课程设计

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2.工业脱硫的方法及特点

一般分为烟气脱硫和橡胶专业的脱硫。烟气脱硫——除去烟气中的硫及化合物的过程，主要指烟气中的SO、SO2。以达到环境要求。 橡胶专业的脱硫——devulcanizing 指采用不同加热方式并应用相应设备使废胶粉在再生剂参与下与硫键断裂获得具有类似生胶性能的化学物理降解过程。它是制造再生胶过程的一道主要工序。分为：水油法、油法。

主要相关脱硫技术：湿法脱硫、干法脱硫、生物脱硫等。 3.湿法脱硫工段概述

利用化学吸收法将干气组分中的H2S、CO2吸收，然后吸收剂MDEA溶液通过换热器进行加热通入再生塔解吸再生将H2S、CO2分离，气相组分从塔顶出去经过干压机二级压缩输送到等温加氢炉.

设计依据

1.1分离工程课程设计任务书——《1200万m3/a天然气脱硫装置的工艺设计》 1.2设计条件

表1—1干气的进气组成及其摩尔含量

组分 H2 CH4 C3H6 N2 CO2 H2O H2S 含49.50% 量 30.50% 10.50% 6.50% 0.80% 0.70% 1.50%

湿法脱硫：

吸收????[CH4?N?(CH2CH2OH)2]2S+36.81kJ/mol2CH3?N?(CH2CH3OH）+HS???22?再生

2CH3?N?(CHO2H+CO2?2C3H）吸收????[HO????2再生C?N4H?(2CH2CH)2]O2H+C6.O9435/kJmol

1.3设计要求：吸收后的干气中的硫化氢含量为1ppm(可近似等于0），二氧化碳含量为0.

工艺设计计算

2.1吸收塔的物料衡算 2.1.1气体流量计算

干气和吸收剂的进口温度为25℃，干气的进口压 力为0.2MPa，则： 干气的摩尔流量为

pV0.2?106?（12000000/8000）n总??RT8.3145?(273.15?25)?1000 ?121.02kmol/h除去H2S与CO2，剩下的气体组分视为惰性气体，则： H2S的含量为：n1?121.02?0.015?1.8153kmol/h m1?1.8153?34?61.72kg/h

CO2的含量为：n2?121.02?0.008?0.9682kmol/h m2?0.9682?44?42.6kg/h 2.1.2气相物性数据计算

1

干气的摩尔质量：

M=0.4950?2?0.3050?16?0.1050?42?0.0650?28?0.007?18?0.008?44?0.0150?34?13.088Kg/h 则:m干气?121.02?13.088?1583.91kg/h 干气的平均密度为

?干气?pM/RT?0.2?106?13.088/(8.314?103?298.15)?1.056kg/m3 惰性气体的摩尔质量：

M=(0.4950?2?0.3050?16?0.1050?42?0.065?28?0.007?18)/(1?0.008?0.015)?12.5138Kg/h

m惰气?121.02?13.088-61.72-42.6?1478.59kg/h

则惰性气体的平均密度为

?惰气?pM惰气/RT?0.2?106?12.5138/(8.314?103?298.15)?1.0096kg/m3

2.1.3液相物性数据计算

查《甲基二乙醇胺的物化常数》为1.0223g/cm3。

2.1.4吸收剂MEDA溶液用量的计算

由于MDEA对H2S有很高的选择性,能耗低、投资省、不易降解、腐蚀性小,故广泛应用于化工厂、化肥厂、石油化工厂、炼油厂、天然气净化厂与油田气及煤气的脱硫、克劳斯硫磺回收原料气的提浓、斯科特(SCOT)法硫回收尾气的处理,及低热值气体的脱硫等过程,该过程是一个复杂的物理和化学吸收过程，主要为化学吸收。其主要反应式如下：

吸收????[CH4?N?(CH2CH2OH)2]2S+36.81kJ/mol 2CH3?N?(CH2CH3OH）?2+H2S???再生[1]

