畢業(yè)設(shè)計年產(chǎn)15萬噸合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計

1、15萬噸/年合成氨原料氣凈化脫硫工段設(shè)計1總論1.1概述合成氨原料氣中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中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(shù)量的硫化氫和有機硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，能導(dǎo)致甲醇、合成氨生產(chǎn)中催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，腐蝕、堵塞設(shè)備和管道,影響產(chǎn)品質(zhì)量。硫化物對合成氨的生產(chǎn)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(chǎn)的一種重要原料。因此為了保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境和提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量，對半水煤氣進行脫硫回收是非常必要的。1.2文獻綜述合成

2、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中對合成氨無用或有害的物質(zhì)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(zhì)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(shù)，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(yīng)用較廣，而濕法脫硫以砷堿法、ADA、改良ADA和栲膠法頗具代表性。煤氣干法脫硫技術(shù)應(yīng)用較早，最早應(yīng)用于

3、煤氣的干法脫硫技術(shù)是以沼鐵礦為脫硫劑的氧化鐵脫硫技術(shù)，之后，隨著煤氣脫硫活性炭的研究成功及其生產(chǎn)成本的相對降低，活性炭脫硫技術(shù)也開始被廣泛應(yīng)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(chǎn)，設(shè)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(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。改良ADA法相比以前合成氨生

4、產(chǎn)中采用毒性很大的三氧化二砷脫硫，它徹底的消除了砷的危害。基于此，在合成氨脫硫工藝的設(shè)計中我采用改良ADA法工藝。DA的理化性質(zhì)ADA是蒽醌二磺酸(Anthraqinone Disulphonic Acid)的縮寫。作為染料中間體，它有幾種主要的異構(gòu)體。由于栲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(yù)處理，以消除共膠體性和發(fā)泡性，并使其由酚態(tài)結(jié)構(gòu)氧化成醌態(tài)結(jié)構(gòu)，這樣脫硫溶液才具有活性。在栲膠溶液氧化過程中，伴隨著吸光性能的變化。當(dāng)溶液充分氧化后，其消光值則會穩(wěn)定在某一數(shù)值附近，這種溶液就能滿足脫硫要求。通常制備栲膠溶液的預(yù)處理條件列舉在表1中：表1 制備栲膠溶液的與處理條件方法

5、項目用Na2CO3配制溶液栲膠濃度(g·L-1)1030堿度N1.02.5氧化溫度7090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，恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反應(yīng)，大分子變小，表面活性物質(zhì)變成非表面活性物質(zhì)，達到預(yù)處理目的。栲膠法脫硫工藝，將堿性栲膠溶液打入溶液循環(huán)槽，自循環(huán)槽出來，經(jīng)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(jīng)過濾加壓循環(huán)使用；脫硫溶液從循環(huán)槽出來后經(jīng)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

6、好的溶液由變脫再生塔出來，進入變脫溶液循環(huán)槽，再經(jīng)過濾加壓，如此循環(huán)使用。栲膠法脫硫的優(yōu)缺點.1優(yōu)點(1) 栲膠資源豐富、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。栲膠本身既是氧化劑，又是釩的絡(luò)合劑，脫硫溶液的組成比改良ADA法簡單，且脫硫過程沒有硫黃堵塔問題。(3) 脫硫效率大于98，所析出的硫容易浮選和分離。(4) 栲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，不需要設(shè)置備用脫硫塔。(5) 煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。.2缺點設(shè)備較多

7、，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。1.3設(shè)計任務(wù)的依據(jù)工藝參數(shù)：半水煤氣中H2S，C1=0.16%凈化氣中H2S，C2=0.003%入吸收塔半水煤氣量，G0 = 60000m3/h入冷卻塔半水煤氣溫度，t1=50 出冷卻塔入吸收塔半水煤氣溫度，t2=35 入吸收塔半水煤氣壓力，0.04MPa(表)設(shè)計目標：半水煤氣中H2S濃度0.003%2 生產(chǎn)流程或生產(chǎn)方案的確定焦爐煤氣的凈化主要是要脫除煤氣中的H2S，脫硫的方法有兩種：干法脫硫、濕法脫硫。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(chǎn)，設(shè)備龐大，不宜用于含硫較高的煤氣，一般與濕法脫硫相

