合成氨脫硫數(shù)據(jù)處理

1、4. 物料衡算和熱量衡算4.1 物料衡算6-101 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表4.1 半水煤氣成分組分N2CO2COH2CH4體積/23.452.8818.3554.620.7 表4.2 脫硫液成分組分Na2CO3NaHCO3總堿總釩栲膠濃度（g/L）5.050.626.80.61.5 半水煤氣中硫化氫含量 C1=1.26 g/m3 凈化氣中硫化氫含量 C2=0.01g/m3 入洗滌塔的半水煤氣的溫度 t1=60 出洗滌塔入脫硫塔的半水煤氣的溫度 t2=45 出脫硫塔半水煤氣的溫度 t3=41 入脫硫塔半水煤氣的壓力 P=0.125MPa（絕壓）2 計(jì)算原料氣的體積及流量以每年330個(gè)工作日，每天工作24小時(shí)

2、，則每小時(shí)生產(chǎn)合成氨為：3000000÷(330×24)=37.879t/h考慮到在合成時(shí)的損失，則以每小時(shí)生產(chǎn)38噸計(jì)算為基準(zhǔn)，所以nNH3=38000Kg÷17Kg/Kmol=2235.3Kmol則合成NH3所需要N2的物質(zhì)的量為n N2= nNH3÷2=1117.6Kmol考慮到半水煤氣經(jīng)過(guò)洗滌、脫硫、變換等工序到合成的過(guò)程中氮?dú)獾膿p失，則損失率以10%計(jì)，則半水煤氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為nN2 =1117.6×(1+10%)=1229.4 Kmol所以原料氣中N2的體積為 VN2=22.4 Nm3/Kmol×1229.4Kmol=

3、27538.6Nm3根據(jù)原料氣中各氣體的體積比，則其它氣體的體積為VCO2=2.88÷23.45×VN2 = 3382.14 Nm3VCO=18.35÷23.45×VN2 =21549.39 Nm3VH2=54.62÷23.45×VN2 =64143.21 Nm3VCH4=0.7÷23.45×VN2 =822.05Nm3則總氣體的體積V= VCO2 + VCO + VH2+ VCH4+ VN2=3382.14 Nm3 +21549.39 Nm3 +64143.21 Nm3 +822.05Nm3 +27538.6Nm

4、3=117435.39Nm3根據(jù)氣體方程，將0、101.325KPa下的體積換算成125KPa、45時(shí)的體積V0V0 =110875.68m3則進(jìn)入脫硫塔的氣體的流量為G=110875.68m3/h3 根據(jù)氣體中 H2S的含量計(jì)算H2S的質(zhì)量入脫硫塔中H2S的質(zhì)量：m1=1.26g/m3×110875.68m3 =139.70Kg根據(jù)設(shè)計(jì)要求，出塔氣體中H2S的含量為0.01g/m3,取出塔氣中H2S的含量為0.01g/m3，則塔的脫硫效率是=(1.26-0.01)÷1.26×100%=99.2%由于原料氣中H2S的含量低，故在脫硫的過(guò)程中原料氣進(jìn)入脫硫塔和出脫硫

5、塔的體積流量視為不變，則出塔氣體的流量W0110875.68m3/h所以出塔氣中H2S的質(zhì)量為m2 =0.01g/m3×110875.68m3 =1.109 Kg故在脫硫塔中吸收的H2S的質(zhì)量為G1= m1m2=139.701.109=138.59Kg4 脫硫液循環(huán)量的計(jì)算取脫硫液中硫容量為S=100g/m3,根據(jù)液氣比L/G=式中：C1為進(jìn)脫硫塔氣體中硫化氫的含量，g/m3C2為出脫硫塔氣體中硫化氫的含量，g/m3S為硫容量，g/m3L為脫硫液的循環(huán)量，m3/hG為進(jìn)脫硫塔氣體的流量，m3/h則液氣比為L(zhǎng)/G=(1.260.01)÷100=0.0125脫硫液的循環(huán)量L=0

