合成氨原料氣凈化脫硫工段設計

1、15萬噸/年合成氨原料氣凈化脫硫工段設計1總論l.i概述合成氨原料氣屮的硫是以不同形式的硫化物存在的，其屮大部分是以硫化氫 形式存在的無機硫化物，還有少量的有機硫化物。具體來說作為原料氣的半水煤 氣中都含有一定數量的硫化氫和有機硫化物（主要有撥基硫、二硫化碳、硫醇、 硫儲等），能導致甲醇、合成氨生產中催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，腐蝕、 堵塞設備和管道，影響產品質量。硫化物對合成氨的生產是十分有害的，燃燒物 和工業(yè)裝置排放的氣體進入大氣，造成環(huán)境污染，危害人體健康。硫也是工業(yè)生 產的一種重要原料。因此為了保持人們優(yōu)良的生存壞境和提高企業(yè)最終產品質 量，對半水煤氣進行脫硫回收是非常必要的。1.

2、2文獻綜述1.2.1合成氨原料氣凈化的現(xiàn)狀合成氨原料氣（半水煤氣）的凈化就是清除原料氣屮對合成氨無用或有害的 物質的過程，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等，在此進行的氣體凈化主要 是半水煤氣的脫硫的凈化。煤氣的脫硫方法從總體上來分有兩種：熱煤氣脫硫和 冷煤氣脫硫。在我國，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗研究階段，還有待于進一步完 善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術，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用較廣， 而濕法脫硫以師堿法、ada、改良ada和榜膠法頗具代表性

3、。煤氣干法脫硫技術應用較早，最早應用于煤氣的干法脫硫技術是以沼鐵礦為 脫硫劑的氧化鐵脫硫技術，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生產成本 的相對降低，活性炭脫硫技術也開始被廣泛應用。干法脫硫既可以脫除無機硫， 又可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度，但脫硫劑再生較困難，需周期性 生產，設備龐大，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 級脫硫使用。濕法脫硫叮以處理含硫量高的煤氣，脫硫劑是便于輸送的液體物料，叮以再 生，冃可以回收有價值的元素硫，從而構成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上 應用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良恿醍二磺酸法(a.d.a法)及有機胺法。 其屮改良恵醍

4、二磺酸法的脫除效率高，應用更為廣泛。改良ada法相比以前合 成氨生產中采用毒性很大的三氧化二師脫硫，它徹底的消除了師的危害?；诖耍诤铣砂泵摿蚬に嚨脑O計屮我采用改良ada法工藝。1.2.2ada的理化性質ada是蔥幅二磺酸(anthraqinone disulphonic acid)的縮寫。作為染料屮間 體，它有幾種主要的異構體。rtitw膠水溶液是膠體溶液，在將其配制成脫硫液之前，必須對其進行預處 理，以消除共膠體性和發(fā)泡性，并使其由酚態(tài)結構氧化成醍態(tài)結構，這樣脫硫溶 液才具有活性。在楮膠溶液氧化過程屮，伴隨著吸光性能的變化。當溶液充分氧 化后，其消光值則會穩(wěn)定在某一數值附近，這種溶液就能

5、滿足脫硫耍求。通常制 備樓膠溶液的預處理條件列舉在表1中：表1制備様膠溶液的與處理條件項目用nazcch配制溶液榜膠濃顏gl")10 30堿廃n1.0 2.5氧化溫矽c70 90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°c,恒溫10h以上，讓丹寧物質發(fā)生降解反應，大分了變小，表面活性物質變成非表面活性物 質，達到預處理目的。榜膠法脫硫工藝，將堿性楮膠溶液打入溶液循環(huán)槽，自循環(huán)槽出來，經過濾 加壓后進入系統(tǒng)的裂脫塔，吸收氣體中的h2s,由裂脫塔出來的溶液進入裂脫再 生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循環(huán)槽，經過濾加圧循環(huán)使用

6、；脫硫溶液從 循環(huán)槽出來后經過濾加壓送到變脫塔，吸收氣體中的h2s,由變脫塔出來的溶液 進入變脫溶液再生塔，再生好的溶液由變脫再生塔出來，進入變脫溶液循環(huán)槽, 再經過濾加壓，如此循環(huán)使用。1.2.3楮膠法脫硫的優(yōu)缺點1.2.3.1 優(yōu)點(1) 榜膠資源豐富、價格低廉、無毒性、脫硫溶液成本低，因而操作費用要比改 良ada法低。(2) 脫硫溶液的活性好、性能穩(wěn)定、腐蝕性小。樓膠本身既是氧化劑，又是饑的 絡合劑，脫硫溶液的組成比改良ada法簡單，冃脫硫過程沒有硫黃堵塔問題。(3) 脫硫效率大于98%,所析岀的硫容易浮選和分離。(4) 樓膠法脫硫整個脫硫和再生過程為連續(xù)在線過程，脫硫與再生同時進行，不

