典型設(shè)備工藝設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、年處理 146 千萬立方米含硫廢氣典型設(shè)備工藝設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：谷雨不酸團(tuán)隊(duì)成員：蔣文靜余游雅隋緣廖振勝李財(cái)聰指導(dǎo)：陳喜蓉李敏江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目目 錄物料衡算1概述1物料衡算11.2.1 物料衡算原則11.2.2 物料衡算結(jié)果2火電廠廢氣處理工藝總流程圖2第一章1.11.21.31.3.11.3.21.3.3煙氣脫硝工段2換熱工程段3煙氣脫硫工段5第二章2.12.2能量衡算7能量衡算原則7能量衡算結(jié)果72.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.62.2.72.2.82.2.9煙氣進(jìn)口熱交換器EXCHANGE8煙氣加熱器 HEAT9脫硝

2、反應(yīng)器REACTOR9煙氣分流器FSPLIT210煙氣冷卻換熱器EXCHANG210氨氣進(jìn)口換熱器EXCHANG311煙氣混合器MIXER12脫硫吸收塔RAD12塔底漿料分離器 FSPLITER132.2.10 后處理13工藝熱集成15概述15換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)任務(wù)153.2.1 工藝流程153.2.2 熱量目標(biāo)16換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)17第三章3.13.23.33.3.1 熱量利用最合理換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)17第四章4.14.24.3換熱器的設(shè)計(jì)與選型19選型依據(jù)19換熱器類型19設(shè)計(jì)示例204.3.1 流程安排204.3.2 確定物性數(shù)據(jù)204.3.3 aspen 模擬初步設(shè)計(jì)換熱器214.3.4 換熱器大師設(shè)

3、計(jì)校核244.3.5 換熱器結(jié)果匯總表25換熱器設(shè)備一覽表27吸收塔的設(shè)計(jì)28概述28設(shè)計(jì)參考284.4第五章5.15.2江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目5.35.45.5輔助軟件28設(shè)計(jì)條件29設(shè)計(jì)參數(shù)305.5.1 吸收塔計(jì)計(jì)算模擬示例305.5.2 吸收塔校核及規(guī)格設(shè)置305.6第六章6.16.26.36.4塔設(shè)備一覽表35泵的選型41概述41泵的選型原則41泵的選型依據(jù)42具體泵的選型436.4.1 泵選型方法436.4.2 泵計(jì)算選型一例43泵設(shè)備一覽表45反應(yīng)器設(shè)計(jì)47概述47反應(yīng)器計(jì)算設(shè)計(jì)示例477.2.1 催化劑的填充量477.2.2 計(jì)算催化劑床層體積

4、，直徑及高度47反應(yīng)器高度486.8第七章7.17.27.37.4 軟件輔助設(shè)計(jì)487.5 反應(yīng)器設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果50第八章 儲(chǔ)罐的選型518.18.28.38.4概述51選型示例51設(shè)備選型結(jié)果52儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)一覽表52附錄54江西理工大學(xué) 年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目第一章物料衡算1.1 概述化工過程的物料衡算和能量衡算，是利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過程單元及化工過程單元系統(tǒng)的物料平衡與能量平衡進(jìn)行定量的計(jì)算。通過計(jì)算，從中找出主副的生成量，確定原材料的消耗定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞的速度。從而為確定最佳操作條件、設(shè)備選型以及設(shè)備的確

5、定、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1.2 物料衡算1.2.1 物料衡算原則化學(xué)工程的開發(fā)與放大都以物料衡算為基礎(chǔ)。而物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。對(duì)于任一化工過程單元或過程單元系統(tǒng)，不論是物理過程還是化學(xué)過程，也不論是總過程還是單元過程，均服從質(zhì)量守恒定律。對(duì)于一般的體系而言，物料分布均可表示為：（Fi-Fo)+(Dp-Dr)=W(1-1)即物料平衡方程（1-1）既可對(duì)總物料，也可對(duì)其中任一組分或元素列出。該式在下列情況下可簡化：連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作過程FiFo+DpDr=0連續(xù)穩(wěn)態(tài)無化學(xué)反應(yīng)操作過程FiFo=0間歇操作過程DpDr=WFiFo+ DpDr=W半間歇過程對(duì)于沒有化學(xué)反應(yīng)的過程，

