天然氣脫硫塔的設(shè)計計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u327371緒論 4241622原料氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算 6144132.1摩爾質(zhì)量 6296392.2壓縮因子的計算 7312842.3臨界參數(shù) 9149932.4處理量 9158002.5平均密度 10271292.6粘度 10319402.7比熱容 11243882.8絕熱指數(shù) 1243442.9導(dǎo)熱系數(shù) 12118102.10原料氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總 14124783脫硫塔設(shè)計 1519973.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 1576703.2脫硫塔工藝計算 15207673.2.1脫硫塔的物料衡算 15282463.2.2脫硫塔的熱量衡算 19139383.3脫硫塔結(jié)構(gòu)設(shè)計 2275613.3.1塔板數(shù)的確定 2246483.3.2板間距和塔徑 22316213.3.3塔板結(jié)構(gòu)及板面布置 24149753.3.4塔板的流體力學(xué)性能校核 28262563.3.5塔板的負(fù)荷性能圖 31227403.4塔附件設(shè)計 33190263.4.1塔體主要接管尺寸 3320823.4.2除沫器 3427963.4.3封頭 3540953.4.4裙座 35296623.4.5人孔 3656514.5塔高計算 361緒論天然氣的用途十分廣泛但是主要的用途還是作為生活中的燃料，天然氣可以制造炭黑，還可以通過化學(xué)加工生產(chǎn)化學(xué)藥品，也可以通過化學(xué)反應(yīng)生成液化石油氣。天然氣還會產(chǎn)生丙烷和丁烷它們都是目前世界上非常重要的工業(yè)原料。國家和地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展需要天然氣作為支柱，為經(jīng)濟發(fā)展提供動力，帶動經(jīng)濟發(fā)展改善空氣質(zhì)量。天然氣具有無毒無害，因密度比空氣低，使得它散發(fā)后不與空氣混合，安全可靠，對環(huán)境污染小，供應(yīng)可靠，價格低廉，熱值高，這些都是天然氣自身優(yōu)越性質(zhì)帶來的優(yōu)點，下面我對于天然氣的優(yōu)點進行更細(xì)致的總結(jié)。天然氣對于人類社會的優(yōu)點：（1）污染低對環(huán)境破壞?。禾烊粴馐莾?yōu)質(zhì)潔凈能源，從組成成分上看，天然氣幾乎不含硫和其他有害物質(zhì)，在作為燃料時產(chǎn)生的二氧化碳相比于其他化石燃料要少很多所以在使用天然氣時所造成的溫室效應(yīng)就會變?nèi)?，所以能從自身的組成成分和使用排放上根本的改善燃料使用對地球的環(huán)境影響；（2）價格低廉經(jīng)濟優(yōu)勢：天然氣相比于其他能源，如煤炭在具有相同的熱值時天然氣的價格是相當(dāng)?shù)?，但是天然氣比煤炭更加的清潔環(huán)保，所以在相同價格是一定是優(yōu)先選擇使用天然氣的；（3）使用過程中安全：天然氣沒有氣味，也不會對人身體有毒害，密度輕于空氣在發(fā)散之后不易與空氣聚集形成爆炸，這使得天然氣在使用過程中相比于煤炭和煤氣就更加的安全；（4）能源利用率高使用高效：在發(fā)電利用過程中天然氣熱能的利用率非常的高，能夠達到55%，相比于原油和煤炭，天然氣的熱能利用率遠高于前二者，在工業(yè)中天然氣的使用更加的安全，不會對設(shè)備造成磨損和損害，對于生產(chǎn)機器是一種變相的保護，對于產(chǎn)品的保護也是有作用的，好的機器能夠產(chǎn)生更好的產(chǎn)品，使得產(chǎn)品的質(zhì)量也有所提高。天然氣是近幾十年來興起的能源，隨著科技的發(fā)展，它在人類生活中所占據(jù)的地位也越來越高，越來越重要。有專家預(yù)言天然氣會在21世紀(jì)中期取代石油作為能源使用的主流。天然氣儲量豐富也為世界各國的開采和使用提供了保障。但是天然氣在來自地下的儲集層時會含有H2S和水分，H2S是有毒氣體，這些組分在作為燃料或者在日常使用中造成的后果不堪設(shè)想：硫化氫腐蝕性極強，并且含有劇毒，而且這種氣體沒有顏色十分的難識別，H2S還能夠燃燒，一旦發(fā)生火災(zāi)H2S會燃燒生成SO2，SO2是有毒氣體會對人體和環(huán)境造成破壞，并且H2S的強腐蝕性對于化工管道和設(shè)備也會有很大的影響，影響公司生產(chǎn)。