中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第 21 页
4主要设备 管道的工艺计算和选型
4.1终冷塔
计算依据：
干煤气体积产量V
煤气: 50000Nm3/h
粗苯回收率 A粗苯：0.95% (占干煤重量) 硫铵工段来煤气温度饱和/温度：56/50℃
4.1.1物料衡算
煤气质量产量G煤气＝V
煤气3ρ煤气＝5000030.455=22750Kg/h ,其中，ρ煤气
＝0.455kg/ Nm3 是干煤气密度。 干煤量G煤＝V÷β煤气＝50000÷0.340＝147058.82kg/h ,其中 ，0.340 Nm/kg ，是干煤气产率。
煤气中H2S质量流量GH2S＝G煤3EH2S=147058.8230.2%=294.12kg/h ,其中 ，EH2S=0.2% ，是H2S占干煤量的质量百分比。 煤气中H2S体积流量VH2S= GH2S÷ ρ
3,
＝1.518kg/ Nm是H2S的密度。 H2S3
H2S=294.12÷1.518=193.75 Nm3/h,其中，ρ
煤气中粗苯含量G粗笨＝G
煤
3A粗笨+ V煤气3F粗笨=147058.8230.95%+500003
0.002=1497.06kg/h ,其中，A粗笨＝0.95% ，是粗苯加收率(占干煤质量百分比)；F粗笨＝0.002kg/ Nm3 是洗苯塔塔后煤气粗苯含量。 煤气中粗苯体积流量V 粗笨＝G粗笨/ ρ其中 ，ρ
粗笨粗笨＝1497.06/（82.2/22.4）=408.25 Nm3 /h ,
＝3.667kg/ Nm3 ，是粗苯蒸气密度。
+10333－P50)＝50602
混合煤气体积流量V混合煤气＝V煤气+ VH2S+ V 粗笨＝50602 Nm3 /h 终冷塔塔前煤气中水蒸气体积流V塔前水蒸气＝V混合煤气3P50 /(P入
31255/（1100+10333-1255）=6239.48 Nm3 /h , 其中 ，P50 ＝1255mmH2O ,是50℃（塔前
煤气露点）下水蒸所饱和蒸气压；P入 ＝1100mmH2O ,是入终冷塔煤气压力（表压）。 终冷塔塔前煤气中水蒸气大质量流量G塔前水蒸气＝V塔前水蒸气318/22.4=6239.48kg/h ,其中，18kg/kmol是水的摩尔质量，22.4 Nm3 /kmol 是标准情况下干摩尔气体的体积。 终冷塔塔后煤气中水蒸气体积流量V塔后水蒸气＝V混合煤气3P21 （P出 +10333－P21）＝506023253/（1000+10333－253）＝1155.44 Nm3 /h ，其中，P21 ＝253mmH2O ,是21℃（终冷温度）下水蒸气饱和蒸气压；P出 ＝1000mmH2O ,是出终冷塔煤气压力（表压）。
终冷塔塔后煤气中水蒸气质量流量G塔后水蒸气=V塔后水蒸气318/22.4＝1155.44318/22.4＝928.48kg/h 。
表4-1：进出终冷塔煤气主要组分的质量流量和体积流量
组分 质量流量（kg/h） 体积流量（Nm/h） 3 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第 22 页 干煤气 22750 50000 硫化氢 294.12 193.75 进塔 粗 苯 1497.06 408.25 水蒸气 5013.86 6239.48 干煤气 22750 50000 硫化氢 294.12 193.75 出塔 粗 苯 1497.06 408.25 水蒸气 928.48 1155.44 4.1.2 热量恒算
Ι.入终冷塔煤气带入热量:
1.干煤气带入热量Q煤气带入＝V煤气3H56 =50000383.931=4196500kj/h ,其中 ，H56 ＝83.931kj/h ，是干煤气56℃(终冷塔前温度)下的焓值。
2.H2S带入热量 QH2S带入＝GH2S356℃3CH2S=294.1235631.522=25068.44kj/h 其中CH2S（56）＝1.522kj/kg. ℃ ,是H2S在56℃(终冷塔前温度)下的比热。
3.粗苯带入热量Q粗苯带入＝G粗笨3H粗苯（56）＝1497.063494.11＝739712.32kj/h a其中H粗苯（56）＝494.11kj/kg ,是粗苯蒸汽在56℃（终冷塔塔前温度）下的焓值。H粗苯（56）＝4.183（103+563C）,而 C＝（20.7+0.026356）/ M粗笨, M粗笨=82.2 ,是粗苯的分子质量。
