分离工程天然气脱硫装置的工艺设计(共23页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计（论文）题目名称 天然气脱硫装置的工艺设计 课程名称 化工分离工程课程设计 学生姓名 学 号 学院 、专业 指导教师 2017年 12月10日目 录0007专心-专注-专业邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业2014级化学工程与工艺学生姓名李原朵学 号题目名称1160万/a天然气脱硫装置的工艺设计设计时间1112周课程名称化工分离工程课程编号设计地点化工教研室一、课程设计（论文）目的化工分离工程课程设计是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使学生掌握工程设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料，选用公式和数据，

2、用简洁文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。在设计过程中还应培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。为今后的毕业设计打下基础。二、已知技术参数和条件天然气的进气组成及其摩尔含量组分H2CH4C3H6N2CO2H2OH2S含量49.50%30.50%10.50%6.50%0.80%0.70%1.50%利用化学吸收法将天然气组分中的H2S、CO2吸收，由于天然气中被吸收的物质含量低，为保证最小喷淋宻度，吸收剂可循环进行吸收，饱和后吸收剂MDEA溶液通过换热器进行再生使用。三、任务和要求1、吸收塔的型式、填料选择及工艺设计计算。 2、物料衡算、热量衡算。3、画出吸

3、收塔的装配图。图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。4、设计计算说明书内容。5、绘制主要设备的装配图。 用A2图纸绘制主要设备装配图（图面应包括设备主视图、局部视图等，并配备明细表、管口表、技术性能表、技术要求等），要求采用CAD制图。第一章 概述1.1工业脱硫的方法及特点一般分为烟气脱硫和橡胶专业的脱硫。烟气脱硫除去烟气中的硫及化合物的过程，主要指烟气中的SO、SO2。以达到环境要求。 橡胶专业的脱硫devulcanizing 指采用不同加热方式并应用相应设备使废胶粉在再生剂参与下与硫键断裂获得具有类似生胶性能的化学物理降解过程。它是制造再生胶过程的一道主要工序。分为：水油法、油

4、法。主要相关脱硫技术：湿法脱硫、干法脱硫、生物脱硫等。1.2.湿法脱硫工段概述利用化学吸收法将干气组分中的H2S、CO2吸收，然后吸收剂MDEA溶液通过换热器进行加热通入再生塔解吸再生将H2S、CO2分离，气相组分从塔顶出去经过干压机二级压缩输送到等温加氢炉.第二章 设计依据2.1分离工程课程设计任务书1160万/a天然气脱硫装置的工艺设计2.2设计条件 表21干气的进气组成及其摩尔含量组分H2CH4C3H6N2CO2H2OH2S含量49.50%30.50%10.50%6.50%0.80%0.70%1.50%湿法脱硫： 2.3设计要求吸收后的干气中的硫化氢含量为1ppm(可近似等于0），二氧化

5、碳含量为0.第三章 工艺设计计算3.1吸收塔的物料衡算3.1.1气体流量计算 干气和吸收剂的进口温度为25，干气的进口压力为0.2MPa，则： 干气的摩尔流量为除去H2S与CO2，剩下的气体组分视为惰性气体，则：H2S的含量为： CO2的含量为： 3.1.2气相物性数据计算 干气的摩尔质量：则:干气的平均密度为惰性气体的摩尔质量：则惰性气体的平均密度为3.1.3液相物性数据计算查甲基二乙醇胺的物化常数1可得，25%MDEA的纯度为95%，密度为1.0223g/cm3。3.1.4吸收剂MEDA溶液用量的计算 由于MDEA对H2S有很高的选择性,能耗低、投资省、不易降解、腐蚀性小,故广泛应用于化工

6、厂、化肥厂、石油化工厂、炼油厂、天然气净化厂与油田气及煤气的脱硫、克劳斯硫磺回收原料气的提浓、斯科特(SCOT)法硫回收尾气的处理,及低热值气体的脱硫等过程,该过程是一个复杂的物理和化学吸收过程，主要为化学吸收。其主要反应式如下：得出理论上全部吸收H2S需要的MDEA的量： 得出理论上全部吸收CO2需要的MDEA的量： 则理论上消耗的MDEA的总量： 由于在实际吸收和解吸过程中存在吸收剂的损耗，则实际用量取理论用量的3倍,MDEA的摩尔质量为119.17，则： 以MDEA溶液为吸收剂，溶液的浓度一般控制在质量分数为15%-40%之间，过高过低都不利于H2S和CO2 很好的吸收，本次设计取浓度为

