化工原理课程设计

2008级化学工程与工艺专业《化工原理》课程设计说明书题目：含高硫气体的脱硫设备—喷旋塔的设计姓名：班级学号：指导老师：同组学生名：完成时间：2011年6月8日《化工原理》课程设计评分细则评审单元评审要素评审内涵评审等级检查方法指导老师评分检阅老师评分说明：评定成绩分为优秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(60)设计说明书35%格式规范是否符合规定的格式要求5-44-33-22-1格式标准内容完整设计任务书、评分标准、主要设备计算、作图、后记、参考文献、小组成员及承担任务10-88-66-44-1设计任务书设计方案方案是否合理及是否有创新10-88-66-44-1计算记录工艺计算过程计算过程是否正确、完整和规范10-88-66-44-1计算记录设计图纸30%图面布置图纸幅面、比例、标题栏、明细栏是否规范10-88-66-44-1图面布置标准标注文字、符号、代号标注是否清晰、正确10-88-66-44-1标注标准与设计吻合图纸设备规格与计算结果是否吻合10-88-66-44-1比较图纸与说明书平时成绩20%出勤计算、上机、手工制图10-88-66-44-1现场考察卫生与纪律设计室是否整洁、卫生、文明10-88-66-44-1答辩成绩15%内容表述答辩表述是否清楚5-44-33-22-1现场考察内容是否全面5-44-33-22-1回答问题回答问题是否正确5-44-33-22-1总分综合成绩成绩等级指导老师评阅老师（签名）（签名）年月日年月日1目录第一章设计说明书·····································································（2）第二章喷射器的设计计算和说明················································（6）2.1喷射器结构参数计算·······························································（8）2.2喷射器的设计小结·································································（12）第三章旋流塔的设计计算和说明·····················································（12）3.1设计依据及工艺计算······························································（14）3.2下段旋流板结构参数计算························································（15）3.3上段旋流板参数和塔板数目的确定············································（22）3.4除雾板结构设计····································································（24）3.5升气帽尺寸·········································································（25）3.6全塔压力降的估算·································································（26）3.7旋流板塔设计小结·································································（26）课程设计心得体会·····································································（27）参考文献···················································································（28）2化工原理课程设计任务书设计题目含高硫气体的脱硫设备———喷旋塔的设计1、设计条件（1）处理气量：4000m3/h（2）处理前气体含H2S15g/Nm3,要求脱硫后达0.1g/Nm3（3）吸收液[脱硫液]硫容为0.17gH2S/L吸收液，则每小时所需的吸收液总量LT为：LT=333334000(15/0.1/)350.590.17/1000/NmgNmgNmmglgm相应的液气比R=3333350.591000/87.65/4000mlmlNmNm2、设计内容及要求3.1设计说明书内容及要求(1)绪言设计在工业生产中的意义，选用喷旋塔的考虑(2)脱硫流程及设备要求流程示意图，流程简要说明(3)喷旋塔设计计算书A、喷射器的设计B、旋流板塔的设计3.2设计图纸(1)喷旋塔总装配图(2)喷射器装配图(3)旋流板塔装配图3.3结束语3.4参考文献3第一章含高硫气体的脱硫设备—喷旋塔设计说明书1.绪言自然界中存在大量硫酸盐，它们是地壳和生物体的组成部分，但在缺氧和还原性条件下，微生物能使其转化为2HS，除逸人大气外，也会转移到天然气、原油和煤等资源中。因而，这些资源的开采、加工和利用过程都存在脱除2HS的问题。例如，作为燃料或化工原料使用的天然气必须脱硫，否则会产生大量2SO污染大气，或给产品带人大量杂质，或使催化剂中毒失活；炼油工业的加氢脱硫和催化裂解过程产生大量含高浓度2HS的气体，需要脱硫；城市煤气生产过程中，煤中硫转化为2HS进入煤气，为保护环境和避免输送煤气的管道被腐蚀，煤气必须脱硫；某些化工反应过程，如合成氨、硫化染料、某些农药生产、碱法造纸、黏胶纤维和玻璃纸的生产等都产生大量含2HS气体，需要脱硫。