8、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(gòu)成一個連續(xù)脫硫循環(huán)系統(tǒng)?，F(xiàn)在工藝上應(yīng)用較多的濕法脫硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（法）及有機胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脫除效率高，應(yīng)用更為廣泛。但此法在操作中易發(fā)生堵塞，而且藥品價格昂貴，近幾年來，在改良的基礎(chǔ)上開發(fā)的栲膠法克服了這兩項缺點。3 生產(chǎn)流程說明3.1反應(yīng)機理根據(jù)栲膠主組分的分子結(jié)構(gòu)，按醌（酚）類物質(zhì)，變價金屬絡(luò)合物兩元氧化還原體系的反應(yīng)模式，栲膠法脫硫的反應(yīng)過程如下：3.1.1堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2SNaHS+NaHCO33.1.2五

9、價釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺，五價釩被還原成四價釩2V5+HS1-2V4+S+H1+醌態(tài)栲膠氧化四價釩成五價釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時生成H2O2。TQ（醌態(tài)）+V4+2H2OTHQ（酚態(tài)）+V5+2OH-2THQ+O22TQ+H2O2 H2O2氧化四價釩和HS-H2O2+V4+V5+2OH-H2O2+HS-H2O+S+OH-當(dāng)被處理氣體中有CO2、HCN、O2時產(chǎn)生如下副反應(yīng)。NaCO3+CO2+H2O2NaHCO3Na2CO3+2HCN2NaCN+H2O+CO2NaCN+SNaCNS2NaCNS+5O2Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2Na2S2O3+H

10、2O3.2主要操作條件溶液組分溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。.1 堿度溶液的總堿度與其硫容量成線性關(guān)系，因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采用0.8N的總堿度。.2 NaVO3含量NaVO3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(xué)計量關(guān)系。應(yīng)添加的理論濃度可與液相中HS-的摩爾濃度相當(dāng)，但在配制溶液時往往要過量，控制過量系數(shù)在1.31.5左右。.3栲膠濃度作為氧載體，栲膠濃度應(yīng)與溶液中釩含量存在著化學(xué)反應(yīng)的計量關(guān)系。從絡(luò)合作用考慮，要求栲膠濃度與釩濃度保持一定的比例，同時還應(yīng)滿足栲膠對碳鋼

11、表面緩蝕作用的含量要求。目前還無法有化學(xué)反應(yīng)方程計算所需的栲膠濃度，根據(jù)實踐經(jīng)驗，比較適宜的栲膠與釩的比例為1.11.3左右。工業(yè)生產(chǎn)中使用的溶液組成見下表2：表2 工業(yè)生產(chǎn)使用的栲膠溶液組成溶液類別總堿度NNa2CO3(g·L-1)栲膠(g·L-1)NaVO3(g·L-1)稀溶液0.4341.81.5濃溶液0.8688.47.0溫度常溫范圍內(nèi)，H2S、CO2脫除率及Na2S2O3生成率與溫度關(guān)系不敏感。再生溫度在45以下，Na2S2O3的生成率很低，超過45時則急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進行，約為3040。 CO2的影響栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。在

12、適宜的操作條件下，它能從含99的CO2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CO2后會使溶液的PH值下降，使脫硫效率稍有降低。3.3工藝流程擬設(shè)計栲膠法脫硫及再生反應(yīng)過程如下：(1) 吸收：在吸收塔內(nèi)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(yīng)槽內(nèi)硫氫根被高價金屬離子氧化生成單質(zhì)硫；(3) 再生氧化：在噴射再生槽內(nèi)空氣將酚態(tài)物氧化為醌態(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(diào)節(jié)器； 7再生槽；8硫泡沫槽；9真空過濾機；10熔