6、.0125×110875.68=1385.95m3/h因脫硫液在循環(huán)中有損失及再生率為95%，取損失率為10%則液體的循環(huán)量為L(zhǎng)T=L（1+10%）=1385.95×（1+10%）=1524.54m3/h5 生成Na2S2O3消耗的H2S的質(zhì)量G2，Kg/h取Na2S2O3的生成率為H2S脫除量的8%，則G2 =138.591×8%= 11.087 Kg/h6 Na2S2O3的生成量G3，Kg/h 2H2S Na2S2O3G3 = 式中MNa2S2O3 Na2S2O3的分子量 MH2S H2S的分子量 G3 =11.087×158÷(2

7、5;34)=25.76 Kg/h7 理論硫回收量G4，Kg/h G4=（G1-G2）×式中MS 硫的分子量G4=（138.59111.087）× =120.00 Kg/h理論硫回收率，=G4/G1 =92.00%8 生成Na2S2O3消耗的純堿量G5，Kg/hG5=式中MNa2CO3Na2CO3的分子量G5=25.76×106÷158=17.28Kg/h9 硫泡沫生成量G6，Kg/m3G6=式中S1硫泡沫中硫含量，kg/m3,取S1=30kg/m3G6 =4m3/h10 入熔硫釜硫膏量G7=式中 S2硫膏含硫量，取S2=98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）G7=120&#

8、247;98%=122.45Kg/h表4.3 物料衡算表（以每小時(shí)計(jì)）：入脫硫塔氣體流量110875.68m3出脫硫塔氣體流量110875.68m3脫硫液循環(huán)量1524.54m3硫泡沫生成量4m3硫化氫吸收量138.59Kg硫膏量122.45Kg消耗的純堿量17.28Kg硫代硫酸鈉生成量25.76Kg4.2 熱量衡算（以0為計(jì)算基準(zhǔn)）1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)半水煤氣的平均式量 M=(28×23.45%)+(44×2.88%)+(28×18.35%)+(2×54.62%)+(16×0.7%)=14.18kg/kmol入脫硫塔時(shí)半水煤氣的密度：g= =0.66

9、9kg/m3半水煤氣的質(zhì)量流量G0=V0g =110875.68×0.669kg/h=74175.83kg/h 脫硫液密度計(jì)算用公式：L=1.06410.000446T（g/cm3）脫硫液入脫硫塔時(shí)的溫度T=45，則=1.06410.000446×45=1.04403g/cm3=1044.03kg/m3入脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W=90.708=94701.87kg/h脫硫液出脫硫塔是的溫度T45，則出L出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量W出LW 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/(mol·K)將半水煤氣中的各組分的a、b、c值列于表中物質(zhì)COH2

10、CO2N2CH4a26.53726.8826.7527.3214.15b/1037.68314.34742.2586.22675.496c/1061.1720.326514.250.950217.99表4.4例如在60的比熱容：CO: Cp=26.537+7.6831×10-3×(273.15+60)1.172×10-6×(273.15+60)2=28.967KJ/(kmol·K)H2: CP=26.88+4.347×10-3×(273.15+60)-0.3265×10-6×(273.15+60)2=28

11、.292 KJ/(kmol·K)CO2: CP=26.75+42.258×10-3×(273.15+60)-14.25×10-6×(273.15+60)2=40.832 KJ/(kmol·K)N2: CP=27.32+6.226×10-3×(273.15+60)-0.9502×10-6×(273.15+60)2=29.289 KJ/(kmol·K)CH4: CP=14.15+75.496×10-3×(273.15+60)-17.99×10-6×(

12、273.15+60)2=37.305KJ/(kmol·K)平均比熱容 Cpm=Yi×Cpi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=29.073KJ/(kmol·K)同理：半水煤氣在45攝氏度的比熱容 C45 P=28.935KJ/(kmol·K)半水煤氣在41攝氏度的比熱容 C41 P=28.935KJ/(kmol·K)脫硫液的比熱容CP，J/(g)CP=3.839+0.00352T脫硫液的進(jìn)口溫度為41，則進(jìn)口時(shí)的比熱容Cp1=3.839+0.00352×41=3.9833J/(g

