年產(chǎn)量30萬(wàn)噸液氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)量30萬(wàn)噸液氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)TheProcessDesignofAmmoniaDesulfurizationSectionFor300000tonsperyear目錄摘要： IAbstract II引言1第一章概述2半水煤氣凈化的現(xiàn)狀2栲膠的認(rèn)識(shí)2栲膠法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)3優(yōu)點(diǎn)3缺點(diǎn)4硫化物對(duì)作為原料氣生產(chǎn)工藝過(guò)程的危害4半水煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開(kāi)車操作要點(diǎn)4脫硫后硫化氫含量高的主要原因5脫硫后硫化氫含量高的處理方法5第二章生產(chǎn)流程說(shuō)明6反響機(jī)理6主要操作條件6工藝流程7主要設(shè)備介紹8脫硫塔8氧化槽9反響槽9貧液泵9硫泡沫槽10過(guò)濾器10熔硫釜10第三章工藝計(jì)算11物料衡算11根底數(shù)據(jù)11計(jì)算原料氣的體積及流量113.2熱量衡算〔以0℃為計(jì)算基準(zhǔn)〕14根底數(shù)據(jù)14換熱器熱量衡算17熔硫釜熱量衡算17第四章主要設(shè)備的工藝尺寸和選型19填料脫硫塔設(shè)計(jì)計(jì)算19塔徑確實(shí)定19填料層高度計(jì)算20壓降的計(jì)算21輔助設(shè)備的計(jì)算選型23.1液體分布裝置〔噴淋裝置〕23.2液體再分布器23.3填料支承板23.4封頭24.5裙座24.6人孔，手孔25第五章機(jī)械強(qiáng)度校核計(jì)算265.1壁厚的計(jì)算26塔體壁厚26封頭壁厚26機(jī)械強(qiáng)度的校核27質(zhì)量載荷27第六章設(shè)計(jì)結(jié)果29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄33年產(chǎn)量30萬(wàn)噸液氨脫硫工段工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)對(duì)半水煤氣凈化脫硫工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，著重設(shè)計(jì)計(jì)算了脫硫過(guò)程的物料衡算，熱量衡算，脫硫塔尺寸的計(jì)算及輔助設(shè)備的選取，并對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)采用栲膠法脫除半水煤氣中的硫化氫，設(shè)計(jì)中進(jìn)入脫硫塔氣體中的H2S含量為3，凈化后H2S含量為0.05g/m3。在進(jìn)行物料衡算時(shí)，由3/h的原料氣進(jìn)入脫硫塔，計(jì)算得脫硫量為，脫硫液循環(huán)量為3/h。另外分別對(duì)換熱器和熔硫釜進(jìn)行了熱量衡算，算得換熱器的熱負(fù)荷×106KJ/h，冷卻水消耗量為3/h；熔硫釜的熱負(fù)荷為479155.94KJ/釜，蒸汽消耗量為釜。計(jì)算得塔徑為，塔高m，填料層高度m，壓降為550Pa。本設(shè)計(jì)共繪制兩張圖，分別為脫硫塔設(shè)備圖、工藝流程圖。關(guān)鍵詞：栲膠法；半水煤氣；工藝計(jì)算TheProcessDesignofAmmoniaDesulfurizationSectionFor300000tonsperyearAbstract：Thedesigncalculationindesignofcokeovengaspurificationdesulfurizationtechnology,focusondesigncalculationofthedesulfurizationprocessofkeyequipment,includingmaterialbalance,heatbalance,thepackedtowerreactorsizecalculationandselectionofancillaryequipment,andprobesintothemainequipmentmechanicalintensity.Thematerialbalancetheextractmethod,removingthehydrogensulfideincokeovengasdesulfurizationtowerinthedesignofH2Sinthegascontentis2.4g/m3,afterpurifyingH2Scontentis0.05g/m3333/hcoolingwaterconsumption;Theheatloadofthesulfurmeltingkettleis479155.94KJ,steamconsumptionis2420.04Kg.Intensitytowerbodywallthicknessis12mm,theheadthicknessis12mm.Thewindloadlevelwithmaximumsustainedwindsof27216Paforchecking.Calculatedthetowerdiameteris4.0m,mhightower,packinglayerheightism,thepressuredropof490.5Pa.Thedesignistodrawtwopictures,werepackedtowerequipment,processflowdiagram.Keywords:extractmethod;cokeovengas;processcalculation引言半水煤氣中硫化物按其化合態(tài)可分為兩類：無(wú)機(jī)硫化物，主要是硫化氫〔H2S〕，有機(jī)硫化物，如二硫化碳〔〕，硫氧化碳〔COS〕，硫醇〔〕和噻吩〔〕等。