7、 需要設置備用脫硫塔。(5) 煤氣脫硫凈化程度可以根據企業(yè)需要，通過調整溶液配比調整，適吋加以控 制，凈化后煤氣中h2s含量穩(wěn)定。123.2缺點設備較多，工藝操作也較復雜，設備投資較大。1.3設計任務的依據工藝參數：半水煤氣中h2s, ci=0.16%凈化氣中 h2s, c2=0.003%入吸收塔半水煤氣量，go = 60000n?/h入冷卻塔半水煤氣溫度，ti=50 °c出冷卻塔入吸收塔半水煤氣溫度，12=35 °c入吸收塔半水煤氣壓力，0.04mpa俵）設計口標：半水煤氣中h2s濃度0.003%2生產流程或生產方案的確定焦爐煤氣的凈化主要是要脫除煤氣屮的h2s,脫硫的方

8、法冇兩種：干法脫硫、 濕法脫硫。干法脫硫既可以脫除無機硫，乂可以脫除有機硫，而且能脫至極精細的程度, 但脫硫劑再生較困難，需周期性生產，設備龐大，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，且可以回收有價值的元素硫，從而構成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在工藝上 應用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良恿釀二磺酸法（a.d.a法）及有機胺法。 其中改良蔥釀二磺酸法的脫除效率高，應用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵 塞，而且約品價格昂貴，近兒年來，在改良a.d.a的基礎上開發(fā)的扌考膠法克服 了這兩項缺點。3生產

9、流程說明3.1反應機理根據楮膠主組分的分子結構，按釀（酚）類物質，變價金屬絡合物兩元氧化 述原體系的反應模式，構膠法脫硫的反應過程如下：3.1.1堿性水溶液吸收h?sna2co3+h2s->nahs+nahco33.1.2五價飢絡合物離子氧化h&析岀硫礦，五價銳被還原成四價銳2v5+hs1 -2 v°+s+h1+3.1.3醍態(tài)楮膠氧化四價帆成五價帆，空氣中的氧氧化酚態(tài)機膠使其再生，同時 生成h2o2otq （釀態(tài)）+v4+2h2othq （酚態(tài)）+v5+2oh-2thq+o2->2tq+h2o23.1.4 h2o2氧化四價銳和h&h2o2+v4f->

10、v5+2oh-h2o2+hs->h2o+s+oh-3.1.5當被處理氣體中有co2、hcn、02時產生如下副反應。naco3+co2+h2o->2nahco3na2co3+2hcn->2nacn+h2o+co2nacn+snacns2nacns+5o2na2so4+co2+so2+n22nahs+2o2->na2s2o3+h2o3.2主要操作條件3.2.1溶液組分溶液的主要組分是堿度、navch、扌考膠。3.2.1.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關系，兇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，采用的溶液總堿度為0.4n,而對高硫含量的原 料氣則

11、采用0.8n的總堿度。3.2.1.2 navch 含量navch的含量取決于脫硫液的操作硫容，即與富液中的hs濃度符合化學計 量關系。應添加的理論濃度可與液相中hs的摩爾濃度相當，但在配制溶液時往 往要過量，控制過量系數在131.5左右。321.3榜膠濃度作為氧載體，扌考膠濃度應與溶液屮帆含量存在著化學反應的計量關系。從絡 合作用考慮，要求扌考膠濃度與銳濃度保持一定的比例，同時述應滿足樓膠對碳鋼 表面緩蝕作用的含量要求。冃前還無法有化學反應方程計算所需的楮膠濃度，根 據實踐經驗，比較適宜的楮膠與飢的比例為1.11.3左右。工業(yè)生產中使用的溶 液組成見下表2：表2工業(yè)牛產使用的楮膠溶液組成溶液類

12、別總堿丿伽na2coxgl1)wwg-l_i)navogl-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.868&47.03.2.2溫度常溫范圍內，h2s. co2脫除率及na2s2o3生成率與溫度關系不敏感。再生 溫度在45°c以下，na2s2o3的生成率很低，超過45°c時則急劇升高。通常吸收 與再生在同一溫度下進行，約為3040°co3.2.3 co2的影響榜膠脫硫液具有相當高的選擇性。在適宜的操作條件匚 它能從含99%的 cc）2原料氣中將200mg/m3 （標）的h2s脫除至45mg/m3 （標）以下。但由于溶 液吸收c02后會使溶液的ph值下降，使