6、一般只列寫各組分的衡算方程，只有涉及化學(xué)反應(yīng)時(shí)，才列出各元素的衡算方程。1在過程單元內(nèi)累積的物料量W在過程單元內(nèi)消耗的物料量Dr在過程單元內(nèi)生成的物料量Dp流出過程單元的物料量Fo進(jìn)入過程單元的物料量Fi江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目1.2.2 物料衡算結(jié)果我們利用 ASPEN PLUS(Advanced System for Process Engineering Plus,先進(jìn)過程工程系統(tǒng)流程)模擬軟件對(duì)火電廠原料煙氣脫硝工段，煙氣換熱工段，煙氣脫硫等工段進(jìn)行模擬來實(shí)現(xiàn)物料衡算。1.3 火電廠廢氣處理工藝總流程圖詳圖見總流程模擬源文件圖 1. 1 煙氣脫硝脫硫流程

7、圖1.3.1 煙氣脫硝工段原料煙氣經(jīng)過加熱器換熱達(dá)到反應(yīng)所需溫度后，與輔助原料氨氣，空氣在入口混合通入反應(yīng)器中反應(yīng)，出口原料氣通入下一個(gè)工段。圖 1. 3 煙氣脫硝裝置2江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目表 1- 1 煙氣脫硝物料流股信息1.3.2 換熱工程段原料煙氣從火電廠輸送過來溫度只有 120140，煙氣脫硝反應(yīng)溫度需要300以上，煙氣脫硫反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度為 6080。需要通過換熱網(wǎng)絡(luò)對(duì)原料氣進(jìn)行換熱處理。30125-1Temperature C125230300240Pressurebar10.110.110.110Vapor Frac1111Mole Flow

8、kmol/hr10118.4410118.4410118.44100.551Mass Flowkg/hr4457714457714457711835Volume Flow cum/hr32467.5141514.1147469.52423.327EnthalpyGcal/hr-933.21-922.111-914.303-0.815Mass Flowkg/hrSO22671267126710(NH4)2SO40000(NH4)2SO30000NO1000100010000NO22100210021000WATER0000NH30001573O2000262N20000CO24400004400

9、004400000江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目表 1-2煙氣換熱裝置流程圖43-13-44-24-1566-1Temperature C302.2302.2191.6251.2110.115.015.085.0Pressurebar10.110.110.110.110.110.00.80.8Vapor Frac111110.300MoleFlowkmol/hr9238.01026.49238.01026.49238.0100.66105.96105.9Mass Flowkg/hr402845.444760.6402845.444760.6402845.41835.0

10、110000110000Volume Flow cum/hr43505.44833.934891.54394.328443.961.6110.1113.6EnthalpyGcal/hr-830.6-92.3-841.7-92.9-849.3-1.4-418.2-410.5Mass Flow kg/hrSO22403.9267.12403.9267.12403.9000(NH4)2SO400000000(NH4)2SO300000000NO18.02.018.02.018.0000NO237.84.237.84.237.8000江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目1.3.3

11、煙氣脫硫工段經(jīng)過脫硝反應(yīng)的原料煙氣冷卻到 120后通入吸收塔，吸收塔底部漿液經(jīng)過分離器，一部分打回吸收塔進(jìn)行循環(huán)，一部分輸送到后處理工段。圖 1. 3 煙氣脫硫裝置表 1-2 煙氣脫硫物料流股信息54-377-17-28910Temperature C124.843.643.643.6404029Pressurebar10.11.011.011.011.011.021.01Vapor Frac1000011WATER2244.9249.42244.9249.42244.90.0110000110000NH30.90.10.90.10.9157300O20.70.10.70.10.726200N

12、22139.2237.72139.2237.72139.20.000CO239600044000396000440003960000.000江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目6Mole Flowkmol/hr10264.43198.52196.1442.376444.067176.15410568.29Mass Flowkg/hr4476067630.7727539.43491.34280003000451023.1Volume Flow cum/hr32910.568.4618.3590.1018.0624467.697261586.5EnthalpyGcal/hr-9