有機(jī)硫化物在溫度下進(jìn)行變換時(shí)，幾乎全部轉(zhuǎn)化為硫化氫。所以煤氣中硫化氫所含的硫約占煤氣中硫總量的90%以上，因此，煤氣脫硫主要是指脫除煤氣中的硫化氫，半水煤氣中含硫化氫8～15g/m3，此外還含0.5～1.5g/m3氰化氫。3。硫化氫及其燃燒產(chǎn)物二氧化硫〔〕對(duì)人體均有毒性，在空氣中含有0.1%的硫化氫就能致命。煤氣中硫化氫的存在會(huì)嚴(yán)重腐蝕輸氣管道和設(shè)備，如果將煤氣用做各種化工原料氣，如合成氨原料氣時(shí)，往往硫化物會(huì)使催化劑中毒，增加液態(tài)溶劑的黏度，影響產(chǎn)品的質(zhì)量等。因此，必須進(jìn)行煤氣的脫硫。第一章概述半水煤氣凈化的現(xiàn)狀煤氣的脫硫方法從總體上來(lái)分有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國(guó)，熱煤氣脫硫現(xiàn)在仍處于試驗(yàn)研究階段，還有待于進(jìn)一步完善，而冷煤氣脫硫是比擬成熟的技術(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、改進(jìn)ADA和栲膠法頗具代表性。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(jià)值的元素硫，從而構(gòu)成一個(gè)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、改進(jìn)蒽醌二磺酸法〔A.D.A法〕及有機(jī)胺法。其中改進(jìn)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(jià)格昂貴，近幾年來(lái)，在改進(jìn)A.D.A的根底上開(kāi)發(fā)的栲膠法克服了這兩項(xiàng)缺點(diǎn)。它是以純堿作為吸收劑，以栲膠為載氧體，以為氧化劑?；诖耍诎胨簹饷摿蚬に嚨脑O(shè)計(jì)中我采用濕式栲膠法脫硫工藝。栲膠的認(rèn)識(shí)栲膠是由植物的皮，果，莖及葉的萃取液熬制而成的。其主要成分為丹寧，約占66%，以栲膠來(lái)配制脫硫液效果最正確。栲膠的主要成分為多種水解丹寧，是有許多結(jié)構(gòu)相似的酚類衍生物所組成的多酚基化合物，由于其含有許多活潑的烴基，所以具有很強(qiáng)的吸氧能力，在脫硫過(guò)程中起著載氧的作用。堿性栲膠脫硫液是由栲膠，碳酸鈉及偏釩酸鈉等主要成分構(gòu)成的水溶液。栲膠水溶液在空氣中易被氧化，即丹寧中較活潑的羥基易被空氣中的氧氧化，生成醌態(tài)化合物。特別是當(dāng)溶液的PH值大于9的時(shí)候，丹寧的氧化特別顯著。由于栲膠水溶液在較高濃度時(shí)成為典型的膠體溶液，并且在較低溫度時(shí)容易出現(xiàn)及沉淀，因此在配制脫硫液前必須對(duì)栲膠水溶液進(jìn)行熟化預(yù)處理。即將含栲膠20～33g/l，Na2CO3380～133g/l的栲膠誰(shuí)溶液直接通蒸汽與空氣，在80～90°C的條件下氧化10～24h，破壞其膠性。然后加及軟水或稀氨水，配制成含栲膠1.0～2.6g/l，Na2CO322.3g/l，3.24g/l,2～2.5g/l脫硫液，送入脫硫液儲(chǔ)存槽，稀釋后使用。脫硫過(guò)程中，酚類物質(zhì)經(jīng)空氣再生氧化成醌態(tài)，因其具有較高電位，故能將低價(jià)釩氧化成高價(jià)釩，進(jìn)而使吸收在溶液中的硫氫根氧化、析出單質(zhì)硫。同時(shí)丹寧能與多種金屬離子〔如釩、鉻、鋁等〕形成水溶性絡(luò)合物；在堿性溶液中丹寧能用與鐵、銅反響并在其材料外表形成丹寧酸性薄膜，因而具有防腐蝕作用。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(duì)其進(jìn)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(guò)程中，伴隨著吸光性能的變化。當(dāng)溶液充分氧化后，其消光值那么會(huì)穩(wěn)定在某一數(shù)值附近，這種溶液就能滿足脫硫要求。將純堿溶液用蒸汽加熱，通入空氣氧化，并維持溫度80～90℃，恒溫10h以上，讓丹寧物質(zhì)發(fā)生降解反響，大分子變小，外表活性物質(zhì)變成非外表活性物質(zhì)，到達(dá)預(yù)處理目的。1.3栲膠法脫硫的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)栲膠法脫硫是目前工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較多的濕式脫硫方法，它本身有許多優(yōu)越之處，但是與此同時(shí)，也存在著許多的缺乏。栲膠是聚酚類〔丹寧〕物質(zhì)，可替代ADA作為載氧體，價(jià)格低廉，栲膠本身還是良好的絡(luò)合劑，不需要添加酒石酸鉀鈉的絡(luò)合劑。此法的吸收效果與ADA相近，且具有不容易堵塞脫硫塔填料，栲膠資源豐富，價(jià)格廉價(jià)以及脫硫液活性好，性能穩(wěn)定，腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)。此外，脫硫效率大于98℅，所析出的硫容易浮選和別離。