年产10万吨合成氨脱硫工序填料塔初步设计1知识讲解.doc

年产10万吨合成氨脱硫工序填料塔初步设计1

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10万吨/年合成氨脱硫系统填料塔的初步设计
指导教师：邓 梅

2010级化工专业 学号 201013657 姓名 廖宇
摘 要
填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。经过步的计算得出这次设计的填料塔直径4m，高5.4m。
关键词：填料塔、设计、脱硫。

100000 tons / year synthetic ammonia desulfurization packed tower design
Instructs teacher: Deng Mei
2010levelofchemicalindustryspecializedstudent number 201013657 name liaoyu
Abstract
The tower is a tower equipment. The tower is filled properly high filler, with a two increase in fluid contact between the surface. For example used in gas absorption liquid from the upper part of the tower, through distributor into decline, along the surface of packing. Gas from the lower portion of the tower filler pore through the upstream, and the liquid in close contact and interaction. The structure is simple, maintenance is convenient. Widely used in gas absorption, distillation, extraction and other operations. After further calculated the design of the tower diameter 4m, high 5.4m.
Keywords: packed tower, desulfurization, design
目 录
摘 要 1
Abstract 2
1.1前言 4
1.2合成氨原料气净化的现状 4
2.1 改良ADA法脱硫 5
2.2基本原理 5
2.3改良ADA脱硫的反应原理 5
第二章 改良ADA法脱硫的计算 6
1.1基础物性数据 6
1.2物料衡算 6
1.3 填料吸收塔塔径计算 8
1.4填料高度计算 10
第三章 附 图 12
1.1填料塔设备图 12
1.2流程图 13
结 论 14
致 谢 14
参考文献 16
第一章 绪论
1.1 前言
合成氨原料气中的硫是以不同形式的硫化物存在的，其中大部分是以硫化氢形式存在的无机硫化物，还有少量的有机硫化物。具体来说作为原料气的半水煤气中都含有一定数量的硫化氢和有机硫化物(主要有羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等)，能导致甲醇、合成氨生产中催化剂中毒，增加液态溶剂的黏度，腐蚀、堵塞设备和管道,影响产品质量。硫化物对合成氨的生产是十分有害的，燃烧物和工业装置排放的气体进入大气，造成环境污染，危害人体健康。硫也是工业生产的一种重要原料。因此为了保持人们优良的生存环境和提高企业最终产品质量，对半水煤气进行脱硫回收是非常必要的。
1.2 合成氨原料气净化的现状
合成氨原料气(半水煤气)的净化就是清除原料气中对合成氨无用或有害的物质的过程，原料气的净化大致可以分为“热法净化”和“冷法净化”两种类型，原料气的净化有脱硫，脱碳，铜洗和甲烷化除杂质等，在此进行的气体净化主要是半水煤气的脱硫的净化。煤气的脱硫方法从总体上来分有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现在仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种方法，干法脱硫以氧化铁法和活性炭法应用较广，而湿法脱硫以砷碱法、ADA、改良ADA和栲胶法颇具代表性。
湿法脱硫可以处理含硫量高的煤气，脱硫剂是便于输送的液体物料，可以再生，且可以回收有价值的元素硫，从而构成一个连续脱硫循环系统。现在工艺上应用较多的湿法脱硫有氨水催化法、改良蒽醌二磺酸法（A.D.A法）及有机胺法。其中改良蒽醌二磺酸法的脱除效率高，应用更为广泛。改良ADA法相比以前合成氨生产中采用毒性很大的三氧化二砷脱硫，它彻底的消除了砷的危害。
基于此，在合成氨脱硫工艺的设计中我采用改良ADA法工艺。

2.1 改良ADA法脱硫
ADA法发展初期，由于析硫过程缓慢，生成硫代硫酸盐较多。后来发现溶液中添加偏钒钠后，使硫氧化速度大为提高，从而形成了现今改良ADA法。此法技术成熟、过程规范程度高、溶液性能稳定、技术经济指标较好。该方法还具有硫磺回收率高，回收的硫磺纯度高，溶液对人和生物无毒害作用，对碳钢无毒害作用，对碳钢无腐蚀作用。
2.2 基本原理
ADA是蒽醌（Anthraqinone Disulphoic Acid）的缩写。作为染料中它有几种主要的异构体。用汞作催化剂对蒽醌磺化时得到的产品为1.5和1.8异构体催化剂时得到2.6和2.7 异构体。
ADA异构体的脱硫活性顺序为2.7ADA﹥2.6ADA﹥1.5ADA﹥1.8ADA﹥单磺酸。
通常，市售的ADA为2.6和2.7的混合物夹杂有少量的α—恩醌酸磺酸盐及相应的氧化物等。
2.3 改良ADA脱硫的反应原理
（1） 碱性水溶液吸收H2S，式

