15万吨年合成氨原料气净化脱硫工段方案设计书

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习15万吨/年合成氨原料气净化脱硫工段设计1.1概述合成氨原料气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氢 形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物。具体来说作为原料气的半水煤 气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物 （主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、 硫醚等），能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、 堵塞设备和管道，影响产品质量。硫化物对合成氨的生产是十分有害的，燃烧物 和工业装置排放的气体进入大气， 造成环境污染，危害人体健康。硫也是工业生 产的一种重要原料。因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品

2、质量， 对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。1.2文献综述 合成氨原料气净化的现状合成氨原料气（半水煤气）的净化就是清除原料气中对合成氨无用或有害的 物质的过程，原料气的净化大致可以分为“热法净化”和“冷法净化”两种类型， 原料气的净化有脱硫，脱碳，铜洗和甲烷化除杂质等，在此进行的气体净化主要 是半水煤气的脱硫的净化。煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和 冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段， 还有待于进一步完 善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术， 其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可 分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广， 而湿法脱硫以

3、砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。煤气干法脱硫技术应用较早，最早应用于煤气的干法脱硫技术是以沼铁矿为 脱硫剂的氧化铁脱硫技术，之后，随着煤气脱硫活性炭的研究成功及其生产成本 的相对降低，活性炭脱硫技术也开始被广泛应用。干法脱硫既可以脱除无机硫， 又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度，但脱硫剂再生较困难，需周期性 生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一般与湿法脱硫相配合，作为第二 级脱硫使用。湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气， 脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再 生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。 现在工艺上 应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二

4、磺酸法（法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。改良ADA法相比以前合成氨生产中采用毒性很大的三氧化二砷脱硫，它彻底的消除了砷的危害。基于此，在合成氨脱硫工艺的设计中我采用改良ADA法工艺。的理化性质ADA是蒽醌二磺酸(Anthraqinone Disulphonic Acid)的缩写。作为染料中间体, 它有几种主要的异构体。由于栲胶水溶液是胶体溶液，在将其配制成脱硫液之前，必须对其进行预处 理，以消除共胶体性和发泡性，并使其由酚态结构氧化成醌态结构， 这样脱硫溶 液才具有活性。在栲胶溶液氧化过程中，伴随着吸光性能的变化。当溶液充分氧 化后，其消光值则会稳定在某一数值附

5、近， 这种溶液就能满足脱硫要求。通常制 备栲胶溶液的预处理条件列举在表 1中：表1制备栲胶溶液的与处理条件方法项目用Na2CO3配制溶液栲胶浓度/ (g-1)L10 30碱度/N1.0 2.5氧化温度/70 90空气量溶液不翻出器外消光值稳定在0.45将纯碱溶液用蒸汽加热，通入空气氧化，并维持温度8090 C,恒温10h以上，让丹宁物质发生降解反应，大分子变小，表面活性物质变成非表面活性物 质，达到预处理目的。栲胶法脱硫工艺，将碱性栲胶溶液打入溶液循环槽，自循环槽出来，经过滤 加压后进入系统的裂脱塔，吸收气体中的H2S,由裂脱塔出来的溶液进入裂脱再 生塔，再生好的溶液由塔底流到溶液循环槽， 经

6、过滤加压循环使用；脱硫溶液从 循环槽出来后经过滤加压送到变脱塔， 吸收气体中的H2S，由变脱塔出来的溶液 进入变脱溶液再生塔，再生好的溶液由变脱再生塔出来，进入变脱溶液循环槽，再经过滤加压，如此循环使用栲胶法脱硫的优缺点123.1优点(1) 栲胶资源丰富、价格低廉、无毒性、脱硫溶液成本低，因而操作费用要比改 良ADA法低。(2) 脱硫溶液的活性好、性能稳定、腐蚀性小。栲胶本身既是氧化剂，又是钒的 络合剂，脱硫溶液的组成比改良 ADA法简单，且脱硫过程没有硫黄堵塔问题(3) 脱硫效率大于98%,所析出的硫容易浮选和分离。(4) 栲胶法脱硫整个脱硫和再生过程为连续在线过程，脱硫与再生同时进行，不

7、需要设置备用脱硫塔。(5) 煤气脱硫净化程度可以根据企业需要，通过调整溶液配比调整，适时加以控 制，净化后煤气中H2S含量稳定。1.2.3.2 缺点设备较多，工艺操作也较复杂，设备投资较大。1.3设计任务的依据工艺参数：半水煤气中H2S，Ci=0.16%净化气中 H2S, C2=0.003%3入吸收塔半水煤气量，G0 = 60000m /h入冷却塔半水煤气温度，t1=50 C出冷却塔入吸收塔半水煤气温度，t2=35 C入吸收塔半水煤气压力，0.04MPa(表)设计目标：半水煤气中H2S浓度w 0.003%2生产流程或生产方案的确定焦炉煤气的净化主要是要脱除煤气中的 H2S,脱硫的方法有两种：干

