100化工機(jī)械2009年低溫甲醇洗吸收塔流體力學(xué)計算及優(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)摘要介紹了低溫甲醇洗吸收塔的流體力學(xué)計算,對于設(shè)計中通到的瓶頸問題提出了相應(yīng)的解決方關(guān)鍵詞浮閥塔低溫甲醇洗工藝設(shè)計優(yōu)化中圖分類號TQ0535文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號02546094(2009)02010004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)計直接關(guān)系到氣體的凈化度。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)計的合理性,需進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算。浮原料氣來自變換閥塔的流體力學(xué)計算包括塔徑及塔板上主要部件工藝尺寸的計算。筆者針對某甲醇項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置中的吸收塔,指出設(shè)計中遇到的問題,并提圖1吸收塔物流示意圖出相應(yīng)的優(yōu)化方法,對類似裝置的設(shè)計具有重要2吸收塔設(shè)計的意義。因該塔分3段,而每段的氣液相負(fù)荷都不同,1工藝簡介故3段應(yīng)分別設(shè)計,具體的設(shè)計條件見表1。低溫甲醇洗工藝是將上游來的原料氣(溫度由表1可見,塔B段氣液相負(fù)荷相對較大19.95℃、壓力527MPa、流量468032Nm3/h),經(jīng)故先進(jìn)行塔B段的設(shè)計計算。吸收塔中的吸收劑—一甲醇溶液吸收洗滌達(dá)到規(guī)2.1流體力學(xué)計算定含量指標(biāo)后的凈化氣(溫度-5539℃、壓力522.1.1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=C2()02=0.0395分A、B、C3段:A段為脫硫段,脫除非變換氣中的硫化物,吸收液為富甲醇;B、C段為脫碳段,非=0.1577m/8馬洪光,男,1976年1月生,工程師機(jī)電部部長。陜西省榆林市,719000。第36卷第2期化工機(jī)被表1吸收塔分段設(shè)計條件液相流量氣相密度部位氣相流量液相密度物系表面張力Pg·m3A段58.3089898.899026.39400.16970.0277887.205028.1264取安全系數(shù)為0.6,則空塔氣速為:A H=6.488由空塔氣速u求得塔徑為:停留時間θ>3~58,故降液管尺寸可用。2.1.2.4降液管底隙高度h。=1.68m降液管底隙高度h。按下式計算按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整取D=1.8m。h.=h-0.006=0.034m塔截面積為:2.1.2.5塔板布置及浮閥數(shù)目排列選取F1型重閥,孔徑為d=0.039m。初取A,=TD2=2.54m2閥孔動能因子F。=9.5(一般在9-12之間),則反推空塔氣速為:閥孔氣速為:0.2099/2.54=0.0826m/8u=-°=1.304m/2.1.2溢流裝置P該吸收塔選用雙溢流弓形降液管,不設(shè)進(jìn)口閥孔數(shù)N=135堰2.1.2.1堰長l取邊緣區(qū)寬度W。=0.06m,破沫區(qū)寬度W取堰長l=0.7D,即L=0.7×1.8=1.26m。=0.1m,計算塔板上的鼓泡區(qū)面積A2.1.2.2出口堰高h(yuǎn)浮閥排列方式采用等腰三角形又排。取同一橫排采用平直堰,堰上液層高度h可按下式計的孔心距t=0.075m,則可估算排間距即:算t'=A,/(Nt)=0.122m2.84,Q1考慮到塔直徑較大,必須采用分塊式塔板,而1000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)計算圖2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2848(g2y=0.0598孔速u。=1.273m/8、閥孔動能因數(shù)F。=9.3,由此可見閥孔動能因數(shù)變化不大,仍在9~12范圍內(nèi)。又取板上液層高度h1=0.1m,則22設(shè)計中存在的問題及優(yōu)化方案h=h1-h。