（2） ADA和氧化HS-析出元素硫

（3） 还原态ADA（蒽氢醌）遇到氧生成蒽醌，同时产生双氧水。

（4） 双氧水将氧化成：

（5） 双氧水与HS- 反应：

（6） 当被处理气体中有CO2和HCN时产生如下副反应：

第二章 改良ADA法脱硫的计算
1.1 基础物性数据
1、生产能力：100000 t/a；年工作日：330日
2、进气组成（体积比）：
(1) 造气工段来半水煤气（干气%）：3277.33Nm3/tNH3 ，H2S：2.06g/Nm3
1.2 物料衡算
物料流量G0，m3/h

脱除量，G1 ，kg/h

溶液循环量，m3/h

式中 S──溶液硫容量，kg/m3,S取0.1kg(H2S)/m3

生成消耗的，，kg/h
取的生成率为脱除量的10%则

生成量，，g/h

式中──分子量
── 分子量
理论硫回收量，，g/h

式中── 硫的分子量。

理论硫回收率

生成消耗的纯碱量，，kg/h

式中 ── 碳酸钠的分子量

硫泡沫生产量，，m3/h

式中 S1 ── 硫泡沫中硫含量，kg/m3,此处取S1=30kg/m3

入熔硫釜膏量，

式中 ── 硫膏含硫量，此处取S2=30%

1.3 填料吸收塔塔径计算
利用泛点速度计算图
图中：——液泛速度，；
——液体质量流速，
——气体质量流速，
——气体密度，计算结果
——液体密度，，取
——重力加速度，，
——填料比表面积，，此处选用拉西环
——填料空隙率,%,
——溶液黏度，，此处取

查表得乱堆填料泛点线当横坐标为0.63时，纵坐标为0.035
即

查表得乱堆拉西环的填料因子
因为液体为碱性水溶液，故液体密度校正值

求出

如空塔气速为泛点气速的75％

带入式子求出塔径：

经过圆整后，塔径取D=4m，此时
操作条件下的喷淋密度为
核对满足
所以塔径D=4m

1.4 填料高度计算
吸收过程传质系数计算

式中 ——传质系数，；
——经验数，取 ；
——吸收塔操作气速，；

——溶液中 含量；
B——吸收过程液气比，

吸收过程平均推动力计算

式中 ——吸收塔入口气相分压，；

——吸收塔出口气相分压，；

——吸收塔入口压力，，
——吸收塔出口压力，

所需要的传质面积计算

填料高度的计算

考虑其安全系数取

经过圆整后，塔高取6m
Hp=6m,分成二段，每段为3m

第三章 附 图
1.1 填料塔设备图

1.2 流程图

结 论
本设计立足于生产实际，主要针对年产10万吨合成氨厂脱硫工序的填料塔进行初步设计，查阅了大量的文献资料和经验数据，结合所学的相关专业知识成的。在设计中，我以有限的生产实践经验为导向，经反复的计算，按照实际境况确定流程，从而进行了物料衡算和能量衡算，并且对该工艺中的板式干燥塔进行了计算。 通过对合成氨脱硫工段填料塔初步设计的设计，初步结果表明，由10万吨/年合成氨脱硫工段填料塔，年工作日：330日，进气组成（体积比）：( 造气工段来半水煤气干气%）：3277.33Nm3/tNH3 ，H2S：2.06g/Nm3等计算出该填料塔塔高5.4m、分两段，塔径4m，改良ADA法比较使用，所用材料可以循环使用，节约成本
总之，合成氨生产中脱硫工序的脱硫处理是非常的重要的，可以保证生产的正常运行，保证下段工序的正常利用，保证经济效益的重要工序。其中的任务是降低烟气中硫的含量。

致 谢
经过两周的设计工作，我们组终于坎坷完成了此次设计任务。我们参考了设计模版与大量资料，以确定工艺的选择与流程设计方案，计算与作图也是反复修改。在翻阅资料和设计过程中，大家携手合作，在讨论中共同学习，共同进步。
但是，由于时间与经验不足，我们在设备选型尺寸确定等方面的工作做的相对粗糙，结果不尽如人意，这一点我们也深感自责，真诚的恳请老师给予批评和指导，而今后我们会努力。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意。
最后，衷心地感谢辅导老师的辛勤工作，也感谢在设计过程中给过我们帮助的同学。

参考文献
化工工艺设计手册.国家医药管理局上海医药设计院.1986.
张浩勤.陆美娟主编.化工原理上下册（第二版） 北京：化学工业出版社，2006.
高安全.王迪.崔金海主编.化工设备机械基础（第一版） 北京：化学工业出版社，2007.
李国庭.黄文焕主编. 化工设计概论（第一版）北京：化学工业出版社，2008.
贺匡国主编.化工容器及设备的简明设计手册（第一版）化学工业出版社，2001.
梅静华.小合成氨厂技术设计手册 化学工业出版社 1998.
张浩勤.陆美娟主编.化工原理上下册 北京 化学工业出版社 2006.
高安全.王迪.崔金海主编.化工设备机械基础（第一版） 北京 化学工业出版社2007.

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