【正文】 (2) 流體流速的選擇 [32]： 若流速增大，不僅給熱系數增大，同時也可減少污垢在管子表面沉積的可能性，從而 可提高傳熱系。煤氣中冷凝下來的少量焦油便于及時排除。 橫管冷卻器的設計 原則 (1) 流道選型原則 ： 易結垢和不清潔的流體走管內，以便機械清潔； 腐蝕性流體走管內，以節(jié)省耐腐蝕材料用量； 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 37 頁 共 59 頁 毒性物料走管內，以減少泄露機會； 高壓流體走管內，以減少外殼厚度； 高溫且要求特殊材料的流體走管內，以節(jié)省材料； 高粘度流體走殼程，以易于形成湍流，擾動程度大，提高給熱系數； 若兩流體溫差較大， 應選給熱系數大的流體走殼程，以減少殼體與管壁的溫度，減少熱應力；若兩流體溫差很大，且給熱系數相差很大，則應選給熱系數大的流體走管壁，因為在管外加翅片比較方便； 飽和蒸汽走殼程，以便及時排除冷凝液，被冷凝的流體走殼程，利于散熱，增強冷卻效果。在物料比較清潔且腐蝕不嚴重時，可在限位圈下面安裝一層金屬絲網，以達到上述兩個要求。 不論是壓緊裝置還是限位裝置，與填料支承一樣，必須具有足夠高的開孔率，而單個開孔又必須足夠小，以保證既具有與填料層 一樣的質量。此外，分布器下邊的流化，還會影響液體的初始分布，安裝在填料頂層的填料壓緊或限位裝置都是用于阻止填料的流化和松動。另外，也要防止瓷環(huán)碎片漏入液體出口管，使管道堵塞，可裝設擋網等。有時不另裝液封裝置，而把塔的下部當做緩沖器使用，即其中經貯有一定量的液體，并保持液面恒定。液體 的出口裝置應該便于塔內液體的排放，不易堵塞，而且又能將塔設備的內部與外部大氣相隔離。當氣體夾帶液滴較多時，則需另裝除沫器。斜口，使氣流折轉向上，分布更均勻，對于直徑大于 ，管的末端可做成鄉(xiāng)下的喇叭形擴中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 36 頁 共 59 頁 大口。填料塔對氣流入塔的分布要求不嚴，但也不應使氣流直接有管口或水平管沖入塔內 。 多孔型分布器開孔數目計算式： ????????? ? gHgndL loS ??? 24 ?????? ???????? 32 n? 140?n （個） 式中： SL — 洗油流量， m3/s； n— 開孔數目； ?— 孔流系數，取 ； od — 開孔孔徑， mm； H? — 開孔上方液位高度， mm； l? — 洗油密度， kg/m3。 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 35 頁 共 59 頁 3 液體再分布器的選擇與尺寸 [27] 由于工藝條件的要求，需要的填料層高度較大，當噴淋液體噴到填料表面后，液體沿填料層表面向下流時往往有逐漸靠塔壁方向集中趨勢，稱為 “干錐體現象 ”，使液相分布不均，降低了填料塔的效率，為了避免產生 “干錐體現象 ”，每隔一定距離必須設置液體再分布裝置，使填料在整個高度的填料層內部都得到噴淋液的均勻分布。 絲網盤高 H 一般取 100～ 150mm，盤的直徑可根據氣速 u確定。由一定規(guī)格編制成的絲網帶卷制而成，是一盤狀物，在用支撐板加以固定，絲帶網可用金屬或非金屬材料制成，絲網支撐柵板的自由截面積應大于 90%，適用于潔凈氣體。 較常用的支撐結構是柵板，其有豎立的扁鋼條構成，結構簡單，制造 方便。s )； a、 b、 m—填料常數，無因次 []； l? —洗油粘度， Pa 表 42 規(guī)整填料分段高度推薦值 填料類型 高度 h/m 250Y 板波紋填料 500Y 板波紋填料 500BX 絲網波紋填料 700CY 絲網波紋填料 根據上表將填料分為 4m、 5m、 5m。壁流效應造成填料層氣液分布不均勻，使傳質效率降低。s 1) 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 33 頁 共 59 頁 mq — 洗油質量流率， kg/s； l? — 洗油密度， kg/m3； A— 填料塔截面積， m2。 填料塔的高度為： OGOG NHH ?? = = ≈ (m) 噴淋密度可由下式計算： Wlm ALq ?? AqL lmW ?? 235 3600/ ??? ???WL ?WL m3/(m2 s； wa — 單位體積填料的潤濕面積， m2/m3； 在本次實際中，入口氣相中粗苯摩爾分率為 ，出口氣相中摩爾分率為，相平衡常數 ，入口貧液粗苯摩爾分率為 ，出口富液粗苯摩爾分中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 32 頁 共 59 頁 率為 。 s； l? — 液體的密度 kg/m3； g— 重力加速度， m/s2。 關于填料的潤濕表面，用如下關聯式計算： ?????????????????????????????????????????? x p1 aGgaGaGaallllllcw ?????? 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 31 頁 共 59 頁 式中： wa — 單位體積填料層的潤濕面積， m2/m3； a— 填料比表面積， m2/m3； ?