13、硫釜；11空氣壓縮機；圖1 濕法栲膠脫硫工藝流程簡圖3.4主要設(shè)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(shè)有人孔，以供檢查用。國內(nèi)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 ø76mm×76mm×2.5mm），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。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(nèi)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

14、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(fēng)機將空氣壓入。中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(fēng)機。液體加壓從噴嘴進入，空氣從文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直徑的圓槽，槽內(nèi)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(yīng)，氧化再生后，經(jīng)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(nèi)筒的吹風(fēng)強度較大，不僅有利于氧化再生，而且有利于浮選。內(nèi)筒上下各有一塊篩板，板上有正方形排列的篩孔，直徑15mm，孔間距20mm，開孔率44%。內(nèi)筒吹風(fēng)強度大，氣液混合物的重度小，而內(nèi)外筒的環(huán)形區(qū)基本上無空氣泡，因

15、此液體重度大。在內(nèi)筒和環(huán)形空間由于重度不同形成循環(huán)。氧化槽的設(shè)計有如下三個基本參數(shù)要求的空氣流量；氧化器的直徑；有效的液體容積?？諝饬髁空扔诹虻漠a(chǎn)量、反比于液體在氧化器內(nèi)的有效高度，比值可按氧化器內(nèi)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/(min·m2)截面。液體在氧化器的停留時間正比于液體流量，要求的停留時間與氧化器數(shù)量有關(guān)，當(dāng)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(zhì)效率，第一個氧化器出來的液體供給第二個氧化器，硫泡沫

16、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(zhì)加快。第二個氧化器空氣流量較小，使硫浮選。硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設(shè)有1525轉(zhuǎn)/min的攪拌機一個，以保持槽內(nèi)硫泡沫經(jīng)常呈懸浮狀態(tài)。此槽容積可按存放36h的硫泡沫存量計算。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1m2過濾面積于1h內(nèi)能濾過干燥硫磺6080kg計算。通常采用的真空過濾機，當(dāng)過濾面積為10m2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(jīng)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

17、膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根據(jù)工作負荷的大小調(diào)整過濾薄膜袋的數(shù)量和膜的孔徑，以達到良好的過濾效果，單臺過濾器的膜面積為22.550m2。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(dāng)經(jīng)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(xué)特性，它與任何物質(zhì)均不粘連，因而所有的濾餅均可被清洗下來，濾料又恢復(fù)新濾料的過濾能力，這樣過濾，反清洗，再過濾，再反清洗，一次又一次循環(huán)。這一工藝可在同樣的時間內(nèi)達到傳統(tǒng)過濾器520

18、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(jīng)1#閥進入過濾器，空氣經(jīng)3#閥排放后關(guān)閉3#閥，溶液經(jīng)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)，1#、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，出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

19、的熔硫時間，并節(jié)省蒸汽。熔硫釜熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設(shè)備，其操作壓力通常為0.4MPa。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，每次熔化所需的時間約為34h。脫硫主要設(shè)備都用碳鋼制作，為了防腐，在吸收塔、再生器的內(nèi)表面可用適當(dāng)?shù)耐苛贤克?。中國常用大漆、環(huán)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。溶液泵的主要部分要用不銹鋼制作，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(shù)據(jù)焦爐煤氣組分：組分COCO2H2N2

20、O2CH4Ar體積/%26.9710.1339.8220.930.391.30.49脫硫液組分：組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3g/L5.53252.031.12設(shè)計工藝參數(shù)焦爐煤氣中H2S初始含量C1 = 2.5g/m3凈化氣中H2S含量C2 =0.05g/m3入吸收塔焦爐煤氣氣量G0 = 60000m3/h 入吸收塔焦爐煤氣壓力P0 = 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=35oC 硫容S = 0.416 Kg（H2S）/m3氨產(chǎn)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S1 =