栲膠法脫硫整個(gè)脫硫和再生過(guò)程為連續(xù)在線過(guò)程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔。煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過(guò)調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定?！?〕栲膠資源豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒性、脫硫溶液本錢低，因而操作費(fèi)用要改進(jìn)ADA法低?！?〕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進(jìn)ADA法簡(jiǎn)單，且脫硫過(guò)程沒(méi)有硫磺堵塔問(wèn)題?！?〕脫硫效率大于98%，所析出的硫容易浮選和別離。〔4〕栲膠法脫硫整個(gè)脫硫和再生過(guò)程為連續(xù)在線過(guò)程，脫硫與再生同時(shí)進(jìn)行，不需要設(shè)置備用脫硫塔?！?〕煤氣脫硫凈化程度可以根據(jù)企業(yè)需要，通過(guò)調(diào)整溶液配比調(diào)整，適時(shí)加以控制，凈化后煤氣中H2S含量穩(wěn)定。缺點(diǎn)〔1〕配制脫硫液和往系統(tǒng)中補(bǔ)加時(shí)都要經(jīng)過(guò)加熱溶化制備過(guò)程。〔2〕設(shè)備較多，工藝操作也較復(fù)雜，設(shè)備投資較大。硫化物對(duì)作為原料氣生產(chǎn)工藝過(guò)程的危害〔1〕對(duì)催化劑的危害硫使甲烷化催化劑，高〔中〕溫變換催化劑，甲醇合成催化劑何氨合成催化劑的主要毒物之一，能使它們的活性和壽命降低；〔2〕對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的危害碳銨生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)變換氣中硫化氫含量高時(shí)，在碳化母液中積累增高。使母液粘度增大，碳銨結(jié)晶變油，不僅造成別離困難，同時(shí)，由于生成FeS沉淀致使碳銨顏色變黑；〔3〕在尿素生產(chǎn)過(guò)程中，硫化氫進(jìn)入尿素合成塔時(shí)會(huì)生成硫脲，污染尿素產(chǎn)品，降低產(chǎn)品質(zhì)量；〔4〕對(duì)銅洗操作的危害銅氨液吸收硫化氫生成CuS沉淀，這種沉淀物顆粒很細(xì)，懸浮在溶液中導(dǎo)致溶液粘度增大，發(fā)泡性增強(qiáng)，銅耗上升，破壞銅洗系統(tǒng)的正常運(yùn)行；〔5〕對(duì)金屬腐蝕硫化氫能使碳鋼設(shè)備及管線發(fā)生失重腐蝕，應(yīng)力腐蝕，氫脆和氫鼓泡，使設(shè)備及管線壽命減短；〔6〕對(duì)人體的毒害硫化氫是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，硫化氫經(jīng)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液中來(lái)不及氧化時(shí)就會(huì)引起會(huì)全身中毒反響，隨硫化氫濃度的增加會(huì)造成呼吸麻痹，窒息以致停止呼吸而死亡。因此，為了提高企業(yè)最終產(chǎn)品質(zhì)量和保持人們優(yōu)良的生存環(huán)境，對(duì)半水煤氣進(jìn)行脫硫是非常必要的。半水煤氣脫硫系統(tǒng)的正常開(kāi)車操作要點(diǎn)〔1〕檢查各設(shè)備，管道，閥門，分析取樣及電器，儀表等，必須正常完好。〔2〕檢查系統(tǒng)內(nèi)所有閥門的開(kāi)關(guān)位置，應(yīng)符合開(kāi)車要求；〔3〕與供水，供電，供氣部門及造氣，壓縮工段聯(lián)系，作好開(kāi)車準(zhǔn)備；〔4〕將脫硫液成分調(diào)整在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)；〔5〕氨規(guī)程進(jìn)行系統(tǒng)吹凈，清洗，試漏和置換工作〔系統(tǒng)未經(jīng)檢修處于保壓狀況下對(duì)的開(kāi)車，不進(jìn)行該項(xiàng)工作〕；〔6〕調(diào)凈氣柜出口水封積水；〔7〕開(kāi)啟各氣體換熱器和清洗塔進(jìn)水閥，并調(diào)節(jié)好水量及各塔液位；〔8〕開(kāi)啟貧液泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)貧液泵，向脫硫塔打入脫硫液，并調(diào)節(jié)好液位；〔9〕開(kāi)啟富液泵進(jìn)口閥，啟動(dòng)富液泵，向再生槽送液；〔10〕根據(jù)脫硫液循環(huán)量和再生液槽液位，調(diào)節(jié)好貧液泵，富液泵的打液量，并控制好貧液槽，富液槽液位計(jì)流量；〔11〕開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)，并調(diào)節(jié)好半水煤氣流量；〔12〕根據(jù)半水煤氣流量大小，調(diào)節(jié)好液氣比。適當(dāng)開(kāi)啟清洗塔，放空閥，半水煤氣脫硫合格后，與壓縮工段聯(lián)系，并關(guān)閉放空閥，向壓縮機(jī)一段送氣；〔13〕根據(jù)再生槽的硫泡沫形成情況，調(diào)節(jié)液位調(diào)節(jié)器，保持硫泡沫的正常溢流；〔14〕分析半水煤氣中氧含量合格后，開(kāi)啟靜電除焦油塔。