湿法填料式吸收塔脱硫塔设计.docx

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1、湿法脱硫塔设计一般吸收塔的结构如下列图2-2:丄图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 液体出口； 10防止支承板堵塞的整砌填料；11液体再分布器；12液体 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。引言根据前人的研究成果，我们可得出以下结论11: 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良,可以使脱硫率到达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：Na2CO3为2.5 % ,NQS 浓度为 1.2

2、mol/m3 ,FeCb 浓度为 1.0 % ,EDTA 浓度为 0.15 % 液相 pH 值8.58.8，吸收操作的液气比L/ m3为11123。吸收塔的设计分子栏目1号图1张根据前期计算沼气产气量为60.83 m3沼气/h0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 m3; 吸收塔处理能力121.66 m3沼气/h0在沼气成分中甲烷含量为 55%70%12、二氧化碳含量为28%44%、，因 此近似计算沼气的平均分子密度为 1.221 kg/ m3，惰性气CH4、CO2的平均 分子量为25.8,混合气量的重量流速为121.66 1.221 9.8 1456k

3、gf/h,硫化氢平 均含量为0.6%，回收H2S量为99%。1. 浓度计算硫化氢总量1456 0.006=8.736kgf/h, ；76 =0.257kmol/h硫化氢吸收量8.736 0.99=8.649 kgf/h, 8.649 =0.254 kmol/h34惰气量1520-8.736=1511.26 kgf/h,=58.58kmol/h25.8硫化氢在气相进出口的摩尔比为：Y1= 0.257 =0.004458.58Y2=0.257 0.25458.58=0.000051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%,那么硫化氢在出口吸收剂中的摩尔比 X仁"

4、;口7 =0.009292/18由此可计算出吸收剂的用量：LmVm丫1X1丫2X258.58 0.0044 0.00051 =27.7kmol/h=27.7*18=498.60.00920kgf/h根据混合气的物性算得：气相重度v =5.2kgf/m3硫化氢在气相中的扩散系数：DG=0.0089 m2/h液相重度 l =998kgf/m3;液相粘度 l=7.85 10 5 kgf?s/m外表张力=0.0066kgf/m；溶剂在填料外表上的临界外表张力C =0.0034kgf/m2. 塔径计算气相平均重量流率14561456 8.649=1451.68 kgf/h液相平均重量流率498.6 49

5、8.6 8.649 =502.92 kgf/hV= D2 u4(2-1)V=121.66 m3 沼气/h=0.0338 m3 沼气/s , u 取 0.5m/s；所以，代入式(2-1)中得121.66 314 D2 0.54得 D=0.293m ,取 D=0.3m3. 填料高度计算填料高度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:0.7kG(2-2)kcRTaDGGva eg式中B常数，对一般填料 B=5.23a填料比外表积G气相粘度3600 g gv DGd填料尺寸，选用25mm金属矩鞍环v气

6、相重度Dg硫化氢在气相中的扩散系数Gv= 36001451.68ad0.785 0.32 =5.71kg/m S0.7Gva Gg业BRTGva Gg=3.01kmol/ m25.710.7194 1.583600 g g0.71069.81=197.223600 1.58 10 6 9.8113=1.06v Dgad194h*at3600Ggv DGGl =2G|2L g5.2 0.00890.0252=0.0425ad502.9236000.050.75器鴛9 5.23 197.22 1.060.04250.785 0.450.8792 19499829.81赢=°.8790.0

7、5=1.7410.00340.00660.75=0.608,2 0.2GL2ag2 0.20.879998 0.0066 194 9.810.1440.1Gla Lg0.10.8795194 7.85 109.811.194aw=1941-exp-1.45 0.608 1.194 1.741 0.144=44.998m2 /m3Ky=ky=PkG=11.53 3.01=34.70kmol加 hVm58.580.785 0.32829 kmol/ m2 h，于是得传质单元高度:H ogVm82934.70 44.9980.53 m填料高度：Z Hog Ng 0.53 4.252.25 m考虑到填

