【《天然气净化工艺中脱水塔设计计算过程案例》3100字】

天然气净化工艺中脱水塔设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u12459天然气净化工艺中脱水塔设计计算过程案例 172741.1确定工艺参数 1288431.2脱水塔的工艺计算 4202571.2.1塔板的工艺计算 4320001.2.2水力学计算 6181261.2.3塔板性能负荷图 885991.3脱水塔的尺寸计算 1044361.4脱水吸收塔的计算结果汇总 1119871.5脱水再生塔 11168191.5.1精馏柱 11126961.6循环泵 13267481.7闪蒸罐 13207421.8脱水设备选型 13197031.8.1吸收塔 13248051.8.2三甘醇再生塔 14216381.8.3闪蒸罐 14223581.8.4过滤器 15128011.8.5三甘醇循环泵 151.1确定工艺参数假设脱水塔的吸收剂的入塔温度为40℃，脱酸气后的天然气进脱水塔的温度为31℃，塔顶气体35℃，脱水后水露点不大于-13℃，压力4.8MPa。（1）湿天然气进吸收塔含量的确定查《天然气处理原理与工艺》及《天然气利用手册》，得此天然气的含水量CO2，H2S的含水量为：则原料气中的水含量为：（2）干气离开吸收塔的水含量在23℃，4.8MPa条件下，水含量为0.0247kg原料的脱水率是指脱水前的水含量减去脱水后的水含量，即式中：Win：原料气本身的含水量，kg/103m3Wout：脱除后的含水量，kg/103m3（3）脱除的水含量为：（4）脱酸气的计算得脱除酸气以后天然气新的组成分数如下表：表11-1湿气中各组分分数组成CH4C2H6C3H8C4H10C5H12合计mol%91.383.801.070.330.008100组成C6+N2CO2H2SH2Omol%0.00100.023.2980.0320.054脱除酸气后的17.90（5）确定甘醇溶液的浓度取平衡露点温度为-19℃，查《天然气净化原理与工艺》得使用的甘醇浓度为99%（6）吸收剂量的确定根据假设的理论板数，计算得到的脱水率，查《天然气净化原理与工艺》得三甘醇的循环流量为0.0495。m3/h（7）气相负荷的确定查图2-2、2-3得：Z=0.938+0.025×0.094=0.940出塔组成为除上述脱除的则为出塔气的流量，即：H2S：1.8265－1.7893=0.0372kmol/hCO2：186.32－50.321=135.879kmol/h脱除H2S的量为：脱除CO2的量为：查得,计算可得体积流率为：CO2：m3/hH2S：m3/h脱除酸气后的天然气处理量：m3/h脱除酸气的总物质的量：mol/h体积流率为：m/s1.2脱水塔的工艺计算1.2.1塔板的工艺计算因为泡罩塔可以处理很多种介质，操作平稳且处理效率高，可以节省塔板数适用于需要高效率、塔板少的工艺。所以本次设计选择泡罩塔。1）最小齿縫面积A三甘醇的密度为：气体密度为：齿缝应根据气相负荷来确定，因为气相负荷大，所以选用梯形。m2式中As—最小齿缝面积，m2h2）鼓泡面积AAb=mAs式中Am—鼓泡面积与齿縫面积之比，m=3.29m23）计算塔径取鼓泡面积占塔截面积的60%，取D=2.1m2）塔板面积布置（1）溢流堰尺寸的计算由于塔径较大，塔的中间会有液体流下，用不到溢流堰，流动形式采用单流。l=m2则弓形降液管Wa为：m2则一个泡罩的面积为：则总鼓泡面积与每一泡罩面积之比即为鼓泡数：因为鼓泡排列方式共有三种，选用正三角排列方式，鼓泡面积占截面积的比例为：总降液管面积占截面积的比例为：（2）溢流堰强度VL=6.60m3/h（m2/h·m）（3）降液管底部到塔板得距离：取U（4）溢流堰上液层高度溢流堰选择齿形堰，堰深hn=0.015m，则堰上的液体高度为：（5）静液封h取hds=0.055m（6）溢流堰高度how式中：hsk—泡帽底隙，取0.005m。hsf—齿缝下缘至泡帽下缘的距离，取0.005m。1.2.2水力学计算（1）气相通过泡帽升气管及环形面积压力降hfc求得升气管中气体流速：故式中：K—阻力系数，取0.3W（2）齿縫压力降一个齿缝面积为0.01025m齿缝总面积为当齿缝开到最大时，求得得气体负荷为最大，即用假定时求得的气相负荷去计算得的到得齿縫开度，即为真实的齿缝开度：（3）液面梯度∆（m2/h·m）因为hw=96.6mm，hsk=15mm：∆'=0.00020米液柱每排泡帽，泡罩的排列方式选择正三角形状，共10排则：式中：∆nx—泡帽排数C∆（4）气相通过液层的压力损失h得，气相通过液层的压力损失hl为：（5）通过塔板时的压力损失H（6）蒸汽分配比代入数值得：此设计结果可用（7）进入塔板的液体通过泡罩的漏液取升气管高度hr=60mm=hr－hs－hsk－hsr=60－35－15－0.17=9.83mm因为，故设计合理。