可得，25%MDEA的纯度为95%，密度

得出理论上全部吸收H2S需要的MDEA的量：

n1?2?1.8153?3.6306kmol/h

吸收????[CH4?N?(CH2CH2OH)2]2CO3+56.94kJ/mol2CH3?N?(CH2CH3OH）+CO?HO?222???再生得出理论上全部吸收CO2需要的MDEA的量：

n2?2?0.9682?1.9364kmol/h

则理论上消耗的MDEA的总量：

2

n理论?n1?n2?3.6306?1.9364?5.567kmol/h

由于在实际吸收和解吸过程中存在吸收剂的损耗，则实际用量取理论用量的3倍,MDEA的摩尔质量为119.17，则：

n实际?3n理论?3?5.567?16.701kmol/h

m实际?16.701?119.17?1990.2582kg/h

以MDEA溶液为吸收剂，溶液的浓度一般控制在质量分数为15%-40%

之间，过高过低都不利于H2S和CO2 很好的吸收，本次设计取浓度为25%，同时考虑到MDEA的纯度为95%，则吸收剂的总的用量：

m总?m实际1990.2582??8380.03kg/h

25%?95%%?95%

表2—1吸收塔物料衡算表 进料 组分 H2S CO2 惰性气体 液体 总计 kg/h 61.72 Kmol/h 1.8153 组分 0 出料 Kg/h 0 Kmol/h 0 42.6 0.9682 0 0 0 1478.59 118.16 8380.03 9962.94 惰性气体 液体 总计 1478.59 8484.35 9962.94 118.16 2.2吸收塔的热量衡算 2.2.1设计条件 查《化工热力学》

[3]

附表2有，气体的定压比热容计算式：J/(mol?K)

Cp/R?A?BT?CT?DT?2；J/(mol?K)T的单位为K，T为（273+25=298K） 表2—2 气体的定压比热容计算相关数据

2 3

物质 参数 适用温度（K） 298-3000 298-1500 298-1500 298-2000 298-2000 298-2000 298-2000 A 103B 106C 10?5D Cp J/(mol?K) H2 CH4 C3H6 N2 CO2 H2O H2S 3.249 1.702 1.637 3.280 5.457 3.470 3.931 0.422 9.081 0 -2.164 0.083 -1.299 -1.299 0.040 -1.157 0.121 -0.232 28.1105 37.7821 72.6976 28.8130 48.0308 32.6233 36.5600 22.706 -6.915 0.593 1.045 1.450 1.490 0 0 0 0 Cp?28.1105?0.4950?37.7821?0.3050?72.6976?0.1050?

28.8130?0.0650?32.6233?0.0070?35.17J/(mol?K)由于吸收塔是化学吸收反应过程，化学反应放出的热量被气相组分吸收，但由于吸收液吸收H2S、CO2产生的热量比较小，故本塔可以按恒温恒压进行热量衡算。吸收塔塔底气相进口温度为25℃，塔顶吸收液进口温度为25℃，在吸收塔中MDEA与H2S、CO2反应放出的热量由惰性气体带走带走，吸收液塔底出口温度为25℃。

吸收塔的物料组成见表2.2。 2.2.2热量衡算

2.2.2.1放热量计算

吸收2CH3?N?(CH2CH3OH）??[CH4?N?(CH2CH2OH)2]2S+36.81kJ/mol2+H2S??吸收2CH3?N?(CH2CH3OH）??[CH4?N?(CH2CH2OH)2]2CO3+56.94kJ/mol2+CO2?H2O??此次吸收为化学吸收，故计算出放出的总热量 Q放=Q放1+Q放2

Q放1?36.81?1.8153?103?6.682?104kJ/hQ放2?56.94?0.9682?103?5.513?104kJ/h

Q放?Q放1?Q放2?6.682?104?5.513?104?1.2195?105kJ/h

2.2.2.2吸热量计算 热量损失按3%计算，

4

Q吸?97%Q放?0.97?1.2195?105?1.183?105kJ/h Q吸?mcp?t?1478.59?35.17?(t?25)?1.183?105kJ/h