脫硫后硫化氫含量高的主要原因〔1〕進(jìn)入系統(tǒng)的半水煤氣中硫化氫含量過(guò)高，或進(jìn)塔半水煤氣氣量過(guò)大；〔2〕脫硫液循環(huán)量??；〔3〕脫硫液成分不當(dāng)；〔4〕脫硫液再生效率低或懸浮硫含量高；〔5〕進(jìn)脫硫塔的半水煤氣或貧液溫度高；〔6〕脫硫塔內(nèi)氣液偏流，影響脫硫效率；脫硫后硫化氫含量高的處理方法〔1〕聯(lián)系造氣工段更換含硫量低的煤炭，降低進(jìn)脫硫系統(tǒng)半水煤氣中的硫化氫含量或適當(dāng)減少半水煤氣氣量；〔2〕適當(dāng)加大脫硫液循環(huán)量；〔3〕把脫硫液成分調(diào)整掃工藝指標(biāo)要求范圍內(nèi)；〔4〕檢修噴射再生器或適當(dāng)提高溶液進(jìn)再生器的壓力，增加自吸空氣量，提高溶液的再生兇案綠；檢修離心機(jī)濾網(wǎng)，減少漏泡沫量，增加再生槽硫泡沫的溢流量，減少溶液中懸浮硫含量；〔5〕加大氣體冷卻器的冷卻水，降低進(jìn)系統(tǒng)半水煤氣溫度；第二章生產(chǎn)流程說(shuō)明反響機(jī)理是脫硫的根本，也是整個(gè)脫硫過(guò)程中的核心局部。以下是栲膠法脫硫的反響機(jī)理?！?〕堿性水溶液吸收H2SNa2CO3+H2S→NaHS+NaHCO3〔2〕五價(jià)釩絡(luò)合物離子氧化HS-析出硫磺，五價(jià)釩被復(fù)原成四價(jià)釩〔3〕醌態(tài)栲膠氧化四價(jià)釩成五價(jià)釩，空氣中的氧氧化酚態(tài)栲膠使其再生，同時(shí)生成H2O2。TQ〔醌態(tài)〕+V4++2H2O→THQ〔酚態(tài)〕+V5++2OH-2THQ+O2→2TQ+H2O2〔4〕H2O2氧化四價(jià)釩和HS-H2O2+V4+→V5++2OH-H2O2+HS-→H2O+S+OH-〔5〕當(dāng)被處理氣體中有CO2、HCN、O2時(shí)產(chǎn)生如下副反響。NaCO3+CO2+H2O→2NaHCO3Na2CO3+2HCN→2NaCN+H2O+CO2NaCN+S→NaCNS2NaCNS+5O2→Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+2O2→Na2S2O3+H2O主要操作條件溶液的主要組分是堿度、NaVO3、栲膠。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(shí)，采用的溶液總堿度為0.4N，而對(duì)高硫含量的原料氣那么采用0.8N的總堿度。PH值再8.5~9.0。堿度過(guò)高，副反響加劇。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(jì)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(shí)往往要過(guò)量，控制過(guò)量系數(shù)在1.3～1.5左右。栲膠濃度：表2.2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3～4濃溶液6～8溫度：操作溫度低，再生效果差；溫度過(guò)高，副反響加劇，生成大量硫代硫酸鈉燈鹽類，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(guò)45℃時(shí)那么急劇升高。通常吸收與再生在同一溫度下進(jìn)行，約為30～40℃。CO2的影響：栲膠脫硫液具有相當(dāng)高的選擇性。在適宜的操作條件下，它能從含99℅的CO2原料氣中將200mg/m3〔標(biāo)〕的H2S脫除至45mg/m3〔標(biāo)〕以下。但由于溶液吸收CO2后會(huì)使溶液的PH值下降，使脫硫效率稍有降低。2.3工藝流程來(lái)自除塵工段的半水煤氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與塔頂上噴淋下來(lái)的栲膠脫硫液逆流接觸，再極短時(shí)間內(nèi)完成吸收硫化氫的反響。脫除硫化氫的半水煤氣由塔頂出來(lái)，經(jīng)旋流板，別離器別離掉所夾帶的液滴后去壓縮工段。脫硫后的富液由塔底出來(lái)去脫硫塔液封槽，液封槽出來(lái)進(jìn)入富液槽，然后又再生泵加壓送到噴射器，在噴射器內(nèi)自吸空氣并在喉管及擴(kuò)散管內(nèi)進(jìn)行反響，然后液氣一起進(jìn)入在再生槽，由底部經(jīng)篩板上翻，進(jìn)行栲膠溶液的氧化再生和硫泡沫浮選，再生后的貧液流入貧液槽，再生脫硫泵分別送往脫硫塔，循環(huán)使用。噴射再生槽頂浮選出來(lái)的硫泡沫自動(dòng)溢流入中間泡沫槽，再由泡沫泵抽硫泡沫到上泡沫槽，經(jīng)加溫，攪拌，靜止分層后，排去上清液，該上清液流入富液槽內(nèi)，硫泡沫經(jīng)真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，濾液流入地下槽，硫膏進(jìn)入熔硫釜進(jìn)行熔硫，熔融硫流入鑄模，待冷卻成型后即成為副產(chǎn)品，硫膏。擬設(shè)計(jì)栲膠法脫硫及再生反響過(guò)程如下：〔1〕吸收：在脫硫塔內(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：在反響槽內(nèi)硫氫根被高價(jià)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(guò)程按順序連續(xù)進(jìn)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(jiàn)圖)：圖2.3濕法栲膠脫硫工藝流程簡(jiǎn)圖脫硫塔脫硫塔用于要求高的H2S脫除效率。