【正文】 體質(zhì)量， kg/(m2s)； C —— 系數(shù)，氣體自上而下流動(dòng)， C 值在 ～ ；自下而上流動(dòng)， C ??； b? —— 分子篩的堆密度， kg/m3； g? —— 氣體操作條件下的密度， kg/m3； 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 pD—— 分子篩的平均直徑 m。 2）氣體通過(guò)床層的壓力降： 2g g gP B V C VL ??? ?? () 式中 P? —— 壓降， kPa； L —— 床層高度， m； ? —— 氣體粘度， mPas； gV —— 氣體流速， m/min； g? —— 氣體操作條件下的密度， kg/m3。 3) 操作條件下氣體流量 000PQTZQ PT? () 式中 0P —— 標(biāo)準(zhǔn)條件下的壓力， MPa； 0Q —— 標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量， m3/h； 0T —— 標(biāo)準(zhǔn)條件下的溫度， K。 4）轉(zhuǎn)效點(diǎn)的計(jì)算 bTB xhq?? ? () 式中 B? —— 達(dá)到轉(zhuǎn)效點(diǎn)的時(shí)間 ， h； X —— 選用的分子篩有效吸附容量 ， ﹪ ； b? —— 分子篩的堆密度， kg/m3； Th —— 整個(gè)床層長(zhǎng)度 ， m； q —— 床層截面積的水負(fù)荷 , kg/(m2h)。 5)吸附傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度 0 .5 5 0 6 0 .2 6 4 61 .4 1Z gqHA V ???? ???? () 式中 ZH —— 吸附傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度， m； 輕烴回收裝置工藝設(shè)計(jì) 11 A—— 系數(shù)，分子篩 A = ，硅膠 A = 1，活性氧化鋁 A = ； q—— 床層截面積的水負(fù)荷， kg/(m2h)； gV—— 空塔線速 （ 氣體流速 ） ， m/min； ? —— 進(jìn)吸附氣體相對(duì)濕度， ﹪ 。 采用膨脹制冷法回收輕烴的裝置 ,由于原料氣需要深度的制冷 （ 一般采用原料氣制冷的溫度在 70℃ 以下 ） 因而需要對(duì)原料氣進(jìn)行深度脫水。由于采用分 子篩做吸附劑脫水可以達(dá)到比較大的露點(diǎn)降。因而這種方法廣泛應(yīng)用與輕烴回收裝置中。 采用球形 4A 分子篩吸附脫水，已知 4A 分子篩的顆粒直徑為 ，堆密度為 660Kg/m3，吸附周期采用 8 小時(shí)，加熱再生時(shí)間為 小時(shí)，冷卻時(shí)間為 小時(shí)。 天然氣處理量： Qg=10010 4 Nm3 /d (， 0℃ ) 工況下密度是 ： kg/m3 分子篩的顆粒直徑： D= 操作壓力： P= 操作溫度： T=38℃ 堆密度： b? =660 kg/m3 吸附周期： T1=8h 再生時(shí)間： T2= 冷卻時(shí)間： T3= 技術(shù)要求： Ⅰ . 吸附操作： ⒈ 操作溫度： T = 273 + 38 = 311 K ⒉ 操作壓力： P = ⒊ 吸附劑的使用壽命： 2～ 3 年 Ⅱ . 再生操作： 操作周期 T = 8 小時(shí) Ⅲ . 分子篩吸附水儲(chǔ)量為 8 kg(H2O)/100kg(吸附劑 ) 分子篩的直徑計(jì)算 原料氣在 P=,t=38℃ 校正后 的飽和水含量 查《天然氣集輸工程》圖 2— 1為 1800g/1000m3， 按全部脫去考慮，需脫水量： 1000操作周期 8 小時(shí)，總共脫水： 875=600kg 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 根據(jù)查圖法，天然氣的相對(duì)密度取 ，查圖 1— 18，壓縮系數(shù) Z=。 操作條件下的氣體量： 000PQTZQ PT? 41 0 0 1 0 1 0 1 .3 2 5 3 1 13 6 0 0 2 4 4 5 0 0 2 7 3?? ? ? ?? 天然氣的平均分子量為： 已知 b? =660kg/m3, ρg＝ kg/m3， pD =， 根據(jù)氣體自上而下流動(dòng)， C值在 — ；自下而上流動(dòng)， C 取 ，最后 C 取 ，將數(shù)據(jù)代入公式： ()b g pG C D??? 0. 5( 9 660 41. 