【煤氣化煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計(jì)9000字（論文）】

目錄煤氣化煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)是煤氣濕法脫硫工藝設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為對(duì)脫硫塔設(shè)備的相關(guān)計(jì)算包含有物料、熱量衡算塔設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)和其他輔助設(shè)備的相關(guān)選型，并對(duì)主設(shè)備進(jìn)行校核。物料衡算：在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用的焦?fàn)t煤氣含有H2S8.0g/m3，在通過(guò)填料塔脫硫完成后H2S的含量約為0.2g/m3。本次設(shè)計(jì)通過(guò)將24500m3/h的焦?fàn)t煤氣通入填料塔進(jìn)行脫硫，達(dá)到脫硫量為191.10kg/h，系統(tǒng)內(nèi)脫硫劑循環(huán)量為1911m3/h。熱量衡算：通過(guò)計(jì)算可得冷卻塔的熱負(fù)荷為61200.26KJ/tNH3，冷卻水的消耗量為14.24m3/tNH3，硫泡沫槽的熱負(fù)荷為201550.50KJ/tNH3，蒸汽的消耗量為91.64m3/tN填料塔規(guī)格的相關(guān)計(jì)算：本次設(shè)計(jì)計(jì)算得到塔徑為4.5m，塔高為20.1m，所需的填料高度為9.1m，壓降為36.4Pa。本設(shè)計(jì)包含：焦?fàn)t煤氣濕法脫硫主設(shè)備圖，工藝流程圖，物料流程圖。關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煤氣,栲膠法,濕法脫硫目錄1引言 1.1概述 組分CO2COCH4H2N2H2O體積9.645.25.139.20.50.44.1.2脫硫液組分：組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3g/L5.5252.081.125主要設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1初始數(shù)據(jù)及期望標(biāo)準(zhǔn)焦?fàn)t煤氣未脫硫時(shí)的各組分占比；組分CO2COCH4H2N2H2O體積9.6045.205.1039.200.50.40栲膠溶液各組分占比；組分Na2CO3NaHCO3栲膠NaVO3g/L5.50252.081.12未脫硫時(shí)焦?fàn)t煤氣中的H2S含量；C1=8g/m3脫硫后焦?fàn)t煤氣中的H2S；C2=0.2g/m3焦?fàn)t煤氣流量；G0=24500m3/h焦?fàn)t煤氣的入塔溫度；T1=48焦?fàn)t煤氣的出塔溫度；T2=370C焦?fàn)t煤氣入塔時(shí)的壓力；P0=0.050Mpa焦?fàn)t煤氣出塔時(shí)的壓力；Pi=0.038Mpa5.2物料衡算（1）A1:栲膠溶液里脫除的H2S的量;=24500×（8－0.2）/1000=191.10kg/h=32.44Kg/tNH3（2）Lt:栲膠溶液在系統(tǒng)中循環(huán)的量；L我們將S設(shè)為栲膠溶液的儲(chǔ)硫量，單位設(shè)為KG/m3，通常情況下栲膠溶液的S可以取0.1～0.15KG/m3我們?cè)谶@里取S=0.1KG/m3則LT=191.10/0.1=1911.0m3/h=324.47m3/tNH3A2:在還原反應(yīng)后生成Na2S2O3的量和消耗H2S的量,kg/h；由于Na2S2O3的生成率和H2S的脫出量為粗略數(shù)據(jù)我計(jì)算所用的比率8%，A2=A1×8%=191.10×8%=15.28kg/h=2.59Kg/tNH3A3:吸收完焦?fàn)t煤氣中的H2S后所產(chǎn)生的Na2S2O3的量kg/h；AMNMH2SA3=A4:栲膠溶液還原生成Na2S2O3時(shí)消耗的純堿的量,kg/h；A3同上MNa2CMNA4=A5:焦?fàn)t煤氣中硫元素的理論回收量,kg/h；A同上MSMHA5=φ:填料塔中栲膠溶液的理論回收率；φ==165.47/191.10×100=86.5%%A6:流入熔硫釜的硫化物的量,kg/h；GS1是硫膏中硫含量的百分?jǐn)?shù)，在這里將S1設(shè)為百分之六十G6=A7:硫泡沫的產(chǎn)量，m3/h；A7=