— 液相表面張力， N/m； c? — 臨界表面張力，即能在該種填料上散開的最大表面張力， N/m； lG — 液體通過空塔界面的質量流速， kg/(m2 s)； R— 氣體常數， kJ/(kmol s） 式中： Re— 雷諾準數； GD — 吸收質在氣相中的擴散系數， m2/s； pd — 填料特性尺寸， mm； u— 空塔氣速， m/s； G? — 氣相粘度， Pa 由于此吸收過程是氣相速率控制過程，總傳質系數等于氣相傳質系數。 對于不易發(fā)泡物系： u=() fu ，在本次設計中，由于吸收液粘度大，填料表面對液體的摩擦阻力較大，空塔氣速相應的選擇較小值，故 選擇 為系數。 l? — 液相粘度， Pa l? 、 g? — 氣相、液相密度， kg/m3。 ta — 填料比表面積， m2/m3。 表 41 金屬波紋絲網填料常數 參數 數值 單位 比表面積 1000 m2/m3 空隙率 m3/m3 有效尺寸 mm 臨界表面張力 75 mN/m 堆填密度 650 kg/m3 散堆填料塔的夜泛氣速，可用以下經驗關聯式計算： 8141 g ????????????????????????? ?lgglllgft GGBgua ?????? ? ? 813414 1000l o g ?????? ???????? ???????????? ????? ?fu ? ? g 42 ???? ?fu smuf /? 上式中： fu — 泛 點空塔氣速即夜泛速度， m/s。s, 氣相粘度為 105Pa填料塔操作阻力較小，氣液可以充分接觸，有利于粗苯吸收 [22]。板式塔操作是可靠的，但中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 28 頁 共 59 頁 是阻力 較大。上部采用涼水塔的直接冷卻設計，下端采用震動篩板塔的逆流接觸，將冷卻下來的萘萃取到焦油洗油中 [21]。為了減少動力損失，減少吸收塔的材料損耗，此處采用噴淋塔。 在塔內煤氣流速相同的情況下，噴淋吸收塔的阻力最小，但是吸收不充分，此設計中采用填料塔 [20]。增大了溫差，提高傳熱系數，減少管程和殼程，從而降低設備投資，節(jié)約建廠成本，因此，本設計采用雙段冷卻單程管式換熱器。橫管冷卻器管子可被焦油洗滌，此外上部管子冷凝的焦油可以洗滌所有管子，它減少了萘的沉積有利于傳熱 。由于橫管冷卻器傳熱系數大于立管式的，本次設計中采用的是兩段式的橫管冷卻器。 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 27 頁 共 59 頁 4 主要設備設計及選型 設備工藝設計原則 在本設計中，所有設備工藝設計主要從以下兩個角度考慮：一類是標準設備和定型設備，是成批成系列生產的設備， 從廠家的產品目錄或 設備手冊中查到具體的規(guī)格及型號，直接從設備生產廠家購買；另一類是非標準設備或非定型設備，是根據工藝要求通過工藝計算，然后將規(guī)格、尺寸交由有資格的廠家制造的 [19]。根據設計任務的要求，通過物料衡算求出各單元工段的物料流量，為下一章確定設備尺寸提供依據。 冷卻水 20℃ 158 m3/h ω2=2 g/m3 ω1=40 g/m3 25℃ 158 m3/h 焦油洗油 含萘洗油 10 m3/h 10 m3/h 冷卻水 終冷脫除萘的量為： m(萘 ) = qv(ω1ω2) =50000() =5104 (g/h) 設計焦油洗油的用量為 m3/1000 m3 煤氣 (標 )： qv=aqv=10 m3/h 中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書 第 25 頁 共 59 頁 冷卻水用量 ： qv,1ρ1 cp,1(T1T2)= qv,2ρ2 cp,2(t1t2) 5000090168(4025)= qv,21000(2520) qv,2=158 (m3/h) 上面各式中 m(萘 )— 終冷段脫除萘的質量， g/h； qv— 焦油洗油流量， m3/h； qv, qv,2— 煤氣、冷卻水的流量， m3/h； ρ ρ2— 煤氣、冷卻水的密度， kg/m3： ω ω2— 吸收塔入口、出口 萘的濃度， g/m3 粗苯回收工段衡算 終冷后的焦爐煤氣含粗苯不超過 40 g/m3，在粗苯吸收塔內含苯 5%洗油與煤氣逆流接觸，洗油吸收粗苯成為含苯 2%的富油，塔后煤氣中粗苯含量低于 2 g/m3。 可以高效的吸收煤氣中的氨氣，使之凈化后的氨氣含量能滿足工業(yè)使用和作為熱源氣體，不產生大量的污染。由于溶液得要求實際 Na2CO3 濃度 比理論計算高很多。 t t4—焦 冷卻水出 、 入 口溫度， ℃ ； 改良 ADA 法脫硫工段衡 入塔氣體中 H2S 含量不超過 20g/m3,HCN 含量不超 過 g/m3；凈化后氣體中H2S 含量不超過 g/m3， HCN 含量不超過 g/m3。 T T2—一段 煤氣入、出口溫度， ℃ ； 一段冷卻水用量 ： Q1 = qm,2c p,2(t1t2)=qv,2ρ2 cp,2(t1t2) qv,2= Q1/[ρ2 cp,2(t1t2)] =106/[(4020) = (m3/h)≈106 (m3/h) 上式中 qm,1—標準狀態(tài)下焦爐煤氣的 質量流量， kg/h； qv,1—標準狀態(tài)下焦爐煤氣的體積流量， m3/h； ρ1—標準狀態(tài)下焦爐煤氣的密度， kg/m3。在本設計中冷卻水以此狀態(tài)下為依據。kg1采用了經過大量實踐經驗檢驗過的安全系數 ，中北大學 2020 屆畢業(yè) 設計說明書