湿法填料式吸收塔脱硫塔设计.docx
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湿法填料式吸收塔脱硫塔设计
湿法脱硫塔设计一般吸收塔的结构如下图2-2：
图2-2填料料式吸收塔结构示意图
1—气体出口；2—液体分布器；3—壳体；4—人孔；5—支承与液体分布器之间的中间加料位置；6—壳体连接法兰；7—支承条；8—气体入口；9—液体出口；10—防止支承板堵塞的整砌填料；11—液体再分布器；12—液体入口
包括塔体（筒体，封头）、填料、填料支承、液体分布器、除雾器等。
5.4.1引言
根据前人的研究成果，我们可得出以下结论[11]：
（1）萘醌法用于脱除沼气中硫化氢时,对吸收液的组成进行适当改进,可以使脱硫率达到99%～99.5%
（2）吸收和再生操作都可以在常温、常压下进行。
（3）吸收液的适宜配方为:
Na2CO3为2.5%,NQS浓度为1.2mol/m3,FeCl3浓度为1.0%,EDTA浓度为0.15%,液相pH值8.5～8.8,吸收操作的液气比（L/m3）为11～12[3]。
5.4.2吸收塔的设计（分子栏目）（1号图1张）
根据前期计算沼气产气量为60.83m3沼气/h。
设定沼气的使用是连续性的，缓冲罐设置成容纳日产气量的1/12，为121.66m3；
吸收塔处理能力121.66m3沼气/h
在沼气成分中甲烷含量为55%～70%[12]、二氧化碳含量为28%～44%、,因此近似计算沼气的平均分子密度为1.221㎏/m3，惰性气（CH4、CO2）的平均分子量为25.8，混合气量的重量流速为121.661.2219.8≈1456kgf/h,硫化氢平均含量为0.6%,回收H2S量为99％。
1.浓度计算
硫化氢总量
硫化氢吸收量
惰气量
硫化氢在气相进出口的摩尔比为：
Y1=0.257=0.0044
58.58
硫化氢在进口吸收剂中的浓度为X2=0
设出口吸收剂中硫化氢浓度为8％,则硫化氢在出口吸收剂中的摩尔比X1=8/17=0.0092
92/18
由此可计算出吸收剂的用量：
kgf/h
根据混合气的物性算得：
气相重度v=5.2kgf/m3硫化氢在气相中的扩散系数：
DG=0.0089㎡/h
3
液相重度L=998kgf/m3；
液相粘度L=7.85105kgf?
s/㎡
表面张力=0.0066kgf/m；
溶剂在填料表面上的临界表面张力C=0.0034kgf/m
2.塔径计算
气相平均重量流率
145614568.649=1451.68kgf/h
液相平均重量流率
498.6498.68.649=502.92kgf/h
V=D2u
4
（2-1）
V=121.66m3沼气/h=0.0338m3沼气/s,u取0.5m／s；
所以，代入式（2-1）中得
3.142
121.66D20.5
4
得D=0.293m,取D=0.3m
3.填料高度计算
填料高度Z=HOG*NOG[4]
传质单元数：
用近似图解法求得：
NOG=4.25
（1）因H2S在吸收剂中的溶解过程，可看作气膜控制过程，按传质系数
公式得：
kG
Gv
3600Gg3
aGg
vDG
B
ad2
kGRT
aDG
（2-2）
式中B—常数，对一般填料
a—填料比表面积
G—气相粘度
d—填料尺寸，选用25mm金属矩鞍环
v—气相重度
B=5.23
DG—硫化氢在气相中的扩散系数
aDGB
RT
GV
1451.68
Gv=2=5.71kg/㎡s
36000.7850.32
5.71
0.7
6=197.22
1941.581069.81
3600Gg
VDG
0.7
1
36001.581069.813=1.06
5.20.0089
22
ad21940.0252=0.0425
3600Gg3
vDG
ad2
1940.0089
5.23197.221.060.0425
0.082325
502.92
=3.01kmol/㎡h*at
（2）GL=
=0.879
36000.7850.450.45
20.05
GL2a
0.8792194
99829.81
=1.741
