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/m 3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 3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 3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/m 3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194.161=G kg/h （??）根据天然气脱水设计规范取操作周期为8=τ小时，总共脱水：552.1298194.16=⨯kg已知700=b ρkg/m 3，0032.0=p D m ，工况下 (3500 kPa 、30℃) ：13.28=g ρkg/m 3用式()5.0p g b D C G ρρ=计算，气体从上往下流则C 取0.28() ()()0.520.2870027.510.0032 4.1538/m G kg s =⨯⨯⨯=⋅0.50.544101100.933600 3.14 4.15m Q D mG π⨯⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭吸附床层直径计算：吸附床层直径取为1000 mm 。

233.1410.7944D F m π⨯===吸附器截面积：分子筛有效吸附容量取8kg 水/100kg 分子筛131008100 3.60887000.514w b G V m τρ=⨯⨯=⨯=320:1.2 1.20.5140.617w V m ⨯=⨯=取％的裕量1.20.617 ===0.78m 0.79w T V H F 分子筛的有效高度为： 吸附床层的有效高度为0.8 m 。

0.80.81.0T H D ==则高径比为： 吸附器空塔流速g V 为：101100.129/360027.010.79m g g Q V m s F ρ===⨯⨯（3）传质区高度h Z 的计算吸附床层水负荷计算为：()212244 3.6 4.586/3.14 1.0G q kg h m D π⨯===⋅⨯ 传质区高度h Z 为：()0.78950.78950.55060.55060.26460.26464.586h 1.41 1.410.60.270.1460100z g s q A m V R ⎡⎤⎡⎤==⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ 吸附剂的有效吸附容量效核：S Z T S T X h .H X XH 450-=()0.080.80.0943k kg 0.80.450.27s X g ⨯==-⨯水/分子筛 吸附剂的动态平衡湿容量X S 大于吸附剂的有效吸附容量（8=X %)，则分子筛床层高度满足要求。

（4）转效点的计算 3b kg/m 700=ρ，%8=X ，m 5.2=T H ，24.586kg /(m )q h =⋅转效点时间为：0.087000.89.774.586b T B X H h q ρθ⨯⨯===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：2g g g V C V B Lp ρμ∆+= 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 ，21.22110mPa s μ-=⨯⋅ 327.51k /m g g ρ=， 0.129607.74m /min g V =⨯=()2a0.84.1550.012217.740.0013527.517.74 2.094kP p ∆=⨯⨯+⨯⨯= 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0.4=c P MPa ，设计温度300=c T ℃，材质的许用应力[]134=t σMPa 。

钢板负偏差取8.01=C mm ，腐蚀裕量取12=C mm ，吸附塔壁有下列公式计算：[]12 4.010000.8117mm 21341 4.02c it c P D C C P δσ⨯=++=++=⨯⨯-Φ-圆筒有效高度的质量计算：()()2222h=h443.1478002 = 1.03414846.88kg m V S S D D ρρππρ==-⋅⎛⎫-⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⨯⨯⨯-=外内内外 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）2175kg m =封头质量：555kg m =附件质量：296kg m =裙座质量：11872.88kg =钢材总质量为：m分子筛质量计算：2227000.843.1417000.84439.6Ti m SH D kg ρπ==⨯⨯⨯=⨯⨯= 瓷球重量计算：床层上下各铺200mm 瓷球，瓷球堆密度2000kg/m 332220000.443.14120000.44628i m ShD kg ρπ==⨯⨯⨯=⨯⨯= （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()2302002605.0=+⨯℃，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：()111872.880.523035182617.5P t Q m C kJ =∆=⨯-=()22439.60.962303582293.12P t Q m C kJ=∆=⨯-= ()336280.8823035107764.8P t Q m C kJ =∆=⨯-=44186.8 3.684186.8120579.84Q m kJ =⨯=⨯⨯=()123410% 1.1542580.786Q Q Q Q Q kJ=+++=加的热损失，则 1542580.7864.5120573.508/4.5q kJ h ==设再生加热时间小时，每小时加热量是 再生气的出口平均温度：()0.520035117.5m t C =+=每千克再生气给出热量：3.14142.5447.5H P q C t kg =∆=⨯=()126035200142.52t C ∆=-+= 1120573.508296.44/447.5mH H q q kg h q ===所需再生气量为： 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 ρ 为6.7217kg/m 3，加热气允许质量流量：气体从下往上流则C 取0.167()()s)kg/(m 1.59 0032.07217.6700167.0 25.05.0⋅=⨯⨯⨯==p g b mH D C G ρρ 再生加热气所需面积：19.0360059.162.1072=⨯==mH mH G q F m 2 吸附器的床层面积为1.13 m 2，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：()2.533959502305.088.593211=-⨯=∆=t p C m Q kJ()96.3418325023096.02.197822=-⨯=∆=t p C m Q kJ()36.1790555023088.04.113033=-⨯=∆=t p C m Q kJ加上10％的裕量：272.11603321.1321=++=）（冷Q Q Q Q kJ设冷却时间3.2h ，每1小时移去热量：835.3626032.3272.11603322.32===冷Q q kJ/h 冷却气用干气1.44=a t ℃ 出口平均温度()140502305.0=+=m t ℃每千克冷却气移去的热量为：()()232.1585.433871.4106 ||098.44140=---=-=h h q H kJ/kg 需冷却气量为：97.1561146.232835.3626032===H mC q q q 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/m 3，用()5.0p g b D C G ρρ=式核算C 取0.167，则()27.20032.077.13700167.05.0=⨯⨯⨯=mC G kg/（m 2·s ） 需空塔截面积19.027.2360097.1561=⨯==mC mC G q F m 2，现1.1304 m 2，故满足要求。