8、法脱硫、 湿法脱硫。干法脱硫既可以脱除无机硫，又可以脱除有机硫，而且能脱至极精细的程度， 但脱硫剂再生较困难，需周期性生产，设备庞大，不宜用于含硫较高的煤气，一 般与湿法脱硫相配合，作为第二级脱硫使用。湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气， 脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再 生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。 现在工艺上 应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（法）及有机胺法。 其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高， 应用更为广泛。但此法在操作中易发生堵 塞，而且药品价格昂贵，近几年来，在改良的基础上开发的栲胶法克服了这两项缺点。3生产流程说明3.1反应机理根据栲胶

9、主组分的分子结构，按醌（酚）类物质，变价金属络合物两元氧化 还原体系的反应模式，栲胶法脱硫的反应过程如下：碱性水溶液吸收H2SNa?CO3+H2S NaHS+NaHC03五价钒络合物离子氧化HS-析出硫磺，五价钒被还原成四价钒2 V5 +HS1 - 2V4 +S+H1醌态栲胶氧化四价钒成五价钒，空气中的氧氧化酚态栲胶使其再生，同时 生成H2O2。TQ （醌态）+V4+2H20 THQ （酚态）+V5+2OH-2THQ+O2 2TQ+H2O23.1.4 H2O2氧化四价钒和HS-4+5+-H2O2+V V +2OHH2O2+HSH 20+S+0H当被处理气体中有CO2、HCN、02时产生如下副反

10、应NaCQ+CO2+H2O 2NaHC0 3NazCO3+2HCN>2NaCN+H 2O+CO2NaCN+S> NaCNS2NaCNS+5O2f Na2SO4+CO2+SO2+N22NaHS+26 Na2S2O3+H2O3.2主要操作条件溶液组分溶液的主要组分是碱度、NaVO3、栲胶。3.2.1.1 碱度溶液的总碱度与其硫容量成线性关系，因而提高总碱度是提高硫容量的有效 途径，一般处理低硫原料气时，采用的溶液总碱度为 0.4N，而对高硫含量的原 料气则采用0.8N的总碱度。3.2.1.2 NaVO3 含量NaVO3的含量取决于脱硫液的操作硫容，即与富液中的HS-浓度符合化学计 量关

11、系。应添加的理论浓度可与液相中 HS-的摩尔浓度相当，但在配制溶液时往 往要过量，控制过量系数在1.31.5左右。栲胶浓度作为氧载体，栲胶浓度应与溶液中钒含量存在着化学反应的计量关系。从络 合作用考虑，要求栲胶浓度与钒浓度保持一定的比例，同时还应满足栲胶对碳钢表面缓蚀作用的含量要求。目前还无法有化学反应方程计算所需的栲胶浓度，根据实践经验，比较适宜的栲胶与钒的比例为1.11.3左右。工业生产中使用的溶 液组成见下表2:表2工业生产使用的栲胶溶液组成溶液类别总碱度/N1N32CO3 / (g ) L-1栲胶/ (g ) L/ -1NaVO3 / (g1) L稀溶液0.4341.81.5浓溶液0.

12、8688.47.0322温度常温范围内，H2S、CO2脱除率及N&S2O3生成率与温度关系不敏感。再生 温度在45C以下，Na2S2O3的生成率很低，超过 45C时则急剧升高。通常吸收 与再生在同一温度下进行，约为 3040C。3.2.3 CO2的影响栲胶脱硫液具有相当高的选择性。在适宜的操作条件下，它能从含99%的CO2原料气中将200mg/m3 (标)的H?S脱除至45mg/m3 (标)以下。但由于溶 液吸收CO2后会使溶液的PH值下降，使脱硫效率稍有降低。3.3工艺流程拟设计栲胶法脱硫及再生反应过程如下：(1) 吸收：在吸收塔内原料气与脱硫液逆流接触硫化氢与溶液中碱作用被吸 收；

13、(2) 析硫：在反应槽内硫氢根被高价金属离子氧化生成单质硫；(3) 再生氧化：在喷射再生槽内空气将酚态物氧化为醌态；以上过程按顺序连续进行从而完成气体脱硫净化，湿法脱硫和再生工艺流程 如下(见图)：1分离器；2脱硫塔；3 水封；4循环槽；5溶液泵；6 液位调节器;7 再生槽；8硫泡沫槽；9 真空过滤机；10 熔硫釜；11空气压缩机；图1湿法栲胶脱硫工艺流程简图3.4主要设备介绍 填料塔填料塔用于要求高的H2S脱除效率。用作脱硫的填料塔每段填料间设有人 孔，以供检查用。国内有些直径为 56m大型塔，填料用聚丙烯的塑料鲍尔环 (大小为？76mM 76mM 2.5mm),塑料的表面较光滑，所以不易被

