设备计算与选型——孙景海(共9页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上3.3 设备计算及选型3.3.1 贫液冷却器的计算与选型根据工艺可知，进入脱硫塔之前的脱酸贫液要进行降温，选用低温水进行冷却。将脱酸贫液从T1=40冷却到T2=24，而低温水的进口温度为t1=16和出口温度为t2=24。该温度下流体物质特性见表3-1中。表3-1 流体物质特性黏度/Pas比热容/kJ/（kg）密度/（kg/m）低温水0.7210-34.187998.2脱硫贫液0.2410-34.187916.03.3.1.1 试算和初步选择换热器的规格首先，计算热负荷与低温水流量：此换热过程中无相变化，根据公式，Q=Wccpct1-t2=WhcphT1-T2式中 Q-

2、换热器的热负荷，kJ/h或w；W-流体的质量流量，kg/h或kg/s；cp-流体的平均定压比热容，kJ/(kgk)；T-热流体的温度，；t-冷流体的温度，；h,c-分别代表热流体和冷流体。换热器的热负荷：Q=WhcphT1-T2=25552.24.18740-24=.1w低温水的流量：Wc=Qcpc(t2-t1)=.136004.187103(24-16)=51104.4kg/h其次，计算两种流体的平均温度差。本次设计按单壳程、多管程计算。逆流时的平均温度差为：tm=t2-t1lnt2t1=40-24-(24-16)ln40-2424-16=11.5P=t2-t1T1-t1=24-1640-1

3、6=0.33R=T1-T2t2-t1=40-2424-16=2根据P和R两因数，从化工原理资料中温度差校正系数t值图（单壳程）中，可查得t=0.84。故，tm=ttm,=0.8411.5=9.66最后，初选换热器规格。根据两种流体的情况，假设传热系数K=500W/(m2)，所以传热面积S=QKtm=.15009.66=98.4m2因为Tm-tm=24+402-16+242=124000(湍流)设管壁粗糙度=0.11mm，/di=0.11/20=0.0055，由化工原理资料中-Re关系图中查得：=0.035，故p1=Ldu22=0.03560.02998.20.422=838.5Pap2=3u2

4、2=3998.20.422=239.6Pa则，管程压力降pi=（p1+p2）FtNp=838.5+239.61.42=3018.68Pa其次，壳程压力降核算：p0=（p1+p2）FsNs式中 p1,-流体横过管束的压力降，Pa；p2,-流体通过折流板缺口的压力降，Pa；Fs-壳程压力降的结垢校正因数，量纲为1，液体可取1.15；Ns-串联的壳程数，取Ns=1。p1 =Ff0ncNB+1u022p2 =NB(3.5-2hD)u022管子为正三角形排列，F=0.5。nc=1.19n=1.1923219取折流挡板间距h=0.14m。NB=Lh-1=60.14-142壳程流通面积A0=hD-ncd0=

5、0.140.6-190.025=0.0175m2壳程流体流速u0=VsA0=25552.236009160.0175=0.4m/s雷诺数Re0=d0u0=0.0250.49160.2410-3=38167500当Re0500时，f0=5.0Re0-0.228=5.038176-0.228=0.45所以p1 =0.50.451942+19160.422 =13470.7Pap2 =42(3.5-20.140.6)9160.422 =9335.9Pap0=（p1 +p2 ）FsNs=13470.7+9335.91.15=26227.6Pa计算表明，管程和壳程压力降都能满足题设要求。3.3.1.3

6、核算总传热系数首先，管程对流传热系数i：i=0.023diRei0.8Pri0.4以上已求出Rei=11091.1（湍流）普朗特数Pri=cp=4.1871030.7210-30.6=5.0所以 i=0.023diRei0.8Pri0.4 =0.0230.60.0211091.10.85.00.4 =2261.6w/（m2） 其次，壳程对流传热系数0：0=0.36dedeu00.55cp0.33w0.14取换热器列管之中心距t=32mm。则流体通过管间最大截面积为A=hD1-d0t=0.140.61-0.0250.032=0.0184m2u0=VsA=25552.236009160.0184=

7、0.42m/sde=4(t2-4d02)d0=4(0.0322-40.0252)0.025=0.027mRe0=deu0=0.0270.429160.2410-3=43281Pr0=cp=4.1871030.2410-30.12=8.4取w0.14=0.240.720.14=0.85。故0=0.360.120.027.558.40.330.850.14=980.8w/（m2）最后，总传热系数K0（管壁热阻忽略）：K0=110+Rs0+Rsi d0di+d0idi管内、外污垢热阻分别取Rsi=0.00019m2/w,Rs0=0.00017m2/w则K0=110+Rs0+Rsi d0di+d0id

8、i =11980.8+0.00017+0.00019 2520+.620=505.1w/（m2）由前面的计算可知，选用此型号的换热器时要求该过程的总传热系数是457.9w/(m2),在规定的流动条件下，计算出来的K0是505.1w/(m2)，安全系数是（505.1-457.9）/457.9100%10.3%，在10%25%之间，所以选择的换热器是合适的。3.3.2 脱硫塔设备计算在此脱硫塔中，焦炉煤气与脱酸贫液及浓氨水接触，在净化过程中，物系有显著腐蚀性，陶瓷材料具有耐腐蚀性、耐湿性强的特点，且价格便宜，所以选择以陶瓷拉西环为填料以乱堆方式充填的填料塔。3.3.2.1 填料塔塔径D的计算焦炉煤

