第八组分子筛计算步骤

1、7.7.2分子筛脱水工艺计算(1)工艺计算的基础数据分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采用双塔流程，再生加热气和冷 吹气采用十气，加热方式采用燃气管式加热炉加热。其主要设备由分子筛吸附器、 再生气加热炉、再生气冷却器、再生气分离器。该部分主要计算分子筛吸附器尺寸，再生气加热炉、再生气冷却器、再生气 水分离器设计计算归于其它部分。选用4A分子筛脱水，其特性如下：分子筛粒子类型：直径3.2 mm球形分子筛的有效湿容量：8 kg (水)/100 kg (分子筛)分子筛堆积密度：700 kg/m3分子筛比热：0.96 kJ/ (kgC)瓷球比热：0.88 kJ/ (kgC)操作周期为8小时，再生加

2、热时间为4.5小时，再生冷却时间为3.2小时， 操作切换时间为0.3小时。加热炉进口温度为44.098 C，加热炉出口温度为275 C。工艺计算主要的基础数据如下：原料气压力：3.5 MPa原料气温度：30 C床层温度：35 C天然气气体流量：10110 kg/h饱和含水量：3.60 kg/h天然气相对湿度：100%天然气在3.5MPa、30C下的密度：27.51 kg/m3天然气在 3.5MPa、30CM粘度：1.2210 x10-2 cp再生加热气进吸附器的压力：1733.72 kPa再生加热气进吸附器的温度：260 C再生加热气出吸附器的温度：200 C再生气在 1733.72 kPa、

3、260 C下的密度：6.72 kg/m3十气温度：44.1 C十气压力：2033.72 kPa干气将床层冷却到：50 C十气在 44.1C、2033.72 kPa 的密度：13.77 kg/m3再生气在 260C、1733.72 kPa 的热焓：-3776.58 kJ/kg再生气在 115C、1733.72 kPa 的热焓：-4167.3 kJ/kg再生气在 275C、1733.72 kPa 的热焓：-3731.98 kJ/kg十气在 140C、2033.72 kPa 的热焓：-4106.71 kJ/kg十气在 44.1C、2033.72 kPa 的热焓：-4338.85 kJ/kg十气在 4

4、4.1C、2033.72 kPa 下的低位热值：48381.32 kJ/kg(2 )直径和高径比的计算原料气在3500kPa，25C下含水量为g广16.194 kg/h (?)根据天然气脱水设计规范取操作周期为t = 8小时，总共脱水：16.194 x 8 = 129 .552 kg30 C ):已知 p = 7 0 0kg/m3, D = 0.0032 m,工况下(3500 kPa30 C ):P巴=28.13 kg/m3用式G = Cpb p D I；计算，气体从上往下流则C取0.28(?)G = (0.28 x 700 x 27.51 x 0.0032 川5 = 4.1538 kg /

5、(m2 s )吸附床层直径计算:D = ( 4 Q 0.5 = (4 x 10110兀 吸附床层直径计算:D = ( 4 Q 0.5 = (4 x 10110兀 G ) 3600 x 3.14 x 4.15A 0.5=0.93 m吸附床层直径取为1000 mm。吸附器截面积： F = 0.79 m44分子筛有效吸附容量取8kg水/100kg分子筛100 G t8 Pb100 x 3.60 x 88 x 700=0.514 m 3取 20 % 的裕量:1.2 x V = 1.2 x 0.514 = 0.617 m 3分子筛的有效高度为：H =圮二=义6卫-T F 0.79吸附床层的有效高度为0.

6、8 m。=0.78mH 08则高径比为：t = 0.8D 1.0吸附器空塔流速Vg为：V = J =0.129 m / s g p F 3600 x 27.01 x 0.79(3)传质区高度奴的计算吸附床层水负荷计算为：q = g = = 4.586 kg / (h m 2 ) 兀 D 23.14 x 1.0 2传质区高度hZ为：q 0.7895h 广 W A V 0.5506 x R 0.2646=侦L g$吸附剂的有效吸附容量效核：XH = X H - 0.45 h X4.586 0.7895(0.14 x 60 )0.5506 x 100 0.2646=0.27 mX = X .8=0.

