畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)15萬(wàn)噸合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計(jì)

1、15萬(wàn)噸/年合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計(jì)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(wú)機(jī)硫化物，還有少量的有機(jī)硫化物。具體來(lái)說(shuō)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(jī)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(duì)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(duì)半水煤氣進(jìn)行脫硫回收是非常必要的。1.2文獻(xiàn)綜述合成

2、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(duì)合成氨無(wú)用或有害的物質(zhì)的過(guò)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(lái)分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國(guó)，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)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，最早應(yīng)用于

3、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(duì)降低，活性炭脫硫技術(shù)也開(kāi)始被廣泛應(yīng)用。干法脫硫既可以脫除無(wú)機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)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(jí)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(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)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（法）及有機(jī)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法相比以前合成氨生

4、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?；诖耍诤铣砂泵摿蚬に嚨脑O(shè)計(jì)中我采用改良ADA法工藝。DA的理化性質(zhì)ADA是蒽醌二磺酸(Anthraqinone Disulphonic Acid)的縮寫(xiě)。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(duì)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(guò)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(huì)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?xiàng)l件列舉在表1中：表1 制備栲膠溶液的與處理?xiàng)l件方法

5、項(xiàng)目用Na2CO3配制溶液栲膠濃度(g·L-1)1030堿度N1.02.5氧化溫度7090空氣量溶液不翻出器外消光值穩(wěn)定在0.45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(lái)，經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)濾加壓循環(huán)使用；脫硫溶液從循環(huán)槽出來(lái)后經(jīng)過(guò)濾加壓送到變脫塔，吸收氣體中的H2S，由變脫塔出來(lái)的溶液進(jìn)入變脫溶液再生塔，再生

6、好的溶液由變脫再生塔出來(lái)，進(jìn)入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過(guò)濾加壓，如此循環(huán)使用。栲膠法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn).1優(yōu)點(diǎn)(1) 栲膠資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費(fèi)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(jiǎn)單，且脫硫過(guò)程沒(méi)有硫黃堵塔問(wèn)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(gè)脫硫和再生過(guò)程為連續(xù)在線過(guò)程，脫硫與再生同時(shí)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(guò)調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。.2缺點(diǎn)設(shè)備較多

7、，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù)工藝參數(shù)：半水煤氣中H2S，C1=0.16%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(jì)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(wú)機(jī)硫，又可以脫除有機(jī)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

8、配合，作為第二級(jí)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(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)。現(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（法）及有機(jī)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(jià)格昂貴，近幾年來(lái)，在改良的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的栲膠法克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。3 生產(chǎn)流程說(shuō)明3.1反應(yīng)機(jī)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(jià)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(guò)程如下：3.1.1堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五

9、價(jià)釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺，五價(jià)釩被還原成四價(jià)釩2V5+HS1-2V4+S+H1+醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩成五價(jià)釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時(shí)生成H2O2。TQ（醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ（酚態(tài)）+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O2 H2O2氧化四價(jià)釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH-當(dāng)被處理氣體中有CO2、HCN、O2時(shí)產(chǎn)生如下副反應(yīng)。NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H

10、2O3.2主要操作條件溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。.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(shí)，采用的溶液總堿度為0.4N，而對(duì)高硫含量的原料氣則采用0.8N的總堿度。.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(jì)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(shí)往往要過(guò)量，控制過(guò)量系數(shù)在1.31.5左右。.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(jì)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(shí)還應(yīng)滿足栲膠對(duì)碳鋼

11、表面緩蝕作用的含量要求。目前還無(wú)法有化學(xué)反應(yīng)方程計(jì)算所需的栲膠濃度，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jiàn)下表2：表2 工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成溶液類別總堿度NNa2CO3(g·L-1)栲膠(g·L-1)NaVO3(g·L-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.0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(guò)45時(shí)則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行，約為3040。 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。在

12、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(huì)使溶液的PH值下降，使脫硫效率稍有降低。3.3工藝流程擬設(shè)計(jì)栲膠法脫硫及再生反應(yīng)過(guò)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(jià)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(guò)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(jiàn)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(guò)濾機(jī)；10熔