4.水蒸气带入的热量QH2O带入＝G塔前水蒸气3HH2O（56）＝5013.8632600.77＝13039896.67kj/h 其中，HH2O（56）＝2600.77kj/kg ，是水蒸气在56℃（终冷塔塔前温度）下的焓值。
因此塔前煤气总共带入热量Q入＝Q煤气带入+ QH2S带入+ Q粗苯带入+ QH2O带入＝4196550+25068.44+739712.32+13039896.67＝18001227.4kj/h 1.干煤气带出热量
Q煤气带出＝V煤气3H21 ＝50000331.631＝1581550kj/h ,其中 ，H21 ＝31.631kj/ Nm3 ,是干煤气21℃（终冷温度）下的焓值。 2．H2S带出热量
QH2S带出＝GH2S321℃3CH2S=294.1232131.505=9295.66kj/h 其中CH2S（21）＝1.505kj/kg. ℃ ,是H2S在21℃(终冷塔后温度)下的比热。
3．粗苯带出热量
Q粗苯带出＝G粗笨3H粗苯（21）＝1497.063453.66＝679156.24kj/h a其中H粗苯（21）＝453.66kj/kg ,是粗苯蒸汽在21℃（终冷塔塔后温度）下的焓值。H粗苯（21）＝4.183（103+213C）,而 C＝（20.7+0.026321）/ M粗笨, M粗笨=82.2 ,是粗苯的分子质量。
4．水蒸气带出的热量
QH2O带出＝G塔后水蒸气3HH2O（21）＝928.4832537.18＝2355720.88kj/h
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其中，HH2O（21）＝2537.18kj/kg ，是水蒸气在21℃（终冷塔塔后温度）下的焓值。 因此塔后煤气总带出的热量Q出＝Q煤气带出+ QH2S带出+ Q粗苯带出+ QH2O带出＝4625722.78k（忽略其它组分和热量损失）
表4-2:终冷塔热量平衡表 组分 带入热量（kj/h） 带出热量（kj/h） 热量差（kj/h） 干煤气 4196550 1581550 2615000 硫化氢 25068.44 9295.66 15772.78 粗 苯 739712.32 679156.24 60556.08 水蒸气 13039896.67 2355720.88 10684175.79 共 计 18001227.4 4625722.78 13375504.62
4.1.3 终冷塔设计
终冷所用冷却水是地下水，温度为
18℃，出终冷塔水温升至28℃，所以冷却水温度差
为10℃。
终冷所需冷却水体积流量W＝Q放/(4.1831031000)= 13375504.62/(4.1831031000)=319.98 m3 /h。（采用一段或冷却方式），其中CH2O＝4.18kj/kg. ℃是水的比热，ρ
3
H2O＝1000kg/m,是水的密度。
冷却水管的总截面面积 S＝W/3600u＝319.98/360030.7=0.13 m2 ,其中 ，u＝0.7m/s ，是冷却水的速度。
?2是管内壁至冷却水对流传热系数 J/㎡2S2K ?2=0.023Re0.8prn?di (由于水n取0.4)
横管终冷塔采用?5433.5mm的无缝钢管作为终冷塔换热管，设流速为0.7m/s 所需管子数为：
n?s'?4s2=0.13?4=74.96
s?d3.14?0.0472取80根
xT X=[x1?0.0224?T1]3100/2 ?2?0.0224?21827318273 =[83?0.0224?(273?50)]3100/2 ?18.4?0.0224?(273?21)1827318273 =7.34
其中 ，x是每立方米饱和煤气中水蒸气平均贪量（体积百分比），x1＝83g/m3 , x2＝18.4g/m3 ,分别是50℃（塔前煤气的露点）和21℃（塔后煤气的露点）煤气中水蒸气含量；T1 ,T2分别是塔前 ,后煤气的露点温度（绝对温度）。
㏑?1=0.0522x＋5.36=0.052237.34+5.36=5.74 其中?1由煤气至管外壁的对流传热系数，单位是J/㎡2S2K。
所以1/?1=1/e=0.0032
却水平均温度为（28+18）/2=23℃
ln?1中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第 24 页