13、脫硫效率稍有降低。33工藝流程擬設計楮膠法脫硫及再生反應過程如下：(1) 吸收：在吸收塔內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：在反應槽內硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質硫；(3) 再生氧化：在噴射再生槽內空氣將酚態(tài)物氧化為醍態(tài)；以上過程按順序連續(xù)進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液位調節(jié)器;7再生椚；8硫泡沫椚；9真空過濾機；10熔硫釜；11空氣壓縮機；圖1濕法樓膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設備介紹 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有人

14、孔，以供檢查用。國內有些直徑為56m大型塔，填料用聚丙烯的塑料鮑爾環(huán)(大小為076mmx76mmx2.5mm),塑料的表面較光滑，所以不易被硫堵塞，用 這種填料同時有很高的脫硫效率。3.4.2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，硫泡沫在槽頂部的 溢流堰分離，分離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點引出。這種形式的氧化槽需 要鼓風機將空氣壓入。小國很多工廠使用一種自吸空氣噴射型的氧化槽，不需要 空氣鼓風機。液體加壓從噴嘴進入，空氣從文丘里

15、的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽，槽內放置多支噴射器。氧化槽目前使用最佳的是 雙套筒二級擴大式，脫硫液通過噴射再生管道反應，氧化再生后，經過尾管流進 浮選筒，在浮選筒進一步氧化再生，并起到硫的浮選作用。由于再生槽采用雙套 筒，內筒的吹風強度較大，不僅有利于氧化再生，而冃有利于浮選。內筒上下各 有一塊篩板，板上有止方形排列的篩孔，直徑15mm,孔間距20mm,開孔率44%。 內筒吹風強度大，氣液混合物的重度小，而內外筒的環(huán)形區(qū)基本上無空氣泡，因 此液體重度大。在內筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設計有如下三個基木參數要求的空氣流量；氧化器的直徑； 有效的液體容積。空氣流量正比于硫的產

16、量、反比于液體在氧化器內的右效高度, 比值可按氧化器內每米有效液面高度氧利用率為0.6%0.7%來計算。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/(minm2)面。液體在氧化器的停留時間止比于液體流量，要求的停留 時間與氧化器數量有關，當用一個氧化器時，停留時間約45min,用兩個氧化器 停留時間不超過30min,多級氧化器有較高的氣液傳質效率，第一個氧化器岀來 的液體供給第二個氧化器，硫泡沫從第二個氧化器頂部分離，第一個氧化器的空 氣流量大，增大湍流使傳質加快。第二個氧化器空氣流量較小，使硫浮選。3.4.3硫泡沬槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制

17、岡筒，槽頂設有1525轉/min的攪拌機一個, 以保持槽內硫泡沫經常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計 算。3.4.4過濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過濾機，所需過濾面積可按每in?過濾面積 于lh內能濾過干燥硫磺6080kg計算。通常采用的真空過濾機，當過濾面積為 10m?時，其直徑為2.6m,長為1.3m。傳統(tǒng)的硫回收裝置，是將硫泡沫經真空過濾機過濾成硫膏，硫膏再送入熔硫 釜中熔融。中國最近使用戈爾膜過濾器來過濾硫泡沫。該過濾元件是由多振過濾薄膜袋 組成，多孔膜的材料是聚四氛乙烯薄膜，可根據工作負荷的人小調整過濾薄膜袋 的數量和膜的孔徑，以達到良好的過濾效果，單臺過濾器的膜

18、面積為22.550m2o戈爾薄膜濾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，一開始過濾就是有效過濾，當經過一段時間后濾餅層積累到一定厚度，同 樣也影響過濾流量，這時可以給濾料一個以秒計的反向推動力，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，稱為反清洗。由于聚四氟乙烯自身的 化學特性，它與任何物質均不粘連，因而所有的濾餅均可被清洗下來，濾料又恢 復新濾料的過濾能力，這樣過濾，反清洗，再過濾，再反清洗，一次又一次循壞。 這一工藝可在同樣的吋間內達到傳統(tǒng)過濾器520倍的過濾流量，而用傳統(tǒng)的過 濾材料是無法實現(xiàn)這種頻繁的反清洗工藝的。戈爾過濾器是由罐體、管路、花板、濾