7、25%，同时考虑到MDEA的纯度为95%，则吸收剂的总的用量： 表31吸收塔物料衡算表进料出料组分kg/hKmol/h组分Kg/hKmol/hH2S59.661.7547000CO241.180.9358000惰性气体1430.19114.29惰性气体1430.19114.29液体8100.04液体8200.88总计9631.07总计9631.073.2吸收塔的热量衡算3.2.1设计条件查化工热力学3附表2有，气体的定压比热容计算式：；T的单位为K，T为（273+25=298K） 表32 气体的定压比热容计算相关数据物质参数适用温度（K）ABCDH2298-30003.2490.42200.0

8、8328.1105CH4298-15001.7029.081-2.164-1.29937.7821C3H6298-15001.63722.706-6.915-1.29972.6976N2298-20003.2800.59300.04028.8130CO2298-20005.4571.0450-1.15748.0308H2O298-20003.4701.45000.12132.6233H2S298-20003.9311.4900-0.23236.5600由于吸收塔是化学吸收反应过程，化学反应放出的热量被气相组分吸收，但由于吸收液吸收H2S、CO2产生的热量比较小，故本塔可以按恒温恒压进行热量衡算

9、。吸收塔塔底气相进口温度为25，塔顶吸收液进口温度为25，在吸收塔中MDEA与H2S、CO2反应放出的热量由惰性气体带走带走，吸收液塔底出口温度为25。吸收塔的物料组成见表3-2。3.2.2热量衡算3.2.2.1放热量计算此次吸收为化学吸收，故计算出放出的总热量 3.2.2.2吸热量计算热量损失按3%计算，则算出气相塔顶出口温度（温度基本不变）第四章 设备设计与选型4.1填料的选择 对于给定的设计条件，一般会有许多可选的填料类型。针对此次设计条件、综合技术、经济以及工艺要求各方面的因素，本次设计选择的填料类型为不锈钢金属丝网。不锈钢金属丝网填料材料细，比表面积大，空隙率大，排列规整，气流通过能

10、力大，压降小，液体能在网体或板面上形成稳定薄液层，使填料表面润湿率提高，从而提高传质效率。本次设计选用BX 500型不锈钢金属丝网填料。 表41 BX(500型)波纹填料性能和应用范围填料类型气体负荷F/m每块理论板压降/Pa(mmHg)每米填料理论板数操作压力/Pa(mbar)BX22.4400(0.3)5102105(11000)4.2 塔径的计算气相质量流量，密度则气相体积流量,液相质量流量，密度则液相体积流量取F= 圆整D=500mm4.3 填料层高度计算由于填料层高度的计算比较繁琐，所以一般计算都取生产厂的实际填料高度数据，再根据填料品种的不同和塔径的大小作相应的调整。吸收塔的填料层

11、高度为8米，分为两段每段4米，以焊接链接，即可满足工艺要求。4.4筒体壁厚选择 查化工设备机械基础5可得，16MnR，由于MDEA是碱性溶液，具有较强的腐蚀性，取腐蚀裕量C2=3mm。采用双面焊，局部无损伤，焊接头系数=0.85。筒体内的设计压力为0.2Mpa。 查化工设备机械基础可得，钢板偏差为C1=0.25mm，则，选取壁厚为4mm。4.5封头选择 根据化工工艺制图6附录三-1,选择封头DN4004,曲面高度100mm,直边高度25mm。参考标准JB/T4746-2002。4.6填料层压降的计算（1） 每米填料层的压强降查化工原理知500型（BX）每米填料理论板数为5，每米填料层的压强降为

12、200Pa/m（2） 全塔的填料层压强降 4.7填料塔附件的设计4.7.1液体分布装置一个理想的液体分布装置应该是液体分布均匀，自由截面大，操作弹性宽，不易堵塞，装置的部件可以通过人孔进行安装拆卸。根据塔径选择出最合适的液体分布装置，查塔设备设计7，本次设计选用筛孔盘式分布器。 筛孔盘式分布器由分布板及围环组成。板上的筛孔按正三角形或正方形排列，孔径310mm，小孔数按喷淋点数确定。根据气体负荷大小，在分布盘上安装升气管，升气管的直径大于15mm。对于400mm以下的小塔，可不设升气管。 液体由位于分布盘上方的中心管注入盘内，管口高于围环上缘50200mm。为维持盘上液面的稳定，中心管内的液体