=0.608，
GL2
2
0.8792
ag
9980.00661949.81
0.144
1.194
aw=194{1-exp[-1.450.6081.1941.7410.144]}
23
=44.998m2/m3
Ky=ky=PkG=11.533.01=34.70kmol/㎡h
Vm
58.58
2
0.7850.32
829
kmol/㎡h,于是得传质单元高度：
HOG
Vm
yaw
829
34.7044.998
0.53
填料高度：
ZHOGNOG0.534.252.25m
考虑到填料塔上方还要安装液体分布器和除雾器等设备，选取填料塔高度为4.0m。
此时沼气经过填料塔的时间约为11秒，符合工程设计的要求。
2.2.3吸收塔的塔体圆筒及封头设计
1、内压圆筒的计算本设计采取沼气经罗茨风机加压后进入吸收塔进行吸收，罗茨风机的出口压力选49.0kpa，设计压力取工作压力的2.0倍，则设计压力为98.0kpa（以下计算按照设计压力为98kpa计算）
（1）设计温度下圆筒的计算厚度按（2-3）式计算，公式的适用范围为pc≤0.4[σ]tφ[4]。
0pcDi
02[]tpc
2-3）
其中Di=0.3m；
pc=98kpa
[σ]t=1250kgf/cm2=12500kpa
其中塔体的焊接采用单面对焊，局部无损探伤，取φ=0.7
所以
980.3
0
02125000.798
=0.00168m=1.68mm
（2）设计温度下圆筒的实际厚度按（2-4）式计算：
0C1C2C3
（2-4）
C3可取零
其中当腐蚀裕量C2取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取，
即C1=0.18mm,则算出的δ=1.68+1+0.18=2.86mm超,过了2mm,所以钢板的负偏差
不能按2mm厚的钢板选取。
由表可见厚度在2.8mm至3.0mm的钢板其负偏差均为0.22mm，故此处应取C1=0.22mm,于是
0C1C2C3=1.68+1+0.22=2.9mm
取厚度为3.0mm的钢板制造填料塔的圆筒筒体。
（3）设计温度下圆筒的计算压力按（2-5）式计算：
（应力校核）必须满足t[]t
tpc（Di0）
20
（2-5）
Di=0.3m；
pc=98kPa；
δ0=1.68mm=0.00168m；
t98（0.30.00168）
20.00168
所以t=8799kPa
[]t=12500kPa,满足条件t[]t。
4）设计温度下圆筒的最大允许工作压力按（2-6）式计算：
20[]t（Di0）
2-6）
Di=0.3m；
δe=1.68mm=0.00168m；
φ=0.7
[σ]t=12500kPa
计算得
0.15%。
按照规定，标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的
经验证，δ°取1.68mm符合标准
（2）标准椭圆形封头的实际厚度按（2-8）计算：
δ=δ°+C
2-8）
壁厚附加量C=C1+C2+C3
C3可取零[5]
其中当腐蚀裕量C2取1mm时，如果钢板的负偏差按2mm厚的钢板选取，即C1=0.18mm,则算出的δ=1.68+1+0.18=2.86mm超,过了2mm,所以钢板的负偏差不能按2mm厚的钢板选取。
由表可见厚度在2.8mm至3.0mm的钢板其负偏差均为0.22mm，故此处应取C1=0.22mm,于是
δ=δ°1+C2+C3=1.68+1+0.22=2.9mm
取厚度为3.0mm的钢板制造塔体的椭圆形封头
（3）椭圆形封头的最大允许工作压力按（2-9）式计算：
2-9）
2[]t
（Di0.5）
δ°=1.68m；mσ]t=12500kPa
φ=0.7（DG<800mm,采用单面对焊，局部无损探伤，取φ=0.7）
Di=0.3m=300mm；
2.2.4.填料塔附属结构及选型
1.液体分布器
主要有以下几种型式[13][14][15]
管式喷淋器，液体直接由管口流出，为避免水力冲击瓷环，下面加一块圆形挡板。
适用于塔径<300mm的填料塔，优点是便宜，易于安装。
