化工機(jī)械2009年低溫甲醇洗吸收塔流體力學(xué)計(jì)算及優(yōu)化馬洪光·張林華孫緒軍(兗州煤業(yè)榆林能化有限公司甲醇廠)介紹了低溫甲醇洗吸收塔的流體力學(xué)計(jì)算,對(duì)于設(shè)計(jì)中通到的瓶頸問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方關(guān)鍵詞淳閥塔低溫甲醇洗工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化中圖分類號(hào)TQ053.5獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)02546094(2009)020100404低溫甲醇洗是一種氣體凈化工藝。該工藝以變換氣中的CO2在此兩段脫除至規(guī)定指標(biāo)。冷甲醇為吸收溶劑,利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣凈化氣體溶解度極大的優(yōu)良特性,脫除原料氣中的酸性氣體。在低溫甲醇洗中,原料氣在吸收塔內(nèi)一次脫除酸性氣,使產(chǎn)品氣達(dá)到規(guī)定指標(biāo),因而其關(guān)鍵設(shè)備吸收塔的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到氣體的凈化度。高甲醇根據(jù)低溫甲醇洗的工藝特點(diǎn)和浮閥塔的特性,選用浮閥塔作為該工藝中的吸收塔。為檢驗(yàn)吸收塔設(shè)計(jì)的合理性,需進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算。浮原料氣來(lái)自變/4閥塔的流體力學(xué)計(jì)算包括塔徑及塔板上主要部件富甲醇工藝尺寸的計(jì)算。筆者針對(duì)某甲醇項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置中的吸收塔,指出設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題,并提圖1吸收塔物流示意圖出相應(yīng)的優(yōu)化方法,對(duì)類似裝置的設(shè)計(jì)具有重要2吸收塔設(shè)計(jì)的意義。因該塔分3段,而每段的氣液相負(fù)荷都不同1工藝簡(jiǎn)介故3段應(yīng)分別設(shè)計(jì),具體的設(shè)計(jì)條件見表1。低溫甲醇洗工藝是將上游來(lái)的原料氣(溫度由表1可見,塔B段氣液相負(fù)荷相對(duì)較大,19℃、壓力5:2Ma流量46802Nm/h),經(jīng)故先進(jìn)行塔B段的設(shè)計(jì)計(jì)算。吸收塔中的吸收劑——甲醇溶液吸收洗滌,達(dá)到規(guī)2.1流體力學(xué)計(jì)算定含量指標(biāo)后的凈化氣(溫度-5539℃、壓力22.1.1塔徑MPa流量35040Nm3/h)被送出塔外欲求塔徑需先求出空塔氣速u。吸收塔的物流如圖1所示,根據(jù)吸收任務(wù),該根據(jù)表1中的數(shù)據(jù),由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得塔應(yīng)脫除非變換氣中的H2S和CO2。H2S和CO2Cn=0.372,校正后的負(fù)荷系數(shù)為在低溫甲醇中的溶解度都很大,而H2S的溶解度約是CO2的6倍。根據(jù)此特點(diǎn),將該塔從下至上C=C20(20)°2=0.0395分A、B、C3段:A段為脫硫段,脫除非變換氣中中國(guó)煤化工的硫化物吸收液為富甲醇;B、C段為脫碳段,非CNMHG77m/8馬洪光,男,1976年1月生,工程師機(jī)電部部長(zhǎng)。陜西省榆林市,719000。第第2期化工機(jī)被表1吸收塔分段設(shè)計(jì)條件氣相流量液相流量氣相密度液相密度物系表面張力Q1/m2·Pr/kgPr/kg.ma/mN·m1A段58.3089898899026.39400.031053.0776898.6750.16970.0277887.205028.1264取安全系數(shù)為0.6,則空塔氣速為:A,Hu=0.6u_=0.0946m/sQ1由空塔氣速u求得塔徑為:停留時(shí)間θ>3~58,故降液管尺寸可用2.1.24降液管底隙高度h。降液管底隙高度h。按下式計(jì)算:按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整取D=1.8mh.=h-0.006=0.034塔截面積為:2.1.2.5塔板布置及浮閥數(shù)目排A,=TD2=2.54m選取F型重閥,孔徑為d。=0.039m。初取閥孔動(dòng)能因子F。=9.5(一般在9-12之間),則反推空塔氣速為:閥孔氣速為:u=0.2099/2.54=0.0826m/s=1.304m/s2.1.2溢流裝置該吸收塔選用雙溢流弓形降液管,不設(shè)進(jìn)閥孔數(shù)135r/4d. d2.1.2.1堰長(zhǎng)l取邊緣區(qū)寬度W。=0.06m,破沫區(qū)寬度W取堰長(zhǎng)l。=0.7D,即l=0.7×1.8=1.26=0.1m,計(jì)算塔板上的鼓泡區(qū)面積A,=1.24m22.1.2.2出口堰高h(yuǎn)。浮閥排列方式采用等腰三角形又排。