13、42.207-11.176-11.042-0.134-30.215-1.903-963.33Mass Flowkg/hrSO226716.7626.6810.0810093.202(NH4)2SO40000000(NH4)2SO304661.1524605.3655.796000NO200000020NO2420.2830.2790.0030041.722WATER2494.352774.2872741.0833.209800007041.742NH30.995000030001634.002O20.73000000.73N22376.9260.0490.0480.001002376.877C

14、O2440000188.239185.9862.25300439814.8江西理工大學(xué) 年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目第二章能量衡算為了保持生產(chǎn)能夠在適宜的工藝條件下進(jìn)行，必須掌握物料帶入或帶出體系的熱量的分布，熱量的供給速率和放熱速率，并且熱量衡算可為提高熱量利用率，為降低能耗提供依據(jù)。為此，我們對(duì)各生產(chǎn)體系進(jìn)行了熱量衡算。2.1 能量衡算原則工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算書的編制。熱量衡算的文字表達(dá)式為：進(jìn)入設(shè)備熱量的總和=輸出設(shè)備熱量的總和+損失熱量的總和對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)：Q+W=Hout-Hin其中Q熱備的熱負(fù)荷。W

15、輸入系統(tǒng)的機(jī)械能。Hout離開設(shè)備的各物料焓之和。Hin進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。在進(jìn)行全廠的能量衡算時(shí)，是以單元設(shè)備為基本，考慮由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)和單純的物理變化帶來的熱量變化。最終對(duì)全廠工藝進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。2.2 能量衡算結(jié)果工藝流程模擬中涉及的每一個(gè)設(shè)備都進(jìn)行了模擬，塊名稱對(duì)應(yīng)，結(jié)果如下。7江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目2.2.1煙氣進(jìn)口熱交換器 EXCHANGE圖 2- 1 換熱器熱負(fù)荷圖 2- 2換熱器能量平衡圖8江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目2.2.2煙氣加熱器 HEAT圖 2-3加熱器熱

16、負(fù)荷圖圖 2-4 能量平衡圖2.2.3脫硝反應(yīng)器 REACTOR圖 2-5 反應(yīng)器熱負(fù)荷9江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目圖 2-6 反應(yīng)器能量平衡圖2.2.4 煙氣分流器 FSPLIT2圖 2-7 煙氣分流器能量平衡圖2.2.5煙氣冷卻換熱器 EXCHANG2圖 2-8 換熱器 2 熱負(fù)荷圖10江西理工大學(xué) 年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目圖 2-9 換熱器 2 能量平衡圖2.2.6氨氣進(jìn)口換熱器 EXCHANG3圖 2-10 換熱器 3 熱負(fù)荷圖圖 2-11 換熱器 3 能量平衡圖11江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目2.2.7煙氣

17、混合器 MIXER圖 2-12 混合器能量平衡圖2.2.8脫硫吸收塔 RAD圖 2-13吸收塔熱負(fù)荷圖圖 2-14 吸收塔能量平衡圖12江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目2.2.9 塔底漿料分離器 FSPLITER圖 2- 15分離器能量平衡圖2.2.10 后處理1.氧化反應(yīng)器圖 2-16反應(yīng)器熱負(fù)荷圖圖 2-17反應(yīng)器能量平衡圖2.過濾器13江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目圖 2-18過濾器熱負(fù)荷圖圖 2-19過濾器能量平衡圖14江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目第三章工藝熱集成3.1 概述對(duì)于本項(xiàng)目工藝流程中，我們通過換熱

18、流程的設(shè)計(jì)和換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，盡可能的進(jìn)行內(nèi)部熱量的集成和最大化利用，以減少損失。在設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用之間尋找平衡點(diǎn)。為此，我們利用 ASPENTECH 公司的ASPENENERGYANALYZER 進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝，最大限度的降低成本，節(jié)約能耗。3.2 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)任務(wù)3.2.1工藝流程圖 3-1未優(yōu)化的工藝流程圖 3-2優(yōu)化后工藝流程15江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目表 3-1 工藝各流股信息3.2.2熱量目標(biāo)圖 3- 3溫焓圖圖 3-4 總組合曲線時(shí)間總費(fèi)用與 DTmin 的曲線圖：16江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米