如果發(fā)生泄漏不僅對環(huán)境會造成影響對于社會的經(jīng)濟的發(fā)展和人體健康也有十分大的影響。（2）天然氣和水形成的水合物的形成會損害輸氣管道，從而阻塞管路，影響供給。綜上所述在我們使用和天然氣時一定要除掉有害組分，不然會對化工設(shè)備造成影響，對于人體的安全還有對于環(huán)境的保護方面都需要除掉天然氣，除了來源于含硫天然氣外，硫磺的另一來源主要礦物硫，硫磺不僅是生產(chǎn)三大強酸之一硫酸的主要原料，同時也是生產(chǎn)炸藥，合成磺類藥品，工業(yè)漂染消毒的主要原料。因此天然氣凈化后回收硫是十分必要的，減少成本提高經(jīng)濟收益。2原料氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算查相關(guān)資料[2,5]可知原料氣中各組分在0℃，101.325kPa下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2.1。2.1摩爾質(zhì)量由公式計算2.2壓縮因子的計算=0.01572=93.5265由及查圖2.1得多級因子τ=1K=0.89，=0.05，因此壓縮因子2.3臨界參數(shù)壓縮系數(shù)（=0.88，=0.05）。2.4處理量由pV=ZnRT得，然后得到（），=52370.7645m3/d=2182.1152m3/h=0.6061m3/s2.5平均密度由公式可得：2.6粘度2.7比熱容=1.5941kJ·m-3·K-1圖2.5真實氣體比熱容校正圖—101.325kPa下的定壓比熱容；—壓力下的定壓比熱容；1cal=4.1868J2.8絕熱指數(shù)=1.30342.9導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)況下的=25W·m-1·℃-1，由圖2.7得：=1.2，則：=30.0W·m-1·℃-1=25.36W·m-1·℃-1圖2.6天然氣分子量與導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)系為0.10MPa圖2.7氣體導(dǎo)熱系數(shù)和壓力修正值2.10原料氣基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯總3脫硫塔設(shè)計3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.2脫硫塔工藝計算3.2.1脫硫塔的物料衡算（1）脫硫塔進口原料氣各組分的流量由公式得：表3.1脫硫塔塔底進口天然氣各個組分組成組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾分率(%)質(zhì)量分率(%)CH43810.784061136.40890.27579.4023C2H6158.55234767.6663.7566.1921C3H844.45031960.1271.0532.5457C4H1013.8881807.2320.3291.0484C5H123.4193246.7030.0810.3204C6+0.084437.2620.00200.0094He0.97092.9280.02300.0038N211.3975262.2910.27000.3406H2S1.815261.8530.04300.0803CO2175.9447743.2974.16810.0568總計4221.30676995.77100.0000100.0000H2S吸收量：0.0430－0.0004=0.0426%兩者吸收率：28.02%，99.07%3.53(3)出塔組成為除上述脫除的則為出塔氣的流量，即：H2S：1.8152－1.7983=0.0169kmol/hCO2：175.944－49.2995=126.6445kmol/h表3.3脫硫塔出塔氣組成組分摩爾流量(kmol/h)質(zhì)量流量(kg/h)摩爾分率(%)質(zhì)量分率(%)CH43810.784061136.40891.383081.7796C2H6158.55234767.6683.80216.3775C3H844.45031960.1251.06592.6220C4H1013.8881807.2320.33301.0798C5H123.4193246.7060.08200.33000.00000.00000.00000.0000He0.97092.9280