湿法填料式吸收塔脱硫塔设计

湿法填料式吸收塔脱硫塔设计 湿法脱硫塔设计 一般吸收塔的结构如下图2-2: 图2-2 填料料式吸收塔结构示意图 1—气体出口;2—液体分布器;3—壳体;4—人孔;5—支承与液体分 布器之间的中间加料位置;6—壳体连接法兰;7—支承条;8—气体入口;9— —防止支承板堵塞的整砌填料;11—液体再分布器;12—液体液体出口;10 入口 包括塔体(筒体，封头)、填料、填料支承、液体分布器、除雾器等。 5.4.1引言 [11]根据前人的研究成果， 我们可得出以下结论:(1) 萘醌法用于脱除沼气中硫化氢时,对吸收液的组成进行适当改进, 可以使脱硫率达到99 %,99.5 %(2) 吸收和再生操作都可以在常温、常压下进行。 (3) 吸收液的适宜配方为:NaCO 为23 32.5 % ,NQS浓度为1.2 mol/m ,FeCl 浓度为1.0 % ,EDTA 浓度为0.15 % ,液相pH 3 3[3]值8.5,8.8 ,吸收操作的液气比 (L/ m) 为11,12。 5.4.2吸收塔的设计(分子栏目)(1号图1张) 3根据前期计算沼气产气量为60.83 m沼气/h。 3设定沼气的使用是连续性的，缓冲罐设置成容纳日产气量的1/12，为121.66 m; 3吸收塔处理能力121.66 m沼气/h。 [12]在沼气成分中甲烷含量为55%,70%、二氧化碳含量为28%,44%、,因 3 此近似计算沼气的平均分子密度为1.221?/ m，惰性气(CH4、CO2)的平均 分子量为25.8，混合气量的重量流速为?1456kgf/h, 硫化氢平121.66，1.221，9.8 均含量为0.6%,回收H2S量为99,。 1.浓度计算 硫化氢总量 8.736=8.736kgf/h，=0.257kmol/h 1456，0.00634硫化氢吸收量 8.649=8.649 kgf/h，=0.254 kmol/h 8.736，0.9934惰气量 1511.261520-8.736=1511.26 kgf/h，=58.58kmol/h 25.8硫化氢在气相进出口的摩尔比为: 0.257Y1==0.0044 58.58 0.257,0.254Y2==0.000051 58.58 硫化氢在进口吸收剂中的浓度为X2=0 设出口吸收剂中硫化氢浓度为8,, 8/17则硫化氢在出口吸收剂中的摩尔比X1==0.0092 92/18由此可计算出吸收剂的用量: Y,Y0.0044,0.0005112,,L,V,58.58，=27.7kmol/h=27.7*18=498.6mmX,X0.0092,012 kgf/h ,3 v根据混合气的物性算得:气相重度 =5.2kgf/ m 硫化氢在气相中的扩散系数:DG=0.0089?/h 3液相重度,=998kgf/m; L ,5液相粘度,=7.85kgf•s/? ，10L ,表面张力 =0.0066kgf/m; ,溶剂在填料表面上的临界表面张力=0.0034kgf/m C 2.塔径计算 气相平均重量流率 1456，1456,8.649，，=1451.68 kgf/h 2 液相平均重量流率 498.6，498.6，8.649=502.92 kgf/h 2 ,2V= ，D，u4 (2-1) 33V=121.66 m沼气/h=0.0338 m沼气/s , u取0.5m,s; 所以，代入式(2-1)中得 3.142121.66,，D，0.5 4 得 D=0.293m , 取D=0.3m 3.填料高度计算 [4] 填料高度 Z=HOG*NOG 传质单元数:用近似图解法求得:NOG=4.25 (1)因H2S在吸收剂中的溶解过程，可看作气膜控制过程，按传质系数 公式得: 10.73,,,,,kRTGg3600,2GvG,,,, ，，,Bad,,,,,,aDagDGGvG,,,, (2-2) 式中 B—常数，对一般填料B=5.23 a—填料比表面积 ,—气相粘度 G d—填料尺寸，选用25mm金属矩鞍环 ,—气相重度 v DG—硫化氢在气相中的扩散系数 1451.68Gv==5.71kg/?s 23600，0.785，0.3 0.70.7,,G5.71,,V,,,=197.22 ,,,6,,a,g194，1.58，10，9.81,,G,, 11,633,,,,,3600g3600，1.58，10，9.81G,,,,=1.06 ,,,,,,D5.2，0.0089,,,,VG ,2,2，，，，ad,194，0.025=0.0425 10.73,,,,,aDG3600g194，0.0089,2GVG,,,,，，k,，B，，，ad,，5.23，197.22，1.06，0.0425G,,,,,,RTagD0.082，325GvG,,,, =3.01kmol/?h*at 