7、0943 （k g 水 / kg 分子筛） s 0.8 - 0.45 X 0.27吸附剂的动态平衡湿容量XS大于吸附剂的有效吸附容量（X = 8%），则分 子筛床层高度满足要求。（4）转效点的计算p = 700 kg/m 3，X = 8%，H = 2.5m，q = 4.586kg / （m 2 h）转效点时间为：0 = X p H t = 0.08 x 700 x 0.8 = 9 77 hB q4.586.符合原设计吸附周期8小时的要求。（5）吸附过程压力降的计算： p=B 日 V + C p V 2分子筛为3.2 mm直径球型，则B取4.155，C取0.00135。现已知床层高为0.8 m，

8、 H= L221 X10 -2mPa sp = 27.51k g /m3，Vg = 0.12 渺 6=0 7.7 4 m / p = 0.8 （4.155 x 0.01221 x 7.74 + 0.00135 x 27.51 x 7.74 2 ）= 2.094kPa规范规定吸附时气体通过床层的压降宜小于等于0.035MPa，不宜高于0.055 MPa，否则应重新调整空塔气速。此处所算压降满足规范要求，无须重新调整空 塔气速。再生加热和冷却时压降都很小，可不计算。（6）吸附器质量的估算根据吸附器设计压力及温度，吸附器材质选用16MnR。根据分子筛床层高 度初步估计计算圆筒有效高度为2 m。设计压

9、力p = 4.0 MPa，设计温度t = 300 C，材质的许用应力J = 134 MPa。钢板负偏差取C = 0.8 mm，腐蚀裕量取C = 1 mm，吸附塔壁有下列公式计算:8=+ C + C = + 0.8 + 1 = 17 mm2 b中P 122 x 134 x 1 4.0圆筒有效高度的质量计算:m = pV = P(S 一 S ) h3314 x 7800 x 24(1.034 2 - 12 )=846.88kg根据初步估计计算(附件包括梯子平台预焊件、对焊钢法兰、DN450加厚 接管、垂直吊盖对焊法兰人孔、不锈钢丝、丝网、栅板、支持圈、支持板等)封头质量：2m = 175kg附件质

10、量：m = 555kg裙座质量：m = 296 kg钢材总质量为：m 1= 1872.88 kg 分子筛质量计算：m = p SH=700 xD2 x 0.843.14 x 12=700 xx 0.84=439.6 kg瓷球重量计算：床层上下各铺200mm瓷球，瓷球堆密度2000kg/m3m = p Sh=2000=2000 x Di x 0.44=20003.14 x 1=2000 xx 0.44=628 kg再生加热气量的计算用贫干气加热，进吸附器温度260 C,分子筛床层吸附终了后温度35 C(即 床层温升5 C )，再生加热气出吸附器温度200 C，床层再生温度是0.5 x (260

11、+ 200 )= 230 C，预先计算在 230 C 时，分子筛比热 0.96 kJ/ (kg-C),钢材比热 0.5 kJ/(kg.C),瓷球比热 0.88 kJ/ (kgC)。再生气在 260C、1733.72 kPa 的热焓：-3776.58 kJ/kg，再生气在 115 C、1733.72 kPa 的热焓：-4167.30 kJ/kg。再生热负荷计算如下：Q = mC A = 1872.88 x 0.5 (230 一 35 )= 182617.5 kJQ = m C A = 439.6 x 0.96 (230 - 35 )= 82293.12 kJQ = m C A = 628 x 0

12、.88 (230 - 35 )= 107764.8 kJQ = m x 4186.8 = 3.6 x 8 x 4186.8 = 120579.84 kJ加 10% 的热损失，则 Q = 1.1 (Q 1 + Q2 + Q3 + Q4)= 542580.786 kJ设再生加热时间4.5小时，每小时加热量是q = W786= 120573.508 kJ / h14.5再生气的出口平均温度：。5 (200 + 35 )= 117.5 C每千克再生气给出热量：q = C A t = 3 . 1 4 1 4 =. 54k4 7 .At = 260 - 1(35 + 200 ) = 142.5 C2所需再