S2代表硫泡沫中硫元素的含量，在這里我們?nèi)2位30kg/m3A7=5.3熱量衡算5.3.1Q1:冷卻塔熱負(fù)荷的相關(guān)計(jì)算；Q1其中A0————進(jìn)入冷卻塔中的焦?fàn)t煤氣的量，CP————焦?fàn)t煤氣的總比熱容，t1,t2————W1，W2————焦?fàn)t煤氣出入冷凝塔時(shí)氣體當(dāng)時(shí)的含水量通過(guò)查得資料可知[2]：W1=0.784Kg/Kmol，W2=0.784Kg/Kmoli1,查得資料可知i1i1=619KCAL/Kg=2591.63KJ∕Kgi2=619.6KCAL/Kg=2594.14KJ∕Kg焦?fàn)t煤氣中各種氣體比熱容方程式系數(shù)見(jiàn)下圖由上圖可知當(dāng)T=（48+37）/2+273=315.5K時(shí),由公式[12]CPCCpCCpCp得知了各個(gè)氣體的比熱容后可計(jì)算出混合氣體的比熱容為：9.059×0.096+6.963×0.452+6.967×0.005+8.725×0.051+6.911×0.392CP=C計(jì)算可得CQ=61200.26KJ/tNH3W3:焦?fàn)t煤氣進(jìn)入后冷卻塔中所消耗的冷卻水的量，W3=Q1/（CH2O·Δt）Δt1冷凝塔中冷卻水上升的溫度ΔtW5.3.2硫泡沫槽的熱量衡算Q2:硫泡沫槽熱負(fù)荷的相關(guān)計(jì)算Q上面的VF表示為硫泡沫所占的體積，密度ρF比熱容CF初始溫度：t3終點(diǎn)溫度：t4=80QW4:硫泡沫槽中加熱所W4=γ1為0.2MPa蒸汽汽化熱，γW5.3.3熔硫釜的熱量衡算熔硫釜熱負(fù)荷的相關(guān)數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)計(jì)算Q上面的G8為一釜所含有的膏量，在工業(yè)計(jì)算中釜的規(guī)格通常為1.6m3，將熔硫釜的填裝系數(shù)設(shè)為百分之七十五則G8=0.75Vr=0.75×1.6=1.2m3/F。釜的總?cè)莘e：Vr=1.6m3；熔硫釜內(nèi)的硫膏比熱容：Cs,KJ/(Kg·K),Cs=1.8KJ/(Kg·K)；散熱系數(shù)：λ，KJ/(m·h·0C)λ=12.56KJ/(m·h·0C)，熔融熱：Ch，KJ/Kg，Ch=3869KJ/Kg；；表面積：F，F(xiàn)=9.2m2初溫：t5,0C，終溫：t60C，硫的含量：0.5,50﹪時(shí)間周期：4h密度：ρS，Kg/m3，ρS=1500Kg/m3Q3W5熔硫釜加熱所需要的W相應(yīng)的汽化熱：γ2（0.4MPa），W5.4濕法脫硫填料塔的相關(guān)計(jì)算5.4.1塔徑的相關(guān)計(jì)算塔徑的基本公式[12]：D=VS泛點(diǎn)氣速uF：液體的質(zhì)量流速：L，Kg/（h.L）=LTρL=1911.0×1050=2006550Kg/（h.L）；氣體的質(zhì)量流速：G，Kg/（h.L）=G0ρG=24500×1.05=25725Kg/（h.L）；比表面積：α，m2/m3，由于我所選用的是Φ50×25×1.5的塑料階梯環(huán)查詢資料可得[12]所選用的散裝填料的孔隙率：ε，m3/m3，ε=0.927m3/m3；栲膠溶液的粘度：μL，m·Pa·s，μ=0.8m·Pa·s；焦?fàn)t煤氣的密度：ρv，Kg/m3，ρv=1.05Kg/m3；栲膠溶液的密度：ρL，Kg/m3，ρL=1050Kg/m3；A\K－關(guān)聯(lián)常數(shù)，塑料階梯環(huán)查相關(guān)數(shù)據(jù)表[12]A=0.204,K=?1.75由于：wl有，lglg0通過(guò)上述計(jì)算得空塔氣速為uF當(dāng)u可將安全系數(shù)設(shè)為0.6實(shí)際氣速：u：u=0.6uF=0.6×0.86=0.516m/s又，D=可以取D=4.5m。