13、硫釜；11空氣壓縮機(jī)；圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡(jiǎn)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)有人孔，以供檢查用。國(guó)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(shí)有很高的脫硫效率。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(dòng)，硫泡沫在槽頂部的溢流堰分離，分離硫后的

14、清液在氧化槽頂部下面一點(diǎn)引出。這種形式的氧化槽需要鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓入。中國(guó)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(jī)。液體加壓從噴嘴進(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(jí)擴(kuò)大式，脫硫液通過(guò)噴射再生管道反應(yīng)，氧化再生后，經(jīng)過(guò)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(qiáng)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(kāi)孔率44%。內(nèi)筒吹風(fēng)強(qiáng)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(wú)空氣泡，因

15、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(jì)有如下三個(gè)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扔诹虻漠a(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(lái)計(jì)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(shí)間正比于液體流量，要求的停留時(shí)間與氧化器數(shù)量有關(guān)，當(dāng)用一個(gè)氧化器時(shí)，停留時(shí)間約45min，用兩個(gè)氧化器停留時(shí)間不超過(guò)30min，多級(jí)氧化器有較高的氣液傳質(zhì)效率，第一個(gè)氧化器出來(lái)的液體供給第二個(gè)氧化器，硫泡沫

16、從第二個(gè)氧化器頂部分離，第一個(gè)氧化器的空氣流量大，增大湍流使傳質(zhì)加快。第二個(gè)氧化器空氣流量較小，使硫浮選。硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設(shè)有1525轉(zhuǎn)/min的攪拌機(jī)一個(gè)，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(jì)算。過(guò)濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過(guò)濾機(jī)，所需過(guò)濾面積可按每1m2過(guò)濾面積于1h內(nèi)能濾過(guò)干燥硫磺6080kg計(jì)算。通常采用的真空過(guò)濾機(jī)，當(dāng)過(guò)濾面積為10m2時(shí)，其直徑為2.6m，長(zhǎng)為1.3m。傳統(tǒng)的硫回收裝置，是將硫泡沫經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾成硫膏，硫膏再送入熔硫釜中熔融。中國(guó)最近使用戈?duì)柲み^(guò)濾器來(lái)過(guò)濾硫泡沫。該過(guò)濾元件是由多振過(guò)濾薄膜袋組成，多孔

17、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(guò)濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑，以達(dá)到良好的過(guò)濾效果，單臺(tái)過(guò)濾器的膜面積為22.550m2。戈?duì)柋∧V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(kāi)始過(guò)濾就是有效過(guò)濾，當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后濾餅層積累到一定厚度，同樣也影響過(guò)濾流量，這時(shí)可以給濾料一個(gè)以秒計(jì)的反向推動(dòng)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(lái)，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(lái)，濾料又恢復(fù)新濾料的過(guò)濾能力，這樣過(guò)濾，反清洗，再過(guò)濾，再反清洗，一次又一次循環(huán)。這一工藝可在同樣的時(shí)間內(nèi)達(dá)到傳統(tǒng)過(guò)濾器520

18、倍的過(guò)濾流量，而用傳統(tǒng)的過(guò)濾材料是無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈?duì)栠^(guò)濾器是由罐體、管路、花板、濾芯、氣動(dòng)撓性閥、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。戈?duì)柲み^(guò)濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經(jīng)1#閥進(jìn)入過(guò)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(guò)濾一段時(shí)間后濾餅達(dá)到定值時(shí)，控制系統(tǒng)進(jìn)入反沖狀態(tài)，1#、2#、4#閥自動(dòng)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(guò)濾狀態(tài)。濾餅達(dá)到一定量時(shí)，開(kāi)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?duì)柲み^(guò)濾器，可將硫泡沫高度凈化，如進(jìn)過(guò)濾器前懸浮硫含量為8g/L，出膜過(guò)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