14、硫堵塞，用 这种填料同时有很高的脱硫效率。氧化槽世界上使用最多的是有空气分布板的垂直槽，圆形多孔板安装于氧化槽的底 部，孔径一般为2mm，空气压力必须克服氧化槽内溶液的压头与分布板的阻力， 空气在氧化器的截面均匀的鼓泡，液体与空气并流向上流动，硫泡沫在槽顶部的 溢流堰分离，分离硫后的清液在氧化槽顶部下面一点引出。 这种形式的氧化槽需 要鼓风机将空气压入。中国很多工厂使用一种自吸空气喷射型的氧化槽，不需要空气鼓风机。液体加压从喷嘴进入，空气从文丘里的喉管吸入。氧化槽是一大直径的圆槽，槽内放置多支喷射器。氧化槽目前使用最佳的是 双套筒二级扩大式，脱硫液通过喷射再生管道反应，氧化再生后，经过尾管流进

15、 浮选筒，在浮选筒进一步氧化再生，并起到硫的浮选作用。由于再生槽采用双套 筒，内筒的吹风强度较大，不仅有利于氧化再生，而且有利于浮选。内筒上下各 有一块筛板，板上有正方形排列的筛孔，直径15mm，孔间距20mm,开孔率44%。 内筒吹风强度大，气液混合物的重度小，而内外筒的环形区基本上无空气泡，因此液体重度大。在内筒和环形空间由于重度不同形成循环。氧化槽的设计有如下三个基本参数要求的空气流量；氧化器的直径；有效的液体容积。空气流量正比于硫的产量、反比于液体在氧化器内的有效高度， 比值可按氧化器内每米有效液面高度氧利用率为0.6%0.7%来计算。氧化器直径正比于空气流量与空气比重的平方， 为了得

16、到良好的硫浮选，空气流速一般选 2530m3/(min m2)截面。液体在氧化器的停留时间正比于液体流量， 要求的停留 时间与氧化器数量有关，当用一个氧化器时，停留时间约45min，用两个氧化器停留时间不超过30min，多级氧化器有较高的气液传质效率，第一个氧化器出来 的液体供给第二个氧化器，硫泡沫从第二个氧化器顶部分离，第一个氧化器的空 气流量大，增大湍流使传质加快。第二个氧化器空气流量较小，使硫浮选。硫泡沫槽硫泡沫槽是一锥形底的钢制圆筒，槽顶设有1525转/min的搅拌机一个，以保持槽内硫泡沫经常呈悬浮状态。此槽容积可按存放36h的硫泡沫存量计算 过滤器工业上常用连续作业的鼓形真空过滤机，

17、所需过滤面积可按每1m2过滤面积 于1h内能滤过干燥硫磺6080kg计算。通常采用的真空过滤机，当过滤面积为 10m2时，其直径为2.6m，长为1.3m。传统的硫回收装置，是将硫泡沫经真空过滤机过滤成硫膏， 硫膏再送入熔硫 釜中熔融。中国最近使用戈尔膜过滤器来过滤硫泡沫。 该过滤元件是由多振过滤薄膜袋 组成，多孔膜的材料是聚四氟乙烯薄膜，可根据工作负荷的大小调整过滤薄膜袋 的数量和膜的孔径，以达到良好的过滤效果，单台过滤器的膜面积为22.550m2。戈尔薄膜滤料由于表面有一层致密而多孔的薄膜，不需要传统滤料的初始滤 饼层，一开始过滤就是有效过滤，当经过一段时间后滤饼层积累到一定厚度， 同 样也

18、影响过滤流量，这时可以给滤料一个以秒计的反向推动力， 将滤料表面全部 的滤饼迅速而轻松地从滤料表面推卸下来， 称为反清洗。由于聚四氟乙烯自身的 化学特性，它与任何物质均不粘连，因而所有的滤饼均可被清洗下来，滤料又恢 复新滤料的过滤能力，这样过滤，反清洗，再过滤，再反清洗，一次又一次循环。 这一工艺可在同样的时间内达到传统过滤器 520倍的过滤流量，而用传统的过 滤材料是无法实现这种频繁的反清洗工艺的。戈尔过滤器是由罐体、管路、花板、滤芯、气动挠性阀、自动控制系统等组 成。戈尔膜过滤器一般安装在硫泡沫槽后。泡沫液经1#阀进入过滤器，空气经3#阀排放后关闭3#阀，溶液经上腔进入贮槽。过滤一段时间后