8 032 )? ? ? ? ?吸附器的截面積： G? ? ? m2 則直徑 0 . 5 0 . 52 .0 2 1 .5 90 .7 8 5 0 .7 8 5FD ? ? ? ????? ? ? ?? ? ? ?m， 取 D= 分子篩有效吸附容量取 8 kg(H2O)/100kg(吸附劑 )，則吸附器需要分子篩質(zhì)量：600 ? kg， 其體積為 7500 ?? m3，床層高度為 1 1 .3 6 5 .6 42 .0 2VH F? ? ?m，徑比： ?? 再生 熱負(fù)荷 計(jì)算 用原料氣做再生氣進(jìn)行加熱，天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量 M = ，進(jìn)吸附塔溫度為 260℃ ，分子篩床層吸附終了溫度 43℃ （即床層升溫 5℃ ），再生加熱出吸附器溫度為 200℃ ，床層再生溫度 1/2(260+200)=230℃ ， 預(yù)先計(jì)算在 230℃ 時(shí)，分子篩 的比熱 Cp1= kJ/(kg℃ )， 鋼材比熱 Cp2= kJ/(kg℃ )，水的吸附比熱Cp3= kJ/(kg℃ )，瓷球比熱 Cp4= kJ/(kg℃ )，吸附筒體是壓力容器。預(yù)先估計(jì)其包括器內(nèi)附屬設(shè)備的質(zhì)量為 13200kg， 床層上下各鋪 150mm 瓷球， 瓷球堆密度 2200 kg/ m3， 共重約 1678kg ? ? ? ?2 2 2 2 1 13 20 0 0. 5 23 0 43 12 34 20 0pQ m C t t? ? ? ? ? ? ? kJ 33 418 600 418 251 208 0Qm? ? ? ? ? kJ ? ? ? ?4 4 4 2 1 16 78 0. 88 23 0 43 27 61 32pQ m C t t? ? ? ? ? ? ? kJ 1 2 3 4 5368812Q Q Q Q Q? ? ? ? ? kJ 輕烴回收裝置工藝設(shè)計(jì) 13 ? ?1 1 1 2 1 75 00 0. 96 23 0 43 13 46 40 0pQ m C t t? ? ? ? ? ? ?（ ） kJ 式中 Q1—— 加熱分子篩的熱量， KJ； Q2—— 加熱吸附器本身 (鋼材 )的熱量， kJ； Q3—— 脫附吸附水的熱量， kJ； Q4—— 加熱鋪墊的瓷球的熱量， kJ； m1—— 分子篩的質(zhì)量， kg； m2—— 吸附器筒體及附件等鋼材的質(zhì)量， kg； m3—— 吸附水的質(zhì)量， kg； m4—— 鋪墊的瓷球的質(zhì)量， kg。 加上 10％熱損失，則是 5905693kJ。設(shè)再生加熱時(shí)間為 小時(shí)，則每小時(shí)加熱量是 5905693/=1406117kJ/h。 再生氣量的計(jì)算 再 生 氣 在 230 ℃ 時(shí) 的 平 均 比 熱 是 (kJ℃ ) ， 再 生 氣 溫 降 是 ：39。3 2 111( ) 2 6 0 ( 4 3 2 0 0 ) 1 3 8 . 522t t t t? ? ? ? ? ? ? ?℃ 每千克再生氣給出熱量： 138 .5 434 .89HPq C t? ? ? ? ?kJ/kg 需要再生氣的量為： 1406117/ 434. 89= q?? kg/h 冷卻氣量計(jì)算 床層溫度自 230℃ 降到 43℃ ，則冷卻熱負(fù)荷如下： 1 750 0 6 ( 230 38 ) 138 240 0Q ? ? ? ? ? kJ 2 132 00 ( 230 38 ) 126 720 0Q ? ? ? ? ? kJ 4 1 6 7 8 0 .8 8 ( 2 3 0 3 8 ) 2 8 3 5 1 5Q ? ? ? ? ? kJ 共計(jì) 2933115 kJ，冷卻氣進(jìn)口 38℃ 。設(shè)冷卻時(shí)間 小時(shí)（可變），每小時(shí)移卻熱量 2933115/=。冷卻氣平均比熱在 130℃ 時(shí)為 kJ/(kg℃ )，冷卻氣溫差 100℃ ，需冷卻氣量 (100)＝ 3065kg/h。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 壓力降計(jì)算（吸附） 2g g gP B V C VL ??? ?? 現(xiàn)已知床層高 ，即 L=，由有關(guān)圖表知此狀態(tài)下 ?? mPas，再查表得： ? ? kg/m3 1 60 ? ? ? m/min ? ， ? 4 ( 55 138 5 24 013 5 41. 