19、的熔硫時(shí)間，并節(jié)省蒸汽。熔硫釜熔硫釜是一個(gè)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。其容積按能充滿70%75%計(jì)算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水分。對(duì)于直徑1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的時(shí)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?。中?guó)常用大漆、環(huán)氧樹(shù)脂作涂料。中國(guó)介紹，用玻璃纖維加強(qiáng)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(jī)械密封，以減少溶液的漏損。4 工藝計(jì)算書(shū)4.1原始數(shù)據(jù)焦?fàn)t煤氣組分：組分COCO2H2N2

20、O2CH4Ar體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.49脫硫液組分：組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3g/L5.53252.031.12設(shè)計(jì)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 =0.05g/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Pi = 0.037 Mpa 入吸收塔焦?fàn)t煤氣溫度，t0=35oC 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 =

21、 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 oC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(wàn) =1100Kg/m3硫泡沫比熱容,Cf =3.68 KJ/(Kg·K)；常用熔硫釜全容積為Vr = 1.6m3熔硫釜裝填系數(shù)為7075%硫膏的比熱容Cs = 1.8 KJ/(Kg·K) 硫膏的熔融熱Ch=38.69 KJ/Kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)= 12.56 KJ/(m·h·0C)0.2

22、MPa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Wi = 25 m/s通常Wi = 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(zhǎng)度L6 = 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WA =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We = 1 m/s ；4.2物料衡算H2S脫除，G1，kg/

23、hG1 = =60000×（）/ 1000 = 147Kg/h=8.35 Kg/tNH3溶液循環(huán)量LT，m3/h LT = = 147 / 0.1 = 1470m3/h=83.52 Kg/tNH3式中 S 溶液硫容量，kg/m3，S = 0.1 Kg (H2S)/m3生成Na2S2O3消耗H2S的量G2, Kg/h取Na2S2O3的生成率為脫除量的8，則：G2 = 147×8 = 11.76 Kg/h=0.67Kg/tNH3Na2S2O3生成量，G3，Kg/hG3 = = 11.76×158/2×34 = 27.32 Kg/h=3.59 Kg/tNH3式

24、中M Na2S2O3 Na2S2O3分子量M H2S H2S分子量理論硫回收量G4，kg/h G4 =（G1G2）MS/ M H2S = （147-11.76）×32/34 = 127.28 Kg/h=7.23 Kg/tNH3式中 MS 硫的分子量理論硫回收率，= G4/ G1 = 127.28/147 = 86.6 生成Na2S2O3消耗純堿的量G5，Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.32×106 / 158 = 18.33 Kg/h=1.04 Kg/tNH3式中 M Na2CO3 碳酸鈉的分子量；硫泡沫生成量G6，m3/h G6 =

25、G4/S1 = 127.28/30 =4.24 m3/h =0.24 m3/tNH3式中 S1 硫泡沫中硫含量，此處取S1=30/m3；入熔硫釜硫膏量G7G7 = G4/S2 = 127.28/0.2 = 636.4 Kg/h =36.16Kg/tNH3式中 S2 硫膏含量，此處取S2=20%；回收率， = = （）/ 2.5 =984.3熱量衡算冷卻塔熱量衡算.1冷卻塔熱負(fù)荷，KJ/t NH3式中入冷卻塔焦?fàn)t煤氣量，Kmol/(tNH3)；焦?fàn)t煤氣平均等壓比熱容，KJ/( kmol.0C)；入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫度；入、出冷卻塔焦?fàn)t煤氣溫含水量，Kg/Kmol.查得入，出冷卻塔條件下水蒸氣的

26、焓，Kcal/Kg, 查表知代入公式計(jì)算得.2冷卻水消耗量，式中冷卻水溫升，,此處取。硫泡沫槽熱量衡算.1硫泡沫槽熱負(fù)荷Q2，KJ/t NH3Q2 = Vf PfCf (t3-t4) = 4.24/17.6×1100×3.68×（80-40）= 39008 KJ/t NH3式中 Vf 硫泡沫體積，m3，Vf =G6/17.6； f 硫泡沫密度，Kg/m3 , f = 1100Kg/m3； Cf 硫泡沫比熱容，KJ/(Kg·K),Cf=3.68 KJ/(Kg·K)；T4 槽中硫泡沫初溫，t1 = 400C； T3 槽中硫泡沫終溫，t2 = 800