（8）降液管中液面高度H计算液体流经降液管的压力损失hd为;求降液管中液面高度H当，不会使上升的气体受阻。所以淹塔现象不会发生。（9）停留时间τ1.2.3塔板性能负荷图（1）过量液沫夹带线将三甘醇的表面张力为代入上式得：整理可得：（2）降液管液泛线查《塔的工艺计算》得Csb，已知HT=0.06m：带入整理得： （3）液相负荷上限线取=5s为液体在降液管中停留时间的下限，其所对应的则为液体的最大负荷上限。由可得：0.07008m3/s（4）严重漏液线阀孔动能因数下限取5.0m/s·（kg/m3）1/2，对应的阀孔气速为漏点气速即气相符合下限。（5）液相负荷下限线取堰上液头高度=0.006m作为液相负荷下限条件，由公式：解得：=0.0031m3/s脱水塔塔板性能负荷图，如图5-1所示：图11-1塔的负荷性能图则操作弹性为：，满足要求。1.3脱水塔的尺寸计算塔高计算公式：式中：Hd—塔顶空间，取1.0m；Hf—进料孔处板间距，取1.0m；Hb—塔底空间，取2.0m；Ht—板间距为0.6m；Hp—人孔处板间距，取1.2m；H1—封头高度，取2.0m；H2—裙座高度，取4.0m；n—实际塔板数，nf=1；np—人孔数，取np=2。代入计算得：1.4脱水吸收塔的计算结果汇总表11-2脱水吸收塔计算结果汇总项目序号类型结果1塔径D/m2.12塔高H/m15.23实际塔板数N/块124板间距Ht/m0.65塔板溢流形式单溢流6泡罩个数N/个577降液管形式弓型8泡罩型号Dg1009溢流堰长度lw/m1.4710溢流堰液流强度4.2911堰高hw/m0.00412齿縫压力降hso/mH2O0.031613液面梯度0.002414停留时间102.1115降液管底缘距塔板高度S/m0.004216塔板总压降HT/mH2O0.06301.5脱水再生塔1.5.1精馏柱富甘醇再生过程实质上是甘醇和水两组分混合物的蒸馏过程。精馏柱理论板数一般为底部重沸器、填料段和顶部回流冷凝器各1块。精馏柱直径D可按下式来估算：其中：D—精馏柱直径，mm； LT—甘醇循环流率，m3/kg水；qw—吸收塔的脱水量，kg/h。可得：1.5.2重沸器重沸器通常为卧式容器。采用三甘醇脱水，重沸器火管传热表面热流密度的正常范围是18-25，最高不超过3l，由于甘醇在高温会分解变质，因此，重沸器温度最高不能超过204℃。根据脱水量由下式估算：式中QR：脱除1kg水所需的重沸器热负荷，kJ/kg水；LG：甘醇循环量，L/kg水。吸收1kg水所需三甘醇量：L/kg水kJ/kg水重沸器热负荷为：kJ/h=3.35kw所以重沸器的热负荷取3.4kw。1.5.3重沸器火管的计算重沸器火管传热面积按下式进行计算：其中：—重沸器的供热量，kw；—重沸器火管表面平均热通量。选用重沸器，采用间接火管加热，重沸器热负荷为3.4kw，重沸器火管表面平均热通量取21.0kw/m2。所以重沸器火管传热面积为：3.4/21.0=0.1619m2。壳体设计压力取0.25MPa,壳体规格500800mm，壁厚不小于10mm。火筒直径300mm,炉管直径90mm，设计压力2.5MPa。烟囱直径300mm。查SY/T0540《加热炉型式与基本参数》选用碳钢20，在250℃许用应力110Mpa下火管壁厚mm取火管Ø300×7，长800mm。1.6循环泵泵放置在地面，对单位重量流体列伯努利方程，其中：=，略去，则该流量下的泵压头为：泵的有效功率为：1.7闪蒸罐本设计中停留时间取10min。闪蒸罐的尺寸由停留时间来确定，即：其中：V——闪蒸罐中要求的沉积容积，m3 ——甘醇溶液循环量，m3/min t——停留时间，min。则：1.8脱水设备选型1.8.1吸收塔由于三甘醇溶液循环量很小，为有利于气-液传质，保证塔板液封，增加操作弹性，故本设计采用泡罩塔。工艺数据如表11-3。表11-3甘醇吸收塔工艺数据设备名称结果公称直径，mm1800吸收塔壁厚，mm15捕雾器壁厚，mm300塔板数，块12材质16MnR吸收塔总高，mm15001.8.2三甘醇再生塔表11-4三甘醇再生塔主体部分规格表精馏柱直径/mm48.18再生塔重沸器热负荷，kW3.4热通量，kW/m221.0换热面积，m20.1619火管规格Ø300×7火管长度，mm800壳体规格DN500×8001.8.3闪蒸罐表11-5闪蒸罐规格设备名称结果公称直径，mm250闪蒸罐壁厚，mm5形式立式材质16MnR闪蒸罐总高，mm1200闪蒸罐容积，m30.1801.8.4过滤器固体过滤器和活性炭过滤器中的温