19、含硫廢氣化利用項(xiàng)目3.3 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，對(duì)于全廠的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，主要是為了減少換熱面和投資費(fèi)用，同時(shí)考慮工廠實(shí)際的裝置布置，設(shè)計(jì)出了實(shí)際又的換熱網(wǎng)絡(luò)。查看 AspenEnergyAnalyser 給出的夾點(diǎn)，即給出的 PINCH 點(diǎn)。根據(jù)換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則：夾點(diǎn)上不設(shè)置公用工程冷卻器，夾點(diǎn)下不設(shè)置公用工程加熱器，在溫度區(qū)間進(jìn)行匹配，原則上不夾點(diǎn)傳熱。3.3.1 熱量利用最合理換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)圖 3- 5設(shè)計(jì)的換熱網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過設(shè)計(jì)后可以得到有物流間換熱的換熱網(wǎng)絡(luò)。17江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目圖 3- 6 換熱面積最小的換熱網(wǎng)絡(luò)18江西理工大學(xué)年處理 1

20、46 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目第四章?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)與選型4.1 選型依據(jù)容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程1990-5-9鋼制容器GB150-1998管殼式換熱器GB151-2014浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數(shù)JB/T47149立式熱虹吸式重沸器型式與基本參數(shù)JB/T471692U 形管式換熱器型式與基本參數(shù)JB/T471792管殼式換熱器用金屬包墊片JB/T471892管殼式換熱器用纏繞墊片JB/T471992管殼式換熱器用非金屬墊片JB/T47209220092002化工設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版華東理工大學(xué)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)錢頌文主編化學(xué)工業(yè)4.2換熱器類型按照換熱的方式和原理不同，換熱設(shè)備分為直接式、蓄熱式

21、和間壁式。間壁式換熱器又分為夾套式、管式、管殼式和板式。根據(jù)工藝流體溫度等性質(zhì)特點(diǎn)，我們選擇管殼式換熱器，管殼式換熱器主要有以下主要形式：A、固定管板式換熱器當(dāng)冷熱流體溫差不大時(shí)，可采用固定管板式換熱器，即兩塊管板和殼體是連在一起的。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但由于殼程不易或檢修，殼程必須走潔凈且不易結(jié)垢的流體。當(dāng)兩流體溫差較大時(shí)，可采用具有膨脹節(jié)的殼體。但是不宜用于兩流體溫差過大（一般要100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。3.被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。初步設(shè)定選取浮頭式換熱器4.3.2 確定物性數(shù)據(jù)（1）定性溫度管程流體定性溫度T1 =（t1

22、+ t2）/2 = （15+85）/2=5020江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目殼程流體定性溫度T1 =（t3 + t4）/2 = （190+110）/2=150.（2）根據(jù)純物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)軟件以及相關(guān)資料后得到如下數(shù)據(jù)表 4-1殼程流體及管程流體的物性3）估算傳熱面積從 ASPEN 換熱器模擬中讀得：傳熱量 Q=8950369W對(duì)數(shù)平均溫差DT =（t 2 - t3）-（t1 - t 4）=（190 - 85）（- 110 -15）= 89.744 （t 2 - t3）（190 - 85）lnln（t1 - t 4）（110 -15）溫度較正：P = t 2 - t18

23、5 -15= 0.4T1 - t1190 -15R = T1 - T2= 190 -110 = 1.143t 2 - t185 -15查表得：=0.9=0.90.8，所以單殼程較為合適。Dtm = DTy = 89.7440.9 = 80.774.3.3 aspen 模擬初步設(shè)計(jì)換熱器冷流輸入信息21物流密度（kg/m3）黏度（Pa.s）導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m.K)）比熱容（kJ/(kg.)）冷卻水（50）988.10.0005490.6484.174熱流（150）8.80.0000190.0360.985江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目熱流輸入信息換熱器設(shè)計(jì)條件換熱器初步

24、設(shè)計(jì)結(jié)果22江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目物流結(jié)果23江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目4.3.4 換熱器大師設(shè)計(jì)校核利用換熱器大師校核得24熱流體進(jìn)熱流體出冷卻水進(jìn)冷卻水出TemperatureC191109.51585Pressurebar10.110.10.80.8VaporFrac1100MoleFlowkmol/hr9237.999237.996105.9286105.928MassFlowkg/hr402845.4402845.4110000110000VolumeFlowcum/hr34851.2828400.58110.08711