19、芯、氣動撓性閥、自動控制系統(tǒng)等組 成。戈爾膜過濾器一般安裝在硫泡沫槽后。泡沫液經廣閥進入過濾器，空氣經 3#閥排放后關閉薩閥，溶液經上腔進入貯槽。過濾一段時間后濾餅達到定值時， 控制系統(tǒng)進入反沖狀態(tài)，廣、2 4#閥自動切換，反沖清膜，濾餅脫離袋沉降到 錐底部，系統(tǒng)重新進入過濾狀態(tài)。濾餅達到一定量時，開6"閥排硫膏，去熔硫釜 熔成硫磺或脫水生成硫膏出售。使用戈爾膜過濾器，可將硫泡沫高度凈化,如進過濾器前懸浮硫含量為8g/l, 岀膜過濾器清液懸浮硫含量8mg/l,取出的硫是硫膏，水分含量低，縮短了熔硫釜的熔硫時間，并節(jié)省蒸汽:。3.4.5熔硫釜熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設備

20、，其操作壓力通常為 0.4mpao其容積按能充滿70%75%計算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水 分。對于直徑1.2m,有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的吋間約為34h。脫硫主要設備都用碳鋼制作，為了防腐，在吸收塔、再生器的內表而可用適 當的涂料涂刷。中國常用大漆、壞氧樹脂作涂料。中國介紹，用玻璃纖維加強聚 酯涂料，在液體浸濕到的部位涂刷1.52.0mm厚。溶液泵的主耍部分耍用不銹 鋼制作，臥式再生槽的噴射器也用不銹鋼，泵的密封用機械密封，以減少溶液的 漏損。4工藝計算書4.1原始數據4.1.1焦爐煤氣組分:組分coco2h2n2o2ch4ar體積/%26.9710.1339.822

21、0.930.391.30.494.1.2脫硫液組分:組分na2co3nahco3楮膠navo3g/l5.53252.03124.1.3設計工藝參數焦爐煤氣中hs初始含量c = 2.5g/m3 凈化氣中h2s含量c2= 0.05g/m3 入吸收塔焦爐煤氣氣量go= 60000m3/h 入吸收塔焦爐煤氣壓力po = 0.039 mpa出吸收塔焦爐煤氣壓力pi = 0.037 mpa入吸收塔焦爐煤氣溫度，t0=35°c硫容 s = 0.416 kg (h2s) /m3氨產量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si = 30 kg/m3硫泡沫槽溶液初

22、始溫度t1 = 40°c；硫泡沐榊溶液終溫t2=80(,c；熔硫釜硫膏初始溫度t3=15 °c熔硫釜加熱終fflt4=135°c入熔硫釜硫胃初始含水率8 0 %出熔硫釜硫膏含水率50%硫膏密度ps= 1500 kg/m3 硫泡沫密度pf = 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熔硫釜裝填系數為70%75%硫膏的比熱容cs= 1.8 kj/(kgk)硫膏的熔融熱 038.69 kj/kg熔硫釜周圍空間的散熱系數x= 12.56 kj/(m-h-°c)0.2mpa 蒸汽的汽化熱 口 = 22

23、02.26 kj/kg0.4mpa 蒸汽的汽化熱 r2= 2135.2 kj/kg h2s 氣體密度 po =1.05 kg/m3 ；脫硫液液休密度po= 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oil = 14。噴射再生槽噴嘴喉管長度l6= 3mm噴射再牛槽吸氣室收縮角02=30。噴射再生槽管內空氣流速取wa=3.5 m/s ； 噴射再生槽尾管直徑擴張角取a3=7°尾管中流體速we= 1 m/s ；4.2物料衡算 4.2.1h2s 脫除，g, kg/hgj = g 0(c c 2)=

24、60000x (2.5-0.05) / 1000 = 147kg/h=&35 kg/tnh? 1000lt =422溶液循環(huán)量lt，m3/h=147/0.1 = 1470m3/h=83.52 kg/tnh3式中 s溶液硫容量，kg/m3, s = 0.1 kg(h2s)/m34.2.3 生成 na2s2o3 消耗 的量 g2, kg/h取n&2s2o3的生成率為脫除量的8%, wij：g2= 147x8% = 11.76 kg/h=0.67kg/tnh34.2.4na2s2o3 生成量，g3, kg/hg3= ngsg = 11.76“58/2x34 = 27.32 kg/h=

25、3.59 kg/tnh3 2m“式中 m na2s2o3 一 na2s2()3 分子量mh2s h2s分子量425理論硫回收量gi kg/hg4=(gi-g2)ms/mh2s= (147-11.76)x32/34= 127.28 kg/h=7.23 kg/tnh3式中ms-硫的分了量426理論硫冋收率（p, %(p= g4/ g1 = 127.28/147 = 86.6 %4.2.7生成消耗純堿的量g5, kg/hg5 = g3mna2c03/ m na2s2o3 =27.32x106 / 158= 18.33 kg/h=1.04 kg/tnh3式屮 m na2co3 一 碳酸鈉的分子量；42

