年产10万吨合成氨脱硫工序填料塔初步设计1

1、10万吨/年合成氨脱硫系统填料塔的初步设计指导教师：邓梅2010级化工专业 学号201013657 姓名廖宇摘要填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接 触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面 下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。 结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。经过步的 计算得出这次设计的填料塔直径 4m，高5.4m。关键词：填料塔、设计、脱硫。100000 tons / year synthetic ammonia desulfurization packed towe

2、rdesig nIn structs teacher: Deng Mei2010levelofchemicali ndustryspecializedstude nt nu mber 201013657 n ame liaoyuAbstractThe tower is a tower equipment. The tower is filled properly high filler, with a two in crease in fluid con tact betwee n the surface. For example used in gas absorpti on liquid

3、from the upper part of the tower, through distributor into decline, along the surface of packing. Gas from the lower portion of the tower filler pore through the upstream, and the liquid in close con tact and in teract ion. The structure is simple, maintenance is convenient. Widely used in gas absor

4、pti on, distillatio n, extracti on and other operati ons. After further calculated the desig n of the tower diameter 4m, high 5.4m.Keywords: packed tower, desulfurizati on, desig n目录摘要 1Abstract 21.1前言 41.2合成氨原料气净化的现状 42.1改良ADA法脱硫 52.2基本原理 52.3改良ADA兑硫的反应原理 5第二章改良ADA法脱硫的计算 61.1基础物性数据 61.2物料衡算 61.3填料吸

5、收塔塔径计算 81.4填料高度计算 10第三章附图 121.1填料塔设备图 121.2流程图 13结论 14致谢 错误!未定义书签。参考文献 16第一章绪论1.1前言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

6、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质 量，对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。1.2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

7、，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广， 而湿法脱硫以砷碱法、ADA改良ADA和栲胶法颇具代表性。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。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。2.1改良ADA法脱硫ADA法发展初期，由于析硫过程缓慢，生成硫代硫酸盐较多。后来发现溶液

8、中添加偏钒钠后，使硫氧化速度大为提高，从而形成了现今改良ADA法。此法技 术成熟、过程规范程度高、溶液性能稳定、技术经济指标较好。该方法还具有硫 磺回收率高，回收的硫磺纯度高，溶液对人和生物无毒害作用，对碳钢无毒害作 用，对碳钢无腐蚀作用。2.2基本原理ADA是蒽醌(Anthraqinone Disulphoic Acid )的缩写。作为染料中它有几种主要的异构体。用汞作催化剂对蒽醌磺化时得到的产品为1.5和1.8异构体催化剂时得到2.6和2.7异构体。ADA异构体的脱硫活性顺序为 2.7ADA> 2.6ADA> 1.5ADA> 1.8ADA>单磺酸通常，市售的ADA为

9、2.6和2.7的混合物夹杂有少量的a恩醌酸磺酸盐及相应的氧化物等。2.3改良ADA脱硫的反应原理(1)碱性水溶液吸收HS,式Na2CO3 H2S NaHCOs NaHS(2) ADA和V氧化HS析出元素硫OHSO3Na+OH2S2HS 2HVO42HV2O5 S 3OH 2e(3) 还原态ADA(蒽氢醌)遇到氧生成蒽醌，同时产生双氧水OH(4) 双氧水将V4氧化成V5 :HV2O5 H2O2 OH2HVO4 2H(5) 双氧水与HS反应：H2O2 HSH2O S OH24H2O2 2HS5H2O S2O3(6) 当被处理气体中有CO和HCN寸产生如下副反应：Na2CO3 CO2 H2O2NaH

10、CO3Na2CO3 2HCN 2NaCN H 2O CO2NaCNS 5O2Na2SO4 2CO2 SQ N2第二章改良ADA法脱硫的计算1.1基础物性数据1、生产能力：100000 t/a ;年工作日：330日2、进气组成（体积比）：造气工段来半水煤气（干气 % : 3277.33NmVtNH3，HS 2.06g/Nm31.2物料衡算物料流量G，m/hG03277.33 100000/ （330 24） 41380.4m3/hH2S脱除量，G, kg/hG溶液循环量,mVh式中S 溶液硫容量,4138°.4(2060.07)82.3kg/h1000LtG/Skg/m ,S 取 0.

11、1kg(H 2S)/m3Lt82.3/0.1 823m / h生成 NaHCO3 消耗的 H 2s , G2 , kg/h取NaHCO3的生成率为H2S脱除量的10%jqG2823 10%82.3kg /hG3G2 M NaHCO32Mh2s式中MNaHCO3 NaHCO3分子量M H2S H 2S分子量理论硫回收量，G4，g/h82.3 1582 34191kg/hG4(G1 G2) MsM h2sNaHCO3 生成量，G3 , g/h式中Ms 硫的分子量G4(823 823) 3269.7kg/h34理论硫回收率G4 / G169.774.7%82.3生成NaHCO3消耗的纯碱量，G5，k