19、滤饼达到定值时， 控制系统进入反冲状态，1#、2#、4#阀自动切换，反冲清膜，滤饼脱离袋沉降到 锥底部，系统重新进入过滤状态。滤饼达到一定量时，开 6#阀排硫膏，去熔硫釜 熔成硫磺或脱水生成硫膏出售。使用戈尔膜过滤器，可将硫泡沫高度净化，如进过滤器前悬浮硫含量为8g/L， 出膜过滤器清液悬浮硫含量8mg/L，取出的硫是硫膏，水分含量低，缩短了熔硫 釜的熔硫时间，并节省蒸汽。熔硫釜熔硫釜是一个装有直接蒸汽和间接蒸汽加热的设备，其操作压力通常为 0.4MPa。其容积按能充满70%75%计算，而放入的硫泡沫含有40%50%的水 分。对于直径1.2m,有效高度2.5m的熔硫釜，每次熔化所需的时间约为3

20、4h。脱硫主要设备都用碳钢制作，为了防腐，在吸收塔、再生器的内表面可用适 当的涂料涂刷。中国常用大漆、环氧树脂作涂料。中国介绍，用玻璃纤维加强聚 酯涂料，在液体浸湿到的部位涂刷 1.52.0mm厚。溶液泵的主要部分要用不锈 钢制作，卧式再生槽的喷射器也用不锈钢， 泵的密封用机械密封，以减少溶液的 漏损。4工艺计算书4.1原始数据焦炉煤气组分:组分COCO2H2N2O2CH4Ar体积/%26.9710.1339.8220.930.391.30.49脱硫液组分:组分Na2CO3NaHCO3栲胶NaVO3g/L5.53252.031.12设计工艺参数焦炉煤气中H2S初始含量Ci = 2.5g/m3净

21、化气中 H2S含量C2 = 0.05g/m3入吸收塔焦炉煤气气量G0 = 60000m3/h入吸收塔焦炉煤气压力 P0 = 0.039 Mpa 出吸收塔焦炉煤气压力Pi = 0.037 Mpa入吸收塔焦炉煤气温度，to=35°C硫容 S = 0.416 Kg( H2S) /m3氨产量17.6 t/h熔硫釜的工作周期4h熔硫釜的操作压力0.4Mpa硫泡沫中硫含量Si = 30 Kg/m3硫泡沫槽溶液初始温度ti = 400C；硫泡沫槽溶液终温t2 = 80°C;熔硫釜硫膏初始温度t3 = 15 0C熔硫釜加热终温t4 = 135 °C入熔硫釜硫膏初始含水率80%出熔

22、硫釜硫膏含水率50%硫膏密度 p = 1500 Kg/m3硫泡沫密度p =1100Kg/m3硫泡沫比热容,Cf =3.68 KJ/(Kg K);常用熔硫釜全容积为Vr = 1.6m3熔硫釜装填系数为70%75%硫膏的比热容Cs = 1.8 KJ/(Kg K)-硫膏的熔融热Ch=38.69 KJ/Kg熔硫釜周围空间的散热系数 入=12.56 KJ/(m 0Ch -0.2MPa 蒸汽的汽化热 r1 = 2202.26 KJ/Kg0.4MPa 蒸汽的汽化热 r2 = 2135.2 KJ/KgH2S 气体密度 pg = 1.05 Kg/m3 ;脱硫液液体密度 p = 1050 Kg/m3熔硫釜表面积F

23、 = 92 m2喷射再生槽溶液流速 Wi = 25 m/s通常Wi = 1828 m/s喷射再生槽喷嘴入口收缩角a = 14 °喷射再生槽喷嘴喉管长度L6 = 3mm喷射再生槽吸气室收缩角a = 30 °喷射再生槽管内空气流速取 Wa =3.5 m/s ;喷射再生槽尾管直径扩张角取a=7 °尾管中流体速We = 1 m/s ；4.2物料衡算2S 脱除，Gi, kg/hGi = =60000 X) / 1000 = 147Kg/h=8.35 Kg/tNH 33溶液循环量Lt, m/hLt = 147 / 0.1 = 1470m 3/h=83.52 Kg/tNH 3式

24、中 S 溶液硫容量，kg/m3, S = 0.1 Kg (H2S)/m34.2.3 生成 N&S2O3 消耗 H2S 的量 G2, Kg/h取Na2S2O3的生成率为脱除量的8%,贝U:G2 = 147 8 % = 11.76 Kg/h=0.67Kg/tNH 32S2O3 生成量，G3, Kg/hG3 = = 11.76 158/2 84 = 27.32 Kg/h=3.59 Kg/tNH 3式中 M Na2S2O3 Na2S2O3 分子量M H2S H2S分子量理论硫回收量G4, kg/hG4 =(G1-G2)Ms/ M H2S = (147-11.76) 832/34 = 127.2