5.4.2填料塔填料層高度的計(jì)算KG：KG=Aw1.3CNa0.1B?0.01[11]上面的KG為傳質(zhì)系數(shù)KG：Kg/m2·h·Mpa；通過(guò)查閱相關(guān)資料得到經(jīng)驗(yàn)數(shù)：A=200；填料塔的操作氣速：w，m/s；w=0.516填料塔中栲膠溶液的Na2CO3的含量：Na，Na=5.50g/L液氣比：B=LT/G0=1911×1000/24500=78.0L/m3Kpm上面的公式中焦?fàn)t煤氣在填料塔入口處硫化氫的分壓：P1，Mpa。P1=PiC1×22.4/MH2S×1000焦?fàn)t煤氣在填料塔出口處硫化氫的分壓P2，Mpa；P2=P0C2×22.4/MH2S×1000P填料塔塔底入口處的壓力值：Pi，Mpa，Pi=0.15Mpa(絕)；；填料塔塔頂出口處的壓力值P0，Mpa，P0=0.138Mpa(絕)；P1=PiC1×=0.15×22.4×834×1000=0.00079MpaP2=P0C2×22.4/MH2S×1000=0.138×22.4×0.2w=0.000018MpaΔ傳質(zhì)面積：F=191.10填料層高度：Hp=F取一定的富余量后圓整得到H=7m。而實(shí)際高度要比填料高度理論值多百分之三十左右得Z=1.3×7=9.1m5.4.3填料層壓降的計(jì)算利用Eckert關(guān)聯(lián)圖法計(jì)算來(lái)填料層的壓降[12]橫坐標(biāo)計(jì)算公式：wLwG縱坐標(biāo)計(jì)算公式：u上面的計(jì)算公式中空塔氣速u，m/s重力加速度g，9.81m/s2填料的相關(guān)因素φ，m?1矯正系數(shù)ψ，ψ=ρ水/液體,氣體的密度ρL,ρG粘度μL，氣液的質(zhì)量流量WL,WG查圖[12]得△P∕Z=5.2Pa∕m計(jì)算得填料層的壓降：△P=7×5.2=36.4Pa5.4.4對(duì)于填料塔填料規(guī)格的校核塔徑和填料的比值：Dd由于90大于8所以符合規(guī)范查詢相關(guān)資料后潤(rùn)濕速率（min）：(查附錄[12]可得填料塔噴淋器的噴淋密度（min）：U填料塔噴淋器的實(shí)際噴淋密度：U=1940.0π4實(shí)際空塔氣速：u=安全系數(shù)：u安全系數(shù)為百分之四十九，在合理范圍內(nèi)，所以可以選擇D=4.5m

塔的截面積：上式計(jì)算得到的截面積：A，m2塔徑：D，m；通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍可得到填料個(gè)數(shù)N：12248/m3填料塔中填料層的持液量：=0.143(1911.0/0.05=80.035.5填料塔相關(guān)附屬設(shè)備的計(jì)算5.5.1填料塔除填料層外其他部件的高度計(jì)算填料塔除了填料層還需要留出填料塔的上下層空間和再分布器的距離高度，為了給予塔內(nèi)有充足的空間，將上層的高度定為2m下層則定為1.5m并且設(shè)置再分布器為1m，假設(shè)塔底的液相組分會(huì)在塔底停留3~4min,這里定為3min，可推算出塔釜高為[5]h==1將塔釜的高度取整可得塔釜高度為2.5m，除了填料層之外的塔設(shè)備高度為5.5+2.5=8m，再將裙座的高度設(shè)為3m?？偢叨葹椋篐=9100+8000+3000=20100mm5.5.2、再生罐的相關(guān)體計(jì)算（1）栲膠再生罐的直徑D1；D上面的公式中罐體的直徑為D1，m風(fēng)壓Ai，m3/(h·m2)，Ai=190m3/(h·m2)通過(guò)空氣的體積GA，m3/h，GA=LTCi吸力系數(shù)Ci，m3/m2，設(shè)Ci=2.4m3/m2有GA=1911×2.4=4656m3/hD1加大部分的D2的計(jì)算則D2=0.45+5.5=7.0m（2）再生罐高度HT計(jì)算；H在上面的公式中可以看出再生罐的有效高度H1，mH1吸收完硫元素的栲膠溶液在再生罐中所需要停留的時(shí)間τ，min，τ：3minH1=由于高度不為整數(shù)需要向上取整所以將H1設(shè)為設(shè)噴射器的噴口到再生罐罐底的距離為H2，H2=1m;設(shè)罐體加大部分所用到的高度為H3，H3=3m；有，H5.5.3噴射槽噴嘴的計(jì)算噴射槽內(nèi)所需要的噴嘴個(gè)數(shù)，nn=Lt/Li上面的公式中所表達(dá)的每個(gè)噴嘴的噴液量大小Li，m3/h，Li=120m3/hn=由于噴嘴的個(gè)數(shù)不為整數(shù)需要向上取整所以需要16個(gè)噴嘴。