第八组分子筛计算步骤_分子筛计算

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7.7.2 分子筛脱水工艺计算（1）工艺计算的基础数据

分子筛脱水由吸附和再生两部分组成，吸附采用双塔流程，再生加热气和冷吹气采用干气，加热方式采用燃气管式加热炉加热。其主要设备由分子筛吸附器、再生气加热炉、再生气冷却器、再生气分离器。

该部分主要计算分子筛吸附器尺寸，再生气加热炉、再生气冷却器、再生气水分离器设计计算归于其它部分。

选用4A分子筛脱水，其特性如下：

分子筛粒子类型：直径3.2 mm球形

分子筛的有效湿容量：8 kg（水）/100 kg（分子筛）

分子筛堆积密度：700 kg/m3

分子筛比热：0.96 kJ/（kg·℃）

瓷球比热：0.88 kJ/（kg·℃）

操作周期为8小时，再生加热时间为4.5小时，再生冷却时间为3.2小时，操作切换时间为0.3小时。加热炉进口温度为44.098 ℃，加热炉出口温度为275 ℃。工艺计算主要的基础数据如下：

原料气压力：3.5 MPa

原料气温度：30 ℃ 床层温度：35 ℃

天然气气体流量：10110 kg/h

饱和含水量：3.60 kg/h

天然气相对湿度：100%

天然气在3.5MPa、30℃下的密度：27.51 kg/m 天然气在3.5MPa、30℃时粘度：1.2210×10-2 cp 再生加热气进吸附器的压力：1733.72 kPa 再生加热气进吸附器的温度：260 ℃ 再生加热气出吸附器的温度：200 ℃ 再生气在1733.72 kPa、260 ℃下的密度：6.72 kg/m干气温度：44.1 ℃

干气压力：2033.72 kPa 干气将床层冷却到：50 ℃ 干气在44.1℃、2033.72 kPa的密度：13.77 kg/m3 再生气在260℃、1733.72 kPa的热焓：-3776.58 kJ/kg 再生气在115℃、1733.72 kPa的热焓：-4167.3 kJ/kg 再生气在275℃、1733.72 kPa的热焓：-3731.98 kJ/kg 干气在140℃、2033.72 kPa的热焓：-4106.71 kJ/kg 干气在44.1℃、2033.72 kPa的热焓：-4338.85 kJ/kg 干气在44.1℃、2033.72 kPa下的低位热值：48381.32 kJ/kg（2）直径和高径比的计算

原料气在3500kPa，25℃下含水量为G116.194kg/h（??）根据天然气脱水设计规范取操作周期为8小时，总共脱水：

16.1948129.552kg

已知b700kg/m3，g28.13kg/m3

Dp0.0032m，工况下(3500 kPa、30℃)：用式GCbgDp计算，气体从上往下流则C取0.28(???)

0.5G0.2870027.510.00320.54.1538kg/ms2

0.54Qm吸附床层直径计算：DG0.541011036003.144.150.93m

吸附床层直径取为1000 mm。

吸附器截面积：FD423.141430.79m

分子筛有效吸附容量取8kg水/100kg分子筛

Vw100G18b870031003.6080.514m

3取20％的裕量:1.2Vw1.20.5140.617m 分子筛的有效高度为： HT=1.2VwF=0.6170.79=0.78m吸附床层的有效高度为0.8 m。

H0.8则高径比为：T0.8D1.0

吸附器空塔流速Vg为：

VgQm10110360027.010.790.129m/sgF

（3）传质区高度hZ的计算

吸附床层水负荷计算为：

q4G1D243.63.141.024.586kg/hm2传质区高度hZ为：

0.7895qhz1.41A0.55060.2646VRgs

0.27m0.78954.5861.410.60.55060.26460.1460100

吸附剂的有效吸附容量效核：

XHTXSHT0.45hZXS

吸附剂的动态平衡湿容量XS大于吸附剂的有效吸附容量（X8%)，则分子筛床层高度满足要求。

（4）转效点的计算

b700kg/m3Xs0.080.80.80.450.270.0943kg水/kg分子筛，X8%，HT2.5m，2q4.586kg/(mh)

