【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)為將合成氨的原料氣中的有害成分硫脫除，本設(shè)計(jì)的脫硫方案采。用的是栲膠脫硫法，該法是目前國(guó)內(nèi)最為常用的脫硫方法。要原料是半水煤氣和脫硫液。本設(shè)計(jì)詳細(xì)的介紹了合成氨脫硫工段的生產(chǎn)原理、工藝流程、工藝參數(shù)、熱量衡算、物料衡算、設(shè)備選型和三廢處理。

　　

【正文】 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ① 半水煤氣的平均式量 k m o lkgM %)(%)(%)(%)(%)( ??????????? 半水煤氣的密度： )( 2 mkgRTPMg ??? ????? 半水煤氣的 質(zhì)量流量 G0=V0ρg =② 脫硫液密度計(jì)算 用公式： ρL=－ （ g/cm3） 脫硫液入脫硫塔時(shí)的溫度 T入 =45℃ ， 則 ρ入L =－ 45=入脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量 W入L = =脫硫液出脫硫塔是的溫度 T出 ≈ 45℃ ，則 ρ出L ≈ ρ入L XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 22 出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量 W出L ≈ W入L ③ 平均比熱容的計(jì)算 根據(jù)比熱容的計(jì)算式 Cp=a+bT+cT2， J/(molK) 表 44 半水煤氣中的各組分的 a、 b、 c 值 物質(zhì) CO H2 CO2 N2 O2 a b/10－ 3 c/10－ 6 － － － － － 例如在 60℃ 的比熱容 ： CO: Cp=+103(+60)－ 106(+60)2=(kmolK) H2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmolK) CO2: CP=+103(+60)106(+60)2=(kmolK) N2: CP=+103(+60)106(+60)2= KJ/(kmolK) O2: CP=+103(+60)106(+60)2=(kmolK) 平均比熱容 Cpm=ΣYiCpi 式中 Yi—— 各氣體的體積分?jǐn)?shù) Cpi—— 各氣體的比熱容 故 半水煤氣在 60 攝氏度的比熱容 C60 P =(kmolK) 同理： 半水煤氣在 45 攝氏度的比熱容 C45 P =(kmolK) 半水煤氣在 41 攝氏度的比熱容 C41 P =(kmolK) ④ 脫硫液的比熱容 CP， J/(g℃ ) CP=+ 脫硫液的進(jìn)口溫度 為 41℃ ，則進(jìn)口時(shí)的比熱容 Cp1=+41=(g℃ )= KJ/(kg℃ ) 脫硫液的出口溫度 約 為 41℃ ,則出口時(shí)的比熱容 Cp2≈ Cp1 2 洗滌 塔熱量衡算 ① 洗滌 塔熱負(fù)荷 Q1， KJ/h Q1=G0(C60 P t1－ C45 P t2) XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 23 式中 G0—— 入 洗滌 塔半水煤氣 量 Q1=（ 60－ 45） =106KJ ② 冷卻水消耗量 W3， m3/h tC QW OH ??? 2 13 式中 Δt—— 冷卻水溫升，取 Δt=5℃ , CH2O=(Kg℃ ), ρ=1000kg/m3 hmW / 33 63 ??? ?? 3 硫泡沫槽熱量衡算 ① 硫泡沫槽熱負(fù)荷 ， KJ Q2=VFρFCF（ t3－ t4） 式中 VF—— 硫泡沫體積， m3， VF=G6= ρF—— 硫泡沫密度， kg/m3, ρF =1100kg/m3 CF—— 硫泡沫比熱容， KJ/（ kg℃ ） , CF= KJ/（ kg℃ ） t3—— 槽中硫泡沫 末 溫 ， ℃ ， t3=℃ t4—— 槽中硫泡沫 初 溫， ℃ ， t4=41℃ Q2=1100（ － 41） =105KJ ② 蒸汽消耗量 W4， kg/h 124 rQW? 式中 r1—— 130℃ 蒸汽的 液 化熱， KJ/kg， r1=kgW 1 7 7 104 3 4 54 ??? 