25、8 Kg/h=7.23 Kg/tNH3式中 Ms 硫的分子量理论硫回收率%© = G/ G1 = 127.28/147 = 86.6 %生成Na2S2O3消耗纯碱的量G5, Kg/hG5 = G3M Na2CO3/ M Na2S2O3 =27.32 W6 / 158 = 18.33 Kg/h=1.04 Kg/tNH3式中 M Na2CO3 碳酸钠的分子量；3硫泡沫生成量 Ge，m/h33Ge = G4/S1 = 127.28/30 =4.24 m3/h =0.24 m3/tNH3式中 S1 硫泡沫中硫含量，此处取 S1=30 kg/m3;入熔硫釜硫膏量G7G7 = G4/S2 = 1

26、27.28/0.2 = 636.4 Kg/h =36.16Kg/tNH3式中 S2 硫膏含量，此处取S2=20%;回收率n %n = = () / 2.5 =98 %4.3热量衡算冷却塔热量衡算冷却塔热负荷，KJ/t NH3式中一入冷却塔焦炉煤气量，Kmol/(tNH 3);焦炉煤气平均等压比热容，KJ/( kmol. °C);入、出冷却塔焦炉煤气温度；入、出冷却塔焦炉煤气温含水量，Kg/Kmol.查得入，出冷却塔条件下水蒸气的焓，Kcal/Kg,查表知 代入公式计算得431.2冷却水消耗量，式中 冷却水温升，此处取硫泡沫槽热量衡算硫泡沫槽热负荷Q2，KJ/t NH3Q = Vf P

27、Cf (t3-t4)= 4.24/17.6 1100 >3.68 ( 80-40)=39008 KJ/t NH3式中 Vf 硫泡沫体积，m3, Vf =G6/17.6 ;33p 硫泡沫密度，Kg/m , p 1100Kg/m ;Cf 硫泡沫比热容，KJ/(Kg K),Cf=3.68 KJ/(Kg K>T4 槽中硫泡沫初温，t1 = 400C;T3 槽中硫泡沫终温，t2 = 800C;17.6小时氨产量，t/h4.3.2.2 蒸汽消耗量，W4,Kg/t NH 3W4 = Q2/r1 = 39008/2202.26 =17.71 Kg/t NH3式中 r1 0.2MPa 蒸汽的汽化热，

28、r1 = 2202.26 KJ/Kg熔硫釜热量衡算熔硫釜热负荷Q3,KJ/釜Q2 =G8Cs p(t5-t6)+0.5G8 pCh +4 入 F5tt6)=1.2 >8 >500X( 135-15) + 0.5 >2 >500 >8.69 + 4 1>.56 >2>(135-15)=978270.6 KJ釜式中G8 每一釜硫膏量，m3/熔硫釜，G8=0.75Vr = 0.75 1.6 = 1.2 m3/釜3Vr 常用熔硫釜全容积为1.6m0.75 熔硫釜装填系数为75%Cs 硫膏的比热容，KJ/(Kg K), Cs =1.8 KJ/(Kg K)C

29、h 硫膏的熔融热，KJ/Kg , Ch=38.69 KJ/Kg入容硫釜周围空间的散热系数，KJ/(m 0C),入=12.56 KJ/(m °C) h -2F 熔硫釜表面积，F= 92 mT6 入釜硫膏温度，oC，t3= 15 0Ct5 釜内加热终温,oC，t4 = 135 oC0.5 硫膏中含硫量50%4 熔1釜所需时间(工作周期)，hp 硫膏密度，Kg/m3，p = 1500 Kg/m3蒸汽消耗量W2，Kg/釜W2 = Q3 /r2 = 978270.6/2135.27 = 458.148 KJ釜式中 Q 0.4MPa 蒸汽汽化热，r2 = 2135.27KJ/Kg5主要设备的工艺

30、计算和设备选型5.1主要设备的工艺尺寸填料吸收塔计算5.1.1.1 塔径利用贝恩-霍根关联式计算10圆整得，式中-泛点气速, 流体质量流速，Kg/(h.L) , = Lt pL = 1470 X050 = 1543500 Kg/(h.L);气体质量流速，Kg/(h.L) , = Go pg = 60000 XI.05 = 63000 Kg/(h.L);a 填料比表面积，m2/m3，选用© 50mX 25 mnX 1.5mm塑料阶 梯环，a = 114 mm3 ;填料孔隙率，m3/ m3， £ = 0.927 13/ m3;(JL 溶液粘度，mPas，卩=0.8 m - Pa

31、- spv 气体密度，Kg/m3， pv = 1.05 Kg/m3 ;p 液体密度，Kg/m3，pl = 1050 Kg/m3 ;A.K-关联常数，查相关数据表得 A=0.204,K=1.75、22g 重力加速度，m/s , g = 9.81 m/sD 吸收塔直径，m ;5.1.1.2 填料层高度计算吸收过程传质系数Kg的计算Kg = A?uj3CNa0.1B-0.01 = 10 X.375)1.3X5)0.1 人24.5严2=17.21 kg/m h MPa2式中 Kg 传质系数，kg/m h MPa ;A 经验数，A = 10;u 操作气速，m/s ;CNa 溶液中 Na2CO3 的含量，