转效点时间为：

BXbHTq0.087000.84.5869.77h

符合原设计吸附周期8小时的要求。（5）吸附过程压力降的计算：

pLBVgCgVg2

分子筛为3.2 mm直径球型，则B取4.155，C取0.00135。现已知床层高为0.8 m，1.22110mPas

g27.51kg/m32，Vg0.129607.74m/

p0.84.1550.012217.740.0013527.517.7422.094kPa

规范规定吸附时气体通过床层的压降宜小于等于0.035MPa，不宜高于0.055 MPa，否则应重新调整空塔气速。此处所算压降满足规范要求，无须重新调整空塔气速。

再生加热和冷却时压降都很小，可不计算。（6）吸附器质量的估算

根据吸附器设计压力及温度，吸附器材质选用16MnR。根据分子筛床层高度初步估计计算圆筒有效高度为2 m。

设计压力Pc4.0MPa，设计温度Tc300℃，材质的许用应力t134MPa。

钢板负偏差取C10.8mm，腐蚀裕量取C21mm，吸附塔壁有下列公式计算：

PcDi2tPcC1C24.01000213414.00.8117mm

圆筒有效高度的质量计算：

mVS外S内h22D外D内 =44h1.034122 =3.14780024

根据初步估计计算（附件包括梯子平台预焊件、对焊钢法兰、DN450加厚接管、垂直吊盖对焊法兰人孔、不锈钢丝、丝网、栅板、支持圈、支持板等）

封头质量：2m175kg附件质量：m555kg裙座质量：m296kg 　846.88kg

钢材总质量为：m11872.88kg分子筛质量计算：

m2SHT　　700　　700Di420.823.14140.8

瓷球重量计算：床层上下各铺200mm瓷球，瓷球堆密度2000kg/m3

m3Sh　　2000　　2000　　628kg　　439.6kgDi420.423.14140.4

（7）再生加热气量的计算

用贫干气加热，进吸附器温度260 ℃，分子筛床层吸附终了后温度35 ℃(即床层温升5 ℃)，再生加热气出吸附器温度200 ℃，床层再生温度是0.5260200230℃，预先计算在230 ℃时，分子筛比热0.96 kJ/（kg·℃），钢材比热0.5 kJ/(kg.℃)，瓷球比热0.88 kJ/（kg·℃）。再生气在260℃、1733.72 kPa的热焓：-3776.58 kJ/kg，再生气在115 ℃、1733.72 kPa的热焓：-4167.30 kJ/kg。

再生热负荷计算如下：

Q1m1CPt1872.880.523035182617.5kJ Q2m2CPt439.60.962303582293.12kJQ3m3CPt6280.8823035107764.8kJ

Q4m4186.83.684186.8120579.84kJ

加10%的热损失，则Q1.1Q1Q2Q3Q4542580.786kJ设再生加热时间4.5小时，每小时加热量是q1542580.7864.5120573.508kJ/h

再生气的出口平均温度：

tm0.520035117.5C

每千克再生气给出热量：

qHCPt3.14t26012142.54kg47.35200142.5C

所需再生气量为：qmHq1qH120573.508447.5296.44kg/h

加热气所需面积效核：

再生加热气经加热炉产生300kPa的压降后为1733.72kPa，260℃下的g 为6.7217kg/m3，加热气允许质量流量：气体从下往上流则C取0.167

GmHCbgDp0.5 0.1677006.72170.0032 1.59 kg/(m20.5

s)再生加热气所需面积：FqmHGmH1072.621.5936000.19m2

吸附器的床层面积为1.13 m2，所以满足要求。

（8）冷吹气量的计算

床层温度自230℃降到50℃，干气在140℃、2033.72 kPa的热焓为-4106.71 kJ/kg，干气在44.098℃、2033.72 kPa的热焓为-4338.85 kJ/kg 冷吹热负荷计算如下：

Q1m1Cpt5932.880.523050533959.2kJ kJ kJ Q2m2Cpt1978.20.9623050341832.96Q3m3Cpt1130.40.8823050179055.361Q1Q2Q3）1160332.272kJ 加上10％的裕量：Q冷1.（设冷却时间3.2h，每1小时移去热量：q2kJ/h

Q冷3.21160332.2723.2362603.835

冷却气用干气ta44.1℃

出口平均温度tm0.523050140℃ 每千克冷却气移去的热量为：

qHh|140h|44.098 4106.714338.85232.15 kJ/kg 需冷却气量为：qmCq2qH362603.835232.1461561.97 kg/h 冷却气所需面积校核：

干气在44.1℃、2033.72KPa的密度为13.77 kg/m3，用GCbgDp式核

0.5算C取0.167，则GmC0.16770013.770.0032需空塔截面积FqmCGmC1561.9736002.27

20.52.27kg/（m·s）

0.19m，现1.1304 m，故满足要求。

冷吹气量和热吹气量不等。实际操作中考虑到气量波动，为了使装置操作平稳，冷吹气量和热吹气量均采用1561.96 kg/h。

（10）加热炉热负荷和燃料气量计算

设进加热炉干气温度44.098 ℃，出加热炉气体温度比进吸附器温度再高15 ℃，即275℃。再生气在275 ℃、1733.72 kPa的热焓为-3731.98 kJ/kg，在44.098℃、2033.72 kPa的热焓为-4338.85 kJ/kg，燃料气在2033.72 kPa、44.10 ℃下的低位热值为48381.31 kJ/kg，加热炉设计热效率取为80% Q qmHHoutHin1561.9653731.9824//4338.8522263.31kW

由以上计算得出加热炉热负荷。

当用加热炉加热再生气体时，则加热炉燃料消耗：

V（11）设计计算结果

通过以上计算，分子筛脱水系统的工艺参数及设计计算结果如下：

吸附器设计压力：

4.0 MPa

吸附器设计温度：

300 ℃

吸附器几何尺寸：

DN1200，H=7000 mm(立式)操作周期：8 h（再生加热时间4.5 h，冷吹时间3.2 h，切换时间0.3 h）再生加热气进吸附器温度：260 ℃

标况下所需再生气量：2184 m3/h（1561.97 kg/h）

Q//H263.31360048381.310.824.49 ㎏/h 标况下加热炉所需燃料气量：34.25 m3/h（24.49 kg/h）。

分子筛吸附器为立式容器，筒体两焊缝间距离为4500 mm，两端采用标准椭圆封头，被支承在裙式支座上。

分子筛吸附器内盛装分子筛脱水填料，装填顺序为由下至上，4A条形分子筛装填厚度为2500 mm。在分子筛的上部和下部均装有直径为20 mm的瓷球，厚度分别为200 mm。在分子筛与瓷球之间设置两层10目/寸不锈钢丝网盘。该盘为分体组装式，可以由人孔装入或拆除。在分子筛的底部设置了支持格栅，该格栅有足够的通气面积和支持强度。

进料口(人孔)和卸料口分别置于上封头和筒体上。在卸料口处设置操作平台以方便填料的更换。

进气口设置在设备的顶部，为使进气分布均匀，在进口处设置了分布头。材料选用：筒体、封头采用16MnR钢板。

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