4 熔硫釜熱量衡算 ① 熔硫釜熱負(fù)荷 Q3， KJ/釜 Q3=G8CSρS(t5－ t6)++4λF6(t5－ t6) 式中 G8—— 每一 釜硫膏量， m3/釜，設(shè)全容積為 3m3，熔硫釜裝填系數(shù)為 75%，則G8=3= CS—— 硫膏比熱容， KJ/（ kg﹒ ℃ ）， CS=（ kg﹒ ℃ ） ρS—— 硫膏密度， kg/m3， ρS=1770kg/m3 t5—— 加熱終溫， ℃ ， t5=150℃ t6—— 入釜溫度， ℃ ， t6=℃ XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 24 Ch—— 硫膏的熔融熱， KJ/kg， Ch= KJ/kg λ—— 熔硫釜向周?chē)臻g的散熱系數(shù)， KJ/（ m2h℃ )， λ= KJ/（ m2h℃ ） F6—— 熔硫釜表面積， m2， F6=10m2 4—— 熔 一 釜所需時(shí)間， h —— 硫膏中含硫膏 98% G8CSρS(t5－ t6)表示硫膏升溫吸收熱量； 表示硫膏熔融吸收熱量；4λF6(t5－ t6)表示向環(huán)境散熱量。 Q3=1770(150－ )+1770+410(150－ ) =② 蒸汽消耗量， W5， KJ/釜 235 rQW? 式中 r2—— 130℃ 蒸汽的 液 化熱， KJ/kg， r2=釜kgW 3 17 7 50 2 235 ?? 表 熱量衡算表 ： 收入 KJ/kg 支出 KJ/kg 洗 滌 塔 (/h) 半水煤氣帶入的熱量 G0C60 P t1 179。10 6 半水煤氣帶出的熱量 179。10 6 冷卻水吸收的熱量 179。10 6 總 和 179。10 6 總和 179。10 6 硫泡沫槽 (/h) 脫硫液帶入的熱量 179。10 5 脫硫液帶出的熱量 179。10 5 蒸汽冷凝放出的熱量 179。10 5 總和 179。10 5 總和 179。10 5 熔硫釜/（釜） 硫膏帶入的熱量 179。10 5 硫膏帶出的熱量 179。10 6 蒸汽冷凝放出的熱量 179。10 5 環(huán)境吸收的熱量 179。10 5 總和 179。10 6 總和 179。10 6 XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 25 脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 脫硫吸收塔采用填料塔，填料為 ? 76179。 76179。 聚丙烯 鮑爾環(huán)，公稱(chēng)直徑為 76cm，空隙率為 ε=，比表面積為 α=,采用亂堆的方式 。 塔徑計(jì)算 泛點(diǎn)氣速法 泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速上限，填料塔的操作空塔氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱(chēng)為泛點(diǎn)率。 [14] 對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 u/uF= ~ 填料的泛點(diǎn)氣速可由貝恩 — 霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算： )()(lgLgLgF GLKAagu ?????? ????? 式中 uF—— 泛點(diǎn)氣速， m/s ； g —— 重力加速度， ； a —— 填料總比表面積， m2/m3 ； ε —— 填料層空隙率， m3/m3 ； ρg 、 ρL —— 氣相、液相密度， kg/m3 ； μ —— 液體粘度， mPaS ； μ= mPaS L、 G —— 液相、氣相的質(zhì)量流量， kg/h ； A、 K —— 關(guān)聯(lián)常數(shù)，與填料的形狀及材料有關(guān)。查表得出 A=， K=。 8141 )()(LgGLKA ??? 8141 ) 4 () 2 4 ( 4 ?? ???? ?? [14] 引自王勝 國(guó)：《化工原理課程設(shè)計(jì)》第 2 版， 2020 年 2 月第 1版，大連理工大學(xué)出版社 XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 26 因此， 31 6 8 uagu LgF??? ????? 所以 smu F ?????? 取泛點(diǎn)率為 ，則 smuu F ?? 根據(jù)操作態(tài)的每小時(shí)氣體處理量算出塔徑 D， m u/ 4Vs ??D 式中 ： D—— 吸收塔直徑， m； VS—— 氣體的體積流量， m3/s D= 6 0 0 2 2 9 94 ???? π 圓整后 D 取 則 222 / 6 0 02 2 2 9 9 .7 244DVsu s??????）