26、8硫泡沫生成量g6, m3/hg6= g4/s1 = 127.28/30 =4.24 m3/h =0.24 m3/tnh3式中si硫泡沫中硫含量，此處取si=30 kg/m3;4.2.9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%；4.2.10 回收率 r|, %n= g 二(2.5-0.05) /2.5 =98%g4.3熱量衡算4.3.1冷卻塔熱量衡算431.1冷卻塔熱負荷，2, kj/t nh3姑gwj +啼-“2匚式中g。一入冷卻塔焦爐煤氣量，kmol/(tnh3)；cp焦爐煤氣

27、平均等壓比熱容，kj/( kmol.°c)；cp = 7.20kcal /(kmol°c) = 30.15kj/ kmolr1?r2-入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度；%也一入、出冷卻塔焦爐煤氣溫含水量，kg/kmol.查得 w = 0.784kg / kmol. % = 0.784kg / kmolzj,i2入，出冷卻塔條件下水蒸氣的焙,kcal/kg,查表知帚2i =69kcal/kg=259.63kj/kgj2=69.6kcal/kg=2564.s3kj/kg代入公式計算得qi =152.1930.44(50 35) + 0.784(2591.63 2564.83)= 152

28、9 x (30.44 x 15 + 0.784 x 26.8)= 72687.65jtj/rh34.3.1.2冷卻水消耗量，w3, m3/tnh3式屮 ar,冷卻水溫升，°c,此處取ar, =5°c。% = 72687.65-(17.6x1000x5)= q.825m3/tnh34.3.2硫泡沬槽熱量衡算4.321硫泡沫槽熱負荷q2，kj/t nh3q2 = vf pfcf(t3-t4)= 4.24/17.6x 1100x3.68x (80-40)=39008 kj/t nh3式中 vf硫泡沫體積，m3, vf=g6/17.6 ；pf硫泡沫密度，kg/m3 , pf = 1

29、100kg/m3 ；cf硫泡沫比熱容，kj/(kgk),cf=3.68 kj/(kgk)；t4 一槽中硫泡沫初溫,ti = 40°c；t3槽中硫泡沫終溫，t2=80°c； 17.6 小時氨產量，t/h4.322 蒸汽消耗量，w4,kg/t nh3w4 = q2/rj = 39008/2202.26 =17.71 kg/t nh3式中 n 0.2mpa蒸汽的汽化熱，n = 2202.26 kj/kg4.3.3熔硫釜熱量衡算4.3.3.1熔硫釜熱負荷q3,kj/釜q2 =g8csps(t5t6)+0.5g8psch +4xf(t5-t6)=1.2xl.8xl500x (135-

30、15) +0.5x 1.2x1500x38.69+ 4xl2.56x92x(135-15)=978270.6 kj/釜式屮 gg 每一釜硫膏量，n?/熔硫釜，g8=0.75vr = 0.75x1.6= 1.2 m3/vr 常用熔硫釜全容積為1.6m30.75 一熔硫釜裝填系數為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九一熔硫釜周帀空間的散熱系數，kj/(m h °c), x= 12.56 kj/(m h °c)f熔硫釜表面積，f=92 m2t6 -入釜硫膏溫度,°c

31、, t3= 15 °ct5 釜內加熱終溫,°c , t4=135°c0.5 一硫膏中含硫量50%4熔1釜所需時間(工作周期)，hps一 硫膏密度，kg/m3, ps= 1500 kg/m34.3.3.2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主要設備的工藝計算和設備選型5.1主要設備的工藝尺寸5.1.1填料吸收塔計算 5.1.1.1 塔徑利用貝恩霍根關聯(lián)式計算】°= a-k0.204 - 1.75=-1.437

32、8uf0.0365x9.81x0.9273x1050114x1.05x0.8°2= 1.617u = 0.85«r = 1.375m/5 60000d = = u14xl.375 =3-93，n圓整得，d = 4m 式屮u f 泛點氣速，加/ $,叫 一流體質量流速，kg/(h.l) , w, = upl= 1470x1050 =1543500 kg/(h.l)；wv 氣體質量流速,kg/(h.l),叭=gopg = 60000x1.05 =63000 kg/(h.l)；a填料比表面積，m2/m3,選用(p50mm><25 mmxl.5mm塑料階 梯環(huán)，a= 1