缺点是喷淋不均匀，液体流向塔壁，大塔中的顶部填料无效。
莲蓬式喷洒器，适用于塔径<600mm的填料塔。
优点是便宜，易于安装缺点是易于产生雾沫夹带；往往有大量液体喷到塔壁，以致无效。
多孔直管式，适用于塔径<300mm的填料塔，优点是便宜，易于安装。
缺点是喷洒不均匀。
要求液体清洁，否则小孔易堵。
多孔盘管式，适用于塔径<1200mm的填料塔，优点是便宜，缺点是开
孔方向超过45°，易产生雾沫夹带。
要求液体清洁
溢流管式，盘上装有Φ>15mm的溢流管，分布盘的直径为塔径的0.6～0.8倍，气体由盘和塔壁之间通过。
适用于塔径〉800mm以上，液体为清液，液体负荷变化不大的填料塔。
优点是分布较均匀，缺点是对分布板的水平度要求高。
筛孔盘式，盘上开Φ3-10mm的筛孔，盘直径为塔径的0.6～0.8倍，气体由盘和塔壁之间通过。
适用于塔径〉800mm的填料塔，优点是液体分布均匀，缺点是板面水平度要求高，有固体或污垢时，孔眼容易堵塞。
槽式，用一个或几个有V形开口的槽以接受进口液体，在槽下边再装设几个槽。
以近乎方形的排列。
每75-150mm槽长开一个口。
适用于塔径〉1mm的大塔，优点是简单、便宜、液体没有喷溅，缺点是对水平度要求高[4]。
本设计的塔径为300mm，综合考虑各种液体分布器的优缺点，采用莲蓬式喷洒器。
结构如图2-1所示：
2.除雾器可分为折板式和丝网式。
折板式的除雾板由50×50×3的角钢组成，板间距25mm，造价便宜但效率低。
丝网式一般取丝网厚度H=100～150mm。
除雾效率高，可达99%，但价
格贵
因此综合考虑，本设计选取丝网式除雾器。
3.液体再分布器
主要有以下几种形式[16]：
截锥式，适用于塔径小于600mm的塔，结构简单但喷洒不均匀，只适宜于小塔。
升气管式，气相由升气管的齿缝走，液相由小孔及齿缝的底部溢流下去。
适用于大中型塔，优点是气相通过的截面积较大，可超过塔横截面积的100%，缺点是结构复杂。
边圈槽形，适用于塔径为300～1000mm的填料塔。
结构简单，气体通过截面较大，但是喷洒不均匀。
金属全截面式，气体上升的方形槽间以液体溢液的孔板，适用于大型塔。
优点是可起支承板与在分布器的双重作用，液体分布均匀，缺点是自由截面较低。
罗赛脱式，，适用于塔径小于600mm的塔，结构简单，气液通道大，不易液泛，但只适宜于小塔，大塔洒液不均。
本设计填料塔的塔径为300mm，属于小型塔，综合造价等因素，此处采用罗赛脱式液体再分布器。
4.填料支承板
分为三种：
栅条式、升气管式和多孔板式。
栅条式多用竖扁钢制造，结构简单、强度大，但是自由截面较低，可能小于65%，气速大时易于引起液泛。
多孔板式结构简单，但自由截面小，强度低。
综合本设计的特点，为免引起液泛，我们采用多孔板式来作为填料支承板。
5.填料的主要类型及选用
填料的主要类型有拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环、阶梯环、
十字环、螺旋环、以及网形填料等等[17]。
其中拉西环为最普通的填料形式设计，使用经验丰富，价格便宜，易于形成壁流和内部沟流。
弧鞍形填料和矩鞍形填料传质效率比拉西环高，对塔壁形成的侧压力比拉西环低，但容易破碎，价格较贵。
鲍尔环是性能优良的填料之一，传质效率高，液体分布均匀，流通截面积大，液泛点高，压力降小，处理量大。
阶梯环与鲍尔环相似，但比表面积和空隙率都比较大，填料之间呈点接触。
十字环常用整齐排列，作为支撑板上的第一层填料，与其他整砌填料相比，沟流减少。
没有侧压力。
螺旋环气液接触有产生漩涡的优点，接触表面比拉西环、十字环更大。
压力降高，结构复杂价格高，目前很少采用。
网形填料的空隙率大，比表面积大，表面润湿率高，液流分布均匀，传质效率高，压力降小，处理量大，操作弹性大，适于高精度的分离过程。
但价格昂贵，不适用于有腐蚀性及污垢物料[17]。
综合考虑设备的性能和造价，选取矩鞍环为填料。
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