当前合成氨的生产方法有（见图1）原料→制气→净化→精制→压缩→合成→氨回收→产品氨气体制气净化精制按压力分按反应回收方生产规原料方法方法方法atm器分法模t/d天然气蒸汽转化吸附甲烷化高压法轴向流动水洗回收大型炼气厂部分氧化吸收铜洗700～1000反应器冷凝回收1000液化石油气除尘干燥中压法中型液体原料220～320径向辐射流250石脑油低压法动反应器小型重油70～15010～100固体原料常压法焦炭按压缩机分煤往复压缩机涡轮压缩机图1合成氨的生产方法一览4由于原料中含硫，所以“制气”所得的粗合成气中含有H2S（因为粗合成气是在还原条件下制备的，所以不会是SO2）。如何经济、高效地脱除粗合成气中的H2S，这是所有化肥厂关心的问题。目前解决大气量、含高硫的气体的脱硫问题的有效方法之一是氨水吸收H2S。根据任务书给定的设计条件，相应的液比气为87.65/Nm3,而按常规设计，一般脱硫塔型的适宜液气比为（见表1）：表1不同塔型的适宜液气比实践证明，一支喷射器可以通过100～120m3/h溶液，能将气体中50～80%的H2S除去，而剩余的H2S再用高效的旋流板塔加以除净。所以我们决定采用喷旋塔。采用喷射器，还能对旋流板塔（或其他塔型）起到调节和分流溶液的作用，以保证后者阻力小、不液泛，能够发挥正常的脱硫作用。2.脱硫过程及设备喷旋塔适宜于用在氨水液相催化法或其他方法中脱除高硫，经泵加压到2～3kg/cm2（表压）的贫液，由专用管送入喷射器上的3～9个喷嘴，喷成射流的溶液以高度分散相在吸引室与含高硫的气体相遇，同时并流进入喉管和尾管，进行H2S的强化吸收过程。然后两者同入旋流板塔的下部，溶液借重力的作用与气体分离后，从塔底流至地下槽（富液槽）；气体在旋流板塔中由下而上经叶片间开孔穿过塔板，吸收液在塔中由上而下流动，首先落在旋流板的中心盲板上，击成细流后分配到各叶片，随即被从叶片之间上穿的气流喷成液滴，并随着旋转的气流借离心力作用甩向塔壁。液体沿塔壁螺旋地下流到环形集液槽，然后由溢流管导向下一块旋流板的中心盲板上。脱液后的气体由塔顶排出。液槽中的富液经富液泵送往再生装置。3．设计依据及工艺计算（1）粗合成气的组成：塔的类型填料塔喷射塔湍球塔旋流板塔适宜液气比，3/lNm8～1520～4010～1510～155气体成分H2N2COCO2O2CH4合计含量，%V421926110.71.3100（2）吨氨消耗定额：3600Nm3/tNH3(3)气体压力：罗茨鼓风机出口压力，4800mmH2O柱(4)气体温度：位置喷射器入口喷射器出口旋流板塔出口温度，℃383736（5）气体H2S含量：位置喷射器入口喷射器出口旋流板塔出口含量，g/Nm31560.1（6）脱硫溶液组成：溶液名称组成指标总氨含量，ml/l碳化度，C/A总含量,g/m3贫液10.6020富液10.65240(7)液体压力：喷射器入口，3～4kg/cm2(表压)（8）溶液温度：喷射器入口，32℃；旋流板塔入口，32℃4．原始数据计算（1）干粗合成气量V干的计算设日产氨33t，则每小时的V干为3333/3600/4950/24/tdVNmtNmhhd干设气体在进喷射器前的净化设备中，部分CO2和H2S被吸收，总体积减少1%左右，故取V干=4900Nm3/h（2）湿粗合成气量V湿的计算查《饱和水蒸气的蒸汽压表》[1]，得知温度t=38℃，蒸汽压P水=49.65mmH2O;并设气体在罗茨鼓风机后，进喷射器前的阻力降为200mmH2O,则349.65490049005132/480020076049.513.6VNmh湿6（式中13.6—1mmHg约等于13.6mmH2O）湿气组成如下：气体成分H2OH2N2COCO2O2CH4含量，%V4.5540.0918.1324.8210.500.671.24（3）实际操作气体量V操的计算32733876051324046/480020027376013.6Vmh操（4）气体平均分子量M的计算180.045520.4009280.1813280.2482440.1050320.0067160.0102418.68M第二章喷射器设计计算和说明喷射器喷射器有两种，一种普通型，一种聚焦型。两种喷射器的净化效率均可达到60～85%。今设计采用普通型喷射器，作分离体如图2。图中Gp—工作流的重量流量，kg/s；ωP—工作流的速度，m/s;GH—引射流的重量流量，kg/s；ωH—引射流的速度，m/s;α—收缩管的半角，度；E—自截面Ⅰ-Ⅰ至喉管始端的收缩管的边长，m；l—喉管长度，m;P22f混合流作用在分图2普通型喷射器的分离体图离体截面处的反作用力为P22f（正向），其中P2在截面Ⅱ-Ⅱ处混合流的压强，kg/m2，2f—该截面处的通道面积，m2；d喉喉管直径，m。基于动量和外力的分析，可得72f=242BBACA（1）式中：1H1PP-1.2APl混增（2）B=11pHpHGGgg（3）2()(21.032HkGpGCldg混喉）（4）故式（1）亦可写作2112114(1.2)2(1.2HHBBPPPlCfPPPl混增混增）（5）上述公式中（除图4中已有者外）：ηK—扩压管的扩压效率（在扩压管中的流体所能恢复成静压的这部分动能与其总动能之比）P增—喷射器的增压（尾管中背压P背减去喷射器入口处引射流的压强P1之差，即P增=P背-1)P，kg/m21P—喷射器入口处引射流的压强，kg/m21HP—在截面-处引射流的压强，kg/m2混—气液混合物的重度，kg/m31P—在截面-处工作流的速度，m/s1H—在截面-处环隙间引射流速度，m/sλ—管壁的摩擦系数其中1P-1HP表示引射流从喷射器入口至喷嘴截面处压强的损失，由于该段尺寸很小，可以忽略不计，也可用下式计算：1P-1HP=212g混混（混—在截面Ⅱ-Ⅱ处工作流的压强，kg/m2）由（5）可求出喉