12、g/hGG3M NaCO3M NaHCO3式中M Na2CO3 碳酸钠的分子量19.1 10615812.81kg /h硫泡沫生产量，G6, m/hG6 G 4/ S133式中S1硫泡沫中硫含量,kg/m，此处取 S=30kg/m69.71.549kg/ h入熔硫釜膏量，G7G7G3 / S2式中S2 硫膏含硫量，此处取 S=30%19 1G763.67 kg /h1.3填料吸收塔塔径计算利用泛点速度计算图图中：0液泛速度，m/s ;L 液体质量流速，kg / L Lt1 823 1050 864150kg/h气体质量流速,kg / G G0 g41380.4 1.0543449.4kg/h3

13、3g 气体密度，kg/m计算结果G 1.05kg/m液体密度，kg/m3，取 l 1050kg/m32填料空隙率,%,0.812 ,393m / mg 重力加速度，m/s3填料比表面积，m /m，此处选用 50 50 4.5拉西环，g 9.81m/s溶液黏度，mPa S，此处取0.8mPa S11 L(_i 64150 竺 1050 3.14 4 0.63G L 43449.4 1050查表得乱堆填料泛点线当横坐标为0.63时，纵坐标为0.035即f2/严0.035查表得50 50 4.5乱堆拉西环的填料因子205m因为液体为碱性水溶液，故液体密度校正值H2O0.9510501-L)20.2

14、guL11050 訂 1.358m/s求出(0.035 9.81(205 0.95 1.05 0.8如空塔气速为泛点气速的75%u 0.70 uf 0.70 1.3580.951m/su带入式子求出塔径：D4Vg41380.4D3.14 0.9513.92m经过圆整后，塔径取D=4m此时43449.4 4D23600 3.140.96m/s. 1.0操作条件下的喷淋密度为L864150 4365.53m /m h核对D / d 4000 80 20满足50所以塔径D=4m1.4填料高度计算吸收过程传质系数Kg计算Kg A 12Na°-1B0-012式中Kg 传质系数，kg/m h a

15、tmA 经验数，取A 20；u吸收塔操作气速，；u 1.358m/sNa溶液中Na2CO3含量Na 5g/L ；B吸收过程液气比，B 864150 /43449.4 19.89L/m3Kg1 320 1.358 .50.10.0119.89234.97 kg / m h atm吸收过程平均推动力 Pm计算PmP2P1P1P2*.P1P1InP2P2FpGKG pm82.334.97 0.0004525229.9m2式中P1吸收塔入口气相H2S 分压，atm ；P1p1C122.4/M H2S 1000P2吸收塔出口气相H2S分压,atm7P2P0C222.4/M h2s 1000Pi吸收塔入口

16、压力,atm，Pi 1.39 atm 绝Pv吸收塔出口压力atmPv1.37atm 绝P11.392.0622.4/34 10000.0019P2 '1.370.0722.4/34 10000.00006所需要的传质面积计算填料高度的计算Hp考虑其安全系数取5229.920.785 42 934.78Hp Hp 1.2 4.78 1.25.4m经过圆整后，塔高取6mHP=6m,分成二段，每段为3m1.1填料塔设备图微体第三章附图除雾辭分配管支卓格柵 吒体却料口一液悴再 才-分配器填料-p-排渣门1.2流程图结论本设计立足于生产实际，主要针对年产10万吨合成氨厂脱硫工序的填料塔进行初步设

17、计，查阅了大量的文献资料和经验数据， 结合所学的相关专业知识成 的。在设计中，我以有限的生产实践经验为导向，经反复的计算，按照实际境况 确定流程，从而进行了物料衡算和能量衡算，并且对该工艺中的板式干燥塔进行 了计算。通过对合成氨脱硫工段填料塔初步设计的设计，初步结果表明，由10万吨/年合成氨脱硫工段填料塔，年工作日：330日，进气组成（体积比）：（造 气工段来半水煤气干气 % : 3277.33NmVtNH 3，HS: 2.06g/Nm3等计算出该填料 塔塔高5.4m、分两段，塔径4m改良ADA法比较使用，所用材料可以循环使用， 节约成本总之，合成氨生产中脱硫工序的脱硫处理是非常的重要的，可以

18、保证生产 的正常运行，保证下段工序的正常利用，保证经济效益的重要工序。其中的任务 是降低烟气中硫的含量。致谢经过两周的设计工作，我们组终于坎坷完成了此次设计任务。我们参考了 设计模版与大量资料，以确定工艺的选择与流程设计方案， 计算与作图也是反复 修改。在翻阅资料和设计过程中，大家携手合作，在讨论中共同学习，共同进步' 但是，由于时间与经验不足，我们在设备选型尺寸确定等方面的工作做的 相对粗糙，结果不尽如人意，这一点我们也深感自责，真诚的恳请老师给予批评 和指导，而今后我们会努力。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始 进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助， 在这里请接受我诚挚谢意。最后，衷心地感谢辅导老师的辛勤工作，也感谢在设计过程中给过我们帮 助的同学。参考文献1化工工艺设计手册国家医药管理局上海医药设计院.1986.2 张