21、 30 Kg/m3硫泡沫槽溶液初始溫度t1 = 400C；硫泡沫槽溶液終溫t2 = 800C；熔硫釜硫膏初始溫度t3 = 15 0C熔硫釜加熱終溫t4 = 135 oC入熔硫釜硫膏初始含水率80出熔硫釜硫膏含水率50硫膏密度S = 1500 Kg/m3硫泡沫密度f =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(shù)為7075%硫膏的比熱容Cs = 1.8 KJ/(Kg·K) 硫膏的熔融熱Ch=38.69 KJ/Kg熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)= 12.56 KJ/(m·h·0C)0.2

22、MPa蒸汽的汽化熱r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa蒸汽的汽化熱r2 = 2135.2 KJ/KgH2S氣體密度G = 1.05 Kg/m3；脫硫液液體密度G = 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1 = 14°噴射再生槽噴嘴喉管長度L6 = 3mm噴射再生槽吸氣室收縮角2 = 30°噴射再生槽管內(nèi)空氣流速取WA =3.5 m/s ；噴射再生槽尾管直徑擴張角取3 = 7°尾管中流體速We = 1 m/s ；4.2物料衡算H2S脫除，G1，kg/

23、hG1 = =60000×（）/ 1000 = 147Kg/h=8.35 Kg/tNH3溶液循環(huán)量LT，m3/h LT = = 147 / 0.1 = 1470m3/h=83.52 Kg/tNH3式中 S 溶液硫容量，kg/m3，S = 0.1 Kg (H2S)/m3生成Na2S2O3消耗H2S的量G2, Kg/h取Na2S2O3的生成率為脫除量的8，則：G2 = 147×8 = 11.76 Kg/h=0.67Kg/tNH3Na2S2O3生成量，G3，Kg/hG3 = = 11.76×158/2×34 = 27.32 Kg/h=3.59 Kg/tNH3式

24、中M Na2S2O3 Na2S2O3分子量M H2S H2S分子量理論硫回收量G4，kg/h G4 =（G1G2）MS/ M H2S = （147-11.76）×32/34 = 127.28 Kg/h=7.23 Kg/tNH3式中 MS 硫的分子量理論硫回收率，= G4/ G1 = 127.28/147 = 86.6 生成Na2S2O3消耗純堿的量G5，Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.32×106 / 158 = 18.33 Kg/h=1.04 Kg/tNH3式中 M Na2CO3 碳酸鈉的分子量；硫泡沫生成量G6，m3/h G6 =

25、G4/S1 = 127.28/30 =4.24 m3/h =0.24 m3/tNH3式中 S1 硫泡沫中硫含量，此處取S1=30/m3；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%；回收率， = = （）/ 2.5 =984.3熱量衡算冷卻塔熱量衡算.1冷卻塔熱負荷，KJ/t NH3式中入冷卻塔焦爐煤氣量，Kmol/(tNH3)；焦爐煤氣平均等壓比熱容，KJ/( kmol.0C)；入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度；入、出冷卻塔焦爐煤氣溫含水量，Kg/Kmol.查得入，出冷卻塔條件下水蒸氣的

26、焓，Kcal/Kg, 查表知代入公式計算得.2冷卻水消耗量，式中冷卻水溫升，,此處取。硫泡沫槽熱量衡算.1硫泡沫槽熱負荷Q2，KJ/t NH3Q2 = Vf PfCf (t3-t4) = 4.24/17.6×1100×3.68×（80-40）= 39008 KJ/t NH3式中 Vf 硫泡沫體積，m3，Vf =G6/17.6； f 硫泡沫密度，Kg/m3 , f = 1100Kg/m3； Cf 硫泡沫比熱容，KJ/(Kg·K),Cf=3.68 KJ/(Kg·K)；T4 槽中硫泡沫初溫，t1 = 400C； T3 槽中硫泡沫終溫，t2 = 800

27、C； 17.6 小時氨產(chǎn)量，t/h.2蒸汽消耗量，W4,Kg/t NH3W4 = Q2/r1 = 39008/2202.26 =17.71 Kg/t NH3式中 r1 0.2MPa蒸汽的汽化熱，r1 = 2202.26 KJ/Kg熔硫釜熱量衡算.1熔硫釜熱負荷Q3,KJ/釜Q2 =G8Css(t5-t6)+0.5G8sCh +4F(t5-t6) = 1.2×1.8×1500×（135-15）+ 0.5×1.2×1500×38.69 + 4×12.56×92×（135-15）= 978270.6 KJ/釜式