32、CNa= 5 g/L ；B吸收过程液气比，B = Lt /Go 3 吸收过程平均推动力 P = (Pi-Pi*)-(P2-P2*)/ In (P1-P1*)/ (P2-P2*)=n( 0.0023 &000045)3=0.57 XO atm ;式中P1 吸收塔入口气相H2S分压，atm ；P1 = P0C1 X22.4/M H2S =1.39 2.5 忽2.4/34 1000 = 0.0023atmP2 吸收塔出口气相H2S分压,atm ;P2 = PiC2 >22.4/M H2S = 1.37 005 送2.4/34 WOO = 0.000045 atmPo吸收塔入口压力，at

33、m , Po = 1.39atm ；Pi吸收塔出口压力，atm，Pi = 1.37atm ；P1*，P2* 吸收塔入，出口气相H2S平衡分压，Mpa，溶液 中H2S含量很低，可以忽略。P1 = P2 =0所需传质面积的计算Ap = G1/ Kg Pm = 147/17.21 0.57 WO-3 =14985 m2填料层高度的计算2 2Hp = AP/0.785D a =14985/0.785 >414 = 10.47 m取填料层高度:Hp =11 m对于阶梯环填料，取，则计算得填料层高度为11000m m故无需分段压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降10横坐标为纵坐标为空塔

34、气速，m/s重力加速度，9.81E/S2填料因子，m-1液体密度校正系数，=/，液体,气体的密度，-液体粘度，-液体，气体的质量流量,查图得填料层压降为塔径与填料尺寸之比：4000/50=80 > 10所以填料选择正确。查得：液体的喷淋密度I = 22m3/m 2 h填料的润湿率LwLw=I/ a = 22/114=0.1923/m 2 h > 0.08 m3/m 2.h 合适 式中 a填料的比表面积，m2/m3 ;塔截面积 A=0.785D2=0.785 H2=12.56m2式中 A 塔截面积，m2D 塔径，m ;填料个数 N = ad3 = 0.77 *0.05) -3= 61

35、60 个/m3式中 N 单位体积内填料的个数，个/m3 ;d 填料尺寸，m ；a常数，a = 0.77;持液量的计算：Ht = 0.143(L/de)0.6 = 0.143(1470/0.05严=68.60m3 液体 /m3 填料式中Ht 总持液量，m3液体/m3填料；,32L 液相流率，m /m h ;de 填料直径,m ;喷射再生槽的计算5.1.2.1 槽体再生槽直径Di的计算Di = = = 5.47 m圆整：Di = 6 m式中 Di 槽体直径，mAi 吹风强度，m3 /(h m2)，Ai = 150 m3 /(h m2)33Ga 空气量，m /h，Ga =LtCi = 1470 2.

36、4 = 3528 m /hCi 喷射器抽吸系数，m3/m2，设Ci=2.4m3/m2再生槽扩大部分直径D2的计算D2 = 0.4 + Di = 0.4 +6 =6.4 m再生槽高度计算Hi = = i470 8/0.785 6>60 = 6.94 m圆整：Hi = 7 m式中Hi 再生槽有效高度，m；t-溶液在再生槽内的停留时间，min， t取8min ；Ht = Hi + H2 + H3 = 7 + 1.5 + 0.5 = 9 m式中Ht -再生槽咼度，m；H2 -喷射器出口到槽底距离，m，H2取0.5 mH3 -扩大部分高度，m,出 取1.5m；喷射器(1)喷嘴的计算喷嘴个数，n个n

37、 = LT/Li = 1470/200 =7.35 个圆整：n = 8个式中 Li 每个喷射器溶液量，m3/h,取Li =200 m3/h ; 喷嘴孔径，di，mdi = = 0.0532 m式中 Wi 喷射处溶液流速，m/s, Wi = 25 m/s溶液入口管直径，di，mdi =3di = 3 E.0532 =0.160 m喷嘴入口收缩段长度，L5，mmL5 (14/2) = 0.434 m式中 a 喷嘴入口收缩角，a = 14 °喷嘴喉管长度L6，mL6 = 3mm喷嘴总长度L7，mL7 = L5 + L6 = 0.434 + 0.003 = 0.437 m(2)混合管的计算混

38、合管直径dm，mdm = 1.13 = 1.13 = 0.155 m式中 m 喷射器形状系数，取m = 8.5选© 168X的管混合管长度L3 , mL3 = 25dm = 25 为.155 =3.875 m圆整：L3 =4 m(3)吸气室的计算空气入口管直径da , mmda = 18.8= 18.8 = 211 mm选© 245X 6.的管Wa 管内空气流速，m/s,取 Wa =3.5 m/s ;吸气室直径dM , mmdM = = = 408 mm选© 426X的管吸气室高度L1取L1=350mm吸气室收缩长度L2L2 = 408-158/2tg (30/2