取同一橫排釆用平直堰,堰上液層高度h可按下式計(jì)的孔心距=0.075m,則可估算排間距以即算,即A,/(Nt)=0.122mb284E(20考慮到塔直徑較大,必須采用分塊式塔板,而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面式中E為流體收縮系數(shù),可借用液流收縮系積,因此取排間距t=0.065m。按文獻(xiàn)[3]作圖,數(shù)計(jì)算圖求取,E值為1.06,則求出實(shí)際浮閥數(shù)N=138。并按N=138重新核算b=284E(y0=098孔速u。=1.273m/s、閥孔動(dòng)能因數(shù)F。=9.3,由此可見閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大,仍在9~12范圍內(nèi)。又取板上液層高度h1=0.1m22設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及優(yōu)化方案h=h1-h。=0.0402m用同樣的方法計(jì)算A段和C段,發(fā)現(xiàn)A、C兩出口堰高圓整取h。=0.04m。段塔徑D=1.6m即可。問(wèn)題就由此產(chǎn)生,即塔的2.123弓形降液管寬度W和面積A上下兩段直徑為1.6m,而中間為1.8m。這樣的尺寸結(jié)構(gòu)形式不利于設(shè)備的焊接制造,成本太大。因?yàn)?0.7,由堰長(zhǎng)與塔徑之比查圖查因此,該塔B段的設(shè)計(jì)就成了整個(gè)塔設(shè)計(jì)的瓶得:4:-0.0878,=0143。則案/““的凸面化分析有兩個(gè)方頸A=2x0.0878×2.54=0.463m2CNMHO兩段的直徑也改W4=0.143D=0.2573m為1.8m。因?yàn)锳、C兩段理論板數(shù)相對(duì)較多(分驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間,即:別為9塊),而B段相對(duì)較少(3塊)。如果僅僅化工機(jī)械2009年為了B段而將A、C兩段塔徑變大,有些不太合△P=bpg=709,.69Pa)。理。A、B兩段如果增大塔徑,則相應(yīng)的塔盤及內(nèi)2.3.2淹塔件也要增大。由于該塔的操作溫度(-55.39℃)為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生,要求控制降液管很低,壓力(52MPa)又較高,設(shè)備材料為昂貴的中清液層高度H≤中(H,+H)。氣體通過(guò)塔板的低溫鋼,若釆取該方案,整個(gè)塔的造價(jià)就會(huì)增加很壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮,前已算出為0.0805m多,因此從經(jīng)濟(jì)上不太合理。液柱;前已選定板上液層高度h1為0.1m液柱;液b.優(yōu)化方案2——提高塔B段的板間距減體通過(guò)降液管的壓頭損失h因不設(shè)進(jìn)口堰,h4減小。通過(guò)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)靥岣咚﨎段的板0.1537/,g小直徑。提髙塔B段的板間距,可使直徑相應(yīng)地間距(將H,=0.45m提高到H,=0.6m),可h1+h4=0.3199m液柱。取發(fā)泡系數(shù)d=0.55又使塔B段的塔徑減小至與A、B兩段塔徑相同已選定H,=0.6m,h。=0.035m,則φ(H1+h(將D=1.8m減小至D=1.6m)。板間距的提=0.34925m液柱。高雖然會(huì)使塔高有所增加,但因?yàn)樗﨎段的理由此可見,H4<(H,+H),符合防止淹塔的論板數(shù)相對(duì)較少(工藝包中提供為3塊),因此要求。增加的塔高不會(huì)太多。23.3霧沫夾帶23塔板流體力學(xué)驗(yàn)算按下面兩式分別計(jì)算泛點(diǎn)率,即:采用改變B段塔板間距的方案計(jì)算B段的各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下:Q1.36Q1z1塔徑D1.6mx100%KC Ab板間距H0.6m塔板型式雙溢流弓形降液管Qyp1-P×100%空塔氣速u0.1044m/sn2-0.78KCA堰長(zhǎng)l1.12m板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度(z1=1/2(D-2W堰高h(yuǎn)。0.035mWd)=0.4608m,板上液流面積Ab=A,-A-A板上液層高度h10.1m=1.3044m2,甲醇可按正常系統(tǒng)取物性系數(shù)K=降液管底隙高度h。0.029m1.0,查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)C=0.12,代入數(shù)據(jù)得n1=浮閥數(shù)N128個(gè)(等腰三角形叉排)46%、2=27.96%。閥孔氣速u。1.3725m/s對(duì)于大塔,為避免過(guò)量霧沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)閥孔動(dòng)能因數(shù)F。10率不超過(guò)80%。上兩式計(jì)算出的泛點(diǎn)率都在這些數(shù)據(jù)是否合理,即塔能否正常操作,需通80%以下,故可知霧沫夾帶量能夠滿足c,<0,1kg過(guò)流體力學(xué)驗(yàn)算來(lái)證明。(液)/kg(氣)的要求。2.3.1氣相通過(guò)浮閥塔板的壓強(qiáng)降2.4塔板負(fù)荷性能圖因1.1917m/s