=0.0402用同樣的方法計算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。這樣的因?yàn)?0.7,由堰長與塔徑之比查圖查結(jié)構(gòu)形式不利于設(shè)備的焊接制造,成本太大。因此,該塔B段的設(shè)計就成了整個塔設(shè)計的瓶W頸。為使吸收塔的設(shè)計更優(yōu)化,經(jīng)分析有兩個方A.=0.0878,D=0.143。則:案可供選擇A1=2x0.0878×2.54=0.4463m2a.優(yōu)化方案1——把A、C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)相對較多(分驗(yàn)算液體在降液管中停留時間,即:別為9塊),而B段相對較少(3塊)。如果僅僅化工機(jī)械09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(5.2MPa)又較高,設(shè)備材料為昂貴的中清液層高度H4≤中(H,+H)。氣體通過塔板的低溫鋼,若采取該方案,整個塔的造價就會增加很壓降所相當(dāng)?shù)囊褐叨萮2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,減體通過降液管的壓頭損失h因不設(shè)進(jìn)口堰,h4=小直徑。提高塔B段的板間距,可使直徑相應(yīng)地減小。通過計算,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)靥岣咚﨎段的板0153()2=0.1394m液柱。為此H=b+間距(將H=0.45m提高到H=0.6m),可h1+h=0.3199m液柱。取發(fā)泡系數(shù)=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(H,+h)(將D=1.8m減小至D=1.6m)。板間距的提=0.34925m液柱。高雖然會使塔高有所增加,但因?yàn)樗﨎段的理由此可見,H<φ(H,+H),符合防止淹塔的論板數(shù)相對較少(工藝包中提供為3塊),因此要求增加的塔高不會太多2.3.3霧沫夾帶23塔板流體力學(xué)驗(yàn)算按下面兩式分別計算泛點(diǎn)率,即:采用改變B段塔板間距的方案計算B段的各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下:P+1.36QZ1塔徑D1.6mKCA板間距H10.6m塔板型式雙溢流弓形降液管空塔氣速u0.1044m/s堰長l1.12m板上液體流經(jīng)長度(z1=1/2(D-2W。一堰高h(yuǎn)。0.035mW。)=0.4608m,板上液流面積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1浮閥數(shù)N128個(等腰三角形叉排)46%、T2=27.96%。閥孔氣速u。1.3725m/s對于大塔,為避免過量霧沫夾帶,應(yīng)控制泛點(diǎn)閥孔動能因數(shù)F。10率不超過80%。上兩式計算出的泛點(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過流體力學(xué)驗(yàn)算來證明。(液)/kg(氣)的要求。23.1氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降2.4塔板負(fù)荷性能圖因n=125.11=1.197m<,故干根據(jù)數(shù)據(jù)整理出霧沫夾帶線(Q-0492502Q)液泛線(Q2=0.431-210.7402-板阻力h=5.34=0.0303m液柱;本設(shè)備1.46Q20)、液相負(fù)荷上限線(Qm=0.0423液相為甲醇取充氣系數(shù)c=0.5,則板上充氣液m3/s)、液相負(fù)荷下限線(Qm=0.0005m7s)以層阻力A==0.05m液柱;液體表面張力所及漏液線(Qm=0.1049m/),繪出B段塔板負(fù)荷性能圖(圖2)。造成的阻力,==0.00m.柱。因此氣由圖2可看出,操作點(diǎn)處在適宜操作區(qū)內(nèi)的體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨冗m中位置,故此方案在操作上是合理可行的。查為h,=b。+h1+hn=0.0805m液柱(單板壓降為圖2可得氣相負(fù)荷上限Qm=0.28m3/8,氣相第36卷第2期化工機(jī)械103液相負(fù)荷下限線資不會有太大的影響。