13、流速不宜过高，对直径较大的塔须增设进液缓冲管。 塔的内经与分布器定位于外廓的间隙812mm。分布盘直径为Dr=（0.850.88）D。为了获得较好的初始喷淋，可采用上述大直径的分布盘，缺点是气体通道面积减小。为此，一方面由在分布板上加设升气管来补偿，另一方面使支腿底面低于分布盘底面，借此扩大环形通道的截面积。塔径大于600mm的塔，分布盘常设计成分块结构，一般分成23块。盘式分布器在安装时应注意保持盘面水平，否则将使液体喷洒不匀。本次设计塔径D=450mm，采用的筛孔盘式分布器不需设升气管、缓冲管。 4.7.2填料支承装置 支承装置是用来支承塔内填料及其所持有的液体质量，故支承装置要有足够的机

14、械强度。同时，为使气体及液体能顺利通过，支承装置的自由截面积应大于填料层的自由截面积，否则当气速增大时，填料塔的液泛将首先在支承装置处发生。栅板因结构简单、自由截面较大，金属耗用量少，而得到较普遍的应用。栅板用扁钢条和扁钢圈组成。本次设计选择栅板结构的填料支承装置。4.7.3液体再分布装置 考虑塔径和液体负荷量等因素，综合工艺条件、经济各方面的因素，本次设计选用简单的分配锥。4.8接管的计算4.8.1塔底气体进料口接管取流速u=15m/s，根据附表15-117,选用2199.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。核算管内实际流速4.8.2塔底液体出口管取流速u=1.5m/s，质量 根据化

15、工设备机械基础附表15-11,选用573.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。核算管内实际流速4.8.3塔顶液体进料口管取流速u=1.5m/s，质量根据化工设备机械基础附表15-11,选用573.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。核算管内实际流速4.8.4塔顶气体出口管取流速u=15m/s根据化工设备机械基础附表15-11,选用2199.5mm的不锈钢管，取接管长度为L=50mm。核算管内实际流速 4.8.5测压测温管根据实际经验选取管子规格为： 252mm，L=80mm不锈钢，采用内螺纹连接。4.8.6排污管根据实际经验选取管子规格为： 322.5mm，L=50mm不锈钢.

16、 图41板式平焊钢制管法兰(PL)表42 PN0.25DN400板式平焊钢制管法兰7公称直径/mm管子外径/mm法兰外径/mm螺栓孔中心圆直径/mm螺栓孔直径/mm螺栓孔数量n法兰厚度/mm法兰内径/mm塔底气体进口管20021932028018822222塔底液体出口管50571401101441659塔顶气体出口管20021932028018822222塔顶液体进口管505714011014416594.9 支座选取支座选用裙式支座。 设计总结此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关天然气脱硫装置的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所

17、在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。各学科的知识都是有联系的，要把学到的知识进行综合运用，这样才能更好地掌握这些知识。本次设计将工艺设计和设备设计相结合起来，让我们更好的了解到原料从加工到生成产品的全过程。各个单元分别独立设计，再把他们组合起来，形成一条完整的生产链。把一个复杂的整体，分成好多个简单的小块，让我们更好地了解到它们的具体分工。这也让我们学会遇到难题时，要把复杂问题简单化。这次课程设计终于顺利完成了，从中受益匪浅。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。只有不断的学习、实践，再学习、再实践，才会不断进步，不断超越自我。参考文献1甲基二乙醇胺的物化常数李正西 金陵石化南京炼油厂 南京 化工设计1996.09.062化学化工物性数据手册刘光启 马连湘 刘杰 主编3化工热力学第二版 朱自强 徐汛 合编4化工原理天津大学化工原理教研室 姚玉英 主编5化工设备机械基础第六版 刁玉玮 王立业 喻健良 编著6化工工艺制图周大军 揭嘉 主编7塔设备设计化工设备设计全书编辑委员会