9、气的质量流量：wvm=13333.322.4273.15273.15+2210.97=6043.029kg/h焦炉煤气的实际体积流量：wvv=13333.3273.15+22273.155+15000=12676.951m3/h焦炉煤气的密度：v=wvmwvv=6043.951=0.477kg/m3脱酸贫液的质量流量：wLm=25480.1kg/h脱酸贫液的体积流量：wLv=25480.1745223.29=79.634m3/h脱酸贫液的密度：L1=wLmwLv=25480.179.634=319.965kg/m3洗涤液的密度：L=L1+L22=319.965+602.8002=461.843

10、kg/m3式中的L2=602.800kg/m3为浓氨水的密度。那么wLwvmvL0.5=25480.1+72.16043.0290.8430.5=0.136根据横坐标值wLwvmvL0.5=0.136在埃克特通用关联图上作垂线与散装填料的泛点线相交，读取交点纵坐标数值为0.12，即umax2=vL0.2gL=0.12查陶瓷拉西环散装填料特性数据表可知50mm50mm4.5mm陶瓷拉西环（乱堆）的填料因子=220m-1；液相为脱酸贫液与浓氨水的混合物，所以液体密度校正系数为=H2O/L=998.2/461.843=2.16；液相的黏度L=1.1mPas。泛点气速为umax=0.035gLvL0.

11、2=0.0359.81461.2.160.4771.10.2=1.534m/s空塔气速由下面经验公式确定：uuF=0.50.8式中 uF-泛点气速，m/s；u-空塔气速，m/s。取空塔气速为泛点气速的80%，即u=0.8umax=0.81.534=1.227m/s则D=4VSu=412676.9513.1436001.227=1.910m圆整塔径D=2.0m。再计算空塔气速，即u=VS4D2=412676.9513.1436002.02=1.121m/s返点率uuF=1.1211.534100%70%因为塔径与填料尺寸50mm50mm4.5mm之比大于8。因此，由下式计算填料喷淋密度：Umin

12、=Lwmin式中 -填料的比表面积，m2/m3；Umin-最小喷淋密度，m3/(m2s)；（Lw）min-最小润湿速率，m3/(ms)。对填料尺寸不大于75mm的填料，取（Lw）min为0.08m3/(mh)，由资料查得陶瓷拉西环填料的=93m2/m3，那么Umin=Lwmin=0.0893=7.44m3/(m2h)操作条件下的喷淋密度为U=25552.2100042.02=8.318m3/(m2h)7.44m3/(m2h)经过上述核算，选用2.0m塔径的脱硫塔是符合要求的。3.3.2.2 脱硫段填料层高度及所需面积的计算对于吸收过程，我们常用传质单元数法计算填料层高度。该吸收过程主要是对H2

13、S、HCN进行吸收的过程，经计算可知H2S、HCN的体积分数为0.07，要求吸收率为A=97%，填料层的体积传热系数为KY=147Kmol/(mh)。则：其余气体的摩尔量nV=13333.322.4273.15273.15+221-0.07=512.3kmol/h所需液体量nL=25552.218=1419kmol/h塔截面积=4D2=3.1442.02=3.14m2H2S、HCN气体在液相中的平衡常数为K=2.261。脱吸因数S=KnVnL=2.261512.31419=0.816在液相吸收中X2=0，Y2*=0，Y1-Y2*Y2-Y2*=Y1Y1（1-A）=11-A则，气相总传热单元高度H

14、OG=nVKY=512.31473.14=1.1m气相总传热单元数 NOG=11-Sln1-SY1-Y2*Y2-Y2*+S =11-0.816ln（1-0.816）11-0.97+0.816 =10.5m 填料层高度Z=HOGNOG=1.110.5=11.5m填料层实际高度Z =Z1.3=1.311.5=14.95m对于陶瓷拉西环散装填料，允许最大的单段填料高度为hmax=4m，所以分四段填料，每段高度为3.8m，共15.2m高。由上述可知该填料的比表面积=93m2/m3，所以脱硫段的填料面积为：S=42.0215.293=4438.704m23.3.2.3 碱洗段填料高度及塔高的计算取与脱硫

15、段规格型号相同的填料及填料高度，即取1段3.8m高的50mm50mm4.5mm的陶瓷拉西环填料。则实际塔高为：H =15.2+3.8+1.2=20.2m支座选用裙式支座，1.8m3.3.2.4 单位高度填料层压降计算采用Eckert通用关联图方法。横坐标： wLwvmvL0.5=25480.1+72.16043.0290.8430.5=0.136纵坐标：2vL0.2gL=2max2max2vL0.2gL=1.22721.53420.12=0.077根据上述横坐标和纵坐标两数值在埃克特通用关联图中确定塔的操作点，该点位于P/Z=509.81Pa/m和P/Z=1009.81Pa/m两等压线之间。通

16、过内插法计算得每米填料层的压力降为809.81Pa/m，则P=809.8115.2=11928Pa即填料层的总压力降是11928Pa。3.3.3 脱硫塔底部出料管管径：出料量WS=25699.4kg/h，料液的性质和水相近，密度为916kg/m3。d=4VSu=425699.43.141.8式中VS=WS=25699.49163600=0.008m3/s在通常情况下，液体的流速范围在1.5m/s3.0m/s之间，所以选取u=1.8m/s。故d=4VSu=425699.43.141.8=0.076m选用=89mm3.5mm的无缝钢管，其内径为d=89-3.52=82mm=0.082m重新核算流速，即u=40.0083.140.0822=1.52m/s专心-专注-专业