（ππ 填料高度計(jì)算 （ a）吸收過(guò)程傳質(zhì)系數(shù) KG計(jì)算 KG= 式中 ： KG—— 傳質(zhì)系數(shù)， Kg /（ m2hatm） ； A—— 經(jīng)驗(yàn)數(shù)，取 A=20； W—— 吸收塔操作氣速， m/s； Na—— 溶液中 Na+含量 ， g/L； B—— 吸收過(guò)程液氣比 ， L/m3。 at mhmkg ..) 83 3 0()84 546( ???????? ? （ b） 計(jì)算 吸收過(guò)程平均推動(dòng)力 ΔPM, atm XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 27 ?????? ???????*22*11*22*11)(ln)()(PPPPPPPPPM 式中： P1—— 吸收塔入口氣相 H2S 分壓， atm； P2—— 吸收塔出口氣相 H2S 分壓， atm； P1 =（ ） /（ ） =104 atm P2 =（ ） /（ ） =107atm P1*， P2*—— 吸收塔入、出口 H2S 分壓， atm，溶液中 H2S 含量很低，可以忽略， P1* = P2* =0。 57474 ????? ???????? ??????? PM （ c） 計(jì)算 傳質(zhì)面積 FP， m2 PMKG GFP ??? 1 式中： G1—— H2S 脫除量， Kg/h； KG—— 傳質(zhì)系數(shù)， Kg /（ m2hatm） 。 ΔPM—— 吸收過(guò)程平均推動(dòng)力， atm。 25 4 mFP ???? ? （ d） 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出填料高度 aDFPHP ??278 式中 a—— 填料比表面面積 mHP 61 58 2 ??? 液體分布器 采用蓮蓬頭式噴淋器。選此裝置的目的是能使填料表面很好的濕潤(rùn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與維修方便，噴曬比較均勻，安裝簡(jiǎn)單。 （ 1） 小孔個(gè)數(shù) n的確定： 流量系數(shù) ? 取 ~，本次設(shè)去 ，推動(dòng)力液柱高度 H 取 。 XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 28 則小孔液體流速 smghw / ?????? ? 小孔輸液能力 smLQ t /3600 3??? 由 fwQ ?? 得， 小孔的 總面積為 30 6 0 4 mwQf ???? ? 所以，小孔個(gè)數(shù) .67 26 d4 22 ????? ππ fwn ， 即為 727 個(gè)孔。 式中， d—— 小孔直徑，一般取 4~10mm,視介質(zhì)污潔而異，本次設(shè)計(jì)取 10mm。 （ 2）噴曬器離球面中心到填料表面距離計(jì)算 蓮蓬頭安裝離填料表面的距離一般為（ ~1） D，本次設(shè)計(jì)去 Dh ? , 則， mDh ???? (3)蓮蓬頭直徑范圍為 D51~蓮d，取 D51 = (4)噴夾彎曲半徑 R 的確定 取 R= 則 R==? = 液體再分布器 液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)現(xiàn)象，偏流往往造成塔中心的填料不被潤(rùn)濕。為將流動(dòng)塔壁處的液體重新匯集餅引向塔中央?yún)^(qū)域，可在填料層內(nèi)每隔一定高度設(shè)置液體再分配器。在液體再分配器中，分配錐最簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)采用分配錐分配器。 （ 1） 截錐小頭直徑一般為 D’（ ～ ） D，取 D’== （ 2） 液體再分配器高度 h a n2 )(t a n2 )39。( ??? ???? ?DDh （ 3）再分配器間距 H 計(jì)算 對(duì)于小直徑的塔（塔徑在 1m 以下），一般 H≦ 6D，對(duì)于直徑較大的塔（塔徑大于 1m），可取 H≦（ 2～ 3） D。本設(shè)計(jì)取 H=3D= 再分配器個(gè)數(shù)為 n=247。 =，取 n=2 XX 理工 大學(xué) XX 學(xué)院 20XX 屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 29 填料支撐板的選擇 本次設(shè)計(jì)選用分塊式開(kāi)孔波形板。 這種支撐板的波形結(jié)