33、14 m2/m3 ；£填料孔隙率，m3/ m3, g= 0.927 m3/ m3；|1l溶液粘度,mpas, |x=0.8m-pas ；pv氣體密度,kg/m3, pv= 1.05 kg/m3 ；pl-液體密度，kg/m3, pl= 1050 kg/m3 ；a.k關聯(lián)常數，查相關數據表得a=0.204,k=1.759 一 重力加速度，m/s2, 9 = 9.81 m/s2d 吸收塔直徑，m ；5.1.1.2 填料層高度計算吸收過程傳質系數kg的計算kg = a-ul3cna0，,b'001 = 10x(1375)1-3x(5)01x(24.5)_001=17.21 kg/m2

34、h-mpa式屮 kg 傳質系數，kg/m2h-mpa ；a 經驗數，a= 10；u 操作氣速，m/s ；cna 溶液中 na2cc)3 的含量，cna= 5 g/l；b-吸收過程液氣比,b = lt/g03吸收過程平均推動力apmapm = (prpi*)-(p2-p2*)/ ln(pi-p；)/ (p2-p2*)=0.0023-0.000045/ln (0.0023一0.000045)=0.57><10'3atm ；式中pi-吸收塔入口氣相h2s分壓,atm ；p)= p()cix22.4/m his =1.39x2.5x22.4/34x1000 = 0.0023atmp

35、2 吸收塔出口氣相h2s分壓,atm ；p2 = pic2x22.4/m h2s = 1.37x0.05x22.4/34x1000 = 0.000045atm；p°吸收塔入口壓力，atm , po= 1.39atm ；pj 吸收塔出 口壓力，atm , pi= l37atm ；pi*, p2*-吸收塔入，出口氣和h?s平衡分壓,mpa ,溶液 中h2s含量很低，可以忽略。pi*=p2*=0所需傳質面積的計算ap = gi/kcapm= 147/17.21x0.57xw3 =14985 m2填料層高度的計算hp = ap/0.785d2a=14985/0.785x42xll4 = 10

36、.47 m取填料層高度:hp=11 m對丁階梯環(huán)填料，£ = 815, /%你 6nun取2 = 8,則d/? = 8x 4000 = 32000mm計算得填料層高度為11000mm,故無需分段5.1.1.3壓降的計算采用eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降(0.5橫坐標為1470x1050 j1.0560000x1.05 x11050 j= 24.5x0.03 = 0.775縱坐標為e(p( p.1.3752 x89x 998 x11.05x0.8°-21050<1050j9.81pl)0.016u 空塔氣速，m/sg重力加速度,9.81m/s20填料因子，m-1屮

37、液體密度校正系數，卩=°水/9液pi., pg 液體，氣體的密度,kg / m3曲液休粘度，血幾s肌，液體，氣體的質量流量，kg丨s查圖得 p/z = 4qpt/m填料層壓降為ap = 40x11 = 440pa塔徑與填料尺寸之比:4000/50=80> 10所以填料選擇正確。查得：液休的噴淋密度l = 22n?/myh填料的潤濕率lwlw=l/a = 22/114=092 m3/m2 h > 0.08 m3/m2.h 合適式中a-填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積 a=0.785d2=0.785x42=12.56m2式屮 a 塔截面積，d 塔徑，m ；填料個數 n

38、=ad-3 = 0.77x (0.05) *6160 個/n?式中n 單位體積內填料的個數，個/n?；d 填料尺寸，m ；a常數，a = 0.77 ；持液量的計算：ht = o.143(l/de)06 = 0.143( 1470/0.05)° 6 =68.60m3 液體/n?填料式中 h 總持液量，n?液體/n?填料；l 一液相流率，m3/m2 h ；de 填料直徑,m ；5.1.2噴射再生槽的計算5.1.2.1 槽休再生槽肓徑di的計算i ga-11470x2.4- 0.785az v 0.785x150圓整：d = 6 m式中d椚體直徑，mai 一 吹風強度，m3 /(h m2)

39、, aj= 150 m3/(h m2)ga空氣量,m3/h , ga =ltci= 1470x2.4 = 3528 m3/hci噴射器抽吸系數，m'/n?,設ci=2.4m3/m2再生槽擴大部分宜徑d2的計算d2 = 0.4 + d = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度計算hi =蟲=1470x 8/0.785 x 62x60 = 6.94 m 0.785p,2圓整：h = 7 m式中h 一再生椚有效高度，m；t溶液在再生槽內的停留時間，min, t取8min；ht = hi + 電 + 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