则算出气相塔顶出口温度t?27.27℃（温度基本不变）

设备设计与选型

3.1填料的选择

对于给定的设计条件，一般会有许多可选的填料类型。针对此次设计条件、综合技术、经济以及工艺要求各方面的因素，本次设计选择的填料类型为不锈钢金属丝网。不锈钢金属丝网填料材料细，比表面积大，空隙率大，排列规整，气流通过能力大，压降小，液体能在网体或板面上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高，从而提高传质效率。本次设计选用BX 500型不锈钢金属丝网填料。

表3—1 BX(500型)波纹填料性能和应用范围 气体负荷F 填料类型 /m?s（kg?m） ?1?30.5每块理论板压降每米填料理论板数 /Pa(mmHg) 操作压力 /Pa(mbar) 102～105 BX 2～2.4 400(0.3) 5 (1～1000)

3.2 塔径的计算

气相质量流量wV?1478.59kg/h，密度?V?1.056kg/m3 则气相体积流量VS?1478.591

??0.389m3/s,

1.0563600液相质量流量wL?8380.03kg/h，密度?L?1022.3kg/m3 则液相体积流量LS?8380.03?8.197m3/h

1022.3取F=2.4m?s?1(kg?m-3)0.5

5

F?uρv

u?2.4?2.335m/s 1.0564VS??u4?0.389?0.461m 圆整D=500mm

3.14?2.335 D?3.3 填料层高度计算

由于填料层高度的计算比较繁琐，所以一般计算都取生产厂的实际填料高度数据，再根据填料品种的不同和塔径的大小作相应的调整。吸收塔的填料层高度为8米，分为两段每段4米，以焊接链接，即可满足工艺要求。 3.4筒体壁厚选择

查《化工设备机械基础》

[5]

可得，16MnR????153MPa，由于MDEA是

t碱性溶液，具有较强的腐蚀性，取腐蚀裕量C2=3mm。采用双面焊，局部无损伤，

焊接头系数?=0.85。筒体内的设计压力为0.2Mpa。

pcDi0.2?450 ????0.35mm t2[?]??pc2?153?0.85?0.2查《化工设备机械基础》可得，钢板偏差为C1=0.25mm，则

?n???C1?C2?0.35?3?0.25?3.6mm，选取壁厚为4mm。

3.5封头选择

根据《化工工艺制图》

[6]

附录三-1,选择封头DN400×4,曲面高度100mm,

直边高度25mm。参考标准JB/T4746-2002。 3.6填料层压降的计算 （1） 每米填料层的压强降

查《化工原理》知500型（BX）每米填料理论板数为5，每米填料层的压强降为200Pa/m

（2） 全塔的填料层压强降

?p?200?8?1600Pa?1.6KPa?15KPa

3.7填料塔附件的设计 3.7.1液体分布装置

6

一个理想的液体分布装置应该是液体分布均匀，自由截面大，操作弹性宽，不易堵塞，装置的部件可以通过人孔进行安装拆卸。

根据塔径选择出最合适的液体分布装置，查《塔设备设计》，本次设计选用筛孔盘式分布器。

筛孔盘式分布器由分布板及围环组成。板上的筛孔按正三角形或正方形排列，孔径φ3~10mm，小孔数按喷淋点数确定。根据气体负荷大小，在分布盘上安装升气管，升气管的直径大于φ15mm。对于φ400mm以下的小塔，可不设升气管。

液体由位于分布盘上方的中心管注入盘内，管口高于围环上缘50~200mm。为维持盘上液面的稳定，中心管内的液体流速不宜过高，对直径较大的塔须增设进液缓冲管。

塔的内经与分布器定位于外廓的间隙8~12mm。分布盘直径为Dr=（0.85~0.88）D。为了获得较好的初始喷淋，可采用上述大直径的分布盘，缺点是气体通道面积减小。为此，一方面由在分布板上加设升气管来补偿，另一方面使支腿底面低于分布盘底面，借此扩大环形通道的截面积。

塔径大于600mm的塔，分布盘常设计成分块结构，一般分成2~3块。盘式分布器在安装时应注意保持盘面水平，否则将使液体喷洒不匀。本次设计塔径D=450mm，采用的筛孔盘式分布器不需设升气管、缓冲管。 3.7.2填料支承装置

