請教等方式,使自己學(xué)到了不少知識,雖經(jīng)歷了不少艱辛,但收

54、獲很大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨立工作的能力,樹立了對未來的信心,相信對今后的學(xué)習(xí)工作生活會有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。設(shè)計中出現(xiàn)的不足之處我會在以后的工作學(xué)習(xí)中進(jìn)一步完善。8 參考文獻(xiàn)1 陳國桓.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995-2.174-175,205-2082 王樹仁.合成氨生產(chǎn)工M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 2005-023 符德學(xué).無機化工工藝學(xué)M.西安: 西安交通大學(xué)出版社. 2005-084 陳五平.無機化工工藝學(xué)第三版上下冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.20015 魏兆燦,李

55、寬宏.塔設(shè)備設(shè)計M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1988,116 梅安華主編.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995 . 330-3607 化工部第六設(shè)計院編.化學(xué)工程手冊M.第1 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19808 化工部第六設(shè)計院編.化學(xué)工程手冊M.第13 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19809 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院.化工工藝設(shè)計手冊M.上海: 化學(xué)工業(yè)出版社.199610 賈邵義柴誠敬.化工傳質(zhì)與分離過程M.上海: 化學(xué)工業(yè)出版社.2005 . 278-28411 賈紹義.柴誠敬化工原理課程設(shè)計M.天津:天津大學(xué)出版社.200212 譚天恩.麥本熙.丁惠華化工原理M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1998附錄重要符號一覽表:符號名稱單位C1焦?fàn)t煤氣中H2S初始含量g/m3C2凈化氣中H2S含量g/m3G0入吸收塔焦?fàn)t煤氣氣量m3/h