39、) = 466.5 mm式中 a 吸气室收缩角，取a = 30 °尾管直径的计算0 5de=18.8= 18.8 X200/1)= 266 mm选© 2997.5的管式中 de 尾管直径，mm ；We 尾管中流体速度，m/s，取 We = 1 m/s ；扩张管长度的计算L4 = = 284-158/ 2tg (7/2) = 1030 mm式中L4扩张管长度，mm ；a 扩张角，取a = 7 °5.2辅助设备的选型液体分布装置采用溢流槽式布液器，具体尺寸如下表5.1:表5.1溢流分布器尺寸塔径(mm)喷淋槽分配槽液体负荷范围外径（mm）数量中心距（mm）数量中心距（

40、mm）(m3/h)4000D-2583752135030 600槽宽140mm，高度340mm522液体再分布器采用梁型再分布器，具体尺寸如下:表5.2梁型再分布器尺寸塔径盘外径（mm）螺栓圆直径分块数升气管数液体负荷范围（m3/h）(mm)(mm)40002962283528920 820填料支承板采用梁型气体喷射式支承板，具体尺寸如下：表5.3梁型气体喷射式支承板尺寸塔径（mm）板外径（mm）梁的条数承载能力（Pa）近似重量（N）400029629235203050支承板采用塑料材料，板厚6mm，最大液体负荷200m3/m2 h，最大跨度1600mm填料压板采用床层限制板，限制板外径比塔径

41、小 25mm，用塑料制品525封头 选用椭圆型封头，具体尺寸如下:表5.4椭圆型封头尺寸椭圆型封头内径(mm)曲面咼度(mm)直边高度(mm)内表面积(m2)容积(m3)400010005017.99.02塔的总高：H = 11000+5700+5000+1000=22700m裙座选5m人孔，手孔人孔选用© 600手孔选用标准尺寸DN250加强圈加强圈选用6个，每3.75m 一个6设备稳定性及机械强度校核计算6.1壁厚的计算塔体壁厚1选用查表得双面腐蚀取4考虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取厚的钢板作筒体 封头壁厚采用标准椭圆形封头，双面对接焊缝 100%探伤设计壁厚按下式计算考

42、虑钢板厚度负偏差及冲压减薄量，圆整后取厚的钢板作封头，所以塔体壁 厚和封头壁厚均取校核罐体与封头水压试验强度的计算由下式 式中径向应力贝U所以水压试验满足强度要求6.2机械强度的校核质量载荷塔设备的质量包括塔体，裙座体，内构件，保温材料，扶梯和平台及各种附 件等的质量，还包括在操作，停修或水压试验等不同工况时的物料或充水质量。设备操作时的质量式中 塔体和裙座质量，kg内件质量，kg保温材料质量，kg平台，扶梯质量，kg操作时塔内物料质量，kg人孔，接管，法兰等附件质量，kg偏心质量，kg其中取笼式扶梯所以622风载荷622.1风载荷的计算根据塔高将其分五段，分别为2.7m,5m,5m,5m,5

43、m .如下图所示：两相邻计算截面间的水平压力为 式中一水平风力，N基本风压，查表但均不应小于 250N/ m2，取400N/m第段计算长度，mm风压咼度变化系数，按表选取 0.8体型系数，圆柱直立设备取 0.7塔设备各计算段的有效直径，mm-风振系数风振系数心：K2i = 1 + mi Z式中mi 脉动系数,;Z动力系数,；K21 = K22 = K23 = K24 = 1 + 3.20.35 =2.12K25 =1 + 3.20.32 =2.024代入式中得1风弯矩的计算在计算风载荷时，常常将塔设备沿塔高分为若干份，任意截面的风弯矩为7设计体会与收获随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。

44、经过几周的奋战我的毕业设 计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的 单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次毕业 设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前总觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才 明白学习是一个长期积累的过程， 在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努 力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中我们的同学关系更近了一步， 同学之间互相帮助，有什么 不懂的大家在一起商量，听听不同的看法可以让我们

45、更好的理解知识， 所以在这 里非常感谢帮助我的同学。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！ 有些东西以为 学会了，但真正到用的时候才发现还是一无所知， 所以我认为只有到真正会用的 时候才是真的学会了。在此要感谢指导老师宋军超对我的悉心指导，感谢老师给我的帮助。在设计 过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方 式，使自己学到了不少知识，虽经历了不少艰辛，但收获很大。在整个设计中我 懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对未来的信心，相信对今 后的学习工作生活会有非常重要的影响。 而且大大提高了动手的能力，使我充分 体会到了在创造过程中探索的