用作脫硫的脫硫塔每段填料間設(shè)有人孔，以供檢查用。脫硫塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，制造方便。這種塔體，噴淋裝置，填料再分布器，柵板以及氣，液的進(jìn)出口等部件組成。而填料是脫硫塔的核心部作分，脫硫塔操作性能的好壞與所選的填料有很大的關(guān)系，選擇填料應(yīng)當(dāng)遵循一下原那么：?jiǎn)挝惑w積填料的外表積大，氣液相接觸的自由體積大；填料空隙率要大，氣相阻力??；重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高；耐介質(zhì)腐蝕，經(jīng)久耐用，價(jià)格低廉。而填料的類型，尺寸和堆積方式?jīng)Q定于所處理的介質(zhì)的性質(zhì)。氣液流量的大小和允許的壓力降。本次設(shè)計(jì)，我選用的是塑料階梯環(huán)的亂堆填料，這種填料使填料再床層中以點(diǎn)接觸為主，床層均勻，空隙率大，氣流阻力小，利于下流液體的聚集及分散，利于液膜的外表更新，故傳質(zhì)效率高，通常較鮑爾環(huán)提高10%，壓降減少25%。填料的作用是完成對(duì)脫硫液及氣體的再分布，同時(shí)為氣液分布提供較大的相界面。脫硫液從塔頂經(jīng)分布器均勻噴淋在填料上，再填料外表形成液膜，并向下流動(dòng)，與經(jīng)填料空隙上升的氣體接觸，完成對(duì)H2S的吸收。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(dòng)，硫泡沫在槽頂部的溢流堰別離，別離硫后的清液在氧化槽頂部下面一點(diǎn)引出。這種形式的氧化槽需要鼓風(fēng)機(jī)將空氣壓入。中國(guó)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(jī)。液體加壓從噴嘴進(jìn)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。氧化槽目前使用最正確的是雙套筒二級(jí)擴(kuò)大式，脫硫液通過(guò)噴射再生管道反響，氧化再生后，經(jīng)過(guò)尾管流進(jìn)浮選筒，在浮選筒進(jìn)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(qiáng)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(kāi)孔率44%。內(nèi)筒吹風(fēng)強(qiáng)度大，氣液混合物的重度小，而內(nèi)外筒的環(huán)形區(qū)根本上無(wú)空氣泡，因此液體重度大。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(jì)有如下三個(gè)根本參數(shù)=1\*GB3①要求的空氣流量；=2\*GB3②氧化器的直徑；=3\*GB3③有效的液體容積。空氣流量正比于硫的產(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(lái)計(jì)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25～30m3/(min·m2)截面。液體在氧化器的停留時(shí)間正比于液體流量，要求的停留時(shí)間與氧化器數(shù)量有關(guān)，當(dāng)用一個(gè)氧化器時(shí)，停留時(shí)間約45min，用兩個(gè)氧化器停留時(shí)間不超過(guò)30min，多級(jí)氧化器有較高的氣液傳質(zhì)效率，第一個(gè)氧化器出來(lái)的液體供應(yīng)第二個(gè)氧化器，硫泡沫從第二個(gè)氧化器頂局部離，第一個(gè)氧化器的空氣流量大，增大湍流使傳質(zhì)加快。第二個(gè)氧化器空氣流量較小，使硫浮選。反響槽內(nèi)有隔板以塊。主要作用是增加脫硫液的反響時(shí)間。貧液泵完成對(duì)貧液的升壓與輸送任務(wù)。H=54m,10SH-6A,Q=468m3/h。硫泡沫槽硫泡沫槽是一錐形底的鋼制圓筒，槽頂設(shè)有15～25轉(zhuǎn)/min的攪拌機(jī)一個(gè)，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3～6h的硫泡沫存量計(jì)算。過(guò)濾器工業(yè)上常用連續(xù)作業(yè)的鼓形真空過(guò)濾機(jī)，所需過(guò)濾面積可按每1m2過(guò)濾面積于1h內(nèi)能濾過(guò)枯燥硫磺60～80kg計(jì)算。通常采用的真空過(guò)濾機(jī)，當(dāng)過(guò)濾面積為10m2時(shí)，其直徑為2.6m，長(zhǎng)為1.3m。熔硫釜熔硫釜是一個(gè)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(jì)算，而放入的硫泡沫含有40%～50%的水分。對(duì)于直徑1.2m，有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的時(shí)間約為3～4h。