.02330.0039N211.3975262.2910.27330.3508H2S0.01690.5760.00040.0007CO2126.64455573.6243.03697.4556總計4170.12474757.56100100=24.2604m3/h=0.00674m3/s（5）3.2.2脫硫塔的熱量衡算（1）MDEA溶液的比熱容（2）對比壓力則塔頂氣的密度1.0cal/(mol·K)=1.0×4.1868=4.1868kJ/(kmol·K)=0.1869kJ/(m3·K)==0.1869＋1.5938=1.7807kJ·m-3·K-1（3）反應(yīng)熱MDEA與H2S，CO2反應(yīng)熱[8]分別為：1230kJ/kg；1425kJ/kg，因此脫硫過程中的總反應(yīng)熱為：1230×1.7983×34.076＋1425×49.2995×44.01=3.1671×106kJ/h3.3脫硫塔結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1塔板數(shù)的確定3.3.2板間距和塔徑⑴板間距取塔板間距HT為600mm。⑵塔徑的確定取板上液層高度hL=0.07m[7]。溶液的循環(huán)量：=24.2604m3/h=0.00674m3/s50%MDEA溶液的密度為8.68lb/gal=1040.0934kg/m3知（℉－32）×5/9=℃，1lb/gal=119.8264273kg/m3圖3.350%及100%MDEA溶液的密度34.950kg/m30.6061m3/s，則有：0.1502圖3.4塔的泛點關(guān)聯(lián)圖47.2333×10-3N/m＝47.2333mN/mm/s0.7×0.9562=0.6693m/s則塔經(jīng)：m圓整為1.1m。m23.3.3塔板結(jié)構(gòu)及板面布置3.3.3.1分塊式塔板取弓形板徑向距離（弧邊到塔壁）f=20mm。3.3.3.2液流形式3.3.3.3塔板板面布置圖3.5塔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖（1）受液區(qū)面積與降液區(qū)面積=降液管面積=0.4600m2。（2）安定區(qū)寬度出口安定區(qū)寬度。（3）支撐區(qū)。（4）塔板開孔區(qū)由公式得：式中；；。2.7588×2=5.5176m2⑸氣液接觸區(qū)3.3.3.4溢流裝置（1）溢流堰堰長堰長lw=1986mm。②堰高（2）降液管3.3.3.5浮閥塔的閥孔數(shù)及排列（1）閥孔直徑直徑=38mm。（2）閥孔數(shù)動能因子=9m/s·（kg/m3）1/2，可求閥孔氣速：閥孔數(shù)可求：（3）閥孔排列及開孔率由圖可知實際閥孔數(shù)為：320，閥孔氣速閥孔動能因子m/s·（kg/m3）1/2<12m/s·（kg/m3）1/2開孔率<40%滿足要求。3.3.4塔板的流體力學(xué)性能校核3.3.4.1塔板壓降（1）干板壓降由于，故（2）氣體通過泡沫層的壓力降0.5，則0.0325m3.3.4.2液沫夾帶圖3.7泛點負(fù)荷系統(tǒng)塔板的泛點率取64.5%。低于要求的80%，液沫夾帶量滿足<0.1kg液/kg氣的要求。3.3.4.3液泛液體流經(jīng)進口堰的壓力降：所以

取降液管中泡沫層的相對密度=0.5，則降液管內(nèi)充氣液層高度：<m塔板不會發(fā)生液泛。3.3.4.4漏液取閥孔動能因子=2m/s·（kg/m3）1/2，此時漏液點氣速：穩(wěn)定系數(shù)>2.0，滿足要求。3.3.5塔板的負(fù)荷性能圖3.3.5.1過量液沫夾帶線取泛點率=80%整理可得：3.3.5.2降液管液泛線時，將發(fā)生液泛。即：其中液體表面張力所造成的壓力降和液面落差可忽略。帶入整理得：3.3.5.3液相負(fù)荷上限線取=5s為液體在降液管中停留時間下限，其所對應(yīng)的則為液體最大負(fù)荷上限。由可得：3.3.5.4嚴(yán)重漏液線閥孔動能因數(shù)下限取5.0m/s·（kg/m3）1/2，對應(yīng)的閥孔氣速為漏點氣速即氣相負(fù)荷下限。3.3.5.5液相負(fù)荷下限線取堰上液頭高度=0.006m作為液相負(fù)荷下限條件，由公式：解得：=0.00082m3/s圖3.8塔板負(fù)荷性能圖由圖可知1.01m3/s,故塔板的操作彈性為：操作彈性=，滿足要求。3.4塔附件設(shè)計3.4.1塔體主要接管尺寸（1）氣體接管管徑已知氣相流量為=0.6061m3/s，取氣體在管內(nèi)流速=10m/s（2）液體接管直徑0.0756mm3/h=0.0048m3/s