畢業設計-年產15萬噸合成氨原料氣凈化脫硫工段設計-文庫吧

【正文】 液經 1閥進入過濾器，空氣經3閥排放后關閉 3閥，溶液經上腔進入貯槽。過濾一段時間后濾餅達到定值時，控制系統進入反沖狀 態， 4閥自動切換，反沖清膜，濾餅脫離袋沉降到錐底部，系統重新進入過濾狀態。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，縮短了熔硫釜的熔硫時間，并節省蒸汽。 熔硫釜 熔硫釜是一個裝有直接蒸汽和間接蒸汽加熱的設備，其操作壓力通常為。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 ，有效高度 ，每次熔化所需的時間約為 3～ 4h。 脫硫主要設備都用碳鋼制作，為了防腐，在吸收塔、再生器的內表面可用適當的涂料涂刷。中國常用大漆、環氧樹脂作涂料。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 ～ 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 原始數據 焦爐煤氣組分： 組分 CO CO2 H2 N2 O2 CH4 Ar 體積 /% 脫硫液組分： 組分 Na2CO3 NaHCO3 栲膠 NaVO3 g/L 25 設計工藝參數 焦爐煤氣中 H2S 初始含量 C1 = 凈化氣中 H2S 含量 C2 = 入吸收塔焦爐煤氣氣量 G0 = 60000m3/h 入吸收塔焦爐煤氣壓力 P0 = Mpa 出吸收塔焦爐煤氣壓力 Pi = Mpa 入吸收塔焦爐煤氣溫度， t0=35oC 硫容 S = Kg（ H2S） /m3 氨產量 t/h 熔硫釜的工作周期 4h 熔硫釜的操作壓力 硫泡沫中硫含量 S1 = 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 o C 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 ρS = 1500 Kg/m3 硫泡沫密度 ρf =1100Kg/m3 硫泡沫比熱容 ,Cf = KJ/(KgK)； 常用熔硫釜全容 積為 Vr = 熔硫釜裝填系數為 70﹪～ 75% 硫膏的比熱容 Cs = KJ/(KgK) 硫膏的熔融熱 Ch= KJ/Kg 熔硫釜周圍空間的散熱系數 λ= KJ/(mh0C) 蒸汽的汽化熱 r1 = KJ/Kg 蒸汽的汽化熱 r2 = KJ/Kg H2S 氣體密度 ρG = Kg/m3 ； 脫硫液液體密度 ρG = 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 = 18～ 28 m/s 噴射再生槽噴嘴入口收縮角 α1 = 14176。 噴射再生槽噴嘴喉管長度 L6 = 3mm 噴射再生槽吸氣室收縮角 α2 = 30176。 噴射再生槽管內空氣流速取 WA = m/s ； 噴射再生槽尾管直徑擴張角取 α3 = 7176。 尾管中流體速 We = 1 m/s ； 物料衡算 脫除， G1， kg/h G1 =1000 )C(CG 210 =60000（ ） / 1000 = 147Kg/h= Kg/tNH3 溶液循環量 LT， m3/h LT = SG1 = 147 / = 1470m3/h= Kg/tNH3 式中 S — 溶液硫容量， kg/m3， S = 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 = 1478 ﹪ = Kg/h=， G3， Kg/h G3 = SHOSNaMMG232222= 158/234 = Kg/h= Kg/tNH3 式中 M Na2S2O3 — Na2S2O3分子量 M H2S — H2S 分子量 理論硫回收量 G4， kg/h G4 =（ G1－ G2） MS/ M H2S = （ ） 32/34 = Kg/h= Kg/tNH3 式中 MS — 硫的分子量 理論硫回收率 θ，﹪ θ= G4/ G1 = ﹪ 生成 Na2S2O3消耗純堿的量 G5， Kg/h G5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =106 / 158 = Kg/h= Kg/tNH3 式中 M Na2CO3 — 碳酸鈉的分子量； 硫泡沫生成量 G6， m3/h G6 = G4/S1 = 式中 S1 — 硫泡沫中硫含量，此處取 S1=30 ㎏ /m3； 入熔硫釜硫膏量 G7 G7 = G4/S2 = 式中 S2 — 硫膏含量，此處取 S2=20%； 回收率 η，﹪ η = 121CCC?= （ ） / =98﹪ 熱量衡算 冷卻塔熱量衡算 冷卻塔熱負荷， 1Q ， KJ/t NH3 ? ?1 0 1 2 1 1 2 2PQ G C t t W i W i? ? ? ????? 式中 0G — 入冷卻塔焦爐煤氣量， Kmol/(tNH3)； PC — 焦爐煤氣平均等壓比熱容， KJ/( kmol.0C)； 0 /( . ) 30 .15 kJ/ km olPC K c al K m ol c?? 12,tt— 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫度； 12,WW— 入、出冷卻塔焦爐煤氣溫含水量， Kg/Kmol. 查得 120 .7 8 4 / , 0 .7 8 4 /W Kg Km o l W Kg Km o l?? 12,ii— 入，出冷卻塔條件下水蒸氣的焓， Kcal/Kg, 查表知 12,ii 6 1 9 / 2 5 9 1 .6 3 / , 6 1 9 .6 / 2 5 6 4 .8 3 /i Kc a l Kg k J Kg i Kc a l Kg k J Kg? ? ? ? 