502.92(2) GL==0.879 3600，0.785，0.45，0.45 ,0.05,0.0522,,,,G，a0.879194，L,,,,==1.741 22,,,,9989.81，,，g,,L,, 0.750.75,0.0034c,,,,==0.608， ,,,,,0.0066,,,, 0.20.222,,,,GL0.879,,,, ,,0.144,,,,,,ag998，0.0066，194，9.81,,,, 0.10.1,,G0.879,,L,,,,1.194 ,,,5,,a,g194，7.85，10，9.81,,L,, a=194{1-exp[-1.45]} ，0.608，1.194，1.741，0.144w 23=44.998 m/m ，Ky=ky=Pk3.01=34.70kmol/?h G=11.53 58.58, kmol/?h ,于是得传质单元高度: V,,829m20.785，0.3 ,V829m m H,,,0.53OGka34.70，44.998yw 填料高度: Z,HN,0.53，4.25,2.25 m OGOG 考虑到填料塔上方还要安装液体分布器和除雾器等设备，选取填料塔高度 为4.0m。 此时沼气经过填料塔的时间约为11秒，符合工程设计的要求。 2.2.3 吸收塔的塔体圆筒及封头设计 1、内压圆筒的计算 本设计采取沼气经罗茨风机加压后进入吸收塔进行吸收，罗茨风机的出口压力选49.0kp，设计压力取工作压力的2.0倍，则设计压力为98.0kp(以下计算aa按照设计压力为98kp计算) a (1)设计温度下圆筒的计算厚度按(2-3)式计算，公式的适用范围为p?0.4c t[4],σ,φ。 pDci,, 0t2[,],,pc (2-3) 其中Di=0.3m; p=98kp ca t 2,σ,=1250kgf/=12500 kp cma 其中塔体的焊接采用单面对焊，局部无损探伤，取φ=0.7 所以 98，0.3, ,02，12500，0.7,98 =0.00168m=1.68mm 2)设计温度下圆筒的实际厚度按(2-4)式计算: ( ,,,，C，C，C 0123(2-4) C可取零 3 其中当腐蚀裕量C取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取，2 C即=0.18mm,则算出的δ=1.68+1+0.18=2.86mm,超过了2mm,所以钢板的负偏差1 不能按2mm厚的钢板选取。由表可见厚度在2.8mm至3.0mm的钢板其负偏差 均为0.22mm，故此处应取C1=0.22mm,于是 ,,,，C，C，C=1.68+1+0.22=2.9mm 0123 取厚度为3.0mm的钢板制造填料塔的圆筒筒体。 (3)设计温度下圆筒的计算压力按(2-5)式计算:(应力校核) tt,,[,]必须满足 ,p(D，)t0ci,, 2,0(2-5) Di=0.3m; p=98kPa; c δ0=1.68mm=0.00168m; 98，(0.3，0.00168)t,所以 ,=8799kPa 2，0.00168 ttt[,],,[,]=12500kPa ,满足条件。 4)设计温度下圆筒的最大允许工作压力按(2-6)式计算: ( ,,,2[]0t[p], w(D，,)i0(2-6) Di=0.3m; δe=1.68mm=0.00168m; φ=0.7 t ,σ,=12500kPa 计算得 2，0.00168，12500，0.7[p],,97.45 kPa (0.3，0.00168) 2、受内压标准椭圆形封头的计算: 吸收塔采用标准椭圆封头 [4](1)标准椭圆形封头的计算厚度按(1-7)式计算: pDci,:, (2-7) t2[,],,0.5pc D=0.3m; i p=98kPa; c t ,σ,=12500kPa φ=0.7 所以得 98，0.30,,=0.00168m=1.68mm 2，12500，0.7,0.5，98 按照规定，标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。 经验证，δ?取1.68mm符合标准。 (2) 标准椭圆形封头的实际厚度按(2-8)计算: δ=δ?+C (2-8) 壁厚附加量C=C+C+C 123 [5] C可取零3 其中当腐蚀裕量C取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取，2 即C=0.18mm,则算出的δ=1.68+1+0.18=2.86mm,超过了2mm,所以钢板的负偏差1 不能按2mm厚的钢板选取。由表可见厚度在2.8mm至3.0mm的钢板其负偏差 均为0.22mm，故此处应取C=0.22mm,于是 1 δ=δ?