8、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。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49.0kpa，设计压力取工作压力的 2.0倍，那么设计压力为98.0kpa 以下计算 按照设计压力为98kpa计算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pc< 0.4 d t 眉。PcDi02pc(2-3)其中 Di=0.3m;pc=98kpa“ t=i250kgf/cm2 =12500 kpa其中塔体的焊接采用单面对焊，局部

9、无损探伤，取© =0.7所以98 0.302 12500 0.7 98=0.00168m=1.68mm2设计温度下圆筒的实际厚度按2-4式计算：C3(2-4)C3可取零其中当腐蚀裕量C2取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取,即C!=0.18mm,那么算出的S =1.68+1+0.18=2.86mn超过了 2mm,所以钢板的负偏差不能按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0 C1 C2 C3 =1.68+1+0.22=2.9mm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

10、筒的计算压力按2-5式计算：应力校核必须满足tttPc(Di0)2 0(2-5)Di=0.3m;pc=98kPa；S=1.68mm=0.00168m；t 98 (0.3 0.00168)所以 t=8799kPa2 0.00168r=12500kPa 满足条件 t t。(4)设计温度下圆筒的最大允许工作压力按(2-6)式计算:Pw(2-6)Di=0.3m;S e=1.68mm=0.00168m© =0.7d t=12500kPa计算得p2 0.00168 12500 0.7(0.3 0.00168)97.45 kPa2、受内压标准椭圆形封头的计算：吸收塔采用标准椭圆封头(1)标准椭圆形

11、封头的计算厚度按(1-7)式计算4:PcDi2 t 0.5Pc(2-7)所以得Di=0.3m；pc=98kPa；d t=12500kPa© =0.798 0.32 12500 0.7 0.5 98=0.00168m=1.68mm0.15%。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经验证，S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:(2-8)壁厚附加量C=C1+C2+C3C3可取零5其中当腐蚀裕量C2取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取，即Ci=0.18mm,那么算出的S =1.68+1+0.18=2.86mr超过了 2mm,所以钢

12、板的负偏差不能按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Ci=0.22mm,于是S = 3° i+©+C3=1.68+1+0.22=2.9mm取厚度为3.0mm的钢板制造塔体的椭圆形封头(3) 椭圆形圭寸头的最大允许工作压力按(2-9)式计算:P2t(Di 0.5)(2-9)3° =1.68mmd t=12500kPa© =0.7(DG<800mm,采用单面对焊，局部无损探伤，取© =0.7Di=0.3m=300mm；2 1.68 12500 0.7所以p=97.73kPa300

13、 0.5 1.682.2.4.填料塔附属结构及选型1.液体分布器主要有以下几种型式131415:管式喷淋器，液体直接由管口流出，为防止水力冲击瓷环，下面加一块 圆形挡板。适用于塔径300mm的填料塔，优点是廉价，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。优点是廉价，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，优点是廉价，易于安装。 缺点是喷洒不均匀。要求液体清洁，否那么小孔易堵。多孔盘管式，适用于塔径1200mm的填料塔，优点是廉价，缺点是开孔方向超过45

14、76;,易产生雾沫夹带。要求液体清洁溢流管式，盘上装有 15m m的溢流管，分布盘的直径为塔径的 0.60.8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 310mm的筛孔，盘直径为塔径的 0.60.8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 的大塔

15、，优点是简单、廉价、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50X50X3的角钢组成，板间距25mm，造价廉价但效率低。丝网式一般取丝网厚度 H=100150mm。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. 液体再分布器主要有以下几种形式 16：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

16、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 3001000mm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

17、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、十字环、螺旋环、以及网形填料等等 17。其中拉西环为最普通的填料形式设计，使用经验丰富，价格廉价，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，但比外表积和空隙率都比拟大，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，接触外表比拉西环、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，比外表积大，外表润湿率高，液流分布均匀，传 质效率高，压力降小，处理量大，操作弹性大，适于高精度的别离过程。但 价格昂贵，不适用于有腐蚀性及污垢物料 17 。综合考虑设备的性能和造价，选取矩鞍环为填料。