而優(yōu)化方案1把A、C兩0m寒法夾帶線放泛線段直徑都從1.6m擴(kuò)大至1.8m,不僅殼體,這兩段的塔盤也要加大,而該設(shè)備材料昂貴,就會增加很多投資。因此,方案2優(yōu)于方案1。在低溫甲漏液線醇洗過程中,吸收塔的中間段負(fù)荷較大是共性的問題,中間段是整個塔設(shè)計的瓶頸,本次設(shè)計對此0.0000探討出了一種可行的方法,將對其他項(xiàng)目低溫甲液相流量醇洗的吸收塔設(shè)計有參考意義。圖2塔板負(fù)荷性能圖參考文獻(xiàn)負(fù)荷下限Q=0.1049m3/s,因此操作負(fù)荷上限Q/Q,×100%=133%,操作負(fù)荷下限Q=/Q姚玉英,陳常貴,曾敏靜等.化工原理(下冊).天津:天100%=49.9%,滿足要求(要求彈性為50%津科學(xué)技術(shù)出版社,19922化學(xué)工程設(shè)計技術(shù)中心站.化工單元操作設(shè)計手冊120%)。(上冊).西安:化學(xué)工業(yè)部第六設(shè)計院,19873結(jié)束語3石油化學(xué)工業(yè)部石油化工規(guī)劃設(shè)計院.塔的工藝計本文提出的優(yōu)化方案2適當(dāng)?shù)丶哟驜段的算.北京:石油工業(yè)出版社,1977塔板間距會使塔高增加,但由于B段相對于其他兩段板數(shù)較少,因此塔高的增加對于整個塔的投(收稿日期:200808-14)Hydromechnical Calculation and optimum of the absorptionTowers of Low Temperature Cleaning by Methyl AlcoheMA Hongguang, ZHANG Linhua, SUN XujunMethy! Alcohol Plant, Yulin Energy Source and Chemicals Co ladYanzhou Coal Mining Company Limited, Yulin. 719000, Shaanxi, ChinaAbstract The hydromechanical calculation of the low temperature cleaning by methyl alcohol absorption tow-ers was presented, some corresponding countermeasures were proposed for the difficult problems in designKeywords Floating Distillation Tower, Low Temperature Cleaning Technology by Methyl Alcohol, Design, Optimum《化工機(jī)械》投稿須知1.用電子郵件直接投寄稿件(E-mail:hgjx@chemach.com);2.在稿件正文的第1頁下方注明第1作者的姓名、性別、出生年月、職稱和職務(wù),課題資助情況(國家自然科學(xué)基金省、市、部委以上單位所設(shè)科研基金資助項(xiàng)目均應(yīng)注明包括項(xiàng)目合同編號)同時禽附其資勳證明的復(fù)印件;3.來稿應(yīng)有200字左右的中文摘要,摘要一般應(yīng)說明研究工作的目的、實(shí)驗(yàn)方法、結(jié)果和最終結(jié)論,要求簡明、概括,突出重點(diǎn);4.在文摘后附上該文的關(guān)鍵詞3~8個,來稿應(yīng)附文題目及英丈丈摘;5.計量單位一律采用法定計量單位,并遵照《中華人民共和國法定計量單位使用方法》執(zhí)行,單位的表示必須用規(guī)范的符號,不得用文字標(biāo)注;6.丈后的參考文獻(xiàn)著應(yīng)符合GB771487《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》,并須標(biāo)在正文中引用之處,其中期刊、圖書、學(xué)位論文類文獻(xiàn)著錄格式為:(1)期刊類[文獻(xiàn)序號]作者,題目,原刊名,年,卷(期):頁(2)圖書類[文獻(xiàn)序號]作者,書名,版本,出版地:出版者,出版年.頁(3)論文類[文獻(xiàn)序號]作者,題名:[學(xué)位論文].完成地:完成單位,年(4)專利類[文獻(xiàn)序號]專利申請者、專利題名,專利國別,專利文獻(xiàn)種類,專利號,出版日期7.編輯部對來稿有刪改權(quán),不同意修改的敬請說明。