40、底距離,m, h2取0.5 m h3 擴大部分高度，m, h3取1.5m；5.1.2.2噴射器(1)噴嘴的計算噴嘴個數，n個n = lt/li = 1470/200 =7.35 個圓整：n = 8個式屮 匚一每個噴射器溶液量，n?/h,取li =200 m3/h 噴嘴孔徑，mdj= i l, = j 200= 0.0532 m”0.785叱v 0.785x3600x2525 m/s式中 wi噴射處溶液流速，m/s, w.= 溶液入口管直徑，di , mdi =3di= 3x0.0532 =0.160 m噴嘴入口收縮段長度，l5, mml5= dl di =0.160-0.0532/2tg (1

41、4/2) = 0.434 m 2的/2式屮一噴嘴入口收縮角，=14。噴嘴喉管長度l6 , ml6= 3 mm噴嘴總長度l7 , ml7= l5+l6= 0.434 + 0.003 = 0.437 m混合管的計算混合管直徑dm , mdm= 1.13 7o.785m<2 = 1.13x vo.785 x 8.5 x 0.05322 = 0.155 m式屮 m噴射器形狀系數，取m =選q）168x5的管混合管長度l3 , ml3 = 25蕩=25x0.155 =3.875 m圓整：l3=4m（3）吸氣室的計算空氣入口管直徑da , mmda= 18.818.8xj亠空 = 211 mmwax

42、nv3.5x8選（p245x6.5的管wa 管內空氣流速，m/s,取wa=3.5m/s ；吸氣室直徑dm , mm= j3.1d= j3.1x232,= 408 mm選（p426x9的管吸氣室高度lj取li=350mm吸氣室收縮長度l2l2= "w _ 血 =408-158/2tg (30/2) = 466.5 mm 2tga2 /2式小ol2吸氣室收縮角，?。?2=30。尾管直徑的計算* = 18.8#莎=18.8x (200/1 ) 05 =266 mm選（p299x7.5的管式中de尾管直徑，mm ；we 尾管中流體速度，m/s,取wc = 1 m/s ；擴張管長度的計算l4=

43、 ded>tt =284-158/ 2tg (7/2) = 1030 mm 2tga./2式中l(wèi)4一擴張管長度，mm ；a3一擴張角,取a3= 7°5.2輔助設備的選型5.2.1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)噴淋槽分呢槽液體負荷范圍夕卜徑(mrn)數量中心距(mm)數量中心距(mm)(m3/h)4000d-2583752135030 600槽寬140mm,高度340mm5.2.2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 )盤外徑(mm)螺栓圓口徑(mm)分塊數升氣管數液體負荷范圍(m

44、3/h)40002962283528920 8205.2.3填料支承板釆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) 梁的條數承載能力(pa)近似重量(n)支承板采用塑料材料，板厚6mm,最大液體負荷200m3/m2-h,最大跨度1600mm5.2.4填料壓板采用床層限制板，限制板外徑比塔徑小25mm,用塑料制品5.2.5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徑(mm)曲面高度(mm)直邊高度(mm)內表面積(m2)容積(m3)400010005017.99.02塔的總高：h= 11000+5700+5000+

45、1000=22700m5.2.6裙座選5m527人孔，手孔人孔選用(p600,手孔選用標準尺寸dn2505.2.8力口弓雖圈加強圈選用6個，每3.75m 一個6設備穩(wěn)定性及機械強度校核計算6.1壁厚的計算 6.1.1塔體壁厚16=羋+t-220 0-巳選用35 - c查表得k -125mp0.139mp0_1.0a-雙面腐蝕取40.139x40002x125x1-0.139556249.861+ 4 = 6.23mm考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的g235 - c鋼板作筒體6.1.2封頭壁厚采用標準橢圓形封頭，雙面對接焊縫100%探傷0 = 1.0設計璉厚島按下式計算_竺+心 2刃

46、 0 0.5£ 0.139x4000,=+ 42xl25xl-0.5x0.139= 2.22 + 4=6.22mm考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取= 10mm厚的2235 - c鋼板作封頭，所以塔體壁厚和封頭壁厚均取= 1 omm校核罐體與封頭水壓試驗強度的計算由下式8r =式中 pt =1.25/7 = 1.25x0.139 = 0.17375a/p8e = 8n-c = 10-4.8 = 5.2mme nc =+ c2 = 0.8 + 4 = 4.8徑向應力4 =235mp則6=空評2se_ 0.1375x(4000 + 5.2) 2x5.2=66.91mp0.9 你=0