25、3.583EnthalpyG cal/hr-841.699-849.395-418.205-410.509MassFlow kg/hrSO22403.92403.900NO181800NO237.837.800WATER2244.9152244.915110000110000NH30.8950.89500O20.6570.65700N22139.2332139.23300CO239600039600000江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目4.3.5換熱器結(jié)果匯總表25換熱器主和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率（kg/h）110000402845溫度/15（85）190（110）定

26、性溫度/50150物性設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)密度/(kg/m)988.18.8定壓比熱容/kJ/(kg/)4.1740.973黏度/Pa.s0.0005490.000019熱導(dǎo)率/W/m0.6480.036普朗特?cái)?shù)3.540.52設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)殼體內(nèi)徑/mm1000殼程數(shù)1筒體壁厚/mm6江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目26前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算江西理工大學(xué)谷雨不酸戰(zhàn)隊(duì)計(jì)算所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)GB 150.3-2011計(jì)算條件橢圓封頭簡圖計(jì)算Pc0.50MPa設(shè)計(jì)溫度 t C內(nèi)徑 Di1000.00mm曲面深度 hi100.00mm材料Q345R設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st189.00MPa試驗(yàn)溫

27、度許用應(yīng)力 s189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C10.00mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) f0.85主要計(jì)算結(jié)果管徑/mm25臺(tái)數(shù)1管長/mm6000管心距/mm32管數(shù)目/根588管子排列正方形傳熱面積/273折流板數(shù)/個(gè)11管程數(shù)2折流板間距/mm490管板厚度4管 程殼 程材 質(zhì)低碳鋼流速/(m/s)0.212.7表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/()6976.791259.2污垢熱阻/(/W)3.4410-41.719710-4阻力/pa56017147熱流量/KW4463.9傳熱溫差/K80.61裕度/%12.9江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目4.4 換熱器設(shè)備一覽

28、表27位號(hào)名稱型號(hào)型式數(shù)量E0301A換熱器BEM1000-1.0-273-6/25-2 I臥式1E0301B/C換熱器BEM1200-1.0-325-6/25-2 I臥式2E0301D換熱器BEM800-1.6-206-6/25-2 I臥式1E0301E換熱器BEM700-1.0-154-4.5/25-2 I臥式1F0301加熱器BEM450-1.0-113-3/25-2 I臥式1管箱法蘭復(fù)核計(jì)算江西理工大學(xué)谷雨不酸戰(zhàn)隊(duì)設(shè) 計(jì) 條 件簡圖設(shè)計(jì)p1.00MPa計(jì)算pc0.500MPa設(shè)計(jì)溫度 t25.0 C軸向外載荷 F0.0N外力矩 M0.0N mm殼體材料名稱Q345R許用應(yīng)力 stn18

29、9.0MPa法蘭材料名稱16Mn許用應(yīng)力sf178.0MPastf178.0MPa螺栓材料名稱35許用應(yīng)力sb118.0MPastb117.2MPa公稱直徑 d B27.0mm螺栓根徑 d 123.8mm數(shù)量 n24個(gè)江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目第五章吸收塔的設(shè)計(jì)5.1 概述脫硫吸收塔是本處理工藝的部分，脫硫吸收塔起著脫除二氧化硫等廢氣，使尾氣排放達(dá)標(biāo)的的作用。一個(gè)設(shè)計(jì)上完整的工藝吸收塔包含了塔頂除霧器，塔底漿化段，這些由于在 Aspen 模擬中較難在塔模塊中結(jié)合，故在此進(jìn)行分塊模擬。本次工藝模擬的吸收塔只有含硫廢氣的吸收，而沒有粗的氧化段。初次模擬為了簡化模擬過程