13、·)=3.983 KJ/(kg·)脫硫液的出口溫度約為41,則出口時(shí)的比熱容Cp2Cp12 洗滌塔熱量衡算洗滌塔熱負(fù)荷Q1，KJ/hQ1=G0(C60 Pt1C45 Pt2)式中 G0入洗滌塔半水煤氣量 Q1=1.483×106KJ冷卻水消耗量W3，m3/h W3=式中 t冷卻水溫升，取t=5, CH2O=4.2KJ/(Kg), =1000Kg/m3W3=70.62m3/h3 硫泡沫槽熱量衡算硫泡沫槽熱負(fù)荷，KJQ2=VFFCF（t3t4）式中 VF硫泡沫體積，m3，VF=G6=4m3F硫泡沫密度，kg/m3, F =1100kg/m3CF硫泡沫比熱容，KJ/（k

14、g·）, CF=3.68 KJ/（kg·）t3槽中硫泡沫末溫， t3=64.5t4槽中硫泡沫初溫， t4=41Q2=4×1100×3.68×（64.541）=4.76×105KJ蒸汽消耗量W4，kg/hW4=式中 r1130蒸汽的液化熱，KJ/kg，r1=2177.6KJ/kgW4=218.59kg4 熔硫釜熱量衡算 熔硫釜熱負(fù)荷Q3，KJ/釜Q3=G8CSS(t5t6)+0.98G8SCh+4F6(t5t6)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=3×0.75=2.25m3CS硫

15、膏比熱容，KJ/（kg），CS=1.8KJ/（kg）S硫膏密度，kg/m3，S=1770kg/m3t5加熱終溫，t5=150t6入釜溫度，t6=64.5Ch硫膏的熔融熱，KJ/kg，Ch=49.8 KJ/kg熔硫釜向周圍空間的散熱系數(shù)，KJ/（m2·h·)，=12.56 KJ/（m2·h·）F6熔硫釜表面積，m2，F(xiàn)6=10m2 4熔一釜所需時(shí)間，h 0.98硫膏中含硫膏98% G8CSS(t5t6)表示硫膏升溫吸收熱量；0.98G8SCh 表示硫膏熔融吸收熱量；4F6(t5t6)表示向環(huán)境散熱量。Q3= =850223.88KJ/釜蒸汽消耗量，W5，K

16、J/釜W5=式中 r2130蒸汽的液化熱，KJ/kg， r2=2177.6KJ/kgW5=390 Kg/釜5. 設(shè)備計(jì)算及選型5.1 脫硫塔的設(shè)計(jì)計(jì)算11-19脫硫吸收塔采用填料塔，填料為76×76×2.6聚丙烯鮑爾環(huán)，公稱直徑為76cm，空隙率為=0.92，比表面積為=114m2/m3,采用亂堆的方式。5.1.1 塔徑計(jì)算（a）利用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖求液泛速度首先根據(jù)液體質(zhì)量流速（L，Kg/h）、氣體質(zhì)量流速（G，Kg/h）、氣體密度（g，Kg/m3）、液體密度（L，Kg/m3），用泛點(diǎn)速度計(jì)算圖橫座標(biāo)的式子算出數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)查出“泛點(diǎn)速度計(jì)算圖”的縱座標(biāo)上的數(shù)據(jù)，再用縱座標(biāo)

17、上的式子，求解出泛點(diǎn)速度W0（m/s）。圖5-1圖中 W0液泛速度，m/s； L液體質(zhì)量流速，kg/h；G氣體質(zhì)量流速，kg/h； L液體密度，kg/m3g氣體密度，kg/m3； 填料比表面積，m2/m3填料空隙率，%； 液體粘度，mPa·S，=0.837 mPa·Sg重力加速度，m/s2對(duì)于本系統(tǒng)：（）1/4（）1/8=1524.54×1044.03÷(0.669×110875.68)1/4(0.669÷1044.03)1/8=0.8608由圖可讀出對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)為0.0388即： =0.0388所以,W0=2.578（b）利用泛點(diǎn)速度