27、C； 17.6 小時(shí)氨產(chǎn)量，t/h.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 = 2202.26 KJ/Kg熔硫釜熱量衡算.1熔硫釜熱負(fù)荷Q3,KJ/釜Q2 =G8Css(t5-t6)+0.5G8sCh +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

28、中G8每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.75×1.6 = 1.2 m3/釜 Vr常用熔硫釜全容積為1.6m30.75 熔硫釜裝填系數(shù)為75%Cs 硫膏的比熱容,KJ/(Kg·K), Cs =1.8 KJ/(Kg·K) Ch 硫膏的熔融熱，KJ/Kg ，Ch=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·0C)F 熔硫釜表面積，F(xiàn)= 92 m2T6 入釜硫膏溫度，oC，t3= 15 0Ct5 釜內(nèi)加熱終溫, oC ，t4 = 135 oC0.5

29、硫膏中含硫量504 熔1釜所需時(shí)間（工作周期），hS 硫膏密度，Kg/m3，S = 1500 Kg/m3.2 蒸汽消耗量W2，Kg/釜W2 = Q3 /r2 = 978270.6/2135.27 = 458.148 KJ/釜式中 r2 0.4MPa蒸汽汽化熱，r2 = 2135.27KJ/Kg5 主要設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸填料吸收塔計(jì)算.1 塔徑利用貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算10圓整得，式中-泛點(diǎn)氣速, 流體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ， = LTL = 1470×1050 = 1543500 Kg/(h.L)；氣體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ， = G0G =

30、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 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/s2 D 吸收塔直徑，m ；5.1.1.2 填料層高

31、度計(jì)算吸收過(guò)程傳質(zhì)系數(shù)KG的計(jì)算 6KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 = 10×(1.375)1.3×(5)0.1×(24.5)-0.01 =17.21 kg/m2·h·MPa式中 KG 傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2·h·MPa ；A 經(jīng)驗(yàn)數(shù)，A = 10；u 操作氣速，m/s ；CNa溶液中Na2CO3的含量，CNa= 5 g/L；B吸收過(guò)程液氣比，B = LT / G0 3吸收過(guò)程平均推動(dòng)力PmPm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*)（0.0023÷0.00004

32、5） =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 = PiC2×22.4/M H2S = 1.37×0.05×22.4/34×1000 = 0.000045 atm；P0吸收塔入口壓力，atm ，P0 = 1.39atm ；Pi吸收塔出口壓力，atm ，Pi = 1.37atm ；P1*，P2*吸收塔入，出口氣相H2S平

33、衡分壓，Mpa ，溶液中H2S含量很低，可以忽略。P1*= P2*=0所需傳質(zhì)面積的計(jì)算AP = G1/ KGPm = 147/17.21×0.57×10-3 =14985 m2填料層高度的計(jì)算HP = AP/0.785D2=14985/0.785×42×114 = 10.47 m取填料層高度:HP =11 m對(duì)于階梯環(huán)填料，取,則計(jì)算得填料層高度為11000mm,故無(wú)需分段.3 壓降的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降10橫坐標(biāo)為縱坐標(biāo)為空塔氣速，m/s重力加速度，9.81m/s2填料因子，m-1液體密度校正系數(shù)，=/,液體,氣體的密度，液體

34、粘度，,液體，氣體的質(zhì)量流量，查圖得填料層壓降為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 = 22m3/m 2·h 填料的潤(rùn)濕率LWLW=l/ = 22/114=0.192 m3/m 2·h > 0.08 m3/m 2.h 合適式中 填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積A=0.785D2=0.785×42=12.56m2式中 A 塔截面積，m2 D 塔徑，m ；填料個(gè)數(shù)N =d-3 = 0.77×（0.05）-3= 6160 個(gè)/m3式中 N 單位體積內(nèi)填料的個(gè)數(shù)，個(gè)/m3 ；d 填料尺