第三章工藝計(jì)算3.1物料衡算根底數(shù)據(jù)〔1〕半水煤氣成分組分COCO2H2N2O2CH4Ar體積/%〔2〕脫硫液成分組分Na2CO3NaHCO3總堿總礬栲膠濃度〔g/L〕〔3〕半水煤氣中H2S，C13〔4〕入換熱器半水煤氣溫度，t1=55℃〔5〕出換熱器入脫硫塔半水煤氣溫度，t2=40℃〔6〕入脫硫塔半水煤氣壓力，0.04MPa〔表壓〕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)連續(xù)生產(chǎn)，那么每小時(shí)生產(chǎn)合成氨為：300000÷〔330×24考慮到在合成時(shí)的損失，那么以每小時(shí)生產(chǎn)37.92噸計(jì)算為基準(zhǔn)，所以Kmol/h那么合成NH3所需要N2的物質(zhì)的量為Kmol/h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)程中氨氣的損失，那么損失率以1%計(jì)，那么半水煤氣中氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為Kmol所以原料氣中的體積為：①根據(jù)原料氣中各氣體的體積比，那么其他氣體的體積為：根據(jù)氣體方程，將0℃、101.325KPa下的體積換算成55℃、0.04MPa〔表壓〕下的體積為：②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：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，出塔氣體中的H2S含量為g/m3，那么塔的脫硫效率是η=〔2.4-0.05〕/2.4=97.92%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)入脫硫塔和出脫硫塔的體積流量視為不變，那么出塔氣體的流量所以出塔氣中H2S的質(zhì)量為故在脫硫塔中吸收的H2S的質(zhì)量為③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=(C1-C2)/S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那么液氣比為L(zhǎng)/G=(C1-C2脫硫液的循環(huán)量因脫硫液在循環(huán)中有損失及再生率為95%，去損失率為10%那么液體的循環(huán)量為④生產(chǎn)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%，那么G2=271.335×8%=21.7068Kg/h⑤Na2S2O3的生成量G3，kg/h2H2S～Na2S2O3式中：——Na2S2O3的分子量——H2S的分子量G3⑥理論硫回收量G4，kg/h式中：——硫的分子量G4理論硫回收率，ψ=G4/G1Ψ=86.59%⑦生成Na2S2O3消耗的純堿量G5，kg/h式中：——Na2CO3的分子量G5⑧硫泡沫生成量G6，kg/m3式中：S1——硫泡沫中硫含量，kg/m3,取S1=30kg/m3⑨入熔硫釜硫膏量式中：S2——硫膏中硫含量，kg/m3,取S1=20%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕表物料衡算表〔以每小時(shí)計(jì)〕入脫硫塔氣體流量3出脫硫塔氣體流量3脫硫塔循環(huán)量m3硫泡沫生成量m3硫化氫吸收量硫膏量消耗的純堿量硫代硫酸鈉生成量3.2熱量衡算〔以0℃為計(jì)算基準(zhǔn)〕根底數(shù)據(jù)半水煤氣的平均式量半水煤氣的密度：半水煤氣的質(zhì)量流量脫硫液密度計(jì)算用公式脫硫液入脫硫塔時(shí)的溫度，那么入脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量脫硫液出脫硫塔時(shí)的溫度出脫硫塔脫硫液的質(zhì)量流量平均比熱容的計(jì)算根據(jù)比熱容的計(jì)算式將半水煤氣中的各組分的a、b、c值列于表中表3.2摩爾定壓熱容與溫度關(guān)系物質(zhì)COH2CO2N2O2CH4ab/10-3c/10-655℃的比熱容同理的40℃的比熱容故半水煤氣在55℃的比熱容半水煤氣在40℃的比熱容脫硫液的比熱容CP，J/〔g℃〕脫硫液的進(jìn)口溫度為35℃，那么進(jìn)口時(shí)的比熱容脫硫液的出口溫度約為35℃，那么出口時(shí)的比熱容換熱器熱量衡算換熱器熱負(fù)荷Q1，KJ/h式中：G0——入換熱器半水煤氣量②冷卻水消耗量W3，m3/h式中：——冷卻水溫升，取=5℃，CH2O=4.2KJ/〔Kg℃〕,ρ=1000Kg/m33.2.3熔硫釜熱量衡算①熔硫釜熱負(fù)荷Q3,KJ/釜式中：G8——每一釜硫膏量，m33,熔硫釜裝填系數(shù)為75%，那么G8=1.63/釜Cs——硫膏比熱容，——硫膏密度，kg/m3,=1500kg/m3——加熱終溫，℃，=135℃——入釜溫度，℃，=80℃——硫膏的熔融熱，KJ/kg,=28.69KJ/kg——熔硫釜向周圍空間的散熱系數(shù)，，——熔硫釜外表積，m2,——熔硫釜所需時(shí)間，h——硫膏中含硫膏50%表示硫膏溫升吸收熱量；表示硫膏熔融吸收熱量；——表示向環(huán)境散熱量②蒸汽消耗量，W5，KJ/釜式中：——130℃蒸汽的液化熱，第四章主要設(shè)備的工藝尺寸和選型脫硫塔設(shè)計(jì)計(jì)算塔徑確實(shí)定塔徑可以用下式計(jì)算由貝恩—霍根關(guān)聯(lián)式得=圓整得，塔徑考慮到脫硫塔的塔徑過(guò)大，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)脫硫塔，原料氣流量和脫硫液流量變成二分之一，通過(guò)上述公式計(jì)算出D圓整后D=4m式中：——泛點(diǎn)氣速,——流體質(zhì)量流速，，—?dú)怏w質(zhì)量流速，，α——填料比外表積，m2/m3，選用φ50mm×25mm×1.5mm塑料階梯環(huán)，α=114m2/m3；——填料孔隙率，m3/m3，——溶液粘度，m·Pa·s，；——?dú)怏w密度，Kg/m3，3；——液體密度，Kg/m3，3；——