30、，還進(jìn)行了以下假設(shè)：1. 不考慮與氮?dú)獾挠绊?. 不考慮固體和鹽析在初次模擬的基礎(chǔ)上，我們加入與氮?dú)?，?duì)塔徑和具體實(shí)際的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬，基本證明了工藝的可行。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)料量，操作溫度，等工藝參數(shù)的優(yōu)化篩選。得到在我們的工藝條件下較為合理，的吸收塔。5.2 設(shè)計(jì)參考參考各種版本的化工原理課程設(shè)計(jì)教科書，以及：化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)第四版，（上，下冊(cè)）化學(xué)工業(yè)化工設(shè)計(jì)第二版，化學(xué)工業(yè)化工過程設(shè)計(jì)，西北工業(yè)大學(xué)等設(shè)計(jì)輔助書籍進(jìn)行塔設(shè)備的設(shè)計(jì)與校核。5.3 輔助軟件在設(shè)計(jì)軟件上，使用 Aspen 對(duì)吸收塔模擬來對(duì)設(shè)計(jì)提供參考。吸收過程與精餾過程一樣使用 RADFRAC 模塊進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定上與精餾塔

31、28江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目不同的是吸收塔沒有塔頂冷凝器和塔底再沸器。本次工藝與一般吸收塔又有很大的不同，在于本次吸收塔中的吸收過程是化學(xué)過程而不是物理過程，在模擬時(shí)需要添加化學(xué)反應(yīng)。5.4 設(shè)計(jì)條件原料：脫硝后煙氣要求：294-3TemperatureC124.8Pressurebar10.1Vapor Frac1Mole Flowkmol/hr10264.43Mass Flowkg/hr447606Volume Flow cum/hr32910.56EnthalpyGcal/hr-942.207Mass Flowkg/hrSO22671(NH4)2SO30N

32、O20NO242WATER2494.35NH30.995O20.73設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)溫度塔內(nèi)介質(zhì)進(jìn)塔原料設(shè)計(jì)要求10bar60原料氣，氨氣，吸收液見下表出口 SO2 含量4%江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目進(jìn)料物流信息5.5 設(shè)計(jì)參數(shù)5.5.1吸收塔計(jì)計(jì)算模擬示例圖 5.1 初步模擬結(jié)果5.5.2吸收塔校核及規(guī)格設(shè)置一、吸收塔操作條件設(shè)置30N22376.926CO2440000江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目圖 5.2 塔操作條件設(shè)置二、設(shè)計(jì)（Tray Sizing）31江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目由于噴淋漿液亞硫酸銨對(duì)金屬

33、具有腐蝕性，所以使用材質(zhì)的填料。圖 5.3 設(shè)計(jì)參數(shù)圖 5.4設(shè)計(jì)結(jié)果三、塔板核算（Pack Rating）32江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目四、核算結(jié)果（Pack Result）33江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目物流信息表344-377-17-28910Temperature C124.843.643.643.6404029Pressurebar10.11.011.011.011.011.021.01Vapor Frac1000011Mole Flowkmol/hr10264.43198.52196.1442.376444.067176.1

34、5410568.29Mass Flowkg/hr4476067630.7727539.43491.34280003000451023.1Volume Flowcum/hr32910.568.4618.3590.1018.0624467.697261586.5EnthalpyGcal/hr-942.207-11.176-11.042-0.134-30.215-1.903-963.33Mass Flowkg/hrSO226716.7626.6810.0810093.202(NH4)2SO304661.1524605.3655.796000NO200000020NO2420.2830.2790.00

35、30041.722WATER2494.352774.2872741.0833.209800007041.742NH30.995000030001634.002O20.73000000.73N22376.9260.0490.0480.001002376.877CO2440000188.239185.9862.25300439814.8江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目5.6 塔設(shè)備一覽表為減少單塔負(fù)擔(dān)，把 5.9m 的塔建成并聯(lián)雙塔吸收塔計(jì)算結(jié)果35塔 設(shè) 備 校 核計(jì)算江西理工大學(xué)谷雨不酸戰(zhàn)隊(duì)計(jì)算條件塔型填料容器分段數(shù)（不 包括裙 座）1試驗(yàn)類型封頭上封頭下封頭材料名稱Q