支承装置是用来支承塔内填料及其所持有的液体质量，故支承装置要有足够的机械强度。同时，为使气体及液体能顺利通过，支承装置的自由截面积应大于填料层的自由截面积，否则当气速增大时，填料塔的液泛将首先在支承装置处发生。 栅板因结构简单、自由截面较大，金属耗用量少，而得到较普遍的应用。栅板用扁钢条和扁钢圈组成。本次设计选择栅板结构的填料支承装置。 3.7.3液体再分布装置

考虑塔径和液体负荷量等因素，综合工艺条件、经济各方面的因素，本次设计选用简单的分配锥。 3.8接管的计算

3.8.1塔底气体进料口接管

7

[7]

取流速u=15m/s，

d?4VS?u?4?0.389?0.182m

3.14?15根据附表15-11[7],选用Ф219×9.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。

4V4?0.389核算管内实际流速u?S2??12.39m/s 2?d3.14?0.23.8.2塔底液体出口管

取流速u=1.5m/s，质量m?8484.35kg/h

?l?1022.3kg/m3

d?4VS?u?4?8484.35?0.0442m

3.14?1.5?3600?1022.3 根据《化工设备机械基础》附表15-11,选用Ф57×3.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。 核算管内实际流速u?4VS4?8484.35??1.084m/s ?d23.14?0.0502?3600?1022.33.8.3塔顶液体进料口管

取流速u=1.5m/s，质量m?8380.03kg/h

?l?1022.3kg/m3

d?4VS?u?4?8380.03?0.044m

3.14?1.5?3600?1022.3根据《化工设备机械基础》附表15-11,选用Ф57×3.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。 核算管内实际流速u?4VS4?8380.03??1.077m/s ?d23.14?0.0502?3600?1022.33.8.4塔顶气体出口管

取流速u=15m/s，

VS?1478.59?0.41m3/s

1.0096?3600d?4VS?u?4?0.41?0.187m，

3.14?15根据《化工设备机械基础》附表15-11,选用Ф219×9.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。

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核算管内实际流速 u?3.8.5测压测温管

4VS4?0.41??13.06m/s ?d23.14?0.22根据实际经验选取管子规格为：Φ 25×2mm，L=80mm不锈钢，采用内螺纹连接。 3.8.6排污管

根据实际经验选取管子规格为：Φ 32×2.5mm，L=50mm不锈钢.

图——板式平焊钢制管法兰(PL)

表3—2 PN0.25DN400板式平焊钢制管法兰[7] 公称直 mm 塔底气体

螺栓孔中管子外径法兰外径心圆直径螺栓孔螺栓孔直径数量n 法兰厚度法兰内径径DN/ A1/mm D/mm K/mm 280 9

L/mm 18 8 C/mm B1/mm 200 219 320 22 222

进口管 塔底液体50 出口管 塔顶气体200 出口管 塔顶液体50 进口管 57 140 110 14 4 16 59 219 320 280 18 8 22 222 57 140 110 14 4 16 59 3.9 支座选取

支座选用裙式支座。

参考文献

[1]《甲基二乙醇胺的物化常数》李正西 金陵石化南京炼油厂 南京 210033 化工设计1996.09.06

[2]《《化学化工物性数据手册》刘光启 马连湘 刘杰 主编 [3]《化工热力学》第二版 朱自强 徐汛 合编

[4]《化工原理》天津大学化工原理教研室 姚玉英 主编 [5]《化工设备机械基础》第六版 刁玉玮 王立业 喻健良 编著 [6]《化工工艺制图》周大军 揭嘉 主编

[7]《塔设备设计》化工设备设计全书编辑委员会

致 谢

课程设计是对本专业所学的内容进行一次全面地应用性实践，通过设计可以在实践中发现问题、分析问题和解决问题，从而提高这三方面的能力。

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在设计过程中，我们自己根据设计任务中的内容和要求, 进一步掌握了化工装置工艺设计的步骤和方法，学会选择和确定设备的型号和规格，学会查找和运用有关设计手册和技术资料，开阔视野，增长知识。

在此，十分感谢指导老师戴友志对我们的精心指导和培养，使我学到许多知识，得到了很好的锻练，这些都为我走上工作岗位打下了良好基础。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/47i5.html