28、中G8每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.75×1.6 = 1.2 m3/釜 Vr常用熔硫釜全容積為1.6m30.75 熔硫釜裝填系數(shù)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 熔硫釜周圍空間的散熱系數(shù)，KJ/(m·h·0C)，= 12.56 KJ/(m·h·0C)F 熔硫釜表面積，F(xiàn)= 92 m2T6 入釜硫膏溫度，oC，t3= 15 0Ct5 釜內(nèi)加熱終溫, oC ，t4 = 135 oC0.5

29、硫膏中含硫量504 熔1釜所需時間（工作周期），hS 硫膏密度，Kg/m3，S = 1500 Kg/m3.2 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(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型5.1主要設(shè)備的工藝尺寸填料吸收塔計算.1 塔徑利用貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算10圓整得，式中-泛點氣速, 流體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ， = LTL = 1470×1050 = 1543500 Kg/(h.L)；氣體質(zhì)量流速，Kg/(h.L) ， = G0G =

30、60000×1.05 = 63000 Kg/(h.L)；填料比表面積，m2/m3，選用50mm×25 mm×1.5mm塑料階梯環(huán)，= 114 m2/m3；填料孔隙率，m3/ m3，= 0.927 m3/ m3；L溶液粘度，m·Pa·s，= 0.8 m·Pa·s ；v氣體密度，Kg/m3，v = 1.05 Kg/m3；L液體密度，Kg/m3，L = 1050 Kg/m3； A.K-關(guān)聯(lián)常數(shù)，查相關(guān)數(shù)據(jù)表得A=0.204,K=1.75重力加速度，m/s2 , = 9.81 m/s2 D 吸收塔直徑，m ；5.1.1.2 填料層高

31、度計算吸收過程傳質(zhì)系數(shù)KG的計算 6KG = Au1.3CNa0.1B-0.01 = 10×(1.375)1.3×(5)0.1×(24.5)-0.01 =17.21 kg/m2·h·MPa式中 KG 傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2·h·MPa ；A 經(jīng)驗數(shù)，A = 10；u 操作氣速，m/s ；CNa溶液中Na2CO3的含量，CNa= 5 g/L；B吸收過程液氣比，B = LT / G0 3吸收過程平均推動力PmPm = (P1-P1*)-(P2-P2*)/ (P1-P1*)/ (P2-P2*)（0.0023÷0.00004

32、5） =0.57×10-3atm ；式中 P1吸收塔入口氣相H2S分壓，atm ；P1 = P0C1×22.4/M H2S =1.39×2.5×22.4/34×1000 = 0.0023atmP2吸收塔出口氣相H2S分壓，atm ；P2 = PiC2×22.4/M H2S = 1.37×0.05×22.4/34×1000 = 0.000045 atm；P0吸收塔入口壓力，atm ，P0 = 1.39atm ；Pi吸收塔出口壓力，atm ，Pi = 1.37atm ；P1*，P2*吸收塔入，出口氣相H2S平

33、衡分壓，Mpa ，溶液中H2S含量很低，可以忽略。P1*= P2*=0所需傳質(zhì)面積的計算AP = G1/ KGPm = 147/17.21×0.57×10-3 =14985 m2填料層高度的計算HP = AP/0.785D2=14985/0.785×42×114 = 10.47 m取填料層高度:HP =11 m對于階梯環(huán)填料，取,則計算得填料層高度為11000mm,故無需分段.3 壓降的計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降10橫坐標為縱坐標為空塔氣速，m/s重力加速度，9.81m/s2填料因子，m-1液體密度校正系數(shù)，=/,液體,氣體的密度，液體