36、345RQ345R名義厚度(mm)1212腐蝕裕量(mm)22焊接接頭系數(shù)0.850.85封頭形狀橢圓形橢圓形圓筒設(shè)計(jì)(Mpa)設(shè)計(jì)溫度()長度(mm)名義厚度(mm)內(nèi)徑/外徑(mm)材料名稱(即鋼號(hào))10.52006000142500Q345R裙 座編號(hào)名稱類型塔體內(nèi)徑mm塔體高度mm設(shè)計(jì)/MPa封頭形式設(shè)計(jì)溫度材料保溫層保護(hù)層T0501脫硫吸收塔1填料420099000.1橢圓封頭60Q345R巖棉不銹鋼薄板T0501脫硫吸收塔2填料420099000.1橢圓封頭60Q345R巖棉不銹鋼薄板江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目36裙座結(jié)構(gòu)形式圓筒形裙座底部截面內(nèi)徑mm

37、6000裙座與殼體連接形式裙座高度mm0裙座材料名稱Q345R裙座設(shè)計(jì)溫度180裙座腐蝕裕量mm2裙座名義厚度mm12裙座材料許用應(yīng)力MPa189裙座與筒體連接段的材料裙座與筒體連接段在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力MPa裙座與筒體連接段長度mm裙座上同一高度處較大孔 個(gè)數(shù)2裙座較大孔中心高度mm2500裙座上較大孔引出管內(nèi)徑（或?qū)?度）mm700裙 座 上 較 大 孔 引 出 管厚度m m0裙座上較大孔引出管長度mm600地腳螺栓及地腳螺栓座地腳螺栓材料名稱Q345地 腳 螺 栓 材 料 許 用 應(yīng)力MPa170地腳螺栓個(gè)數(shù)32地腳螺栓公稱直徑mm56全部筋板塊數(shù)64相 鄰 筋 板 最 大 外 側(cè) 間距

38、mm451.948筋板內(nèi)側(cè)間距mm110筋板厚度mm22筋板寬度mm160蓋板類型整塊蓋 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直m75江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目37徑m蓋板厚度mm30蓋板寬度mm0墊板有墊 板 上 地 腳 螺 栓 孔 直徑mm59墊板厚度mm22墊板寬度mm110基礎(chǔ)環(huán)板外徑mm6252基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)徑mm5772基礎(chǔ)環(huán)板名義厚度mm5注：基礎(chǔ)環(huán)厚度不得小于 16 毫米江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目38風(fēng) 載 及載 荷00AA裙座與筒體連接段11(筒體)11(下封頭)2233操作質(zhì)量m0 = m01 + m02 + m03 + m0

39、4 + m05 + ma + me6489.51051.966489.56489.5最小質(zhì)量 m0 = m01 + 0.2m02 + m03 + m04 + ma + me6489.51051.966489.56489.5試驗(yàn)時(shí)質(zhì)量35941.930504.46489.56489.5風(fēng)彎矩 M I -I = P l / 2 + P( l + l/ 2 ) + P( l + l+ l/ 2 ) + .wiii+1ii+1i+2ii+1i+20000nMca(I)M I -I = ( 2p / T )2Y m ( h - h )f ( h )ca1T1kkk1k =inMca (II)M I -I

40、 = ( 2p / T )2 Y m ( h - h )f ( h )ca2T 2kkk 2k =i順風(fēng)向彎矩 M I -I (I)cw順風(fēng)向彎矩 M I -I (II)cw組合風(fēng)彎 矩 M= max( M I -I , ( M I -I )2 + ( M I -I )2 )ewwcacw0000n彎矩 M I -I = F ( h - h ) 注:計(jì)及高振型時(shí),此項(xiàng)按B.24 計(jì)算E1kkk =i江西理工大學(xué)年處理 146 千萬立方米含硫廢氣化利用項(xiàng)目39n垂直力 F = m h F 0-0 / m h ( i = 1,2,.,n )vii i vk kk =10000應(yīng)力計(jì)算s11 = P

41、c Di / 4dei26.710.00s= ( mI -I g FI -I ) / pD d120vi ei0.340.060.690.00s= 4M I -I / pD2d13maxi ei0.000.000.000.00s= ( mI -I g F I -I ) / pD d220vi ei0.690.00s31 = PT Di / 4dei34.480.00s= mI -I g / pD d32Ti ei1.871.710.690.00s= 4( 0.3M I -I + M ) / pD2d33wei ei0000偏心彎矩 Me = me gle0000最大彎矩 M= max( M I -I