18、W0，算出操作氣速W1，m/s取空塔氣速為泛點(diǎn)速度的45%，則實(shí)際空速為u=0.45W0=.1.160m/s泛據(jù)（c）根據(jù)操作態(tài)的每小時(shí)氣體處理量算出塔徑D，m D = 式中：D吸收塔直徑，m； VS氣體的體積流量，m3/sD =3.90m圓整后D取540m5.1.2 填料高度計(jì)算（a）吸收過(guò)程傳質(zhì)系數(shù)KG計(jì)算KG=AW1.3Na0.1B-0.01 式中：KG傳質(zhì)系數(shù)，Kg /（m2·h·atm）； A經(jīng)驗(yàn)數(shù)，取A=20； W吸收塔操作氣速，m/s； Na溶液中Na2CO3含量，g/L； B吸收過(guò)程液氣比，L/m3。KG=20×1.1601.3×

19、;5.00.1×（1524540/110875.68）0.01=27.75Kg /（m2·h·atm）（b）計(jì)算吸收過(guò)程平均推動(dòng)力PM, atm PM=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 =(139.7×18.1)/(110875.68×34)×1.25=8.384×10-4 atmP2 =6.656×10-6 atm 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。PM = 1.720×10

20、-4 atm（c）計(jì)算傳質(zhì)面積FP，m2 FP= 式中：G1 H2S脫除量，Kg/h；KG傳質(zhì)系數(shù)，Kg /（m2·h·atm）; PM吸收過(guò)程平均推動(dòng)力，atm。 FP= 138.591/(27.75×1.720×10-4)=29036.455m2（d） 根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出填料高度 HP=  式中 a填料比表面面積  HP= 29036.455/(0.785×16×114)=20.28 m取HP=21m填料分兩段，上段10下段11.5.2噴射再生槽的計(jì)算5.2.1 槽體計(jì)算（a）再生槽直徑計(jì)算再生槽直徑計(jì)算可用下

21、式計(jì)算： D1=式中: Ai吹風(fēng)強(qiáng)度，m3/（h·m2），取Ai =150m3/（h·m2）； D1槽體直徑，m； GA空氣量，m3/h。而空氣量用下式計(jì)算： GA=LT×Ci式中: Ci噴射器抽吸系數(shù)，m3/ m3；Ci=2.4 m3/ m3 LT溶液循環(huán)量，m3/h。 GA=1524.54×2.4=3658.896m3/h D1=5.57（b）計(jì)算再生槽擴(kuò)大部分直徑D2，m D2=0.4+D1 D2=0.4+5.57=5.97m（c）計(jì)算再生槽高度HT，m HT= H1 + H2 + H3 H1 再生槽有效高度，m； H2 噴射器出口到槽底距離，取H

22、2 =0.5m; H3 擴(kuò)大部分高度，取H3=1.5m; 再生槽有效高度H1下式計(jì)算: H1 = 式中: 溶液在再生槽內(nèi)停留時(shí)間，min，一般取=8min； LT溶液循環(huán)量，m3 / h； D1槽體直徑，m 0.785/4再生槽有效高度H1 =7.19m圓整為8m再生槽高度HT=8+ 0.5 +1.5=10m5.2.2 噴射器計(jì)算（a）噴嘴計(jì)算 噴嘴個(gè)數(shù)（n）確定： n= 式中：Li每個(gè)噴射器溶液量，m3/h，取Li =200m3 / h; LT溶液循環(huán)量，m3 / h。 n= 1524.54/200=7.62取n=18 噴嘴孔徑（dj），m dj= 式中 wj噴嘴處溶液流速，m/s，取wj =20 m/s。dj=0.0595m溶液入口管直徑dL，m dL =3djdL =3×0.0595=0.178m=178mm 取194×5熱軋無(wú)縫鋼管；噴嘴入口收縮段長(zhǎng)度L5，m L5=式中 1噴嘴入口收縮角，通常取1=14°L5=0.482m噴嘴喉管長(zhǎng)度L0，m 通常噴嘴喉管長(zhǎng)度取L0=3mm。噴嘴總長(zhǎng)度L，m L=L0+ L5 L=0.00