噴嘴孔徑，d上面的公式中噴嘴噴口處的流速Wi，m/s，此處取Wi=30m/sd噴嘴入口出管徑的大小，dL，dL=3di=3×0.038=0.114m至此次設(shè)計(jì)里噴嘴處的管選用φ133×4噴嘴管徑收縮處噴嘴管的長(zhǎng)度，L5，mL上面的公式中的噴嘴管徑收縮處入口端的收縮角度：α1，α1=18有，L喉管長(zhǎng)：L6，mL6=3mm噴嘴部分的長(zhǎng)度總和L7，mL7=L5+L6=0.24+0.003=0.243m5.5.4混合管的計(jì)算直徑dm，mdm=1.13上面所示的公式中噴射管的形狀系數(shù)m；取m=8.5d長(zhǎng)度L8，mL8=25dm=25×0.11=2.75m由于2.75m不夠湊整需要向上整合得：L8=3m5.5.5吸氣室的計(jì)算吸氣室中吸氣管的入口直徑：da，mda=18.8上面的公式中，吸氣室入口管的氣體流速WA，m/s，取WA=8.5m/s；d吸氣室入口進(jìn)氣管選用的管是φ108×4吸氣室的主管路的直徑為dM，mdM=3.1d吸氣室主管道所選用的管路為φ219×6整體高度L9，L9=0.430m管路開(kāi)始收縮時(shí)收縮段的管長(zhǎng)，L10，mL上面的公式中吸氣室管路收縮段的收縮角α2，設(shè)α2=20°L5.5.6尾管直徑計(jì)算de=18.8上面的公式中尾管的管徑為de，m；尾管管路中液體的流速We，m/s設(shè)We=2m/sde5.5.7擴(kuò)散管長(zhǎng)度計(jì)算L上面所表達(dá)的公式中擴(kuò)散管擴(kuò)散處的擴(kuò)散角為α3設(shè)α3=7°L填料塔的設(shè)計(jì)布局說(shuō)明：在通常情況下高度較高的填料塔需要對(duì)填料塔填料層進(jìn)行分段，按照一般工業(yè)要求要控制每段不要超過(guò)6m也可以按推薦的倍數(shù)來(lái)選定[9]。本次設(shè)計(jì)填料層為9.1m分為兩段分別為4.5m，4.6m。5.6輔助設(shè)備的選型5.6.1液體分布裝置噴淋裝置的主要作用是讓原料液在設(shè)備內(nèi)均勻的分布在填料上。如果噴淋裝置設(shè)計(jì)不合理將會(huì)導(dǎo)致噴灑的不夠均勻，噴灑不均勻?qū)?huì)直接影響填料的分離效率導(dǎo)致分離效率降低。通過(guò)在化工原理書(shū)籍上的搜尋決定采用溢流型槽式分布器。理由是其適應(yīng)性好，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易堵塞，比較適合大流量的操作環(huán)境[11]符合本次設(shè)計(jì)理念。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的填料塔所用的溢流槽式，其詳情數(shù)據(jù)如下圖：通過(guò)類比篩選決定使用高340mm，寬140mm的分布器進(jìn)行液體分布。圖5.15.6.2填料塔中液體再分布器設(shè)備的選定每當(dāng)脫硫液經(jīng)過(guò)液體分布器到達(dá)填料層時(shí)，脫硫液總會(huì)有向塔壁流動(dòng)的傾向，脫硫液從塔壁流下會(huì)導(dǎo)致脫硫不完全從而降低了填料塔的效率，嚴(yán)重的時(shí)候甚至可能造成“干堆”現(xiàn)象。所以對(duì)于較高的填料層常常需要將填料進(jìn)行分段填裝，通過(guò)液體再分布器使脫硫液再次噴淋均勻在填料上。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中液體再分布器用到的是梁型再分布器，具體尺寸如下圖：圖5.2梁型再分布器的選擇5.6.3填料支承板我在這次設(shè)計(jì)中選用的填料位支撐板為梁型噴射型，其選型數(shù)據(jù)如下：圖5.3梁型氣體噴射型的相關(guān)尺寸選擇填料塔的填料支承板選用的是塑料材質(zhì)，支撐板的厚度為8mm，最大液負(fù)荷為260m3/m2·h，跨度最大處有2400mm。5.6.4封頭封頭是化工儀器設(shè)備里十分重要的一個(gè)部件，起到對(duì)化工設(shè)備承壓、密封的作用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的填料塔計(jì)劃使用凸型橢圓封頭，此類封頭有較好的適應(yīng)性，也具有較好的穩(wěn)定性，是化工生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)?？