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,ɡ=9.81m/s2；D－脫硫塔直徑，m；填料層高度計(jì)算吸收過(guò)程傳質(zhì)系數(shù)KG的計(jì)算[6]KG=A?uCNaB-0.01式中KG－傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2·h·MPa；A－經(jīng)驗(yàn)數(shù)，A=10；u－操作氣速，m/s；CNa－溶液中Na2CO3的含量，CNa=5g/L；B－吸收過(guò)程液氣比，B=LT/G0=，那么吸收過(guò)程平均推動(dòng)力ΔPm式中：P1－脫硫塔入口氣相H2S分壓，atm；P1=P0C1H2SP2－脫硫塔出口氣相H2S分壓，atm；P2=PiC2H2S=1.37×0.05×22.4/34×1000=0.0000451atm；P0－脫硫塔入口壓力，atm，P0=1.40atm；Pi－脫硫塔出口壓力，atm，Pi=1.37atm；P1*，P2*－脫硫塔入，出口氣相H2S平衡分壓，Mpa，溶液中H2S含量很低，可以忽略。P1*=P2*=0〔表壓〕那么，所需傳質(zhì)面積的計(jì)算AP=G1/KG△Pm=271.3355/(18.71×0.000556)=m2填料層高度HP=AP2α=2×114)=m考慮到計(jì)算公式的偏差實(shí)際取填料高度為：HP=說(shuō)明：填料高度根據(jù)所需的傳質(zhì)單元理論板數(shù)來(lái)推算出。算出的高度太大那么分成假設(shè)干段，每段一般不宜超過(guò)6m，或按推薦的倍數(shù)來(lái)選定，對(duì)于拉西環(huán)，每段填料層高度為塔徑的3倍，對(duì)于鮑爾環(huán)及鞍形填料為5~10倍，為3液位分布良好，兩段之間液體再分布裝置。壓降的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降[10]橫坐標(biāo)為：縱坐標(biāo)為：式中：－空塔氣速，m/s2－填料因子，m-1－液體密度校正系數(shù)，=/,－液體,氣體的密度，－液體粘度，,－液體，氣體的質(zhì)量流量，查附圖1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。最小潤(rùn)濕速率取為：查附錄知最小噴淋密度：操作噴淋密度：2=0.785×422式中：A——塔截面積，m2D——塔徑，m；填料個(gè)數(shù)N=αd-3=0.77×〔0.05〕-3=6160個(gè)/m3式中：N——單位體積內(nèi)填料的個(gè)數(shù)，個(gè)/m3；d——填料尺寸，m；α——常數(shù)，α=0.77；持液量的計(jì)算：Ht=0.143(L/de)=0.143×(1492.36/0.05)3液體/m3填料式中：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；4.2輔助設(shè)備的計(jì)算選型4.2.1液體分布裝置〔噴淋裝置〕噴淋裝置的作用是使液體的初始分布盡可能地均勻。液體噴淋裝置設(shè)計(jì)不合理，將導(dǎo)致液體分布不量，減少填料的潤(rùn)濕面積，增加溝流和壁流現(xiàn)象，直接影響填料的處理能力和別離效率。液體噴淋裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：能使整個(gè)截面的填料外表很好的潤(rùn)濕，均勻法分散液體，通過(guò)不易堵塞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便等。本次設(shè)計(jì)采用溢流型槽式分布器。這種分布器適應(yīng)性能較好，特別適宜大流量操作。表4.1溢流分布器尺寸塔徑(mm)噴淋槽分配槽液體負(fù)荷范圍外徑〔mm〕數(shù)量中心距〔mm〕數(shù)量中心距〔mm〕〔m3/h〕4000D-2593753199047～740槽寬＞120mm,高度≤350mm取槽寬140mm，高度340mm4.2.2液體再分布器當(dāng)液體流經(jīng)填料層時(shí)，液體有流向器壁造成“壁流〞的傾向。亂堆填料的阻力較大，填料層較高時(shí)更高容易流向塔壁的彌散現(xiàn)象，使液體分布不均勻，降低了脫硫塔的效率，嚴(yán)重時(shí)可使塔中的填料不能潤(rùn)濕而成“干堆〞。為消除此現(xiàn)象，常將填料分段填裝，層間設(shè)置液體再分布器以便在整個(gè)角度內(nèi)填料都得到均勻噴淋。表4.2梁型再分布器尺寸塔徑〔mm〕盤(pán)外徑〔mm〕螺栓圓直徑〔mm〕分塊數(shù)升氣管數(shù)液體負(fù)荷范圍〔m3/h〕40002962283528920～8204.2.3填料支承板填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。本次設(shè)計(jì)采用的是床層限制板。因?yàn)榇矊酉拗瓢暹m用于金屬，塑料等制成的不易破碎的散裝填料。限制板通常由螺栓〔或支耳〕固定于塔壁。要求：限制板外徑比塔徑小25mm，用塑料制品。塔徑〔mm〕板外徑〔mm〕梁的條數(shù)承載能力〔Pa〕近似重量〔N〕400029627235203050支承板采用塑料材料，板厚6mm，最大液體負(fù)荷200m3/m2·h，最大跨度1600mm4.2.4封頭容器封頭是化工容器殼體的主要組成局部，容器封頭又稱端蓋。本次設(shè)計(jì)采用的是凸形封頭的橢圓形封頭。橢圓型封頭內(nèi)徑〔mm〕曲面高度(mm)直邊高度(mm)內(nèi)外表積〔m2〕容積〔m3〕40001040504.2.5裙座時(shí)裙座人孔寬度B=500mm裙座選用Q235-A,厚度取16mm，高度取3000mm。