代入公式計算得 ? ? ? ?1 1 5 2 .1 9 3 0 .4 4 5 0 3 5 0 .7 8 4 2 5 9 1 .6 3 2 5 6 4 .8 3Q ? ? ? ????? 31 5 2 .1 9 ( 3 0 .4 4 1 5 0 .7 8 4 2 6 .8 )7 2 6 8 7 .6 5 /k J tN H? ? ? ? ?? 冷卻水消耗量， 3W ， 3 3/m tNH 113 1000Q tW ?? 式中 1t? —— 冷卻水溫升， OC ,此處取 1 5OtC?? 。 ? ? 3337 2 6 8 7 .6 5 1 7 .6 1 0 0 0 5 0 .8 2 5 /W m tNH? ? ? ? ? 硫泡沫槽熱量衡算 硫泡沫槽熱負荷 Q2， KJ/t NH3 Q2 = Vf PfCf (t3t4) = 1100（ 8040） = 39008 KJ/t NH3 式中 Vf — 硫泡沫體積， m3， Vf =G6/ ； ρf — 硫泡沫密度， Kg/m3 , ρf = 1100Kg/m3； Cf — 硫泡沫比熱容， KJ/(KgK),Cf= KJ/(KgK)； T4 — 槽中硫泡沫初溫， t1 = 400C； T3 — 槽中硫泡沫終溫， t2 = 800C； — 小時氨產量， t/h 蒸汽消耗量， W4,Kg/t NH3 W4 = Q2/r1 = 39008/ = Kg/t NH3 式中 r1 － 蒸汽的汽化熱， r1 = KJ/Kg 熔硫釜熱量衡算 熔硫釜熱負荷 Q3,KJ/釜 Q2 =G8Csρs(t5t6)+ +4λF(t5t6) = 1500（ 13515） + 1500 + 492（ 13515） = KJ/釜 式中 G8 － 每一釜硫膏量， m3/熔硫釜， G8= = = m3/釜 Vr － 常用熔硫釜全容積為 － 熔硫釜裝填系數為 75% Cs — 硫膏的比熱容 ,KJ/(KgK), Cs = KJ/(KgK) Ch — 硫膏的熔融熱， KJ/Kg ， Ch= KJ/Kg λ — 熔硫釜周圍空間的散熱系數， KJ/(mh0C)， λ= KJ/(mh0C) F — 熔硫釜表面積， F = 92 m2 T6 － 入釜硫膏溫度， oC， t3= 15 0C t5 — 釜內加熱終溫 , oC ， t4 = 135 o C — 硫膏中含硫量 50﹪ 4 — 熔 1 釜所需時間（工作周期）， h ρS— 硫膏密度， Kg/m3， ρS = 1500 Kg/m3 蒸汽消耗量 W2， Kg/釜 W2 = Q3 /r2 = 式中 r2 — 蒸汽汽化熱， r2 = 5 主要設備的工藝計算和設備選型 主要設備的工藝尺寸 填料吸收塔計算 塔徑 利用貝恩 霍根關聯式計算 [10] 112 48 t v vLgLl V lu a Wl A KgW???? ? ???? ? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ??? ?? 11481 4 7 0 1 0 5 0 1 . 0 51 . 7 56 0 0 0 0 1 . 0 5 1 0 5 0?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? = 3 .0 3 6 5 9 .8 1 0 .9 2 7 1 0 5 01 1 4 1 .0 5 0 .8fu ? ? ?? ??? 0 .8 5 1 .3 7 5 /fu u m s?? 60000443600 ? ?? ? ?? 圓整得 ， D? 4m 式中 fu 泛點氣速 , /ms, Lw － 流體質量流速， Kg/() ， Lw = LTρL = 14701050 = 1543500 Kg/()； vw － 氣體質量流速， Kg/() ， vw = G0ρG = 60000 = 63000 Kg/()； α－ 填料比表面積， m2/m3，選用 θ50mm25 mm梯環， α= 114 m2/m3 ； ε－ 填料孔隙率， m3/ m3， ε= m3/ m3； μL－ 溶液粘度， mPas， μ= mPas ； ρv－ 氣體密度， Kg/m3， ρv = Kg/m3 ； ρL－ 液體密度， Kg/m3， ρL = 1050 Kg/m3 ； ，查相關數據表得 A=,K= ɡ － 重力加速度， m/s2 , ɡ = m/s2 D － 吸收塔直徑， m ； 填料層高度計算 吸收過程傳質系數 KG的計算 [6] KG = A? = 10()(5)() = kg/m2hMPa 式中 KG － 傳質系數， kg/m2hMPa ； A － 經驗數， 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 ΔPm ΔPm = (P1P1*)(P2P2*)/ [㏑ (P1P1*)/ (P2P2*)] = ㏑（ 247。） =103atm ； 式中 P1－ 吸收塔入口氣相 H2S 分壓 ， atm ； P1 = P0C11000 = P2－ 吸收塔出口氣相 H2S 分壓 ， atm ； P2 = PiC21000 = atm； P0－ 吸收塔入口壓力 ， atm ， P0 = ； Pi－ 吸收塔出口壓力 ， atm ， Pi = ； P1*， P2*－ 吸收塔入，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 所需傳質面積的計算 AP = G1/ KG△ Pm = 147/103 =14985 m2 填料層高度的計算 HP = AP/=14985/42114 = m 取填料層高度 :HP =11 m 對 于階梯環填料，m a x8 ~ 1 5