34、粘度，,液體，氣體的質(zhì)量流量，查圖得填料層壓降為塔徑與填料尺寸之比：4000/50=80 > 10 所以填料選擇正確。查得：液體的噴淋密度 l = 22m3/m 2·h 填料的潤濕率LWLW=l/ = 22/114=0.192 m3/m 2·h > 0.08 m3/m 2.h 合適式中 填料的比表面積，m2/m3 ；塔截面積A=0.785D2=0.785×42=12.56m2式中 A 塔截面積，m2 D 塔徑，m ；填料個數(shù)N =d-3 = 0.77×（0.05）-3= 6160 個/m3式中 N 單位體積內(nèi)填料的個數(shù)，個/m3 ；d 填料尺

35、寸，m ；常數(shù)， = 0.77 ；持液量的計算：Ht = 0.143(L/de)0.6 = 0.143(1470/0.05)0.6 =68.60m3液體/m3填料【1】式中 Ht總持液量，m3液體/m3填料；L 液相流率，m3/m2·h ；de填料直徑,m ；噴射再生槽的計算.1 槽體再生槽直徑D1的計算D1 = = =5.47 m圓整：D1 = 6 m式中 D1 槽體直徑，mAi 吹風(fēng)強度，m3 /(h·m2)，Ai = 150 m3/(h·m2)GA 空氣量，m3/h ，GA =LtCi = 1470×2.4 = 3528 m3/h Ci 噴射器抽吸

36、系數(shù)，m3/m2，設(shè)Ci=2.4m3/m2再生槽擴大部分直徑D2的計算 D2 = 0.4 + D1 = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度計算H1 = = 1470×8/0.785×62×60 = 6.94 m圓整：H1 = 7 m式中 H1再生槽有效高度，m；溶液在再生槽內(nèi)的停留時間，min，取 8min；HT = H1 + H2 + H3 = 7 + 1.5 + 0.5 = 9 m式中 HT 再生槽高度，m；H2 噴射器出口到槽底距離，m，H2取0.5 mH3 擴大部分高度，m，H3取1.5m；.2 噴射器(1) 噴嘴的計算噴嘴個數(shù)，n個 n = LT/Li

37、 = 1470/200 =7.35個圓整：n = 8個式中 Li 每個噴射器溶液量，m3/h，取Li =200 m3/h ；噴嘴孔徑，di，m di = = = 0.0532 m式中 Wi 噴射處溶液流速，m/s， Wi = 25 m/s溶液入口管直徑，di，mdi =3di = 3×0.0532 =0.160 m噴嘴入口收縮段長度，L5，mm L5 = （14/2）= 0.434 m式中 1 噴嘴入口收縮角，1 = 14°噴嘴喉管長度L6，mL6 = 3mm噴嘴總長度L7 ，mL7 = L5 + L6 = 0.434 + 0.003 = 0.437 m(2) 混合管的計算

38、混合管直徑dm ，mdm = 1.13 = 1.13×= 0.155 m式中 m 噴射器形狀系數(shù)，取m = 8.5選168×5的管混合管長度L3，mL3 = 25dm = 25×0.155 =3.875 m圓整：L3 =4 m(3) 吸氣室的計算空氣入口管直徑da ，mm da = 18.8= 18.8×= 211 mm選245×6.5的管WA 管內(nèi)空氣流速，m/s，取WA =3.5 m/s ；吸氣室直徑dM ，mm dM = = 408 mm選426×9的管吸氣室高度L1取L1=350mm吸氣室收縮長度L2L2 = = 408-15

39、8/2tg（30/2）= 466.5 mm式中 2 吸氣室收縮角，取2 = 30°尾管直徑的計算 de =18.8= 18.8×（200/1）0.5 = 266 mm選2997.5的管式中 de 尾管直徑，mm ；We 尾管中流體速度，m/s，取We = 1 m/s ；擴張管長度的計算L4 = = 284-158/ 2tg（7/2）= 1030 mm式中 L4 擴張管長度，mm ；3 擴張角，取3 = 7°5.2輔助設(shè)備的選型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)噴淋槽分配槽液體負荷范圍外徑（mm）數(shù)量中心距（m