圓形檢查孔選取裙座直徑為4000mm的數(shù)據(jù)如下：裙座直徑〔mm〕數(shù)量直徑D(mm)M中心高H(mm)1250150——800-90014502009001000-280024502509003000-46002500250950>460026002501000裙座直徑為4000mm時(shí)地腳螺栓最少取24個(gè)最多取36個(gè)塔上部空間高度，可取為2.5m。液體再分布器空間高度約為1.2m，塔底液相停留時(shí)間按三分鐘考慮，那么塔釜液所占空間高度為考慮到氣相接管所占空間高度，氣體擴(kuò)散空間，支撐板厚度，底部空間高度可取3.9m，所以塔附屬高度可以2.5+1.2+3.9=7.6m，裙座取3m。塔的總高：H=10400+2000+7600=20000mm4.2.6人孔，手孔查詢國(guó)標(biāo)HG/T21515-2005后選擇φ600的常壓全平面FF人孔。墊片使用石棉橡膠墊片，密封面用全平面密封。緊固件用六角螺栓。常壓全平面FF手孔選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸DN250

第五章機(jī)械強(qiáng)度校核計(jì)算塔體壁厚選用查表得雙面腐蝕取4考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓減薄量，取c1圓整后取，根據(jù)GB_T25198-2023_壓力容器封頭設(shè)計(jì)要求4000≤DN＜5000，≥12mm,取12mm厚的鋼板作筒體封頭壁厚采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，雙面對(duì)接焊縫100%探傷設(shè)計(jì)壁厚按下式計(jì)算考慮鋼板厚度負(fù)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(yàn)強(qiáng)度的計(jì)算由下式[1]式中:徑向應(yīng)力那么所以水壓試驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。5.2機(jī)械強(qiáng)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(tái)及各種附件等的質(zhì)量，還包括在操作，停修或水壓試驗(yàn)等不同工況時(shí)的物料或充水質(zhì)量。設(shè)備操作時(shí)的重量：式中：塔體和裙座質(zhì)量，kg封頭質(zhì)量，kg保溫材料質(zhì)量，kg平臺(tái)，扶梯質(zhì)量，kg操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量，kg人孔，接管，法蘭等附件質(zhì)量,kg其中：查表DN=4000mm的筒節(jié),每米質(zhì)量為=2850kg/m所以因此，=234834.66Kg

第六章設(shè)計(jì)結(jié)果3/h，焦?fàn)t半水煤氣中H2S的含量為：C1=2.4g/m3;凈化氣中H2S的含量，C2=0.05g/m3。在整個(gè)設(shè)計(jì)工藝計(jì)算中包括：物料衡算、熱量衡算、脫硫塔的工藝計(jì)算、輔助設(shè)備的工藝計(jì)算和設(shè)備穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的校核。脫硫塔塔徑：D=4.0m，塔高：H=14800m。經(jīng)過(guò)計(jì)算繪制了兩個(gè)AutoCAD圖：主設(shè)備填料脫硫塔圖、工藝流程圖。工藝計(jì)算結(jié)果一覽表：半水煤氣中H2S初始含量C13凈化氣中H2S含量C2=3入脫硫塔半水煤氣氣量G03/hH2S脫除量G1溶液循環(huán)量LT3/h主設(shè)備及輔助設(shè)備尺寸一覽表：設(shè)備名稱直徑〔mm〕高度〔mm〕脫硫塔〔兩個(gè)〕400014800壁厚/12封頭40001040裙座40003000人孔600/參考文獻(xiàn)[1]陳國(guó)桓.化工設(shè)備機(jī)械根底[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995，12，45-49.[2]王樹(shù)仁.合成氨生產(chǎn)工[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2005，9，26-28.[3]符德學(xué).無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社.2005，8，8-9.[4]陳五平.無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)第三版上下冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2001，6，62-68.[5]魏兆燦,李寬宏.塔設(shè)備設(shè)計(jì)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1998，5，89-92.[6]梅安華主編.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1995，8，102-106.[7]化工部第六設(shè)計(jì)院編.化學(xué)工程手冊(cè)[M].第1篇.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.1980，2，56-66