47、.9xlx235 = 211.5mp& 5 0.9紜所以水壓試驗滿足強度耍求6.2機械強度的校核621質量載荷塔設備的質量包括塔體，裙座體，內構件，保溫材料，扶梯和平臺及各種附件等的質量，還包括在操作，停修或水壓試驗等不同工況時的物料或充水質量。設備操作時的質量叫=mx + m2 + m3 + ma + 叫 + ma + me式中“ -塔體和裙座質量，kg加2-內件質量，kg加3-保溫材料質量，kg平臺，扶梯質量，kg耳-操作吋塔內物料質量，kg他-人孔，接管，法蘭等附件質量,kg阻-偏心質量，kg其中ma =|(z)2 -d22)x/ x p= (42 -3.982)x21.7x7.

48、8x103= 21216.7 焙加=-x3.982 xllx54.3一 4=7431蚣m3 = 0取籠式扶梯 l = 2h=2x 22.7 = 45 amfn4 =40x45.4 = 1816kgm5 = 1050x68.6x-jx3.982 xl 1= 9852396焙叫=0me - 0所以 加0 =21216 + 7431 + 1816+9852396=98828606.2.2風載荷6.2.2.1風載荷的計算根據塔高將其分五段，分別為2.7m,5m,5m,5m,5m.如下圖所示:兩和鄰計算截面間的水平壓力為pi=kk2iqjilideixi06式中pi 水平風力，n% 基本風壓，查表但均不

49、應小于250n/n?,取400n/ml,第段計算長度，mm/；風壓高度變化系數，按表選取0.8& 體型系數，圓柱直立設備取0.7d,塔設備各計算段的有效直徑，mmk2i 一風振系數風振系數k2i：心=1 + ml式小m脈動系數,；匚一動力系數,；k2 = k22 = k23 =心=1 +3.2x0.35=2.12k25=l +3.2x0.32=2.024代入式中得pl=2ofllldelxlo6= 0.7x22x400x0.8x 2700 x (4000-20)x1 o'6= 5103npl 122o/2lde2 xlo= 0.7x2.12x400x0.8x 5000 x (4

50、000 - 20) x 10"= 4725npi =必=p4 = p5 = 4725n6.2.2.2風彎矩的計算在計算風載荷時，常常將塔設備沿塔高分為若干份，任意截而的風彎矩為t ( l (l =晉+為厶+號+生2厶+于+片尋+為厶+今+片厶+l1 +2+鬥 厶+厶+厶 +4 厶+厶 +厶+乙 = 6889 + 24570 + 48195 + 71820 + 95445= 246919" 加他嚴胡半+呂厶+/+ p4厶2 +厶+1厶、+ 4厶2+厶+厶4十寸/丿5川< 5、(5、<5)4725 x +4725x5 + 4725x5 + 5 + 4725x5+5+

51、5+2< 2丿1 2丿< 2丿= 11812.5 + 35437.5 + 59062.5 + 82687.5=189000/v-mi ( i (lmj-3 = p.+p4 厶 +寸 +& 厶+ 爲+號5< 5)(5、(5)4725 x- +4725 x5 + -+ 4725x5 + 5 + + 4725x5+5+5+2< 2丿< 2丿12丿= 11812.5 + 35437.5 + 590625= 106312.5" 加tl、他1=巧才+瑋厶+寸5(5|=4725x- +4725x 5 + -2i2丿= 11812.5 + 35437.5= 47

52、250n 加= 4725x-2= 11812.57v-m7設計體會與收獲隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經過兒周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設 計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的 單純總結，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅 是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè) 設計使我明白了口己原來知識還比較欠缺?？诩阂獙W習的東西還太多，以前總覺 得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才 明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努 力提高自c知識和綜合素質。在

53、這次畢業(yè)設計中我們的同學關系更近了一步，同學之間互相幫助，有什么 不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法可以讓我們更好的理解知識，所以在這 里非常感謝幫助我的同學。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為 學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)還是一無所知，所以我認為只有到真正會用的 時候才是真的學會了。在此要感謝指導老師宋軍超對我的悉心指導，感謝老師給我的幫助。在設計 過程小，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方 式，使自己學到了不少知識，雖經歷了不少艱辛，但收獲很大。在整個設計中我 懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對未來的信心，相信對今 后的學習工作生活會有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分 體會到了在創(chuàng)造過程屮探索的艱難和成功時的喜悅。設計屮出現(xiàn)的不足之處我會 在以后的工作學習小進一步完善。8參考文獻1 陳國桓.化工設備機械基礎m.北京：化學工業(yè)出版社.1995-2. 174-175, 205-2