+ C+C+C=1.68+1+0.22=2.9mm 123 取厚度为3.0mm的钢板制造塔体的椭圆形封头。 (3) 椭圆形封头的最大允许工作压力按(2-9)式计算: ,,,2:[]t[p], (2-9) w(D，0.5,:)i δ?=1.68mm; t ,σ,=12500kPa φ=0.7(DG<800mm, 采用单面对焊，局部无损探伤，取φ=0.7) D=0.3m=300mm; i 2，1.68，12500，0.7[p],所以 =97.73kPa 300，0.5，1.68 2.2.4.填料塔附属结构及选型 1.液体分布器 [13][14][15]主要有以下几种型式: 管式喷淋器，液体直接由管口流出，为避免水力冲击瓷环，下面加一块圆形挡板。适用于塔径<300mm的填料塔，优点是便宜，易于安装。缺点是喷淋不均匀，液体流向塔壁，大塔中的顶部填料无效。 莲蓬式喷洒器，适用于塔径<600mm的填料塔。优点是便宜，易于安装。缺点是易于产生雾沫夹带;往往有大量液体喷到塔壁，以致无效。 多孔直管式，适用于塔径<300mm的填料塔，优点是便宜，易于安装。缺点是喷洒不均匀。要求液体清洁，否则小孔易堵。 多孔盘管式，适用于塔径<1200mm的填料塔，优点是便宜，缺点是开孔方向超过45?，易产生雾沫夹带。要求液体清洁。 溢流管式，盘上装有Φ>15mm的溢流管，分布盘的直径为塔径的0.6,0.8倍，气体由盘和塔壁之间通过。适用于塔径〉800mm以上，液体为清液，液体负荷变化不大的填料塔。优点是分布较均匀，缺点是对分布板的水平度要求高。 筛孔盘式，盘上开Φ3-10mm的筛孔，盘直径为塔径的0.6,0.8倍，气体由盘和塔壁之间通过。适用于塔径〉800mm的填料塔，优点是液体分布均匀，缺点是板面水平度要求高，有固体或污垢时，孔眼容易堵塞。 槽式，用一个或几个有V形开口的槽以接受进口液体，在槽下边再装设几个槽。以近乎方形的排列。每75-150mm槽长开一个口。适用于塔径〉1mm [4]的大塔，优点是简单、便宜、液体没有喷溅，缺点是对水平度要求高。 本设计的塔径为300mm，综合考虑各种液体分布器的优缺点，采用莲蓬式喷洒器。结构如图2-1所示: 图2-1 莲蓬式喷洒器 2.除雾器 可分为折板式和丝网式。 折板式的除雾板由50×50×3的角钢组成，板间距25mm，造价便宜但效率低。 丝网式一般取丝网厚度H=100,150mm。除雾效率高，可达99%，但价格贵。 因此综合考虑，本设计选取丝网式除雾器。 3.液体再分布器 [16]主要有以下几种形式: 截锥式，适用于塔径小于600mm的塔，结构简单但喷洒不均匀，只适宜于小塔。 升气管式，气相由升气管的齿缝走，液相由小孔及齿缝的底部溢流下去。适用于大中型塔，优点是气相通过的截面积较大，可超过塔横截面积的100%，缺点是结构复杂。 边圈槽形，适用于塔径为300,1000mm的填料塔。结构简单，气体通过截面较大，但是喷洒不均匀。 金属全截面式，气体上升的方形槽间以液体溢液的孔板，适用于大型塔。优点是可起支承板与在分布器的双重作用，液体分布均匀，缺点是自由截面较低。 罗赛脱式，，适用于塔径小于600mm的塔，结构简单，气液通道大，不易液泛，但只适宜于小塔，大塔洒液不均。 本设计填料塔的塔径为300mm，属于小型塔，综合造价等因素，此处采用罗赛脱式液体再分布器。 4.填料支承板 分为三种:栅条式、升气管式和多孔板式。 栅条式多用竖扁钢制造，结构简单、强度大，但是自由截面较低，可能小于65%，气速大时易于引起液泛。 多孔板式结构简单，但自由截面小，强度低。 综合本设计的特点，为免引起液泛，我们采用多孔板式来作为填料支承 板。 5.填料的主要类型及选用 填料的主要类型有拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环、阶梯环、 [17]十字环、螺旋环、以及网形填料等等。 其中拉西环为最普通的填料形式设计，使用经验丰富，价格便宜，易于形成壁流和内部沟流。 弧鞍形填料和矩鞍形填料传质效率比拉西环高，对塔壁形成的侧压力比拉西环低，但容易破碎，价格较贵。 鲍尔环是性能优良的填料之一，传质效率高，液体分布均匀，流通截面积大，液泛点高，压力降小，处理量大。 阶梯环与鲍尔环相似，但比表面积和空隙率都比较大，填料之间呈点接触。 十字环常用整齐排列，作为支撑板上的第一层填料，与其他整砌填料相比，沟流减少。没有侧压力。 螺旋环气液接触有产生漩涡的优点，接触表面比拉西环、十字环更大。压力降高，结构复杂价格高，目前很少采用。 网形填料的空隙率大，比表面积大，表面润湿率高，液流分布均匀，传质效率高，压力降小，处理量大，操作弹性大，适于高精度的分离过程。但 [17]价格昂贵，不适用于有腐蚀性及污垢物料。 综合考虑设备的性能和造价，选取矩鞍环为填料。