毕业设计--三甘醇脱水系统设计（附图纸）(6)

G=V（y-y’）/1000 公式2

式中 G——脱出的水量，kg/d或者kg/h

V——进入吸收塔天然气的用量，m/d或m/h y------进入吸收塔的天然气含水汽量，g/m y’——离开吸收塔的干气含水汽量，g/m 则三甘醇贫液用量V’=aG， m/d或 m/h 公式3

式中a——有天然气中没吸收1kg水所需要的三甘醇溶液量，一般a取为0.025~0.06m 本设计三甘醇循环量

4oo

已知，V=50?10 压力4Mpa 温度20C 要求脱水后的露点为-10C

33

3

3

33

3

由查天然气露点的表可查得P=4.0Mpa时

o3

t=20C时 y=500mg/立方米=0.5g/m

t=-10

o

C

时 y=80mg/立方米=0.08g/m

43

所以脱水量G=50?10*（0.5-0.08）/1000=210kg/d

取a=0.04，则三甘醇的贫液循环量为Vx=0.04*210 =8.4 立方米/天=0.35m/h

3吸收塔塔板数的确定

三甘醇溶液脱水装置系一典型的吸收一解吸过程。因此可以用标准的Kremser-Brown 吸收因子方法。该法利用相平衡关系，通过逐板作物料蘅算导出如下Kremser-Brown方程

yN?1?y1yN?1?y0?AN?1N?13

?A?1A 公式4

式中

yN?1y1y0——进吸收塔湿原料气中水的摩尔分数；

——离开吸收塔干气中水的摩尔分数；

——当离干气与进塔贫三甘醇溶液处与平衡时，干气中水的摩尔分数

N——吸收塔理论塔板数；

26

LA——吸收因子：而A=VK 公式5 其中L——三甘醇溶液循环量mol/h V——原料气天然气流量。mol/h

K——气相中水汽和三甘醇水溶液中液相水之间的平衡常数：K=y/x 其中y——气相中水的摩尔分数

x——与气相平衡的三甘醇溶液中水的摩尔分数。

用于平衡计算，可忽略任何烃类在三甘醇水系统的存在，气体烃或烃液在三甘醇溶液和水中的溶解度都很小。平衡常数K与三甘醇溶液浓度有关。三甘醇贫液进塔后，由上到下流动吸收了天然气中的水汽，浓度不断变化，因而K值沿吸收塔也是不断变化的。 三甘醇-水-天然气系统中的液相非理想液体体系，预测气液见平衡要求使用活度系数。推荐按下式预测水在气相和三甘醇溶液间的相平衡常数K：K=y0*r 公式6 式中

y0——与纯液相水呈平衡状态的饱和水汽的气体中，水汽的摩尔分数，已知操作压

力和温度，它可由图2——1查得； r——三甘醇水溶液的活度系数可有图7-15查得。需要指出的是：在三甘醇吸收塔中，由于从气相中脱出的水量很小，沿塔气体摩尔流率近于常数，与脱去的水想比，三甘醇的循环量很大，且由于三甘醇的分之质量大于水的分之质量。故三甘醇溶液的摩尔流量也趋于恒定。可以认为，吸收塔中L/V为一常数。正如前叙。大多数工业三甘醇吸收塔中最长使用1~1.5块理论塔板，最多不超过2快理论塔板，为了便与计算将Kremser-brown方程标绘成图如图7-16所示。

在给定三甘醇吸收塔进料状态和脱水要求的情况下，Kremser-brown方程及其吸收因子图表示了吸收塔中吸收循环量和理论板间的关系。若已知吸收塔操作条件，原料气及干气含水量，贫三甘醇溶液浓度和循环量，则可方便地要求所需理论板数；反之，如果已知塔内理论板数，也可利用该图求得吸收剂的循环量。

27

图表15，三甘醇水溶液中水的活度系数。

一般天然气中水汽含量常用单位体积气体内水气的质量表示，如kg（水汽）/Mm（天然气）；甘醇溶液中水含量常用含水质量百分数表示。计算中需要将其换算为摩尔分数浓度。可用以下换算公式和换算图。 W=803000y 公式7

式中W——天然气中水汽含量kg（水汽）/Mm（天然气） Y——天然气中水汽含量，水的摩尔分数。

GW?x8.3333?7.3333x3

3

（公式8）

式中

GW——三甘醇溶液中水的质量百分数；

x——三甘醇溶液中水的摩尔分数

GW与x的换算也可以使用图7-17

Kremser-Brwn方程式的左端为浓度的比值因而采用的浓度单位无关。为计算方便其间，可用单位体积气体中水汽质量表示气体内水汽浓度。方程式可改写为：

WN?1?W1WN?1?W0?AN?1?AAN?1?1

式中

WN?1——进吸收塔湿原料气中含水汽量

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W1——离开吸收塔干气中含水汽量

W0——离开吸收塔干气与进塔贫三甘醇溶液处于平衡状态时干气的含水量。 根据方程试7-6和7-7，考虑到y0?kx0则有：

W0?Wrx00 公式10

?60K=1.245x10Wr 公式11

式中 W——操作条件下与纯液相水呈平衡状态的饱和水汽含量，

x00——与出塔干气平衡的贫三甘醇溶液中水的摩尔分数。

按方程式（7-9）或（7-4）求得是塔的理论板数，在三甘醇吸收塔的实际操作中，由于塔内气液两相接触时间有限，每快板上都不会达到平衡状态。所以需要的实际塔板比理论塔板数多；实际板数

??NNPNP与理论板数N之间的关系为：

公式12

对于吸收塔，一般可取效率为20%~40%。故实际塔板数：

NP?N

?

本设计塔板计算：

WN?1?W1 根据方程式：WN?1?W0?AN?1?AAN?1?1

首先由查图表天然气的露点确定操作条件下入踏湿气及出塔干气含水汽量分别为

WN?1W1=0.5g/m=500kg/mm

3

333=0.08 g/m=80kg/mm

W0?Wrx00根据（公式10）得出

x0求出Wo，则有：

W0?Wrx00

=（0.7/18）/（99.3/150+0.7/18）=0.0555

查图表15得出r=0.444

W0即为

WN?1W

0=500kg/mm

33W0=500*0.444*0.0555=12.321 kg/mm

29

WN?1?W1将WN?1 W W0 W1 代入方程式：WN?1?W00?AN?1?AAN?1?1 则

WN?1?W有：WN?1?W0=（500-80）/（500-12.321）=0.561

AN?1?AAN?1?1=0.561

0.139AN?1=A-0.561

?60?6式中A=L/KV 按方程式计算K值。K=1.245x10Wr=1.245*10*500*0.444=0.0002764

L/V可由全塔水的物料平衡求出即：V(yN?1?y1)?L(xN?x0) 根据方程式：W=803000y求出 y=W/803000=1.245*10W分别求得：

yN?1y1?6=1.245*10?6?6WN?1=1.245*10*500

?6?6=1.245*10W1=1.245*10x0*80

由方程式（公式8）求出

GW?x8.3333?7.3333x

xn

xn2.78%=0.7%=

xn/（8.3333-7.3333） 得：

x0xn=0.1924

x0/（8.3333-7.3333

y1x0） 得：=0.0555

代入：

yN?1

?6x0

xN 的数值到前面的（A）中可得：

?6L/V=（1.245*10*500-1.245*10*80）/（0.1924-0.0555）=0.0038 求得吸收因子A=L/（KV）=0.0038/0.0002764=16.748 0.039 N+1=

AN?1AN?1=A-0.861=16.748-0.561=16.187

=415.05

?2.8

lg415.05lg16.784N=1.8

30

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