查《化工原理》23℃时水的物理常数如下： 黏度 ??0.9359mPa.s 比热 Cp?4.180kj/(kg℃.) 密度 ??997.5kg/m3
导热系数 ??60.45?10?2w/(m℃.) 则
diu? Re==0.04730.73997.5/(60.45310?2)=35065.45 其中 ，
?di=0.047 是所选用的水管的内径（?5433.5mm）;u?0.7m/s 是冷却水的流速。 pr???CH2o??=0.935934.1830.6045=6.472 所以?2=0.023Re0.8prn?di
=0.023335065.450.836.4720.4360.45?10?2/0.04
=2699.06 kcal/㎡2h2℃ ?1为管外壁的污垢热阻，取2.5?10?4(㎡2℃/W) (化工原理上册) ?1?2为管内壁的污垢热阻，取2.5?10?4(㎡2℃/W) ?2b管壁金属热阻 ，查《化工原理》，取b=2.5?10?3 , ??45w/(m℃.) ?b所以 ，＝2.5?10?3/45=5.556?10?5(m℃.)/w
?总传热系数
1??1b1 =+1+2++=0.0032+0.00025+0.00025+0.0003705+0.0025 ?1?1?2?2?k =6.57?10?3 kcal/㎡2℃
4.1.4 冷却面积F的计算
计算公式：F=Q/(△tm2k) 因为：T 56℃?21℃ t 28℃?18℃ △t 28℃ 3℃
所以△tm＝（△t2-△t1）/ln(△t2/△t1)=11.19℃ 所以F=Q放/（△tm2K）
=13375504.62?103/(11.193152.20) 33600 =2181.53㎡
4.1.5 终冷塔塔高的计算
采用3.0m长的管子，则需要管子根数 N=F/(πd.3)
=2181.53/(3.1430.05433) =4288.60
由前面流速知需80根管子、采用正三角型排列、且组成一个管束、每8个管束组成一个管箱，则每个管箱热面积为：A=n?d33380
=833.1430.05433380
中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第 25 页
=325.55㎡
需管箱：2181.53/325.55＝6.70 、取7个
冷却水管采用正三角型排列、且取管心距为1.3D，则 管心距为：1.330.054=0.0702m 取70mm 每个管箱的宽度为：28370=1960 取2000
设管间距为300mm ，则每个管箱宽为1.732/2 370316=969.92mm取1米 , 管箱间距为0.2m取两段喷淋高度分别为2m、1.8m，塔底油槽高3米。底座高1米，则塔高为：H=2+1.8+137+0.336+3+1=16.6m
4.2 洗苯塔
通过对进出洗苯塔煤气平均流量，洗油循环量，贫富油中粗苯量的计算，来计算洗苯
塔的塔径，塔高等。并完成洗苯塔填料的计算和选型。
表4-3：进出洗苯塔的湿煤气中各个组分的流量 入洗苯塔湿煤气 出洗苯塔湿煤气 组分 质量流量（kg/h） 体积流量（Nm/h） 质量流量（kg/h） 体积流量（Nm/h） 干煤气 22750 50000 22750 50000 粗 苯 1497.06 408.25 100 27.25 水蒸气 6239.48 5013.86 6239.48 5013.86 硫化氢 294.12 193.75 294.12 193.75 共计 30780.66 55615.86 29383.6 55234.86 3 3 入洗苯塔煤气的实际流量（塔前为V1，塔后为V2） V1= V入310333（273+t）/273(10333+P入) =V入3103333(273+21)/2733(10333+900) =55095.23m3/h
其中，V入＝55615.86 Nm3 /h ，是入洗苯塔的湿煤气中各个组分的总体积流量；
t=21℃ 是入洗苯塔煤气的温度; P入=900mmH20是入洗苯塔煤气的压力（表压）
V2=V出310333（273+t）/273(10333+P出) =V出3103333(273+21)/2733(10333+600) =56219.24m3/h
其中，V出＝55234.86 Nm3 /h，是出洗苯塔的湿煤气中各个组分的总体积流量；
t=21℃ 是出洗苯塔煤气的压力(表压)
煤气平均流量V的计算：
Vs=（V1+ V2）/2=55657.24m3/h