35、寸，m ；常數(shù)， = 0.77 ；持液量的計(jì)算：Ht = 0.143(L/de)0.6 = 0.143(1470/0.05)0.6 =68.60m3液體/m3填料【1】式中 Ht總持液量，m3液體/m3填料；L 液相流率，m3/m2·h ；de填料直徑,m ；噴射再生槽的計(jì)算.1 槽體再生槽直徑D1的計(jì)算D1 = = =5.47 m圓整：D1 = 6 m式中 D1 槽體直徑，mAi 吹風(fēng)強(qiáng)度，m3 /(h·m2)，Ai = 150 m3/(h·m2)GA 空氣量，m3/h ，GA =LtCi = 1470×2.4 = 3528 m3/h Ci 噴射器抽吸

36、系數(shù)，m3/m2，設(shè)Ci=2.4m3/m2再生槽擴(kuò)大部分直徑D2的計(jì)算 D2 = 0.4 + D1 = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度計(jì)算H1 = = 1470×8/0.785×62×60 = 6.94 m圓整：H1 = 7 m式中 H1再生槽有效高度，m；溶液在再生槽內(nèi)的停留時(shí)間，min，取 8min；HT = H1 + H2 + H3 = 7 + 1.5 + 0.5 = 9 m式中 HT 再生槽高度，m；H2 噴射器出口到槽底距離，m，H2取0.5 mH3 擴(kuò)大部分高度，m，H3取1.5m；.2 噴射器(1) 噴嘴的計(jì)算噴嘴個(gè)數(shù)，n個(gè) n = LT/Li

37、 = 1470/200 =7.35個(gè)圓整：n = 8個(gè)式中 Li 每個(gè)噴射器溶液量，m3/h，取Li =200 m3/h ；噴嘴孔徑，di，m di = = = 0.0532 m式中 Wi 噴射處溶液流速，m/s， Wi = 25 m/s溶液入口管直徑，di，mdi =3di = 3×0.0532 =0.160 m噴嘴入口收縮段長(zhǎng)度，L5，mm L5 = （14/2）= 0.434 m式中 1 噴嘴入口收縮角，1 = 14°噴嘴喉管長(zhǎng)度L6，mL6 = 3mm噴嘴總長(zhǎng)度L7 ，mL7 = L5 + L6 = 0.434 + 0.003 = 0.437 m(2) 混合管的計(jì)算

38、混合管直徑dm ，mdm = 1.13 = 1.13×= 0.155 m式中 m 噴射器形狀系數(shù)，取m = 8.5選168×5的管混合管長(zhǎng)度L3，mL3 = 25dm = 25×0.155 =3.875 m圓整：L3 =4 m(3) 吸氣室的計(jì)算空氣入口管直徑da ，mm da = 18.8= 18.8×= 211 mm選245×6.5的管WA 管內(nèi)空氣流速，m/s，取WA =3.5 m/s ；吸氣室直徑dM ，mm dM = = 408 mm選426×9的管吸氣室高度L1取L1=350mm吸氣室收縮長(zhǎng)度L2L2 = = 408-15

39、8/2tg（30/2）= 466.5 mm式中 2 吸氣室收縮角，取2 = 30°尾管直徑的計(jì)算 de =18.8= 18.8×（200/1）0.5 = 266 mm選2997.5的管式中 de 尾管直徑，mm ；We 尾管中流體速度，m/s，取We = 1 m/s ；擴(kuò)張管長(zhǎng)度的計(jì)算L4 = = 284-158/ 2tg（7/2）= 1030 mm式中 L4 擴(kuò)張管長(zhǎng)度，mm ；3 擴(kuò)張角，取3 = 7°5.2輔助設(shè)備的選型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 溢流分布器尺寸塔徑(mm)噴淋槽分配槽液體負(fù)荷范圍外徑（mm）數(shù)量中心距（m