46、艰难和成功时的喜悦。 设计中出现的不足之处我会 在以后的工作学习中进一步完善。8参考文献1 陈国桓.化工设备机械基础M.北京:化学工业出版社.1995-2.174-175，205-2082 王树仁.合成氨生产工M.北京:化学工业出版社.2005-023 符德学.无机化工工艺学M.西安：西安交通大学出版社.2005-084 陈五平.无机化工工艺学第三版上下册M.北京:化学工业出版社.20015 魏兆灿，李宽宏.塔设备设计M.上海:上海科学技术出版社.1988,11梅安华主编.小合成氨厂工艺技术与设计手册M.北京:化学工业 出版社.1995.330-3607 化工部第六设计院编.化学工程手册M.第

47、1篇.北京:化学工 业出版社.19808 化工部第六设计院编.化学工程手册M.第13篇.北京:化学工 业出版社.19809 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册M.上海: 化学工业出版社.199610 贾邵义柴诚敬.化工传质与分离过程M.上海：化学工业出版社.2005.278-28411 贾绍义.柴诚敬化工原理课程设计M.天津：天津大学出版社.200212 谭天恩.麦本熙.丁惠华化工原理M.北京：化学工业出版社.1998附录重要符号-览表：符号名称单位C1焦炉煤气中H2S初始含量g/m3C2净化气中H2S含量g/m3Go入吸收塔焦炉煤气气量m3/hPo入吸收塔焦炉煤气压力MpaPi出

48、吸收塔焦炉煤气压力MpaP吸收塔的操作压力Mpato入吸收塔焦炉煤气温度oCS硫容3g( H2S) /mS1硫泡沫中硫含量Kg/m3t1硫泡沫槽溶液初始温度°C;t2硫泡沫槽溶液终温0C；t3熔硫釜硫膏初始温度°Ct4熔硫釜加热终温oCp硫膏密度Kg/m3P硫泡沫密度Kg/m3Cf硫泡沫比热容KJ/(Kg K);Vr常用熔硫釜全容积3 mCs硫膏的比热容KJ/(Kg K)Ch硫膏的熔融热KJ/Kg入熔硫釜周围空间的散热系数KJ/(m h 0C)ri0.2MPa蒸汽的汽化热KJ/KgpGH2S气体密度Kg/m3 ；pG脱硫液液体密度Kg/m3符号名称单位F熔硫釜表面积2 mW

49、i喷射再生槽溶液流速m/sa喷射再生槽喷嘴入口收缩角0L6喷射再生槽喷嘴喉管长度mma喷射再生槽吸气室收缩角0Wa喷射再生槽管内空气流速m/s ;a喷射再生槽尾管直径扩张角0L4扩张管长度mmde尾管直径mmWe尾管中流体速度m/s ;L2吸气室收缩长度mmLi吸气室高度mmWa管内空气流速m/s ;dM吸气室直径mmda空气入口管直径mmL3混合管长度mm喷射器形状系数dm混合管直径mL7喷嘴总长度mL6喷嘴喉管长度mN喷嘴个数个Lidi每个喷射器溶液量喷嘴孔径Wi喷射处溶液流速dL溶液入口管直径L5喷嘴入口收缩段长度符号名称Hi再生槽有效高度T溶液在再生槽内的停留时间Ht再生槽高度H2喷射

50、器出口到槽底距离H3扩大部分高度D2再生槽扩大部分直径的计算Hi再生槽高度Di再生槽直径Ai吹风强度Ga空气量Ci喷射器抽吸系数P许用压力A系数B系数Do外径cs钢板的许用应力有效厚度靳名义厚度C2钢板的腐蚀裕量C1厚度负偏差L塔的计算长度m3/hmm/smm单位m；minm；m m m mm32m /(h m )m3/hm3/mMpamm ；Mpa,mmmmmmmm :mmPi风载荷Pa ；Ki空气动力系数7K2i风振系数7?i风变化系数V距地面10m处风速m/s ;符号名称单位qo距地面10m处风压PaRe雷诺数Do塔设备的内径m ;Y系数Ki空气动力系数Ai迎风面积De塔设备的直径m ;

51、hi塔设备的高度m ; Pm吸收过程平均推动力MpaPi吸收塔入口气相H2S分压Mpa ;P2吸收塔出口气相H2S分压Mpa ;Pi吸收塔入口气相H2S平衡分压MpaP2吸收塔出口气相H2S平衡分压MpaAp所需传质面积2 mHp填料层咼度L液体的喷淋密度m3/m 2 hLw填料的润湿率m3/m 2.hA塔截面积，2 mD塔径mN填料个数个/m3D填料尺寸ma常数Ht总持液量m3液体/m3料L液相流率m3/m2 h ；de填料直径mKg吸收过程传质系数2Kg/m h Mpa ；符号名称单位A经验数u操作气速m/s ;CNa溶液中Na2CO3的含量g/L ；B吸收过程液气比L/m3L流体质量流量Kg/h