吹揭活惙忸^。此次用到的凸型橢圓型封頭的相關(guān)選型如下：表5.4橢圓型封頭尺寸5.6.5裙座裙座的作用主要是對(duì)化工設(shè)備起到一定的支撐作用，由于通常情況下化工塔設(shè)備的體型較為龐大，自身的質(zhì)量載荷過(guò)高會(huì)對(duì)塔設(shè)備照成一定的損害，而裙座的目的就是為了防止塔設(shè)備的損壞。根據(jù)填料塔設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，此次的裙座選為圓筒型裙座。5.6.6人孔在化工生產(chǎn)過(guò)程中，人孔主要是方便工作人員對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行檢查和維修工作或者對(duì)塔設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行清理，在這次填料塔設(shè)計(jì)中選用的人孔為標(biāo)準(zhǔn)圓形人孔DN600mm。5.6.7補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)圈通常是用于與被強(qiáng)圈相互作用使器壁之間跟好的焊接，而且補(bǔ)強(qiáng)圈與器壁的材質(zhì)基本相同，從而使器壁可以更好地受力。加強(qiáng)圈選用6個(gè)，每3.75m一個(gè)。機(jī)械強(qiáng)度的校核6機(jī)械強(qiáng)度的校核6.1質(zhì)量載荷及相關(guān)計(jì)算在對(duì)填料塔進(jìn)行有關(guān)機(jī)械強(qiáng)度檢查時(shí),首先要考慮的是質(zhì)量的計(jì)算負(fù)荷,包括塔體的質(zhì)量,裙座、保溫層質(zhì)量、填料質(zhì)量、平臺(tái)和其他附件所需要的質(zhì)量,但是也要考慮質(zhì)量因素的還有設(shè)備開(kāi)車、停車、檢修時(shí)有關(guān)填料塔的質(zhì)量載荷。當(dāng)設(shè)備開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，設(shè)備的總質(zhì)量：m上面所寫的公式中塔體本身的質(zhì)量外加底部裙座的質(zhì)量為m塔壁間的保溫層的質(zhì)量為m塔設(shè)備所配套的整體平臺(tái)以及塔體上加裝的扶梯質(zhì)量為m塔設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)塔體內(nèi)的物料質(zhì)量m塔設(shè)備的配套零件質(zhì)量m塔體本身的偏心質(zhì)量m其中，m=1/41mmL=2H=2×20.1=40.2

mma=0由此可得，m06.2風(fēng)載荷的計(jì)算風(fēng)速的計(jì)算公式V[1]V=4q0上面所寫的公式中風(fēng)速（10m）時(shí)：V，m/s；風(fēng)壓（10m）時(shí)q0，Pa；十米高處設(shè)其風(fēng)壓400Pa有，V=4雷諾數(shù)ReRe=VD0/γ上面的公式中填料塔的內(nèi)徑為D0，m；雷諾系數(shù)γ，γ=0.145×10?4；空氣動(dòng)力系數(shù)K1=0.8有，Re（3）填料塔整體的迎風(fēng)面積為AiAi=Dehi上面所寫的公式中填料塔直徑De，m；填料塔高度hi,m；有，A（4）風(fēng)振系數(shù)KK上面所寫的公式中脈動(dòng)系數(shù)m,m=0.35動(dòng)力系數(shù)ζi,ζi=1.0K=1+0.35×1=1.35（5）填料塔所能承受的風(fēng)載荷為PP上面所寫的公式中填料塔所能承受的風(fēng)載荷Pi，Pa動(dòng)力系數(shù)K1；風(fēng)振系數(shù)Ki風(fēng)變化系數(shù)?i，?i=1.0。有，P6.3壁厚6.3.1筒體壁厚δ預(yù)先選用16MnR鋼作為填料塔筒體的制作材料，查閱相關(guān)資料后得知σtφ?1.0c有，δ通過(guò)計(jì)算鋼板的厚度負(fù)偏差c1=0.8，由于筒體的壁厚不為整數(shù)需要加大取整所以設(shè)計(jì)壁厚為δn=10mm16MnR6.3.2封頭壁厚