40、m）數(shù)量中心距（mm）（m3/h）4000D-2583752135030600槽寬140mm，高度340mm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）螺栓圓直徑（mm）分塊數(shù)升氣管數(shù)液體負荷范圍（m3/h）40002962283528920820填料支承板采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(shù)承載能力（Pa）近似重量（N）400029629235203050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1600mm填料壓板采用床層限制板

41、，限制板外徑比塔徑小25mm，用塑料制品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(nèi)徑（mm）曲面高度(mm)直邊高度(mm)內(nèi)表面積（m2）容積（m3）400010005017.99.02塔的總高：H = 11000+5700+5000+1000=22700m裙座選5m人孔，手孔人孔選用600，手孔選用標準尺寸DN250加強圈加強圈選用6個，每3.75m一個6 設(shè)備穩(wěn)定性及機械強度校核計算6.1壁厚的計算塔體壁厚1選用查表得雙面腐蝕取4考慮鋼板厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的鋼板作筒體封頭壁厚采用標準橢圓形封頭，雙面對接焊縫100%探傷設(shè)計壁厚按下式計算1考慮鋼板

42、厚度負偏差及沖壓減薄量，圓整后取厚的鋼板作封頭，所以塔體壁厚和封頭壁厚均取校核罐體與封頭水壓試驗強度的計算由下式1式中徑向應(yīng)力則所以水壓試驗滿足強度要求6.2機械強度的校核質(zhì)量載荷塔設(shè)備的質(zhì)量包括塔體，裙座體，內(nèi)構(gòu)件，保溫材料，扶梯和平臺及各種附件等的質(zhì)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(zhì)量。設(shè)備操作時的質(zhì)量式中塔體和裙座質(zhì)量，kg內(nèi)件質(zhì)量，kg保溫材料質(zhì)量，kg平臺，扶梯質(zhì)量，kg操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量，kg人孔，接管，法蘭等附件質(zhì)量,kg偏心質(zhì)量，kg其中取籠式扶梯所以風(fēng)載荷.1風(fēng)載荷的計算根據(jù)塔高將其分五段，分別為2.7m,5m,5m,5m,5m.如下圖所示：兩相鄰計算

43、截面間的水平壓力為1式中水平風(fēng)力，N基本風(fēng)壓，查表但均不應(yīng)小于250N/ m2 ,取400N/m 第段計算長度，mm風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按表選取0.8體型系數(shù)，圓柱直立設(shè)備取0.7塔設(shè)備各計算段的有效直徑，mm風(fēng)振系數(shù)風(fēng)振系數(shù)K2i：K2i = 1 + mi 式中 mi脈動系數(shù),；動力系數(shù),；K21 = K22 = K23 = K24 = 1 + 3.20.35 =2.12K25 =1 + 3.20.32 =2.024 代入式中得.2 風(fēng)彎矩的計算在計算風(fēng)載荷時，常常將塔設(shè)備沿塔高分為若干份，任意截面的風(fēng)彎矩為17 設(shè)計體會與收獲隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)

44、計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)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(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)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(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計中我們的同學(xué)關(guān)系更近了一步，同學(xué)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

45、同學(xué)。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)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(xué)會了。在此要感謝指導(dǎo)老師宋軍超對我的悉心指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，雖經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲很大。在整個設(shè)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(xué)習(xí)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)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。設(shè)計中出現(xiàn)的不足之處我會在以后的工作學(xué)習(xí)中進一

46、步完善。8 參考文獻1 陳國桓.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995-2.174-175，205-2082 王樹仁.合成氨生產(chǎn)工M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2005-023 符德學(xué).無機化工工藝學(xué)M.西安:西安交通大學(xué)出版社.2005-084 陳五平.無機化工工藝學(xué)第三版上下冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.20015 魏兆燦,李寬宏.塔設(shè)備設(shè)計M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1988,116 梅安華主編.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995 . 330-3607 化工部第六設(shè)計院編.化學(xué)工程手冊M.第1 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19808 化工部第六設(shè)計院編.化學(xué)工程手冊M.第13 篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.19809 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)