8 6 ) 18 .86P? ? ? ? ? ? ? ? ?kPa 由于加熱和冷卻時(shí)壓降都很小，可不計(jì)算。 轉(zhuǎn)效點(diǎn)計(jì)算 bTB xhq?? ? ， 660b? ? kg/m3 8x? ％， ? m， 75 ??kg/( m2h) 代入數(shù)據(jù)： 0 . 0 1 8 6 6 0 5 . 6 4 7 . 9 93 7 . 2 3B? ? ? ???h 符合原設(shè)計(jì)吸附 8 小時(shí)的要求。 傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度的計(jì)算 0 .5 5 0 6 0 .2 6 4 61 .4 1Z gqHA V ???? ???? A=， ? =100 ， q=( m2s)， ? m/min 代入數(shù)據(jù)： 0 . 5 5 0 6 0 . 2 6 4 63 7 . 2 31 . 4 1 0 . 6 1 . 4 67 . 2 6 1 0 0ZH??? ? ?????m 輕烴回收裝置工藝設(shè)計(jì) 15 吸附器材質(zhì)和壁厚計(jì)算 油氣對(duì)鋼材的腐蝕性不大，溫度在 38℃ ，壓力為 ，故選取 16MmR 合金鋼，由文獻(xiàn) [7]可得壁厚公式： ? ?2b PD CP? ????? 式中 P—— 分離器操作壓力， MPa； D—— 分離器直徑， m； ? —— 焊縫系數(shù)，取 ? ＝ 。 []? —— 鋼材屈服極限，取 []? ＝ 170 算得 b? = 取 b? ＝ 18mm 水壓試驗(yàn)： ()2T i eT ePD ?? ??? 式中： TP —— 試驗(yàn)壓力， MPa； D—— 分離器直徑， m； e? —— 有效壁厚， mm。 PT＝ P=＝ e? ＝ b? － C=12－ ＝ T? ＝ 查參考文獻(xiàn) [7]表得 16MnR 合金鋼的 S? ＝ 345 MPa。 又有 ? S? ＝ 345＝ 259， 則 T? ? S? 。 壁厚 b? ＝ 18mm 滿(mǎn)足要求。 板翅式換熱器 的工藝計(jì)算 這是一種緊湊式換熱器口目前在空分和輕烴回收中廣泛應(yīng)用。它的特點(diǎn)如下 ： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1)傳熱效率高，由 于 翅片對(duì)流體的擾動(dòng)使熱邊界層不斷破裂 ； 2)緊湊輕巧，由于采用特殊結(jié)構(gòu)和使用鋁合金傳熱面積可 15002500m2/m3 相當(dāng)于管殼式換熱器的 1020 倍。由多層通道疊合組成 ； 3)適應(yīng)性和互換性大，能適用于氣一氣、氣一液、液一液間不同流體的換熱。通過(guò)各種通道布置和組合還能適應(yīng)逆流、錯(cuò)流、多股流的換熱，工業(yè)上可成批生產(chǎn)，降低成本 ； 4)制造工藝復(fù)雜。容易堵塞，清洗困難 。 缺點(diǎn) ： 1)由于流道較小，容 易堵塞。一旦堵塞后，清洗較困難，因而使用介質(zhì)一般要求以清潔為宜，最好在物料進(jìn)口 前進(jìn)行過(guò)濾 ； 2)檢修、探傷很困難。 基本結(jié)構(gòu)： 板翅式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式是相同的，在二塊平的金屬板中間夾持一組波形翅片，兩邊以封條密封而組成一個(gè)單元體 （ 見(jiàn) 圖 ） 。對(duì)各個(gè)單元體進(jìn)行不同的疊積，并適當(dāng)?shù)嘏帕校免F焊焊牢，就一可得到各種不同流向的組裝件，稱(chēng)為板束。在板束的頂、底部還各留有一層主要起絕緣作用的假翅片層 (或稱(chēng)工藝層 )。再將半圓封頭用氫弧焊焊在板束上，就制成了一個(gè)板翅式換熱器。 圖 單元體分解圖 原料氣進(jìn)入分離器后將液體分離（凝析液等）。氣體進(jìn)入分子篩干燥器，干燥到露點(diǎn)比工藝過(guò)程中最低溫度還低 10℃ ，流入氣 — 氣換熱器中冷卻，冷源來(lái)自脫乙烷塔頂部流出來(lái)的貧氣。 設(shè)計(jì)計(jì)算中涉及的主要計(jì)算公式 1）翅片效率： 根據(jù)長(zhǎng)桿導(dǎo)熱機(jī)理可以得到下列表達(dá)式 : tanhf xPbPb? ? () 式中 f? —— 翅片效率 ； 輕烴回收裝置工藝設(shè)計(jì) 17 tanhx —— 雙曲正切函數(shù) ； P—— 翅片參數(shù)， 39。2mP r??? 。 b 的計(jì)算如下： 熱流體隔在兩冷流體之間： 12bh?； 兩冷流體之間隔兩熱