13、生气量为：qmHq 120573.508=296.44q447.5kg / h加热气所需面积效核:再生加热气经加热炉产生300kPa的压降后为所需再生气量为：qmHq 120573.508=296.44q447.5kg / h加热气所需面积效核:再生加热气经加热炉产生300kPa的压降后为1733.72kPa, 260C下的p g为6.7217kg/m3，加热气允许质量流量：气体从下往上流则C取0.167 p p Q ).5=(0.167 x 700 x 6.7217 x 0.0032 力5GmH=1.59 kg/(m 2 - s)再生加热气所需面积:F = J = 1072.62 = 0.1

14、9 m2G 1.59 x 3600 mH吸附器的床层面积为1.13 m2，所以满足要求。(8)冷吹气量的计算床层温度自230C降到50C,十气在140C、2033.72 kPa的热焓为-4106.71 kJ/kg,十气在 44.098C、2033.72 kPa 的热焓为-4338.85 kJ/kg冷吹热负荷计算如下：Q = mC A = 5932 .88 x 0.5 (230 - 50 )= 533959.2 kJQ = m C A = 1978 .2 x 0.96 (230 - 50 )= 341832.96 kJQ3 = m3C A = 1130.4 x 0.88 (230 - 50 )=

15、 179055.36 kJ加上 10% 的裕量：Q冷=1.1( Q + Q + Q ) = 1160332 .272 kJ1160332 .272=362603 .8353.2设冷却时间3.2h,每1小时移去热量：q = 1160332 .272=362603 .8353.223.2kJ/hkJ/h冷却气用十气t = 44.1 C出口平均温度t = 0.5(230 + 50 )= 140 C 每千克冷却气移去的热量为：qh = (h 1140 -h、咨)=-4106 .71 - (- 4338 .85 )= 232.15kJ/kg需冷却气量为：q =邕=362603象5 = 1561 .97

16、kg/h mC q 232 .146 H冷却气所需面积校核：十气在 44.1C、2033.72KPa 的密度为 13.77 kg/m3，用 g = (Cpp D M 式核算C取算C取0.167,则GmC=(0.167 x 700 x 13 .77 x 0.0032)0.5 = 2.27 kg/ ( m2* s)需空塔截面积F = J = 1561.97 = 0.19 m2，现1.1304 m2，故满足要求。G 3600 x 2.27 mC冷吹气量和热吹气量不等。实际操作中考虑到气量波动，为了使装置操作平 稳，冷吹气量和热吹气量均采用1561.96 kg/h。(10)加热炉热负荷和燃料气量计算设

17、进加热炉干气温度44.098 C，出加热炉气体温度比进吸附器温度再高15 C，即 275Co 再生气在 275 C、1733.72 kPa 的热焓为-3731.98 kJ/kg，在 44.098C、 2033.72 kPa的热焓为-4338.85 kJ/kg，燃料气在2033.72 kPa、44.10笆下的低位热 值为48381.31 kJ/kg，加热炉设计热效率取为80%Q / = q (H - H ) = 1561 .965 x ( 3731 .9824 ) ( 4338 .8522 )= 263.31 (kW )由以上计算得出加热炉热负荷。当用加热炉加热再生气体时，则加热炉燃料消耗：Q

18、/263 .31 x 3600V = 24.49 kg/hH门 48381 .31 x 0.8(11)设计计算结果通过以上计算，分子筛脱水系统的工艺参数及设计计算结果如下：吸附器设计压力：4.0 MPa吸附器设计温度：300 C吸附器几何尺寸：DN1200，H=7000 mm(立式)操作周期：8 h (再生加热时间4.5 h，冷吹时间3.2 h，切换时间0.3 h) 再生加热气进吸附器温度：260 C标况下所需再生气量：2184 m3/h (1561.97 kg/h)标况下加热炉所需燃料气量：34.25 m3/h (24.49 kg/h )。分子筛吸附器为立式容器，筒体两焊缝间距离为4500 mm,