40、m）數(shù)量中心距（mm）（m3/h）4000D-2583752135030600槽寬140mm，高度340mm液體再分布器采用梁型再分布器，具體尺寸如下：表5.2 梁型再分布器尺寸塔徑（mm）盤(pán)外徑（mm）螺栓圓直徑（mm）分塊數(shù)升氣管數(shù)液體負(fù)荷范圍（m3/h）40002962283528920820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塔徑（mm）板外徑（mm）梁的條數(shù)承載能力（Pa）近似重量（N）400029629235203050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填料壓板采用床層限制板

41、，限制板外徑比塔徑小25mm，用塑料制品封頭選用橢圓型封頭，具體尺寸如下：表5.4橢圓型封頭尺寸橢圓型封頭內(nèi)徑（mm）曲面高度(mm)直邊高度(mm)內(nèi)表面積（m2）容積（m3）400010005017.99.02塔的總高：H = 11000+5700+5000+1000=22700m裙座選5m人孔，手孔人孔選用600，手孔選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸DN250加強(qiáng)圈加強(qiáng)圈選用6個(gè)，每3.75m一個(gè)6 設(shè)備穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度校核計(jì)算6.1壁厚的計(jì)算塔體壁厚1選用查表得雙面腐蝕取4考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的鋼板作筒體封頭壁厚采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，雙面對(duì)接焊縫100%探傷設(shè)計(jì)壁厚按下式計(jì)算1考慮鋼板

42、厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的鋼板作封頭，所以塔體壁厚和封頭壁厚均取校核罐體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度的計(jì)算由下式1式中徑向應(yīng)力則所以水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求6.2機(jī)械強(qiáng)度的校核質(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(tái)及各種附件等的質(zhì)量，還包括在操作，停修或水壓試驗(yàn)等不同工況時(shí)的物料或充水質(zhì)量。設(shè)備操作時(shí)的質(zhì)量式中塔體和裙座質(zhì)量，kg內(nèi)件質(zhì)量，kg保溫材料質(zhì)量，kg平臺(tái)，扶梯質(zhì)量，kg操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量，kg人孔，接管，法蘭等附件質(zhì)量,kg偏心質(zhì)量，kg其中取籠式扶梯所以風(fēng)載荷.1風(fēng)載荷的計(jì)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(jì)算

43、截面間的水平壓力為1式中水平風(fēng)力，N基本風(fēng)壓，查表但均不應(yīng)小于250N/ m2 ,取400N/m 第段計(jì)算長(zhǎng)度，mm風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按表選取0.8體型系數(shù)，圓柱直立設(shè)備取0.7塔設(shè)備各計(jì)算段的有效直徑，mm風(fēng)振系數(shù)風(fēng)振系數(shù)K2i：K2i = 1 + mi 式中 mi脈動(dòng)系數(shù),；動(dòng)力系數(shù),；K21 = K22 = K23 = K24 = 1 + 3.20.35 =2.12K25 =1 + 3.20.32 =2.024 代入式中得.2 風(fēng)彎矩的計(jì)算在計(jì)算風(fēng)載荷時(shí)，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17 設(shè)計(jì)體會(huì)與收獲隨著畢業(yè)日子的到來(lái)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過(guò)幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)

44、計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前總覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)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(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(tīng)聽(tīng)不同的看法可以讓我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的

45、同學(xué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)還是一無(wú)所知，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。在此要感謝指導(dǎo)老師宋軍超對(duì)我的悉心指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，雖經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲很大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)未來(lái)的信心，相信對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活會(huì)有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的不足之處我會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)中進(jìn)一

46、步完善。8 參考文獻(xiàn)1 陳國(guó)桓.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995-2.174-175，205-2082 王樹(shù)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(wú)機(jī)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(wú)機(jī)化工工藝學(xué)第三版上下冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.20015 魏兆燦,李寬宏.塔設(shè)備設(shè)計(jì)M.上海:上海科學(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(jì)手冊(cè)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995 . 330-3607 化工部第六設(shè)計(jì)院編.化學(xué)工程手冊(cè)M.第1 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19808 化工部第六設(shè)計(jì)院編.化學(xué)工程手冊(cè)M.第13 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19809 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)